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PRINCIPIOS EXPERIMENTALES ENPRINCIPIOS EXPERIMENTALES ENPRODUCCIÓN ANIMAL
Prof. Dr. José PereaDpto. Producción AnimalU i id d d Có d bUniversidad de Córdoba
Etapas de la ciencia
1 Observación de los hechos1. Observación de los hechos
2. Construcción de hipótesis (razón – imaginación)
3. Experimentación
4. Explicación de los hechos y formulación de una nuevahipótesis
5. Predicción y modelización
- El fin de toda ciencia es recoger datos y resultados obtenidosy reconstruir de modo sintético y encadenado por sus causasy sus efectos.
- Si los fenómenos se pueden producir artificialmente:experimentación.
- En caso contrario: método comparativo o observacionalEn caso contrario: método comparativo o observacional.
E i tExperimento:
- Aplicación controlada de un conjunto particular de circunstancias aun conjunto de unidades muestralesun conjunto de unidades muestrales.
Experimento comparativo:Experimento comparativo:
- Se aplica más de un conjunto de circunstancias.
S l t d l id d t l- Se comparan las respuestas de las unidades muestrales.
Tratamientos:
- Son el conjunto de circunstancias creadas para el experimento.
- Responden a la hipótesis de investigación.
U id d i t lUnidad experimental:
- La entidad física, el sujeto, el animal, etc. expuesto al tratamiento.
- La unidad experimental constituye una sola réplica del experimento.
- Pueden ser caracoles, cajas de caracoles, cultivos celulares,explotaciones etcexplotaciones, etc.
E i t lError experimental:
- Describe la variación entre las unidades experimentales tratadas demanera idéntica e independientemanera idéntica e independiente.
E i t lError experimental:
- Describe la variación entre las unidades experimentales tratadas demanera idéntica e independientemanera idéntica e independiente.
Origen de error:- Origen de error:
- Variación natural entre las unidades experimentales
V i bilid d l di ió d l t- Variabilidad en la medición de la respuesta
- Imposibilidad de reproducir exactamente las mismascondiciones en las unidades experimentalescondiciones en las unidades experimentales
- Interacción entre el tratamiento y las unidades
C l i t f t i id l i bl did- Cualquier otro factor que incida en las variables medidas
E t di b ió ( t )Estudios por observación (encuestas):
- No se puede hacer un experimento por razones éticas o prácticas.
- P.e.: No se puede analizar experimentalmente el efecto delcinturón de seguridad sobre la gravedad de las lesiones enadultos.
- P.e.: No se puede analizar el efecto del cese de las ayudassobre la producción ecológica de leche de vaca.
- Las unidades experimentales existen en sus circunstanciasparticulares.
- El investigador se limita a asociar las relaciones entre lasrespuestas y las condiciones de las unidades experimentales.
L hi ó i d i i ióLa hipótesis de investigación- Establece un conjunto de circunstancias y sus consecuencias.
- Los tratamientos reproducen las diferentes circunstancias de lahipótesis y su aplicación permite conocer las consecuencias.
P. e.: Hipótesis: La temperatura de almacenamiento no afecta laconservación del ensilado de maízconservación del ensilado de maíz.
Tratamientos: Se estudia la estabilidad química-nutricional delensilado de maíz a 0ºC, 10ºC, 20ºC, 30ºC y 40ºC.ensilado de maíz a 0 C, 10 C, 20 C, 30 C y 40 C.
P e : Hipótesis: Los caracoles prefieren descansar en zonas iluminadasP.e.: Hipótesis: Los caracoles prefieren descansar en zonas iluminadas.
Tratamientos: Se estudia la preferencia en zonas iluminadasfrente a iluminadas, oscuras frente a iluminadas y oscuras frente, ya oscuras.
T t i t d t lTratamientos de control:
- Es un punto necesario para evaluar el efecto de los tratamientosexperimentalesexperimentales.
- No siempre es útil y necesario.
Se utilizan cuando las condiciones experimentales son un obstáculo- Se utilizan cuando las condiciones experimentales son un obstáculopara demostrar la efectividad de los tratamientos.
- Control blanco:
Las unidades experimentales se someten a las condiciones- Las unidades experimentales se someten a las condicionesexperimentales pero no reciben tratamiento.
- Se usan para determinar niveles basales con los que compararp q plos tratamientos (p.e. fertilizantes, antibióticos, etc.)
- Se usan para indicar el efecto de manipular la unidadexperimental (p.e. preferencias, vacunas, etc.)
C t l iti- Control positivo:
- Las unidades experimentales se someten a las condiciones queprecisamente provocan el efecto deseadoprecisamente provocan el efecto deseado.
- Se usan para demostrar el no efecto mediante comparación conlos tratamientos.
- P. e. Evaluación de un antibiótico
F t i lFactores y niveles:
- Un factor es un grupo específico de tratamientos
- Las diversas categorías de cada factor se denomina niveles
- P.e.
- Temperatura de almacenamiento del ensilado de maíz
- Factor: temperatura
- Niveles: 10, 20, 30 y 40 ºC
- Tratamientos: 10, 20, 30 y 40ºC
- En los sistemas naturales es difícil aislar unos factores de otros.
- Además, los factores suelen interactuar unos con otros.
F t i lFactores y niveles:
- P.e. Hipótesis: La bacteria Rizobium fija nitrógeno de mododiferente según el suelo sea salino sódico o normaldiferente según el suelo sea salino, sódico o normal.
- Podemos plantear un factor (salinidad)
Tres niveles (salino sódico y normal)- Tres niveles (salino, sódico y normal)
- Tres tratamientos (salino, sódico, normal)
S b h t f t f t b l it ó- Sabemos que hay otros factores con efecto sobre el nitrógenofijado, entre los que destaca la temperatura.
Diseño factorial:- Diseño factorial:
- Dos factores (salinidad y temperatura)
T i l ( li ódi l) (20 30 40ºC)- Tres niveles (salino, sódico y normal) x (20, 30, 40ºC)
- 9 tratamientos (sa20, sa30, sa40, no20, no30, no40, so20,so30 so40)so30, so40).
C l d i lControl de errores experimentales:- Los objetivos experimentales suelen ser conseguir comparaciones
l t t t t i tclaras y exactas entre tratamientos.
- Para su consecución es fundamental:
- Medir las variables con precisión
- Aplicar poderosas pruebas estadísticas
- Reducir la varianza del error experimental (controlando oreduciendo el error)
C t l d l té i- Control de la técnica
- Selección de las unidades experimentales
- Uniformidad de todos los tratamientos (bloquización)
- Selección del diseño experimental
- Medición de covariables
Control de la técnica:Control de la técnica:- Todas las técnicas a utilizar en el experimento (mediciones,
preparación de alimento, soluciones, reactivos, etc.) incrementan elp p , , , )error.
- La aplicación de las técnicas debe ser uniforme.
- Para minimizar el error hay que utilizar el menor número posiblede técnicas y las más precisas, dentro del presupuesto de lainvestigacióninvestigación.
- Idem con las personas que aplican las técnicas.
Si l l t i l bl i l i- Si el error es aleatorio el problema es menor que si el error sigue unpatrón.
- Por ejemplo, la digestibilidad in vivo es más precisa que ladigestibilidad por marcadores, pero requiere la recolección del totalde heces.
S l ió d id d i l ifSelección de unidades experimentales uniformes:- Las unidades experimentales heterogéneas incrementan el error
i t lexperimental.
- Es necesario utilizar unidades experimentales lo más homogéneasposible pero representativas del colectivo a inferenciarposible, pero representativas del colectivo a inferenciar.
Por ejemplo para estudiar la digestibilidad de un alimento en vacas- Por ejemplo, para estudiar la digestibilidad de un alimento en vacaslecheras, habrá que seleccionar:
- Raza - Holstein frisianRaza Holstein frisian
- Número de lactaciones - 2º lactación
Estado fisiológico secas y vacías- Estado fisiológico - secas y vacías
- Perfil genético - medio hermanas de padre
Al i i f i álidAleatorizar para tener inferencias válidas- Alatorizar es la asignación al azar de los tratamientos a las unidades
i t lexperimentales.
- La aleatorización proporciona estimaciones válidas de la varianza delerrorerror.
- Cualquier tipo de proximidad puede producir respuestascorrelacionadas: por la localización física, por el desempeño de lasp p ptareas experimentales, etc.
- Por ejemplo: Una prueba de digestibilidad: si no se aleatoriza, sepueden obtener respuestas correlacionadas con un patrón sistemático:
- Recogida de heces
- Suministro de alimento
- Etc.
Bl i ióBloquización:- Proporciona control local del ambiente para reducir el error
i t lexperimental.
- Las unidades experimentales se agrupan para que su variabilidaddentro de los grupos sea menor que entre las unidades antes dedentro de los grupos sea menor que entre las unidades antes deagruparlas.
- Por ejemplo: medir la productividad de tres variedades de trigo:j p p g
A B C
A
A
B
B
C
CA B C
Bloquización:- Identificar todas las posibles variables no controlables que
incrementen el error (factores de bloqueo) y bloquear con ellas.
- El número de unidades experimentales crece con los factores debloqueo.
- Todos los tratamientos deben ocurrir el mismo número de veces encada bloque.
El bloqueo aisla la variación entre tratamientos de la variación entre- El bloqueo aisla la variación entre tratamientos de la variación entreambientes.
- Posibles factores de bloqueo:Posibles factores de bloqueo:
- Investigadores: unos son más precisos y constantes que otros.
- Camadas: hay animales que nacen con más peso que otros- Camadas: hay animales que nacen con más peso que otros.
- Animales: estado fisiológico, edad, peso, etc.
Temperatura: hay zonas del laboratorio con mayo temperatura- Temperatura: hay zonas del laboratorio con mayo temperatura.
- Etc, etc.
R li b i álidReplicar para obtener experimentos válidos- La replica de un experimento es el primer requisito para obtener
lt d álidresultados válidos.
- Replicar es aplicar de manera independiente a dos o más unidadesexperimentales el mismo tratamientoexperimentales el mismo tratamiento.
- Por ejemplo:
Lechón 1 Lechón 2 Lechón 3 Lechón 4 Lechón 5 Lechón 6
A ( bi ) B ( t l)
Lechón 7 Lechón 8
A (probi.) B (control)
P é li ?¿Por qué replicar?- Demuestra que, al menos en las condiciones experimentales, se
d d i l lt dpueden reproducir los resultados.
- Proporciona seguridad en los resultados frente a accidentes noprevistosprevistos.
- Proporciona la información para estimar la varianza del errorexperimental.p
- Aumenta la precisión en la estimación de las medias de cadatratamiento.
C á é li ?¿Cuántas réplicas?
- Mientras más mejor; siempre que sean completas.
- Depende de 4 factores:
- La varianza (incrementa)
- El tamaño de la diferencia entre las medias a separar (disminuye)p ( y )
- En nivel de significación (a < 0,05) (incrementa)
- La potencia de la prueba (1 – b) (incrementa)La potencia de la prueba (1 b) (incrementa)
S l ió d l di ñSelección del diseño:- El diseño es el modo de disponer las unidades experimentales para
t l l i t l d l t t i tcontrolar el error experimental y acomodar los tratamientos.
- El objetivo debe ser lograr la máxima información y exactitud con eluso más eficiente de los recursos disponiblesuso más eficiente de los recursos disponibles.
- Diseño totalmente aletorizado: los tratamientos asignan a lasunidades experimentales al azar.p
- P.e. Efecto de un probiótico en el pienso de lechones ibéricos:
Lechón 1 Lechón 2 Lechón 3 Lechón 4 Lechón 5 Lechón 6
A ( bi ) B ( t l)
Lechón 7 Lechón 8
A (probi.) B (control)
Di ñ t t l t l t i d l t t i t i l- Diseño totalmente aletorizado: los tratamientos asignan a lasunidades experimentales al azar.
- Este diseño proporciona poco control sobre el error en el caso- Este diseño proporciona poco control sobre el error, en el casode trabajar con animales.
Lechón 1 Lechón 2 Lechón 3 Lechón 4 Lechón 5 Lechón 6
A ( bi ) B ( t l)
Lechón 7 Lechón 8
A (probi.) B (control)
Bl i ió t t l t l t i Ai l l f t d l i l l- Bloquización totalmente aleatoria: Aisla el efecto del animal y elefecto del probiótico.
- El caso anterior pero con el peso al nacimiento como factor debloqueo:q
Lechón 1 Lechón 2 Lechón 3 Lechón 4 Lechón 5 Lechón 6
A ( bi ) B ( t l)
Lechón 7 Lechón 8
A (probi.) B (control)
PLechón 1 Lechón 3 Lechón 4 Peso mayorLechón 7
Lechón 2Lechón 5Lechón 6 Peso menorLechón 8 Lechón 2Lechón 5Lechón 6Lechón 8
A ( bi ) B ( t l)A (probi.) B (control)
Lechón 1 Lechón 3 Lechón 4Lechón 7
Lechón 2Lechón 5Lechón 6Lechón 8 Lechón 2Lechón 5Lechón 6Lechón 8
A ( bi ) B ( t l)A (probi.) B (control)
U id d i l id d d b ióUnidades experimentales vs unidades de observación- La unidad de observación puede no equivaler a la unidad experimental.
- Por ejemplo, la unidad de observación puede ser una muestra de launidad experimental:
- Plasma, si analizamos el nivel sanguíneo de colesterol.
- Muestras de plantas si analizamos la productividad de tresvariedades de trigo:variedades de trigo:
A A A
B
C
B
C
B
CC C C
U id d i l id d d b ióUnidades experimentales vs unidades de observación- La varianza de las unidades de observación son una medida válida de
l i d l i t lla varianza del error experimental.
- OJO muchas veces se utiliza las múltiples observaciones de la mismaunidad experimental como medida del error experimental de modounidad experimental como medida del error experimental de modoincorrecto.
- Por ejemplo: Efecto de dos piensos sobre el crecimiento de lechonesibéricos
P j l Ef t d d i b l i i t d l h- Por ejemplo: Efecto de dos piensos sobre el crecimiento de lechonesibéricos
Lechonera 1 (Pienso A) Lechonera 2 (Pienso B)Lechonera 1 (Pienso A) Lechonera 2 (Pienso B)
321 987
654 121110
Factor: Pienso
Niveles: 2 (A y B)
Tratamientos: 2 (A y B)
Unidades experimentales: 12 lechones (6A x 6B)
Variable de respuesta: Incremento de peso (P2 –P1)
Lechonera 1 (Pienso A) Lechonera 2 (Pienso B)
321 987
654 121110
Prueba t para comparar ambas medias (incremento de peso con A y con B)
A = 100 B = 250
Lechonera 1 (Pienso A) Lechonera 2 (Pienso B)
321 987
654 121110
Prueba t para comparar ambas medias (incremento de peso con A y con B)
A = 100 B = 250
¿Hay forma de descartar el error por el efecto de la lechonera?
C ál í l di ñ t ?¿Cuál sería el diseño correcto?
Lechonera 1 Lechonera 2 Lechonera 3 Lechonera 4
(Pienso A) (Pienso B) (Pienso A) (Pienso B)
1 4 7 102
1
35
4
68
7
911
10
123 6 9
C ál í l di ñ t ?¿Cuál sería el diseño correcto?
Lechonera 1 Lechonera 2 Lechonera 3 Lechonera 4
(Pienso A) (Pienso B) (Pienso A) (Pienso B)
1 4 7 102
1
35
4
68
7
911
10
12
Factor: Pienso
3 6 9
Niveles: 2 (A y B)
Tratamientos: 2 (A y B)( y )
Unidades experimentales: 4 lechoneras (2A x 2B)
12 unidades de observación (12 lechones)12 unidades de observación (12 lechones)
Variable de respuesta: Incremento de peso (P2 –P1)
F d iFases de un experimento.1. Planteamiento de la hipótesis
2. Diseño del experimento
3 Protocolo del experimento3. Protocolo del experimento
4. Realización del experimento
S i i t d l t l- Seguimiento del protocolo
- Recogida de la información
5. Análisis de los resultados
6. Interpretación y discusión de los resultadosp y
7. Extracción de las conclusiones
8 Difusión de los resultados y conclusiones8. Difusión de los resultados y conclusiones
P t d i ti ióProyecto de investigación:
- Esfuerzo organizado de un grupo de científicos para adquirirconocimientos sobre un fenómeno natural o artificial.
- El proyecto completo requiere de muchos estudios individuales,cada uno con objetivos específicos.cada uno con objetivos específicos.
Cada estudio individual responde a preguntas y proporciona- Cada estudio individual responde a preguntas y proporcionapiezas que en su conjunto satisfacen las metas del proyecto.
Pl ifi ió d l i ti ióPlanificación de la investigación
- La buena planificación es fundamental para organizar las tareasque requiere cada estudio individual.
- Facilita la toma de decisiones críticas.
P j lPor ejemplo:
- Un científico quiere mejorar el método normal para evaluar elcrecimiento de los caracoles terrestres.
A i í é d á d bl l d- Aunque existía un método estándar aceptable, planteado porsus colegas y definido de forma rígida
Planteó la hipótesis de que la medición por fotogrametría era- Planteó la hipótesis de que la medición por fotogrametría eramás eficiente en términos de tiempo, precisión y bienestar
- Un examen de la hipótesis requiere un estudio para determinar sip q pla medición fotogramétrica es más eficiente que la mediciónestándar.
- Decisiones críticas: número de caracoles a medir con ambastécnicas, tamaño de los caracoles, número de personas que vana efectuar las mediciones, número de replicaciones, quép qvariables registrar (además del tamaño) y qué análisis efectuar.
Pl d t d (P t l )Planes documentados (Protocolo)
- Desarrollar un plan por escrito es fundamental.
- Previene omisiones graves.
- Permite insertar o eliminar información relacionada con los detallesespecíficos.
- Clarifica el papel que cada investigador debe cumplir
- Seguir el protocolo minimiza errores humanos.
- En algunas instituciones es necesario aprobar el protocolo por elcomité competente (promotor, director de la institución, etc.).
- Las modificaciones o desviaciones del protocolo deben seridentificadas, fechadas, documentadas y conservadas junto con losdatos del estudio.
P t lProtocolo- Objetivo del estudio
- Identificación, teléfono y correo del director y de todos losinvestigadores participantes.
Di ñ i l- Diseño experimental
- Identificación de los factores que influyen: cuales son variables ycuales son constantescuales son constantes
- Variables e medir
D ll ló i- Desarrollo cronológico
- Todos los métodos y sus materiales
- Frecuencia y condiciones de la toma de datos
- Plan de trabajo
- Instrumento para la recolección de datos e instrucciones
BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA
Diseño de experimentos. 2000. Robert O. Kuehl. EditorialThomson. ISBN: 9706860487
Ciencia y tecnología en protección y experimentaciónCiencia y tecnología en protección y experimentaciónanimal. 2001. Jesús Zúñiga, Josep Tur Marí, SilvanaMilocco, Ramón Piñeiro. Editorial McGraw Hill. ISBN:8448603109.
Técnicas estadísticas con SPSS. 2003. César Pérez.Editorial Prentice Hall ISBN: 8420531677Editorial Prentice Hall. ISBN: 8420531677
