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Indicadores fisiológicos do bem-estar – parte 1 Objetivos de aprendizagem • Entender a relação entre bem-estar e fisiologia • Investigar de que forma o sistema nervoso autônomo (SNA) está associado às alterações do bem-estar • Entender como o bem-estar pode ser avaliado a partir da medição do SNA • Os prós e contras dos diferentes indicadores de avaliação do bem-estar Sumário do conteúdo • Sistema nervoso autônomo • Sistema nervoso simpático/medular adrenal & sistema nervoso parassimpático • Medidas: - Freqüência cardíaca - Pressão sangüínea - Freqüência respiratória - Catecolaminas - Habituação da adrenal - Enzimas & metabólitos • Limitações do SNA • Conclusões Definição do BEA (estado físico) “Bem-estar animal é o estado físico e psicológico de um animal diante de suas tentativas de lidar com o ambiente.” Professor Donald M. Broom Colleen Macleod Professor of Animal Welfare University of Cambridge UK A definição de bem-estar animal acima deriva-se da perspectiva do estado físico do animal. Bem-estar animal pode também ser definido a partir do seu estado mental e natural. Todos os três aspectos do estado de um animal têm de ser levados em consideração para determinar o seu bem-estar. O módulo 1 aborda esses diferentes aspectos, assim como a sua interação. Este módulo focaliza o bem-estar animal do ponto de vista da definição acima. Alteração no bem-estar = Alteração nesses estados = Respostas fisiológicas Uma alteração no bem-estar causa alteração do estado físico e psicológico de um indivíduo. Um animal responde a tais alterações do seu estado de diversas formas, incluindo uma série de respostas fisiológicas. Conseqüentemente, uma das maneiras de avaliar o bem-estar é medir essas respostas fisiológicas. Tipos de resposta Alteração do bem-estar Ativação do SNC Respostas do sistema nervoso autônomo Respostas neuroendócrinas Uma alteração do bem-estar ativa uma série de respostas fisiológicas via caminhos integrados do sistema nervoso central (SNC). Existem dois tipos básicos de respostas fisiológicas: •Ativação do sistema nervoso autônomo •Ativação do sistema neuroendócrino Sistema nervoso autônomo (SNA) O sistema nervoso simpático-medular da adrenal (SNS) O sistema nervoso parassimpático (SNP) O sistema nervoso autônomo tem duas subdivisões: • O sistema nervoso simpático-medular da adrenal • O sistema nervoso parassimpático O sistema nervoso simpático-medular da adrenal (SNS) O sistema nervoso simpático-medular da adrenal prepara o organismo para a atividade física imediata; por exemplo, a reação fuga/luta. Processo SNS O estímulo é percebido pelo SNC, que ativa o nódulo sinoatrial do coração e a medula adrenal via fibras nervosas simpáticas. A ativação da medula adrenal induz liberação de catecolaminas, as quais também agem sobre o nódulo sinoatrial do coração. Portanto, a estimulação do sistema SNS age sobre o nódulo sinoatrial do coração através de: 1.Inervação direta pelas fibras nervosas simpáticas. 2.Ação das catecolaminas liberadas da medula adrenal. Efeitos do SNS • Aumento do débito cardíaco: – Freqüência cardíaca (taquicardia) – Contração do músculo cardíaco • Aumento do fluxo sangüíneo para os músculos: – Vasoconstrição periférica – Contração do baço • Aumento no volume de ar inspirado – Freqüência respiratória – Relaxamento dos bronquíolos Processo SNS Medular da adrenal Coração (nódulo sinoatrial) Catecolaminas circulaçãoinervaçãoestímulo SNCSNC O sistema SNS induz um aumento do débito cardíaco através do aumento da • Freqüência cardíaca • Contração do músculo cardíaco • Vasoconstrição periférica O SNS também induz maior irrigação dos músculos esqueléticos através de vasoconstrição periférica e contração do baço. O sistema SNS também induz um aumento no volume de ar inspirado através de: • Aumento da freqüência respiratória • Relaxamento dos bronquíolos nos pulmões SNP • SNP = Regula o sistema SNS SNP Coração (nódulo sinoatrial) • Reduz o débito cardíaco: Freqüência cardíaca (bradicardia) O sistema nervoso parassimpático regula o sistema nervoso simpático-medular da adrenal, reduzindo o débito cardíaco através da inervação direta do nódulo sinoatrial pelas fibras nervosas parassimpáticas. Isso estimula uma redução da freqüência cardíaca (bradicardia). Medição do SNA •Resposta do SNA = medida aguda •Alterações patológicas = medida crônica Direta: Freqüência cardíaca; Níveis de catecolaminas; Freqüência respiratória; Pressão sangüínea. Indireta: Habituação das adrenais; Enzimas das adrenais. Uma vez que são imediatas e de curta duração, as respostas do sistema nervoso autônomo são um bom indicador das alterações agudas do bem-estar. No entanto, como a ativação contínua do SNA pode causar alterações patológicas em alguns tecidos, essas podem ser usadas como indicador de alterações crônicas do bem-estar. Elas podem ser medidas: Diretamente, usando alterações de: freqüência cardíaca, pressão arterial, níveis de catecolamina e freqüência respiratória Indiretamente, usando alterações de: habituação das adrenais e enzimas das adrenais Avaliação das técnicas de medição Prós e contras das técnicas de medição em termos de: • Invasividade – Severidade da implantação • Restrição – Contenção necessária • Perturbação – Efeito da amostragem sobre o parâmetro As vantagens e desvantagens das diferentes técnicas usadas para medir uma variedade de parâmetros fisiológicos relacionados ao bem-estar serão discutidas em termos de quão invasivas, restritivas e perturbadoras elas são: •Invasividade refere-se à severidade da implantação quando um instrumento de medição precisa ser implantado em uma parte do corpo •Restrição refere-se ao grau em que os animais precisam ser contidos para permitir a amostragem •Perturbação refere-se ao grau em que a própria amostragem pode perturbar o parâmetro que está sendo medido Freqüência cardíaca A medição da freqüência cardíaca é um indicador do bem-estar de um indivíduo em um determinado momento. •Uma alteração do bem-estar pode induzir: •Um aumento da freqüência cardíaca, quando um animal se prepara para uma reação ativa Freqüência cardíaca IndicaIndica o o bembem--estarestar emem um dado um dado momentomomento AlteraAlteraçãçãoo do do bembem--estarestar F.C.F.C. TaquicardiaTaquicardia ((respostaresposta ativaativa)) F.C.F.C. BradicardiaBradicardia ((respostaresposta passivapassiva)) •Uma diminuição da freqüência cardíaca, quando um animal fica imóvel Aumento da freqüência cardíaca • Freqüência cardíaca de ovinos se expostos a: – Pessoa estranha ( 45 bpm) – Pessoa estranha com cão ( 79 bpm) (Baldock & Sibly, 1990) A freqüência cardíaca de ovinos mantidos em cativeiro aumentou a partir de níveis basais em: • 45 bpm (batimentos por minuto) ao serem expostos a uma pessoa estranha • 79 bpm ao serem expostos a uma pessoa estranha com um cão BALDOCK, N. M. & SIBLEY, R. M. 1990: “Effects of handling and transportation on heart rate and behaviour in sheep”. Applied Animal Behaviour Science 28, 15-39. Redução da freqüência cardíaca • Freqüência cardíaca de roedor quando perturbado por: Estímulo visual ameaçador Barulho repentino (Hofer, 1970)Foi demonstrado que a freqüência cardíaca de roedores silvestres mantidos em gaiolas diminui quando expostos a estímulos visuais ameaçadores ou barulho repentino. Essa redução foi associada com comportamento de imobilização. HOFER, M. A., 1970: “Cardiac and respiratory function during prolonged immobility in wild rodents”. Psychsom. Medicine 32, 633-647. Arritmias cardíacas Indicadoras de alterações crônicas do bem-estar • Taquicardia: – Contenção repetida = arritmias em macacos (Corley et al., 1973) • Bradicardia: – Barulho e estímulos ameaçadores repetidos = arritmias em ratos (Hofer, 1970) A freqüência cardíaca pode também ser usada como indicador de alterações crônicas, através da medição de arritmias, que foram associadas a ambas as respostas de taquicardia e bradicardia. • Contenção repetida de macacos (squirrel monkeys) induziu arritmias de taquicardia CORLEY, K. C., SHIEL, F. O. M., MAUCK, H. P., GREENHOOT, J. 1973: “Electrocardiographic and cardiac morphological changes associated with environmental stress in squirrel monkeys”. Psychsom. Medicine 35, 361-364. • A perturbação repetida de ratos mantidos em gaiolas por barulho repentino e estímulos visuais ameaçadores levou à bradicardia HOFER, M. A., 1970: “Cardiac and respiratory function during prolonged immobility in wild rodents”. Psychsom. Medicine 32, 633-647. Medição de freqüência cardíaca A freqüência cardíaca pode ser medida de várias maneiras, entre elas: • Diretamente, usando um estetoscópio ou um monitor de freqüência cardíaca. • Esse procedimento não é invasivo, mas requer que o animal seja capturado e imobilizado enquanto a medição é feita. Isso pode causar estresse e assim aumentar a freqüência cardíaca, podendo o próprio procedimento distorcer o resultado da medição. • Alguns animais podem ser treinados de maneira a permitir medição da freqüência cardíaca sem estresse; por exemplo, alguns chimpanzés em zoológicos (observação pessoal). • Conectado a um monitor de freqüência cardíaca: Essa também é uma maneira não-invasiva e as medições podem ser feitas sem perturbar o animal. Entretanto, ele é conectado a um monitor de freqüência cardíaca o que restringe o movimento e, muitas vezes, o animal é mantido em uma gaiola menor do que usualmente. • Telemetria com implante: Uma vez que o equipamento tenha sido implantado, a freqüência cardíaca pode ser medida automaticamente, sem restrição ou perturbação. • Monitor remoto: Um pequeno monitor cardíaco pode ser colocado em uma jaqueta que o animal possa vestir; desta forma a freqüência cardíaca pode ser medida de maneira não-invasiva que não restrinja ou perturbe o animal. Medição de freqüência cardíaca Restritivo Telemetria Remoto Conectado, ex.: monitor polar Direto, ex.: estetoscópio PerturbadorInvasivoMétodo Pressão sangüínea Medida de alterações crônicas do bem-estar • Alteração do bem-estar = alteração da pressão sangüínea (PS) • Agressão = PS em camundongos (Henry et al., 1975) • Imobilização diária = PS em ratos (Lamprecht et al., 1973) Alterações da pressão sangüínea demoram a se desenvolver e são, portanto, mais indicativas de alterações crônicas do bem-estar. Aumento da pressão sangüínea indica comprometimento do bem-estar. Exemplo: • Confrontos agressivos contínuos entre camundongos machos mantidos em grupo levaram a níveis elevados de 150-175 mm Hg de pressão sanguínea, em comparação aos níveis basais de 125 mm Hg. HENRY, J. P., STEPHENS, P. M. & SANTUSTEBAN, G. A., 1975: “A model of psychosocial hypertension showing reversibility and progression of cardiovascular complications”. Circ. Res. 36, 156-164. • Imobilização diária por duas horas de ratos durante duas semanas produziu pressão sanguínea elevada que persistiu por três semanas após o término da imobilização. LAMPRECHT, F., WILLIAMS, R. B. & KOPIN, I. J. 1973: “Serum dopamine-beta- hydroxylase during development of immobilisation-induced hypertension”. Endocrinology 92, 953-956. Medição da pressão sangüínea A pressão sanguínea pode ser medida de várias maneiras, dentre elas: • Esfigmomanômetro: Medição da pressão sangüínea Telemetria Cateterização: Arterial Esfigmomanômetro Cauda, orelha e braço PerturbadorRestritivoInvasivoMétodo Pode ser usado, por exemplo, na cauda de roedores, nas orelhas de coelhos e nos braços de primatas. Trata-se de um método não invasivo, mas requer que o animal seja capturado, imobilizado e que a cinta inflável seja posicionada, o que pode causar estresse, aumentando a pressão sanguínea e prejudicando a avaliação. Alguns animais podem ser treinados de maneira a permitir a aplicação da cinta inflável sem aumento da pressão; por exemplo, primatas (observação pessoal). • Cateterização intra-arterial: Este método requer implantação do cateter para que as medições possam ser feitas sem perturbar o animal. Entretanto, o animal fica preso ao cateter, o que restringe seus movimentos. Muitas vezes, é necessário manter o animal em uma gaiola menor do que de costume. • Telemetria com implante: Este método pode ser usado em qualquer espécie. Uma vez implantado, a pressão sanguínea pode ser medida automaticamente, sem perturbar ou restringir o animal. Freqüência respiratória • Avaliação do estado atual • Observação fácil • Intimamente relacionada com freqüência cardíaca • Freqüência respiratória de cordeiros após: – Corte da cauda – Castração (Mellor & Murray, 1989) A freqüência respiratória pode ser medida à distância sem perturbar o animal, constituindo uma avaliação simples do estado atual de bem-estar do animal. Alterações na freqüência respiratória estão intimamente relacionadas com alterações da freqüência cardíaca. Um exemplo disso é o aumento da freqüência respiratória em ovinos submetidos a corte da cauda e castração. Este aumento também foi observado na ausência de maior atividade, indicando que não foi resultado de um estímulo da maior atividade sobre a taxa respiratória. MELLOR, D. J. & MURRAY, L., 1989: “Effects of tail docking and castration on behaviour and plasma cortisol concentrations in young lambs”. Res. Vet. Sci. 46, 387-391. Catecolaminas • A medular da adrenal libera: – Adrenalina (Epinefrina) – Noradrenalina (Norepinefrina) • Especificidade: Adrenalina = estímulos psicológicos Noradrenalina = estímulos físicos • Medida de estado agudo: – Liberação imediata (Rato: 1-2 segundos) – Meia-vida curta (Rato: 70 segundos) Ao ser estimulada, a medula adrenal libera catecolaminas. As duas mais comuns são: • Adrenalina (Epinefrina) • Noradrenalina(Norepinefrina) Elas são as únicas fortemente relacionadas com alterações do bem-estar. Apresentam especificidade de resposta, sendo que a adrenalina é mais estimulada por estímulos psicológicos e a noradrenalina por estímulos físicos. SCHEURINK, A. J. W., STEFFENS, A. B. & BOURISTIUS, H., 1989: “Adrenal and sympathetic catecholamines in exercising rats”. American Journal of Physiology 256, R155-R160. A medição dos níveis de catecolamina oferece somente um indicador muito agudo de bem-estar, pois ambos os hormônios são liberados imediatamente para a corrente sanguínea e têm uma meia-vida muito curta, dificultando a medição. Exemplos de catecolaminas • Níveis de catecolaminas em ratos com: – Abertura da porta da gaiola – Manejo e mudança de gaiola – Imobilização (40 vezes) (Kvetnansky et al., 1978) • Cobaias machos vencidas mostram níveis de catecolamina em comparaçãoàs vencedoras (Sachser & Lick 1989) Ratos com cateteres intravenosos implantados mostraram aumento nos níveis de catecolamina quando a porta da gaiola foi aberta. Quando manuseados e transferidos para uma outra gaiola, o nível de catecolamina aumentou em uma ordem de magnitude adicional. Quando os animais foram imobilizados sobre uma prancha, o aumento culminou em níveis de adrenalina 40 vezes mais altos e de noradrenalina 6 vezes mais altos. KVETNANSKY, R., SUN, C. L., LAKE, C. R., THOA, N., TORDA, T. & KOPLIN, I. J., 1978: “Effect of handling and forced immobilisation on rat plasma levels of epinephrine, norepinephrine and dopamine-b-hydroxylase”. Endocrinology 103, pp. 1.868-1.874. Em cobaias, os níveis de catecolamina foram também associados com estresse social. Machos mantidos em grupo exibiram níveis de catecolamina mais altos, especialmente aqueles vencidos em confrontos agressivos. SACHSER, N. & LICK, C. 1989: “Social stress in guinea pigs”. Physiology and Behavior 46, 137-144. Medição de catecolaminas A avaliação dos níveis de catecolamina requer amostragem rápida, somente possível através de cateterização intravascular ou colheita direta de urina. •Cateterização intravascular é um método confiável e consistente que não perturba o animal. Entretanto, é um procedimento tanto invasivo quanto restritivo, visto que o animal fica ligado ao cateter. •Colheita direta de urina não é um procedimento invasivo, mas requer imobilização do animal durante a colheita, fato que por si próprio pode influenciar os níveis de catecolamina e assim confundir a avaliação. Além disso, foi demonstrado que esses níveis são variáveis em comparação aos resultados obtidos do soro. •Os níveis de catecolamina na medula adrenal podem ser medidos diretamente post-mortem, se o animal for sacrificado imediatamente após um estímulo estressante. Isso reduz a interferência de fatores como perturbação e restrição. Porém, é preciso ter cuidado para que o método usado para a eutanásia por si só não induza resposta de catecolamina. Uma vez colhidas as amostras, os níveis de catecolamina são determinados por cromatografia líquida de alta precisão (HPLC). Habituação adrenal • Avaliação de bem-estar crônico • Problema repetido leva a: – de catecolamina em resposta ao mesmo estímulo (habituação) – de catecolamina em resposta a outros estímulos (sensibilização) • Avaliação: – Avaliação contínua – Avaliação antes e depois de um período estressante Medição de catecolaminas • Necessidade de amostragem rápida Restritivo Variável Perturbador Urina Cateterização Necrópsia InvasivoMétodo ••AnáliseAnálise: : CromatografiaCromatografia líquidalíquida de de altaalta precisãoprecisão (HPLC)(HPLC) Apesar dos níveis de catecolamina somente indicarem o estado atual de um animal, eles ainda assim podem ser usados para avaliar alterações crônicas do bem-estar utilizando-se a habituação da adrenal, desde que tenham sido registrados com freqüência. Exposição repetida ao mesmo estímulo leva muitas vezes a uma produção reduzida de catecolaminas em exposições subseqüentes ao mesmo estímulo (habituação), mas à produção aumentada quando exposto a um estímulo diferente (sensibilização). Portanto, alterações crônicas do bem-estar podem ser avaliadas através de: Medição contínua dos níveis de catecolamina na mesma situação que possa afetar o bem-estar Comparação dos níveis de catecolamina antes e depois de um período potencialmente estressante. Exemplo de habituação adrenal Imobilização repetida de ratos: • Dia 27 em comparação ao dia 1 – Imobilização induziu produção de catecolamina – Estímulo diferente induziu produção de catecolamina (Konarska et al., 1989) Ratos imobilizados diariamente, após 27 dias, mostraram produção de catecolaminas reduzida em comparação ao dia 1, indicando habituação. Ao serem expostos a um estímulo diferente, no entanto, eles mostraram produção de catecolaminas aumentada, indicando sensibilização. KONARSKA, M., STEWART, R. E. & McCARTHY, R., 1989: “Habituation of sympathetic-adrenal medullary responses following exposure to chronic intermittent stress”. Physiology and Behavior 45, 255-261. Enzimas das adrenais • Enzimas envolvidas na produção e decomposição de catecolaminas (post- mortem) : – Tirosina hidroxilase (TH) – Feniletanolamina-N-metil transferase (PNMT) – Monoamina oxidase (MAO) • Estresse social em camundongos = dos níveis de TH, PNMT e MAO (Henry et al., 1971) Os níveis das enzimas envolvidas na produção e decomposição das catecolaminas na medula adrenal podem também ser medidos post-mortem para avaliar alterações crônicas do bem-estar. Estas enzimas incluem: • Tirosina hidroxilase da adrenal (TH) • Feniletanolamina-N-metil transferase (PNMT) • Monoamina oxidase (MAO). Um exemplo disso pode ser observado em camundongos mantidos em grupo que foram expostos a intenso estresse social por longos períodos, ex.: agressão entre machos. Eles mostraram níveis mais altos de TH, FNMT e MAO que camundongos que não sofreram tal estresse social. HENRY, J. P., STEPHENS, P. M., AXELROD, J. & MUELLER, R. A., 1971: “Effect of psychosocial stimulation on the enzymes involved in the biosynthesis and metabolism of noradrenaline and adrenaline”. Pyschosom. Medicine 33, 227-237. Ácido vanililmandélico (AVM) • Metabólito da decomposição de catecolamina – Níveis no sangue – Níveis na urina • Níveis de AVM correspondem a auto-relato de estresse em humanos (Brantley et al., 1988) O nível do metabólito ácido vanililmandélico (AVM), resultante da decomposição de catecolaminas, também pode ser usado na avaliação a longo prazo do bem-estar, por meio de amostras de sangue ou urina. Em humanos, de acordo com relatórios de auto-observação, por um período de 24 horas, o nível de AVM na urina estava claramente relacionado com o nível de estresse sofrido. BRANTLEY, P. J., DIETZ, L. S., McKNIGHT, G. T., JONES, G. N. & TULLEYR., 1988: “Convergence between the daily stress inventory and endocrine measures of stress”. J. Consult. Clin. Psychol. 56, 549-551. Limitações do SNA - 1 • Outros fatores causando alterações - Grau de atividade - Metabolismo - Horário da colheita 2. Perturbação causada pelo método usado - Presença humana, manejo, imobilização e método de amostragem A avaliação do bem-estar usando respostas do sistema nervoso autônomo requer cuidados devido à natureza das respostas fisiológicas que estão sendo medidas. 1. Alterações nas respostas do SNA podem ser induzidas por outros fatores além de alterações no bem-estar: • Mudança no grau de atividade pode induzir alterações na freqüência cardíaca e respiratória • Mudanças no metabolismo podem influenciar a freqüência cardíaca • A hora da colheita da amostra pode ter algum efeito. Os níveis de catecolamina, por exemplo, têm uma correlação positiva com o grau de atividade; assim, quando há muita atividade, os níveis estão altos. 2. As respostas do SNA são particularmente suscetíveis a perturbações durante a medição, devido a presença de humanos, imobilização e o próprio método de colheita de amostras. Por isso é preciso ter cautela; caso contrário, quaisquer alterações nos parâmetros sob avaliação não estarão relacionadas ao estado do indivíduo mas, sim, à medida sendo usada. Limitações do SNA - 2 • Diferenças individuais - Indivíduos muito/pouco responsivos Ratos (Livezey et al., 1985) - Dominância Musaranhos (von Holst, 1986) -Sexo Ratos (Livezey et al., 1985) Além disso, o tipo e o grau da resposta podem variar entre indivíduos expostos à mesma situação. Alguns indivíduos são altamente responsivos, outros não. Por exemplo: os níveis de catecolamina em ratos foram consistentemente altos em indivíduos muito responsivos e baixos em indivíduos pouco responsivos durante imobilização com 3 e 16 meses de idade. LIVEZEY, G. T., MILLER, J. M. & VOGEL, W. H., 1985: “Plasma norepinephrine, epinephrine and corticosterone stress responses to restraint in individual male and female rats, and their correlations”. Neurosci. Lett. 62, 51-56. A posição em uma hierarquia de dominância pode ter efeito. Musaranhos machos, por exemplo, vitoriosos em brigas, mostram bradicardia enquanto os indivíduos vencidos mostram taquicardia. VON HOLST, D., 1986: “Vegetative and somatic components of tree shrews’ behaviour”. J. Auton. Nerv. Syst. Suppl., 657-670. O sexo do indivíduo avaliado também pode ter efeito. Os níveis de catecolamina, por exemplo, são mais altos em ratos fêmeas que em machos. LIVEZEY, G. T., MILLER, J. M. & VOGEL, W. H., 1985: “Plasma norepinephrine, epinephrine and corticosterone stress responses to restraint in individual male and female rats, and their correlations”. Neurosci. Lett. 62, 51-56. Conclusões • Respostas do SNA = medida aguda • Alteração crônica = medida crônica • Potenciais parâmetros: – Direto: Freqüência cardíaca, pressão sangüínea, freqüência respiratória e catecolaminas – Indireto: Adreno-habituação, enzimas e metabólitos • As medidas do SNA são limitadas; portanto, é preciso ter cuidado na sua avaliação A avaliação das respostas do sistema nervoso autônomo tende a ser um indicador do estado de bem-estar imediato de um indivíduo. Entretanto, alterações crônicas no sistema nervoso autônomo devido à ativação prolongada podem proporcionar uma indicação de alterações crônicas do bem- estar. Respostas do SNA podem ser medidas: Diretamente, usando freqüência cardíaca, pressão sanguínea, freqüência respiratória e níveis de catecolamina Indiretamente, usando habituação da adrenal, enzimas e metabólitos.A medição de respostas do SNA requer cuidado por que outros fatores além do bem-estar podem causar alterações.
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