奶牛乳房炎发病机理及血清生化指标的研究进展
葛影影++李静茹++白雪利++王根林++张震
摘要：从病原菌、环境卫生因素、生产管理因素、奶牛自身及遗传因素等方面，对乳房炎的发病因素进行了综述。
关键词：奶牛乳房炎；发病机理；血清；生化指标
中图分类号：S858.23 文献标识码：B 文章编号：1007-273X（2016）09-0014-04
奶牛乳房炎通常是因为在牛群围产期、泌乳期和干奶期管理不当使奶牛乳腺受到感染而引起的复杂性炎症反应，是最普遍、危害最大的奶牛疾病之一。乳房炎降低奶牛产奶性能、繁殖性能和使用价值，并影响乳制品安全和消费者健康。至今，国内外有关奶牛乳房炎的发病机理、机体的生理代谢及血清相关生化指标的变化尚不清楚，该病的发病率、危害性依然居高不下。目前，全世界约有2.2亿头奶牛，近1/3的奶牛患有不同类型的乳房炎[1]，临床型乳房炎发病率约10%～20%，而隐性乳房炎发病率占绝大部分[2]。
因此，为揭示乳房炎的发病机理，本文重点阐述乳房炎的病因、发病机理及血清生化指标的变化与乳房炎的关系，期望为判断动物体内生理代谢活动、饲养管理水平以及临床诊疗效果提供了参考依据。
1 乳房炎病因
奶牛乳房炎是病原微生物、环境因素、管理因素、奶牛自身及遗传等多因素综合作用引起的乳腺炎症疾病。
1.1 病原微生物
乳房炎的致病菌种类繁多，据统计，大体上有150多种，常见多发的有20多种，一般按病原菌传播方式和生存场所分为两类：接触传染型，主要包括金黄色葡萄球菌、无乳链球菌、停乳链球菌、支原体、凝固酶阴性葡萄球菌和牛棒状杆菌等[3]。该类病原菌常附着在乳房皮肤表面和寄生在乳导管内，通过牛群间互相接触、挤奶工手臂、挤奶机器进行传染；环境型，主要有乳房链球菌、大肠杆菌、克雷伯氏菌和绿脓杆菌、变形杆菌等[4]。此类病原菌主要存在于牛粪、垫料、污水、土壤等环境中。上述病原菌中以葡萄球菌和链球菌感染多发，国内报道占90%～95%，国外报道约占74%[5-7]，其次是大肠杆菌。近几年，大肠杆菌的发病率逐渐增加，据李宏胜等[8]报道，分离的大肠杆菌株数占病原菌总数的24.44%，仅次金葡菌和链球菌所占比例。这3种病原菌引起的奶牛乳房炎持续高发，而其他病原菌引起的乳房炎呈散发或继发趋势。
然而，引起奶牛乳房炎的致病菌种类多且具有复杂的地理环境差异性，临床上常以两种或两种以上病原菌混合感染为主，这种特点增加了乳房炎发病机理的研究难度。
1.2 饲养管理因素
乳房炎发病率的高低与饲养管理密切相关。饲料营养失衡、饲喂不当，如饲料配方的改变、饲料霉变及饲料中维生素和微量元素的缺乏可导致乳房炎发病率上升[8]；精料采食过量会降低奶牛对粗纤维的利用率，蛋白质或蛋白氮采食过多会导致奶牛的代谢功能紊乱，削弱免疫系统，增加患病几率。由于牛舍、奶厅、挤奶机和运动场未坚持严格消毒；机械挤奶未按合理、规范的程序操作；手工挤奶方法不熟练，挤奶员更换频繁；已处于干奶期的奶牛未能及时、有效地进行彻底干奶，久治不愈的病牛未及时淘汰；挤奶时丢弃在地面上的牛奶未及时冲洗；牛舍环境条件差，运动场高低不平，粪尿和污泥混合的地面泥泞，导致牛体不清洁，环境病原菌大量滋生，以上这些因素都易引发乳房炎[9]。
1.3 环境因素
环境中的温度和湿度的显著变化是导致乳房炎发病率上升的关键因素。夏季高热，牛舍相对湿度过大，高温高湿环境利于病原菌大量生长繁殖，从而引起乳房炎发病率上升。同时，高温直接影响奶牛机体热平衡和生产性能，导致机体食欲减退，抗病力减弱，引起乳房炎发病率上升[10]。同时，乳房炎的发生具有广泛地域差异性，南方高温高湿地区乳房炎的发病率显著高于北方地区，沿海地区显著高于内陆地区。
1.4 奶牛自身及遗传因素
乳房炎是一种具有特定遗传性的奶牛疾病。奶牛的体型、胎次、泌乳季节和产犊月份等因素都影响奶牛乳房炎的发病率。近年来研究表明，奶牛乳房形态、乳中抑菌物质的分泌及机体的抵抗力水平对乳房炎的发生有影响[11]。据报道，高产奶牛乳房炎的发病率较高，且能传递给后代，血型因子和乳房炎抗病力之间有相关性。因此，遗传因素一定程度上影响奶牛乳房炎的发病率。
2 乳房炎的发病机理
乳房炎症发生大体上经历病原菌入侵、乳腺感染、乳腺炎症建立以及个体临床症状表现等一系列发展变化过程。
2.1 病原菌
由于乳腺生理结构的特殊性，除了通过乳腺管口外，病原菌也可以经血液循环或皮肤损伤进入乳腺造成感染。一般病原菌入侵乳房的主要通道为：乳头表面或乳头管→乳池→乳导管→乳腺泡。挤奶间隔期乳头管处于紧闭状态，能阻止病原菌的入侵；挤奶期乳头管完全开放，增加了乳汁中或乳头末端的细菌经真空泵吸进乳头管进入乳池的可能性，因此，病原菌在挤奶过程最易感染乳腺。同时，损伤的乳头管长期保持半开放状态，乳头接触受被污染的垫料、粪便、污水等物质，给环境性病原菌或寄生在乳头末端损伤皮肤内的细菌提供了入侵机会，这些病原菌突破乳头管周围组织的防御作用侵入到组织内部引发感染。同时，注射器未严格消毒或穿刺乳头管过深，未规范使用挤奶设备，牛舍环境未定期消毒，药物灌注时可能将病原菌带入奶牛乳腺。此外，不同病原菌的种类、繁殖速度、毒力性性质、感染频率，奶牛的免疫调节和生理代谢活动，乳头管中是否有抗生素残留等因素也影响微生物的入侵。
2.2 乳腺感染
病原菌突破乳头管的屏障侵入乳腺后，由于乳腺或乳汁中少量的白细胞和其他免疫细胞对病原菌扩散的吞噬和杀灭作用，建立了奶牛抗感染的第二道屏障，防止感染乳房炎。但高产奶牛的长期选择和培育，使奶牛的产奶量显著提高，乳腺组织需要从血液中吸收营养物质，持续不断地转化为乳成分并排出体外。由于乳腺持续超负荷的生产，饲料中微量元素和维生素的缺乏，使乳房组织受到氧化损伤，降低奶牛对乳房炎的抵抗力。病原菌未被及时有效清除，先在乳区下部的乳管壁或分泌组织中生存和繁殖，并形成感染区，逐渐向上扩散到乳区其他部位，大量的白细胞游离至感染部位，引起感染乳区发生炎症反应。炎症反应的变化程度因病原菌的种类、数量和感染程度而有所差别。炎症反应缓和时，乳房和乳汁外观均无明显变化，但检测时乳汁的SCC升高，因而SCC是判断早期乳房炎症的重要参数。炎症反应加剧时，乳房和乳汁外观表现异常，严重时机体出现体温升高等异常反应。
2.3 乳腺炎症
乳腺组织对细菌毒素敏感，迅速引起乳腺产生防御性反应，乳房炎的发展进入炎症阶段。炎症反应前期，损伤乳区的血管因扩张而通透性增强，血液中含有的组胺、白三烯与凝固因子等炎性介质增多，炎症反应进一步加剧。炎症反应中期，引起乳腺组织释放一种特殊化学物质，并诱导大量嗜中性多形核白细胞（PMN）进入乳腺[12，13]。PMN成为奶牛乳腺抵抗病原菌的主要防线体现在两方面，其一是释放改变乳腺血管通透性的物质，到达乳腺组织后稀释刺激物质并中和有毒产物；其二是积聚在乳区周围，然后迅速进入乳汁，吞噬和杀菌能力强，减少病原菌数量[14]。炎症反应是乳腺组织的一种天然防御机制。乳区感染轻微时，感染消退数天内乳汁的分泌逐渐恢复正常。乳区持续感染时，排乳导管堵塞严重，白细胞在穿透完整泌乳细胞和迁移的过程中释放酶类物质，使泌乳细胞减少甚至消失，泌乳组织损伤逐渐停止泌乳，直到下次产犊时才能恢复，这正是乳房炎引起产奶量下降、经济损失严重的重要原因。如果感染非常严重时，致使具有泌乳功能的乳腺泡减少甚至退化，易形成疤痕组织[15]。
3 血清成分变化
目前，奶牛乳房炎致病菌的分离鉴定、乳房炎的诊断和治疗技术一直是国内外研究的重点和热点，而对血清学方面的研究很少，特别是乳房炎对奶牛血清生化指标影响的报道较少。由于血液是维持机体正常生命活动最重要的部分，当血清中蛋白含量、酶类物质活性、微量元素和维生素含量发生变化时，表明机体处于患病或隐性感染的阶段。因此，奶牛血清生化指标的变化一定程度上反映了乳房炎奶牛的发病情况。
3.1 急性期蛋白的变化
当机体受到感染、炎症或组织损伤时，患牛肝脏合成和释放某些血浆蛋白含量增加，这些血浆蛋白被称作急性期蛋白（Acute Phase Protein，APP）。研究发现急性期蛋白（APP）的检测不受抗生素、免疫抑制剂和激素使用的影响，可作为感染性炎症的诊断指标[16]。乳房炎患牛急性期反应时，结合珠蛋白（Haptoglobin，HP）和血清淀粉样蛋白A（Serum Arnyloid A，SAA）作为最敏感的主要阳性急性期蛋白在血清中的浓度升高达100倍以上，α1-酸性糖蛋白含量增加，反应较慢[17]。杨永新等[18]通过差异蛋白质组学分析，结合珠蛋白在临床型乳房炎奶牛血浆中表达量升高，可作为奶牛乳房炎的诊断标记分子。焦连国等[19]报道奶牛乳腺内感染金黄色葡萄球菌急性期反应增强，引起血清和乳汁中结合珠蛋白和血清淀粉样蛋白含量增加。乳汁与血清中的结合珠蛋白浓度密切相关；血清淀粉样蛋白在血清与乳汁中的浓度不相关，但是它能够反应乳房炎的感染程度[20]。通过大肠埃希菌诱导型乳房炎奶牛乳清蛋白质组的研究发现，乳清中α1酸性糖蛋白显著升高，同时血清白蛋白、抗菌肽、α2-HS糖蛋白和S100钙结合蛋白A12等表达量升高[21]。αI酸性糖蛋白在重度克雷伯肺炎菌源性乳房炎奶牛血清中表达量明显增加[22]。
3.2 酶类成分的变化
乳汁中N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶（NAG）活性的变化与SCC密切相关，可作为检测乳腺感染及损伤程度的良好指标[23]。碱性磷酸酶（ALP）的活性在乳房炎发生时有明显变化，ALP活性增加，因此临床上常以ALP活性的变化协助诊断感染性质[24]。张磊等[25]研究发现，临床型乳房炎奶牛血清中ALP和NAG活性较隐性和健康奶牛显著升高。LDH活性变化是奶牛乳房炎症的敏感指标。张永英等[26]研究发现，乳房炎患牛体内LDH活性显著降低，但Chagunda等[27]报道，测定LDH活性诊断奶牛乳房炎的敏感性仅为73%，因此，LDH作为早期诊断奶牛隐性乳房炎指标的敏感性，有待进一步研究。研究发现，泌乳期乳房炎患牛血清中SOD、GSH-Px、CAT三种抗氧化物酶活性显著低于正常奶牛，表明了乳房炎奶牛机体抗氧化失衡，大量自由基蓄积加剧了对乳腺组织的氧化应激性损伤[28]。
3.3 免疫球蛋白的变化
乳腺中有4种免疫球蛋白对细菌起抗感染防御作用，即IgA、Ig G1、IgG2和IgM。IgG1主要存在于健康乳汁中，而IgG2含量在乳房炎的发生阶段增高[29]。感染性炎症的血清中最早是IgM的存在，由于该抗体的血清半衰期短，因而血清中IgM含量的增加，预示着机体有近期感染。奶牛患乳腺炎时，乳汁中免疫球蛋白含量的变化不仅与乳腺感染程度有关，还与感染病原菌的种类有关。临床型乳房炎奶牛血清中IgG和IgM含量显著高于隐性乳房炎奶牛，IgG对乳房炎的发病程度较为敏感，但血清中IgG浓度的增加究竟是IgG1还是IgG2，有待进一步的研究[25，30]。大肠杆菌释放毒力因子脂多糖（LPS）经乳导管诱导乳腺炎后，引起乳汁中IgG1和IgG2浓度的上升；而金黄色葡萄球菌释放毒力因子（LTA）脂磷壁酸只引起IgG2浓度上升，对乳汁中IgG1浓度变化无影响[31]。
3.4 微量元素和维生素的变化
微量元素和维生素在保护乳房组织免受过氧化物损害方面发挥着重要作用。据报道，乳房炎患牛血清Cu和Fe浓度高于健康奶牛，提示乳房炎奶牛血清中微量元素含量的变化与炎症程度存在一定的相关性[32]。但近期有研究表明，乳房炎奶牛血清中Fe含量显著低于健康奶牛，可作为奶牛急性炎症反应的指标，这与以上研究结果不一致，尚需进一步证实。斯日古楞等[33]报道，乳房炎奶牛血清中Se和Cu含量低于正常奶牛，认为奶牛血清中Cu和Se浓度低与乳腺组织损伤所致乳房炎密切相关。尹柏双等[34]发现，乳房炎奶牛血清维生素E、维生素C和硒含量低于健康奶牛，而Cu含量明显增加时，体内抗氧化物酶的活性减弱，加剧自由基对乳腺的氧化损伤。大多研究认为，β-胡萝卜素对奶牛乳房炎起抗氧化防御作用。据报道，奶牛乳腺感染越严重，其血浆β-胡萝卜素和维生素A浓度就越低[35]。Batra等[36]发现，乳房炎奶牛血浆中β-胡萝卜素浓度明显低于健康牛，奶牛患乳房炎的程度与其血浆中β-胡萝卜素浓度呈负相关。目前，β-胡萝卜素与维生素A对奶牛乳房炎的防御机理仍不十分清楚。
3.5 血清细胞因子的变化
细胞因子在奶牛乳腺免疫反应和炎症反应中发挥重要的功能。如大肠杆菌诱导的临床型乳房炎可造成机体产生的白介素-8和肿瘤坏死因子-α表达量显著增加，而Rambeaud等[37]利用白细胞和胞浆动力学研究发现，乳房炎奶牛白介素-1β、白介素-8、肿瘤坏死-α可能在葡萄球菌源性乳房炎中起重要作用。上述表明血清中细胞因子含量可能与乳房炎致病菌的种类、性质有关。由于健康奶牛和隐性乳房炎奶牛血清中上述细胞因子变化不显著，进一步期望成为评价乳房炎治疗效果的指标。
4 结语
乳房炎是国内外奶牛业普遍高发的疾病之一。由于病原的复杂性，还需深入进行奶牛乳房炎致病性研究。通过乳房炎的主要发病因素分析、血清生化指标的测定为乳房炎疾病的观察、诊断、治疗等提供良好的指导作用。鉴于奶牛乳房炎是一个综合性的病理变化过程，血清中酶活性和蛋白的含量在乳房炎发病过程中的特异性变化尚需进一步探究，所以乳房炎的诊疗过程需综合考虑各种因素。
参考文献：
[1] 彭丽英，潘铙苘，田文霞，等. 奶牛乳房炎防制研究进展[J].中国动物检疫，2005，22（3）：44-45.
[2] 刘文利，段春华，韩征军.奶牛乳房炎的防治[J].动物医学，2004，戎21（10）：58-60.
[3] BRADLEY A J. Bovine mastitis： an evolving disease[J].Veterinary Journal，2002，164（2）：116-128.
[4] FOX L K，GAY J M. Contagious mastitis.[J]. Veterinary Clinics of North America Food Animal Practice，1993，9（3）：475-487.
[5] OLIVER S P. Frequency of isolation of environmental mastitis-causing pathogens and incidence of new intramammary infection during the nonlactating period.[J]. American Journal of Veterinary Research，1988，49（11）：1789-1793.
[6] 刘 玮，王玉泉，银宝山，等.奶牛乳房炎的检测及防治[J].兽医导刊，2008（3）：25-26.
[7] 李 明，孙彦伟.奶牛乳腺炎的防治与研究动态[J]. 广东畜牧兽医科技，2006，31（3）：11-14.
[8] 李宏胜，郁 杰，罗金印，等. 我国部分地区个体奶牛场乳房炎细菌学调查[J]. 中兽医医药杂志，2002，21（6）：14-17.
[9] 蒋春茂，周新民，周广生，等. 奶牛乳房炎研究进展[J].中国畜牧兽医，2004，31（5）：36-38.
[10] 刘玉平，李慧敏，谷国英. 浅谈奶牛乳房炎的病因分析及防治对策[J]. 山东畜牧兽医，2009，30（4）：24.
[11] 王建梅，刘贤侠，杨秀荣，等.主要气象指标对奶牛疾病的影响[J]. 中国奶牛，2008（3）：33-36.
[12] 肖定汉. 奶牛病学[M]. 北京：中国农业大学出版社，2002.
[13] 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.
[14] 葛君萍.牛奶中体细胞含量高的成因与对策[J].浙江畜牧兽医，2004，29（1）：45.
[15] KUZMA K，MALINOWSKI E. Some factors affecting mastitis occurrence rate in cows[J]. Bulletin- Veterinary Institute in Pulawy，2001，45（2）：297-305.
[16] 赵兴绪.兽医产科学[M].北京：中国农业出版社，2006.
[17] ECKERSALL P D，YOUNG F J，MCCOMB C，et al.Acute phase proteins in serum and milk from dairy cows with clinical mastitis[J]. Veterinary Record，2001，148（2）：35-41.
[18] 杨永新，赵兴绪，张 勇，等. 临床型乳房炎与正常奶牛血浆的差异蛋白质组研究[J]. 中国农业科学，2008（7）：2162-2167.
[19] 焦连国，王九峰，马金磊，等. 奶牛金黄色葡萄球菌性乳房炎检测的敏感指标探讨[J]. 中国兽医杂志，2006，42（5）：31.
[20] KUTILA T，SUOJALA L，LEHTOLAINEN T，et al. The efficacy of bovine lactoferrin in the treatment of cows with experimentally induced Escherichia coli， mastitis[J]. Journal of Veterinary Pharmacology & Therapeutics，2004，27（4）：197-202.
[21] BOEHMER J L，BANNERMAN D D，SHEFCHECK K，et al. Proteomic analysis of differentially expressed proteins in bovine milk during experimentally induced Escherichia coli， Mastitis[J].Journal of Dairy Science，2008，91（11）：4206-4218.
[22] HISAEDA K，ARIMA H，SONOBE T，et al. Changes in acute-phase proteins and cytokines in serum and milk whey from dairy cows with naturally occurring peracute mastitis caused by Klebsiella pneumoniae and the relationship to clinical outcome.[J].Journal of Veterinary Medical Science，2011，73（11）：1399-404.
[23] 马保臣，秦卓明，李建基，等.奶牛隐性乳腺炎病原菌的分离鉴定和体细胞数及酶的相关性研究[J].家畜生态学报，2006，27（2）：63-67.
[24] 杨德英，曹随忠，刘长松，等. 奶牛隐性乳房炎诊断新指标研究进展[J]. 安徽农业科学，2008，36（9）：3665-3666.
[25] 张 磊，冯士彬，王希春，等. 乳房炎奶牛部分血液生化指标的变化[J]. 畜牧与饲料科学，2009，30（3）：163-164.
[26] 张永英，钟翠红，王慧真，等. 乳房炎患牛血清生化指标的观察[J]. 黑龙江畜牧兽医，2014（20）：53-54.
[27] CHAGUNDA M G，FRIGGENS N C，RASMUSSEN M D，et al. A Model for Detection of Individual Cow Mastitis Based on an Indicator Measured in Milk[J].Journal of Dairy Science，2006， 89（8）：2980-2998.
[28] 尹柏双，李静姬，呼显生，等. 乳房炎病奶牛血清抗氧化物酶活性[J]. 中国兽医学报，2012，32（7）：1053-1055.
[29] 胡松华.谈奶牛乳腺的免疫机能[J].中国奶牛，1997（5）：53-55.
[30] OLIVER S P，JAYARAO B M，ALMEIDA R A. Foodborne pathogens in milk and the dairy farm environment： food safety and public health implications.[J]. Foodborne Pathogens & Disease，2005，2（2）：115-129.
[31] WELLNITZ O，ARNOLD E T. Short communication： differential immunoglobulin transfer during mastitis challenge by pathogen-specific components.[J]. Journal of Dairy Science， 2013，96（3）：1681-1684.
[32] 刘平平，潘佳亮，刘本君，等. 不同程度奶牛乳腺炎血清中微量元素含量变化的试验[J]. 中国兽医杂志，2012，48（5）：35-36.
[33] 斯日古楞，杜宪文，王 宇. 乳房炎奶牛血清中部分微量元素的测定[J]. 黑龙江畜牧兽医，2014（13）：25-27.
[34] 尹柏双，李静姬，呼显生，等. 血清微量元素与奶牛乳房炎发病关系的试验[J]. 中国兽医杂志，2011，47（6）：27-29.
[35] 冯春霞，豆 卫. 合理利用维生素和微量元素可降低奶牛乳房炎的发病率[J]. 中国草食动物，2002，22（6）：43-44.
[36] BATRA T R，HIDIROGLOU M，SMITH M W. Effect of vitamin E on incidence of mastitis in dairy cattle.[J]. Canadian Journal of Animal Science，1992，72：287-297.
[37] RAMBEAUD M，ALMEIDA R A，PIGHETTI G M，et al. Dynamics of leukocytes and cytokines during experimentally induced Streptococcus uberis， mastitis[J]. Veterinary Immunology & Immunopathology，2003，96（3-4）：193-205.
