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La diffusione aerea di malattie infettive negli animali svolge un ruolo cruciale nella propagazione delle epidemie, in particolare nelle popolazioni allevate in ambienti chiusi in strutture densamente popolate, come gli allevamenti suini commerciali. In questo studio, presentiamo un modello per studiare la diffusione di malattie aeree all'interno degli allevamenti suini commerciali e facilitare la progettazione strategica di azioni di controllo, tra cui l'ottimizzazione della ventilazione e il posizionamento degli animali malati (box infermeria).
Materiale e Metodi: Questo modello si basa su un modello suscettibile-infetto-guarito (SIR- susceptible-infected-recovered) che tiene conto della diffusione della malattia tra box all'interno degli allevamenti suini. Una rete di contatti tra box viene utilizzata per costruire una matrice di trasmissione in base al trasporto di patogeni respiratori aerei attraverso i box all'interno degli allevamenti, tramite il nostro dispositivo di fluidodinamica computazionale (CFD-computational fluid dynamics) Navier-Stokes mediato da Reynolds. Utilizzando questo modello SIR potenziato dalla CFD, abbiamo dimostrato che la posizione del box dei suini malati e la configurazione della ventilazione della stalla hanno svolto un ruolo fondamentale nel modificare le dinamiche di diffusione della malattia a livello di stalla. Abbiamo inoltre esaminato l'effetto della ventilazione naturale attraverso diverse regolazioni delle "tende".
Risultati: Abbiamo osservato che le regolazioni delle tende o riducono la diffusione della malattia in media del 64,8% o ne aggravano il potenziale di diffusione in media del 5,8%, rispetto allo scenario in cui le tende laterali non vengono sollevate. Abbiamo inoltre ottimizzato la configurazione della ventilazione selezionando e posizionando i ventilatori tramite l'integrazione del framework CFD con l'algoritmo genetico per ridurre al minimo la diffusione delle malattie suine all'interno delle stalle. Rispetto alle impostazioni di ventilazione originali della stalla, il nostro sistema di ventilazione ottimizzato ha ridotto significativamente la diffusione della malattia in media del 20%.
Conclusioni: Il nostro studio dimostra che l'utilizzo del framework proposto fornisce una comprensione dettagliata della fisica dei flussi e del trasporto di patogeni aero-dispersi, facilitando l'ottimizzazione dei sistemi di ventilazione e la gestione strategica dei box per le malattie all'interno delle stalle.
Safari M, Fleming C, Galvis JA, Deka A, Sanchez F, Machado G, Yeh CA. A CFD-informed barn-level swine disease dissemination model and its use for ventilation optimization. Epidemics. 2025 May 24;51:100835. doi: 10.1016/j.epidem.2025.100835. Epub ahead of print. PMID: 40449318.
