Manipolazione del metabolismo degli xenobiotici da frutta convenzionale ed attività chemiopreventiva

A reduced cancer risk associated with fruit and vegetable phytochemicals initially dictated chemopreventive approaches focused on specific green variety consumption or even single nutrient supplementations. However, these strategies not only failed to provide any health benefits but gave rise to detrimental effects. In parallel, public-health chemoprevention programmes were developed in the USA and Europe to increase whole vegetable consumption. Among these, the National Cancer Institute (NCI) sponsored plan “5 to 9 a day for a better health” was one of the most popular. This campaign promoted wide food choice through the consumption of at least 5 to 9 servings a day of colourful fruits and vegetables. In this study the effects of the diet suggested by NCI on transcription, translation and catalytic activity of both xenobiotic metabolizing (XME) and antioxidant enzymes were studied in the animal model. In fact, the boost of both antioxidant defences and “good” phase-II together with down-regulation of “bad” phase-I XMEs is still considered one of the most widely-used strategies of cancer control. Six male Sprague Dawley rats for each treatment group were used. According to the Italian Society of Human Nutrition, a serving of fruit, vegetables and leafy greens corresponds to 150, 250 and 50 g, respectively, in a 70 kg man. Proportionally, rats received one or five servings of lyophilized onion, tomato, peach, black grape or lettuce – for white, red, yellow, violet or green diet, respectively - or five servings of each green (“5 a day” diet) by oral gavage daily for 10 consecutive days. Liver subcellular fractions were tested for various cytochrome P450 (CYP) linked-monooxygenases, phase-II supported XMEs such as glutathione S-transferase (GST) and UDP-glucuronosyl transferase (UDPGT) as well as for some antioxidant enzymes. Hepatic transcriptional and translational effects were evaluated by reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) and Western blot analysis, respectively. dROMs test was used to measure plasmatic oxidative stress. Routine haematochemical parameters were also monitored. While the five servings administration didn’t significantly vary XME catalytic activity, the lower dose caused a complex pattern of CYP inactivation with lettuce exerting particularly strong effects (a loss of up to 43% and 45% for CYP content and CYP2B1/2-linked XME, respectively; P<0.01). “5 a day” supplementation produced the most pronounced modulations (a loss of up to 60% for CYP2E1-linked XME and a reduction of CYP content of 54%; P<0.01). Testosterone hydroxylase activity confirmed these results. RT-PCR and Western blot analysis revealed that the “5 a day” diet XMEs inactivations were a result of both a transcriptional and a translational effect while lettuce didn’t exert such effects. All administrations brought out none or fewer modulation of phase-II supported XMEs. Apart from “5 a day” supplementation and the single serving of lettuce, which strongly induced DT- diaphorase (an increase of up to 141 and 171%, respectively; P<0.01), antioxidant enzymes were not significantly changed. RT-PCR analysis confirmed DT-diaphorase induction brought about by the administration of both “5 a day” diet and a single serving of lettuce. Furthermore, it unmasked a similar result for heme-oxygenase. dROMs test provided insight into a condition of high systemic oxidative stress as a consequence of animal diet supplementation with “5 a day” diet and a single serving of lettuce (an increase of up to 600% and 900%, respectively; P<0.01). Haematochemical parameters were mildly affected by such dietary manipulations. According to the classical chemopreventive theory, these results could be of particular relevance. In fact, even if antioxidant enzymes were only mildly affected, the phase-I inactivating ability of these vegetables would be a worthy strategy to cancer control. However, the recorded systemic considerable amount of reactive oxygen species and the complexity of these enzymes and their functions suggest caution in the widespread use of vegan/vegetarian diets as human chemopreventive strategies. In fact, recent literature rather suggests that only diets rich in fruits and vegetables and poor in certain types of fat, together with moderate caloric intake, could be associated with reduced cancer risk.

Efecto de la incorporación de γ-tocoferol en dietas para salmón Atlántico (Salmo Salar L.) sobre la composición y metabolismo lipídico

El aceite de pescado ha sido la principal fuente de grasa incluida en la dieta de salmón Atlántico ya que su uso optimiza el crecimiento y aporta grandes cantidades de ácidos grasos poliinsaturados (PUFA) omega 3, principalmente los ácidos eicosapentaenoico (EPA) y docosahexaenoico (DHA). En los años 90 se utilizaba un 24% de aceite de pescado en los piensos para salmón, sin embargo la escasez del recurso y la presión comercial sobre su demanda por parte de distintos sectores ha dado lugar a una progresiva reducción de su inclusión teniendo la industria como objetivo llegar a utilizar en 2020 tan sólo un 8%. Al reducir los niveles de aceite de pescado disminuye el contenido de EPA y DHA aportado, por lo que se hace necesario diseñar estrategias que permitan maximizar la retención de EPA y DHA en los tejidos del animal. De esta forma, la optimización del uso de antioxidantes para prevenir la peroxidación lipídica de los ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga (LC-PUFA), puede ser una estrategia a seguir. Entre los antioxidantes empleados en acuicultura destaca la vitamina E. Aunque el α-tocoferol es el isómero principal de la vitamina E, estudios recientes sugieren que el γ-tocoferol presenta igualmente una potente actividad antioxidante. Sin embargo, hasta la fecha no hay muchos estudios con salmón Atlántico empleando γ-tocoferol como principal isómero añadido en la dieta. Además de su función como antioxidante, en investigaciones recientes la vitamina E ha mostrado capacidad para inducir de manera directa o indirecta la expresión de genes que codifican enzimas implicadas en el metabolismo de los ácidos grasos. Con esta perspectiva el presente trabajo tiene como principal objetivo determinar si la incorporación de 300 ppm de γ-tocoferol a la dieta del salmón da lugar a una mayor capacidad antioxidante en los tejidos del animal, disminuyendo la oxidación lipídica in vivo y afectando tanto a la composición como al metabolismo lipídico. Un total de 180 esguines de salmón Atlántico (Salmo Salar) con un peso inicial de 137,4 ± 1g fueron distribuidos al azar y uniformemente en 6 tanques y fueron alimentados con una de las tres dietas experimentales. Se aportó agua salada a los tanques y la temperatura se mantuvo a 12°C. Las dietas experimentales se formularon para tener: bajo contenido en EPA y DHA (CB); alto en EPA y DHA (CA); y con bajos niveles de EPA y DHA pero con un suplemento de 300 ppm de γ-tocoferol como antioxidante (CB+γtoc). Las dietas fueron suministradas en tanques duplicados durante 14 semanas. Al final del experimento, se sacrificaron 4 peces de cada tanque y se tomaron muestras de hígado y filete izquierdo para realizar el análisis de ácidos grasos y de expresión génica. A pesar de que los peces alimentados con la dieta CB+γtoc presentaron 3 veces más concentración de γ-tocoferol en los tejidos, la administración de esta dieta no tuvo un efecto significativo (P>0.05) sobre la composición de EPA, DHA y ácido araquidónico (ARA) en los tejidos del salmón. Los resultados del análisis de expresión de genes mostraron que la incorporación de 300 ppm de γ-tocoferol dio lugar a una cierta inhibición del metabolismo lipídico tanto de genes relacionados con la β-oxidación como de aquellos relacionados con la síntesis de LC-PUFA. En cuanto al sistema de defensa antioxidante GPx4, los resultados indicaron que no hubo efecto estimulatorio del γ-tocoferol sobre el mismo. Sin embargo, se observó un aumento de omega 3 totales (P<0.05) en el músculo del animal. La incorporación de 300 ppm de γ-tocoferol tuvo un efecto limitado sobre la composición lipídica y un efecto inhibitorio del metabolismo lipídico a nivel de expresión.

Variação sazonal do metabolismo energético no primeiro ciclo anual de lagartos teiú Tupinambis merianae: correlatos com atividades diárias, adiposidade e proteção antioxidante

Lagartos teiú eclodem no verão e enfrentam o desafio de crescer e armazenar substratos em um curto período de tempo, antes do início do período de jejum e depressão metabólica (≈80%) a temperaturas amenas durante o inverno (≈17 °C). No despertar, o aumento do metabolismo e a reperfusão de órgãos favoreceriam a ocorrência de estresse oxidativo. Na primeira parte do presente estudo investigou−se os ajustes que compatibilizam as demandas em teiús neonatos, especialmente na pré-hibernação, por meio da gravação do comportamento em vídeo e da análise da massa dos corpos gordurosos abdominais e do nível plasmático de corticosterona (CORT) durante o primeiro ciclo anual. No início do outono a massa corpórea dos teiús foi 27 g e o comprimento rostro−cloacal 9,3 cm e aumentaram 40% e 20%, respectivamente, ao longo do outono, enquanto que as taxas diminuíram progressivamente até atingirem o valor zero no início do inverno. Na primavera, a massa corpórea dos teiús aumentou 80% em relação ao despertar e dobrou em relação ao final do verão; o comprimento acumulou um aumento de 27% em relação ao final do verão. A massa relativa dos corpos gordurosos foi 3,7% no início do outono e diminuiu nos meses subsequentes; no despertar, este estoque acumulou uma perda de 63% da sua massa. No início do outono 74% dos teiús estavam ativos por 4,7 h e permaneceram 2 h assoalhando diariamente; ao longo do outono o número de animais ativos e o tempo em atividade diminuíram até que todos se tornaram inativos. Na primavera 83% dos teiús estavam ativos por 7 h e permaneceram 4 h assoalhando. Um padrão sazonal similar foi observado na atividade locomotora e na alimentação. No outono, a alimentação cessou antes da atividade diária e os teiús tornaram−se afágicos algumas semanas antes da entrada em hibernação. Os maiores níveis de CORT foram observados no início do outono, reduzindo progressivamente até valores 75 e 86% menores na dormência e despertar, respectivamente; na primavera os níveis de CORT foram 32% menores em comparação com o início do outono. Este padrão sugere um papel da CORT nos ajustes que promovem a ingestão de alimento e a deposição de substratos energéticos no outono. A redução da atividade geral no final do outono contribuiria para a economia energética e manutenção da massa corpórea, apesar da redução da ingestão de alimento. O curso temporal das alterações fisiológicas e comportamentais em neonatos reforça a ideia de que a dormência sazonal nos teiús é o resultado da expressão de um ritmo endógeno. Na segunda parte do estudo foi investigada a hipótese de que ocorreriam ajustes das defesas antioxidantes durante a hibernação, em antecipação ao despertar. Foram analisados marcadores de estresse oxidativo e antioxidantes em vários órgãos de teiús em diferentes fases do primeiro ciclo anual. A CS, um indicador do potencial oxidante, não variou no fígado e foi menor no rim e no pulmão na hibernação. As enzimas antioxidantes revelaram (1) um efeito abrangente de redução das taxas na hibernação e despertar; por exemplo, GR e CAT foram menores em todos órgãos analisados e a GST tendeu a diminuir no fígado e no rim, embora constante no coração e no pulmão. A G6PDH no fígado e no rim não variou. (2) No fígado, a GST, a Se−GPX e o teor de TBARS foram maiores na atividade de outono em relação à primavera e a Se−GPX permaneceu elevada na hibernação. (3) No fígado, a SOD foi maior na hibernação e despertar em relação ao outono e a Mn−SOD seguiu este padrão. Em contraste, no rim, coração e pulmão a SOD foi menor na hibernação e as taxas se recuperaram no coração e pulmão no despertar. A Mn−SOD seguiu este padrão no pulmão. A concentração e o estado redox da glutationa não variaram no fígado, rim e coração; no pulmão o teor de Eq−GSH e GSH foi menor na hibernação, com tendência à recuperação no despertar. O teor de PC no rim foi maior na hibernação e diminuiu no despertar. No fígado, as alterações no jejum se assemelham às sazonais, como sugerem a inibição da CAT e GR e aumento da Se−GPX. Os efeitos do jejum na primavera no rim diferem dos efeitos sazonais, como sugerem a redução do teor de Eq−GSH e GSH e o aumento da razão GSSG:GSH, a redução da G6PDH e o aumento de PC. No conjunto, houve um efeito predominante de redução das taxas enzimáticas na hibernação e no despertar, exceto pelas taxas aumentadas da SOD e Se−GPX no fígado e pela recuperação da SOD no coração e da GR, SOD e Mn−SOD no pulmão no despertar. As elevadas taxas das enzimas antioxidantes no teiú em comparação a outros ectotermos e a ausência de evidências de estresse oxidativo no despertar sugerem que a atividade enzimática remanescente é suficiente para prevenir danos aos tecidos face às flutuações do metabolismo

Efeito das farinhas de jatobá-do-cerrado (Hymenaea stigonocarpa Mart.) in natura e extrusada no metabolismo lipídico e parâmetros fermentativos em hamsters e resposta glicêmica em humanos após a extrusão

Introdução: A polpa farinácea do jatobá-do-cerrado (Hymenaea stigonocarpa Mart.) apresenta alto teor de fibra alimentar, em média 60 g/100 g, que são importantes para a redução do risco e controle de doenças crônicas não transmissíveis (DCNT). A extrusão termoplástica neutraliza aromas intensos, proporciona a formação de amido resistente, aumenta a fibra alimentar solúvel e melhora a textura do produto final. Objetivo: Estudar o efeito das farinhas de jatobá-do-cerrado in natura (FIN) e extrusada (FE) no metabolismo lipídico e parâmetros fermentativos em hamsters, bem como verificar a resposta glicêmica em humanos após a extrusão. Métodos: Processo de extrusão: velocidade de 200 rpm; matriz com 4 mm de diâmetro; taxa de compressão 3:1; alimentação constante de 70 gramas/minuto; temperatura de 150 °C; proporção farinha de jatobá-do-cerrado e amido de milho: 70:30 por cento e umidade a 25 por cento . Foi realizado um experimento animal com hamsters durante 21 dias, em que se analisou alguns parâmetros do metabolismo lipídico e colônico (fermentativos) dos animais, divididos em quatro grupos experimentais, se diferenciando pela dieta. As dietas controle (GC), in natura (GFI) e extrusada (GFE) eram hipercolesterolemizantes (13,5 por cento de gordura de coco e 0,1 por cento de colesterol) e a dieta referência (GR) com óleo de soja como fonte lipídica, não. Todas as dietas apresentavam 15 por cento de fibra alimentar, sendo que as dietas GR e GC tinham como fonte de fibra a celulose, e as dietas GFI e GFE tiveram as próprias fibras como fonte. A resposta glicêmica em humanos foi verificada por meio do ensaio do índice glicêmico e carga glicêmica da FE, com dez voluntários saudáveis que consumiram 25 gramas de carboidratos disponíveis do alimento teste (farinha extrusada) ou do pão branco como alimento controle. Resultados: Não foi observada diferença significativa entre o peso final, ingestão diária média e total, ganho de peso e CEA entre os animais dos quatro grupos. A concentração de triglicerídeos foi menor em 41 por cento e 38 por cento nos animais que receberam as dietas GFI e GFE, em relação aqueles que receberam a dieta GC, assim como também para o colesterol total (55 por cento e 47 por cento ), LDL-c (70 por cento e 53 por cento ) e não-HDL-c (63 por cento e 49 por cento ) séricos, lipídeos totais hepáticos (39 por cento e 45 por cento ) e o peso dos fígados dos animais também foi menor (21 por cento em ambos os grupos). Não houve diferença no colesterol hepático e excretado nas fezes dos animais dos quatro grupos. Os animais do GFE excretaram 57 por cento mais ácidos biliares nas fezes que os animais do GC. Com relação aos parâmetros fermentativos, observou-se maior excreção de fibras (1,24 ± 0,08 e 1,52 ± 0,09 gramas) nos animais dos grupos GR e GC respectivamente, em relação aos do GFI e GFE (0,50 e 0,48 gramas), porém o escore fecal (3,50 ± 0,19 e 3,38 ± 0,18) e o grau de fermentação (54 e 52 por cento ) foi maior nos animais dos grupos GFI e GFE. Houve uma maior produção de AGCC no ceco dos animais dos grupos GFI e GFE (80 e 57,5 µmol/g de ceco respectivamente) e maior diminuição do pH no conteúdo cecal nos animais do grupo GFI (7,49 ± 0,10), em relação ao GC (8,06 ± 0,13). Os ácidos acético e propiônico, estiveram presentes em maior quantidade no ceco dos animais dos grupos GFI (58,5 e 6,1 µmol/g de ceco) e GFE (42,5 e 6,6 µmol/g de ceco) e os animais do GFI produziram mais ácido butírico (15 µmol/g de ceco), em relação aos demais grupos. Quanto à resposta glicêmica da farinha pós extrusão, não houve diferença entre a área de resposta glicêmica da farinha extrusada e do pão branco, o índice glicêmico da farinha extrusada (glicose como controle) foi classificado como moderado, e a carga glicêmica (na porção de 30 gramas), baixa. Conclusão: As FIN e FE favoreceram a redução do colesterol total, LDL-c, não-HDL-c e dos triglicerídeos séricos, além da diminuição do acúmulo de lipídeos hepáticos. Foi observado também aumento expressivo na formação de AGCC e no grau de fermentação. A FE proporcionou um aumento na excreção de ácidos biliares nas fezes e apresentou índice glicêmico moderado e baixa carga glicêmica.

Elaboración de folletos informativos sobre enfermedades infecciosas de los equinos para transferir a centros reproductivos equinos

La elaboración de esta propuesta surge a raíz de la aparición de casos de equinos afectados y muertos por el Virus del Oeste del Nilo (VON) en la Provincia de Córdoba, y del re-surgimiento de un brote de Arteritis viral equina (AVE) en la provincia de Buenos Aires y de Córdoba en el corriente año 2010. Estas dos enfermedades consideradas exóticas históricamente para la provincia de Córdoba (y la Argentina) fueron diagnosticadas en el territorio provincial recientemente; el VON en 2010 y la AVE en 2000/1 y de nuevo en 2010. Está claro que existe una gran desinformación a nivel de productores, trabajadores y profesionales de la industria equina respecto a la existencia y forma de enfrentarse a éstas y otras enfermedades infecciosas que afectan a los equinos y en algunos casos también a los humanos. Es más, hemos podido comprobar cómo las autoridades sanitarias oficiales toman a veces medidas desacertadas frente al control de estas nuevas enfermedades, suponemos por falta de informacion. Además como docente de la asignatura "enfermedades transmisibles y toxicas de los equinos" por más de 15 años puedo asegurar que existe una carencia marcada de material didáctico y bibliográfico en español. En Córdoba existen importantes centros de reproducción equina, que concentran varios centenares de equinos de alto valor genético y de distintos orígenes geográficos como así también numerosos productores de equinos de distintas razas. A través de las consultas recibidas en algunos casos percibimos el grado de desinformación y sentimos la necesidad de difundir información necesaria respecto a las muchas enfermedades infecciosas que pueden afectar a los equinos. Los cambios climáticos, la globalización del mercado de semen, embriones y reproductores equinos, el tránsito de equinos a los distintos eventos deportivos o de recreación representan un riesgo significativo para la transmisión de enfermedades. Dos importantes centros equinos reproductivos ubicados en el sur de la provincia nos han manifestado su necesidad de conocer y estar actualizados sobre las enfermedades infecciosas que pueden y de hecho impactan sobre sus poblaciones equinas, Estos centros manejan poblaciones de yeguas donantes de embriones que representan una elit genetica de equinos de Salto y Polo principalmente, ademas a grandes poblaciones de yeguas receptoras de embriones que se utilizan como medio para la produccion de potrillos de alto valor. En centros de este tipo, la prevencion y control de enfermedades infecciosas especialmente aquellas potencialmente letales es critica, ya que su incidencia podria tener un gran impacto negativo y con las consecuentes pérdidas económicas para no solo estos centros sino tambien para sus clientes y para la provincia. Asimismo, como resultado de mi asistencia a la mesa provincial equina y el dialogo con personal de la Secretaría de Ganadería del Ministerio de Agricultura ganaderia y Alimentos de la Pcia, surgió la idea de elaborar folletos informativos para cada una de las principales enfermedades infecciosas para su distribucion en forma impresa en los distintos eventos hípicos de la provincia y en forma digital desde la pagina web de la Secretaría.

Beneficios y ventajas de la inseminación artificial utilizando semen congelado en programas de reproducción en equinos

Bogotá (Colombia): Universidad de La Salle. Facultad de Ciencias Agropecuarias. Programa de Medicina Veterinaria

Biological performance of a polycaprolactone-based scaffold used as fusion cage device in a large animal model of spinal reconstructive surgery

A bioactive and bioresorbable scaffold fabricated from medical grade poly (epsilon-caprolactone) and incorporating 20% beta-tricalcium phosphate (mPCL–TCP) was recently developed for bone regeneration at load bearing sites. In the present study, we aimed to evaluate bone ingrowth into mPCL–TCP in a large animal model of lumbar interbody fusion. Six pigs underwent a 2-level (L3/4; L5/6) anterior lumbar interbody fusion (ALIF) implanted with mPCL–TCP þ 0.6 mg rhBMP-2 as treatment group while four other pigs implanted with autogenous bone graft served as control. Computed tomographic scanning and histology revealed complete defect bridging in all (100%) specimen from the treatment group as early as 3 months. Histological evidence of continuing bone remodeling and maturation was observed at 6 months. In the control group, only partial bridging was observed at 3 months and only 50% of segments in this group showed complete defect bridging at 6 months. Furthermore, 25% of segments in the control group showed evidence of graft fracture, resorption and pseudoarthrosis. In contrast, no evidence of graft fractures, pseudoarthrosis or foreign body reaction was observed in the treatment group. These results reveal that mPCL–TCP scaffolds could act as bone graft substitutes by providing a suitable environment for bone regeneration in a dynamic load bearing setting such as in a porcine model of interbody spine fusion.

The evaluation of a biphasic osteochondral implant coupled with an electrospun membrane in a large animal model

Conventional clinical therapies are unable to resolve osteochondral defects adequately, hence tissue engineering solutions are sought to address the challenge. A biphasic implant which was seeded with Mesenchymal Stem Cells (MSC) and coupled with an electrospun membrane was evaluated as an alternative. This dual phase construct comprised of a Polycaprolactone (PCL) cartilage scaffold and a Polycaprolactone - Tri Calcium Phosphate (PCL - TCP) osseous matrix. Autologous MSC was seeded into the entire implant via fibrin and the construct was inserted into critically sized osteochondral defects located at the medial condyle and patellar groove of pigs. The defect was resurfaced with a PCL - collagen electrospun mesh that served as a substitute for periosteal flap in preventing cell leakage. Controls either without implanted MSC or resurfacing membrane were included. After 6 months, cartilaginous repair was observed with a low occurrence of fibrocartilage at the medial condyle. Osteochondral repair was promoted and host cartilage degeneration was arrested as shown by the superior Glycosaminoglycan (GAG) maintenance. This positive morphological outcome was supported by a higher relative Young's modulus which indicated functional cartilage restoration. Bone in growth and remodeling occurred in all groups with a higher degree of mineralization in the experimental group. Tissue repair was compromised in the absence of the implanted cells or the resurfacing membrane. Moreover healing was inferior at the patellar groove as compared to the medial condyle and this was attributed to the native biomechanical features.

Monitoring animal behaviour and environmental interactions : GPS collars and satellite remote sensing within a satellite remote sensing context

Remote monitoring of animal behaviour in the environment can assist in managing both the animal and its environmental impact. GPS collars which record animal locations with high temporal frequency allow researchers to monitor both animal behaviour and interactions with the environment. These ground-based sensors can be combined with remotely-sensed satellite images to understand animal-landscape interactions. The key to combining these technologies is communication methods such as wireless sensor networks (WSNs). We explore this concept using a case-study from an extensive cattle enterprise in northern Australia and demonstrate the potential for combining GPS collars and satellite images in a WSN to monitor behavioural preferences and social behaviour of cattle.

Monitoring animal behaviour and environmental interactions using wireless sensor networks, GPS collars and satellite remote sensing

Remote monitoring of animal behaviour in the environment can assist in managing both the animal and its environmental impact. GPS collars which record animal locations with high temporal frequency allow researchers to monitor both animal behaviour and interactions with the environment. These ground-based sensors can be combined with remotely-sensed satellite images to understand animal-landscape interactions. The key to combining these technologies is communication methods such as wireless sensor networks (WSNs). We explore this concept using a case-study from an extensive cattle enterprise in northern Australia and demonstrate the potential for combining GPS collars and satellite images in a WSN to monitor behavioural preferences and social behaviour of cattle.

The design and evaluation of a mobile sensor/actuator network for autonomous animal control

This paper investigates a mobile, wireless sensor/actuator network application for use in the cattle breeding industry. Our goal is to prevent fighting between bulls in on-farm breeding paddocks by autonomously applying appropriate stimuli when one bull approaches another bull. This is an important application because fighting between high-value animals such as bulls during breeding seasons causes significant financial loss to producers. Furthermore, there are significant challenges in this type of application because it requires dynamic animal state estimation, real-time actuation and efficient mobile wireless transmissions. We designed and implemented an animal state estimation algorithm based on a state-machine mechanism for each animal. Autonomous actuation is performed based on the estimated states of an animal relative to other animals. A simple, yet effective, wireless communication model has been proposed and implemented to achieve high delivery rates in mobile environments. We evaluated the performance of our design by both simulations and field experiments, which demonstrated the effectiveness of our autonomous animal control system.

Animal behaviour understanding using wireless sensor networks

This paper presents research that is being conducted by the Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) with the aim of investigating the use of wireless sensor networks for automated livestock monitoring and control. It is difficult to achieve practical and reliable cattle monitoring with current conventional technologies due to challenges such as large grazing areas of cattle, long time periods of data sampling, and constantly varying physical environments. Wireless sensor networks bring a new level of possibilities into this area with the potential for greatly increased spatial and temporal resolution of measurement data. CSIRO has created a wireless sensor platform for animal behaviour monitoring where we are able to observe and collect information of animals without significantly interfering with them. Based on such monitoring information, we can identify each animal's behaviour and activities successfully

Animal Control - What constitutes a reliable cue to stop animal movement ?

Controlling free-ranging livestock requires low-stress cues to alter animal behaviour. Recently modulated sound and electric shock were demonstrated to be effective in controlling free-ranging cattle. In this study the behaviour of 60, 300 kg Belmont Red heifers were observed for behavioural changes when presented cues designed to impede their movement through an alley. The heifers were given an overnight drylot shrink off feed but not drinking water prior to being tested. Individual cattle were allowed to move down a 6.5 m wide alley towards a pen of peers and feed located 71 m from their point of release. Each animal was allowed to move through the alley unimpeded five times to establish a basal behavioural pattern. Animals were then randomly assigned to treatments consisting of sound plus shock, vibration plus shock, a visual cue plus shock, shock by itself and a control. The time each animal required to reach the pen of peers and feed was recorded. If the animal was prevented from reaching the pen of peers and feed by not penetrating through the cue barrier at set points along the alley for at least 60 sec the test was stopped and the animal was returned to peers located behind the release pen. Cues and shock were manually applied from a laptop while animals were observed from a 3.5 m tower located outside the alley. Electric shock, sound, vibration and Global Position System (GPS) hardware were housed in a neck collar. Results and implications will be discussed.

Poster : Understanding interactions between autonomous animal control and temperament when cattle are subjected to virtual fencing applications

Virtual fencing has the potential to control grazing livestock. Understanding and refi ning the cues that can alter behaviour is an integral part of autonomous animal control. A series of tests have been completed to explore the relationship between temperament and control. Prior to exposure to virtual fencing control the animals were scored for temperament using fl ight speed and a sociability index using contact logging devices. The behavioural response of 30, Belmont Red steers were observed for behavioural changes when presented with cues prior to receiving an electrical stimulation. A control and four treatments designed to interrupt the animal’s movement down an alley were tested. The treatments consisted of sound plus electrical stimulation, vibration plus electrical stimulation, a visual cue plus electrical stimulation and electrical stimulation by itself. The treatments were randomly applied to each animal over fi ve consecutive trials. A control treatment in which no cues were applied was used to establish a basal behavioural pattern. A trial was considered completed after each animal had been retained behind the cue barrier for at least 60 sec. All cues and electrical stimulation were manually applied from a laptop located on a portable 3.5 m tower located immediately outside the alley. The electric stimulation consisted of 1.0 Kv of electricity. Electric stimulation, sound and vibration along with the Global Position System (GPS) hardware to autonomously record the animal’s path within the alley were recorded every second.