浅析环境性奶牛乳房炎的最新研究进展

周 曼

（中国农业大学动物医学院，北京 100193）

环境兽医学这一概念是基于环境的变化对动物健康的不利影响而提出的。在环境兽医学中，中心是动物，环境是以动物为主体、与动物密切相关的外部世界，即动物生存、繁殖所必需的、相适应的环境[1]。环境性乳房炎可以说是环境兽医学概念的一个具体体现。随着社会对环境问题研究的深入及环境性乳房炎对奶业影响的加重，对其研究的关注度也更加全面、细致。

环境性乳房炎是来自环境病原体引起的乳腺内炎症，粪便、室内环境、使用过的牧场或草场均是病原体的主要来源。在现代奶牛群中，传染性乳房炎通过执行标准化的乳房炎预防计划已经得到了相应的控制，而环境性乳房炎仍极为常见，且在治疗、控制、预防上花费巨大[2]。环境性乳房炎会导致生物效率低下或造成资源浪费，如奶牛产奶量下降、屠宰率增加、牛奶的丢弃、生育力受到影响等[3]。奶牛的健康和福利问题也与环境管理有关，牛奶体细胞数水平和乳房炎的发病率均与福利和农场经济相关[4]。为了控制乳房内的细菌感染，过去常常依赖于抗生素的使用（AMU）。2015年5月，世界卫生大会（WHA）已对细菌耐药性（AMR）的危机进行了讨论。在美国等国使用的所有抗菌药物中，约有80%用于动物饲料，家畜对细菌的耐药性正在促使人类的感染[5]。不依赖AMU的环境性乳房炎的控制主要依靠预防感染，其中宿主的耐药性、细菌载量和宿主与病原体之间的接触机会是感染风险的关键驱动因素。本文概述了环境性乳房炎的部分研究进展。

1 环境性乳房炎的致病菌

1.1 革兰氏阴性菌引起的乳房炎

大肠杆菌引起的乳房炎一般是短暂的，疾病的结局很大程度上取决于宿主的因素，包括哺乳期、能量平衡、维生素缺乏和疫苗接种情况[2]。抗体介导的体液免疫和中性粒细胞吞噬在宿主对大肠杆菌乳房炎的应答中起着重要作用，因此接种大肠杆菌乳房炎疫苗比接种其他乳房炎病原体疫苗效果更好[6]。具有持续性感染、反复发作的临床型乳房炎（CM）与干奶期感染有关[7]。控制环境性乳房炎，必须考虑到干奶期的环境管理和哺乳期的卫生或营养是否不足。经对乳腺致病性大肠杆菌的基因表型分析表明，其引发乳房炎是因其具有抵抗吞噬和发酵乳糖的能力[8]。有研究证明，克雷伯氏菌比大肠杆菌可引起更严重的临床表现和更强烈的宿主免疫应答。肺炎克雷伯菌几乎完全被视为环境病原菌，肺炎克雷伯菌乳房炎奶牛急性期蛋白和细胞因子浓度的变化与疾病结局有关，血清中结合珠蛋白、IL-1和IL-6浓度变化可以为疾病预后提供依据[9]。

1.2 革兰氏阳性过氧化氢酶阴性菌引起的乳房炎

除了无乳链球菌，所有的革兰氏阳性过氧化氢酶阴性菌（GPCN）均被视为环境性链球菌。无乳链球菌可能来源于环境，并且有研究支持人类是其起源宿主[2]。肠球菌、乳球菌早就被认为是乳房炎的病原。停乳链球菌作为环境性病原体的地位还有待商榷，但其患病率或发病率与乳房链球菌相当甚至超过后者[10]。乳房链球菌在致病机制上的研究是最多的，它的多克隆复合物（CC）中，CC5被认为毒力最高，很大程度上与CM有关，CC143主要与亚临床乳房炎有关，而CC86与潜伏感染有关[11]。

1.3 金黄色葡萄球菌引起的乳房炎

金黄色葡萄球菌，在人医上被发现由大多数人携带。患者在住院期间可能被自身菌株感染，同样奶牛也可能感染自身的金黄色葡萄球菌或其他环境菌株。研究表明，减少传染性乳房炎传播的防治策略对环境性金黄色葡萄球菌乳房炎的发生率并未起到有效的降低[12]。

2 流行病学

2.1 宿主范围

大多数主要的乳房炎病原体不是宿主特异性的。金黄色葡萄球菌是牛、羊和人共患的病原菌。无乳链球菌也是人畜共生的，而且也并非专性乳房内病原体，有20%～40%的健康男性和女性泌尿生殖道、胃肠道或喉咙中携带该病菌[13]。挤奶工人可能将病原体引入牛群。停乳链球菌分为两个亚种，S. dysgalactiae subsp. equisimilis和S. dysgalactiae subsp. dysgalactiae，后者是奶牛乳房炎致病菌，还可引起绵羊关节疾病。乳房链球菌和大肠杆菌几乎只感染牛，但曼海米亚溶血性乳房炎（Mannheimia haemolytica mastitis）常见于羊，不感染牛[14]。

2.2 细菌载体

乳房炎病原体很少通过媒介传播。但昆虫媒介，如苍蝇和黄蜂可能在传播某些乳房炎病原体方面发挥作用，特别是金黄色葡萄球菌、停乳链球菌和与夏季乳房炎有关的病原体[15]。病媒传播的乳房炎可能影响非哺乳期的奶牛，但由于病原体是通过病媒从一个宿主传播到另一个宿主，因此应归入传染性乳房炎。这类乳房炎通过环境控制，也就是昆虫控制，可能会降低传播的风险。

2.3 病原储藏

环境病原体的主要宿主是未使用或使用过的垫料和牛粪。例如，锯末是克雷伯菌乳房炎公认的危险因素，但锯末可以降低乳房链球菌乳房炎的风险；泥炭和稻草垫层是乳房链球菌乳房炎的危险因素[16]；沼渣和粪便是大肠杆菌乳房炎的危险因素。近年来，采用再生粪肥固体（RMS）作为垫料的发展趋势明显。RMS通过分离厌氧消化粪肥、分离生肥或分离生肥后进行机械鼓式堆肥。与消化粪肥和生肥相比，鼓堆肥固体在用作垫料之前不含大肠菌群，但它们是细菌的丰富营养来源，一旦使用，与堆肥、消化粪肥和生肥之间大肠菌群数量没有区别[17]。因此建议使用无机垫料，例如干沙子，以减少条件致病菌，但要避免使用循环沙或与肥料、粪便混合使用。

3 预防、检测和控制

3.1 生物安全

外部生物安全即防止病原菌进入畜群，对环境乳房炎影响有限。奶牛卧床材料和保健产品是病原体的来源。减少细菌接触的措施最重要的是奶牛乳头管理。在欧洲国家，挤奶前很少甚至禁止使用消毒剂，而在美国却很常用。已经污染的乳头与新乳房感染之间存在关联[18]。奶牛乳头清洁度评分体系已经被广泛应用，也用于评价乳头的角化程度。一项研究表明，严重角化过度与大肠杆菌或葡萄球菌CM的风险增加有关。挤奶机的参数设置不当会增加环境性乳房炎的风险，自动挤奶系统的引入，乳头管的频繁打开或携带病原菌的临床型乳房炎患牛的漏奶现象会给奶牛本身和牛群带来风险[19]。在卧床上使用碱性、酸性调节剂，可以改善大肠菌群和链球菌计数，如使用碱石灰时，细菌量确实减少，但会损伤乳头皮肤；而使用酸化剂时，要配合调节剂才能维持细菌量的减少[20]。

3.2 检测手段

炎症可根据体细胞计数（SCC）、电解质数据、酶标记物或急性期蛋白等进行检测[21]。培养细菌的种类鉴定可以用表型或基因型方法。PCR最常用于牛奶样品的病原培养物分离和鉴定，但问题是病原培养物的PCR存在假阳性结果[20]。环介导等温扩增（LAMP）技术耗时短，主要用于金黄色葡萄球菌和链球菌的检测[2]。现代表型检测则基于蛋白质组学，基质辅助激光解析电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）可直接用于牛奶样品的检测，但只能在细菌浓度较高的情况下检测[22]。健康牛乳中也可检测到致病菌的存在，因此乳房炎检测方法的研究不应仅停留在对正常无菌器官感染的检测，而更应关注健康牛高度多样化的腺体微生物群失调问题。

3.3 治疗

针对临床型乳房炎的治疗主要用抗菌药物和非甾体类抗炎药物。病原特异性的治疗对于金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和乳房链球菌是有用的，但不适用于克雷伯氏菌和停乳链球菌。一项研究提到，与第一代头孢菌素和不治疗相比，使用3/4 GC头孢噻呋和头孢喹肟对治疗有改善[23]，但对不同症状乳房炎的治愈程度存在争议。基于减少抗生素使用的治疗分为两种情况：严重的临床型乳房炎，持续进行全身抗菌治疗，但是治疗途径尚不清楚；没有体征表现的临床型乳房炎，延迟24h治疗，可采用农场培养系统（图1）[24]，找出主要感染菌，采用对症的抗生素进行治疗。在野外条件下，对常见乳房炎病原菌可通过选择性鉴别培养基的颜色而得到基于细菌分类的治疗方法，该方法的流程如图2所示[25]。干奶期是新感染风险的显著期，干奶牛疗法可以分为地毯式干奶牛疗法和选择式干奶牛疗法，但选择式干奶牛疗法的新感染风险更高[25]。该方法可以减少抗生素使用的治疗，基于对奶牛健康和福利的考虑，可以酌情使用。

图1 实验室Accumast平板革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌生长的目视评价1：链球菌 2：葡萄球菌 3：革兰氏阴性菌

图2 基于Accumast乳房炎病原菌现场诊断流程图

20世纪后期，环境污染引致的动物健康问题逐渐显现[1]，但环境性乳房炎的概念还没有能够引起人们足够的重视。在发达国家，奶牛传染性乳房炎可以通过良好的挤奶厅卫生、识别或治疗感染奶牛以及减少与患牛的接触和使用控制传播的可能性工具（如乳头消毒剂）来控制。同时针对环境性乳房炎的研究也在不断深入，并不断改进乳房炎治疗的方向。为满足社会对维持奶牛福利的要求，不断减少使用抗生素，特别是第三和第四代头孢菌素的使用。改进的农场诊断方法可以缩短诊断结果的时间。乳房炎疫苗开发方面的进展较小，尽管进行了大量的研究工作，但目前可用的乳房炎疫苗仅对大肠杆菌性乳房炎有较好的疗效，在革兰氏阳性乳房炎疫苗的研究上仍然缺失。

微生物区系研究是一个新的科学领域，微生物群研究表明，乳房炎不应被视为无菌器官的膜内感染，而应视为乳腺内的菌群失调。减少接触环境致病菌是预防环境性乳房炎的重要组成部分。随着农场规模、饲养模式、机械化、劳动力和卧床垫料的变化，有必要更好地了解如何通过环境和劳动力管理防止病原体的累积。不仅需要考虑卧床垫料，还需要考虑室内环境和室外环境可能带来的风险。环境性乳房炎还有以下三个方面亟待深入研究，即：如何改进传统的抗菌治疗和针对传染性乳房炎的预防措施；针对生存环境中奶牛与病原菌接触的情况，研究奶牛对环境病原菌的抵抗力；防制传播环境性乳房炎的新策略（如：如何并采取社会经济激励措施，以影响兽医和农民的防治理念）和新的乳房炎控制工具。