Salute animale
Individuare la zoppia, quale metodo è più preciso
L’industria ha immesso sul mercato molte soluzioni, ma i ricercatori non ne sono ancora soddisfatti. Ecco perché
Cominciamo con l’articolo pubblicato da un gruppo di ricercatori della Facoltà di Medicina Veterinaria dell’Università di Berna, che hanno condotto una review sui sistemi automatici di rilevamento e monitoraggio della zoppia dei bovini, illustrandone pro e contro (Alsaaod e coll., 2019: vedi anche paragrafo successivo). Risultato: rispetto al punteggio di locomozione che si attribuisce osservando direttamente ciascun capo, l’impiego di dispositivi tecnologici consente di individuare molti più casi. I ricercatori svizzeri citano uno studio condotto nel 2010 su 222 allevamenti inglesi: nel 90% delle stalle la zoppia era sottostimata sebbene la prevalenza delle patologie podali fosse in media del 36% (grafico 1).
I ricercatori svizzeri sottolineano che è fondamentale acquisire dati di varia natura (qualità della deambulazione, comportamenti di routine, produttività, ecc.) e disporre di software in grado di elaborarli e di interpretarli correttamente, altrimenti il sistema di monitoraggio può fallire per eccesso o per difetto. In molti studi sperimentali sono stati utilizzati prototipi per il monitoraggio che non sono mai stati sviluppati a scopo commerciale, mentre gli allevatori desiderano un dispositivo poco ingombrante, economico, duraturo ed affidabile. Alcune postazioni per la mungitura automatizzata possiedono un sistema integrato per analizzare eventuali problemi di zoppia, ma in generale i prototipi utilizzati nella ricerca richiedono interventi importanti sulle infrastrutture che non tutti possono affrontare economicamente. Il monitoraggio automatico della zoppia non deve intaccare due risorse preziose: lo spazio in stalla e il tempo dell’allevatore. Per questo i dispositivi individuali applicati direttamente sulla bovina rappresentano tuttora la soluzione più pratica, anche se non la più precisa.
• simmetria del passo (25%),
• allineamento dei piedi (20%)
• curvatura della spina dorsale (19%)
• movimento della testa avanti e indietro o “head bobbing” (15%)
• velocità (12%)
• adduzione/abduzione degli arti (9%)
I ricercatori irlandesi hanno rilevato che utilizzando gli accelerometri la variabile più significativa in grado di individuare una bovina con zoppia è la velocità. Se si impiegano altre tecniche di monitoraggio è possibile caratterizzare meglio la qualità della deambulazione. Negli studi sperimentali sono state utilizzate soluzioni che non sempre possono trovare applicazione in stalla: materassini o pavimentazioni dotate di sensori a pressione, microfoni, telecamere e giroscopi.
Gli elementi più importanti da misurare, in quanto indicatori di zoppia, sono la durata totale del tempo trascorso in attività e camminando, il numero di passi, il rapporto giorno/notte del tempo trascorso in attività, i tentativi di alzarsi, i cambiamenti della posizione e da un comportamento all’altro. Gli accelerometri possono fornire ulteriori informazioni, ad esempio la velocità media di deambulazione e l’ampiezza del passo, la distribuzione del peso quando la bovina è ferma in piedi, il posizionamento del piede durante la camminata e la durata di sollevamento dell’arto.
Un blocco in plastica applicato direttamente ad un unghione contiene un sensore per l’analisi del passo (da Haladjian e coll., 2017)
Il tipo di comportamento che subisce le maggiori modifiche a seguito di zoppia è l’andatura: il podometro deve quindi reperire informazioni sulle caratteristiche del passo.
Il sensore deve inoltre soddisfare altri due criteri: possedere più del 90% di sensibilità (capacità di individuare correttamente le bovine con zoppia) e il 99% di specificità (capacità di identificare le bovine sane). E’ importante avere una bassa percentuale di false positive, altrimenti vengono generati troppi falsi allarmi che spingono ad abbandonare il sistema di monitoraggio.
I ricercatori sostengono che è necessario creare un podometro ad uso commerciale a bassa risoluzione in grado di rilevare dati significativi sulla qualità del passo e capace di integrarsi con altre metodologie di monitoraggio del comportamento, altrimenti la zoppia continuerà ad essere sottostimata.
• Superficie calpestabile con sensori di pressione: sviluppata per lo studio cinematico spazio-temporale della deambulazione e delle variabili delle forze. Classifica il grado di zoppia (lieve, moderato, grave) ed analizza alcune variabili del passo. Accuratezza dell’84%.
• Accelerometri a bassa frequenza (fino a 40 Hz): spesso progettati per altri scopi (rilevamento dell’estro) o integrati in sistemi di monitoraggio multiplo (comportamento alimentare/ruminazione). I più affidabili sono di tipo triassale (3 accelerometri nello stesso dispositivo).
• Accelerometri ad alta frequenza (da 40 a 400 Hz): impiegati soprattutto a scopo di ricerca, su due arti (sano e malato) per differenziare il ciclo e le caratteristiche del passo e per studi a lungo termine, allo scopo di approfondire alcuni comportamenti (ripartizione delle attività nelle 24 ore: riposo a terra o in piedi, locomozione). Richiedono un grande spazio di archiviazione dei dati.
• Misuratori di impatto al suolo: registrano la forza di impatto su una superficie (distribuzione della pressione verticale ed orizzontale dello zoccolo). Il tipo 1D misura il peso corporeo e la velocità del passo. Il tipo 3D, che analizza le forze esercitate nelle tre direzioni dello spazio, è stato sviluppato solo a livello sperimentale, ma raggiunge una sensibilità e una specificità del 90% nel differenziare le bovine sane e con zoppia.
• Bilancia elettronica (quattro piattaforme): analizza la distribuzione del peso dei 4 arti e il numero e frequenza dei calci, durante la mungitura. Accuratezza del 96,2%. Incrociando i dati con quelli sul tempo trascorso sdraiate notte e giorno è possibile individuare bovine con lesioni del piede. Vi sono difficoltà di misurazione dovute al corretto posizionamento di ciascun arto sull’area specifica.
di Caterina Giannavia
I ricercatori svizzeri sottolineano che è fondamentale acquisire dati di varia natura (qualità della deambulazione, comportamenti di routine, produttività, ecc.) e disporre di software in grado di elaborarli e di interpretarli correttamente, altrimenti il sistema di monitoraggio può fallire per eccesso o per difetto. In molti studi sperimentali sono stati utilizzati prototipi per il monitoraggio che non sono mai stati sviluppati a scopo commerciale, mentre gli allevatori desiderano un dispositivo poco ingombrante, economico, duraturo ed affidabile. Alcune postazioni per la mungitura automatizzata possiedono un sistema integrato per analizzare eventuali problemi di zoppia, ma in generale i prototipi utilizzati nella ricerca richiedono interventi importanti sulle infrastrutture che non tutti possono affrontare economicamente. Il monitoraggio automatico della zoppia non deve intaccare due risorse preziose: lo spazio in stalla e il tempo dell’allevatore. Per questo i dispositivi individuali applicati direttamente sulla bovina rappresentano tuttora la soluzione più pratica, anche se non la più precisa.
I preferiti dagli allevatori
Un’altra review sulle ricerche pubblicate in argomento è stata recentemente pubblicata da un gruppo di ricercatori irlandesi (O’Leary e coll., 2020). In molti allevamenti ancora si investe poco sui sistemi di monitoraggio automatico poiché individuare la zoppia non sempre permette di scoprire la causa primaria della patologia. Un intervento terapeutico può apparire meno dispendioso di misure più drastiche che comportano ristrutturazioni o importanti modifiche del management, ma le cause di zoppia possono avere radici profonde in errori di gestione della stalla. Gli allevatori possono trovare anche molte difficoltà al momento di scegliere il tipo di dispositivo per il monitoraggio: meglio i sensori a pressione, i tappetini dotati di sensori, le videocamere o gli accelerometri? In genere i preferiti sono proprio gli accelerometri, che sono facili da applicare e possono essere sfruttati anche per altri scopi. I ricercatori irlandesi hanno effettuato una revisione sistematica dei sensori podali dotati di accelerometro per scoprire quali caratteristiche deve possedere il dispositivo per poter svolgere un buon lavoro nella mandria ed aiutare a individuare le bovine con zoppia.Monitorare il comportamento
Molti degli studi scientifici sulle zoppie prendono in esame il comportamento della bovina, poiché i problemi podali possono manifestarsi in modo indiretto attraverso variazioni delle abitudini. Ad esempio è noto che le bovine con zoppia tendono a stare sdraiate a terra per periodi più lunghi e che facciano meno tentativi per alzarsi o sdraiarsi, rispetto ai capi sani. Nella review effettuata dai ricercatori irlandesi emerge che i dati legati ai tempi di riposo tuttavia possono essere fuorvianti e che il sospetto di zoppia non può essere formulato solo su tale parametro, poiché esistono molti altri fattori che influiscono sulla tendenza della bovina a stare in piedi o a terra. Il comportamento che sembra subire le maggiori alterazioni è quello alimentare: la bovina reagisce meno rapidamente quando viene distribuita la razione, mangia meno e effettua meno visite alla mangiatoia perché tende a limitare i tempi di deambulazione (grafico 2). Vi sono altri comportamenti che si modificano a seguito di zoppia, come la ruminazione e il grado generale di attività. I ricercatori affermano che per ottenere un quadro affidabile da tutti gli elementi comportamentali è necessario disporre dei dati forniti dagli accelerometri, del rapporto sulle attività effettuate durante il giorno e la notte, del tipo di attività manifestata mentre la bovina è in piedi, del tempo totale trascorso sdraiate e della ripartizione dei tempi trascorsi in piedi o a terra. Nonostante tutto, questi comportamenti non forniscono un indice efficace del sospetto di zoppia e vanno integrati con altri tipi di dati.Questione di qualità
La revisione sistematica delle pubblicazioni scientifiche sul monitoraggio della zoppia bovina rileva che è fondamentale avere informazioni sulla qualità della deambulazione. Vi sono 6 variabili che hanno un’importanza relativa nell’indicare una zoppia e che contribuiscono all’attribuzione del punteggio di locomozione:• simmetria del passo (25%),
• allineamento dei piedi (20%)
• curvatura della spina dorsale (19%)
• movimento della testa avanti e indietro o “head bobbing” (15%)
• velocità (12%)
• adduzione/abduzione degli arti (9%)
I ricercatori irlandesi hanno rilevato che utilizzando gli accelerometri la variabile più significativa in grado di individuare una bovina con zoppia è la velocità. Se si impiegano altre tecniche di monitoraggio è possibile caratterizzare meglio la qualità della deambulazione. Negli studi sperimentali sono state utilizzate soluzioni che non sempre possono trovare applicazione in stalla: materassini o pavimentazioni dotate di sensori a pressione, microfoni, telecamere e giroscopi.
Gli elementi più importanti da misurare, in quanto indicatori di zoppia, sono la durata totale del tempo trascorso in attività e camminando, il numero di passi, il rapporto giorno/notte del tempo trascorso in attività, i tentativi di alzarsi, i cambiamenti della posizione e da un comportamento all’altro. Gli accelerometri possono fornire ulteriori informazioni, ad esempio la velocità media di deambulazione e l’ampiezza del passo, la distribuzione del peso quando la bovina è ferma in piedi, il posizionamento del piede durante la camminata e la durata di sollevamento dell’arto.
Un blocco in plastica applicato direttamente ad un unghione contiene un sensore per l’analisi del passo (da Haladjian e coll., 2017)
Il podometro ideale
Secondo lo studio revisionale dei ricercatori irlandesi il sistema più affidabile per scoprire una zoppia appare quello costituito da due podometri, dotati di accelerometri ad alta risoluzione. Tuttavia il costo elevato spinge gli allevatori ad acquistare un solo podometro a media o bassa risoluzione (inferiore a 100 Hz).Il tipo di comportamento che subisce le maggiori modifiche a seguito di zoppia è l’andatura: il podometro deve quindi reperire informazioni sulle caratteristiche del passo.
Il sensore deve inoltre soddisfare altri due criteri: possedere più del 90% di sensibilità (capacità di individuare correttamente le bovine con zoppia) e il 99% di specificità (capacità di identificare le bovine sane). E’ importante avere una bassa percentuale di false positive, altrimenti vengono generati troppi falsi allarmi che spingono ad abbandonare il sistema di monitoraggio.
I ricercatori sostengono che è necessario creare un podometro ad uso commerciale a bassa risoluzione in grado di rilevare dati significativi sulla qualità del passo e capace di integrarsi con altre metodologie di monitoraggio del comportamento, altrimenti la zoppia continuerà ad essere sottostimata.
Metodi diretti (da Alsaaod e coll., 2019)
• Videosorveglianza: le videocamere acquisiscono immagini (filmato continuo o sequenze) che vengono analizzate da un software. A seconda del software possono essere analizzati la sequenza del passo, la velocità, la postura, il profilo dorsale. Sono filmate le bovine per intero oppure solo alcune parti del corpo (per identificare in modo più specifico eventuali lesioni o caratteristiche di deambulazione). Le immagini sono in 2D o in 3D. Le videocamere possono attivarsi solo in determinate circostanze, se collegate ad appositi sensori. Accuratezza nell’identificare bovine con zoppia: superiore al 95%.Svantaggi: la qualità dell’analisi è influenzata dalla densità del flusso di bovine (densità elevate, con una bovina che tocca l’altra, impediscono una corretta interpretazione delle sequenze di immagini). Altre variabili influiscono sull’analisi automatica: numero di parti, stadio di lattazione, consistenza numerica della mandria, tempi di mungitura.• Superficie calpestabile con sensori di pressione: sviluppata per lo studio cinematico spazio-temporale della deambulazione e delle variabili delle forze. Classifica il grado di zoppia (lieve, moderato, grave) ed analizza alcune variabili del passo. Accuratezza dell’84%.
• Accelerometri a bassa frequenza (fino a 40 Hz): spesso progettati per altri scopi (rilevamento dell’estro) o integrati in sistemi di monitoraggio multiplo (comportamento alimentare/ruminazione). I più affidabili sono di tipo triassale (3 accelerometri nello stesso dispositivo).
• Accelerometri ad alta frequenza (da 40 a 400 Hz): impiegati soprattutto a scopo di ricerca, su due arti (sano e malato) per differenziare il ciclo e le caratteristiche del passo e per studi a lungo termine, allo scopo di approfondire alcuni comportamenti (ripartizione delle attività nelle 24 ore: riposo a terra o in piedi, locomozione). Richiedono un grande spazio di archiviazione dei dati.
• Misuratori di impatto al suolo: registrano la forza di impatto su una superficie (distribuzione della pressione verticale ed orizzontale dello zoccolo). Il tipo 1D misura il peso corporeo e la velocità del passo. Il tipo 3D, che analizza le forze esercitate nelle tre direzioni dello spazio, è stato sviluppato solo a livello sperimentale, ma raggiunge una sensibilità e una specificità del 90% nel differenziare le bovine sane e con zoppia.
• Bilancia elettronica (quattro piattaforme): analizza la distribuzione del peso dei 4 arti e il numero e frequenza dei calci, durante la mungitura. Accuratezza del 96,2%. Incrociando i dati con quelli sul tempo trascorso sdraiate notte e giorno è possibile individuare bovine con lesioni del piede. Vi sono difficoltà di misurazione dovute al corretto posizionamento di ciascun arto sull’area specifica.
di Caterina Giannavia