暴露于氮气、氩气或二氧化碳填充的高膨胀泡沫中的猪：意识丧失与死亡的评估

《animal》：Pigs exposed to nitrogen, argon or carbon dioxide filled high-expansion foam: Assessment of unconsciousness and death

　　

摘要翻译：
不同的气体，如氮气（N₂）、氩气（Ar）或二氧化碳（CO₂），可用于制造无氧环境，以对猪进行致晕和 killing。高膨胀气体填充泡沫能够快速置换容器内的空气，形成无氧环境，从而使暴露其中的动物致晕和死亡。然而，与传统的气调致晕方法一样，用于制造气体填充泡沫的气体选择可能对动物福利和意识丧失的诱导产生不同影响。研究共纳入36头猪（每种气体处理12头），其中26头具有可用脑电图（EEG）记录的猪被纳入基于EEG的意识丧失分析。本研究旨在比较使用三种不同气体（N₂、Ar或CO₂）制成的高膨胀泡沫对猪致晕效果。通过两个表面电极和一个参考电极置于颅骨上测量脑活动，用于评估姿势丧失与EEG相关意识丧失 onset 之间的关系。在接触气体填充泡沫之前和期间，三种气体处理间的心脏活动（每分钟心跳次数）没有明显差异。接触CO₂填充泡沫导致更早的EEG抑制（提示意识丧失）（55.5秒），而N₂和Ar填充泡沫分别为74.5秒和80.0秒。然而，由于CO₂泡沫填充容器更快，这一差异不能仅归因于气体成分。姿势丧失平均发生在基于EEG抑制检测到意识丧失之前5至6秒。然而，EEG记录受到严重运动伪迹的干扰，一旦伪迹暂停，即可检测到强烈的EEG抑制，提示意识丧失。这表明基于EEG检测意识丧失可能因信号上的运动伪迹而延迟。由于运动伪迹掩盖了EEG强烈抑制的确切时刻，姿势丧失至少可被认为是动物向意识丧失过渡的早期行为学指标。

论文解读：
一、研究背景与问题
在畜牧业中，猪因严重受伤、绝症或疫情暴发需进行群体扑杀时，必须在农场现场实施 killing。欧盟法规（EC）1099/2009规定， approved 的致晕和 killing 方法需快速引起意识丧失且避免可避免的痛苦、恐惧或 suffering。目前，高浓度CO₂气调致晕是主要方法之一，但CO₂为酸性气体，吸入高浓度CO₂具有刺激性和痛觉，引发厌恶反应和呼吸窘迫，EFSA因此对其动物福利表示严重关切，并推荐寻找 less aversive 的替代气体。惰性气体如N₂和Ar仅通过缺氧（anoxia）诱导意识丧失，相比CO₂厌恶程度较低。然而，N₂密度接近空气，在开放或半封闭系统中难以快速建立稳定的无氧环境。高膨胀泡沫技术（HEFT）通过泡沫作为气体载体快速置换空气，可迅速形成无氧环境。但不同气体填充泡沫对意识丧失诱导的影响尚不清楚。此外，确认意识丧失的时间是评估致晕方法 welfare 影响的关键前提，而姿势丧失（LOP）作为早期行为指标与EEG确认的意识丧失之间的精确时间关系需进一步验证，尤其是运动伪迹可能掩盖EEG信号中意识丧失的确切时刻。
二、研究目的与意义
本研究旨在比较N₂、Ar或CO₂填充的高膨胀泡沫对猪的致晕效果，基于脑电活动评估LOP与EEG确定意识丧失 onset 的关系。研究结果对优化气体填充泡沫技术的 welfare 评估和实际应用提供数据支持。论文发表于《animal》。
三、主要关键技术方法
研究在瑞典农业科学大学L?vsta研究设施进行，纳入36头约12周龄、平均体重51.2±6.6 kg的猪，按窝和性别随机分配到N₂、Ar或CO₂处理组。实验使用HEFT C1容器，以标准化方式（相同水、水温、气压、泡沫发生器）产生膨胀比>350:1的气体填充泡沫。猪被置于带有水平金属栏杆的约束箱内，防止转身但可前后移动和改变姿势。EEG通过三个表面电极（两个测量电极、一个参考电极）置于额头皮肤记录，心率和心电图（ECG）使用Zephyr BioModule?传感器。视频记录用于评估丧失平衡（LOB）和LOP。关键方法包括：1）EEG信号采集后经带通滤波（4–32 Hz）去除运动伪迹和噪音；2）视觉评估EEG变化，定义 transition、意识丧失（EEG抑制）和近等电（ISO）状态；3）统计使用混合模型（Proc MIXED）比较处理组间各时间点，Pearson相关分析评估LOP与EEG-LOC的关系。
四、研究结果
4.1 实验条件
CO₂处理组的泡沫填充时间（平均71.6秒）显著短于N₂（92.6秒）和Ar（96.4秒）。O₂浓度在泡沫填充后降至1%以下，但由于传感器故障仅获得11次可靠测量（N₂ n=3，Ar n=4，CO₂ n=4），确认测得的批次达到无氧状态，但无法确认每次暴露均等价。
4.2 EEG与行为反应
成功EEG记录的猪为N₂ 10头、Ar 10头、CO₂ 8头。CO₂组首次检测到EEG-LOC的时间（55.5±4.06秒）显著早于N₂（74.5±3.61秒）和Ar（80.0±4.07秒）。ISO时间也以CO₂组较早（75.0秒 vs 101.7和102.6秒）。但CO₂组填充时间更快，故早期LOC不能单独归因于气体成分。LOB和LOP在CO₂组也显著更早（LOB 44.8秒，LOP 49.3秒），N₂和Ar组LOB约57-63秒，LOP约70-75秒。各处理组LOP至LOC间隔无显著差异，总体平均为5.7±5.0秒（范围1–12秒）。LOP与EEG-LOC的残差相关性强（r=0.869，P<0.001），LOB与LOC相关性不显著（r=0.293，P=0.147）。运动伪迹干扰了LOP时刻的EEG解读，但伪迹停止后立即出现强烈抑制的EEG。
4.3 心率
可获得有效心率数据的动物为CO₂ 7头、N₂ 5头、Ar 9头。基线心率较高（约149–153 bpm），泡沫开始时未增加，头部被泡沫覆盖后心率上升约20%至最大平均165–184 bpm。EEG确认LOC后心率迅速下降至基线约50%，随后出现心律失常，最终心搏停止时间分别在Ar约246秒、N₂约264秒、CO₂约268秒。三种气体间心率变化模式无明显差异。
五、讨论与结论
研究人员指出，由于运动伪迹和噪音，EEG分析依赖视觉评估，且观察者未对处理分组设盲，这是局限性。带通滤波可能丢失低于4 Hz的慢波信息，但强抑制theta、alpha和beta活动也指示意识丧失。CO₂组早期LOC可能与更快的填充速度和泡沫破裂释放的CO₂有关，无法将气体成分与传递系统分离。泡沫本身未显示明显厌恶，但动物被泡沫完全覆盖时出现回避反应和心率增加，可能反映对气体或淹没的 aversion。EEG确认的LOC在LOP后平均约6秒（1–12秒）检测到，因此LOP可作为早期动物基指标，但不能作为LOC的精确二值替代指标。研究结论：LOP可用于评估猪在气体填充泡沫暴露中向意识丧失过渡的早期指标；EEG-LOC的精确时刻被运动伪迹掩盖，应在商业实践中谨慎解读LOP与LOC的时间差。研究还强调，动物福利关键期是从过渡性EEG到LOC的时期，该时期所有气体处理均伴随心率增加和剧烈运动，可能涉及不适。