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Lezione 2: Basi fisiologiche dello stress negli animali Docente: Marco Birolo Corso di Laurea Magistrale in Scienze e Tecnologie Animali  Obiettivi ✓Definire cosa si intende con il termine ‘’stress’’ ✓Individuare le...

Lezione 2: Basi fisiologiche dello stress negli animali Docente: Marco Birolo Corso di Laurea Magistrale in Scienze e Tecnologie Animali  Obiettivi ✓Definire cosa si intende con il termine ‘’stress’’ ✓Individuare le strutture anatomiche coinvolte nella risposta dell’organismo agli eventi stressanti e spiegare i meccanismi fisiologici messi in atto ✓Individuare le principali fonti di stress per gli animali in allevamento ✓Descrivere le principali conseguenze dello stress sull’organismo Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 2  Il termine ‘’Stress’’ ✓In principio usato in fisica per descrivere una forza che, applicata ad un corpo solido, lo deforma per compressione, trazione o torsione. ✓Cannon (1871-1945), introduce il termine stress in biologia per indicare qualsiasi fattore in grado di alterare le normali funzioni fisiologiche e psicologiche dell’organismo. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 3  Definizioni di stress ✓Secondo Selye (1907-1982), lo stress “è la risposta non specifica dell'organismo ad ogni richiesta effettuata su di esso.’’ Risposta dell’organismo a vari stimoli di diversa natura. Descrizione sistematica della risposta fisiologica aspecifica che l’organismo mette in atto. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 4  Definizioni di stress ✓‘‘Effetto ambientale su un individuo che sovraccarica i suoi sistemi di controllo e regolazione e riduce o sembra ridurre la sua efficienza. La riduzione di efficienza può essere compensata o portare a conseguenze dannose per l’individuo.’’ (Broom e Johnson, 1993) Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 5  Terminologia ✓Stressor o agente stressante: è tutto ciò che può disturbare l’equilibrio fisiologico dell’organismo. ✓Risposta allo stress o adattamento: è l’insieme delle risposte messe in atto dall’organismo per far fronte alla perturbazione dell’omeostasi. ✓Stress: è lo stato indotto dalla stimolazione stressante. - Si instaura quando la causa stressante è prolungata e/o intensa, associata a situazioni sgradevoli e i processi di compensazione non sono sufficienti ad instaurare la risposta di adattamento. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 6  Terminologia ✓Omeostasi: dal greco ‘’homoio’’ (simile, stabile) e ‘’stasis’’ (stato, condizione). Equilibrio stabile dell’organismo Insieme di parametri biochimici e fisiologici variabili entro limiti ristretti Meccanismi omeostatici di regolazione Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 7  Tipi di stress ▪ ‘‘Eustress” (stress positivo): finalizzato a raggiungere una condizione di adattamento psico-fisico individuale all’ambiente rispondendo a sollecitazioni proporzionate alle capacità di risposta dell’organismo. ▪ ‘‘Distress’’ (stress negativo): sollecitazione che eccede le capacità di risposta dell’organismo causa stressogena fisica o psichica di intensità istantanea elevata. situazioni stressanti di entità minore, ma prolungate nel tempo. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 8  Stressor e adattamento Fisico Fisiologico Chimico Emotivo Sociale Comportamentale Fisiologica Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 9  Classificazione degli eventi stressanti Stressor Natura Durata Fisico Ambientale Sociale Acuto Intermittente Cronico Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 10  Reazione dell’organismo Organismo Risposte Risposte prolungate immediate Asse ipotalamo-ipofisi-surrene Attivazione sistema simpatico Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 11  Risposte adattative allo stress Intensità stress Attivazione Fattori Stato fisico risposta genetici del soggetto dipende da: Esperienze precedenti La risposta è individuale! Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 12  Risposte adattative allo stress Risposte comportamentali: ✓ Aumento dello stato di veglia e di allerta. ✓ Aumento della vigilanza, dell’attenzione e delle capacità mnemoniche. ✓ Soppressione dell’interesse per il cibo. ✓ Soppressione dell’attività sessuale. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 13  Risposte adattative allo stress Risposte fisiche: ✓ Aumento dell’irrorazione del SNC e dei muscoli scheletrici. ✓ Aumento dell’attività cardiaca e della pressione sanguigna. ✓ Aumento della funzione respiratoria. ✓ Aumento della glicogenolisi, della gluconeogenesi e della lipolisi. ✓ Aumento della velocità di coagulazione del sangue. ✓ Contenimento della risposta infiammatoria ed immunitaria. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 14  Risposta allo stress Agente stressante Sistema nervoso Asse ipotalamo- simpatico ipofisi-surrene Terminazioni nervose Midollare Glucocorticoidi post-gangliari del surrene Catecolamine Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 15  Divisione del sistema nervoso Sistema Nervoso Periferico Centrale Midollo Autonomo Somatico Cervello spinale Controlla muscoli e riceve Simpatico Parasimpatico informazioni sensoriali Organi interni e ghiandole Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 16  Strutture nervose: Ipotalamo Riceve informazione sui stimoli stressanti e, in risposta a questi, coordina la risposta allo stress integrando le risposte sia del sistema nervoso simpatico che del sistema endocrino. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 17  Strutture nervose: locus ceruleus Punto blu, è all’origine della maggior parte delle azioni della noradrenalina nel cervello. E’ costituito da un nucleo di neuroni adrenergici implicati nel mantenimento dello stato di attenzione e nella risposta a nuovi stimoli. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 18  Strutture nervose: Amigdala Riceve informazione dalla neocorteccia dei lobi cerebrali e dai sistemi sensoriali; analizza l’informazione sensoriale e la invia al suo nucleo centrale che, una volta attivato, provoca la stimolazione dell’asse ipotalamo-ipofisi-surrene. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 19  Strutture nervose: Amigdala Afferenze Olfattive Tattili Gustative Amigdala Uditive Visive Ipotalamo Attivazione Attivazione ipofisi-surrene sistema simpatico Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 20  Strutture nervose: Ippocampo Struttura deputata ai processi di memorizzazione delle esperienze. Contiene recettori per il cortisolo ed esercita un’attività inibitoria sull’asse ipotalamo-ipofisi-surrene quando il livello di cortisolo in circolo diventa troppo elevato. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 21 Regolazione di Amigdala e Ippocampo Amigdala Ippocampo + Asse + Ipotalamo - Ipofisi Surrene Cortisolo Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 22  Sistema simpatoadrenomidollare Ogni evento stressogeno percepito dai centri ipotalamici induce l’attivazione generale del sistema simpatico (azione diretta) e della zona midollare del surrene (azione indiretta). La stimolazione della midollare da parte delle fibre simpatiche provoca il rilascio di adrenalina e noradrenalina trasportate a tutti gli organi e tessuti. La midollare del surrene produce catecolamine sotto il controllo di centri nervosi superiori (amigdala e ipotalamo). Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 23 Sistema simpatoadrenomidollare Stressor Ipotalamo Risposta simpatica immediata generalizzata a tutto l’organismo ‘‘Fight or fly’’ Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 24  Attivazione sistema simpatoadrenomidollare Principali effetti: ✓ Sistema cardiovascolare: tachicardia, aumento della forza di contrazione e della gittata cardiaca, vasocostrizione nei distretti cutaneo, splancnico, e renale, ridotta resistenza al flusso a livello muscolare. ✓ Apparato respiratorio: broncodilatazione, iperventilazione. ✓ Cute e annessi: pallore, a volte cianosi, brividi, piloerezione. ✓ Apparato gastroenterico: inibizione della motilità intestinale ed arresto dei processi digestivi. ✓ Effetti metabolici: aumento della glicogenolisi e gluconeogenesi epatica, stimolazione della lipolisi nel fegato e nel tessuto adiposo. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 25 Attivazione sistema simpatoadrenomidollare ✓ Gli effetti prodotti dalle catecolamine permettono all’organismo di sostenere prestazioni fisiche più intense e prolungate di quelle svolte normalmente. ✓ L’attivazione del sistema simpatoadrenomidollare attua un insieme di aggiustamenti metabolici, ormonali e nervosi per sostenere la reazione di allarme o reazione fight or fly nell’organismo in condizioni di emergenza (stress acuto). Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 26  Asse ipotalamo-ipofisi-surrene Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 27  Ghiandola surrenale Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 28  Ghiandola surrenale Mineralcorticoidi Aldosterone Corticale Cortisolo Glucocorticoidi Ghiandola Corticosterone surrenale Adrenalina Midollare Catecolamine Noradrenalina Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 29  Controllo secrezione di cortisolo Stress + Ipotalamo - Ormone rilasciante corticotropina (CRH) + Ipofisi anteriore - Ormone adrenocorticotropo (ACTH) + Corticale ghiandola surrenale Cortisolo Combustibili Glucosio ematico metabolici e unità Aminoacidi ematici costitutive disponibili per resistere allo stress Acidi grassi ematici Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 30  Fase di resistenza: ruolo dei glucocorticoidi ✓ Vengono prodotti dalla zona fascicolata della corticale della ghiandola surrenale. ✓ Svolgono funzioni ad ampio spettro permettendo all’organismo di fronteggiare lo stress di lunga durata. ✓ Sono degradati a livello epatico; una parte è coniugata all’acido glicuronico ed eliminata attraverso le feci, mentre la parte non coniugata viene espulsa con le urine. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 31  Effetti dei glucocorticoidi Stimolazione del catabolismo delle proteine nel muscolo. Stimolazione gluconeogenesi epatica. Iperglicemia. Stimolazione catabolismo dei grassi. Inibizione secrezione gonadotropine ipofisarie. Inibizione della tireotropina ipofisaria. Inibizione ormone della crescita. Depressione sistema immunitario. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 32  Ormoni coinvolti nella risposta allo stressor Ormone Modificazione Risposta Adrenalina Aumento Midriasi, aumento glicemia e modificazioni circolatorie che portano a uno stato di allerta ACTH Aumento Facilita l’apprendimento β-endorfina Aumento Effetto analgesico Glucagone Aumento Aumento glicemia Insulina Diminuzione Aumento glicemia Aldosterone Aumento Riassorbimento Na+ e ritenzione idrica Vasopressina Aumento Aumento pressione del sangue Facilita l’apprendimento Panzera e Albertni, 2008 Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 33  Stressor e adattamento + + + + + + + Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 34  Sindrome generale di adattamento 1. Fase di allarme: attivata dalla midollare del surrene e dal sistema nervoso simpatico. Si mobilitano le energie difensive (aumento frequenza cardiaca, pressione del sangue). 2. Fase di resistenza: l’organismo tenta di adattarsi alle nuove condizioni. Sistema Ipotalamo-Ipofisi-Surrene. 3. Fase di esaurimento: l’organismo, sottoposto a stress cronico o troppo intenso, perde la capacità di adattamento; ripercussioni negative. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 35  Stress: effetti negativi ▪ L’organismo sottoposto a condizioni di stress risulta più soggetto alla contrazione di infezioni di varia natura: Immunosopressione conseguente alla produzione di cortisolo. Effetti dei glucocorticoidi (stress prolungato): Alterazioni della funzionalità del sistema immunitario. Aumento della suscettibilità a patologie di origine virale, batterica e tumorale. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 36  Stress: effetti negativi ✓ Soppressione della risposta Infiammatoria ed Immunitaria. ✓ Alterazioni della funzione riproduttiva. ✓ Disturbi comportamentali. ✓ Patologie. ✓ Riduzione della crescita. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 37  Fonti di stress negli animali Interazioni animali – ambiente Cambio brusco e radicale di ambiente. Trasporto e spostamenti. Eccessi di caldo, freddo, umidità, ventilazione, luce, rumori. Cambiamenti repentini del regime alimentare. Digiuno e sete. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 38  Fonti di stress negli animali Interazioni tra animali Gerarchie sociali e competizione. Isolamento dal gruppo negli animali sociali. Svezzamento. Sovraffollamento. Interazioni animali – uomo Gestione degli animali. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 39  Conclusioni ✓Lo stress è uno stato indotto da uno stressor molto intenso e/o prolungato nel tempo, al quale l’organismo non è riuscito rispondere con processi adattativi adeguati. ✓Le principali strutture coinvolte nella risposta agli eventi stressanti sono rappresentate dal sistema simpatoadrenomidollare, coinvolto nella risposta immediata (fight or fly), e dall’asse ipotalamo-ipofisi- surrene che regola la risposta di lungo periodo. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 40  Conclusioni ✓Le fonti di stress in allevamento possono essere molteplici e comprendono aspetti legati all’ambiente, al management e alle interazioni tra animali. ✓L’animale sotto stress prolungato va incontro a riduzione della fitness, delle prestazioni produttive (in quantità e qualità) e dello stato immunitario con conseguente aumento del rischio di infezioni e dell’incidenza di patologie anche gravi. Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 41  Materiale didattico I contenuti della presentazione si possono reperire ed approfondire nei testi riportati di seguito: Capitolo 5. Capitolo 7. (Vol. 1) Valutazione e miglioramento del benessere degli animali in allevamento – Lez. 2 42