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

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 T_c 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" (I_c) y "superficie del aparato respiratorio" (I_r). La I_c se subdividió en "aéreas emplumadas" (I_cp) y "apéndices desnudos" (I_ca). El cuerpo de la I_cp 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 (λE_r), 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 (T_a), Velocidad del Aire (u), Radiación Isotérmica Neta (una forma de radiación de onda larga, representada con R_in) y Presión de Vapor en el Aire (eV_a). 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 (T_ef) (Monteith & Unsworth, 1990). La cuarta, junto con u, es responsable por la pérdida de calor por evaporación (λE).

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

Funcionamiento del modelo
Para un dado valor de T_ef, eV_a y TNT (estimada con otro de nuestros modelos), los valores de T_c, RR, tasa metabólica (M), λE_r 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 λE_r, T_c aumenta en el siguiente ciclo, con un aumento concomitante de RR y de λE_r. Cuando λE_r = Ex, la tasa de acumulación de calor (dS/dt) se vuelve 0, T_c 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 eV_a es demasiado alta), T_c 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 T_ef en un pollo de 2000 g

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 T_c.

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

Tiempo de exposición (h)

El perfil de la variación de T_c 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 T_c 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 (r_p), 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 r_p. 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.

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.

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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.