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Domingo, 27/09/2020
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CIÊNCIA & TECNOLOGIA - Trabalhos Técnicos

Incubação

Pesquisa e Inovação no Incubatório Moderno


Autora: Dinah Nicholson, gerente Global de Desenvolvimento e Suporte a Incubação da Aviagen

Os seres humanos têm ajudado na incubação de ovos de aves há mais de 2000 anos. Incubacionistas especializados desenvolveram técnicas no Egito e na China que eram diferentes o suficiente para serem consideradas invenções totalmente independentes, sendo que, apesar de não terem termômetros, termostatos ou ventilação forçada, conseguiram obter resultados consideráveis. Algumas das incubadoras de estilo tradicional ainda operam no Egito e foram pesquisadas pela FAO em 2009. Descobriu-se que o desempenho dos incubatórios de estilo tradicional era 9% e 14% pior do que para os ovos de mesma origem incubados em máquinas modernas, sendo a maior diferença observada no verão.

O fascínio das pessoas pela incubação persistiu ao longo do tempo e a incubação tem estimulado pesquisas não apenas por biólogos interessados no desenvolvimento embrionário, mas também por cientistas interessados em mensurar e controlar as temperaturas – um dos primeiros termostatos foi inventado por Cornelius Drebbel em 1609 para controlar uma incubadora de frangos. Em 1750, René Antoine Ferchault de Réaumur publicou um livro intitulado "A Arte de Eclodir e como criar galinhas domésticas”, no qual fez referência explícita e notável aos antigos sistemas de incubação assistida no Egito.

É impressionante, se olharmos para os desenvolvimentos da incubação, a forma como ocorreram sucessivas ondas de inovação na engenharia e no design das incubadoras, além das pesquisas biológicas que descobriram como tirar o melhor proveito das novas máquinas. No final do século XIX, muitos gabinetes diferentes de incubadoras foram patenteados e vendidos para uso agrícola em pequena escala – aquecidos por óleo ou parafina, eles eram controlados termostaticamente e os designs posteriores também tinham alguma forma de viragem automatizada, embora isso geralmente fosse feito através da rotação manual dos ovos que eram mantidos na posição horizontal.  Esses gabinetes continham 400-500 ovos por vez e todas as máquinas ainda tinham mecanismo de ventilação natural. A American Association of Poultry Instructors and Investigators publicou uma revista a partir de 1908 e, na primeira edição, lançou um artigo de James Dryden, intitulado "Alguns experimentos recentes na incubação". Ele resumiu as descobertas de uma série de experimentos realizados em várias estações agrícolas nos EUA, comparando os resultados da incubação natural feita pela  galinha no ninho com a incubação em  uma  incubadora. Pontos de interesse específico eram os níveis de CO2 (mais baixo na incubadora), os níveis de perda de água (maior na incubadora) e a quantidade de óleo depositada na casca dos ovos chocados pela galinha no ninho. Observações sobre a perda de água levaram a adaptações nas incubadoras, visando o aumento do nível de umidade. Embora as duas primeiras questões tenham sido amplamente investigadas em programas de pesquisa nos últimos 100 anos, há poucas referências posteriores quanto à deposição de óleo na casca e sua importância.  Dryden citou a correspondência de "um criador de aves em Massachusetts", o qual afirmou que nenhuma operação com a utilização de incubadoras manteve a produção bem sucedida por mais de 3 anos – com o benefício do conhecimento moderno, isso provavelmente foi devido à deterioração dos níveis de higiene.

As incubadoras nesta fase eram de um " estágio único " e  pequena escala. Então, em 1911, Milo Hasting construiu uma incubadora de ventilação forçada em Muskogee, Oklahoma, que continha 30.000 ovos em estágios variados de desenvolvimento, usando o calor gerado pelos embriões mais velhos para aquecer os ovos incubados recentemente. Trabalhar com a produção de calor embrionário dessa forma tornou a incubadora muito mais adaptada e a eclosão era muito mais confiável. Os fabricantes de incubadoras Jamesway, Pas Reform e Pertersime começaram seus negócios entre 1912 e 1919, e seus sites têm algumas fotos fantásticas descrevendo como suas máquinas se desenvolveram ao longo do tempo.


(Foto de https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/3/38/Hastings_Muskogee_Hatchery_1911.jpg)
Enquanto a maioria dos incubatórios ainda era de pequena escala e se encontrava nas granjas, naquele momento havia um design de máquina capaz de incubar milhares de ovos de um vez e, portanto, havia a possibilidade de  uma integração a partir de um incubatório comercial. A maioria dos desenvolvimentos no design da incubadora para os 40-50 anos seguintes se baseou no princípio de incubação de estágio múltiplo, com desenvolvimentos de engenharia focando na manutenção da uniformidade de fluxo de ar em todos os ovos e mecanismos de controle para manter a temperatura e a umidade constantes. Também foi crucial desenvolver formas de manejar esse grande número de ovos, de modo que a unidade de incubação passasse a ser a bandeja de incubação e o carrinho em vez do ovo individualmente. Além das vantagens de produção, a incubação assistida por seres humanos nos permitiu erradicar muitas das doenças das aves transmitidas verticalmente através da higiene meticulosa, tratamento térmico e o uso estratégico de antibióticos adequados. Experimentos fundamentais estabeleceram os ângulos de viragem e frequências ideais (e também que os ovos deveriam ter as extremidades mais largas viradas para cima e inclinadas, em vez de serem girados, como seria no ninho) e foram publicados a partir da década de 1930.

No entanto, as máquinas antigas de estágio múltiplo eram difíceis de limpar, e nos últimos 20 anos do século XX, os incubatórios voltaram a atenção para máquinas de estágio único. No Reino Unido, a Ross Breeders instalou incubadoras de estágio único Buckeye no novo incubatório, construído em Stratford em Avon em 1989. Esperava-se que seu desempenho fosse menor do que as incubadoras de prateleira fixa Westerns que foram substituídas, mas a decisão foi justificada com base na facilidade de limpeza e melhor biossegurança. De fato, o gerente do incubatório não ficou satisfeito com o nível inferior de eclosões durante muito tempo, e como a maior parte das indústria passou a utilizar máquinas de estágio único, houve uma nova onda de interesse em pesquisas sobre incubação. Afinal, com as máquinas de estágio único seria possível atender às diferentes necessidades dos embriões à medida que eles amadurecem, desde que essas necessidades fossem compreendidas.  Os incubacionistas que trabalhavam para a Ross Breeders desenvolveram métodos de incubação seladano final da década de 1990. Em vez de ter que aquecer e umidificar o ar de entrada antes que ele entre na máquina,o sistema de incubação selada  permitiu manter as temperaturas muito mais uniformes no início da incubação através do fechamento de damperes e permitindo que a máquina recirculasse o ar em seu interior. Ao monitorar os níveis de CO2 durante esse período, eles foram capazes de identificar em que momento os embriões começavam a gerar calor e passaram a ventilar a incubadora de acordo com a necessidade em vez de utilizar um programa estandarizado. Uma vez que  os sensores de CO2 se tornaram razoavelmente confiáveis, econômicos e disponíveis,  este trabalho levou a uma mudança mais generalizada do uso dos níveis de CO2 para controle da ventilação, atendendo assim às necessidades dos embriões, em vez de utilizar um programa fixo.

Experimentos desde meados da década de 1970 têm esclarecido os dados que chamamos de "fundamentos da incubação":

  • Perda de umidade
  • Rendimento de pintinho
  • Temperatura do embrião
  • Tempo
  • Viragem também é um fundamento, mas esses estudos foram realizados há muito tempo

Hermann Rahn, Amos Ar e Charles Paganelli resumiram suas investigações sobre os balanços gasoso e hídrico dos ovos em um artigo publicado na Scientific American em 1979, intitulado "Como os ovos das aves respiram". Eles mostraram que em 65 espécies de aves, com uma faixa de peso de ovos de 1 g a 500 g e com tempo de incubação de 11 a 70 dias, os ovos de todas as espécies perderam 15% de seu peso inicial durante a incubação. (Em condições práticas de incubatório, isso significa que houve uma perda de peso de 12% em 18 dias de incubação, e um rendimento de pintinho de 67 a 68% ao nascimento.)

Em 2001, Sander Lourens publicou um pequeno artigo no World Poultry, intitulado "A importância da velocidade do ar na incubação".  O relatório descreveu os achados de um monitoramento de temperaturas da superfície dos ovos ao longo do tempo, e a velocidade do ar sobre os ovos aos 18 dias em locais específicos de uma incubadora comercial de estágio único Pas Reform na Holanda. Esses achados foram então comparados com os dados de eclosão e as taxas de pintinhos refugos em 3 bandejas de cada local. Ovos localizados nas posições onde a velocidade de ar era mais lenta aos 18 dias permitiram que os embriões se tornassem mais quentes; esses locais também foram associados à baixa eclosão e baixa qualidade de pintinhos.  Lourens mostrou que as temperaturas acima de 39 ºC (102,2 F) estavam associadas a uma queda na eclosão e um aumento nas taxas de descarte de pintinhos. Essas temperaturas mais altas foram observadas quando a velocidade do ar sobre os ovos aos 18 dias de incubação foi inferior a 0,25 m/s. O incubatório renovou seus ventiladores, os pontos quentes desapareceram e as taxas de eclosão melhoraram. Ao longo dos anos desde a publicação original, muitos estudos foram realizados para identificar a temperatura ótima em diferentes estágios durante a incubação. No geral, a temperatura constante de 37, 8 ºC (100 F) parece ser a mais adequada, inclusive nos últimos 3 dias de incubação nos nascedouros.

Embora o número total de grupos de pesquisa interessados em incubação seja muito menor do que era 100 anos atrás, ainda há alguns grupos notáveis empenhados nas principais áreas de pesquisa. Como no passado, alguns desenvolvimentos são impulsionados pela disponibilidade de novos equipamentos que tornam os procedimentos inovadores mais práticos. Outros são meramente biológicos, e alguns são ambos. Um aspecto bastante novo é a preocupação maior com o bem-estar de embriões e pintinhos no incubatório, o que tem gerado projetos como a sexagem in ovo e a alimentação precoce.

Equipamentos

Nos últimos 10 anos, as câmeras de imagem térmica se tornaram muito mais baratas e são uma ajuda inestimável para indicar às equipes dos incubatórios onde há problemas com a variação da temperatura. Os especialistas em incubatórios da Aviagen usam câmeras Flir para identificar quando os ovos não estão esfriando rapida ou uniformemente, pontos quentes e frios nos nascedouros e incubadoras e também  condições de armazenagem de pintinhos. Os preços das câmeras caíram de vários milhares de libras, há dez anos, para US$ 300-500 para um modelo básico (e perfeitamente adequado) atualmente. É sempre importante obter o treinamento adequado sobre o uso das câmeras termográficas para compreender os principios  por que diferentes materiais podem indicar  temperaturas diferentes quando,  na verdade, não são.

Imagem: resfriamento irregular em bandejas SST – os ovos foram entregues ao incubatório ainda quentes por causa do mau fluxo de ar entre as bandejas
Imagem: pintinho está frio porque permaneceu no carrossel de sexagem por muito tempo
Imagem: Gerente do incubatório tomando conta da porta da incubadora porque foi instruído a manter a máquina fechada durante os primeiros 7 dias

Os loggers (registradores) de temperatura estão disponíveis em pequenos tamanhos desde o início da década de 1990. Aqueles que possuem sonda externa os quais podem ser utilizados para medir a temperatura da casca de ovo são mais recentes, porém importantes para verificar o padrão de distribuição da temperatura ao longo do tempo em máquinas fechadas em condições estáveis – os termômetros auriculares pediátricos que também podem ser utilizados são ótimos para máquinas de estágio múltiplo com corredor, mas menos úteis em grandes máquinas de estágio único, pois a máquina precisa ser aberta antes que qualquer medição possa ser feita. Mais recentemente, a empresa que fabrica TinyTags (Gemini) passou a produzir um sistema que permite vincular vários registradores via Wi-Fi ou rádio para que as leituras possam ser feitas enquanto a máquina está em execução. Devidamente conectados, as leituras podem ser feitas remotamente em tempo real e usadas para ajustar os set points  a fim de manter a temperatura da casca do ovo constante. Esse procedimento é utilizado em nossos estudos sobre incubação no incubatório da Aviagen.


Imagem: Rádio TinyTags, no incubatório de estudos de Albertville, com 8 termistores em 2 unidades usadas por cada incubadora.
Por fim, os medidores portáteis  que permitem a medição dos níveis de dióxido de carbono são muito mais robustos do que eram 10 anos atrás, permitindo testar a qualidade do ar de entrada e fazer correções se o ar estiver viciado.

Inovações nos Equipamentos do Incubatório

À medida que compreendemos melhor as necessidades dos embriões e dos pintinhos, a necessidade de novos tipos de equipamentos fica evidente. Um deles, que está bastante adiantado na sua implantação, são as Unidades especializadas de armazenamento de pintinhos que podem manter as aves em condições ideais enquanto a carga de pintinhos está sendo preparada ou aguardando o transporte. Três anos atrás, os especialistas em incubatórios da Aviagen examinaram todos os 35 incubatórios pertencentes ou administrados por empresas da Aviagen na época. A Aviagen cresceu internacionalmente por meio de aquisições e  por isso houve consideráveis variações em diferentes incubatórios, sendo o componente mais variável o design e as condições de funcionamento nas salas de  de pintos.  A medida do possível, estamos nos esforçando para instalar unidades especializadas de alojamento de pintinhos em todos os nossos incubatórios. Esta ação gerou um  projeto em parceria com a Petersime, visando o desenvolvimento de um produto adequado. Ambas as unidades de armazenamento de pintos da  HatchTech e da Petersime funcionam bem, com resultados semelhantes ás melhores infraestrutura das salas de pintos existentes e muito superiores aos das unidades mais inferiores. O principal fato que deve ser assimilado em cada incubatório é como ajustar o set point das unidades de armazenamento de pintos para manter as temperaturas uniformes em uma unidade que esteja sendo carregada, de modo que a extração de calor mude ao longo do tempo, e também, que o fluxo de ar através das unidades não esfrie os pintinhos, em especial depois da vacinação  por spray.

Outro novo item de equipamento do incubatório é o desenvolvimento de máquinas que podem detectar se um embrião ainda está vivo durante os estágios intermediários da incubação. A principal vantagem de fazer isso é permitir que o incubatório remova os ovos contaminados antes que se tornem um problema, reduzindo assim a ameaça de bactérias.  As máquinas são vendidas como componentes da vacinação in ovo ou equipamentos de ovoscopia e de transferência, e a maioria delas identifica  embriões vivos aos 18 dias, dispensando a necessidade de manuseio extra. Isso é provavelmente um pouco tardio se o objetivo for remover os ovos contaminados antes que eles explodam, então idealmente seria melhor fazê-lo na ovoscopia de  10 a 11 dias . Os fornecedores usam uma variedade de técnicas para identificar se os embriões estão vivos ou não, sendo a mais simples uma mistura de ovoscopia e imagem térmica, enquanto máquinas mais complexas identificam os batimentos cardíacos e o fluxo sanguíneo. A maioria das máquinas disponíveis precisa de um manejo consistente e cuidadoso para o seu melhor desempenho, contribuindo muito para a higiene e a qualidade de pintinhos. Espera-se que, à medida que a tecnologia de manejo de ovos melhore, as máquinas se tornem parte essencial da automação do incubatório.

Bem-estar no Incubatório

A Alemanha e a França têm se esforçado para mudar a forma como os machos são tratados em incubatórios de poedeiras comerciais. O problema é que não há mercado para esses pintinhos machos, os quais  não põem ovos e nem crescem o suficiente para produzir carne e, portanto,são humanamente eutanaziados logo após a sexagem. Várias abordagens diferentes estão sendo investigadas para sexagem de embriões in ovo logo no início da incubação, para garantir que o embrião ainda seja incapaz de sofrer dor (isso geralmente acontece em torno de 10 a 11 dias de incubação). Na Alemanha, qualquer incubatório que produza poedeiras comerciais deve ter um sistema de sexagem in ovo em vigor até janeiro de 2022.  Uma empresa chamada Seleggt, com sede na Holanda, produz uma máquina que pode determinar o sexo em 3.600 ovos por hora, e atualmente está em uso em um incubatório alemão que produz 30.000 poedeiras por semana. Os ovos são testados no dia 9 da incubação, através de um  pequeno orifício na casca do ovo para permitir que uma amostra seja coletada e testada. Outros métodos utilizam PCR para identificar os cromossomos sexuais ou espectroscopia; a AAT acaba de anunciar o lançamento de uma máquina que usa tecnologia de medição hiperespectral para determinar o sexo dos embriões de poedeiras de ovos marrons, capaz de determinar o sexo de 20.000 ovos por hora. A sexagem in ovo está sendo desenvolvida para lidar com um desafio em incubatórios de poedeiras, mas é provável que os incubatórios de frangos se interessem pelo uso de uma tecnologia semelhante no futuro, até porque, se os embriões puderem ter o sexo determinado antes da eclosão, o intervalo entre o saque de pintinhos  e a entrega para o cliente será cada vez mais curto e muito mais fácil para as aves.

Quando os pintinhos de corte eclodem, cerca de  4,5 a 5,5 g de seu peso vivo será de gema residual. Os pintinhos usarão a gema residual como fonte de água e energia até que sejam acomodados na granja e possam comer e beber. Cerca de metade da gema residual será usada nas primeiras 24 horas, e quase toda ela terá sido usada após 72 horas sem alimentos ou água. Ter um suprimento integrado de nutrientes e água é comum em todas as espécies aviárias, e é particularmente valioso para espécies precociais (aquelas que são capazes de caminhar e se alimentar logo após a eclosão, como filhotes de frango ou de patos), porque em uma grande ninhada pode haver uma janela de nascimento ampla e a sobrevivência será melhor se a mãe puder manter todos os pintinhos  juntos sem precisar alimentá-los até que todos tenham eclodido. Estudos na Aviagen mostraram que, em condições práticas, a taxa em que a gema é mobilizada é muito pouco afetada ao fornecer alimento ou água aos pintinhos, ou mesmo pela temperatura ambiental em que sejam mantidos.

Na Holanda, conforme solicitado pela ONG Wakker Dier, levando o assunto à justiça, os incubatórios de frangos de corte serão obrigados a fornecer alimento e água para os filhotes dentro do nascedouro no prazo de 36 horas após a eclosão do primeiro pinto. Os incubatórios têm até 2024 para tomar providências. Esta é uma mudança na regulamentação atual, onde os pintinhos devem ser alimentados dentro de 60 horas após serem sacados do nascedouro. Uma análise quantitativa da literatura, realizada por cientistas da Universidade de Wageningen, mostrou, como esperado, que a alimentação imediata (em comparação com um atraso de 24 horas ou mais) está associada a um peso corporal final mais elevado  a uma mesma idade, o que não é surpreendente, uma vez que os pintinhos alimentados precocemente recebem alimentos por mais tempo. Um pequeno subconjunto de artigos também relatou os níveis de mortalidade, e, quando os dados desses estudos foram combinados em uma metanálise, sugeriram que a alimentação retardada por mais de 36 horas também aumentou a mortalidade na idade de abate. Uma inspeção minuciosa dos trabalhos individuais revelou que eles eram um grupo extremamente variável, com os pintinhos  "precoces" alimentados a qualquer momento entre a saída da casca e o alojamento normal do frango de corte comercial. Os "pintinhos tardios" foram considerados , portanto, desde o tempo normal do saque até os tratamentos onde os pintinhos eram mantidos em caixas no aviário por períodos de até 36 horas sem alimento ou água. Nesse último caso, em particular, não é de surpreender que o tratamento “tardio” tenha sido prejudicial. 

Os incubatórios holandeses têm várias opções se desejarem obedecer às novas normas. O nascedouro HatchCare da HatchTech permite que o incubatório coloque alimento nas caixas de eclosão e as  conecte a um suprimento de água para que ambos estejam disponíveis a partir do momento do nascimento. Outra alternativa seria o incubatório instalar um sistema modificado para alojar os pintinhos  e fornecer alimento e água na sala de pintos. Por fim, e talvez a melhor alternativa seja a eclosão dos pintinhos no aviário. Aqui, os ovos são removidos das incubadoras aos 18 dias, passam pela ovoscopia e as bandejas são remontadas. Os embriões de 18 dias então são  levados em carrinhos para a granja de frangos de corte, as bandejas de incubação são dispostas acima dos bebedouros e o alimento é colocado sobre o papel no chão. Os pintinhos eclodem nas bandejas de incubaçãoa, caem no chão e são capazes de comer e beber assim que estiverem prontos – geralmente, apenas quando estão secos, 5 a 6 horas depois de saírem da casca.


Frangos de corte eclodindo no aviário em baias experimentais na instalação experimental da Aviagen em Spelderholt, NL. 
Os incubatórios são lugares fascinantes para trabalhar, mudam continuamente e contam com a implantação de novas descobertas. Nos últimos 30 anos, a nossa compreensão dos requisitos de incubação do embrião avícola e dos pintinhos passou por grandes mudanças. Os gerentes de incubatórios de estágio múltiplo antigos conheciam seus incubatórios de dentro para fora, reagindo ao movimento do ar , aos cliques das solenoides, ás luzes acesas e apagadas, bem como ao cheiro e ao som dos pintinhos. Respondendo a sinais subliminares ,não foi fácil transmitir a experiência para os subordinados ou sucessores. As incubadoras modernas de estágio único nos permitem definir e cumprir metas para os parâmetros  mais importantes, sendo  muito mais fácil treinar as pessoas a buscar os mesmos objetivos.

Os incubatórios são a base da indústria avícola – sem eles, não conseguiríamos produzir carne uniforme e de alta qualidade , nem ovos durante o ano todo para  fornecer aos nossos clientes uma fonte de proteína sustentável e nutritiva. Eles continuarão a inovar e melhorar os parâmetros e os procedimentos à medida que aprendamos mais sobre como os embriões e os pintinhos reagem, através de  estudos de incubação se extendendo a fase de desenvolvimento pós eclosão para garantir que todas as consequências de um tratamento sejam assimiladas. Os trabalhos focados na incubação, publicados na Revista Poultry Science de janeiro a junho de 2020, abrangeram temas como desinfetantes alternativos para o ovo incubável, o impacto de diferentes temperaturas de incubação, a frequência de viragem, o transporte de pintos e o estresse pré-natal. No entanto, 10 artigos dos 24 que abordam a "incubação" foram sobre a alimentação in ovo de vários nutrientes. A alimentação in ovo ainda não é comumente usada em incubatórios comerciais; a provável  razão disso é o fato de que, por existir tantas possibilidades, as pessoas não saibam por onde começar. Tenho certeza de que os incubatórios de amanhã usarão a alimentação in ovo e tratamentos que não podemos sequer imaginar.

Crédito das imagens: Aviagen América Latina



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