Когда нос не знает: как здоровье, условия содержания, дрессировка и микробиота влияют на собачий нюх

Самой важной характеристикой собаки-детектора является ее обоняние. Обонятельные рецепторы в основном расположены в среднем носовом ходе носовой полости. Вомероназальный орган является дополнительной частью обонятельной системы, которая распознает химические сигналы, стимулирующие поведенческие и/или физиологические изменения. Недавние достижения в области генетики обоняния свидетельствуют о том, что генетические изменения, наряду с уникальной анатомией и воздушными потоками в носу собаки, ответственны за ее макросмию. Воспаление, изменение кровотока и гидратации и системные заболевания изменяют обоняние и могут влиять на эффективность работы собак-детекторов. В научной литературе содержится обширная информация о потенциальном воздействии лекарственных средств на обоняние у людей, но у собак изучалось только воздействие стероидов, антибиотиков и анестетиков. Физические стрессоры, в том числе физическая нагрузка, отсутствие обучения и высокая температура окружающей среды оказывают прямое или косвенное воздействие на собаку. Было доказано, что содержание жиров в диете, объем порции и время приема пищи оказывают влияние на обоняние у мышей и собак. Микробиота желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), вероятно, влияет на обоняние посредством двусторонней связи между ЖКТ и мозгом, а на микробиоту влияют физические упражнения, диета и стресс. Цель этого обзора литературы — обсудить конкретные эффекты изменения здоровья, содержания и микробиоты на обонятельную способность у рабочих собак.

Введение

Необычайная обонятельная способность собак давно используется людьми для поиска и различения запахов (1). Сообщалось, что способность собаки к обнаружению запахов в 10 000-100 000 раз выше, чем у обычного человека, а нижний предел обнаружения у летучих органических соединений для собак составляет одну часть на триллион (ppt) (2). Подобная высокая чувствительность дает собакам способность обнаруживать огромное количество химических соединений, содержащих молекулы, которые проявляют тонкие различия в стереоизомерных структурах (3). Эта чувствительность, уникальная способность обнаруживать целевой запах среди множества запахов в рабочей среде (4) и способность собаки учиться при помощи оперантного обуславливания (5) сделали рабочих собак неотъемлемой частью правоохранительной деятельности, военных, поисково-спасательных, медицинских и собак-помощников инвалидов по всему миру. Однако, несмотря на исключительное значение службы, которую несут наши собаки, в научной литературе недостаточно представлены доказательства, касающиеся здоровья и возможностей их обоняния. Цель этого обзора — обсудить влияние условий, связанных с диетой и физической подготовкой, медицинским обслуживанием и изменениями микробиоты на эффективность чутья у рабочих собак.

Здоровье и болезни

Анатомия обоняния

Чтобы правильно следить за здоровьем собаки-детектора, нужно понимать анатомию и физиологию обоняния. Основными компонентами обонятельной системы являются носовая полость, обонятельный эпителий и рецепторы, вомероназальный орган (ВНО) и обонятельная луковица. Носовая полость состоит из двух половин, разделенных носовой перегородкой, которые сильно васкуляризированы, в основном, за счет клиновидно-нёбной артерии. Каждая половина носовой полости содержит три хода (вентральный, дорсальный и срединный) (6), которые способствуют увеличению площади поверхности слизистой оболочки. Однако общая площадь поверхности слизистой оболочки может сильно зависеть от размера и формы морды у собак (7). Носовые раковины формируются из боковых стенок носовой полости и содержат сеть извилистых вен. Средняя и дорсальная раковины формируют обонятельную щель, где отсекается 5-15% вдыхаемого воздуха и заканчиваются многие черепные нервы. Когда происходит вдох, сначала воздух достигает вентральной раковины, где имеется небольшое количество обонятельных сенсорных нейронов. Воздух продолжает течь в дорсальный носовой ход и придаточные пазухи, а затем направляется к глотке (6). Насыщение раковин изменяет поток воздуха в обонятельной щели, влияя на обоняние. Насыщение раковин снижается при физических нагрузках, повышенном содержании двуокиси углерода и повышенного симпатического тонуса, тогда как увеличивается от холодного воздуха, химических раздражителей, гипокапнии и повышенного парасимпатического тонуса. Некоторые запаховые вещества / химические вещества в воздухе могут стимулировать нервные окончания тройничного нерва в слизистой оболочке носа, которые вызывают ощущения, такие как тепло, прохлада, острота, но не запах (8). Обнаружение запаха происходит только через обонятельный эпителий и обонятельные нервы.

Обонятельный эпителий состоит из нейрепителия, выстилающего решетчатую пластину, дорсальную перегородку, дорсальную и среднюю раковины и псевдомногослойного цилиндрического эпителия с миллионами обонятельных рецепторных (ОР) клеток (ОРК). Обонятельный эпителий также содержит опорные клетки, которые регулируют состав слизистой оболочки носа, служат в качестве изоляторов между ОРК и защищают эпителий от повреждения от вдыхаемых веществ (9). Слизистый слой слизистой оболочки носа происходит от боуменовых желез в обонятельном эпителии; этот слизистый слой поддерживает нормальные уровни влажности носа и улавливает запахи (10). Нормальное обоняние зависит от этой влажной рецепторной области (9).

Обонятельные рецепторные клетки проникают непосредственно в обонятельную луковицу с аксонами, заканчивающимися в клубочках обонятельной луковицы (11). ОРК имеют реснички с поверхностными рецепторами запаха; человеческий ОРК имеет приблизительно 25 ресничек на ОРК, но собаки имеют сотни ресничек на ОРК, что позволяет собакам обнаруживать значительно меньшие концентрации целевого запаха. В полости носа у собак имеется более 220 миллионов ОР, что позволяет улавливать огромное количество запаховых веществ (12). Существует только один тип ОР для ОРК, а интенсивность запаха пропорциональна числу активированных ОРК; ОРК также имеют рецепторы для гормонов и нейротрансмиттеров. Обонятельные нейроны живут только 30-60 дней, но, в отличие от других сенсорных клеток млекопитающих, ОРК постоянно регенерируют (13). Количество и тип ОРК, присутствующих у отдельной собаки, продиктованы породой, генетикой и обучением (7, 14-17); эта концепция будет рассмотрена далее.

Находящиеся на мембране ОРК реснички являются внеклеточными участками, которые связывают запаховое вещество и внутриклеточные части, соединенные с G-белком. Когда запаховое вещество связывается с внеклеточным участком рецептора, G-белковая A-субъединица отрывается, активируя аденилатциклазу, которая впоследствии преобразует АТФ в цАМФ. цАМФ усиливает поступающий сигнал от запахового вещества путем активации нескольких натриевых каналов (11). Двухэтапное открытие натриевых каналов вызывает деполяризацию, и полученный потенциал действия передается через обонятельную луковицу. Каждое запаховое вещество распознается уникальной комбинацией активированных ОР (18). Способность собаки правильно распознавать запахи основывается на этой функции.

ВНО лежит вдоль вентростроральной области носовой перегородки, является билатерально симметричным и действует как дополнительная область для обнаружения запаха (19). Сенсорные нейроны ВНО обнаруживают химические сигналы, которые стимулируют поведенческие и/или физиологические изменения (20), обеспечивают альтернативный нейронный путь к гипоталамусу и очень медленно адаптируются к запахам. ВНО содержит как рецепторный, так и нерецепторный эпителий, которые структурно отличаются по типу нервных волокон и входящих в состав клеток (21). Функция ВНО состоит в обнаружении нелетучих запаховых веществ, особенно феромонов, и, как полагают, эта информация играет важную роль в социальном поведении и размножении (21).

Обонятельная луковица представляет собой парную структуру, которая функционирует в основном как ретрансляционная станция и фильтрует входящую сенсорную информацию (6). На нейрон второго порядка приходится приблизительно 1000 аксонов ОРК, что приводит к значительному усилению сигнала запаха. Митральные клетки обонятельной луковицы проецируют один первичный дендрит на один клубочек и один аксон в обонятельную кору. Обонятельная луковица расположена под лобными долями, над решётчатой пластинкой решётчатой кости у людей, но у других млекопитающих она расположена более рострально, что может сыграть роль в улучшенном обонянии у млекопитающих (19). Обонятельная кора расположена в медиальных височных долях и напрямую связана с корой головного мозга. Функция обонятельной коры у млекопитающих — получение сенсорной информации от обонятельной луковицы, что позволяет сознательно воспринимать запах, идентифицировать, запоминать и обнаруживать его. Обонятельная луковица выполняет сенсорную функцию (первоначальная обработка обонятельной информации), а также играет роль модулятора в переднем мозге, гипоталамусе и лимбической системе (22). Строение органов обоняния собак показано на рисунках 1 и 2.

Рисунок 1. (A) Левая сагиттальная плоскость с обозначением участков анатомии, связанных с обонянием. Фотография: Adrien-Maxence Hespel, University of Tennessee.
(B) Левый профиль с обозначением структур, связанных с обонянием.
Рисунок 2. Схема путей, демонстрирующая процесс передачи сигналов при обонянии.

Обонятельные области мозга подразделяются на две функциональные группы: неокортексная (например, орбитофронтальный комплекс), который регулирует сознательное восприятие запаха и лимбическая (23). Лимбическая система представляет собой совокупность структур мозга, которые регулируют обоняние, память, поведение и мотивацию. Компоненты лимбической системы включают также обонятельную луковицу, гиппокамп, миндалину и энторинальный комплекс. Размер и функция лимбической системы варьируют в зависимости от вида млекопитающих, но у всех видов лимбическая система имеет обонятельные и не обонятельные компоненты (24). Изокортекс регулирует функции более высокого порядка, такие как сенсорное восприятие и познание. В то время как приматы, включая людей, имеют обратную связь между объемом изокортекса и лимбической системы, наземные хищники, включая собак, имеют относительно большие объемы как изокортекса, так и лимбической систем (24). Эти анатомические различия в объемах головного мозга могут частично отвечать за различия в обонятельной способности человека и собак.

Физиология обоняния

По сравнению с людьми, собаки имеют значительно большую площадь поверхности обонятельного эпителия, причем приблизительно на 30% больше ОР, которые могут распознавать гораздо большее разнообразие запаховых веществ. Собаки также имеют отличную способность к локализации запаха, даже при наличии значительного запахового фона, вероятно, из-за большего размера носовой полости по сравнению с другими видами (25) и уникальными структурами воздушных потоков, создаваемых при обнюхивании (26). Способность находить источник целевого запаха, даже при наличии отвлекающих запахов, делает собаку-детектора незаменимой во многих военных, правоохранительных и поисково-спасательных операциях.

Во время вдоха 12-13% воздушного потока перемещается в обонятельную часть носа, а оставшийся поток воздуха направляется к носоглотке, где он выходит из носовой полости (26). Чтобы иметь возможность ознакомиться с запахом лучше, собака активно принюхивается, делая короткие резкие вдохи частотой 4-7 Гц, независимо от размера собаки (26) Средняя собака вдыхает 30 мл воздуха через одну ноздрю за один вдох (19), и воздух вдыхается спереди и выдыхается в сторону, как видно на рисунке 3; это позволяет более эффективно проводить отбор проб запаховых веществ. Когда собака нюхает, воздух в пределах приблизительно 1 см от носа затягивается в ноздрю (26), и с высокой скоростью поток воздуха переносится в дорзальную полость носа, где он поворачивается на 180 ° и течет обратно по дорсальным носовым ходам. Каждая ноздря нюхает воздух отдельно, получая двусторонние образцы запаха, что помогает в локализации источника запаха (26). В отличие от людей и других микросмотических видов у собак воздух не входит или выходит из обонятельной области во время выдоха, что приводит к длительному воздействию вдохнутого воздуха на хеморецепторы обонятельного эпителия и продолжению обонятельной стимуляции во время дыхательного цикла (26). Для рабочих собак активное обнюхивание во время поиска в позиции поиска запаха «нос вниз, хвост вверх» (см. Рис. 4) и эффективная локализация источника запаха имеют решающее значение для успешного выполнения задачи.

Рис. 3. Пути вдоха и выдоха, а также воздушный поток при обонянии (синие стрелки = вдох; красные стрелки = выдох). Собаки преимущественно используют правую ноздрю, чтобы нюхать запахи, которые вызывают особое возбуждение, и новые запахи, а левую ноздрю — знакомые запахи, стимулы, не вызывающие отвращение, и возбуждающие гетероспецифические запахи.
Рисунок 4. Собаки-спасатели, выполняющие поиск, демонстрируют типичную позу «нос вниз, хвост вверх», связанную с активным обнюхиванием. Фотография предоставлена Tracy Darling.

Условия окружающей среды, такие как относительная влажность и атмосферное давление, могут оказывать прямое воздействие на обоняние, в дополнение к воздействиям, которые эти факторы оказывают на генерацию и движение самого запаха. Philpott et al. (27) сообщают, что обонятельные пороги у людей не зависели от температуры помещения, максимальной влажности и максимального вдыхаемого потока. В последующем более крупном исследовании, опубликованном Kuehn et al. (28) впоследствии определили, что уровень обонятельного порога был ослаблен в условиях сниженного давления, а порог обоняния был ниже (обоняние улучшилось) во влажной среде. Поисково-спасательные собаки работают лучше, когда относительная влажность высокая (29), что потенциально связано с улучшенной влажностью носа и улавливанием запаховых веществ. Влажность, но не проливной дождь, повышала эффективность собак при работе по следу и поиске за счет увеличения интенсивности запаха (30) и улучшения обонятельного обнаружения феромонов, что приводило к увеличению активности размножения животных в сезон муссонов (31).

Обнюхивание имеет преимущество по сравнению с нормальным вдохом, поскольку оно вызывает однонаправленный ламинарный поток до дорсальной раковины и сенсорного эпителия решетчатых завитков (26, 32), повышает чувствительность к запахам (32), стимулирует активность в обонятельной коре и влияет на интенсивность запаховых веществ и идентификация (33). Потоки воздуха в носу, описанные Craven et al. (26) усиливают остроту обоняния у собак, но не полностью объясняют макросмию, обостренное чутье у собак. Lawson et al. (34) описал перенос видов запаховых веществ и последующее воздействие на обоняние. Образцы осадка запаховых веществ соответствуют анатомическому строению нейронов ОР: высокорастворимые запаховые вещества осаждаются в передней части обонятельной щели (дорзальный ход и носовая перегородка), тогда как умеренно растворимые или нерастворимые запаховые вещества осаждаются по всей обонятельной щели (34). Эта комбинация анатомического строения нейронов ОР и схемы движения воздушного потока во время обнюхивания, вероятно, ответственны за макросмию у рабочих собаках. Собаки движутся медленнее, а период обнюхивания длится в три раза дольше в течение решающей фазы локализации источника запаха («обнаружение») по сравнению с фазой начального этапа поиска(35). Concha et al. (36) продемонстрировали, что модели обнюхивания у рабочих собак могут использоваться для дифференциации истинных отрицательных результатов от ложноотрицательных. Тренированные собаки-детекторы проводили значительно меньше времени при обнюхивании истинно отрицательных образцов (без запаха, без сигналов обнаружения), причем для истинно отрицательных образцов им понадобилось обнюхать их всего лишь один раз(36). Для собак-детекторов эти характеристики обнюхивания могут привести к более эффективной работе по обнаружению запахов в течение продолжительного рабочего цикла.

Собаки неоднократно демонстрировали «специализацию полушарий», то есть специфическую обработку эмоциональных, акустических и обонятельных стимулов полушариями мозга (37, 38). В отличие от других органов чувств, обонятельные пути поднимаются от рецепторов (носовая полость) до коркового отдела анализатора в мозге (обонятельной коре) ипсилатерально: сенсорная информация из правой ноздри попадает в правое полушарие головного мозга, а из левый ноздри — в левое полушарие (37). Собаки преимущественно используют правую ноздрю, чтобы обнюхивать конспецифические и новые запахи, импульсы от которых попадают в правое полушарие головного мозга, которое отвечает за угрожающие и тревожные стимулы. Собаки предпочитают использовать левую ноздрю, чтобы обнюхивать знакомые запахи и неаверсивные стимулы, такие как еда, а также гетероспецифичные запахи возбуждения (например, образцы пота, взятые у испуганных людей) (37). D’Aniello et al. продемонстрировал, что специализация полушарий и хемосигнализация усиливают связь эмоциональных состояний (включая стресс) у собак и людей (39). Для собак-детекторов это, вероятно, означает, что целевые запахи обрабатываются левой ноздрей.

Анатомические связи между обонятельными путями миндалины и пириформной коры и лимбической системой лежат в основе взаимосвязи между обонянием и памятью (9). Обоняние и другие формы обучения/памяти регулируются одними и теми же нейробиологическими механизмами (40). У рабочих собак способность запоминать запахи имеет решающее значение: когда она возникает? Сколько запахов может запомнить собака? Как долго собаки помнят запахи? Как долго собака может поддерживать работу по запаху без тренировки? Изучение запахов у собак начинается с пренатального периода вследствие влияния диеты матери на состав амниотической жидкости (41), но выученная память о запахе, по-видимому, исчезает к 10-недельному возрасту (42). Было продемонстрировано, что обоняние и способность к обучению у собак ухудшаются с возрастом, но не существует определенного возраста, когда собака перестает учиться (40). Williams и Johnston (43) определили, что собаки могут легко выучить и впоследствии идентифицировать 10 целевых запахов. Учитывая, что собаки продемонстрировали способность изучать и воспринимать более 200 слов и имена более 2000 игрушек (45), вполне вероятно, что рабочие собаки могут запомнить гораздо больше 10 запахов. Продолжительность памяти на выученные запахи широко не изучалась, но Johnston (46) продемонстрировал, что у собак-детекторов взрывчатых веществ не происходило систематического ухудшения показателей на срок до 4 мес. Методы обучения могут влиять на продолжительность памяти о запахе или, по крайней мере, на обозначение собакой искомого запаха. Если сигналы не подкрепляются, или если собака проводит несколько поисков, не обнаруживая искомый запах, поведение обозначения или поисковая активность могут угаснуть (47). Однако не ясно, сохраняется ли память на запах при угасании обозначения или поиска и какова максимальная продолжительность времени, когда собака может помнить запах без тренировки (47).

Генетика все чаще признается в качестве важного компонента обоняния у собак (7). Существует 4 типа рецепторов, связанных с обонянием и хемочувствительностью у собак: ОР, вомероназальные рецепторы, рецепторы, ассоциированные с следовыми аминами, и формил-пептидные рецептор-подобные белки. Большинство исследований по генетике обоняния собак было сосредоточено на генах ОР. Репертуар ОР у собак состоит из 1094 генов, примерно в 3 раза больше, чем у человека. Считается, что подобный большой генетический репертуар связан с макросмией собак, создавая обширный массив ОР, что позволяет обнаруживать широкий диапазон запаховых веществ (48). У собаки приблизительно 20% генов ОР являются функционально неактивными псевдогенами, но процент псевдогенов изменяется по породам и значительно ниже, чем у микросмических видов, таких как люди, у которых до 50% генов обоняния являются псевдогенами (49). Полиморфизм генов ОР также может влиять на обонятельные способности и чувствительность у пород и отдельных особей. Tacher et al. (15) сообщили, что как процент псевдогенов, так и частота специфического полиморфизма генов варьируют в зависимости от породы, и предположил, что генетические изменения могут способствовать различиям в обонятельных способностях между породами и особями. Это может дать некоторое представление о “рабочих линиях” в некоторых породах, которые, как правило, имеют более высокую частоту успешных поисков, чем другие собаки.

Современные литературные данные содержат противоречивую информацию об обонятельных способностях отдельных пород. Jezierski et al. (50) продемонстрировали, что немецкие овчарки значительно лучше обнаруживали наркотики, чем лабрадоры и терьеры. Однако Hall и соавт. (5) сообщили, что мопсы неизменно превосходили немецких овчарок и борзых в задачах по поиску и различению запахов. Polgar et al. (51) сообщили, что собаки «нюхающей группы» (например, бассет-хаунд, немецкий курцхаар и т.д.) лучше справляются с заданием по обнаружению (natural detection task), чем собаки, не специализирующиеся на нюхе (например, грейхаунд, афганская борзая и т.т.) и собаки с короткими носами (например, кавалер кинг чарльз спаниель, бостон терьер и т.д.). Необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, есть ли корреляция специфических обонятельных способностей породы с генетическим полиморфизмом или они больше зависят от поведенческих атрибутов, таких как врожденная мотивация (то есть влечение) и обучаемость.

Гипосмия: заболевание и лечение

Гипосмия, определяемая как снижение обоняния, разделяется на 3 типа: I, II или III. Гипосмия I типа — это неспособность правильно распознавать запахи. Гипосмия II типа — это количественное снижение способности распознавать запахи, определяемое у рабочих собак как изменение порога чувствительности или регулярное нежелание обозначать ранее выученные запахи. Гипосмия III типа — это неспособность определить силу запаха; этот тип гипосмии описан только у людей. Причины гипосмии можно классифицировать как нарушения проводимости (кондуктивные), потери сенсорной чувствительности или нейронные (52). Кондуктивная гипосмия является результатом неспособности запахов достичь обонятельной слизистой оболочки, например вследствие воспаления носа, избыточной продукции слизи и физической обструкции (полипы, неоплазия и т.д.) (53). Сенсорная гипосмия вызвана повреждением обонятельной слизистой оболочки, например, вирусами, воздействием токсических химических веществ и новообразованиями (54–56). Нейронная гипосмия вызвана поражениями центральной или периферической нервной системы, в частности обонятельной коры, обонятельной луковицы и черепных нервов I (обонятельных) и V (тройничного нерва), например, вследствие травмы головы (57).

Заболевания

Влияние болезней на обоняние широко документировано в медицине. Фактически, «деградация обоняния является индикаторным состоянием, особенно для нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера» (58). Состояния, связанные с гипосмией или аносмией у людей, включают врожденные расстройства (например, синдром Калламана), эндокринные или метаболические расстройства, инфекции, воспаление, неврологические расстройства, включая травмы головы, местные патологии, воздействие пыли и токсичных химических веществ и материалов, пожилой возраст и уремия (8, 57, 59–61). Гипосмия и аносмия описаны в гуманной медицине как самостоятельные патологии, но фактическая распространенность гипосмии у людей может быть переоценена. Распространенность гипосмии у собак неизвестна, но гипосмия у собак-детекторов может быть катастрофой.

Когда собака подвергается длительной гипертермии (перегреву) из-за экстремальных условий окружающей среды или физической нагрузки без возможности надлежащей акклиматизации, может возникнуть тепловой удар (62). Терморегуляция нарушается во время теплового стресса; у собаки увеличивается частота дыхания (т.е. одышку) и частота сердечных сокращений, чтобы компенсировать нагрев и охладить организм. Одышка снижает обонятельную эффективность у собак и может привести к соответствующей гипосмии. Экзогенные факторы, которые могут способствовать термическому стрессу и увеличивать вероятность ухудшения обоняния, включают отсутствие акклиматизации к новой среде, повышенную влажность, отсутствие доступа к воде и плохую вентиляцию (63). Тепловой удар, вероятно, приводит к нарушению обоняния, но насколько сильно и насколько долго портится обоняние, неизвестно; необходимы дальнейшие исследования.

Как и у людей, заболевания могут ухудшить обоняние у собак. Хотя существует ограниченное количество исследований на собаках, вирусные инфекции, вызванные вирусами чумы собак (64) и парагриппа собак (65), приводили к изменениям обоняния. Вирус парагриппа собак усиливал воспаление носа и слизистые выделения, вызывая кондуктивную гипосмию за счет уменьшения контакта между запаховыми веществами и обонятельными или тройничными рецепторами в полости носа. Кроме того, воспаление носа, вызванное чумой собак или вирусом парагриппа, приводит к застою сосудов в слизистой оболочке дыхательных путей, изменяя характер воздушного потока в носовой полости (65). Также сообщалось, что эндокринные заболевания (например, гиперадренокортицизм, сахарный диабет и гипотиреоз) и неврологические заболевания (например, гранулематозный менингоэнцефалит и опухоли носовой полости) вызывают гипосмию у собак (55); Точный механизм гипосмии при этих болезненных состояниях не известен, но, вероятно, является нейронным. Недавно вомеронасалит был связан с внутривидовой агрессией у кошек (66). Asproni предположил, что воспаление, присутствующее в ВНО и носовой полости, нарушило функцию сенсорного эпителия и внутривидовую коммуникацию, но не исследовал обонятельную функцию у этих кошек. Учитывая наше понимание ВНО и физиологии носа, вполне вероятно, что вомеронасалит вызывает как сенсорную гипосмию, так и нарушение внутривидовой коммуникации у кошек и, возможно, у собак. Травма является хорошо задокументированной причиной нейронной гипосмии у людей, но влияние травмы головы на обоняние у собак еще не изучено. Если у собак-детекторов возникает травма головы с потерей сознания, показана оценка обоняния (67). Обонятельная функция с возрастом снижается у людей благодаря разнообразным механизмам, включая заложенность носа, совокупное повреждение обонятельного эпителия, уменьшение ферментов слизистой оболочки, потерю селективности ОРК и нейродегенеративные заболевания (68). Подобные возрастные изменения были обнаружены в обонятельной системе собак старше 14 лет и были очевидны у собак старше 17 лет (69). У более старых собак наблюдалось уменьшение количества ОРК и количества ресничек на ОРК. Интересно, что у пожилых собак наблюдались старческие изменения головного мозга, такие как цереброваскулярный амилоидоз, в обонятельной луковице, но не в обонятельной слизистой оболочке. Вызванная болезнью, но не возрастная гипосмия у людей, как правило, обратима, возможно, из-за того, что обонятельные нейроны легко восстанавливаются, но продолжительность гипосмии и нормализации функции не могут быть предсказаны (54, 68); это вероятно также верно для собак.

Лекарственные средства

Гипосмия II типа распространена у людей во время или после лекарственной терапии (70); гипосмия обычно двусторонняя и временная. Список лекарственных средств, которые, как известно, вызывают гипосмию у людей, очень длинный, включая анестетики, антиаритмические средства, антигистаминные препараты, противомикробные препараты, антипролиферативные и иммунодепрессивные препараты, эндокринные препараты, желудочно-кишечные (ЖКТ) препараты, неврологические препараты и НПВП (8, 57, 59). Лекарственные препараты часто вызывают гипосмию из-за нарушения связывания запахового вещества с ОР или повреждения ОР (сенсорной гипосмии) или из-за неврологических нарушений (нейронная гипосмия).

Наиболее релевантная информация о фармацевтических препаратах, влияющих на обоняние собак, взята из человеческой медицины. Метаболизм цинка напрямую связан с функцией обоняния как у людей, так и у лабораторных животных. Наночастицы цинка при добавлении к взрывчатым веществам усиливают реакцию на запаховые вещества у обученных собак в зависимости от дозы (70). Хелирование цинка, однако, вызывает сенсорную гипосмию на уровне ОР. Некоторые сердечно-сосудистые препараты, такие как ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента (АСЕ-1) (например, каптоприл), хелатируют цинк и вызывают гипосмию у людей (8); этот эффект не был изучен на собаках. Известно, что анестетики вызывают гипосмию у людей; влияние на обоняние у собак в настоящее время исследуется в Обернском университете.

Противомикробные препараты, такие как метронидазол и доксициклин, обычно назначают рабочим собакам для лечения диареи и трансмиссивных заболеваний, соответственно. Сообщалось, что метронидазол вызывает гипосмию у людей (8) и снижает эффективность обоняния у собак-детекторов (71). Доксициклин, как сообщается, вызывает гипосмию у людей (60), но не вызывает гипосмию у собак-детекторов (71). Jenkins et al. отметили, что 50% обученных собак, обнаруживающих взрывчатку, демонстрировали повышение порога обоняния (ухудшение чутья) при введении высокой дозы метронидазола в течение 10 дней, но введение доксициклина в стандартных дозах в течение 10 дней не влияло на обоняние. Гипосмию, вызванную метронидазолом, нельзя было предсказать на основании пола, кастрационного статуса или возраста, но гипосмия была временной, поскольку порог обоняния вернулся к норме в течение 10 дней после прекращения приема метронидазола. Альтернативные медицинские вмешательства должны быть рассмотрены при необходимости использования метронидазола у собак-детекторов; если необходимо использовать метронидазол, его следует применять в наименьшей эффективной дозе в течение как можно более короткого периода времени.

Стероиды могут вызывать гипосмию у людей (8) и у собак (72). Ezeh вводил высокие дозы дексаметазона или гидрокортизона в сочетании с дезоксикортикостероном лабораторным собакам и отмечал гипосмию без явных клинических признаков после 7 и 18 дней лечения, соответственно. Отмеченная стероидная гипосмия у собак объясняется повышением порога ольфактометрического обнаружения. Тем не менее, исследования людей с воспалением носа показали, что введение пероральных и / или интраназальных стероидов иногда улучшало обоняние, вероятно, из-за разрешения воспаления в носу (73–75). Таким образом, ветеринары и кинологи должны тщательно взвесить клиническую потребность в стероидах в сравнении с потенциальным воздействием на обоняние. Механизмы ятрогенной лекарственной гипосмии включают нарушение связывания запахового вещества путем изменения количества или качества слизи (например, антигистаминные препараты), ингибирование нормального смены / регенерации обонятельных нейронов (например, стероидов и химиотерапевтических препаратов), вазоконстрикцию носа (например, противоотечных средств), фермент-связывающих эффектов лекарств (ACE-I), измененние уровня циклического GMP (блокатора фосфодиэстеразы) и хелатирование цинка (сердечные препараты) (76).

Ввиду недостаточного количества исследований гипосмии, вызванной лекарственными препаратами у собак, проводники, дрессировщики и ветеринары, ухаживающие за собаками-детекторами, должны проявлять осторожность с лекарственными средствами, которые, как известно, вызывают гипосмию у людей. Также важно учитывать те лекарства, которые могут быть биотрансформированы микробиотой желудочно-кишечного тракта, при обсуждении вопросов медицинской помощи рабочим собакам. Следует учитывать информацию о восстановительных, гидролитических и других химических реакциях для обычно назначаемых лекарств и связанных с ними воздействиях на микробиоту и обоняние. Порог обоняния и способность различать следует проверять у любой собаки-детектора, которая до начала работы принимала лекарственные препараты, вызывающие гипосмию.

Менеджмент

Существует множество факторов, которые могут улучшить или поставить под угрозу производительность рабочих собак. Частота, интенсивность и продолжительность рабочих циклов должны учитываться до принятия решений, особенно в том, что касается остроты обоняния. Собаки-детекторы (для поиска взрывчатки, наркотиков и спасения людей) отличаются от спортивных собак (аджилити, охотничьи, ездовые) и имеют очень разные критерии эффективности (см. Таблицу 1).

Спорт ОбнаружениеСлужба
ноузворкaвзрывчатые веществаaповодыри
полевые испытания/ охотничьи испытанияaнаркотикиaсобаки для помощи глухим людям
аджилитиПССaсобаки-ассистенты для маломобильных людей
флайболмедицина (рак, исследования)aэмоциональная поддержка
раллинасекомые-вредителиaпосттравматический стресс
барнхантaподжогaобнаружение аллергеновa
ездовые собакисохранение природыaмедицина (диабет, судороги)a
обидиенсaинвазивные видыaсобаки-терапевты
выставки и смотрысельское хозяйствоa
док-джампингпатрулирование / задержаниеa
курсингденьгиa
защитные виды спортаaтюрьмы (мобильные телефоны)a
пастуший спорттрекинг / трейлингa
трекингaоружиеa
вейтпуллинг
aИмеют компонент, связанный с работой носом

Факторы, которые следует учитывать при менеджменте рабочих собак:

ПродолжительностьПродолжительность рабочего цикла — количество часов, затраченных на выполнение работы. 
Пример: на прохождение курса аджилити уходит несколько минут по сравнению с работой собаки-поводыря во все часы бодрствования.
ЧастотаЧастота работы — количество раз, которое собаку вызвали для выполнения работы
Пример: ежедневная работа (правоохранительные органы) или «вызов по мере необходимости» (бедствие)
ИнтенсивностьЭнергия, затрачиваемая на выполнение работы — включает физическую, а также психическую энергию, необходимую для выполнения поставленной задачи. 
Пример: патрульная собака, выпущенная для задержания подозреваемого, по сравнению с погранично-патрульной собакой, проверяющей транспортные средства, проходящие через контрольно-пропускной пункт

Условия, которые могут изменить рабочий потенциал собаки, включают разведение и отбор, регулярную физическую нагрузку и обучение, а также разработку рациона, который отвечает потребностям в питательных веществах и с использованием качественных ингредиентов. Улучшение обонятельной функции должно иметь первостепенное значение при принятии решений относительно собак-детекторов. Сводка избранных публикаций, связанных с рабочими характеристиками собак, представлена в таблице 2.

Обучение и дрессировка

Как и следовало ожидать, тренировки и физические нагрузки значительно влияют на показатели обоняния. Сообщалось о снижении показателей обнаружения с использованием сертифицированных собак-детекторов при работе на запаховых каруселях (78); это, вероятно, объясняется одышкой, которая обычно возникает после физической нагрузки. Собаки, которые были физически развиты, сохраняли большую остроту обоняния по сравнению с собаками, которые не были в хорошей физической форме, в случае когда обе группы подвергались физическим нагрузкам. Менее тренированные собаки продемонстрировали снижение обонятельной чувствительности на 63,6% после физической нагрузки (78). Физически подготовленные собаки имеют более низкую частоту сердечных сокращений при физической нагрузке по сравнению с нетренированными собаками, и это лучшее состояние сердечно-сосудистой системы может способствовать улучшению терморегуляторных показателей и впоследствии уменьшать потребность в одышке (32). Другая работа показала, что строгая программа обучения приводит к высокой частоте правильных обозначений целевого запахового вещества (32). Сразу после экстремальных физических упражнений наблюдается снижение скорости обнюхивания и увеличение одышки, что приводит к снижению производительности обоняния (32). Это может быть объяснено тем фактом, что нетренированные собаки тяжело дышат во время интенсивных упражнений вместо дыхания через нос, что уменьшает количество запаховых веществ, проходящих через обонятельный эпителий в полости носа (77). Очевидно, что физическое состояние (особенно в отношении минимизации одышки) может способствовать улучшению обоняния собаки.

Методы обучения обнаружению запаха также могут непосредственно влиять на обоняние. Wang et al. (16) и Youngentob и Kent (17) продемонстрировали, что у собак появляется больше ОР для целевых веществ, на которых их регулярно тренируют. Gerritsen и Hank (14) также сообщили, что обновление клеток ОРК не постоянно: новый замещающий тип ОРК запускается знакомыми запахами. Простые и сложные запахи вызывают различный нервный отклик у собак-детекторов. Wilson и Stevenson (87) предположили, что кортикальная синаптическая пластичность усиливается при использовании запаховых веществ (простых или сложных) в различных условиях. Gerritsen и Hank (14) далее предположили, что собаки будут быстрее узнавать сложные запахи, если их сначала обучить отдельным компонентам запаха, но результаты различаются в разных исследованиях. Fischer-Tenhagen et al. (88) обнаружили, что собаки-детекторы, обученные на смесях запахов, содержащих целевой запах, имели более правильные обозначения при тестировании целевого запаха в новом контексте, чем собаки, обученные на чистом эталонном запахе. Эти данные представляют собой научное подтверждение традиционной концепции обучения — проверке собак-детекторов с использованием отвлекающих элементов. Функциональная МРТ обонятельной системы у обученных собак-детекторов показала, что концентрация запаха влияет на активацию мозга: низкая концентрация запаха приводила к односторонней активации мозга, тогда как высокая концентрация запаха приводила к двусторонней активации мозга (58). Помимо типа запаха и частоты, на чувствительность к запахам и на способность их различать также влияют методы обучения. Классическое обусловливание значимо улучшает восприятие запаха (89) и повысило устойчивость к отвлечениям (90). Постоянное подкрепление наиболее эффективно при обучении выделять конкретный запах, а вариативное — при закреплении выученного поведения (40). Для оценки обучения и эффективности собак-детекторов необходимы дополнительные исследования о том, какой вклад вносит тренировка на простых запахах (по сравнению со сложными) и концентрация запаха в процесс обучения, а также о том, как взаимодействуют гены и тренинг при подготовке таких собак.

Гидратация

Работа с собакой-детектором в полевых условиях часто может приводить к обезвоживанию и утомлению. Обезвоживание слизистой оболочки носа приводит к снижению активности ферментов и снижению текучести мембран, изменяя нейросигнальную трансдукцию и функцию запаховых рецепторов. Сочетание пониженного воздушного потока и обезвоживания слизистой оболочки может значительно снизить возможности обнаружения запаха у рабочих собак (77). Сообщалось, что обезвоживание произошло у поисково-спасательных собак, работавших после террористических атак 11 сентября (91, 92), землетрясения на Гаити (93) и оползня в Вашингтоне (94). В одном недавнем исследовании были изучены три стратегии гидратации собак (95). Для изучения преимуществ воды, раствора электролита для приема внутрь или подкожных инъекций жидкостей для регидратации собак использовались собаки для досмотра машин на границе (поиск с высокой частотой и низкой интенсивностью), работающие в жарких условиях. Авторы не сообщили о явных преимуществах какой-либо из рассмотренных стратегий, но отметили, что добровольное потребление ароматизированного раствора электролита для перорального применения было выше по сравнению с простой водой. Повышенное добровольное потребление жидкости способствует улучшению гидратации. Никаких преимуществ, связанных с использованием подкожных инъекций жидкости, отмечено не было. Напротив, гидратация подкожными инъекциями была связана с повышением креатинина, что указывало либо на обезвоживание, либо на возможное повреждение мышц. Авторы не предоставили никакой информации о режимах питания, а на регистрируемое поведение стратегия гидратации не влияла. Обоняние как мера производительности не может быть определено количественно; стандартизованное тестирование обоняния было невозможно из-за оперативного характера полевого исследования. Это исследование демонстрирует, что обезвоживание в полевых условиях является проблемой, которая требует дополнительных исследований, особенно когда речь идет о потенциальных проблемах с обнаружением запахов.

Термическое восстановление улучшалось при использовании низкобелковой диеты с кукурузным маслом у лабрадоров, тренирующихся на беговых дорожках (96). Авторы сообщили о более низких температурах тела через 10 и 20 минут после физической нагрузки и более низкой ректальной температуре у собак, получавших поддерживающую диету с добавлением кукурузного масла, по сравнению с собаками, потреблявшими рацион без кукурузного масла. Острота обоняния в этом исследовании не измерялась. И наоборот, показатели обнаружения у охотничьих английских пойнтеров улучшились у собак, получавших диету с высоким содержанием белков и жиров (31: 21%), по сравнению с диетой, содержащей меньшее количество белков и жиров (26: 17%) (79). Термическое восстановление не исследовалось. О факторах, связанных с утомляемостью, не сообщалось ни в одном исследовании. Экстраполяция между исследованиями затруднена из-за различий в методах, ингредиентах и измеряемых параметрах, но термическое восстановление и влияние на обоняние должны быть внимательно оценены при принятии решений относительно рационов для собак-детекторов.

Содержание питательных веществ

Потребности в питании собак-спортсменов ранее рассматривались в обзоре (97). Mullis et al. (98) исследовали потребности в энергии для поддержания, характерные для собак-детекторов, и сообщили, что они примерно вдвое превышают потребность в энергии в состоянии покоя (RER = 70 ккал × BW0,75 кг). Авторы не отметили различий в потребностях в энергии для разных пород, возраста или пола, но сообщили о значительном эффекте, связанном с количеством выполненных поисков. Это особенно интересно, потому что работа, выполняемая этими собаками, просто требовала, чтобы они были активными и бдительными; не сообщалось о каком-то физическом напряжении. Результаты, полученные на этих собаках, предполагают, что может существовать необъяснимая потребность в энергии, связанная с концентрацией / вниманием, которая требуется рабочим собакам. Продолжительность, частота и интенсивность работы, вероятно, влияют на энергетические потребности работающих собак. Влияние хирургической стерилизации на обоняние неизвестно, но стерилизация сук гоночных грейхаундов не повлияла на общую производительность, мотивацию или скорость бега (99).

Физические упражнения и диета, по-видимому, неразрывно связаны с производительностью у собак, но существует немного исследований, изучающих взаимосвязь между этими элементами у собак-детекторов. Английские пойнтеры, которые воздерживались от физической нагрузки и питались диетой с добавлением кокосового масла, по-видимому, испытывали нарушения обоняния, но у тренированных собак острота обоняния сохранялась (77). Авторы сообщили о хорошей обонятельной чувствительности у всех тренированных собак, независимо от источника пищевых жиров (говяжий жир; говяжий жир + кукурузное масло; говяжий жир + кокосовое масло). Angle et al.  (78) продемонстрировали улучшение обоняния при использовании диеты с добавлением кукурузного масла и физической нагрузки.

Об улучшении обоняния, наблюдаемом при повышенном содержании полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) в рационе, также сообщалось в исследованиях на грызунах (100). Исследования на грызунах также использовались для измерения обонятельной чувствительности, связанной со статусом питания, и сообщили об улучшении обоняния, связанном с голоданием (101, 102), и об ухудшении обоняния при насыщении (101, 103). Считается, что эти результаты связаны с индуцирующим аппетит гормоном грелином, который способствует исследовательскому и нюхательному поведению и улучшает обонятельную чувствительность (104). Эта критически важная работа демонстрирует потенциальную связь между голоданием и улучшением показателей у собак-детекторов. Отдельные отчеты опытных тренеров часто включают рекомендации, позволяющие собакам работать голодными; эти данные могут служить доказательством этой давней техники дрессировки собак. Было документально подтверждено, что еда является более эффективной наградой, чем похвала или ласка, но ее эффективность не сравнивалась с игрушками (105). Hall et al. (90) сообщили о противоречивых результатах собак, которых предлагалось кормить перед сессией тестов на распознавание запахов. Для дисциплин, требующих, чтобы собаки работали независимо от проводника (стихийные бедствия, взрывчатые вещества), использование голода для улучшения исследовательского и нюхательного поведения может быть полезным обучающим инструментом. Необходимы дальнейшие исследования для определения подходящей диеты для максимального усиления обоняния, необходимой продолжительности голодания и потенциального воздействия на характеристики обоняния.

Диета и поведение

Взаимосвязь между диетой и поведением хорошо изучена у других видов, но мало исследований изучали взаимосвязь между диетой и поведением у собак (106). Докозагексаеновая кислота (DHA) необходима для оптимального неврологического развития у щенков, а низкая концентрация DHA была связана с агрессией у немецких овчарок (40). ПНЖК необходимы для мембран и контроля окислительного стресса, особенно в гиппокампе мозга, области, ответственной за ассоциативное обучение (40). Hennessy et al. (107) сообщили о снижении уровня адренокортикотропного гормона при воздействии нового стимула у тех собак, которые получали диету премиум-класса (44% животного белка), по сравнению с теми, кто получал поддерживающую диету (17% животного белка). Другие исследования показали снижение территориальной агрессии у клиентских собак, которых кормили диетой с низким содержанием белка (106–109). DeNapoli et al. (110) сообщили, что диета с низким содержанием белка с добавлением триптофана снижает агрессию у собак. Sechi et al. (111) использовали стратегию изменения диеты с добавлением нутрицевтиков (включая триптофан) у собак с поведенческими расстройствами. Они сообщили о последующем повышении уровня серотонина, дофамина и β-эндорфинов, что указывает на снижение агрессии, а также на снижение уровня кортизола и норадреналина в плазме, что указывает на снижение маркеров стресса. Эти исследования дают представление о возможном применении манипуляций с диетой для управления стрессом и агрессией. Необходимость для рабочих собак действовать без агрессии в стрессовой среде требует дальнейших исследований в этой области. Однако сокращение количества диетического белка может быть опасным мероприятием, и эта тема потребует обширных исследований, прежде чем использовать эту стратегию смягчения последствий для собак в полевых условиях.

Микробиота

Понимание микробиоты

Микробное сообщество ЖКТ представляет собой сложную экосистему, содержащую бактерии, грибы, археи и простейших. Улучшения в молекулярных методах, таких как секвенирование нового поколения, расширили наши возможности исследований, а впоследствии и наше понимание как состава, так и функции микрофлоры ЖКТ. Тем не менее, остается множество вопросов без ответов относительно воздействия, связанного с изменениями микробиоты на общее состояние здоровья и работоспособность рабочих собак.

По мере того, как публикуется все больше исследований, подчеркивающих изменения в микробиоте ЖКТ, становится все более важным понимать, как эти изменения измеряются и как представлены эти данные (112–115). Микрофлора, микробиота и микробиом — все эти слова, кажется, пронизывают дискуссию во многих научных сообществах. Микрофлора — это термин, который относится к рассматриваемому коллективному сообществу (грибы, археи, простейшие, бактерии). Бактерии называют «микробиотой». Исследования, в которых упоминается термин «микробиом», обычно описывают геном микробиоты и обычно включают информацию о побочных продуктах ферментации (ЛЖК, pH и т.д.), А также генетическую информацию о составляющих сообщества (116).

Исследования микробиоты обычно представляются визуально, чтобы ответить на вопросы, связанные с таксономией, такие как (1) сколько и какие микробные сообщества присутствуют? (2) Каково разнообразие популяции? Таксономическое разнообразие обычно представлено с использованием альфа- и бета-разнообразия. Альфа-разнообразие (разнообразие в пределах данной выборки) обычно представляется в виде кривой разрежения и описывает равномерность и многообразие данной выборки (117). Редкие виды микробов с большей вероятностью будут отсутствовать в небольших выборках, поэтому многообразие является важным фактором, который следует учитывать при небольших наборах данных. В качестве альтернативы для измерения таксономического сходства на основе филогенетического расстояния используется бета-разнообразие (разнообразие между образцами) (118). Бета-разнообразие также обеспечивает визуальную оценку численности (взвешенное) или присутствия (невзвешенное) данных таксонов и отображается с помощью графика PCoA. Другие методы визуализации данных включают тепловые карты или иерархический кластерный анализ.

Хотя всестороннее обсуждение процедур, связанных с микробным секвенированием, выходит за рамки данной работы, важно понимать, что выбор праймера и область-мишень гена 16s РНК имеют решающее значение (119, 120) и могут привести к значительному изменению результатов и последующей интерпретация полученных данных. Эти методы не зависят от культуры и позволили исследователям значительно улучшить наше понимание микробиологии ЖКТ. На данные сильно влияют несколько факторов, включая методы секвенирования, праймеры, выбор правильной гипервариабельной области и другие. Непоследовательные подходы, использованные во многих опубликованных исследованиях, чрезвычайно затруднили сравнение наборов данных и по-прежнему затрудняют интерпретацию.

Традиционные культурально-зависимые методы (например, секвенирование по Сэнгеру) позволили ученым исследовать присутствие конкретных патогенов и полезны для выявления видов, обычно связанных с заболеваниями ЖКТ, таких как Salmonella, Campylobacter jejuni или Clostridium perfringens. Однако эти методы ограничены в их применимости по сравнению с нынешними молекулярными методами (то есть секвенированием нового поколения), которые упрощают таксономическую идентификацию и приложения метагеномики (121). Комплексная характеристика и идентификация сообщества, необходимые для микробного профилирования ЖКТ, требуют более чувствительных методов, связанных с секвенированием нового поколения, и стали общепринятым стандартом для микробных исследований.

Микробный баланс

В микробной экосистеме каждого отдела ЖКТ обитают разные сообщества (122, 123). Преобладающие типы у рабочих собак аналогичны другим моногастричным видам и, как правило, среди них преобладают Firmicutes и Bacteroidetes. Характеристика коллективного микробного сообщества ЖКТ и связанной с ним функции выходит за рамки данной работы и ранее сообщались в других работах (114, 122, 123). Резидентные группы бактерий ЖКТ играют важную роль в регуляции гомеостаза; их роль в регуляции врожденного иммунитета хозяина хорошо описана (124–126). Микробиота составляет часть барьера просвета кишечника, способствуя защите экосистемы желудочно-кишечного тракта за счет конкуренции за питательные вещества и участки адгезии, а также путем выделения соединений, которые, как считается, препятствуют колонизации нерезидентных микробов (127). Это может объяснить, почему щенки обычно более подвержены риску заболевания ЖКТ, связанного с патогенами, такими как C. jejuni, поскольку их бактериальный профиль может еще не быть полностью зрелым, чтобы обеспечить достаточную защиту или сдерживание (128).

Различия в структуре микробного сообщества у разных особей постоянно присутствуют (129). Было показано, что возраст, порода и пол влияют на микробный профиль у многих видов (130–132). Было также показано, что совместное проживание людей и собак влияет на их микробное сообщество (133). Авторы пришли к выводу, что факторы, влияющие на микробный гомеостаз, не одинаковы для орального и желудочно-кишечного сообществ по сравнению с кожным сообществом. Эти данные предполагают, что изменения в ЖКТ связаны с другими, ранее неизвестными факторами. Эти зарегистрированные вариации необходимо учитывать при оценке опубликованных данных. Исследования с участием собак разных возрастных групп, пород и обоих полов следует проанализировать соответствующим образом, чтобы учесть различия, связанные с этими факторами.

Микробный дисбаланс

Хотя относительно легко предсказать факторы, которые будут влиять на микробиоту (возраст, пол, порода, использование антибиотиков, путешествия), немного сложнее предсказать связанное с этим воздействие на собаку. Текущие данные свидетельствуют о том, что изменения в микробном сообществе ЖКТ могут фундаментально изменить структуру и функцию просвета ЖКТ; это было названо «синдромом дырявого кишечника» с предшествующим обзором (134). Это состояние описывает физические изменения просвета кишечника, связанные с изменениями микробного профиля, и вызывает особую озабоченность из-за возможности иммунологического нарушения и бактериальной транслокации, приводящей к эндотоксемии. Считается, что побочные продукты здорового микробного брожения, в частности короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), обеспечивают организм энергией и способствуют посредничеству между микробной экосистемой и активацией иммунной системы (135).

Высокий уровень бактериального разнообразия обычно связан с хорошим здоровьем; регулярно сообщалось о связи снижения разнообразия с такими негативными последствиями для здоровья людей, как ожирение, диабет и заболевания ЖКТ (136). У собак с хроническим воспалительным заболеванием ЖКТ сообщалось о снижении Firmicutes и Bacteroidetes, которые обычно являются доминирующими, наряду с сопутствующим увеличением Proteobacteria (137). Minamoto et al. (138) продемонстрировали несколько иное микробное взаимодействие, но это может быть связано с различиями, присущими разным методам, породам и возрасту исследуемых собак. Разработка индекса дисбактериоза (DI) предложила диагностический инструмент для категоризации микробных данных по простому соотношению, отражающему нормальную микробиоту (DI <0) или микробиоту, указывающую на хронические энтеропатии (DI> 0) (139). К сожалению, использование этого индекса требует лабораторных испытаний и ограничено его очень небольшим исходным набором данных. Однако эта концепция представляет собой важный шаг в направлении диагностической оценки образцов кала с рекомендациями по лечению и изменению диеты.

Двунаправленная коммуникация, которая происходит между мозгом и кишечником (ось микробиота – кишечник – мозг), дает некоторое представление о дисбактериозе, о котором сообщалось в результате стресса, вызванного окружающей средой (140). Стресс, связанный с путешествиями, изменением окружающей среды и физическими нагрузками, часто встречается у рабочих собак. Изменения в фекальной микробиоте рабочих собак после перевозки в салоне коммерческими авиалиниями оказали влияние как на численность, так и на тип бактерий и сопровождались более низким показателями (85). И наоборот, когда исследователи изучали влияние стресса во время полета на вертолете у рабочих собак, относительно короткий характер стрессора (горячая загрузка и 30 минут полета) не оказал никакого влияния на микробиоту (83). Примечательно, что оба исследования не показали влияния на производительность, определяемую общим временем поиска или ранее выявленным стрессовым поведением. Продолжительность и тип путешествия, необходимого для индукции микробного дисбактериоза, у рабочих собак не исследовались.

Модификация микробиоты с помощью диеты

Хотя исследования на собаках ограничены, некоторые данные показали многообещающие результаты в отношении микробных манипуляций для микробного сообщества и, как следствие, продукции КЦЖК с использованием различных пищевых добавок (112, 113, 132, 141–144).

Исследователи, изучающие использование фруктоолигосахаридов, сообщили об улучшении производства бутирата, летучей жирной кислоты, полезной для восстановления колоноцитов и эпителиальных клеток, а также о снижении количества C. perfringens, потенциально патогенного микроба. Второе исследование дало аналогичные результаты наряду с увеличением числа бифидобактерий, потенциально полезных микробов (144). Другая работа на ездовых собаках, получавших синбиотик (комбинированный пре- и пробиотик), сообщила о снижении частоты диареи (141). Если исследователи смогут разработать диетические стратегии смягчения последствий, которые последовательно уменьшают или предотвращают расстройство ЖКТ, это может принести пользу собакам, работающим в полевых условиях с ограниченным доступом к ветеринарному обслуживанию. Использование пищевых добавок, которые могут смягчить или предотвратить возникновение желудочно-кишечного расстройства, требует дальнейшего изучения.

Диета уже давно считается доминирующим фактором, влияющим на структуру микробного сообщества (112, 113, 144–148). Мы не знаем, какое влияние на микробиоту ЖКТ оказывает размер порции и частота приема пищи. Проводники часто должны корректировать время и размер приема пищи собак-детекторов на протяжении всей миссии. Данные на лошадях продемонстрировали влияние на микробиоту ЖКТ, связанное с частотой и размером еды (148); неизвестно, будет ли наблюдаться подобное воздействие у собак. Информация о потенциальном воздействии на микробиоту может быть полезна для решения проблем, связанных с диареей в полевых условиях.

Микрофлора и обоняние

Сообщается, что густонаселенная микробная ниша в ЖКТ играет ключевую роль в регуляции поведения и функции мозга. Ось микробиота – кишечник – мозг влияет на передача нервных импульсов и поведение. Следовательно, это может быть ключом к изменению диеты для поддержания здоровья мозга и обоняния (149), при этом ранняя микробная модуляция приводит к долгосрочному воздействию на физиологию и поведение, связанные со стрессом (150). Учитывая относительно неисследованный характер коммуникации, происходящей между кишечной микробиотой и системой реакции мозга на стресс, кажется разумным задаться вопросом, могут ли изменения кишечной микробиоты играть роль в снижении стресса, о чем свидетельствует проявление стрессового поведения у собак.

Обонятельный эпителий, как правило, игнорируется в потенциальной роли микроорганизмов в развитии и эффективности передачи запаха. ОР образуются многими рецепторными белками, связанными с G-белками, которые идентифицируют летучие пахучие молекулы (151). Первоначально считалось, что ОР расположены только в обонятельном эпителии. В желудочно-кишечном тракте ОР были идентифицированы в энтерохромаффинных клетках; эти рецепторы могут влиять на секрецию серотонина в ответ на ароматические молекулы с последующим влиянием на моторику ЖКТ (152). Серотонин также играет решающую роль в обработке обонятельной информации, поскольку обонятельная луковица состоит из серотонинергических волокон и, как недавно было показано, эффективно регулирует поток обработки запахов у мышей (153). Учитывая связь между микробиотой ЖКТ и регуляцией серотонина, кажется вероятным, что существует связь между микробиотой ЖКТ и обнаружением запаха, хотя пока она неизвестна (154).

Структура сообщества микробиоты носовой полости связана с обонятельной функцией (155). Были продемонстрированы различия в микробите у людей, у которых оценивали обонятельную функцию, связанные с присутствием микробов, продуцирующих масляную кислоту (155). Эти данные предполагают, что микробный состав носовой полости может потенциально формировать или изменять характеристики обоняния. Последствия изменения обонятельной функции, связанной с бактериальными колебаниями в носу, значительны. Сообщалось, что микробиота носа собак с хроническим ринитом и неоплазией носа отличается по структуре сообщества по сравнению со здоровыми собаками (156). Isaiah et al. (157) выявили эффект, связанный с типом работы, на носовую микробиоту собак. Несмотря на то, что все собаки были размещены в одном помещении и питались одной диетой, исследователи сообщили о различиях в альфа-разнообразии собак, которые были связаны с типом работы (предупреждение об опасности (vapor wake), патрулирование и наркотики, взрывчатые вещества). Не сообщалось о различиях в бета-разнообразии, что позволяет предположить, что на видовое богатство, но не на структуру бактериального сообщества, повлияла работа каждой группы собак (157).

Один специфический ОР (OR51E1) был обнаружен у свиней на всем протяжении желудочно-кишечного тракта от кардиальной части желудка до прямой кишки (152). OR51E1 колокализуется с маркером энтероэндокринных клеток по всему ЖКТ и экспрессируется с наибольшей плотностью в двенадцатиперстной кишке. Энтероэндокринные клетки двенадцатиперстной кишки являются основным источником желудочного ингибирующего пептида и холецистокинина. Энтероэндокринные клетки двенадцатиперстной кишки оснащены множеством рецепторов, связанных со сладким и горьким вкусами. Экспрессия гена OR51E1 в обонятельных луковицах продемонстрировала механизмы обратной связи, дифференциальную активацию факторов транскрипции и эпигенетическую регуляцию. Циркулирующие гормоны, контролирующие потребление пищи и энергетический баланс, модулируют обонятельный эпителий, а удаление обонятельных сенсорных нейронов у мышей защищает их от ожирения, вызванного диетой (158). Существует несколько факторов, таких как возраст и диета, которые влияют на микроокружение просвета кишечника, а кишечная микробиота модулирует экспрессию гена OR51E1 в тканях желудочно-кишечного тракта (152).

Дальнейшие направления и вопросы без ответа

Нам не хватает данных, основанных на научных доказательствах, проведенных на рабочих собаках, которые позволили бы нам полностью изучить связи между изменениями микробиоты и любой возможной производительностью (например, связанной с обонянием) или последствиями для здоровья. Мы знаем, что диета может как изменить микробиоту, так и повлиять на обоняние у других видов. Что мы еще не знаем, так это то, какой механизм (если он есть) связывает обоняние с микробиотой. Если принять во внимание уникальное микробное сообщество отдельной собаки, объясняет ли это, почему обоняние было нарушено только у 50% собак, получавших метронидазол (71)? Возможно ли, что уменьшение числа фирмикутов у собак, получающих метронидазол, является ключом к проблемам с обонянием, с которой они столкнулись (114)? Если обоняние усиливается в результате голодания (102), а чувство насыщения снижает обонятельные характеристики (103), следует ли нам переосмыслить порядок кормления? Какое влияние это голодание окажет на микробиоту рабочих собак? Критическое воздействие работы, выполняемой этими собаками, требует более глубокого понимания всего, что может помешать их работе. Жизненно важно более тщательное исследование факторов, связанных с микробными изменениями и связанными с ними воздействиями на производительность (например, обоняние).

Вклад авторов

MD разработал концепцию и написал первый черновик рукописи. EJ и EP написали основные разделы документа в его нынешнем виде. Все авторы прочитали, отредактировали и утвердили окончательную рукопись.

Отказ от ответственности

Мнения, выраженные в данном документе, принадлежат автору (авторам) и не отражают официальную политику Медицинского департамента армии США, Департамента армии, Министерства обороны или правительства США.

Заявление о конфликте интересов

Этот обзор проводился в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы благодарят Tracy Darling, RVT, VTS (SAIM), Adrien-Maxence Hespel, DVM, MS, DACVR, Nicholas Jenkins, MAS, MEd, и Кэтлин Келси, MS, MBA, за помощь в разработке рисунков и таблиц.

Ссылки

Все ссылки можно посмотреть в оригинале статьи When the Nose Doesn’t Know: Canine Olfactory Function Associated With Health, Management, and Potential Links to Microbiota Front. Vet. Sci., 29 March 2018. Авторы: Eileen K. Jenkins, Mallory T. DeChant и Erin B. Perry

Спасибо за помощь в редактуре перевода Марии Ведерниковой и консультации по анатомии Ирине Яцук.

  •  
    2
    Поделились
  •  
  • 2
  •  
  •  
  •  
  •  
  •