DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-91551-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40021814
تاريخ النشر: 2025-02-28
المؤلف: Giovana Mancilla Pivato وآخرون
الموضوع الرئيسي: علم الأدوية البيطرية والتخدير
نظرة عامة
تركز البحث على تقييم الألم الناتج عن الخصي الجراحي في الخنازير الذكور، وهي ممارسة شائعة في صناعة الخنازير في الولايات المتحدة. يقترح الدراسة إصدارًا مختصرًا من مقياس الألم الحاد المركب للخنازير Unesp-Botucatu (UPAPS) من خلال استخدام خوارزمية الغابة العشوائية لتحديد سلوكيات الألم الأكثر أهمية من مجموعة بيانات للخنازير قبل الفطام وبعده. تم تدريب الخوارزمية على الملاحظات السلوكية قبل وبعد الخصي، مرتبةً 17 سلوكًا من سلوكيات UPAPS بناءً على أهميتها في تشخيص الألم. قامت إجراء خطوة تراجعية بتحسين النموذج، مما أدى إلى تطوير UPAPS القصير.
تم تقييم القدرة التنبؤية لكل من UPAPS الأصلي وUPAPS القصير باستخدام المساحة تحت المنحنى (AUC)، مما أسفر عن AUC بنسبة 89.62% لـ UPAPS القصير، والذي كان قابلًا للمقارنة إحصائيًا (p = 0.6828) مع AUC لـ UPAPS الأصلي البالغ 90.58%. وهذا يشير إلى أن UPAPS القصير يحتفظ بدقة تشخيصية مماثلة مع تقديم تنفيذ أبسط لمراقبة الألم الحاد في عمليات الخنازير على نطاق واسع. تسلط الدراسة الضوء على الواجب الأخلاقي لمعالجة الألم في الماشية، خاصة في ضوء مخاوف المستهلكين بشأن رفاهية الحيوانات وتأثير الألم على أداء النمو في الخنازير الصغيرة.
طرق
استخدمت الدراسة قاعدة بيانات مستمدة من منشورين سابقين يتعلقان بالخنازير الفطام والخنازير قبل الفطام، مع دمج تحليلات إحصائية جديدة. تمت الموافقة الأخلاقية على إجراءات قاعدة بيانات الخنازير الفطام من قبل لجنة الأخلاقيات لاستخدام الحيوانات في البحث في كلية الطب البيطري وعلوم الحيوان بجامعة ولاية ساو باولو (Unesp)، البرازيل (رقم البروتوكول 102/2014)، والتزمت باللوائح التي وضعتها المجلس الوطني البرازيلي للرقابة على التجارب الحيوانية (CONCEA). وبالمثل، تمت الموافقة على قاعدة بيانات الخنازير قبل الفطام من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوانات بجامعة ولاية كارولينا الشمالية (رقم البروتوكول 19-796). امتثلت كلا الدراستين لإرشادات ARRIVE لتقارير البحث الحيواني.
يؤكد المؤلفون أن إعادة استخدام قواعد البيانات تتماشى مع مبادئ “الثلاثة Rs” للتجارب الحيوانية، مما يساهم بشكل خاص في التقليل والمسؤولية. يبرز هذا النهج المنهجي الالتزام الأخلاقي بتقليل استخدام الحيوانات مع زيادة فائدة البيانات الموجودة في البحث.
مناقشة
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون خوارزمية الغابة العشوائية لتحديد وترتيب السلوكيات المتغيرة بسبب الألم في الخنازير، مع التركيز بشكل خاص على خمسة سلوكيات رئيسية: ‘الرأس لأسفل’، ‘يجلس بصعوبة’، ‘يُهز الذيل’، ‘التفاعل 2’، و’النشاط 1’. وُجد أن هذه السلوكيات هي الأكثر فعالية كمؤشرات لتصنيف الخنازير في حالات الألم مقابل حالات عدم الألم، حيث حققت مساحة تحت المنحنى (AUC) بنسبة 91.38%، والتي كانت قابلة للمقارنة إحصائيًا مع مقياس UPAPS المعتمد الذي حقق AUC بنسبة 90.58%. كما أظهرت الدراسة أن تقليل عدد السلوكيات إلى أفضل خمسة سلوكيات مرتبة لم يؤثر على الدقة التنبؤية، مما يدعم تطوير إصدار أقصر من UPAPS.
تسلط النتائج الضوء على أهمية التقييمات السلوكية في مراقبة الألم في الخنازير، خاصة في سياق الخصي الجراحي. أكدت الدراسة موثوقية UPAPS من خلال توافق مرضٍ بين المراقبين ذوي الخبرة. من المتوقع أن يسهل UPAPS القصير المقترح، الذي يتضمن فقط الخمسة سلوكيات الأكثر دلالة، مراقبة الألم في عمليات الزراعة على نطاق واسع، مما يعزز رفاهية الحيوانات. يُوصى بإجراء أبحاث مستقبلية للتحقق من صحة هذا الإصدار القصير مقابل المعايير النفسية واستكشاف قابليته للتطبيق في سيناريوهات تخفيف الألم المختلفة، مع الأخذ في الاعتبار الانتقال المستمر في ممارسات إدارة الخنازير.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-91551-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40021814
Publication Date: 2025-02-28
Author(s): Giovana Mancilla Pivato et al.
Primary Topic: Veterinary Pharmacology and Anesthesia
Overview
The research focuses on the assessment of pain resulting from surgical castration in male pigs, a common practice in the U.S. swine industry. The study proposes a shortened version of the Unesp-Botucatu pig composite acute pain scale (UPAPS) by utilizing a random forest algorithm to identify the most significant pain-altered behaviors from a dataset of preweaned and weaned pigs. The algorithm was trained on behavioral observations before and after castration, ranking the 17 UPAPS behaviors based on their importance in diagnosing pain. A backward step-up procedure refined the model, leading to the development of the Short UPAPS.
The predictive capacity of both the original UPAPS and the Short UPAPS was evaluated using the area under the curve (AUC), yielding an AUC of 89.62% for the Short UPAPS, which was statistically comparable (p = 0.6828) to the original UPAPS’s AUC of 90.58%. This suggests that the Short UPAPS maintains similar diagnostic accuracy while offering a simpler implementation for monitoring acute pain in large-scale swine operations. The study highlights the ethical imperative of addressing pain in livestock, particularly in light of consumer concerns regarding animal welfare and the impact of pain on growth performance in piglets.
Methods
The study utilized a database derived from two prior publications involving weaned and pre-weaned pigs, incorporating new statistical analyses. The procedures for the weaned pig database were ethically approved by the Ethics Committee for the Use of Animals in Research at the School of Veterinary Medicine and Animal Science of São Paulo State University (Unesp), Brazil (protocol number 102/2014), and adhered to the regulations set forth by the Brazilian National Council for the Control of Animal Experimentation (CONCEA). Similarly, the pre-weaned pig database was approved by the North Carolina State University Animal Care and Use Committee (protocol number 19-796). Both studies complied with the ARRIVE guidelines for animal research reporting.
The authors emphasize that the reuse of databases aligns with the principles of the “Three Rs” of animal experimentation, specifically contributing to reduction and responsibility. This methodological approach underscores the ethical commitment to minimizing animal use while maximizing the utility of existing data in research.
Discussion
In this study, the authors utilized a random forest algorithm to identify and rank pain-altered behaviors in pigs, specifically focusing on five key behaviors: ‘Head down’, ‘Sits with difficulty’, ‘Wags tail’, ‘Interaction 2’, and ‘Activity 1’. These behaviors were found to be the most effective indicators for classifying pigs in painful versus pain-free conditions, achieving an area under the curve (AUC) of 91.38%, which was statistically comparable to the established Unesp-Botucatu Pig Composite Acute Pain Scale (UPAPS) with an AUC of 90.58%. The study also demonstrated that reducing the number of behaviors to the five best-ranked ones did not compromise predictive accuracy, thereby supporting the development of a shorter version of UPAPS.
The findings highlight the importance of behavioral assessments in monitoring pain in swine, particularly in the context of surgical castration. The study confirmed the reliability of the UPAPS through satisfactory inter-observer agreement among experienced assessors. The proposed Short UPAPS, which includes only the five most indicative behaviors, is expected to facilitate pain monitoring in large-scale farming operations, thereby enhancing animal welfare. Future research is recommended to validate this short version against psychometric standards and to explore its applicability in various pain mitigation scenarios, considering the ongoing transition in swine management practices.