Anatomia e Fisiologia dei principali Animali da Laboratorio

Anatomia e Fisiologia dei
principali Animali da Laboratorio
Nada Francescutto
Animal Care Unit
IRFMN
Testi consultati
Barone R.: Anatomia Comparata dei Mammiferi Domestici,
Domestici, edizione italiana a cura di Ruggero Bortolami,
Bortolami,
Edagricole.
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Cavalletti L., Cocilovo A., Filippeschi S., Melloni E.: Principi di scienza dell’
dell’animale da laboratorio.
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Goliardica Pavese.
Pavese.
Scalvini G., Guaitani A.: Modelli sperimentali nella ricerca biomedica:
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Peyrot A., Vellano C.: Guida alla dissezione dei Vertebrati.
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Autori vari:
Stevens
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ambrosiana.
Banks W. J.: Istologia e anatomia microscopica veterinaria.
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Piccin.
Siti web
Superordine : GLIRI
Superordine: GLIRI
Ordine LAGOMORFI o
Duplicidentati: presenza di un
paio di piccoli incisivi situati
proprio dietro gli incisivi più
grossi superiori
(coniglio, lepre)
Ordine RODITORI o
Simplicidentati (cavia, ratto,
topo, criceto…)
Specie: Oryctolagus cuniculus
LAGOMORFI
(coniglio, lepre)
Testa piccola, occhi e orecchie grandi
Arti posteriori più
più lunghi degli anteriori,
specializzati per il salto
Fori ottici fusi
Fosse nasali molto lunghe, labirinto
etmoidale molto ampio
Due ordini di denti incisivi superiori
(Duplicidentati)
Duplicidentati)
Numerose creste palatine
ERBIVORO: intestino cieco grande
CIECOTROFIA: produce due tipi di
feci,reingerisce
feci,reingerisce i fecalomi morbidi ad
elevato contenuto proteico e vitaminico.
Regione lombare provvista di 7 vertebre
(cavità
(cavità addominale lunga)
Roditori
Rappresentano l’l’ordine più
più vasto tra i mammiferi, con circa
1800 specie
Tra gli animali da laboratorio, sono i vertebrati più
più usati
( circa l’l’80%)
Tabella riassuntiva dei più
più importanti sottordini di roditori nella
ricerca biomedica
Roditori
Gerbillo
• Simplicidentati
• Lissencefali
• Fori ottici separati
• Creste palatine poco numerose
• Intestino cieco sprovvisto di piega spirale.
spirale. Possibile
per alcuni la CIECOTROFIA (ratto,topo,cavia)
Topo (Mus musculus)
musculus)
Il topo è la specie più
più usata
a scopo sperimentale
Più
Più di 1000 ceppi inbred
geneticamente definiti e
uniformi, fra i quali
esistono differenze
anatomiche e fisiologiche
Molti ceppi sono usati come
specifici modelli animali
(es.topi nudi atimici)
atimici)
Topo (Mus musculus)
musculus)
Principali utilizzi del topo nella ricerca biomedica
• Ricerca sul SNC
• Ricerca sul cancro
• Sperimentazione di farmaci
• Preparazione di vaccini e anticorpi monoclonali
• Ricerca tossicologica
Ratto (Rattus norvegicus)
norvegicus)
Vertebrato
più
più
comunemente usato a scopo
sperimentale dopo il topo
400
ceppi
inbred
geneticamente
definiti,
molti dei quali discendenti
dei ratti albini Wistar
(primo
Istituto
a
selezionare ceppi per la
ricerca biomedica)
biomedica)
Ratto (Rattus norvegicus)
norvegicus)
Principali utilizzi del ratto
nella ricerca biomedica:
biomedica:
studi
studi nutrizionali
studi
studi comportamentali
ricerca
ricerca tossicologica
Abitudini di vita
I topi selvatici vivono in gruppo con una evidente gerarchia sociale.
sociale. Il
topo di laboratorio si è parzialmente adattato alla vita in cattività
cattività ma
conserva ancora molte affinità
affinità con i ceppi selvatici. Le femmine possono
essere stabulate in gruppo; i maschi in gruppo possono manifestare un
comportamento aggressivo che dipende dall’
dall’età
età, dal ceppo, dallo spazio
disponibile, meglio la gabbia singola per maschi adulti di nidiate
nidiate
diverse.
Ritmo notturno, con picchi di attività
attività durante il periodo di buio
(variabili da ceppo a ceppo).
Poco specializzati, facilmente adattabili all’
all’ambiente.
Onnivori, mangiatori semicontinui (pellettati
(pellettati).
pellettati).
In cattività
cattività, è importante la regolarità
regolarità dei cicli giorno/notte per
mantenere normali profili comportamentali e riproduttivi.
Ratto e Topo hanno Anatomia e Fisiologia simili
Aspetto generale
Corpo fusiforme
Testa assottigliata
Coda fino 85% del corpo, fornita di scaglie (carattere arcaico)
Narici aperte lateralmente, possibilità
possibilità di chiuderle nell’
nell’acqua
Occhio esoftalmico,
esoftalmico, membrana nittitante (plica
(plica semilunaris)
semilunaris) ridotta o assente
ditoo degli arti
Arti anteriori/posteriori: 5 dita con unghie tonde (il primo dit
anteriori è molto ridotto)
Apparato tegumentario
FIGURA PELI TATTILI;
FIGURA TESTA RATTO THE LAB RAT 2006
Peli: assenti su naso, labbra, palmi.
Peli tattili o vibrisse (rivestiti di una guaina connettivale ben
ben
sviluppata che contiene seni venosi).Funzione
venosi).Funzione tattile molto
importante.
Superficie naso = dermatoglifo del polpastrello di uomo e
primati
Apparato tegumentario
Complesso ghiandole lacrimali (idratano la superficie della corn
cornea):
ea):
• gh.
gh. Lacrimale intraorbitale (occupa l’l’angolo caudale dell’
dell’orbita)
• gh.
gh. Orbitali di Harder (a ferro di cavallo intorno all’
all’orbita): secrezione
rossorosso-marrone rimossa dall’
dall’animale. Se presente indica malessere
• gh.
gh. Lacrimali extraorbitali,ventralmente
extraorbitali,ventralmente e rostralmente all’
all’orecchio
Gh. del letargo (Hibernating
(Hibernating Gland:
Gland: MAT):tessuto adiposo multiloculare fra le
scapole e caudalmente alla parotide. Giocherebbe un ruolo fondamentale nella
termogenesi
Termoregolazione
Come altri roditori, i ratti e topi hanno scarsa
termoregolazione,
termoregolazione, soprattutto i neonati:
Assenti gh.sudoripare
gh.sudoripare tubulari (presenti solo sulla pianta
del piede)→
piede)→ non sudano
Sembra che le alte temperature inibiscano la sete → non
incrementano l’l’assunzione di acqua, ma aumenta la
salivazione
Si adattano meglio al freddo che al caldo
Partecipa la coda, attraverso vasodilatazione e
vasocostrizione
.
Apparato mammario
Capezzoli TOPO:
3 paia pettorali
2 inguinali
Capezzoli RATTO:
3 paia pettorali,
3 inguinali
TOPO
Apparato locomotore
L’ossificazione è tardiva e si completa a 1 anno d’
d’età
età.
Esistono notevoli differenze nella struttura ossea e nella densit
densità minerale delle ossa tra ceppi
diversi di ratti inbred.
inbred. La variabilità
variabilità del fenotipo scheletrico tende ad essere sia ceppoceppo- che sitositospecifica.
Formula vertebrale:
C7 -T13 - L6 - S4 - Cd27/30
Principale muscolo masticatore è il Massetere, la cui modalità
modalità di inserzione riflette una profonda
divisione filogenetica,
filogenetica, perciò è stata usata per dividere i Roditori in gruppi, Sciurognati (es.topoes.toporatto)
ratto) vs Istricognati (es.cavia)
es.cavia)
Incremento muscolare diverso per ceppi: ceppi ad accrescimento ridotto (Fischer
(Fischer 344) per studi di
tossicologia a lungo termine (cancerogenesi
(cancerogenesi)
cancerogenesi)
TOPO
Apparato gastroenterico:
gastroenterico:
bocca
Assenza tonsille, ugola e pilastri rostrali delle
fauci.
Monofiodonti:l
Monofiodonti:l’
:l’eruzione dei denti avviene
una sola volta.
Formula dentaria caratteristica dei roditori:
I1/1 C0/0 P0/0 M3/3 = 16. Gli incisivi delle
arcate dentarie superiore e inferiore sono ad
accrescimento continuo,con una riformazione
completa in 50 gg largo uso del ratto per
studiare effetti cariostatici fluoro.
La malocclusione può causare gravi lesioni
buccali.
Pieghe della mucosa delle guance riempiono lo
spazio interdentale (diastema
(diastema o margine
interalveolare).
interalveolare).
Ratto: assenza di recettori del gusto per
l’acqua, identificati invece in altri animali.
TESTA DI RATTO
MALOCCLUSIONE
Ghiandole salivari
Tre paia di ghiandole salivari:
Parotide: dalla base dell’
dell’orecchio si estende sulla superficie ventrolaterale del
collo,aprendosi nel vestibolo della bocca. Sierosa
Sottomascellare o sottomandibolare: dall’
dall’angolo della mandibola si porta
caudalmente fino al manubrio. Sierosa
Sottolinguale: sul margine rostrale della gh.
gh. sottomascellare, a volte parzialmente
fusa con essa .Mucosa
Ghiandole salivari minori nella sottomucosa della bocca.
Secrezione sierosa e mucosa.
Molti linfonodi nella stessa
regione,non facilmente
distinguibili dalle gh.
salivari. Uno è fuso con la
parotide.
Faringe, Esofago, Stomaco
Faringe: organo
imbutiforme che mette in
comunicazione la cavità
cavità
orale con l’l’esofago e le
cavità
cavità nasali con la laringe.
Esofago: organo
muscolomembranoso che
entra nello stomaco in
corrispondenza della piccola
curvatura.
Stomaco
Lo stomaco giace a sinistra nella
cavità
cavità addominale, in contatto
col fegato e connesso ad esso, ad
altri organi del tratto digerente e
alla parete dorsale della cavità
cavità
addominale attraverso un
mesentere molto vascolarizzato
RATTO
Stomaco
Stomaco bicavitario:
bicavitario:
porzione sx proventricolare
(stomaco muscolare, rumine)
linea limitante (limiting
(limiting
ridge,
ridge, margo plicatus)
plicatus)
porzione dx peptica
(stomaco ghiandolare;
corpus, antro pilorico,
valvola pilorica)
• STOMACOOOOO!!!!
• VEDI BANKS !!!!
TOPO
Fegato, Pancreas
Fegato: 4 lobi (mediano, laterale
sx,
sx, laterale dx,
dx, caudato o di
Spigelio)
Spigelio)
Assenza cistifellea nel RATTO:
RATTO:
dotti
biliari
biliaricoledoco
coledocoduodeno,
sbocco in comune con i dotti
pancreatici. N.B. difficoltà
difficoltà di
raccolta della bile non
inquinata da succhi
pancreatici
Pancreas: estremamente diffuso;
si estende all’
all’interno
dell’
dell’omento gastrosplenico
dall’
dall’ansa duodenale fino alla
milza.
Ratto, veduta ventrale
Intestino
Intestino tenue: 90 cm
Intestino crasso: 15 cm, privo
di tenie (ascendente –
trasverso – discendente)
Cieco: appendice a forma di
virgola; nel TOPO fino a
1/3 della lunghezza del
grosso intestino, in
relazione al tipo di dieta.
Privo di tenie e di setti
interni, con parte apicale
simile all’
all’appendice umana
(tessuto linfoide).
linfoide).
Apparato respiratorio
RATTO
TOPO
Trachea: 1818-20 anelli a C (∅ 1.6 mm nel RATTO)
Polmoni: sx 1 lobo
dx 3 lobi+1 lobo
postpost-cavale
Broncocostrizione sotto controllo vagale e non simpatico come negli
altri animali
Apparato cardiovascolare
Cuore: lungo la linea mediana in cavità
cavità toracica. Ampio contatto con parete toracica
sx (puntura cardiaca 3°3 -5° sp. int.)
int.)
Il cuore di RATTO ha un doppio apporto di sangue per gli atri e il nodo del seno:
- coronarico (aa.
aa. coronarie dx sx)
sx)
- extracoronarico (aa.
aa. cardiacomediastiniche dx e sx,
sx, con origine dalle aa.
aa.
mammarie interne destra e sinistra)
Le coronarie corrono lungo la parete dei ventricoli e non nel so
solco
lco
interventricolare,come negli altri mammiferi superiori.
Due
Due vene cave
superiori (superiore
sinistra e superiore
destra)
La
La circolazione
periferica è simile
agli altri mammiferi
Il RATTO è una
specie molto
utilizzata negli
studi
sull’ipertensione
(SHR)
Apparato urinario
RATTO
Rene dx più
più craniale del sx
Rene unipapillare,
unipapillare, con un solo
calice (RODITORI,
LAGOMORFI,
INSETTIVORI).
RATTO:
Fornici specializzati
Capacità
Capacità di concentrare urine
doppia rispetto all’
all’uomo
Proteinuria elevata rispetto
all’
all’uomo
Apparato genitale maschile
Discesa dei testicoli
Possibilità
Possibilità che siano scrotali o
addominali (canale inguinale aperto)
FAT PAD attorno al plesso venoso
pampiniforme e all’
all’arteria testicolare a
partire dall’
dall’ingresso nel canale inguinale
Gh. annesse alle vie genitali (5 paia),
localizzate nella pelvi:
– gh. del dotto deferente (in
prossimità
prossimità dello sbocco in uretra)
– vescicole seminali
– 2 paia GH prostatiche
– ”coagulating
coagulating glands”
glands” (tipiche dei
roditori, coagulano il fluido
seminale) = gh.
gh. bulbouretrali
Os penis
Gh.
Gh. prepuziali:
prepuziali: sotto la cute del prepuzio
RATTO
Apparato genitale femminile
Ovaie a grappolo (follicoli)
Nel TOPO utero bicorne –
corpo bipartito con setto
mediano; parte posteriore
unica
Nel RATTO utero duplice: 2
cervici, 2 osti interni e 2
esterni
Vagina dorsale all’
all’uretra e
completamente separata da
questa
Apertura uretrale alla base
del clitoride,completamente
separata dalla vagina
Sessaggio
TOPO ♂
TOPO ♀
Distanza anoano-genitale maggiore nei maschi che nelle
femmine
Nelle femmine quest’
quest’area è priva di peli
Testicoli non sempre intrascrotali
Apparato endocrino
Epifisi o ghiandola pineale: origina da
una evaginazione del tetto diencefalico.
diencefalico.
Organo sensosenso-neuroendocrino.
neuroendocrino.
Ipofisi o ghiandola pituitaria: è collocata
sul fondo della sella turcica dello sfenoide
ed ha stretti rapporti morfologici e
funzionali con l’l’ipotalamo.
Tiroide: 2, molto estese (5 anelli tracheali)
ai lati della trachea, appena sotto la
laringe.
Paratiroidi: in posizione anterolaterale
rispetto a ciascun lobo della tiroide.
Surrenali: al polo craniale dei reni. Nelle
femmine sono più
più voluminose. Nel TOPO
posizione discosta dai vasi sanguigni
principali adrenalectomia meno
rischiosa
Timo: cranialmente al cuore, 2 masse
distinte poggiate sulla superficie ventrale
della trachea. Persiste per tutta la vita,
diminuendo il peso in gravidanza e
allattamento
topo
ratto
Numero di cromosomi
40
42
Peso animale adulto
M
F
Durata della vita
1-2 anni
2-3 anni
Pulsazioni
300-800/minuto
300-500/minuto
Temperatura rettale
36.5-38°C
37.5-38.5° C
Fabbisogno alimentare
3-4 g/20g/die
10-20 g/die
Fabbisogno idrico
3-7 ml in media/die
20-45 ml in media/die
20-40 g
25-40 g
M
F
300-500 g
250-300 g
Tenendo conto della piccola taglia, frequenza respiratoria e
cardiaca sono di norma elevati, con considerevoli variazioni
in funzione del ceppo, dell’
dell’età
età, delle condizioni ambientali e
dello stato microbiologico.
Nel ratto, stress emotivi aumentano l’l’assunzione
di acqua.
Topo
Ratto
Pubertà
5 settimane
6-8 settimane
Età riproduttiva
8-10 settimane
12-16 settimane
Ciclo estrale
4 gg
4-5 gg
Durata dell’estro
14 ore
Durata gravidanza
19 gg
(2-9)
14 ore
(18-21)
21-23 gg
La maturità
maturità sessuale nei topi si instaura molto precocemente
e le femmine vanno in estro ripetutamente.
Nelle 24 ore successive all’
all’accoppiamento è rinvenibile il plug
(secrezione delle ghiandole accessorie del tratto genitale del
maschio)
Prima del parto, la femmina gravida deve avere a
disposizione carta tagliuzzata o cotone idrofilo per poter
procedere alla preparazione del nido
Topo
Ratto
Numero nati/cucciolata
6-12
6-12
Peso alla nascita
0.5-1.5 grammi
5 grammi
Peso allo svezzamento
10 grammi
40-50 grammi
Età dello svezzamento
21-28 gg
21 gg
I cuccioli nascono ciechi e glabri. L’
L’immunità
immunità passiva viene trasmessa ai
cuccioli per via placentare (placenta emoemo-coriale)
coriale) e attraverso il colostro.
Se l’l’accoppiamento avviene durante un estro post partum,
partum,
l’allattamento e la gravidanza possono procedere simultaneamente.
simultaneamente.
I cuccioli devono essere svezzati prima della nascita della nidiata
nidiata
successiva.
Nidiata (Topo)