APPLICAZIONI – Nella stalla sperimentale dell’Università di Bologna

I dispositivi per la zootecnia di precisione utilizzati nell’allevamento del Dipartimento di Scienze mediche veterinarie

STALLA_VETERINARIA-UNIBO

In questo contributo discuteremo le dotazioni relative alla zootecnia di precisione presenti in una stalla sperimentale universitaria. Questa stalla si trova ad Ozzano nell’Emilia (Bo), sede del’ex Facoltà di Veterinaria di Bologna, ora Scuola di Agraria e Veterinaria – Dipartimento di Scienze mediche veterinarie (Dimevet), e ha una finalità sia di sperimentazione che didattica, sia per quanto riguarda l’alimentazione e le patologie, sia per quanto riguarda il comportamento e, più in generale, il benessere animale.

La stalla sperimentale fa parte dell’Azienda agraria dell’Università di Bologna (Aub) e ospita 80 capi in lattazione, con un intervallo parto-concepimento medio di circa 120 giorni. Le bovine sono trasferite nel settore delle asciutte 60 giorni prima della data prevista per il parto; gli ultimi 20 giorni le passano nel box parto, su lettiera, dove partoriscono.

Successivamente, le puerpere sono spostate in un’area a lettiera per un certo periodo di tempo variabile (mediamente 10 giorni) in funzione dello stato di salute della bovina (ad esempio capi a rischio chetosi, ecc.). In questo periodo si applica il seguente protocollo di monitoraggio: rilevamento quotidiano della temperatura corporea (rettale); a 3, 5 e 10 giorni si controlla il livello ematico dei corpi chetonici, lo stato uterino e la consistenza delle feci.

Per le vacche in lattazione sono presenti anche tre stazioni di auto alimentatori con la possibilità di erogare tre diversi mangimi.

La dotazione strumentale

La dotazione strumentale di stalla si basa sul sistema Afimilk. Ecco i dettagli.

A) Bilancia per determinazione della massa corporea (AfiWeight).

La pesatura, di tipo dinamico (nel senso che il capo viene pesato in movimento mentre attraversa la pedana della bilancia e non fermo in una posta), avviene durante il percorso di ritorno dalla mungitura. La massa corporea di fatto rappresenta un surrogato del BCS. Purtroppo, la variabilità di questo dato è molto alta in quanto legata alle quantità ingerite (acqua ed alimenti) ed espulse (deiezioni), oltre che alla crescita.

B) Produzione di latte, flusso e conducibilità elettrica di massa (AfiLite).

La misurazione avviene ad ogni mungitura, quindi due volte al giorno. La produzione lattea individuale è alla base per ogni valutazione sulla bovina ed esprime in sintesi il suo stato di salute, sebbene in modo aspecifico. Dalla produzione dipende la scelta di intervenire o meno in caso di sospetta malattia (per esempio nel caso di malattie metaboliche come chetosi e acidosi), oppure di disporre un trattamento particolare per la messa in asciutta (vacche ad alta produzione), ed anche su eventuali decisioni di riforma.

La conducibilità elettrica del latte è utilizzata per la determinazione delle mastiti; essa non è correlata direttamente al contenuto di cellule somatiche, bensì all’aumentato contenuto di ioni dovuto alla minore selettività delle membrane cellulari. La correlazione può diventare significativa a partire circa da 400 mila cellule somatiche per ml (quindi con mastiti spesso già cliniche).

C) Composizione del latte (AfiLab).

Attraverso la tecnologia Nirs (spettroscopia nell’infrarosso vicino) oggi è possibile valutare on-line (durante la mungitura) il contenuto dei seguenti composti: grasso, proteine, lattosio, urea e cellule somatiche. Inoltre, il sistema consente di misurare eventuali presenze di sangue.

La percentuale di grasso, il contenuto di proteina e di lattosio permettono di identificare precocemente il rischio di chetosi (elevato rapporto grasso/proteina), acidosi (inversione nel rapporto grasso/proteina), mastite (aumento di cellule somatiche ed eventualmente diminuzione della percentuale di lattosio).

L’analisi del contenuto di urea per ogni bovina permette di conoscere il corretto utilizzo della razione e in particolar modo della quota proteica, in funzione della distanza dal parto e del livello produttivo. L’urea del latte indica quella quota di azoto non utilizzata dall’animale ed escreta attraverso i liquidi corporei (il valore di urea nel latte è in equilibrio con il suo contenuto nel sangue e nelle urine). Per la bovina convertire l’azoto in eccesso in urea richiede un dispendio di energia che viene sottratta alla produzione di latte.

La nutrizione di precisione prevede di massimizzare l’utilizzo dell’azoto così da includerne il più possibile all’interno della proteina del latte e ridurne la sua escrezione nell’ambiente. Il suo controllo si ottiene con la giusta quantità e tipologia dei carboidrati impiegati e dalla disponibilità costante di azoto ruminale per la crescita microbica. Un elevato tasso di urea rappresenta inoltre un fattore di rischio per la fertilità della bovina essendo tossica per la vitalità degli spermatozoi e dell’embrione.

Nella Figura 6 lo schema di funzionamento dell’analizzatore Nirs Afilab installato in sala di mungitura. Nella Figura 7 la schermata relativa all’andamento dei valori percentuali di grasso, proteine e lattosio della vacca 405 per i primi 74 giorni di lattazione.

In commercio è disponibile un sistema simile ad AfiLab per l’analisi del latte sviluppato dalla De Laval (Herd Navigator) che permette di misurare i seguenti parametri: Progesterone (per individuare gli estri); Latto‑deidrogenasi (LDH, per individuare le mastiti), Beta‑idrossibutirrato (BHB) che insieme all’Urea permette l’individuazione di problemi alimentari come la chetosi. A differenza dell’AfiLab, costituito da un analizzatore NIRS per ciascuna posta di mungitura, l’Herd Navigator è costituito da una sola unità analizzatrice verso la quale vengono convogliate piccole quantità di latte campionate ad ogni mungitura.

D) Auto-alimentatori (AfiFeed).

Gli auto-alimentatori possono dosare quantità e tipo di mangime (fino a tre tipi diversi per livello proteico, energetico, minerale) in funzione della quantità e composizione del latte.

E) Attività fisica (AfiAct).

Attraverso pedometri di nuova generazione è possibile identificare se l’animale è in piedi o sdraiato (modello Pedometro Plus) ed elaborare il numero e la durata dei periodi di riposo nell’arco della giornata. Il riposo è considerato essenziale per il benessere dell’animale e garantisce una maggior produzione di latte ed un miglior stato di salute, in particolare del piede. Brevi tempi di riposo si verificano ogni volta che gli animali sono stabulati in condizioni di affollamento o su superfici di riposo poco comode, oppure se sono soggetti a condizioni di stress termico. La caratterizzazione del riposo (durata, numero di periodi, cambi di posizione) può essere utilizzata in sinergia con il dato dell’attività locomotoria per la rilevazione del calore e del momento del parto.

Il pedometro installato non utilizza accelerometri, ma un sistema di sensori orientati opportunamente che permette di individuarne la disposizione spaziale. I pedometri che utilizzano accelerometri (2 o 3 disposti ortogonalmente fra loro) permettono la determinazione del loro orientamento in quanto misurano l’accelerazione di gravità (statica) in due o più componenti: se uno dei due (o tre) accelerometri è disposto sulla verticale, questi misurerà esattamente l’accelerazione di gravità di 9,82 m/s2, mentre l’altro accelerometro (o gli altri due) indicheranno una accelerazione pari a zero. Se si inclina progressivamente il pedometro, l’accelerometro verticale presenterà un valore via via minore, mentre quello che prima indicava zero, viceversa, presenterà valori crescenti. Inoltre, potendo gli stessi accelerometri misurare anche l’accelerazione dinamica (dovuta algli scuotimenti del collo o della caviglia), attraverso il “conteggio” dei picchi rilevati permettono la valutazione dell’attività fisica.

F) Il software di gestione Afimilk.

Tutti i moduli della AfiMilk sono gestiti centralmente da un software che permette la produzione di liste di attenzione in funzione del superamento di soglie relative ad uno o più parametri. In fig. 8 sono elencati tutti i possibili parametri disponibili.

I sistemi di monitoraggio

Oltre alla strumentazione AfiMilk, la stalla è dotata dei seguenti sistemi di monitoraggio: RuminAct, per la misurazione del tempo di ruminazione; bilance per la pesatura del foraggio in poste fisse; bolo per il monitoraggio del pH e della temperatura del reticolo ruminale; telecamere per il monitoraggio continuo; controllo del Thi.

A) RuminAct

Il sistema RuminAct ha come obiettivo la misurazione del tempo di ruminazione (figura 9). Il sistema permette di rilevare l’attività ruminale ogni due ore tramite un microfono posizionato nella parte alta del collo con un apposito collare.

La ruminazione ha il compito di accorciare le particelle di alimento per promuoverne il transito oltre il rumine, ed è per questo strettamente influenzata dal livello d’ingestione rapportato alle dimensioni del rumine dell’animale e può subire un calo in corso di problemi digestivi e di molte patologie metaboliche e infettive. Il rigurgito e la ruminazione producono rumori specifici da cui si possono conoscere il numero di boli masticati e la durata dell’attività mericica. È possibile identificare gli intervalli di tempo della giornata durate i quali si verifica la ruminazione, potendo valutare se la distribuzione sia omogenea o concentrata in particolari periodi (di notte o variabile in relazione alla frequenza e all’orario di distribuzione della foraggiata). Questo parametro ha un significato prognostico molto importante ma deve essere sempre considerato in relazione alle condizioni specifiche che caratterizzano la bovina (volume ruminale, momento fisiologico, caratteristiche della dieta, ecc.).

L’attività di ruminazione ha lo scopo inoltre di promuovere la produzione di saliva, ricca di sostanze ad effetto tampone per il rumine. Non sempre però un maggior tempo di ruminazione porta ad un miglioramento del pH ruminale; infatti nelle bovine ad elevata produzione, oltre un certo livello di ingestione, l’aumento della quantità di acidi di fermentazione liberati non è accompagnato da un incremento di salivazione. Ciò significa che nelle vacche ad ingestione elevata, la saliva da sola non è sufficiente per coprire le esigenze di tamponamento ruminale e mantenere un pH fisiologico.

Le caratteristiche della dieta hanno un’enorme capacità di influenzare il tempo di ruminazione, determinando l’ingombro della razione e quindi il suo tempo di permanenza nel rumine. Un calo del tempo di ruminazione avviene in prossimità del parto, con diversi gradi di riduzione in relazione al buon andamento dello stesso e al benessere della bovina. In prossimità dell’ estro il tempo di ruminazione può ridursi.

Nello stesso dispositivo è presente un accelerometro per la valutazione dell’attività fisica, utile per la determinazione degli estri congiuntamente al dato di ruminazione.

B) Bilance per la pesatura del foraggio in poste fisse

Per effettuare prove di alimentazione sono state allestite otto poste fisse con bilance pesa foraggio e contatori per la misurazione dell’acqua di abbeverata (figura 10). Le bilance sono state progettate in collaborazione con l’azienda Dinamica Generale (Poggio Rusco, Mn). Poter registrare in continuo il peso dell’alimento presente in mangiatoia consente di valutare il comportamento degli animali, espresso come numero di pasti, quantità di alimento assunto per pasto, velocità di ingestione e distribuzione dell’ingestione nel corso delle 24 ore.

L’analisi della modalità di assunzione della razione permette di studiare il comportamento alimentare delle bovine in funzione delle differenti strategie di alimentazione. Inoltre, è possibile verificare l’impatto dei pasti sui tempi di ruminazione, sull’evoluzione del pH ruminale, sulla digestione della dieta e, più in generale, sullo stato di salute della bovina.

C) Bolo per il monitoraggio del pH e della temperatura del reticolo ruminale

Questa dotazione (figura 11) è finalizzata esclusivamente alla ricerca e rappresenta un metodo certo per determinare una condizione di acidosi. Il bolo ruminale consente di trasmettere a distanza i valori di pH e di temperatura.

Il valore medio di pH considerato adeguato per il mantenimento delle condizioni ottimali di fermentazione è di 6,32; sono state definite soglie critiche oltre le quali il pH non dovrebbe scendere (5,5), o persistere se non per limitati periodi di tempo (5,8). La misura del pH è il test di riferimento (il cosiddetto “Gold standard”) per stabilire il rischio che si verifichi un’acidosi clinica o subclinica. La temperatura del reticolo-ruminale tende ad essere inversamente correlata al pH: lunghi periodi di tempo con valori di temperatura superiori a 39,2°C sono considerati iandicatori di abbassamento del pH ruminale.

Il bolo, a perdere, consente una autonomia di 50 giorni con un intervallo di registrazione di 10 minuti.

D) Telecamere per il monitoraggio continuo

All’interno della stalla sono state installate dieci telecamere orientabili e con possibilità di zoom da remoto per l’osservazione comportamentale degli animali anche nei minimi dettagli (figura 13). La registrazione video è possibile anche per tempi prolungati.

E) Controllo del THI

Per il controllo microclimatico estivo della stalla sono stati installati ventilatori a soffitto (elicotteri) e un sistema di bagnatura con docce in corsia di alimentazione (prodotti dalla ditta CMP impianti – BS). Il sistema entra in azione in funzione dell’indice termo-igrometrico (THI), che congloba sia il dato di temperatura, sia quello di umidità relativa.

Nel range da 66 a 77 vengono attivati i ventilatori con velocità progressiva, mentre con THI maggiori di 68 sono attivati anche gli spruzzatori (con funzionamento alternato rispetto ai ventilatori, fig. 12). Il THI potrebbe essere utilizzato come input di un modello di previsione per caratterizzare il microclima di stalla (vedi il capitolo sui sistemi diagnostici).

I sistemi diagnostici

In tabella 1 sono riportati gli eventi principali che si possono individuare con i parametri rilevati (le cosiddette Variabili caratteristiche). Spesso, però, per diagnosticare un evento è necessario utilizzare più parametri contemporaneamente e cioè è necessario un approccio multivariato. Per diagnosticare una chetosi, ad esempio, il software di gestione Afimilk utilizza il rapporto fra il contenuto di grasso e quello di proteine nel latte: se tale rapporto supera il valore di 1,41 la bovina interessata viene considerata a rischio di acetonemia.

Più in generale il sistema diagnostico dovrebbe essere in grado non solo di individuare una patologia o uno stato fisiologico di interesse (ad esempio l’estro) quando questo si sia già manifestato (con sintomi clinici, e quindi quando l’individuo si è già ammalato), ma di farlo, possibilmente, in una fase subclinica (prima cioè che l’animale si ammali mostrando i sintomi tipici della patologia). Affinché questo sia possibile è necessario disporre di modelli biometrici che associno in modo specifico i parametri misurati agli eventi da rilevare. In alcuni casi può essere sufficiente conoscere il valore atteso di un dato parametro (sebbene non specifico per quel dato evento) attraverso un modello di previsione: se l’ultimo valore rilevato si discosta in modo evidente da quello atteso allora il sistema emette un allarme (è il caso, ad esempio, di alcuni modelli di previsione degli estri attraverso l’attività fisica).

Nei “sistemi diagnostici” più semplici si fa riferimento al superamento di soglie, a volte stabilite dallo stesso allevatore, e il valore atteso può essere semplicemente la media (o un intervallo intorno alla media) di un periodo di riferimento (solitamente di 7-10 giorni prima della valutazione, periodo in cui la bovina si ritiene “normale”, “sana”). Il problema in questi casi (restiamo sempre sull’esempio dell’individuazione degli estri attraverso l’attività) è quello di avere troppi allarmi falsi (i cosiddetti Falsi Positivi, FP) se si fissa una soglia troppo bassa; viceversa, con soglie troppo alte si rischia di non intercettare bovine in estro che presentano un ridotto incremento dell’attività.

In fig. 14 si riportano gli indici utilizzati per caratterizzare la bontà di un sistema diagnostico, che deve essere sì Sensibile (capace cioè di individuare gli estri), ma anche Specifico (ovvero adeguato nel discriminare gli animali che non presentano l’estro). Ad esempio, un sistema capace di individuare tutti gli estri (Sensibilità = 100%), ma con bassa Specificità (che emette molti allarme per i casi di “non estro”), non può essere considerato un buon sistema: l’allevatore si troverà quotidianamente a dover effettuare un numero elevato di verifiche direttamente sugli animali.

Il dato di Specificità, purtroppo, raramente è reso disponibile dalle case di sviluppo dei software diagnostici.

Normalmente la Specificità può essere migliorata utilizzando più parametri contemporaneamente. Ad esempio, si può avere un miglioramento associando all’attività l’andamento del tempo di riposo, il quale può ridursi anche di più di 20 punti percentuali nel giorno dell’estro (fig. 15). Altri parametri interessanti da inserire nel modello multivariato possono essere il tempo di ruminazione (vedi fig. 9) e la produzione lattea (entrambi possono ridursi durante l’estro).

Nelle figure 16 e 17 si evidenzia come il tempo di riposo e di ruminazione siano influenzati (ridotti), a volte, da stati patologici come la zoppia e la chetosi.

Conclusioni

La disponibilità di parametri rilevabili in stalla, sempre più crescente, rende urgente la reperibilità di sistemi diagnostici attendibili, con buona sensibilità, ma anche con adeguata specificità, in modo da ridurre al massimo l’intervento diretto dell’allevatore fra gli animali. Questo obiettivo è tanto più realistico quanto maggiori sono i parametri considerati nel modello di previsione, in un approccio sempre più multivariato. A tale fine sarebbe auspicabile la disponibilità di un protocollo standardizzato (e libero, nel senso di ‘open’) per l’accesso ai dati acquisiti con le diverse strumentazioni presenti sul mercato.

Questo consentirebbe di integrare più sistemi, anche di più ditte, e dare slancio alla ricerca per nuovi sistemi diagnostici che non comprometterebbe il mercato, anzi potrebbero allargarlo. Ciò favorirebbe anche il punto di vista dell’allevatore in quanto non più vincolato ad un singolo produttore. Inoltre, nel caso l’allevatore non volesse rinunciare ad uno specifico articolo, non si troverebbe ad acquistare un nuovo sistema completamente sconnesso da quello già presente in stalla.

In altri settori la standardizzazione del protocollo di trasmissione dei parametri operativi è in parte avvenuta, come ad esempio nel collegamento fra trattrice e operatrice, portando a numerosi vantaggi, che in ambito zootecnico potrebbero essere anche imprevedibili. Un approccio di “apertura” in tal senso può essere proficuo in generale in tutti i settori. Si pensi, ad esempio, al mondo delle app per i cellulari: i costruttori consentono il completo accesso a tutti i dispositivi presenti negli smartphone (gps, fotocamera, wi-fi, ecc.), senza per questo rinunciare all’unicità del loro prodotto, anzi aumentandone, a volte esponenzialmente, le potenzialità e quindi la ricettività del mercato.

Al fine di sviluppare sistemi diagnostici multivariati, i dipartimenti Distal e Dimevet dell’Università di Bologna stanno mettendo a punto un progetto di ricerca congiunto, con la possibilità di integrare anche parametri provenienti da dispositivi non ancora commercializzati o di progettazione ex-novo.

 

1) Distal (Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari) – Università di Bologna.

2) Dimevet (Dipartimento di Scienze Mediche Veterinarie), Scuola di Agraria e Medicina veterinaria – Università di Bologna.

Visualizza l’articolo intero pubblicato su Informatore Zootecnico n. 13/2015

Pubblica un commento