Monitores de atividade como ferramenta para detecção de cio

Texto: Bruna F. Silper e Ronaldo L. A. Cerri

 Pesquisas recentes têm mostrado o potencial de monitores de atividade como ferramenta adicional para manutenção de alta eficiência reprodutiva. Foi observado também que o uso mais intensivo dos dados provenientes dos monitores de atividade tem o potencial de predizer a fertilidade de uma inseminação artificial ou transferência de embrião.

 Apesar de um programa reprodutivo eficiente ser essencial para a atividade leiteira, este é frequentemente apontado como um dos maiores desafios por aqueles que trabalham no setor. Durante as últimas décadas, a fertilidade de vacas leiteiras tem diminuído, enquanto foi observado aumento da produção de leite por animal. A produção de leite em rebanhos norte-americanos aumentou 40% entre as décadas de 70 e 2000 (Lucy, 2001), concomitantemente ao aumento em número de serviços por concepção, período de serviço, e intervalo entre partos nos mesmos rebanhos, e redução na taxa de detecção de cio de 20% (Washburn et al., 2002).

É difícil estabelecer uma simples relação de causalidade entre produção e fertilidade (Santos et al., 2009). Ambos são influenciados por diversos outros aspectos da atividade leiteira que também mudaram ao longo das últimas décadas. A pergunta a ser feita, portanto, é se a fertilidade das vacas está realmente diminuindo, ou se as práticas de manejo não são mais adequadas aos animais com os quais trabalhamos atualmente (LeBlanc, 2010). É preciso ainda considerar que, em determinado rebanho, as vacas com maior produção são provavelmente as mais saudáveis e que se adaptaram e lidam melhor com o sistema, enquanto as de baixa produção podem ser aquelas doentes que não terão bom desempenho reprodutivo (Santos et al., 2009). Por isso, é difícil estabelecer uma relação direta entre produção e desempenho reprodutivo.

Um bom desempenho reprodutivo depende de taxa de serviço, taxa de concepção (ou seja, taxa de prenhez), e do intervalo entre partos (diretamente relacionado à duração do período de serviço). Aos 21 dias pós-parto, é observada maior ciclicidade em vacas multíparas, que parem no verão e no outono, sem doenças do trato digestivo ou metrite, com menor perda de peso no pós-parto e com período seco adequado (menor que 76 dias (Vercouteren et al, 2015). A taxa de concepção depende de fatores como escore de condição corporal (ECC) ao parto, perda de ECC no pós-parto, estação do ano e paridade (Santos et al., 2009). Já a taxa de serviço pode ser mais facilmente aumentada com ferramentas de manejo reprodutivo, como uso de tecnologias de precisão e inseminação artificial em tempo fixo (IATF). Pesquisas recentes têm mostrado o potencial de monitores de atividade como ferramenta adicional para manutenção de alta eficiência reprodutiva. Foi observado também que o uso mais intensivo dos dados provenientes dos monitores de atividade (ex. passos, aceleração do movimento, tempo deitada) tem o potencial de predizer a fertilidade de uma inseminação artificial (IA) ou transferência de embrião (TE). Trabalhos futuros deverão também focar em como dados provenientes de monitores automáticos podem ser traduzidos em fenótipos úteis para a seleção genética da fertilidade.

Comportamento de cio e métodos de detecção

Tradicionalmente, a detecção de cio para IA é feita após observação visual de aceitação de monta, o comportamento primário do cio (Roelofs et al., 2010). Devido à baixa em expressão de cio, à inadequada taxa de detecção, ao tempo necessário e baixa eficiência da observação visual de cio, métodos auxiliares foram desenvolvidos. Entre eles, devem ser citados métodos aplicados na base da cauda para detectar montas (giz marcador, adesivos para raspagem, e dispositivos ativados por pressão), IATF, e recentemente, monitores de atividade. Protocolos para IATF foram desenvolvidos na década de 90, para melhoria da eficiência reprodutiva sem dependência de detecção de cio e com conhecimento do momento da ovulação (Pursley et al., 1995; Pursley et al., 1997). Outra alternativa, a qual tem aumentado em popularidade e disponibilidade recentemente, é o uso de tecnologias de precisão: monitores de atividade, em geral pedômetros ou acelerômetros. As bases do funcionamento destes sensores são o aumento de atividade física e inquietação característicos do período de cio, fatores que são subjetivos quando observados visualmente (Kiddy, 1977; Roelofs et al., 2010).

O período de cio é caracterizado pela expressão de diversos comportamentos, classificados em específicos (aceitação de monta) e genéricos. A detecção de cio, principalmente a identificação do início do cio, é importante não apenas para que a inseminação ocorra, mas também para que haja sincronia entre IA e ovulação. A ovulação ocorre aproximadamente 30 horas após o início da expressão de comportamentos de cio (Roelofs et al., 2005). A aceitação de monta, no entanto, não é observada frequentemente. Apenas 37% dos cios foram detectados com dois períodos de observação de 30 minutos cada (Van Vliet and Van Eerdenburg, 1996). Com 30 minutos de observação a cada 3 horas, 20% dos animais foram observados aceitando monta quando estavam em cio sozinhos, e 79% quando dois ou mais animais estavam em cio no mesmo momento (Roelofs et al., 2005). A dependência de fatores externos evidencia a dificuldade desta tarefa. Há também variação na expressão de cio entre animais, e pelo mesmo animal em eventos diferentes (Silper et al., 2015a). Aparentemente, a aceitação de monta era observada mais frequentemente no passado (Figura 1). Assim como para aceitação de monta, é perceptível também a redução no número de montas, comportamento essencial para que haja aceitação de monta. Esta comparação temporal é difícil de ser realizada devido às mudanças em produção, tipo do animal e instalações, por exemplo. No entanto, é evidente que houve redução em ambos os sinais de cio. Soluções para este problema estão relacionadas a disponibilidade de ambientes que facilitem a expressão de montas (lotes de terra, solários, piso de borracha) ou utilização de tecnologias que facilitem a detecção de montas ou outros comportamentos.

Comportamentos genéricos são aqueles que não são expressados exclusivamente por animais em cio. Desta forma, a principal diferença é a frequência de expressão durante o cio quando comparado a outros períodos, para um mesmo animal. Entre estes comportamentos pode-se citar os atos de apoiar o ‘queixo’ na linha dorsal, cheirar a região perianal de outros animais, e seguir outros animais, além de inquietação (Van Eerdenburg et al., 1996; Roelofs et al., 2010), que é composta por aumento da atividade física (número de passos) e redução do tempo em descanso (deitado).

Novilhas em idade reprodutiva apresentaram em média 343 passos/hora quando em cio, o que equivale a um aumento de 290% em relação ao período basal (Silper et al., 2015a). No dia do cio, as novilhas passaram em média 15 horas de pé, enquanto no período basal permaneceram em média 10 horas de pé (Silper et al., 2015b). Padrões similares foram observados em vacas em lactação, com aumento de 334% no número de passos e redução de 2,5 horas no tempo em descanso (Silper et al., 2015d) quando em cio.

A expressão dos comportamentos genéricos aumenta 6 horas antes da primeira aceitação de monta, enquanto a receptividade a tais comportamentos (por exemplo, imobilidade ao receber apoio de queixo) é simultânea ao início da aceitação de monta (Sveberg et al., 2011). O ato de seguir outros animais, considerado um comportamento genérico de cio, provavelmente contribui para o aumento do número de passos (fator mensurado pelos monitores de atividade).

Outro fator que facilita a detecção baseada em mudanças da atividade física é a formação de grupos sexualmente ativos (expressão de pelo menos um comportamento de cio a cada cinco minutos, com distância máxima de 3 metros do outro animal (Sveberg et al., 2013). A formação destes grupos leva a maior número de montas (Helmer e Britt 1985) e comportamentos genéricos (Sveberg et al., 2011). Além disso, a formação de grupos sexualmente ativos facilita a observação visual (Sveberg et al., 2013) e poderia favorecer também a detecção por monitores de atividade.

Tecnologias disponíveis

Monitores de atividade para detecção de cio têm sido pesquisados há aproximadamente 35 anos (Kiddy, 1977, Firk et al., 2002; Rutten et al., 2013). No entanto, apenas ao redor de 2010 houve maior volume de pesquisas, em rebanhos comerciais e com aplicações práticas na América do Norte. Tanto a necessidade de automação como a disponibilidade de tecnologia têm crescido rapidamente, resultando em melhorias dos sensores e softwares disponíveis. Pontos fundamentais são vida útil dos sensores, manutenção do sistema, especificidade e sensitividade para detecção, e facilidade de manuseio do software.

Sistemas para detecção de cio registram parâmetros como movimento (número de passos; aceleração) ou posição e comparam os dados de cada animal com seus próprios parâmetros, por meio de um valor médio obtido nos 7 a 10 dias anteriores. Os principais sistemas utilizados em pesquisa mensuram número de passos, aceleração dos movimentos de pescoço, ou posição da vaca (deitada ou de pé). Alertas são gerados quando a leitura de um determinado momento ultrapassa um limiar pré-estabelecido. O sistema é atualizado constantemente e há conhecimento do início do cio logo que este ocorre, permitindo planejamento das inseminações.

Existem outros tipos de automação que podem ser utilizados para detecção de cio, como monitores de ruminação (Pahl et al., 2015), detectores de montas (Peralta et al., 2005), além de termômetros e dosadores de progesterona no leite (Rutten et al., 2013), mas monitores de atividade são a tecnologia de precisão para detecção de cio mais prevalente em pesquisas e no mercado.

Entre diferentes tipos de sensores, rebanhos e estudos, há descrições de detecção de 71% dos períodos pré-ovulatórios de vacas em lactação, mas com falha de detecção em 13% das ovulações (Valenza et al., 2012). É importante observar que o uso dos monitores aumenta a taxa de detecção para os animais que demonstram cio, mas aqueles que falham em expressar os comportamentos não serão detectados mesmo com os monitores. Em vacas holandesas a pasto, um sistema com acelerômetro acoplado a um colar detectou corretamente 72% dos períodos pré-ovulatórios (Aungier et al., 2012). Em novilhas de 12 a 14 meses de idade, o valor preditivo positivo (PPV; percentual de eventos de cio reais dentre os alertas gerados) foi de 85% com acelerômetro acoplado a um colar e de 98% com pedômetro (Silper et al., 2015c). Em vacas em lactação, também com colares e pedômetros, foram observados PPV de 89% e 85% (Madureira et al., 2015a). Um componente dos softwares que deve se tornar importante no futuro é a adição de recursos para tomada de decisão, como certeza do alerta, análise do status reprodutivo da vaca, ou determinação do momento ideal da IA (Rutten et al., 2013).

Os erros de detecção podem ser alertas falsos (falso-positivos) e a não-detecção de períodos pré-ovulatórios (falso-negativos). Falso-positivos aparentam menor duração e intensidade quando comparados a episódios verdadeiros, os quais apresentam relação distinta entre pico de atividade e duração (Augier et al., 2012). Estes alertas falsos podem ser identificados antes da IA pelas próprias características (intensidade, duração), avaliação do animal (Roelfofs et al., 2010), ou com melhorias na programação dos sistemas. A especificidade destes sistemas poderia ser melhorada com o uso simultâneo de mais de um paramêtro (Firk et al., 2002), por exemplo contagem de passos e tempo em descanso. Falso-negativos, no entanto, também ocorrem devido à mudança insuficiente no comportamento, de modo que tanto a máquina quanto o homem falhariam. O desafio nestes casos é, portanto, aumentar a expressão de cio.

Monitores de atividade para detecção de cio são uma das áreas mais bem exploradas dentro de tecnologias de precisão para gado de leite. No Canadá, 28% das fazendas utilizam estes sistemas, sendo mais de 50% daquelas que utilizam o sistema de free stall; destas, 92% consultam o sistema pelo menos duas vezes por dia (Denis-Robichaud et al., 2015). Tecnologias de precisão representam uma das maneiras de trabalhar para melhor eficiência reprodutiva, mas não a única opção. No Canada, 55% dos rebanhos entrevistados utilizavam IATF para a primeira IA (Denis-Robichaud et al., 2015). Nos EUA, 87% dos rebanhos entrevistados em pesquisa utilizavam IATF, e 86% usavam IATF já para a primeira IA (Caraviello et al., 2006). Provavelmente, a ferramenta mais utilizada para aumento de eficiência reprodutiva em rebanhos leiteiros, inclusive no Brasil, é a IATF.

Precisão para melhor desempenho reprodutivo

O uso de protocolos de sincronização tem resultados satisfatórios, com redução de período de serviço e DEL na primeira IA (Pursley et al., 1997). Comparada à IA após detecção visual de cio, a IATF resulta em menor período de serviço e menor DEL na primeira IA, mas houve diferença em taxa de concepção entre estes dois métodos (Pursley et al., 1997). Entretanto, a comparação entre taxas de concepção em diferentes estratégias deve levar em consideração que a IATF resulta em taxa de concepção semelhante, mas com menor DEL no dia da IA. Quando vacas foram sincronizadas para IATF ou IA após detecção visual de cio, houve maior concepção naquelas inseminadas em tempo fixo (35,1% vs. 48,4%; Cerri et al., 2004). Ao utilizar monitores de atividade para detecção de cio, após pré-sincronização com duas doses de cloprostenol (análogo de prostaglandina F2α) intervaladas em 14 dias, foi observada taxa de concepção semelhante àquela obtida com IATF, mesmo quando ambas ocorreram em DEL semelhante (Burnett et al., 2014). É hipotetizado que a IATF resulte em maior taxa de concepção por proporcionar melhor sincronia entre IA e ovulação, em comparação com IA realizada após observação de cio, que pode ser melhorada com o uso de monitores de atividade. O conhecimento do momento do início do cio, mensurado de forma objetiva, pode permitir maior sincronia entre IA e ovulação.

Em outro experimento, foi relatado período de serviço de 127 dias quando vacas foram inseminadas somente por IATF, e de 122 dias com detecção de cio (monitor de atividade e observação visual), sem diferença estatística entre as duas estratégias de manejo (Neves et al., 2012). Da mesma forma, Burnett et al. (2014) observaram taxa de concepção semelhante na primeira IA de vacas submetidas a programas de reprodução que mesclavam detecção de cio por sensores e IATF ou somente IATF (29.5% e 31.8%, respectivamente), e nenhuma diferenca em período de serviço. Em rebanhos canadenses, Neves e LeBlanc (2015) concluíram que a eficiência reprodutiva é semelhante entre programas baseados em IATF ou detecção de cio por monitores de atividade. Apesar da eficiência do uso de protocolos para manipulação do ciclo estral e melhora do desempenho reprodutivo, o uso deste método para todas as primeiras inseminações tem sido questionado. Primeiro, existe por parte de produtores de leite no Canadá, uma preocupação maior em relação a opinião pública sobre a aplicação de hormônios em animais de produção. Segundo, pelo argumento de que, ao inseminar animais independentemente de detecção de cio, podemos estar potencialmente selecionando contra a expressão de cio, o que tem sido cada vez mais associado a fertilidade.

O uso de monitores de atividade permite aumentar a taxa de detecção de cio, e apresenta bons resultados principalmente quando usado em conjunto com a observação visual (Peralta et al., 2005). No entanto, a eficiência dos programas reprodutivos com detecção de cio por monitores de atividade varia entre rebanhos (Neves et al., 2012; Burnett et al., 2014). Ao comparar IATF com monitores de atividade, Neves et al. (2012) observaram menor período de serviço com o uso dos monitores em apenas um de três rebanhos. De forma semelhante, Burnett et al., 2014 observaram diferentes percentuais de detecção de cio e IA entre dois rebanhos, mesmo quando ambos utilizaram sensores e os mesmos programas reprodutivos, o que evidencia o papel do homem no processo (leitura e utilização da informação dos sistemas, observação dos animais, e até mesmo crença no sistema e menor acomodamento com IATF).

A expressão de cio é mensurada por fatores como intensidade (variação relativa ao período basal) e duração do cio. Estes parâmetros são influenciados por fatores animais e ambientais que, apesar de já serem associados à variação em expressão de cio, agora podem ter seus efeitos mensurados. Vacas multíparas ou com ECC abaixo de 2,75 apresentaram cios de menor intensidade e duração. Houve também efeito de produção de leite em expressão de cio, mas esta foi mais intensa apenas para o grupo de vacas com produção menor produção de leite no experimento (< 31 kg/d; Madureira et al., 2015a). Em um experimento conduzido no verão, Peralta et al. (2005) relataram baixa taxa de detecção de cio tanto com pedômetros quanto com detectores de monta, o que foi atribuído ao estresse térmico.

Madureira et al. (2015a) observaram maior taxa de concepção após cios de maior intensidade, tanto com detecção por pedômetros (37% e 25%) quanto por colares (34% e 22%) (Figura 2). Anteriormente, Pereira et al. (2014) relataram maior taxa de concepção em IATF quando houve expressão de cio no dia da inseminação (51% e 39%), além de redução em perdas de gestação entre 32 e 60 dias (9% e 20%). Estes efeitos foram independentes do diâmetro do folículo pré-ovulatório, demonstrando possível associação entre concentração de estradiol e indução de ambiente uterino mais favorável à manutenção da gestação (Pereira et al., 2014). Resultados semelhantes foram observados em TE, ou seja, receptoras que expressaram cio apresentaram maior concepção e menor perda embrionária (Pereira et al., 2015). A magnitude da redução em tempo deitada no dia anterior à IATF também influenciou a concepção, com 1,5 mais chances de diagnóstico positivo aos 32 dias quando houve redução no tempo deitada de 25% ou mais (Silper et al., 2015d). Parte desta associação entre intensidade de cio e concepção pode ser explicada pela menor frequência de falha de ovulação quando o cio é mais intenso (Silper et al., 2015d, Madureira et al., 2015b). Existe, no entanto, grande variação em intensidade e duração do cio, tanto em novilhas (Silper et al., 2015a) quanto em vacas em lactação (Madureira et al., 2015a). A variação em duração e intervalo entre início do cio e ovulação pode ser uma das causas de falhas reprodutivas em vacas holandesas (Valenza et al., 2012).

Tecnologias de precisão tornaram possível o estudo e as associações entre parâmetros fisiológicos e expressão de cio, não apenas como sim ou não, mas de acordo com a intensidade de expressão. Atualmente, sabe-se que não há relação linear entre diâmetro do folículo pré-ovulatório, ou concentração de estradiol no sangue, e intensidade de cio (Silper et al., 2015c, Madureira et al., 2015a, Aungier et al., 2015). O comportamento de cio é induzido por estradiol, hormônio produzido pelo folículo pré-ovulatório. A ausência de correlação linear entre intensidade de cio e concentração de estradiol no sangue no momento de início do cio está provavelmente relacionada à contribuição de outros fatores para a expressão de cio, como variação individual de comportamento, taxa metabólica, e expressão de receptores para estradiol no hipotálamo. A expressão de comportamentos de cio depende também de exposição prévia à progesterona, a qual é relacionada à indução de receptores para estradiol no cérebro, permitindo então a expressão de cio após o aumento da concentração de estradiol. Apesar da ausência de correlação entre estradiol e intensidade de cio, vacas com melhor expressão de cio apresentaram discreta melhora na concentração de estradiol no momento de início do cio (Madureira et al., 2015a). Além da função de induzir comportamentos de cio, o estradiol induz mudanças histológicas e metabólicas nos ovidutos e útero, para otimizar a fertilização e o desenvolvimento embrionário (Robinson et al., 2000). Concentrações de estradiol sub-ótimas foram associadas a produção prematura de prostaglandina F2α pelo endométrio e, consequentemente, luteólise precoce, a qual leva a perda embrionária (Mann e Lamming, 2000). Além disso, foi observado que vacas com cio de maior intensidade apresentaram maior concentração de progesterona 10 dias após a IA. Como o aumento rápido na concentração de progesterona no sangue no início da fase lútea favorece o desenvolvimento embrionário (Bisinotto et al., 2010), este pode ser um dos mecanismos que explicam a associação positiva entre intensidade de cio e taxa de concepção.

O perfil hormonal em diferentes momentos do ciclo estral pode influenciar, portanto, a expressão de cio e outros fatores críticos para fertilidade, como intervalo de tempo para ovulação e ocorrência de ovulação, preparação do trato reprodutivo para a gestação, e prevenção de luteólise precoce. Vacas Nelore submetidas a um protocolo de IATF e que demonstraram cio no momento da IATF apresentaram perfil de expressão gênica no endométrio e no corpo lúteo mais favorável à concepção e à manutenção da prenhez do que aquelas que não demonstraram cio no momento da IATF (Davoodi et al., 2016). Estudos semelhantes ainda devem ser conduzidos em vacas leiteiras.

Com o uso destas tecnologias há aumento da acurácia de detecção e determinação do momento de início do cio, resultando em maior taxa de concepção quando comparado à IA após observação visual (Peralta et al., 2005). A recomendação para detecção com monitores é similar àquela para observação visual: animais em cio de manhã devem ser inseminados à tarde, e animais em cio à tarde e à noite devem ser inseminados de manhã. Uma vantagem da detecção de cio por monitores é a definição do momento da IA em relação ao início do cio, o qual precede a ovulação em aproximadamente 29 horas (Valenza et al., 2012). Desta forma, a inseminação deve ser realizada aproximadamente 12 horas após o início do cio, ou aproximadamente logo após o final do cio. A detecção visual, além de não determinar o momento de início do cio, é mais propensa a falhas, já que o período de aceitação de monta dura apenas de 5,5 a 9,5 horas (At-Taras e Spahr, 2001; Lopez et al., 2004; Sveberg et al., 2011).

Sistemas que monitoram atividade para gerar alertas de cio têm potencial para aumentar a taxa de serviço e, consequentemente, a taxa de prenhez. Com isso, é esperado que haja também redução no período de serviço. A integração de sistemas de precisão com protocolos de sincronização de cio e ovulação, e com outras ferramentas de manejo tradicionais demonstra potencial para a composição de estratégias de manejo eficientes, com abordagens diferentes para primeira inseminação, para animais em anestro e para re-sincronização após diagnóstico de gestação negativo.

O uso de monitores de atividade permite a coleta de dados que podem, potencialmente, ser utilizados para seleção de animais mais férteis ou com melhor expressão de cio. A intensidade de expressão de cio pode se tornar um componente do desempenho reprodutivo. Uma maior taxa de detecção e potencial para maior concepção pode também trazer resultados em redução da idade ao primeiro parto, mas pesquisas ainda são necessárias, principalmente com gado leiteiro mestiço. O maior retorno econômico para a raça Holandesa foi observado quando o primeiro parto ocorreu ao redor dos 2 anos de idade (23 e 24,5 meses; Ettema e Santos, 2004).

Aplicabilidade

O potencial de tecnologias de precisão para detecção de cio é evidente. Antes da implantação, no entanto, é necessário que cada fazenda busque orientação técnica quanto aos possíveis benefícios e faça uma análise de custo-benefício. Finalmente, quando há problemas com detecção de cio, é preciso avaliar se há baixa expressão ou detecção. Monitores de atividade devem trazer resultados em casos de falha de detecção, mas se o problema for falta de expressão de cio, outros fatores precisam de atenção antes que o uso de tecnologias de precisão para detecção de cio seja considerado. Entre estes fatores, pode-se citar problemas de casco, instalações, nutrição e saúde, que podem levar anestro e baixo desempenho reprodutivo. Sincronização de cio e IATF podem ser estratégias mais adequadas nestes casos, ao menos em um primeiro momento.

Os monitores de atividade para detecção de cio irão evoluir, desde o sensor até à interface com o usuário e auxílio na tomada de decisão. Há tendência mundial em direção a automação e uso de tecnologia. Sensores facilitam não apenas a detecção de cio e a determinação de quando inseminar, mas também detecção de doenças, identificação de animais, e coleta de dados. Resultados de pesquisas em vacas de alta produção são promissores para melhorias em eficiência reprodutiva, mas ainda é necessário realizarmos pesquisas com os diversos sistemas e tipos de animais que compõem a atividade leiteira no Brasil.