Introducción

Las tecnologías de ganadería de precisión (PLF) se han integrado profundamente con la agricultura durante la última década para monitorear los niveles de producción y reproducción, así como para detectar problemas de salud en el ganado lechero (1, 2). Como consecuencia, el uso de la termografía infrarroja (IRT) para mejorar el monitoreo de la salud y la detección temprana de enfermedades en el ganado ha ganado interés (3). Se encontró que las herramientas IRT son rentables y oportunas, confiables y no invasivas, al tiempo que muestran un gran potencial para la teledetección y la automatización en el monitoreo de indicadores tempranos de anomalías de salud en el ganado lechero, siendo previamente validadas para la detección de mastitis y cojera (4, 5). Además, varios estudios recientes habían encontrado que la IRT era una herramienta factible para evaluar el estrés térmico (6-8) y la reproducción (9, 10) en el ganado. Además, se ha demostrado que tanto las emociones supuestamente negativas como las positivas inducen respuestas fisiológicas en el ganado, lo que permite la evaluación indirecta de la actividad simpática y parasimpática a través de las alteraciones en la temperatura de diferentes áreas corporales, causadas por fenómenos como la hipertermia inducida por estrés (11). Tales respuestas térmicas al estrés y los factores asociados que las modulan, han sido de gran interés entre los científicos para determinar el bienestar de los animales, ya que se considera que las variaciones en la temperatura de IRT son una medida confiable y sensible para determinar el grado de estrés percibido por el animal (12).

Sin embargo, investigaciones anteriores publicadas en ganado comúnmente involucraron estudios de IRT durante procedimientos veterinarios dolorosos (por ejemplo, descogollado, castración) o animales con problemas de salud (por ejemplo, mastitis, cojera, neumonía), lo que provocó dificultades para separar los efectos del miedo de la respuesta real al dolor. Por ejemplo, después de la castración, la temperatura ocular de la IRT disminuyó y luego aumentó, en comparación con los valores basales, en terneros machos que no recibieron anestesia, mientras que los terneros con anestesia local mostraron únicamente un aumento en la temperatura ocular (13). Estos resultados sugieren que la caída inicial de la temperatura ocular, seguida de un aumento abrupto, es indicativa de dolor agudo, mientras que un aumento solo podría atribuirse solo al miedo. El autor concluyó que los cambios repentinos de temperatura ocular en la IRT podrían representar un indicador adecuado de dolor agudo en el ganado. Hasta ahora, un estudio individual de ganado exploró los cambios en la temperatura ocular de IRT durante situaciones positivas, informando un ligero aumento durante el tiempo de alimentación (14). En consecuencia, Mincu et al. (15) encontraron un ligero aumento de la temperatura de la TRI tanto ocular como nasal en el búfalo de agua lechera antes y después del ordeño, con vacas búfalo nerviosas y temperamentales que expresan lecturas de IRT más altas después del ordeño, en comparación con animales tranquilos.

Los resultados actualizados sobre el uso de herramientas IRT sugieren que la medición de ventanas térmicas puede proporcionar una indicación no específica de los estados de excitación en el ganado. Sin embargo, como lo han señalado autores anteriores (5, 16), una gran serie de factores pueden afectar las lecturas de IRT y, por lo tanto, conducir a sesgos, como la configuración del equipo, la distancia y el ángulo, y las condiciones ambientales (por ejemplo, temperatura, humedad, partículas de polvo, luz solar y corrientes de aire), como resultado, la adquisición e interpretación de estas medidas requiere cuidado y un enfoque integrado.

Se demostró que el ganado es altamente gregario, formando relaciones sociales complejas de larga duración y está fuertemente motivado para el contacto social (17, 18), con aislamiento social que induce respuestas conductuales y fisiológicas negativas significativas. Además, los individuos varían en qué tan bien enfrentan los factores estresantes y los desafíos (19-21), sin embargo, las respuestas a los factores estresantes sociales se han centrado casi exclusivamente en la competencia por los recursos (22). A lo largo de un ciclo de producción típico, las vacas lecheras se enfrentan a una serie de desafíos estresantes, como la separación de terneros, reagrupaciones frecuentes, aislamiento de compañeros de rebaño (por ejemplo, para inseminación, chequeos de gestación, alojamiento en corrales de enfermedad, secado). Se han realizado investigaciones limitadas para validar el uso de herramientas no invasivas, como las medidas de IRT, para evaluar la respuesta al estrés social del ganado adulto (23), especialmente en entornos y contextos comerciales típicos.

El objetivo general del informe de datos actual fue evaluar y probar la viabilidad del uso de la termografía infrarroja como un método no invasivo para medir los signos de estrés en vacas lecheras lactantes durante desafíos negativos cortos, como el aislamiento visual de los compañeros de rebaño.

Materiales y métodos

El estudio se llevó a cabo en la Granja Experimental del Instituto de Investigación y Desarrollo para Bovinos en Balotesti – Rumania, en 20 vacas lecheras multíparas lactantes Holstein-Friesian (paridades II y III, 40 a 120 días en leche), entre agosto y septiembre de 2022. Las vacas del rebaño experimental se alojaron en dos establos de poste atados idénticos (170/85 cm), y se aislaron individualmente del rebaño durante 240 minutos después del ordeño de la mañana (a partir de las 07:00 AM). Todas las vacas recibieron 3 kg de concentrados 1 h antes del comienzo del ensayo experimental, y permanecieron en su establo, mientras que a sus compañeros de rebaño se les permitió el acceso a un prado cercano en las proximidades del establo. Por lo tanto, las vacas estaban aisladas visualmente de la manada, mientras que podían escuchar y comunicarse vocalmente con las otras vacas. Durante el desafío negativo, una serie de factores como la acumulación de frustración causada por la falta de ejercicio y la interrupción en las rutinas diarias de las vacas, el ritmo circadiano de los procesos digestivos y el mayor causado por la privación de forraje podrían haber jugado un papel importante en la respuesta afectiva de los animales, como consecuencia, los valores de lectura de IRT no pueden atribuirse únicamente al aislamiento social. A lo largo del aislamiento, las vacas tuvieron acceso ad libitum al agua a través de bebedores individuales y ropa de cama de paja de trigo fresca para la comodidad de los animales. Durante el desafío de aislamiento, las vacas no recibieron ningún forraje dentro del establo, para que la alimentación no obstaculizara las lecturas de IRT.

Las lecturas de IRT se tomaron utilizando dos cámaras móviles FLIR ONE Pro LT (resolución de 19 200 píxeles, rango de temperatura de -20 ° a 400 ° C) y el software de procesamiento de imágenes INC de© FLIR Systems. Los puntos de medición de temperatura fueron la carúncula lagrimal del ojo en la región orbitaria (regio orbitalis) y en la región nasal (regio nasalis), que habían sido previamente validadas como ventanas térmicas para ganado vacuno y búfalo de agua (24), con las imágenes IRT tomadas (x2/animal/región) desde una distancia de 0,8-1,2 m, y un ángulo de 90° (Figura 1), siguiendo las recomendaciones de Vardasca et al. (25). Los tres tiempos de medición fueron los siguientes: I – preaislamiento, datos basales (0 min); II – 120 min después del aislamiento de los compañeros de rebaño; III – 240 min después del aislamiento de los compañeros de rebaño.

Figura 1. Lecturas de IRT para regio orbitalis y regio nasalis en una vaca lechera durante experimentos, vista frontal (foto izquierda) y lateral (foto derecha).

La temperatura dentro del establo al comienzo de cada día experimental fue en promedio de 21.83 ° C, con límites que oscilan entre 16.4 y 24.6 ° C, una humedad relativa entre 64 y 78%, velocidad del aire de <1 m / s, sin exposición directa al sol de los animales durante las lecturas IRT.

Utilizando estadística descriptiva, se calcularon los siguientes parámetros para los datos brutos: media, error estándar de la media (SEM), desviación estándar (DE), coeficiente de variación (CV), valores mínimos y máximos, y el primer cuartil (Q₁). Las comparaciones entre los 3 puntos temporales se llevaron a cabo mediante la prueba U de Mann-Whitney no paramétrica, todas las inferencias estadísticas se llevaron a cabo utilizando el software Minitab17 (Minitab LLC)® y las decisiones sobre la aceptación o rechazo de la hipótesis estadística se tomaron en el nivel de significación 0.05.

Resultados

Hasta donde sabemos, este estudio es el primero en seguir los cambios en la temperatura de IRT tanto en el ojo como en la nariz en ganado lechero lactante multíparo, después de un aislamiento visual de los compañeros de rebaño, mientras replica un contexto típico para la categoría. Se empleó un conjunto de datos inicial de 240 lecturas de IRT, de la siguiente manera: 3 lecturas de IRT (0 min después del aislamiento, valores basales; 120 min después del aislamiento; 240 min después del aislamiento); 2 regiones de interés (Regio nasalis y Regio orbitalis); con dos lecturas IRT / animal / marco de tiempo.

La temperatura nasal de las vacas aumentó significativamente (p ≤ 0,005), desde la línea de base de 27,86 ± 0,54 °C a 29,87 ± 0,32 °C a los 120 min después del aislamiento, luego disminuyó ligeramente (p > 0,588) en la 3ª lectura (240 min post-aislamiento), a 29,13 ± 0,53 °C (Tabla 1; Figura 2). A pesar de que las diferencias entre las temperaturas basales de la IRT y las registradas al final del ensayo de aislamiento no fueron significativas (p > 0,05), se observó una tendencia hacia la significancia (p ≤ 0,069). Contrariamente a nuestros hallazgos, Proctor y Carder (26, 27) encontraron que las temperaturas nasales de IRT disminuyen tanto en situaciones positivas como negativas en el ganado. Sin embargo, estos autores utilizaron contextos leves positivos (anticipación de la alimentación) y negativos relacionados con la alimentación (recibir forraje de baja calidad), mientras que en el estudio actual las vacas se enfrentaron a un desafío supuestamente más aversivo (18, 28, 29).

Tabla 1. Estadística descriptiva de los datos de termografía infrarroja nasal y ocular (IRT) del ganado lechero a 0 h-, 2 h- y 4 h después del desafío aislamiento.

Figura 2. Diagramas de caja de la temperatura de la IRT nasal y ocular para los intervalos de tres tiempos.

La temperatura ocular de la TRI siguió un patrón similar al de la TRI nasal durante el desafío de aislamiento. Con la temperatura de la TRI ocular aumentando significativamente (p ≤ 0,048) desde el valor basal pre-aislamiento de 31,51 ± 0,45 °C, a 32,54 ± 0,29 °C a los 120 min post-aislamiento, registrando una ligera disminución a los 240 min post-aislamiento (p > 0,218), a 31,74 ± 0,44°C. La temperatura basal de la IRT ocular y la registrada al final del ensayo de aislamiento fue similar (p > 0,490), con un ligero aumento de 0,23 °C al final del desafío negativo. La menor sensibilidad encontrada para los cambios de temperatura ocular IRT a lo largo de los 240 min del desafío de aislamiento, en comparación con la temperatura nasal de IRT, podría atribuirse a la fisiología de la especie, quedando previamente demostrado (13, 30) que la temperatura periférica del ojo en el ganado disminuye rápidamente después de un procedimiento doloroso y luego aumenta sobre los valores basales durante 15-20 min después del procedimiento. Tales fluctuaciones oculares IRT se han detectado previamente a un máximo de 150 minutos después del desbrote de hierro caliente en el ganado (31), a diferencia del estudio actual, que desafió a las vacas durante 240 minutos.

El estudio piloto actual no está exento de limitaciones, como el número relativamente bajo de animales de experimentación, que podría haber contribuido a una menor sensibilidad estadística. Además, el ganado como especie se seleccionó intensamente a lo largo de la domesticación para la mansedumbre y la docilidad, lo que ha llevado a la plasticidad del comportamiento y la adaptación a las prácticas lecheras actuales. Además, dado que el rebaño de investigación consistía en vacas multíparas, se puede suponer un grado de habituación de los animales al aislamiento. Otro sesgo potencial en la interpretación de los datos actuales es la respuesta de impotencia aprendida, lo que resulta en que las vacas abandonen sus intentos de evadir el desafío negativo debido a una falta de control percibida (32), lo que sin embargo, no se traduce en que el evento sea percibido como neutral por el animal.

Además, la ausencia de un grupo de control representa una limitación significativa del ensayo piloto actual, considerando que las lecturas de IRT podrían haber sido influenciadas por factores de confusión como los cambios de comportamiento asociados con el tiempo de aislamiento, así como potencialmente por otros factores.

Además, para la prueba actual, utilizamos cámaras IRT asequibles, previamente validadas para uso en granja, con una resolución más baja que el equipo de última generación disponible, lo que aumentaría la sensibilidad de la cámara y los datos, al tiempo que tendría el inconveniente asociado a los costos significativamente más altos.

En general, los resultados actuales están de acuerdo con estudios previos que validaron las regiones ocular y nasal como ventanas térmicas IRT para estudiar los efectos de contextos dolorosos y negativos sobre la respuesta al estrés en rumiantes de granja, al tiempo que consideran la hipertermia inducida por el estrés como parte integral de la respuesta fisiológica a estímulos negativos, así como las limitaciones actuales que enfrenta esta herramienta. Además, en comparación con otros métodos de evaluación, la TRI tiene la ventaja de ser no invasiva, al tiempo que permite su uso sin los riesgos de influir en el comportamiento animal o en las respuestas fisiológicas de estrés.

Para nuestros esfuerzos futuros, para superar las fuertes limitaciones que enfrenta el estudio piloto actual, planeamos incluir y usar sensores adicionales para estudiar la respuesta del comportamiento animal a los desafíos negativos, como monitores cardíacos y acelerómetros.

Los hallazgos actuales sugieren que los cambios en las temperaturas de IRT orbitales y nasales después del aislamiento de los compañeros de rebaño podrían representar herramientas adecuadas para evaluar el estrés social en el ganado. Es necesario realizar más investigaciones para discernir entre contextos supuestamente positivos y negativos, en conjuntos más grandes de animales y con diferentes grados de habituación a los desafíos. Nuestros hallazgos respaldan investigaciones anteriores que sugieren que existe la posibilidad de que las mediciones de IRT se utilicen como indicadores no invasivos de estrés en el ganado basado en animales.

Declaración de disponibilidad de datos

Las contribuciones originales presentadas en el estudio se incluyen en el artículo / material complementario, las consultas adicionales pueden dirigirse al autor correspondiente.

Declaración ética

El experimento actual fue aprobado por un comité de revisión interna del Instituto de Investigación y Desarrollo para Bovinos (código de aprobación PN-III-P1-1.1-TE-2021-0027, emitido el 11.07.2022). El estudio se realizó de acuerdo con la legislación local y los requisitos institucionales.

Contribuciones del autor

DG concibió el estudio y obtuvo financiación. MM, IN y DG realizaron ensayos con animales, recopilación de datos e interpretación de datos. MM escribió el manuscrito inicial. IN y DG realizaron la revisión del manuscrito. Todos los autores contribuyeron al artículo y aprobaron la versión presentada.

Financiación

Este trabajo fue apoyado por una subvención del Ministerio de Investigación, Innovación y Digitalización, CNCS – UEFISCDI, número de proyecto PN-III-P1-1.1-TE-2021-0027, dentro de PNCDI III.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que la investigación se llevó a cabo en ausencia de cualquier relación comercial o financiera que pudiera interpretarse como un posible conflicto de intereses.

Nota del editor

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Material complementario

El material complementario para este artículo se puede encontrar en línea en: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fvets.2023.1236668/full#supplementary-material

Referencias