围生期奶牛易感疾病的原因及常见病患的早期监测

管若溦，刘建新

（浙江大学动物科学学院奶业科学研究所，杭州310058）

奶牛作为传统农业动物，人们多关注其泌乳阶段的产奶量和乳品质。而在妊娠后期、分娩时及泌乳前期，奶牛采食量会下降，并对其生理代谢产生显著影响。产犊前3周到产犊后3周的这一阶段定义为奶牛围生期。GOFF[1]发现，在产犊后2周内，奶牛极易患乳热症、酮病、胎衣不下、真胃移位等代谢性疾病，以及乳腺炎、子宫炎等感染性疾病。由于生理、代谢和激素的改变，围生期奶牛常处于能量负平衡状态，引起体内脂肪过度动员，极易引发代谢障碍；而围生期奶牛免疫功能改变，主要表现为免疫细胞数目改变且功能降低。牧场环境不佳及管理不当均会增加产后疾病的发生率。有研究表明，在围生期内，30%～50%的奶牛患有一种或多种疾病[2]，这些疾病会降低奶牛产奶量，改变乳成分，并且影响其繁殖性能，增加治疗成本，甚至缩短奶牛的预期寿命，显著影响生产效率。若能在疾病临床症状发生之前监测到机体的异常状态，则可降低产后疾病发病率，减少经济损失。因此，建立早期诊断和预防方式，尤其是围生前期（产前3 周）的监测机制，是保障围生期奶牛健康状态的有效方法。

1 围生期奶牛易感疾病的原因

1.1 养分摄取不足导致的代谢障碍

糖、脂肪、蛋白质是奶牛在围生期维持妊娠、分娩及泌乳的3 大能量来源。奶牛在妊娠后期，体内胎儿生长需要大量营养物质；分娩后，泌乳量的迅速增加同样需要能量供给。由于围生期间，瘦素、神经肽Y 等代谢信号对奶牛采食神经的调控作用，以及瘤胃的机械性压迫，导致奶牛采食量下降，无法提供足够的能源，使机体能量处于一种负平衡的状态。BELL[3]研究表明：胎儿的营养需求量在产前3 周达到最高峰，但此时的干物质采食量却下降10%～30%；围生后期（产后3 周）产奶量快速提高所需的能量超过了日粮的供给量。因此，能量负平衡是围生期奶牛的典型生理特征，并成为多种代谢性疾病发生的诱因。

能量负平衡的奶牛需通过动员自身体组织供能。此时，大量体脂肪组织被分解成非酯化脂肪（non-esterified fatty acids, NEFA）进入肝，参与代谢，除了进入三羧酸循环被完全氧化成CO2和H2O进行供能外，还有部分不能被完全氧化，形成β-羟丁酸（β-hydroxybutyric acid,BHBA）、乙酰乙酸和丙酮等酮体，部分再酯化形成甘油三酯。当肝中聚集大量BHBA和甘油三酯时，若无法被及时利用和清除，则会造成奶牛脂质代谢障碍，引起酮病、脂肪肝等代谢性疾病。SEIFI等[4]研究显示：奶牛血液中的NEFA 含量在产后第8 天达到峰值（0.91 mmol/L），然后缓慢下降；但BHBA 含量会在产犊时降低，分娩后逐渐升高，在产后第21天达到峰值。BUSATO等[5]也发现，奶牛在产犊前后，血液中NEFA 含量上升。此外，围生期奶牛分解脂肪组织产生的大量NEFA进入肝内，造成肝功能障碍，从而阻碍糖异生过程，减少葡萄糖的产生，影响奶牛体内糖类代谢，对产犊后的卵巢修复产生不利影响[6]。能量代谢的紊乱同时会影响到奶牛蛋白质代谢，奶牛产犊时所动员的蛋白质占其体内总蛋白量的25%～27%。BELL[3]发现，奶牛在产犊后会出现蛋白质负平衡，即体内的代谢蛋白不足以维持正常的生理状态，并且在产后第7天最为严重。而蛋白质的缺乏会加重奶牛的代谢紊乱，从而影响奶牛的健康状况。

1.2 免疫力下降导致的疾病感染率增加

如前所述，处于围生期能量负平衡状态的奶牛会动员大量的体组织进行供能，但过度的脂肪动员会造成奶牛体内活性氧和自由基的大量堆积，当活性氧的生成速度大于机体的抗氧化机制清除速度时，则造成氧化应激。LI等[7]发现，围生期患有临床型和亚临床型酮病的奶牛体内均发生了氧化应激反应，并且奶牛血浆中BHBA 和NEFA 浓度的升降也与氧化应激的强弱呈正相关。机体免疫细胞对氧化应激机制十分敏感，免疫细胞遇到刺激时产生的大量活性氧簇无法及时清除，则发生氧化应激反应，并损害细胞功能，降低围生期奶牛的免疫力。产后前10 天是奶牛感染性疾病和代谢性疾病的高发期[8]。奶牛在产犊前后，血液中嗜中性粒细胞的趋化作用和吞噬功能会显著下降，使机体抵抗病原菌的能力降低，从而引发多种感染性疾病，并且在奶牛分娩前，血液中CD4+和CD8+细胞数量显著降低，淋巴细胞功能下降[9]，而血液淋巴细胞对促有丝分裂剂刺激的反应性降低及B细胞产生的免疫球蛋白减少[10]，均会导致奶牛的免疫力低下，增加产后疾病的发生率。

奶牛体内内分泌激素变化也指征免疫状态低下。糖皮质激素可调节糖、蛋白质及脂肪的合成和代谢，并降低L-选择蛋白和CD18表达量，影响中性粒细胞的活性和功能；同时，也可降低淋巴因子的DNA合成，抑制淋巴细胞活性及相关炎症介质的合成和释放，使机体产生免疫抑制[11]。皮质醇、孕酮也是重要的免疫抑制剂，在围生期奶牛内分泌调节中起到关键作用[12]。但MOYES等[13]发现，糖皮质激素浓度仅在产犊当天提高，而严重的免疫抑制发生在产后3 周内，所以固醇类激素的变化与免疫抑制的同步性还有待研究。围生期奶牛的内分泌激素也会调节能量负平衡及免疫抑制。奶牛在泌乳初期，能量需求量大幅增加，大部分血糖进入肝中供能，血浆葡萄糖含量降低，从而引起胰岛素含量下降。常维毅等[14]研究表明，围生期奶牛血液中的胰岛素及其与胰高血糖素比值都逐渐降低，这有利于启动脂肪动员和糖异生作用，并调节血糖回归正常水平。围生期奶牛干物质采食量受到多种激素和代谢产物共同调节，如生长激素和瘦素[15]。有研究表明，奶牛在泌乳初期，血液中生长激素含量会上升，以促进葡萄糖合成，为机体提供能量，加速产后机体的恢复速度[16]。瘦素可调节奶牛采食量和能量消耗，以及通过影响脂肪沉积来改变奶牛的体质量。奶牛泌乳早期血浆瘦素含量低于干奶期，这可能是因为泌乳早期能量供给不足，降低了白色脂肪组织中瘦素的合成量[15]。另一方面，瘦素含量的下降可通过下丘脑采食中枢刺激奶牛食欲，增加采食量以维持机体的正常代谢[17]。

围生期奶牛免疫抑制与泌乳需求相关。KIMURA 等[18]对比了乳房切除奶牛与正常奶牛（乳房未切除）在围生期时中性粒细胞与淋巴细胞的功能，结果发现：正常奶牛在临产前淋巴细胞功能下降，过氧化物酶活性降低；实行乳房切除术的奶牛产犊时外周血T 淋巴细胞百分比下降，淋巴细胞功能保持平稳，且减少了低血钙等代谢紊乱的发生。

1.3 环境不佳及管理不当诱发的疾病感染

围生期饲养管理不当及卫生环境不佳是增加产后疾病易感性的外部原因。牛舍与牛床的粪尿不及时清理，造成奶牛牛体清洁度不达标，肢蹄及乳房常沾有大量的粪便，病原体和微生物极易侵入体内，感染子宫和乳腺。牛舍及挤奶厅未按时消毒、挤奶消毒不当等造成奶牛生活环境不佳，大量滋生大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌等有害菌，诱发奶牛子宫内膜炎及乳腺炎。LACASSE等[19]认为，奶牛产后1 周内，每天2 次不完全挤奶，可抑制第1 周的产奶量并减少围生期代谢紊乱和免疫抑制。此外，挤奶时未按照规定程序进行，增加了乳腺炎的发生率；围生期奶牛产前运动不足，易患肢蹄病及难产，产后恢复亦会减慢；产后干物质采食量不足及消化率低下，会造成代谢障碍和免疫抑制。产前饲喂过多精料，易造成奶牛酮病、脂肪肝、真胃移位等疾病；日粮中钙、镁、磷、硒等微量元素的不足同样导致产后疾病多发。

2 围生期奶牛常见病患及早期监测

2.1 围生期奶牛常见病患

2.1.1 代谢性疾病

围生期奶牛由于能量负平衡会导致多类代谢性疾病的发生，如酮病、脂肪肝等。为了缓解能量负平衡带来的危害，牧场会选择补充精料以提高日粮的营养浓度，但围生期奶牛瘤胃功能较弱，使大量的短链脂肪酸堆积在瘤胃中，诱发瘤胃酸中毒[20]。奶牛临近分娩时子宫内胚胎增大会挤压真胃，产犊后奶牛采食量较低，真胃发育迟缓而不能及时复原，仍被前胃挤压，并且围生期奶牛被饲喂大量的精料和青贮玉米，这些饲料在胃中发酵时会形成大量挥发性气体，引起真胃的扩张，并诱发真胃移位[21]。同时，围生期奶牛血液中钙、镁浓度的降低，会引发低血钙症和低血镁症，且血钙的负平衡还会增加产后乳热症（产后瘫痪）的发病率，并与胎衣不下的发生具有关联性[22]。

2.1.2 乳腺炎

奶牛乳腺炎在生产中的发病率高达78%[23]，严重危害奶牛养殖业的发展。奶牛乳腺炎发病的诱因很多，但根本原因是乳腺对有害物质的入侵抵抗能力下降，从而引起了炎症反应。围生期奶牛由于能量负平衡，会动员大量的体脂进行供能，脂肪酸在氧化过程中形成大量的活性氧和自由基，而这时的奶牛抗氧化能力较弱，大量的自由基随血液循环进入乳腺并蓄积在乳腺内，造成乳腺的氧化应激，损伤乳腺组织，从而降低乳腺免疫力，最终导致乳腺炎的发生[24]。

奶牛在分娩前后其免疫系统会发生变化，表现为中性粒细胞和淋巴细胞数目减少，并且两者的吞噬能力和杀菌能力也有所下降。围生期活化的巨噬细胞和肥大细胞会释放一些促炎信号分子，这些信号分子随着血液流动，并刺激全身炎症反应的发生，从而引发乳腺或子宫炎症。炎性因子的释放也会影响围生期奶牛的代谢环境，某些炎性因子会降低胰岛素敏感性并促进脂肪分解，加重能量负平衡，引发脂肪肝等疾病[25]。

2.1.3 生殖道疾病

大多数奶牛在产犊后2～3周内，子宫极易受到细菌的污染。DUBUC 等[26]发现，产犊后3～9 d，10%～20%的奶牛患有子宫炎，15%～40%的奶牛患有宫颈炎；且一种疾病的发生往往伴随着多种生殖道疾病的并发。免疫功能低下，尤其是中性粒细胞功能减弱，是围生期奶牛发生生殖道疾病的原因[27]，而围生期的能量负平衡会导致奶牛的免疫功能障碍，尤其是在产后1周，奶牛的免疫力达到最低点，这时也是生殖道疾病发生率最高的时期[28]。

2.2 血液、乳汁代谢物对常见病患的早期监测

2.2.1 代谢性疾病的早期监测

酮病作为典型的奶牛代谢性疾病，早期多依赖于临床症状，以及尿、乳中的酮体含量指征，但结果多为假阴性，因此，较为普遍的是检测血清中BHBA含量以诊断酮病，国际上通用的酮病“金标准”为c（BHBA）＞1.2 mmol/L。ASL等[29]将泌乳早期NEFA浓度达到0.26 mmol/L 作为酮病发生的诊断点；OSPINA等[30]认为，产前14 d到产前2 d的c（NEFA）≥0.3 mEq/L，以及产后3 d 到产后14 d c（NEFA）≥0.6 mEq/L 和ρ（BHBA）≥10 mg/L，都可作为奶牛产后患酮病的表征物。也有研究表明，奶牛产犊前血液中NEFA、BHBA、葡萄糖、谷草转氨酶、对氧磷酶1及体况评分[31]对产后奶牛酮病的预测具有较高灵敏性。RUKKWAMSUK 等[32]发现，血液中NEFA 含量可作为衡量奶牛脂肪肝发生的一个常规指标。除了能量代谢指标外，肝功能指标如谷氨酰转肽酶、山梨醇脱氢酶、谷草转氨酶及胆红素等都是指征奶牛脂肪肝发生的重要血液指标。KALAITZAKIS等[33]研究表明，血清鸟氨酸氨基转移酶和谷氨酸脱氢酶活性及NEFA/胆固醇比值是指征脂肪肝的较好指标。除此之外，AMETAJ等[34]发现，血液中肿瘤坏死因子α、血清淀粉样蛋白A 及触珠蛋白与奶牛肝的总脂峰值呈正相关，说明急性期反应与脂肪肝的发生有密切联系。

临床型低血钙（总钙浓度＜1.4 mmol/L）和亚临床型低血钙（总钙浓度为1.4～2.0 mmol/L）常发生于产后72 h内，并伴随着精神不振、轻微瘫痪，甚至死亡。血钙浓度是诊断低血钙症的最佳指标。ROBERTS等[35]发现产前1周血清中的Ca2+浓度会下降，且与奶牛产后患低血钙症有关；CHAPINAL等[36]证明了奶牛产前血液中的Ca2+流失会增加产后患低血钙症，甚至是胎衣不下、真胃移位等疾病的风险。但也有研究者对此持反对意见，如：GOFF等[37]研究表明，Ca2+浓度并不是引起奶牛低血钙症的主要原因，而是K+的浓度会导致奶牛产生代谢性碱中毒，并引发低血钙症；LEAN 等[38]也相继提出，P3+浓度才是决定奶牛患低血钙症的主要原因。多项研究表明，产后低血钙症的发生，并不是由单一离子浓度的变化而决定的，如：GOFF[39]发现血中钙、磷、钾、镁离子的平衡被打破，会使奶牛患低血钙症的风险增加；肖鑫焕等[40]通过统计分析发现，产前血中Ca2+和P3+水平对产后低血钙症的预测有良好的敏感度和特异性。WANG 等[41]利用表面增强激光解析电离飞行时间质谱（SELDI-TOF-MS）技术对亚低血钙奶牛血浆蛋白分析发现，与健康奶牛相比，亚低血钙奶牛的血浆白蛋白、纤维蛋白原α 链、淀粉样β蛋白和神经生长因子诱导蛋白（VGF）含量增加，载脂蛋白A-Ⅱ和血清淀粉样蛋白A 含量减少。SHU 等[42]发现：与健康奶牛相比，临床型低血钙症奶牛产前3 d 血液维生素D 结合蛋白前体、对氧磷酶、载脂蛋白A-Ⅳ前体和α-1-抗胰蛋白酶含量减少，A2M 蛋白含量增加；亚临床型低血钙奶牛血液补体C4前体、A2M蛋白、内皮素1、血红蛋白和触珠蛋白含量减少。

除了营养性代谢病外，不少研究聚焦于围生期奶牛常患的其他代谢病的早期监测。DERVISHI等[43]发现，与健康奶牛相比，产后胎衣不下奶牛产前血清白细胞介素-1（interleukin-1,IL-1）、IL-6、肿瘤坏死因子（TNF）和乳酸含量明显升高。在预产期前的最后7～10 d，奶牛血液高浓度NEFA（＞0.4 mmol/L），会使奶牛产后真胃左方位移的发病风险增加2～4 倍。ZHANG 等[44]研究表明，产后跛足的奶牛，其产前血清中的乳酸含量显著升高，并且血清中的促炎因子如IL-6、触珠蛋白也会在产前升高。

2.2.2 感染性疾病的早期监测

围生期奶牛生理和代谢的紊乱，使机体的免疫系统抵抗力下降，体组织极易受到微生物侵染而发生炎症反应，乳腺炎就是一种典型的围生期感染性疾病。奶牛产后多处于亚健康状态，其血清中的触珠蛋白含量明显提高，这说明即使没有微生物的入侵，产后也会有炎症的发生。牛奶中体细胞数目越高，表明奶牛乳腺健康状况越差。一般认为，牛奶中体细胞数大于50 万mL-1的奶牛为临床型乳腺炎，而体细胞数在20 万到50 万mL-1之间的奶牛为亚临床型乳腺炎。但也有研究者对此提出异议。RAINARD 等[45]研究表明，体细胞数目与炎症易感性并没有确切的联系，体细胞数目较低的奶牛，也同样容易引发炎症。除了体细胞数这一指标外，许多研究也为乳腺炎的发生提供了其他的指征物。DAVIS 等[46]认为，乳中的L 型乳酸可以作为奶牛产后患临床型与亚临床型乳腺炎的标志物；NIELSEN等[25]提出，乳中的急性期蛋白可作为奶牛感染乳腺炎的指征物。也有研究表明，奶牛乳中的乳酸脱氢酶[47]和触珠蛋白[48]都可以作为乳腺炎发生的生物标志物。MOLENAAR 等[49]发现：血清淀粉样A-3 蛋白（M-SAA3）的表达量在奶牛乳腺炎发生过程中出现明显变化，该蛋白在奶牛妊娠后期中度表达，但在泌乳期内，表达量下调，直到奶牛乳腺中出现乳汁淤积，其表达量才上调；在奶牛发生中度及重度乳腺炎时，其表达量不断上调。

除了对乳腺炎发生时的指标检测，乳腺炎的产前预测也成为研究热点。DERVISHI 等[50]发现，产后患亚临床型乳腺炎的奶牛，其产前8 周血清中的触珠蛋白、淀粉样蛋白A 和乳酸含量明显升高，产前4周血清肿瘤坏死因子和IL-1含量上升，这些指标都可作为围生期奶牛产后患亚临床型乳腺炎的早期筛选指标。DERVISHI等[51]对20头健康奶牛和6 头亚临床乳腺炎奶牛血清进行气相色谱-质谱（GC-MS）分析发现：在亚临床型乳腺炎诊断周，奶牛体内有17种代谢物发生了改变；奶牛产后4周的血清中共有10种代谢物发生改变；产后8周时有11种代谢产物差异显著；产犊前8 周和4 周，缬氨酸（Val）、丝氨酸（Ser）、酪氨酸（Tyr）和苯丙氨酸（Phe）对亚临床型乳腺炎有很好的预测能力；产后4～8周，Val、异亮氨酸（Ile）、Ser和脯氨酸（Pro）的联合应用可作为泌乳早期亚临床乳腺炎的诊断指标。

BICALHO等[52]通过对比研究发现，乳中葡萄糖含量是预测奶牛子宫疾病的有效因子；HAILEMARIAM等[53]通过代谢组学分析，筛选出肉碱（C0）、丙酰肉碱（C3）和溶血磷脂酰胆碱酰基C14：0 等指征物，可用于产前4 周预测奶牛产后疾病的发生情况。BRADFORD等[54]发现，与健康奶牛相比，产后患子宫内膜炎的奶牛在产犊前2 周血液α1-酸性糖基化蛋白（α1-acid glycoprotein,AGP）含量较低，在产犊后2 周含量增加，因此认为AGP 蛋白是子宫内膜炎的指示剂并在其病理过程中发挥重要作用。但CAIROLI等[55]认为，健康奶牛产犊前后体内也会发生炎症反应，表现为阳性急性期蛋白（AGP、触珠蛋白）增加及阴性急性期蛋白（胎球蛋白-A）减少，这是围生期奶牛适应生理状态改变的必经过程。我们检测了大群围生期奶牛产前产后各4周的血常规、血液生化和免疫因子等指标，发现产后奶牛乳中体细胞数与产前血液NEFA、BHBA等有密切关系，特别是与血小板和淋巴细胞比值、嗜中性细胞和淋巴细胞比值具有很高的相关性（数据未发表），说明用产前血液预测产后乳腺炎等疾病是可行的。

3 小结与展望

围生期奶牛产后疾病的高发率严重影响奶牛产业的经济效益，并且高产奶牛往往伴随着更严重的健康问题，这不仅会影响奶牛的生产性能，而且会导致牛奶品质下降，产生安全隐患。了解围生期奶牛产后易感染疾病的原因，以及建立起围生期常见疾病的早期监测体系，尽早采取相应措施，可减少产后疾病的发生率。当然，奶牛对疾病的易感还可能与其遗传背景相关。因此，也需要从遗传角度对致病基因进行早期筛选，以便更有效地降低疾病发生，维护奶牛围生期的健康。