Inovações tecnológicas na bioclimatologia animal visando aumento da produção animal: relação bem estar animal x clima

por Tadayuki Yanagi Junior

1. INTRODUÇÃO

A produção animal e de derivados animais é de grande importância para o agronegócio brasileiro, sendo fonte relevante de divisas para o país. O Brasil possui grande potencial de crescimento das fronteiras mercadológicas, principalmente devido aos progressos tecnológicos nas áreas de genética, nutrição, manejo e sanidade, que transformam a produção animal e de derivados animais em grande empreendimento econômico provedor de proteína animal, na forma de carne e ovos para a população.

Neste contexto insere-se a bioclimatologia, ciência que estuda as relações entre os animais e o clima, sendo necessário, portanto, informações precisas sobre o clima e animais, abrangendo o conhecimento dos elementos meteorológicos, das respostas fisiológicas e comportamentais dos animais, visando sempre a garantia do bem-estar animal e aumento de sua produtividade.

            Dentre as informações climáticas mais importantes para a caracterização do ambiente de produção animal, pode-se destacar o conhecimento da temperatura de bulbo seco (t_bs), umidade relativa (UR), velocidade (v) do ar, radiação solar e precipitação.

            Condições climáticas inadequadas à produção causam redução no desempenho produtivo e reprodutivo dos animais. Especialmente em regiões tropicais e subtropicais, um dos desafios a ser considerado para o sucesso da produção animal é a redução dos efeitos climáticos, sendo que para isto, torna-se necessário caracterizar o ambiente térmico.

            Diante das adversidades climáticas aos quais os animais estão sujeitos, o constante aprimoramento do conhecimento entre as relações animal e clima, tem levado a avanços significativos na bioclimatologia animal, visando o bem-estar dos animais e, conseqüentemente, o aumento de produtividade. Diversos estudos foram desenvolvidos visando o estudo dos efeitos das condições climáticas sobre os animais, para aves (CURTIS, 1983; DESHAZER & BECK,1986; SUK e WASHBURN, 1995; MEDEIROS, 2001), suínos (CURTIS, 1983; SALES et al., 2006) e bovinos (CURTIS, 1983; YOUSEF, 1985; MÜLLER, 1989).

            Com base no exposto, o objetivo deste trabalho foi apresentar informações sobre os avanços tecnológicos na bioclimatologia animal visando aumento de sua produção, correlacionado bem-estar e clima.

2.  EFEITOS DO AMBIENTE TÉRMICO SOBRE OS ANIMAIS

2.1.   Conforto e desconforto térmico

           O sucesso da produção animal depende, entre outros fatores, da redução dos efeitos climáticos sobre os animais, sendo necessário portanto, a caracterização do ambiente térmico.

O ambiente térmico, normalmente, engloba os efeitos da radiação solar, temperatura de bulbo seco do ar (t_bs), velocidade do ar (v), umidade relativa (UR) e temperatura efetiva (t_ef) (FALCO, 1997; BAETA e SOUZA, 1997), e seus efeitos sobre os animais podem ser avaliados por meio do comportamento e das respostas fisiológicas.

         As características térmicas de uma região são geralmente avaliadas pela t_bs, a qual varia com a altitude local, a proximidade do mar e com o paisagismo, além da movimentação de massas de ar que fazem com que haja oscilação, possibilitando desta forma, a determinação de índices indicativos que caracterizam as regiões. Assim, a t_bs é uma das principais variáveis para caracterização térmica de uma região, destacando-se pela facilidade de medição e pela disponibilidade para diversas localidades brasileiras.

Sabendo-se que a produção animal é o resultado do potencial genético das espécies e conhecendo-se sua interação com a nutrição, sanidade, manejo e fatores ambientais, verifica-se que muitos animais não conseguem expressar todo o seu potencial produtivo sob as condições adversas do meio em que vivem.  Assim, o ambiente constitui-se em um dos responsáveis pelo sucesso ou fracasso dos empreendimentos, uma vez que pode ser definido como a soma dos impactos dos meios biológicos e físicos circundantes sobre os animais (CURTIS, 1983).

No Brasil, o principal fator de adaptação dos animais para a produção tem sido os altos valores de t_bs associados a altos valores de UR, que ocorrem em algumas regiões, o que reduz a produtividade de algumas espécies estabelecidas, quando comparados aos níveis de produção em climas subtropicais e temperados.

Portanto, de todas os fatores que afetam o ambiente, o clima é, sem dúvida, o mais importante, sendo que a eficiência produtiva e reprodutiva de qualquer animal se relaciona com estímulos aos ambientes onde vivem. Contudo existe, para cada espécie, uma faixa de condições ambientais, denominada zona de conforto térmico, na qual o animal apresenta os melhores resultados com o menor gasto energético e mínimo esforço dos mecanismos termorregulatórios, possibilitando melhor conversão alimentar, rápido crescimento corporal e menor mortalidade (CURTIS, 1983).

 2.2.   Ambiente térmico vs produtividade

               O setor agropecuário brasileiro tem obtido grande destaque na economia nacional, tendo grande importância como instrumento de geração de superávit na balança comercial brasileira. Fatores como a globalização, o aumento da concorrência e a exigência crescente dos consumidores com relação à qualidade têm levado os produtores a investir cada vez mais no sentido de otimizar a produção.

            Neste contexto, grandes investimentos têm sido feitos para aumentar a produtividade e o bem-estar dos animais, principalmente nas áreas de melhoramento genético, nutrição, manejo e sanidade. Entretanto, para que as aves possam expressar todo o seu potencial genético, torna-se indispensável, também, o desenvolvimento de outras áreas envolvidas na produção, como o ambiente de criação. Desta forma, para se garantir o máximo de produtividade é imprescindível um elevado potencial genético, aliado a uma alimentação com nível nutricional adequado, em ambiente asséptico e termicamente ajustado às necessidades dos animais.

2.2.1. Temperatura do ar

A t_bs é o principal elemento climático condicionante para o conforto térmico e funcionamento geral dos processos fisiológicos, por envolver a superfície corporal dos animais, afetando diretamente a velocidade das reações que ocorrem no organismo e influenciando a produção animal.

Assim, o conhecimento das temperaturas médias, máximas e mínimas de determinada região é fundamental para o projeto e manejo de instalações para produção animal. A escolha dos materiais construtivos mais adequados, a definição do tipo de ventilação a ser adotada, bem como a verificação da necessidade de se usar algum tipo de sistema de resfriamento evaporativo são exemplos a serem citados.

A faixa de temperatura de conforto térmico ou zona termoneutra, varia de acordo com a espécie e sua constituição genética, idade, peso e tamanho corporal, estado fisiológico, dieta alimentar, exposição prévia ao calor (aclimatação), variação da t_bs e UR, v e radiação incidente no ambiente de criação (CURTIS, 1983; TEETER, 1990).

FABRÍCIO (1994) cita as seguintes temperaturas ambientais como sendo as ideais para frangos de corte do nascimento ao abate (Quadro 1).

A zona de conforto térmico para aves a partir da segunda e terceira semanas de vida oscila entre t_bs de 15ºC e 26ºC, para valores de UR de 50% a 70%, segundo YOUSEF (1985), estando de acordo com os limites sugeridos para frangos de corte adultos que variam de 15ºC a 25ºC (MILLIGAN e WINN, 1964; REECE et al., 1986; CURTIS, 1983; ESMAY e DIXON, 1986 e TIMMONS e GATES, 1988), podendo variar em função da sua constituição genética, idade, sexo, tamanho corporal, peso, dieta e exposição prévia ao calor (aclimatação), conforme citado anteriormente.

De acordo com SILVA (2000), frangos de corte são muito sensíveis a temperaturas elevadas por serem animais que não se ajustam perfeitamente aos extremos de temperatura, por possuírem alto metabolismo e por terem grande capacidade de retenção de calor através da sua cobertura corporal. Portanto, em situações de grande amplitude térmica, as aves têm sua sobrevivência ameaçada, particularmente acima de 38ºC e sob condições de alta UR. Nessas situações, as aves diminuem o ganho de peso e a eficiência de conversão alimentar. MEDEIROS (2001) cita as prováveis conseqüências das variações da temperatura sobre o comportamento produtivo das aves (Quadro 2).

         SUK e WASHBURN (1995) observaram, em estudos com aves de 4 a 7 semanas, que o ganho de peso e consumo alimentar foram maiores quando mantidas sob t_bs de 21,1ºC, em comparação à ambientes de 26,7ºC.

         Para os bovinos adultos de raças européias, a zona de conforto térmico está compreendida pelo intervalo de –1 a 16ºC, enquanto NÄÄS (1989) e YOUSEF (1985), citam a faixa de 13 a 18ºC para a maioria dos ruminantes, sendo de 4 a 24ºC para vacas em lactação ou, em função da UR e da radiação solar, se restringir ao intervalo de 7º a 21ºC. Esta faixa de temperatura está próxima ao intervalo reportado por HUBER (1990) e citado por BACCARI (1998), que é de 4 a 26ºC.

De acordo com MÜLLER (1989), as raças bovinas européias diminuem o potencial de crescimento quando submetidas à temperatura constante acima de 24^oC, e os efeitos se agravam para temperaturas de 29 a 32^oC, pois praticamente cessa o aumento de peso; em temperaturas acima de 41^oC sobrevém a prostração, especialmente se a UR é alta.

Em relação ao crescimento pós-natal, a estação em que ocorre o nascimento afeta as crias em lactação, que dependem tanto do meio circundante, quanto dos fatores ambientais impostos à mãe, refletidos na quantidade de leite. Para suínos, as faixas de conforto térmico podem ser categorizadas conforme mostrado no Quadro 3.

2.2.2. Umidade relativa

A UR em conjunto com a t_bs possuem papel importante na dissipação de calor pelos animais. Altos valores de t_bs e UR são extremamente danosos para a produção zootecnia, sendo que, no interior de instalações zootécnicas, a UR é função da temperatura do ambiente de criação, do fluxo de vapor d’água oriundo dos animais, das fezes e/ou da cama e do sistema de ventilação (BAIÃO, 1995; ZANOLLA, 1998).

Em ambientes no qual a t_bs atinge valores próximos ou acima da temperatura corporal do animal (t_c), a perda de calor passa a ocorrer principalmente pela evaporação, que é influenciada pela UR. Nestas condições climáticas, a evaporação cutânea sofre os efeitos da elevação da UR, que reduz o gradiente de vapor d’água presente no local, diminuindo, o potencial de evaporação do vapor d’água entre a pele do animal e o meio que o cerca.

Segundo HICKS (1973), para as aves, a faixa de UR considerada satisfatória para a melhor produção de frangos de corte está situada entre 35% e 75%, enquanto DONALD (1998) recomenda a faixa de UR entre 50% e 60%. De acordo com estes autores, as trocas térmicas entre o animal e o meio, não são afetadas nesse intervalo de UR.

Para suínos, o intervalo de UR ideal é de 50% a 70% (ESMAY, 1982; NÄÄS et al. 1995 e 1998). Com relação aos bovinos, cerca de 75% da troca de calor corporal com o ambiente, se faz por meio da condução, da convecção e da evaporação, sendo importante, portanto, que a UR não ultrapasse 70% (NÄÄS, 1989).

2.2.3 velocidade do ar

A velocidade do ar influencia positivamente na condição de conforto dos animais, auxiliando-os na manutenção de sua produtividade. Assim, a partir do conhecimento das necessidades ambientais das espécies, do tipo de manejo, clima local e das características da tipologia construtiva, pode-se projetar o sistema de ventilação natural ou artificial para atendam às necessidades de ventilação para os animais.

A renovação do ar no interior da instalação permite a redução da transferência de calor da cobertura, facilitando as trocas de calor corporal por convecção e evaporação (BAETA e SOUZA, 1997), diminui o excesso de umidade ambiente e de outros gases como NH₃, CO₂ e H₂S, advindos da cama, da respiração e dos excrementos, evitando as doenças pulmonares.

Para as aves adultas, a velocidade do ar máxima recomendada é de aproximadamente 0,2 m s^-1 no inverno e 0,5 m s^-1 no verão, segundo estudos de LLOBET e GONDOLBEU (1980), VAQUERO (1981) e CURTIS (1983). Contudo, esse limite pode ser menor para as aves mais jovens, para evitar a ocorrência de doenças pulmonares (CURTIS, 1983).

Estudos realizados por YOUSEF (1985) e MEDEIROS (2001), sobre a influência do ambiente térmico na produtividade de frangos de corte entre a 4ª e a 6ª semanas de idade, verificaram que as faixas de t_bs, UR e v que resultam em maior desempenho, ocorrem entre 21 e 27°C, 50 e 70% e 0,5 e 1,5 m s^-1, respectivamente.

Dessa maneira, quando a ventilação natural for insuficiente, a utilização de sistema de ventilação artificial torna-se importante para garantir níveis adequados de qualidade do ar, atuando positivamente na promoção do conforto térmico.

Diversos autores mostram o efeito atenuante da ventilação sobre o desconforto térmico para aves (MEDEIROS, 2001; YANAGI JUNIOR et al., 2001 a e b; YANAGI JUNIOR, 2002).

Com relação aos suínos, de acordo com BENEDI (1986), citado por SILVA (1999), a velocidade do ar recomendada para leitões é de 0,1 a 0,2 m s^-1 e para animais adultos, de 0,1 a 0,3 m s^-1, estando associada à prevenção de doenças, como a pneumonia.

Para bovinos, HAHN (1982), sugere para uma melhor produção leiteira em climas quentes, que a v seja aproximadamente de 8 m s^-1.

2.3.   Quantificação do ambiente térmico

Desde que foram reconhecidas as diferenças, entre os animais, quanto à capacidade de enfrentar as variações climáticas do meio em que vivem, têm sido feitas tentativas para que se estabeleçam critérios de classificação dos diversos ambientes e combinações de fatores que proporcionem conforto térmico aos animais. Neste contexto, diversos índices do ambiente térmico têm sido desenvolvidos, englobando em um único parâmetro, o efeito conjunto dos elementos meteorológicos e do ambiente.

Dentre os mais simples, aqueles que envolvem um menor número de variáveis, o índice de temperatura e umidade (ITU) tem se destacado, por englobar apenas os efeitos da t_bs e UR. Exemplos do desenvolvimento destes índices são o ITU desenvolvido por THOM (1959) e DESHAZER & BECK (1986) (equações 1 e 2, respectivamente).

ITU_Thom = t_bs + 0,36 . t_po + 41,5                                              (1)

         ITU_D&B = 0,6 . t_bs + 0,4 . t_bu                                                    (2)

em que,

t_bs =  temperatura de bulbo seco (°C),

t_po =  temperatura do ponto de orvalho (°C),

t_bu = temperatura de bulbo úmido (ºC).

            Para frangos de corte, valores de ITU_Thom menores que 74, configuram conforto térmico para o animal; entre 74 e 79, representam situações de alerta para os produtores e perigo para a produção; entre 79 e 84 indicam situações de perigo com possibilidades de ocorrências de perdas na produção e, valores acima de 84 configuram situações de emergência, sendo necessárias providências urgentes para se evitar a perda do plantel (NSCR, 1976). Por sua vez, um grau de desconforto térmico brando foi verificado para vacas holandesas para ITU_Thom variando de 72,3 a 74,4 (AGUIAR et al., 2005).

SALES et al. (2006) avaliaram as variáveis de desempenho reprodutivo de fêmeas suínas submetidas a diferentes temperaturas e umidades. Foram analisados dados reprodutivos relativos a um período de quatro anos (2000 a 2003), de uma granja com 1.650 matrizes. Os autores verificaram que a zona de termoneutralidade (61<ITU≤65), propiciou melhor conforto para as matrizes e, conseqüentemente, uma melhor leitegada; na zona intermediária (65<ITU≤69), propiciou maior conforto para os leitões, não sendo ainda, valores desconfortáveis para as matrizes; e, na zona de estresse térmico (69<ITU≤73), propiciou desconforto tanto para as matrizes, quanto para os leitões.

Originalmente desenvolvido para galinhas poedeiras, o ITU_D&B também têm sido usado para quantificar a produção de frangos de corte em resposta ao ambiente térmico (GATES et al., 1995), sendo que, valores superiores a 25 caracterizam desconforto térmico (GATES et al., 1995; SILVA, 2003).

Assim, o ITU tem sido usado como forma de avaliar a condição de conforto de animais criados em ambientes protegidos ou não, alertando os produtores quanto às condições climáticas desfavoráveis ou que tragam risco aos animais. Apesar de não englobar outras variáveis importantes na quantificação do ambiente térmico, tais como a radiação solar e velocidade do ar, este índice é amplamente usado por envolver apenas informações meteorológicas normalmente disponíveis em estações meteorológicas e em outros bancos de dados obtidos a partir de imagens de satélite, etc.

Baseando-se nessas categorias, pesquisas desenvolvidas por HUBBARD et al. (1999) sobre o ITU, identificaram três fatores que podem ser fatais aos animais domésticos, em períodos quentes: o número de dias com ITU maior que 84; a duração da ocorrência de ITU ³ 84 por dia e períodos de dias consecutivos e a magnitude dessa ocorrência. Compreendendo-se por magnitude, como sendo o número de horas de ocorrência e o nível de intensidade de ITU (HAHN e MADER, 1997).

Apesar do ITU ainda ser muito utilizado, principalmente nos países de clima temperado, onde as instalações zootécnicas possuem bom isolamento térmico, tem-se buscado incorporar a velocidade do ar ao ITU, em estudos das condições de desconforto por calor.

Recentemente, YANAGI JUNIOR et al. (2001) e TAO e XIN (2003) desenvolveram o índice de temperatura, umidade e velocidade do ar (ITUV) para galinhas poedeiras e frangos de corte, respectivamente, sujeitos à condição aguda de desconforto térmico por calor (equações 3 e 4, respectivamente).

		(3)
		(4)

em que,

             , sendo P_WS.(t_db) a pressão de saturação de vapor calculado em função da t_bs, (kPa).

 v = velocidade do ar (m s^-1).

Outros índices incorporando t_bs, UR e v têm sido desenvolvidos. A equação 5 mostra o índice ambiental de produtividade para frangos de corte (IAPfc) desenvolvido por MEDEIROS (2001).

                           (5)

Valores de IAPfc de 21 a 24 (confortável) estão associados à máxima produtividade; para valores entre 25 e 27 (moderadamente confortável), perda de peso da ave em torno de 1 a 5%; para valores entre 28 e 30 (desconfortável), perda de 5,1 a 15%;¨para valores entre 31 e 34 (extremamente desconfortável), perda de 15,1 a 30%; e para valores acima de 35 (perigoso), perda de 30,1 a 87%.

As trocas de calor por radiação têm grande importância na quantificação do ambiente térmico, especialmente para instalações que apresentam baixo índice de isolamento térmico e animais criados em ambientes externos.  Nestes casos, recomenda-se o uso do índice de temperatura do globo negro e umidade (ITGU), proposto por BUFFINGTON et al. (1981), em razão de incorporar a t_bs, a UR, a v e a radiação, em um único valor.

             ITGU = 0,72 (t_gn + t_bu) + 40,6                                                       (5)

em que,

            t_gn = temperatura do globo negro (ºC);

            t_bu = temperatura de bulbo úmido (ºC).

Para frangos de corte TINÔCO (1988) constatou que valores de ITGU superiores a 75,0, para condições de verão, provocam desconforto e agravamento da situação de estresse a partir dos 15 dias de vida. TEIXEIRA (1983) verificou que valores de ITGU entre 78,5 e 81,6 mostraram ser adequados ao ganho de peso e conversão alimentar para a fase de 1 a 14 dias de idade e que para frangos de corte entre 43 a 49 dias, valores de ITGU entre 73,3 a 80,5 refletiram em aumento de 41% na conversão alimentar e em redução de 37,2% no ganho de peso.

Umas das desvantagens do uso do ITGU para se fazer o zoneamento bioclimático de uma determinada região é a inexistência de medições de t_gn nas estações meteorológicas distribuídas ao longo do país. Desta forma, para este tipo de estudo, o ITU ou ITUV se tornam mais fáceis de serem aplicados, uma vez a t_bs, UR e v são medidas diariamente nestas estações e compõem diversos bancos de dados disponíveis on-line.

O avanço no desenvolvimento no desenvolvimento dos índices de conforto e desconforto térmico, seja para condições crônicas ou agudas, tem propiciado avanços significativos na definição de estratégias de controle do ambiente térmico e de manejo dos animais quando criados em ambientes externos, seja no dimensionamento de sistemas de ventilação e resfriamento, bem como na definição de estruturas de sombreamento artificial ou na definição da vegetação em ambientes externos (piquetes).

3.      INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS NA BIOCLIMATOLOGIA

3.1.   Dados meteorológicos

            Os dados meteorológicos servem como base para estudos realizados na área de bioclimatologia. Desta forma, a sua disponibilidade, qualidade e distribuição espacial na região a ser analisada são importantes para o desenvolvimento destes estudos. Além dos dados oriundos de estações meteorológicas, outra fonte passível de ser utilizada em estudos bioclimatológicos são aqueles originados de sensores orbitais (satélites), que têm a vantagem de cobrirem maior área, porém com período de coleta curto.

            Alguns bancos de dados meteorológicos estão disponíveis, como os dados do Projeto Re-análise do National Centers for Environmental Prediction (NCEP) e do National Center for Atmospheric Research (NCAR), que envolvem dados de estações superficiais, balões, aeronaves, navios, satélites, dentre outros. Esse projeto trabalha com revisões, ou re-análises, dos dados coletados em décadas anteriores possibilitando, por meio de programas computacionais e sistemas de assimilação e coletas em tempo real, a correção de possíveis erros e o controle da qualidade dos dados utilizados em pesquisas e monitoramento climático. Estes tipos de dados têm sido usados por alguns autores em estudos envolvendo ambiência animal e humana (SILVA, 2003; OLIVEIRA, 2004; SILVA 2006)

            Normalmente, os dados meteorológicos estão disponíveis para algumas horas do dia, necessitando assim, de interpolações para obtenção de valores médios horários para estudo das condições de conforto dos animais ao longo do dia. Exemplos de métodos de interpolação podem ser obtidos em ZOLNIER (1996) e CAMPBELL e NORMAN (1998).

            Um dos usos dos dados meteorológicos na área de bioclimatologia é a geração de mapas temáticos usados no zoneamento bioclimático de diversas regiões e para diversas espécies animais.

 CABRAL (2001) utilizou um banco de dados de elementos climáticos (de 1960 a 1978), as Normais Climatológicas do INMET (1992) para o período de 1961 a 1990 e programa Arcview para gerar mapas de iso-ITU, calculados pela equação de THOM (1959), para a Região Sudeste do Brasil e classificar o nível de estresse térmico para a região, além de contabilizar a média diária de horas de exposição ao estresse para a pecuária leiteira. OLIVEIRA (2004) estudou o efeito do clima, por meio do índice de temperatura e umidade (ITU), no conforto térmico animal e humano para a Região Sudeste do Brasil utilizando dados de Re-análise do NCEP/NCAR.

3.2.   Medições

         Com o desenvolvimento dos equipamentos utilizados para medição dos elementos meteorológicos e para quantificação das respostas fisiológicas dos animais, foi possível obter dados mais freqüentes e com precisão superior, sendo facilitada ainda, a forma de aquisição.

         Enquanto um termômetro de mercúrio, usado na medição da temperatura do ar ou temperatura retal de um animal, possui precisão de ±1ºC, sensores RTD podem atingir valores de precisão da ordem de ±0,03ºC, respectivamente. Este aumento na precisão permite a obtenção de resultados mais confiáveis e que possibilitam correlacionar melhor ambiente térmico e resposta de um determinado animal, possibilitando classificações mais realísticas da sua condição em relação ao clima. Para a umidade relativa do ar, enquanto um hidrógrafo microprocessado possui precisão de ±5% (entre 30 a 90% de UR), respectivamente, um sensor de UR portátil acoplado a um registrador possui precisão da ordem 2% (10 a 95%).

         Recentemente, com os avanços obtidos na tecnologia wireless, sensores têm sido acoplados a transmissores de dados via telemetria, possibilitando a recepção próxima ao animal, porém sem contato físico entre sensor e registrador, ou distante, com a adoção de transferência de dados por meio de radiofreqüência, telefonia, etc.

            Apesar de ainda ser uma tecnologia com pouca aplicação em monitoramentos de campo, a tecnologia de biosensores é uma alternativa promissora em relação às técnicas convencionais de medição. Os biosensores são aparelhos analíticos compactos (alguns têm dimensão £0,6 mm), que incorporam elementos sensores biológicos ou biomiméticos, ou seja, que imitam organismos vivos. Estes são conectados a um sistema transdutor, que mede uma variação de pH, por exemplo, amplifica o sinal e faz o processamento para determinação da variável desejada (Figura 1). O processamento pode envolver técnicas matemáticas avançadas, como a lógica fuzzy ou redes neurais, dentre outras. O princípio de detecção se baseia na ligação específica do elemento de interesse ao elemento complementar de bio-reconhecimento imobilizado em um meio de suporte satisfatório. A interação específica resulta na mudança de uma ou mais propriedades de físico-químico (mudança de pH, transferência de elétron, mudança de massa, transferência de calor, ganho ou liberação de gases ou íons específicos, etc.) que, são detectadas e podem ser medidas por meio de um transdutor (VELASCO-GARCIA & MOTTRAM, 2003).

Figura 1. Princípio de operação de um biosensor.

        Os biosensores apresentam grande vantagem em relação as técnicas convencionais devido a sua alta especificidade e a possibilidade de ser fazer análises em tempo real, além de ter alta sensibilidade, apresentar rapidez nas medições e simplicidade de operação. Um exemplo é a aplicação de biosensor para detectar a variação de progesterona no leite de vacas com a finalidade de se detectar o cio (PEMBERTON et al., 1998; MOTTRAM et al., 2000), permitindo assim, a inseminação no momento correto, reduzindo custos e aumentando a eficiência reprodutiva dos animais. Estudos similares podem ser feitos para detecção de estresse térmico em animais por meio de biosensores com base em medições de transferência de calor entre o animal e o ambiente.

         Os avanços obtidos até os dias atuais influenciam diretamente a produção, uma vez que o aumento da precisão além de garantir a medição mais realística das variáveis, permite o desenvolvimento de índices de conforto ou desconforto térmico mais preciso, com classificações mais realísticas, principalmente nas faixas de transição entre estados ou níveis de conforto ou desconforto térmico. Estas informações podem ser posteriormente utilizadas em controladores mais simples (com base na temperatura ou umidade do ar) ou naqueles mais sofisticados, que trabalham com algoritmos mais complexos.

3.3.   Comportamento animal

         Tradicionalmente, a avaliação e controle do ambiente térmico e, conseqüentemente do conforto animais criados em condições de confinamento, é baseada em valores pré-estabelecidos de t_bs e, em alguns casos, conjuga-se à UR. Entretanto, esta forma tradicional de se quantificar o estado de conforto ou desconforto ao qual um animal está submetido não é suficiente para se obter as reais necessidades dos animais (XIN & SHAO, 2005). Assim, outros fatores necessitam ser considerados, tais como, ventilação (natural ou forçada), radiação solar, tipos de piso e suas condições, estado nutricional e de saúde do animal, dentre outros fatores que auxiliam na caracterização do bem-estar dos animais. Neste contexto, a análise do comportamento do animal é mais adequada, pois envolve fatores inerentes ao próprio animal, bem como, aqueles referentes ao ambiente ao seu redor. Neste caso, os próprios animais são usados como biosensores, reagindo ao ambiente devido a variações do ambiente.

         Até pouco tempo atrás, a forma mais utilizada para o estudo do comportamento animal era observação visual (ABRAHAMSSON, 1996), que se caracterizava pela subjetividade, elevado gasto de tempo e alta susceptibilidade aos erros humanos, pois a experiência e treinamento do observador eram de extrema importância, bem como o seu estado físico e psicológico durante a fase observacional e de classificação.

         Entretanto, com os avanços na área de desenvolvimento de hardware e software, outras tecnologias foram surgindo e se tornando mais acessíveis, tal como a análise de imagens em tempo real por meio do uso de câmera, placa de aquisição de imagens conectada a um computador e software para análise de imagens, ou seja, envolvendo as fases de aquisição, processamento e classificação.

         Diversas pesquisas têm sido feitas utilizando a análise do comportamento animal por meio de imagens de vídeo para aves (DURSENBRY, 1985), suínos (GEER et al., 1991; SHAO et al., 1997 e 1998; HU & XIN, 2000; PANDORFI, 2002; XIN & SHAO, 2005) e bovinos (PERISSINOTTO, 2003; MATARAZZO, 2004).

         XIN & SHAO (2005) desenvolveram um sistema para análise do comportamento de suínos em repouso com base em imagens de vídeo obtidas em tempo real (Figura 2). O procedimento desenvolvido pode ser utilizado para o controle de ambientes com base no comportamento animal, conforme fluxograma mostrado na Figura 3. O processamento utilizado pelo sistema consiste na aquisição de imagens e sua segmentação, detecção de movimento, extração das características da imagem e sua classificação e, controle do sistema de aquecimento e ventilação.

a	b	c
Figura 2. Tela do programa para classificação da condição de conforto de suínos mostrando três diferentes cenários: a) suínos em movimento – classificação inválida, b) suínos em repouso – ambiente confortável e c) suínos em repouso – ambiente frio (XIN & SHAO, 2005).

 

 

 

Figura 3. Esquema do procedimento (a) e sistema (b) para avaliação do comportamento de suínos e controle do ambiente térmico (XIN & SHAO, 2005).

            Apesar do sistema desenvolvido por XIN & SHAO (2005) necessitar ser testado em campo, para diversas condições do ambiente térmico e diferentes animais, verifica-se o potencial desta tecnologia no controle mais eficaz de sistemas para propiciar melhores condições de conforto aos animais.

            Para aves, BARBOSA FILHO (2004) estudou o comportamento individual de aves alojadas em grupo em uma câmara climática sob diversas condições climáticas. Para identificar cada ave, utilizou-se a marcação por meio da pintura do dorso com uma tinta não tóxica. Posterior a captura e armamento, as imagens foram analisadas visualmente (Figura 4). Estudos utilizando este nível de tecnologia são úteis para a melhor compreensão do efeito do ambiente térmico sobre o comportamento dos animais, que reflete no desempenho dos mesmos, porém tem aplicação limitada para uso em condições comerciais de produção, pela dependência da classificação visual.

(a)	(b)	(c)
Figura 4. (a) Sistemas de marcação de aves por meio de cores; (b)  aquisição e análise das imagens composto por câmeras instaladas em uma câmara climática; (C) computador equipado com placa de aquisição de dados e programas computacionais para a aquisição e análise de imagens (BARBOSA FILLHO, 2004).

            Em um estudo anterior, FIGUEIREDO et al. (2003) desenvolveram um algoritmo para análise do comportamento de frangos de corte em resposta ao ambiente térmico com base na análise de imagens de vídeo, considerando alojamento em baixa, média e alta densidade. O algoritmo desenvolvido apresentou grande variabilidade nas classificações quando comparado a classificação manual, apresentado diversas inconsistências. Os principais problemas na classificação foram devidos ao reconhecimento de grupos contíguos de aves e ao aumento da densidade de alojamento, que dificulta a separação dos indivíduos. Os autores verificaram que o tamanho da ave e iluminância do ambiente afetam diretamente o desempenho do algoritmo.

            Outras técnicas que podem ser aplicadas para o estudo do comportamento animais são a identificação eletrônica e a vocalização.

3.4.   Modelagem matemática

             A modelagem matemática é uma ferramenta importante nos estudos bioclimatológicos. Simulações computacionais feitas a partir de modelos previamente validados permite o estudo de diversos cenários (envolvendo variáveis relacionadas ao animal, clima, instalação, manejo, etc.)  sobre a condição de conforto de animal. Resultados destas simulações podem envolver a determinação de índices de conforto ou desconforto térmico, respostas fisiológicas e produtivas de animais, dentre outras.

Diversos modelos matemáticos têm sido propostos para predizer a transferência de calor e/ou massa entre o animal e o ambiente circundante (BOUCHILLON et al., 1970; WATHEN et al., 1971; MITCHELL, 1976; MAHONEY & KING, 1977; BAKKEN, 1981; WATHES & CLARK, 1981a; WATHES & CLARK, 1981b; WEBB & KING, 1983; GEBREMEDHIN, 1987; McARTUR, 1991; GEBREMEDHIN & WU, 2000; YANAGI JUNIOR et al., 2001a; AERTS & BERCKMANS, 2004), para estudar a transferência de calor e/ou massa em instalações agrícolas (MEDEIROS, 1997; TURNPENNY et al., 2000; YANAGI JUNIOR, 2000; YANAGI JUNIOR et al., 2001b) e para otimizar sistemas de resfriamento evaporativo (GATES et al., 1991a,b; GATES et al., 1992; SINGLETARY et al., 1996; SIMMONS & LOTT, 1996).

As contribuições conseguidas por meio das modelagens matemáticas propostas pelos autores citados anteriormente são importantes e estão em consonância com estudos realizados em outras áreas distintas do conhecimento, tais como na agrometeorologia e meteorologia, na engenharia ambiental, nas indústrias aeroespacial, naval e bélica, dentre outras.  Em adição, a modelagem matemática têm sido usada com sucesso em experimentos que envolvem grande número de tratamentos e/ou variáveis de entrada ou variáveis resposta como forma de se viabilizar o estudo de sistemas complexos.

            Modelos para predição do estado de conforto de animais em função das condições climáticas podem ser usados na geração de mapas temáticos para se fazer o zoneamento bioclimático de uma determinada região, auxiliando na tomada de decisão com relação a ambiência animal. Um exemplo de aplicação conjunta da modelagem matemática e tecnologia SIG para zoneamento bioclimatológico é o trabalho desenvolvido por SILVA (2003). O autor usou dados da Re-análise do NCEP/NCAR, gerou mapas de iso-ITU através do programa GrADS, visando o estudo da viabilidade e desempenho de sistemas de resfriamento evaporativo para a criação de frangos de corte para a região Sudeste, utilizando equação desenvolvida por DESHAZER e BECK (1988). SILVA (2006) expandiu este estudo para todo o território brasileiro, porém, utilizando a equação de ITU proposta pó THOM (1959).

Outras técnicas matemáticas, como a lógica fuzzy e redes neurais tem sido usadas para predição de condições de conforto e desconforto térmico de animais, bem como o seu desempenho produtivo e reprodutivo, além de permitir o controle de ambientes. Dentre as variáveis usadas nestes modelos, destacam-se as climáticas, que auxiliam na caracterização do ambiente térmico.

4.  CONSIDERAÇÕES FINAIS

           Os avanços na área de bioclimatologia animal propiciaram desenvolvimento significativo no entendimento dos efeitos climáticos sobre os animais, influenciando diretamente a produção. A melhor compreensão das interações entre o ambiente e os animais, refletidas no seu comportamento e bem-estar propiciam a definição de estratégias para minimizar os efeitos do clima sobre os animais. Estes avanços envolvem também, aspectos relacionados ao desenvolvimento e disponibilização de bancos de dados meteorológicos, aumento na precisão de sensores com possibilidade de registro e transmissão de dados via telemetria, desenvolvimento de índices de conforto e desconforto térmico mais realísticos, aplicação de modelos matemáticos mais complexos e precisos, além o uso de outras tecnologias mais avançadas, como a análise de imagens, vocalização, dentre outras.

Apesar dos avanços obtidos, outros desafios precisam ser superados, tais como o desenvolvimento de sistemas de controle mais robustos com base no comportamento animal, tais como aqueles em que a avaliação e classificação do estado de conforto se dão por meio de análise de imagens em tempo real.

Com os avanços obtidos no desenvolvimento de modelos computacionais para predição das respostas fisiológicas de animais e índices do ambiente térmico em diversas condições, aliado aqueles obtidos na previsão do tempo, poder-se-á gerar mapas de alerta de produção para diversas espécies, proporcionando informações indispensáveis para os produtores na tomada de decisão.

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