9 LA CIRUGÍA EXPERIMENTAL AL SERVICIO DE LAS INVESTIGACIONES EN ANIMALES MONOGÁSTRICOS
L.E. Dihigo
Instituto de Ciencia Animal. Apartado 24, San José de las Lajas, Cuba email:ldihigo@ica.co.cu
RESUMEN
El objetivo de esta revisión fue realizar una breve descripción de los principales aspectos que se deben tener en cuenta para el uso de la cirugía experimental en los estudios de la fisiología digestiva de animales monogástricos de interés económico, principalmente aves, cerdos y conejos.
Se destacan las consideraciones bioéticas para el manejo de animales en experimentación. Se describen las principales características que deben tener los animales para ser sometidos a una técnica quirúrgica, así como las principales técnicas de mayor uso en estas especies según lo que se desee investigar. Por último se tienen en cuenta el efecto que pudieran tener las diferentes canulaciones en la digestibilidad de nutrientes, principalmente en la utilización de la materia seca yel nitrógeno de la dieta.
El perfeccionamiento de los mecanismos, técnicas quirúrgicas, así como los materiales que se utilizan para la elaboración de las cánulas, permitirá minimizar los riesgos y efectos negativos de éstos en la integridad de los animales y la digestibilidad de nutrientes. Palabras claves: cirugía experimental, canulaciones, animales monogástricos
Título corto: Cirugía experimental en animales monogástricos
EXPERIMENTAL SURGERY AS SUPPORT FOR RESEARCH IN MONOGASTRICS ANIMALS
SUMMARY
The aim of this review was to conduct a brief description of the main aspects to consider for the use of experimental surgery in studies of the digestive physiology of monogastric animals of economical interest, especially poultry, pigs and rabbits.
Bioethical considerations are emphasized for the management of animals in experimentation. Describes the main characteristics required animals to be subjected to surgical technique, and the main techniques used in these species increased as desired to investigate. Finally the effect of different cannulation techniques on nutrient digestibility has been taken into account, especially on dry matter and nitrogen utilization in diets.
The improvement of the mechanisms, surgical techniques and materials used for the development of stents, minimizes the risks and negative effects on the integrity of these animals and the digestibility of nutrients.
Key words: experimental surgery, cannulations, monogastric animals Short title: Experimental surgery in monogastric animals
Tabla de contenido Introducción, 10
Principios éticos con los animales en experimentación, 10
Características de los animales para la realización de técnicas quirúrgicas, 10 Principales técnicas quirúrgicas y su uso en aves, cerdos y conejos, 11 Canulación, 11
Anastomosis ileorrectal, 11
Cateterización de venas y arterias, 11 Exteriorización de órganos, 11 Uso de electrodos, 11
10 Efecto de la canulación en la digestibilidad de los nutrientes, 12
Conclusiones, 12 Agradecimientos, 12 Referencias, 12
INTRODUCCIÓN
En los últimos años a nivel mundial se ha tenido un gran avance en el comportamiento de los mecanismos básicos de la fisiología digestiva de especies monogástricas de interés económico, así como se cuenta con una buena información relacionada con la digestibilidad de los nutrientes (Aumaitre 2001; Dihigo 2007). En el caso particular de los cerdos, es notable el informe publicado por Laplace et al (2001) sobre los estudios franceses de fisiología de la digestión en ganado porcino. Existe otra revisión corta muy útil expuesta por Jorgensen et al (2010) que actualiza el tema de la cirugía experimental.
En Cuba durante más de cuatro décadas se han realizado numerosos trabajos de investigación relacionada con la fisiología de la digestión con alimentos no convencionales, cuyos patrones en ocasiones no se ajustan a los clásicos. Para ello se utilizaron métodos in vitro, in vivo e in situ. Los estudios in vivo incluyen la aplicación de la matanza comparativa y de la cirugía experimental con el desarrollo de diferentes técnicas quirúrgicas (Dihigo 1997).
La fistulación quirúrgica del tracto gastrointestinal (TGI) es una poderosa herramienta para el estudio (in vivo e in situ) de la fisiología y bioquímica del aparato digestivo de los rumiantes y de animales monogástricos.
Es por ello que el objetivo de la presente revisión fue realizar una breve descripción de los principales aspectos que se deben tener en cuenta para el uso de la cirugía experimental en los estudios de la fisiología digestiva de animales monogástricos principalmente aves, cerdos y conejos. También se indicarán las principales técnicas de mayor uso. La presente contribución se corrresponde con la versión original expuesta en el Simposio de Fisiología Digestiva en el Cerdo “Willem Sauer” celebrado recientemente en La Habana (Dihigo 2010).
PRINCIPIOS ÉTICOS CON LOS ANIMALES EN EXPERIMENTACIÓN
El uso de animales en la investigación, enseñanza y pruebas, es aceptable solamente si contribuye en forma efectiva a la mejor comprensión de principios biológicos fundamentales, o al desarrollo de conocimientos que, razonablemente, podemos esperar que beneficien a los seres humanos y a los animales. Se debe cumplir con el método de las “tres erres”.
Las tres erres antes mencionadas consistirían en (1) reducir el número de animales en experimentación, (2) refinar, las técnicas de experimentación, de modo tal que sea posible evitar dolor o sufrimiento innecesario para los fines de
ensayos. Finalmente, (3) reemplazar el uso de los animales vertebrados vivos y conscientes, por otros métodos o modelos de experimentación alternativo, esto comprende métodos biológicos, microorganismos, preparaciones, in vitro, cultivo de tejido y no biológico, modelos matemáticos y modelos computadorizados (Sofía et al 2007).
Si se deben utilizar animales, ellos deberían ser mantenidos en condiciones que aseguren su bienestar físico, las necesidades sociales y su comportamiento.
Para garantizar el bienestar físico de los animales en experimentación, se deben tener en cuenta diferentes principios que aparecen en la tabla 1. Estos principios debieran estar presentes en el momento de decidir la ejecución de evaluaciones de fisiología digestiva en los cerdos, las aves y los conejos. Por otra parte, tales principios debieran constituir parte de la misión en algún órgano asesor o de toma de decisiones, como los comités de ética animal que existen en distintas instituciones de investigación.
Tabla 1. Principios a cumplir con los animales en experimentación
1/ Los animales no se deben someter a angustia o dolor innecesarios. La técnica experimental debe asegurarle toda la protección posible, ya sea para investigación, enseñanza o para pruebas; el costo y la conveniencia no deben tener precedencia sobre el bienestar físico y mental del animal
2/ Si el dolor o la angustia son necesariamente parte del estudio, se deben minimizar tanto en intensidad como en su duración
3/ Un animal en estado de dolor severo que no puede ser aliviado debería ser inmediatamente sacrificado, usando un método que produzca una inconsciencia rápida
4/ Las técnicas quirúrgicas deben realizarse bajo los efectos de anestésicos locales o generales, teniendo siempre presente todos los mecanismos y
medicamentos necesarios en caso de suspender la operación por problemas del animal
5/ Conocer el patrón de conducta de la especie en estudio, tener en cuenta cambios individuales, reacción a la manipulación, ayuno y ciclos normales de alimentación
Los principales objetivos que persiguen las distintas técnicas quirúrgicas que se emplean en especies monogástricas, se resumen en la tabla 2, y pueden agruparse en seis lineas principales, que tienen que ver con el aseguramiento de la calidad del trabajo experimental y los fines investigativos particulares.
11 Tabla 2. Principales objetivos de las técnicas
quirúrgicas experimentales 1/ Permitir el acceso a los órganos interno de los animales sin que se afecte su estado de salud, lo que permite realizar tomas de muestra por largos períodos 2/ Estudiar las características cualitativas y cuantitativas de los jugos puros y mixtos (glándulas, órganos accesorios, estómago)
3/ Estudiar en detalle los fenómenos de los movimientos, la actividad propulsora, velocidad de pasaje y tiempo de retención del quimo en el TGI 4/ Estudio de la microestructura de la mucosa por medio de la biopsia
5/ Introducir los diversos captadores y dispositivos de equipos especializados, así como fármacos y sustancias químicas
6/ Además, de mantener en estudios experimentales a un grupo reducido de animales por largos períodos de tiempo
CARACTERÍSTICAS DE LOS ANIMALES PARA LA REALIZACIÓN DE TÉCNICAS QUIRÚRGICAS
En todo proceso de uso de técnicas quirúrgicas se deben respetar los procedimientos de asepsia y antisepsia que permitan minimizar las complicaciones post operatoria. También, se deben tener en cuenta las características de los animales en los estudios.
Deben usarse animales clínicamente sanos, de ser posible realizar estudios serológicos y de coprología, que permitan descartar aquellos animales con anemia, o con gran infestación parasitaria,
El peso vivo de los animales estará en dependencia de la especie, así como la categoría en estudio, se debe mantener la homogeneidad del peso. En los cerdos el peso vivo varía desde los 7 a 70 kg (Reis de Souza et al 2000), en las aves y conejos se prefieren animales adultos por lo delicado de estas especies (Gidenne y Bellier 1992; De Blas et al 1999).
Otros de los aspectos que se deben tener en cuenta para evitar los períodos de estrés es adaptar a los animales a la dieta experimental antes de operarlos. Todos estos animales se deben mantener en jaulas de metabolismo que cumplan con las condiciones de confort, ya que una de las principales causas por la que fracasan estas operaciones es por la caída de las cánulas, efecto mecánico, con la siguiente perdida de quimo y electrolitos (Alimon y Farrell 1980).
PRINCIPALES TÉCNICAS QUIRÚRGICAS Y SU USO EN AVES, CERDOS Y CONEJOS
Las técnicas quirúrgicas más empleadas en el trabajo experimental de fisiología digestiva comprende la canulación del tracto gastrointestinal de los animales, o la modificación del tracto, especialmente en cerdos, mediante la anastomosis ileorrectal. También, la cateterización de venas y arterias, la exteriorización de órganos y el uso de electrodos. Estas técnicas se comentan sucintamente a continuación.
Canulación
La canulación permite el uso de dispositivos en el TGI elaborados con materiales de diferentes naturalezas como son rígidos plástico, cristal y jeringas y flexibles como el PVC, caucho, y otros. El tamaño y forma varía con la especie y sitio de implantación, en los cerdos los principales lugares donde más se aplican es en esófago, estómago, duodeno, íleon y ciego (Eremian y Pérez 1978), con diferentes modificaciones que permitan una correcta y total recolección del quimo como es la canulación posvalvular de tipo T, y que es conocida por el acrónimo en inglés de PVTC (Den Hartog1988).
El grosor de las cánulas varía desde 1.2 hasta 3 cm y el largo pudiera llegar a los 10 cm, en dependencia del grosor de la pared abdominal y la piel. Para los estudios de vaciado gástrico es preferible la utilización de una cánula a nivel del duodeno a una distancia del píloro entre 5-7 cm. Sí el objetivo es tomar muestras de quimo, para el estudio de la digestibilidad de los nutrientes, el N entre ellos, o para la toma de muestras de contenido con vista a ser utilizados en estudios in vitro, la cánula debe ubicarse entre 13-15 cm. del píloro para no afectar el vaciado gástrico (Eremian y Pérez 1978; Löwgren et al 1992).
En las aves la técnica que con mayor frecuencia se usa es la canulación en buche e íleon (Dihigo et al 1996). Estas cánulas tienen un tamaño de 3 cm con un grosor de 0.7 cm. En el conejo, por las características de su digestión con un alto aporte del ciego al metabolismo basal se implantan en el íleon y ciego y el tamaño y grosor se asemejan a la de las aves (Gidenne y Bellier 1992).
Anastomosis íleorrectal
Es el procedimiento básico para estudiar la digestibilidad in vivo, hasta el íleon terminal, para conocer cuantitativamente el verdadero aprovechamiento de los ácidos grasos y aminoácidos de las dietas, puesto que se sabe que en el intestino grueso, estos compuestos sufren transformaciones originadas por la actividad fermentativa de la microflora indígena (Ly 2008).
Puede ser utilizada para medir el flujo de digesta ileal (Grageola et al 2008). De las especies de animales monogástrico es en el cerdo donde más se aplica. En el caso particular de las aves por la disposición de los ciegos a ambos lados del intestino y el corto tamaño del colon recto se sustituye por la cecotomia. En conejos no está informado en la actualidad, por la complejidad de su sistema digestivo, es una técnica que pudiera no brindar buenos resultados. Cateterización de venas y arterias
Esta técnica se usa para realizar muestreos de sangre constantes sin afectar a los animales, permite determinar la absorción de sustancias nutritivas o seguimiento de marcadores en diferentes secciones del TGI. Se usa en la mayoría de los animales monogástricos (Eremian y Pérez 1978; Yen y Killefer 1990).
12 Se debe tener presente que su implantación en arteria es
una muestra de toda la sangre arterial de la circulación mayor no así para la venosa que se deben colocar en diferentes venas del cuerpo animal. Es una técnica muy útil para determinar los niveles de absorción de medicamentos y su concentración en sangre en dependencia de la hora de su administración.
Exteriorización de órganos
Es una técnica que se usa con frecuencia para determinar la secreción en diferentes órganos, fundamentalmente en el estómago e intestino de aves, cerdos y conejos (Eremian y Pérez 1978), aunque con este fin también se usa la canulación simple.
En las aves debido a que su sistema digestivo, reproductor y urinario desemboca en la cloaca, cuando se requiere tomar muestras de orina y heces separadas se usa la desviación de los uréteres y con mayor frecuencia y efectividad la técnica de la colostomía (Okumura 1976; Dihigo et al 1994).
Uso de electrodos
Son dispositivos mecánicos que se colocan a nivel de todo el TGI y permiten captar, registrar y graficar los impulsos nerviosos que se originan en los mismos (Ruckebusch y Buento 1976; Martínez et al 1995, entre otros). Tiene el inconveniente que en la mayoría de los casos hay que sacrificar a los animales, cuando éstos no son cerdos..
EFECTO DE LA CANULACIÓN EN LA DIGESTIBILIDAD DE LOS NUTRIENTES
Cuando se utilizan las técnicas quirúrgicas en animales vivos con el fin de obtener muestras en diferentes órganos estamos violando la integridad de dicho sistema y cómo tal su funcionamiento. Por lo que el estudio de cómo se afecta la digestibilidad cuando se emplean, es de suma importancia en los análisis de fisiología digestiva.
El empleo de cánulas en diferentes segmentos del TGI presenta efectos variados sobre el coeficiente de digestibilidad de la materia seca y la proteína bruta en dependencia del tipo de la cánula que se emplee. Zebrowska el al (1977), en estudios realizados con cánula reentrante y cánula del tipo de T determinó que existía diferencia en la digestibilidad ileal del nitrógeno. Experimentos realizados por Sauer et al (1979) y Livingstone y McWilliams (1985), demostraron que en cerdos canulados, los datos de digestibilidad descendieron cuando los animales se alimentaron con dietas convencionales. Sin embargo, en la mayoría de los casos (Furuya et al 1974; Sauer et al 1977; Taverner 1979; Huisman et al 1984; Moughan y Smith 1987), no se encontró ningún efecto adverso de la canulación en los procesos digestivos de esta especie animal.
Den Hartog et al (1988), determinaron que con el método de recolección total con una cánula reentrante, el coeficiente de digestibilidad ileal de la MS y N fue mayor con respecto a la cánula -T y a la PVTC (posvalvular del tipo de T) cuando se empleó el Cr como marcador. Sin embargo, al utilizar Co, esta diferencia fue mayor con un recobrado del 100% del
marcador con digestibilidades de la materia seca y el N, que oscilaron entre 64.4-75.0% y 72.9-82.3%, respectivamente. Por otra parte, según Gidenne (1988a,b), el uso de la cánula del tipo de T en el íleon de los conejos no afectó la digestibilidad de los nutrientes, Yin et al (1991) compararon estas mismas técnicas de canulación en la determinación de la digestibilidad de la materia seca, N, aminoácidos, fibra detergente neutra, fibra detergente ácida y lignina detergente ácida en dietas comerciales de cerdos siendo mayor la digestibilidad de la materia seca, el N y los aminoácidos que con el método de canulación reentrante. Sin embargo, la digestibilidad de los componentes fibrosos fue menor en las dietas que se muestrearon mediante la cánula T.
CONCLUSIONES
El perfeccionamiento de los mecanismos, técnicas quirúrgicas, así como los materiales que se utilizan para la elaboración de las cánulas, permitirá minimizar los riesgos y efectos negativos de éstos en la integridad de los animales y la digestibilidad de nutrientes.
Se deben aunar esfuerzos que permitan continuar con los trabajos de investigación relacionadas con los sitios idóneos para la implantación de las cánulas y dispositivos en el TGI de los animales domésticos y otras especies comerciales.
AGRADECIMIENTOS
Se agradece al Instituto de Investigaciones Porcinas, Punta Brava, por el servicio brindado en el apoyo bibliográfico.
REFERENCIAS
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