奶牛乳腺防御机理及乳房炎防治研究
葛影影+李静茹+王根林+张爱凤+张震
摘要：从非特异性屏障、细胞群防御、体液抗体、乳汁抗菌物质及细胞因子方面，对奶牛乳腺的免疫防御功能进行了综述，并在此基础上论述了奶牛乳房炎的预防和治疗技术。认为乳房炎的复杂性和特异性限制了人们对奶牛乳腺免疫防御机理的全面认识和掌握，进而影响乳房炎的防治研究进程。因此，深入探索奶牛乳房炎的防御机理及防治技术，降低乳房炎的发病率和经济损失具有重要意义。
关键词：奶牛；乳腺防御；乳房炎；防治
中图分类号：S858.23 文献标识码：B 文章编号：1007-273X（2016）08-0011-04
1 奶牛乳腺防御机理
奶牛乳腺免疫防御系统发挥保护乳腺的作用。根据获得的免疫途径和类型分为2大类。第一类是非特异性免疫，主要在早期对乳房起暂时性的抗感染保护作用。第二类是特异性免疫，非特异性免疫不能及时彻底清除入侵的病原菌，便开启特异性免疫识别相同抗原，并有选择性地对外来抗原作出相应的免疫应答的防御机制。特异性免疫系统通过高度分化的免疫细胞、免疫球蛋白（Ig）和体液抗体因子识别和清除病原菌[1]。
1.1 非特异性屏障
在缺少免疫系统参与的情况下，乳腺组织因其特殊的生理构造具有抗感染保护作用。乳头管括约肌和乳头管内上皮细胞分泌的角蛋白构成了乳腺抗感染的第一道防线，角蛋白不仅能阻止病原菌侵袭机体，而且其分泌抗菌活性的蛋白质和脂类组成的化学成分，如豆蔻酸、棕榈酸、亚油酸等脂肪酸具有抗菌作用[2]。乳头管黏膜和内上皮细胞产生的溶菌素以及乳头管近端产生的局部抗体和淋巴因子均有抵抗细菌入侵的能力[3]。同时，乳头管周围括约肌在挤奶间隔期处于紧闭状态，可阻止病原菌入侵，并在挤奶时将乳头管内角蛋白上的病原菌封锁在局部，而后在挤奶期间随角质层脱落被挤出。
1.2 细胞群免疫
乳腺内部的免疫防御功能受巨噬细胞、淋巴细胞、NK细胞等的相互配合调节。巨噬细胞主要通过蛋白酶和活性氧吞噬和杀伤病原来保护乳腺和乳汁健康。炎症反应时，乳腺巨噬细胞数量减少，主要释放前列腺素、白细胞三烯和细胞因子等化学物质，加剧炎性反应并吸引大量嗜中性多形核白细胞（PMN）进入乳腺组织稀释刺激性物质，中和毒性产物，并在乳区周围吞噬和消化病原菌，减少病原菌数量[4，5]。
奶牛乳腺中的T淋巴细胞、B淋巴细胞是参与细胞和体液免疫应答的重要部分。B淋巴细胞和T淋巴细胞对抗原及多种有丝分裂均有识别反应。患乳房炎时，血液中的B淋巴细胞活性降低，而乳房淋巴结中的该细胞活性则升高，这可能是炎症发展过程中血乳屏障受破坏引起活性高的B淋巴细胞从血液渗入乳腺及乳汁中。T淋巴细胞包括CD4+、CD8+淋巴细胞和γδT淋巴细胞。健康奶牛乳腺组织中CD8+发挥主要免疫功能。乳腺发生炎症时，外周血中的CD4+占优势地位，激活群内其他细胞参与免疫反应，血液中分泌修复受感染部分的生长因子的γδT细胞数量增加。但在金黄色葡萄球菌引起的慢性感染的乳腺中，CD8+数量大于CD4+，因此CD8+占主导作用。
NK细胞介导乳腺产生免疫应答过程，主要起杀灭靶细胞、保护乳腺组织的作用。
1.3 体液抗体
体液免疫中的4种免疫球蛋白IgG1、IgG2、IgM、IgA，主要通过血液选择性进入乳腺内起到重要的抑菌防御作用[6]。抗体的浓度变化与奶牛的泌乳阶段以及乳房炎症发展有关。泌乳初期Ig浓度一般较低，接近干奶和分娩时，乳汁中Ig含量逐渐增加，使初乳中Ig达到较高水平。奶牛乳房炎发生时，乳汁中的Ig浓度上升。健康乳汁中，IgG1是调理细菌的主要抗体，因自身调理功能弱不能有效发挥调理中性白细胞对金黄色葡萄球菌的吞噬，同时也影响IgG2和IgM的调理活性，但乳汁中IgG2的浓度会随炎症的发展而增加。正常乳汁中IgA含量低，不是主要调理剂，但在有效阻止病原附植乳腺上皮细胞的局部免疫应答中发挥重要作用。IgM不是乳汁中的主要调理剂，仅存在免疫后的短时间内[7]。乳汁中IgG2的含量少，但在葡萄球菌和链球菌感染中起免疫调理作用。
1.4 乳汁抗菌物质
乳汁中含有的乳铁蛋白、补体蛋白、溶菌酶和乳过氧化物酶系统等抗菌活性物质发挥保护机体和维持乳腺健康的重要作用。
乳铁蛋白是乳腺上皮细胞和白细胞产生的能结合乳汁中游离铁离子的乳清蛋白，有效抑制需铁性革兰氏阴性菌（大肠杆菌、沙门氏菌等）和革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌等）的生长繁殖[8]。在乳铁蛋白结合细菌细胞膜上的脂多糖复合物或直接破坏细菌的影响下，增强了中性粒细胞的吞噬能力。泌乳期乳铁蛋白含量低于干奶期和炎症期，它在干奶期主要发挥阻止大肠杆菌侵染的防御作用[9]。乳铁蛋白和IgG1的协同作用可抑制大肠杆菌和肺炎克雷伯氏菌的生长，但不能抑制无乳链球菌对铁的需要和利用。
补体蛋白主要由存在机体血清和乳汁中的肝细胞以及单核细胞和组织巨噬细胞合成，主要是在补体受体调节作用下，溶菌、调理以及吸引吞噬细胞到达补体作用部位。补体蛋白特别是在抵抗大肠杆菌性乳房炎的炎症介质中起主导作用[10]。泌乳期健康乳汁中补体浓度较低，补体通过血乳屏障渗透到乳腺中可能引起初乳、干乳及炎性乳汁中补体浓度增加。
溶菌酶通过裂解细菌外膜的肽聚糖而发挥调理剂的作用。内毒素能引起乳区溶菌酶含量显著增加。泌乳期内溶菌酶的活性高于干奶期，主要对乳腺免疫起调节作用。
乳过氧化物酶是抵抗乳汁细菌的一种氧化还原酶。该类酶通过与H2O2、SCN-结合组成具有抑菌和杀菌作用的乳过氧化物酶系统（LPS）。研究表明，激活该系统后可抑制大肠杆菌、沙门氏菌等革兰氏阴性菌以及金黄色葡萄球菌等革兰氏阳性菌的毒害作用。
1.5 细胞因子
白细胞介素-2（IL-2），γ-干扰素（IFN-γ）、集落刺激因子（CSF）、肿瘤坏死因子（TNF）等乳房炎免疫调节的细胞因子， 是乳房炎控制研究的重要部分。
白细胞介素-2（IL-2）是粒细胞产生的多肽类因子，具有多重免疫学功能。研究发现，乳腺内注射的IL-2诱导血液中嗜中性粒白细胞迁移至乳汁而引起乳中体细胞数升高；使用重组IL-2可加速干奶期乳腺组织退化，增加抗体IgG的局部合成能力，增强淋巴细胞的细胞毒性和杀菌性，降低乳房内感染[11]；接近分娩期和乳腺分泌初乳中IL-2的活性较低，使分娩前后乳房炎的发病率大大增加[12]。
γ-干扰素（IFN-γ）是由T淋巴细胞与分裂素或抗原在免疫应答过程中产生的细胞因子，可改变乳腺吞噬细胞生物学功能，从而有效控制乳腺炎的发生。Sordillo等[13]证实IFN-γ对实验性大肠埃希菌型乳房炎有疗效。伍杰[14]研究发现，单独使用γ-干扰素或乳酸环丙沙星均可控制金黄色葡萄球菌型临床乳房炎，两者配合使用疗效好。
集落刺激因子（CSF）是造血干细胞增殖和分化必需的细胞因子。粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）可预防乳腺内的新型感染以及提高粒细胞的趋化性和巨噬细胞的吞噬作用。Takahashi等[15]表明重组集落刺激因子（rboGM-CSF）具有治疗金黄色葡萄球菌引起的亚临床型乳房炎的可行性。
肿瘤坏死因子（TNF-α）是在急性炎症过程中产生的一种细胞因子，发现大肠杆菌性乳腺炎严重感染的病死奶牛乳腺的乳汁和血清中表达水平很高，可能是体内的应激反应促进大量TNF产生，进入机体微循环对血管内皮细胞产生极大的破坏作用[16]。TNF-α能增强部分抗生素杀伤金黄色葡萄球菌的能力，可用作抗生素的辅佐治疗剂。
2 奶牛乳房炎的防控
奶牛乳房炎是奶牛养殖业常见、高发疾病之一，为提高经济效益、社会效益和生态效益，最大限度降低奶牛乳房炎的感染率和发病率一直是国内外学者的研究重点。采取综合性预防措施是控制乳房炎发生的优良方案。
2.1 改善牛体和牛舍环境卫生
环境卫生差导致病原菌大量生长繁殖，乳房炎的感染率增加。研究发现，隐性乳房炎的发病率与牛舍环境管理有一定的关系[17]。因此，保持牛体和牛舍良好的环境卫生是防止病原菌滋生及传染的关键。牛舍应注意防疫和防火，保持适当间距，并做好绿化工作。牛舍、运动场应保持清洁、通风透光、干燥、冬暖夏凉，且排粪污顺畅，防止牛卧地休息时病菌通过乳头管入侵乳房造成感染。在乳房炎多发季节应严格增加消毒次数。
2.2 加强饲养管理
饲养管理是发挥奶牛生产性能，保证奶牛健康，增加经济收入的重要环节。能量、蛋白质、矿物质、维生素和水这五大营养物质是维持奶牛健康、保证其正常生长发育和产奶不可或缺的[18]。根据奶牛各阶段的营养需要，进行规范化饲养并合理控制精粗饲料的饲喂比例，增加青绿、青贮料的饲喂量；按奶定料，按牛投料，禁用霉变饲料。日粮中补充维生素和微量元素，增强机体抗病力，减少或消除奶牛乳房炎的发生，从而提高牛奶的品质与牧场的经济效益[19]。
2.3 加强挤奶过程管理
挤奶是牧场的日常生产管理工作之一，加强挤奶过程管理是预防和控制奶牛乳房炎的重要环节。挤奶方法的正确与否与奶牛乳房健康、乳品质量、生产性能发挥和经济效益密切相关。随着科技的发展和集约化生产模式的推进，费时费力的传统人工挤奶方式逐渐被机械挤奶取代。但机械挤奶过程中常发生病原微生物的传染，尤其易通过挤奶员旳手、乳杯和其他挤奶设备在牛只个体不同乳区或在牛群中传播[20]。同时，挤奶器械未合理使用、未定期维护都易造成乳房组织损伤，为病原的侵染提供机会，增加了乳房炎的发病率。未使用机器挤奶前尽可能给分娩一周左右的奶牛和乳房炎的奶牛提供安静、舒适的环境。严格遵循奶牛的泌乳反射规律，对控制奶牛乳房炎的发生很重要[21]。
2.4 重视乳头保健管理
乳头保健的原则应是手工挤奶前先认真清洗、消毒，用正确方式挤奶。挤奶员需具备专业知识，熟悉乳房结构，并了解乳房炎的病因和预防常识，从而提高挤奶操作的基本规程。健康牛和病牛分开挤奶，挤奶前后均进行乳头药浴。乳头药浴对消除病原菌（无乳链球菌、停乳链球菌、金黄色葡萄球菌）感染，控制乳房炎发病率具有重要作用。Oliver等[22]证实，挤奶前后均采取乳头药浴较挤奶后药浴对控制乳房炎更有效，而且临床型乳房炎和由乳房链球菌、停乳链球菌、G–菌引起的乳房内感染率也降低。
2.5 重视乳房炎病牛的监测
监测乳房炎病牛，切实做到“早发现早隔离早治疗”。临床型乳房炎病牛应隔离饲喂，奶桶和毛巾单独使用，用后高温或高压消毒，病牛乳汁经灭菌处理后废弃，病牛严格隔离治疗，且要彻底治愈。对久治不愈、反复发作的慢性感染牛及早淘汰。此外，高发季节对泌乳牛进行隐性乳房炎筛查，降低经济损失。
2.6 合理接种疫苗
合理接种疫苗是防控乳房炎的有效途径，目前已研制并使用的疫苗包括金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌、多联苗等，并具有良好的应用前景。Hogan等[23]研究表明，奶牛免疫接种大肠埃希菌疫苗后，血清和乳清中抗E.coli（O111：B5）J5和E.coli 727IgG的抗体效价显著提高（P<0.05），临床型乳房炎的发病率降低。罗金印等[24]初步研制了奶牛乳房炎多联苗A、B、C 3种，经试验验证，菌种为金黄色葡萄球菌、无乳链球菌、停乳链球菌的多联苗（A），对奶牛乳房炎起免疫保护作用。但由于奶牛乳房炎病原的复杂性，目前世界上还未研制出一种能够抵御各种乳房炎致病菌的疫苗。
3 乳房炎的治疗
由于引起乳房炎的病原种类不同，各地区治疗药物的选择不同，细菌的耐药程度也不同，各地区存在一定的差异性。因此针对乳房炎患牛，必须诊断病原后针对性给药治疗。为促进奶牛养殖业的健康、高效发展，应结合各地区的病原药敏试验结果和耐药菌株筛查合理选择价格低、效果好的临床防治药物。
3.1 物理疗法
物理疗法主要包括乳房按摩和温热疗法。①乳房按摩促进乳房内容物的排出，保持乳导管顺畅。但在化脓性、出血性乳房炎以及乳房坏死等情况下不应采用乳房按摩和热敷，而应对病牛乳区增加挤奶次数，防止血液腐败，保持乳导管畅通，利于药物作用发挥，促进乳房康复。②温热疗法，通常先采用冷敷的方法缓解炎症反应，2 d后换热敷，促进炎症消退。
3.2 药物疗法
药物疗法主要包括乳房灌注和全身疗法。乳房灌注：采用通乳针或注射器直接向乳头内注射药物，或者乳区内注入生理盐水，既可缓冲药液对乳房组织的刺激，使药液均匀扩散，又能使乳房组织有充实感，起到压迫止血的作用。
奶牛乳房炎的治疗手段逐渐多样化、科学化。国外重点使用抗生素治疗，Buragohain等[25]应用硫酸庆大霉素、氨比西林钠等乳池注射，治愈率100%。国内临床常用治疗药物有青霉素、链霉素、红霉素、磺胺类、喹诺酮类等。早期对乳房炎主要病原菌的耐药性研究发现，红霉素和氯霉素是乳房炎的首选治疗药物，并得到了临床广泛应用。但长期大量使用抗生素使耐药菌株种类、数量增加，治疗效果受影响。张中文等[26]通过乳房炎不同病原的药敏试验发现喹诺酮类药物特别是诺氟沙星、环丙沙星显示出较好的抑菌作用，而青霉素、链霉素、磺胺类、大环内酯类等乳房炎治疗常用药物几乎无效。
中药含有多种机体易吸收的生物活性成分，且毒副作用小，几乎无残留、无抗药性，不污染环境，尤其在治疗奶牛乳房炎方面独具优势[27]。同时，中药又具解热、镇痛消肿、抗炎等作用，通过提高机体的免疫力起到抗菌、抗病毒作用。詹国华等[28]采用复方蒲公英注射液治疗奶牛乳房炎，治愈率为83.9%，总有效率为98.6%。张振国等[29]用中药灌注剂治疗临床型乳房炎，有效率和治愈率分别达100.00%和90.91%。
中药治疗呈现疗效慢、疗程长和投药剂量大的缺点。若能通过中西医结合，治疗奶牛乳房炎的效果会更佳。孙凌志等[30]采用复方中草药结合青霉素、普鲁卡因乳房封闭疗法治疗102例奶牛急性乳房炎，76例慢性乳房炎，12例隐性乳房炎，治疗效果较好。谢才丰用蜂胶乳头灌注结合庆大霉素，左旋咪唑注射的综合手段治疗临床型奶牛乳房炎，治愈率达91.2%，总有效率达100%[31]。
3.3 其他疗法
为减少或避免抗生素使用带来的药物残留和耐药性等生产难题，杨雪峰[32]依靠先进科学技术，成功研制了治疗奶牛临床乳房炎的1种新型纳米级复方抗菌药物，同时，也期待利用更多新技术解决抗生素使用带来的危害。
有效微生物群（EM）是从自然环境中筛选的光合细菌、乳酸菌等微生物复合菌体培养而成。研究发现，试验组奶牛经饲喂添加EM的精料和每2 d用EM活菌剂稀释液喷洒牛体及牛舍处理后，较对照组乳房炎的发病率显著降低[33]。
孙怀昌[33]研究表明，人溶菌酶基因的重组质粒治疗乳房炎有效，且发现重组质粒的疗效受使用剂量和次数的限制。Coelho等[34]研究出1种葡萄球菌分泌的抗菌肽—金黄色葡萄A70和A53，这2种抗菌肽能抑制葡萄球菌链球菌，两者合用效果更佳。
4 小结
通过对奶牛乳房炎免疫防御机理及防治技术的研究综述，可看出乳房炎病原的多样性和特殊性，增加了乳腺免疫反应过程的复杂性。总之，乳房炎病原的复杂性影响人们对乳腺防御功能的全面了解和掌握，进而增加治疗奶牛乳房炎的难度。因此，要从不同角度、不同技术着手，采取操作简便、特异性强、无毒无残留的综合性防控方法才能取得良好治疗效果。
参考文献：
[1] 宣小龙，赵 鹏，张 成，等. 奶牛乳腺防御机理研究进展[J]. 农业科学研究， 2005， 26（2）：81-86.
[2] 张喜丰，张秀英，苏 景，等. 奶牛乳腺免疫与乳腺炎易感性研究进展[J]. 吉林畜牧兽医， 2006， 27（8）：13-16.
[3] BAXTER J D，ROGERS G W，SPENCER S B，et al. The effect of milking machine liner slip on new intramammary infections.[J]. Journal of Dairy Science，1992，75（4）：1015-1018.
[4] 肖定汉. 奶牛病学[M]. 北京：中国农业大学出版社，2012.
[5] 郝建国，梁淑萍.日本学者对体细胞数与乳房炎关系论述[J].中国奶牛，2002（6）：52-54.
[6] 程 艳，刘大程，张智勇. 奶牛乳房炎与乳腺免疫[J]. 畜牧与饲料科学，2006，27（4）：1-4.
[7] 郭日东，康锁锁，杨银凤. 奶牛乳房炎及其防治[J]. 畜牧与饲料科学，2008，29（1）：90-91.
[8] NIBBERING P H，RAVENSBERGEN E，WELLING M M，et al. Human lactoferrin and peptides derived from its N terminus are highly effective against infections with antibiotic-resistant bacteria.[J]. Infection & Immunity， 2001， 69（3）：1469-1476.
[9] 丁坦法思. 血液流变学在诊断及预防医学中的应用[M]. 北京：科学出版社，1981.
[10] 毕 涉. 炎症与抗炎症药[M]. 北京：人民卫生出版社，1993.
[11] ERSKINE R J， BARTLETT P C， TAVERNIER S R， et al. Recombinant bovine interleukin-2 and dry cow therapy： Efficacy to cure and prevent intramammary infections， safety， and effect on gestation[J]. Journal of Dairy Science，1998，81（1）：107-115.
[12] 陈健琦. 奶牛乳腺炎综合防治初探[J].中国预防兽医学报， 1990（6）：36-37.
[13] SORDILLO L M，BABIUK L A. Controlling acute Escherichia coli， mastitis during the periparturient period with recombinant bovine interferon gamma[J]. Veterinary Microbiology，1991，28（2）：189-198.
[14] 伍 杰. γ-干扰素对金黄色葡萄球菌性临床型乳房炎的疗效研究[J]. 中国畜牧兽医，2011，38（7）：206-209.
[15] TAKAHASHI H， ODAI M， MITANI K， et al. Effect of intramammary injection of rboGM-CSF on milk levels of chemiluminescence activity， somatic cell count， and Staphylococcus aureus count in Holstein cows with S. aureus subclinical mastitis[J]. Canadian Journal of Veterinary Research = Revue Canadienne De Recherche Vétérinaire，2004，68（3）：182-187.
[16] 邢 杰，王淑芬，翁福海. 细胞因子与炎症[J]. 天津医科大学学报，2001，7（1）：146-148.
[17] 高树新，王国富，邵志文，等. 奶牛乳房炎乳的危害及其检测方法探讨[J]. 中国乳品工业，2008，36（2）：58-61.
[18] 熊桂林，王 林，顾建红，等. 奶牛硒和维生素E营养状况与围产期健康的关系[J]. 畜牧与兽医，2009，41（2）：103-106.
[19] 王学红，王作信，梁剑平，等. 中草药防治奶牛乳腺炎的研究进展[J]. 畜牧与饲料科学，2009，30（1）：168-170.
[20] 陈学飞，张连军.挤奶机引起奶牛乳房炎的原因及预防措施[J]. 乳业科学与技术，2006，29（2）：88-89.
[21] 朱柏林. 正确操作挤奶机避免奶牛机械性乳房炎的发生[J]. 中国奶牛，2004（4）：52-53.
[22] OLIVER S P，GILLESPIE B E，LEWIS M J，et al. Efficacy of a new premilking teat disinfectant containing a phenolic combination for the prevention of mastitis[J]. Journal of Dairy Science，2001，84（6）：1545-1549.
[23] HOGAN J S，SMITH K L，SCHOENBERGER P，et al. Responses of antibody titers to intramammary immunization with Escherichia coli， J5 bacterin 1[J]. Journal of Dairy Science， 1999， 80（10）：2398-2402.
[24] 罗金印，郁 杰，李新圃，等. 乳牛乳腺炎多联苗免疫试验[J]. 中国兽医科学，2002，32（5）：40-41.
[25] BURAGOHAIN J， DUTTA G N. Increased milk yield through treatment of bovine subclinical mastitis and its economic implications.[J]. Indian Journal of Animal Sciences，1990，60（8）：965-966.
[26] 张中文，吴国娟，刘凤华，等.北京地区奶牛乳房炎病原菌的分离鉴定及药敏试验[J].北京农学院学报，2002，17（4）：42-47.
[27] 张国红，曾佑全，王 刚，等. 中草药防治奶牛乳房炎的研究进展[J]. 畜禽业，2007（3）：16-19.
[28] 詹国华，ZHONG X H，范品军，等.复方蒲公英注射液对奶牛乳房炎的疗效观察[J]. 河北北方学院学报（自然科学版），2008， 24（1）：56-58.
[29] 张振国，秦晓庆，赵树臣，等. 中药乳房灌注剂治疗奶牛临床型乳房炎[J]. 中国兽医杂志，2010，46（4）：92-94.
[30] 孙凌志，陈庆勋，李 凯，等. 奶牛乳腺炎常见类型及治疗[J]. 中兽医医药杂志，2007，26（3）：46-48.
[31] GOODMAN R E， SCHANBACHER F L. Bovine lactoferrin mRNA： sequence， analysis， and expression in the mammary gland.[J]. Biochemical & Biophysical Research Communications，1991，180（1）：75-84.
[32] 杨雪峰. 复方阿莫西林纳米乳的制备及其对奶牛临床型乳房炎的药效学研究[D]. 陕西咸阳：西北农林科技大学， 2009.
[32] 黄庆飞，戴永恒，莫文伟，等. EM菌技术在奶牛饲养中的应用效果研究[J]. 广西畜牧兽医，2004，20（3）：118-119.
[33] 孙怀昌. 防治奶牛乳房炎的基因工程新药[J]. 北方牧业， 2005（19）：26.
[34] COELHO M L V， NASCIMENTO J D S， FAGUNDES P C， et al. Activity of staphylococcal bacteriocins against Staphylococcus aureus， and Streptococcus agalactiae， involved in bovine mastitis[J]. Research in Microbiology，2007，158（7）：625-630.
