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XXII Congreso Latinoamericano de Avicultura 2011

Un modelo mecanistico dinamico para estimar la temperatura corporal de un pollo parrillero subitamente expuesto al calor

Publicado el:
Autor/es:
(1634)
(1)
Resumen

En este trabajo se reportan los últimos avances en la construcción de un modelo de simulación mecanístico y dinámico para predecir la temperatura corporal (Tc) de un pollo parrillero expuesto súbitamente a condiciones ambientales por encima de la termoneutralidad. El modelo estima la Tc cada un segundo. Los cálculos se basan en el gradiente térmico y de presión de vapor entre la superficie del ave y el ambiente, en la resistencia a la transferencia de calor y vapor entre cuerpo y el ambiente, así como también en la interacción entre la tasas de acumulación y disipación del calor corporal. Resultados preliminares muestran la necesidad de cuantificar con mayor precisión la resistencia del plumaje a la transferencia de calor e incluir parámetros que cuantifiquen el efecto del comportamiento termorregulador para mejorar el valor predictivo del modelo.

Palabras claves: Modelo mecanístico dinámico, Pollo parrillero, Temperatura corporal, Resistencia, Termorregulación.

Introducción

El desarrollo de modelos mecanísticos de simulación para analizar los efectos de las condiciones ambientales en la fisiología, la salud y la productividad de los pollos parrilleros es una alternativa válida al abordaje experimental. La ventaja de este enfoque radica en la posibilidad de estudiar varios escenarios a reducido costo y en menor tiempo, lo que es de gran importancia en fenómenos multifactoriales como la termorregulación en aves. Además, por su carácter teorético, estos modelos tienen relativa independencia respecto de datos experimentales, resultando en estimaciones de mayor universalidad, aplicables a diferentes edades y genotipos. La experimentación queda así confinada a la cuantificación de ciertas constantes, que normalmente requieren experimentos menos costosos y de menor duración.

Varios modelos del efecto del ambiente en aves han sido publicados, pero pocos son dinámicos. Nuestro equipo en la Universidad de KwaZulu-Natal (UKZN) (Sudáfrica), considera que el tiempo de exposición tiene tanta importancia como las variables ambientales en la determinación de la respuesta termorreguladora.

Este trabajo reporta los avances en la construcción de un modelo mecanístico dinámico para simular el efecto de la exposición súbita a ambientes calurosos en la Tc de un pollo parrillero.


Materiales & Métodos


Representación del ave
En base a diferencias térmicas, la superficie del cuerpo del pollo se dividió en las interfaces "superficie corporal" (Ic) y "superficie del aparato respiratorio" (Ir). La Ic se subdividió en "aéreas emplumadas" (Icp) y "apéndices desnudos" (Ica). El cuerpo de la Icp se representó como un centro metabólico envuelto en las capas concéntricas "piel", "plumaje" y "capa limite" (CL) (CL es la capa de aire en contacto directo con la superficie del ave; su espesor aumenta con el diámetro del cuerpo y disminuye cuando la velocidad del aire se eleva). Cada una de estas capas impone su resistencia a la transferencia de calor y a la transferencia de vapor de agua. Las resistencias térmicas entre sí, al igual que las resistencias a la transferencia de vapor, actúan en serie. Las aéreas desnudas han sido representadas como un centro termogénico envuelto en las capas "piel" y CL, con sus respectivas resistencias térmicas y de vapor. El aparato respiratorio, de relevancia en la termorregulación por pérdida de calor latente a través del jadeo (λEr), fue representado como un tubo con una CL interna con resistencia a la transferencia de vapor de agua. Este enfoque es similar al empleado en otros trabajos, como por ejemplo Bakken (1981).

Representación de la acción del ambiente en el contexto de la capa límite
El ambiente ha sido definido con las variables Temperatura Ambiente (Ta), Velocidad del Aire (u), Radiación Isotérmica Neta (una forma de radiación de onda larga, representada con Rin) y Presión de Vapor en el Aire (eVa). Las tres primeras, mayormente responsables por el intercambio de calor sensible (H) entre el pollo y su entorno, han sido combinadas en el parámetro Temperatura Efectiva (Tef) (Monteith & Unsworth, 1990). La cuarta, junto con u, es responsable por la pérdida de calor por evaporación (λE).

El parámetro Tef traduce la acción conjunta de las variables ambientales (Blanco & Gous, 2006) en el contexto de la CL para la Ic, dando como resultado un equivalente térmico. Siguiendo las recomendaciones del Monteith y Unsworth (1990) para especies no transpiradoras, la eVa no se ha incluido en Tef, sino que su efecto se contabiliza al momento de calcular la cantidad de calor evaporado por jadeo (λEr) y el balance energético final.

Supuestos teóricos

  1. Termoneutralidad es representada por un único valor de Tef (Temperatura Termoneutral o TNT, de acuerdo con Tzschentke et al. (1996).
  2. l calor es transportado desde el centro hacia la superficie, en proporción directa al gradiente térmico y en proporción inversa a las resistencias. La porción disipada como calor latente sigue un gradiente de presión de vapor desde la superficie del ave (Icp, Ica e Ir).
  3.  La evaporación desde Ic es pasiva, mínima y no tiene acción termorreguladora
  4. Cuando Tef >TNT, el ave gradualmente inicia la termorregulación. Este modelo asume que a TNT la vasoconstricción es máxima, y que la vasodilatación es simultánea al incremento de la frecuencia respiratoria (RR), aunque sus tasas de incremento son usualmente diferentes.
  5. La exposición súbita a una Tef >TNT es siempre acompañada por un incremento en Tc.
  6. El valor de RR depende directamente de la temperatura corporal (Tc) y no se incrementa mas allá de un máximo predeterminado, calculado por alometría (Calder & King, 1974).
  7. Los procesos de termorregulación tienden a llevar al ave a un nuevo estado estacionario en el que la tasa de disipación de calor iguala la tasa de generación de calor.
  8. El éxito de la termorregulación depende de la capacidad de λEr de contrarrestar el exceso de calor corporal (Ex) para estabilizar Tc, y de la capacidad del ave de sobrevivir en el nuevo valor de Tc (Blanco, 2010).

Funcionamiento del modelo
Para un dado valor de Tef, eVa y TNT (estimada con otro de nuestros modelos), los valores de Tc, RR, tasa metabólica (M), λEr y del exceso de calor en el cuerpo (Ex), son estimados en ciclos de 1 segundo de duración. Si al final de cada ciclo Ex sobrepasa λEr, Tc aumenta en el siguiente ciclo, con un aumento concomitante de RR y de λEr. Cuando λEr = Ex, la tasa de acumulación de calor (dS/dt) se vuelve 0, Tc y RR se estabilizan y el pollo alcanza un nuevo estado estable (Fig.1). En caso contrario, cuando el pollo alcanza el límite máximo de RR (ej. cuando eVa es demasiado alta), Tc comienza a crecer de manera incontrolable, y el ave entra en hipertermia (Blanco, 2010).

Ejemplo de simulación
Un ejemplo de simulación se condujo usando los valores detallados en Tabla 1 (Blanco, 2010).

 Tabla 1. Variables para estimar el efecto de Tef en un pollo de 2000 g

Variables control

Ta (ºC)

25

Rin (W m-2)

20

u (m s-1)

0.1(calma)

TNT (ºC)

20

Peso Corporal (Pc) (g)

2000

Diámetro de los apéndices (da) (m)

0.02

Tc inicial (Tci) (ºC)

41

Tratamiento térmico

Tef (ºC)

27.7

Tiempo de exposición (t) (h)

4


Resultados

Los resultados de la estimación se presentan en Figura 1. En este caso se puede observar que el ave ha alcanzado un nuevo estado estable, lo que se evidencia por la estabilización de Tc.

Figura 1: Resultado de la simulación realizada con los datos de Tabla 1 (Blanco, 2010).

Tiempo de exposición (h)

Discusión

El perfil de la variación de Tc es muy similar a los perfiles obtenidos experimentalmente para pollos de similares características (Zhou & Yamamoto, 1997 y en resultados preliminares de experimentos realizados en UKZN) aunque los valores simulados de Tc difieren de los experimentales. Sospechamos que una de las causas de esta disparidad puede ser la inexacta definición de la resistencia del plumaje a la transmisión de calor (rp), que de acuerdo con McArthur (1981) es una de las resistencias de mayor peso en la determinación del balance térmico. De hecho, en un análisis de sensibilidad (resultados no incluidos en este trabajo), el modelo ha mostrado alta dependencia del valor de rp. Dicha inexactitud resulta de la variación de espesor y tipo de plumaje en las diferentes regiones anatómicas del ave.

La discrepancia entre simulaciones y resultados experimentales también puede ser debida a la omisión en el modelo de los procesos de comportamiento termorregulador (ej. extensión de las alas o incremento en la cantidad de agua ingerida), los que usualmente aparecen en aves expuestas al calor.


Conclusiones

Si bien los valores simulados de Tc son diferentes a los valores experimentales, la obtención de perfiles similares a los de las repuestas observadas en aves bajo condiciones semejantes constituye un avance alentador. Para mejorar el valor predictivo del modelo, será necesario corregir el proceso de cuantificación de rp, así como también buscar alternativas para tener en cuenta el efecto de las estrategias de comportamiento termorregulatorio.

La completa aceptación de este modelo requiere la medición simultánea de Tc, de la tasa metabólica (M) y de RR en tiempo real, proyecto en el cual nuestro grupo de trabajo se embarcara en el corto plazo.


Bibliografía

Bakken GS. 1981. A two-dimensional operative temperature model for thermal energy management by animals. J Therm Biol. 6:23-30.

Blanco OA & Gous RM. 2006. Considerations for representing micro-environmental conditions in simulation models for broiler chickens, pp. 188-208. En Mechanistic models in pig and poultry production, Morris T, Fisher C, Gous RM (Eds.), CABI, Londres, Reino Unido.

Blanco OA. 2010. A dynamic mechanistic analysis of the relationship between a broiler chicken and its surrounding environment. Tesis Doctoral, University of KwaZulu-Natal, Sudáfrica.

Calder WA & King JR. 1974. Thermal caloric relations of birds. pp. 259-413. En Avian Biology, Vol. IV, Farner DS, King JR (Eds.), Academic Press Inc., Nueva York, EE.UU.

McArthur AJ. 1981. Thermal Insulation and Heat Loss from Animals, pp. 37- 60. En Environmental aspects of housing for animal production, Clark JA (Ed.), Butterworths, Londres, Reino Unido.

Monteith JL & Unsworth MH. 1990. Principles of environmental physics (Segunda Edición), Edward Arnold, Londres, Reino Unido.

Tzschentke B, Nichelmann M, Postel T. 1996. Effects of ambient temperature, age and windspeed on thermal balance of layer-strain fowls. Br Poult Sci. 37:501-520.

Zhow WT & Yamamoto S. 1997. Effects of environmental temperature and heat production due to food intake on abdominal temperature, shank skin temperature and respiration rate of broilers. Br Poult Sci. 38:107-114.

 
Autor/es
Natal, Sudáfrica
BVSc, PhD
(1634)
(1)
Franco Ysrrael León Plasencia
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Buenos aires, Buenos Aires, Argentina
Estudiante
Re: Un modelo mecanistico dinamico para estimar la temperatura corporal de un pollo parrillero subitamente expuesto al calor
15/04/2014 | Cómo puedo construir un modelo donde simule la GDPV de un parrillero en función de su peso al nacimiento ?
Gracias.
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