奶牛左右乳区温度温差作为隐性乳房炎检测指标的可行性研究

杨春合，顾宪红*，曹正辉，张校军，郝 月，刘云祥，申 磊，章玉涛

(1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 动物营养学国家重点实验室，北京 100193；2.河南科技大学，洛阳 471000； 3.北京市中地畜牧科技有限公司，北京 100193)

奶牛左右乳区温度温差作为隐性乳房炎检测指标的可行性研究

杨春合1，顾宪红1*，曹正辉2，张校军2，郝 月1，刘云祥3，申 磊3，章玉涛3

(1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 动物营养学国家重点实验室，北京 100193；2.河南科技大学，洛阳 471000； 3.北京市中地畜牧科技有限公司，北京 100193)

旨在研究奶牛左右乳区皮肤温度及其温差的变化规律，以期确定左右乳区皮肤温度差异范围，探究左右乳区温度温差作为隐性乳房炎检测指标的可行性。随机选取587头中国荷斯坦奶牛，使用红外热像仪在奶牛舍采集左后和右后两个乳区的红外热图像，并用图像分析软件进行分析，得到乳区皮肤温度。结果表明，奶牛左后和右后乳区皮肤温度呈正态分布。左后和右后乳区皮肤温度平均值分别为(35.57±1.31)℃和(35.51±1.34)℃，二者之间差异不显著(P>0.05)，左右乳区皮肤温度呈对称分布的特征。随着奶牛左右乳区皮肤温度温差的增加，牛乳平均体细胞数(Somatic cell count，SCC)有升高的趋势。奶牛左后和右后乳区皮肤温度温差超过1.5 ℃时，牛乳平均体细胞数为(298±110)×103mL-1，且左右乳区温度差异显著(P<0.05)。本研究表明，若以体细胞数大于3×105mL-1为判断隐性乳房炎的标准，左右乳区温度温差超过1.5 ℃，可以初步判断温度升高一侧奶牛乳腺发生隐性乳房炎。

乳房炎；乳区皮肤温度；红外热图像；乳区温差；体细胞数

乳房炎是奶牛生产中最严重的疾病之一，可以引起产奶量下降，牛奶质量降低，奶牛淘汰率增加，奶牛利用年限减少等经济损失[1-4]。目前隐性乳房炎的检测方法有体细胞计数法(SCC)、加州乳房炎检测法(CMT)、乳汁pH法、乳汁电导率法(EC)、酶学法和乳汁微生物培养鉴定法，这些方法都需要以牛奶作为样品，且不能进行大规模牛群牛旁测试，限制了其在生产实际中的应用[5]。奶牛隐性乳房炎的早期检测和治疗，对控制乳房炎传播和改善治疗效果具有重要意义。红外热成像技术(Infrared thermograph technology，IRT)通过测定乳腺健康部位与炎症部位的温度差异来判断乳腺炎症区域及炎症反应程度，不需要牛奶作为样品进行检测，具有非接触、无应激、检测快速的优点。K.Barth等[6]研究指出，牛乳体细胞数(SCC)>105mL-1的乳区皮肤表面温度比SCC<105mL-1的高(34.1 ℃vs33.6 ℃)。A.Colak等[7]和B.Polat等[8]研究得出乳区皮肤表面温度与加州乳房炎试验(CMT)评分和SCC之间存在显著的正相关关系。S.L.Scott等[9]将大肠杆菌内毒素注入奶牛乳腺后，发现奶牛乳房发生与乳房炎相似的炎症反应，并且使用IRT检测到感染乳区温度升高了2.3 ℃。M.Hovinen等[10]向奶牛乳区注入大肠杆菌内毒素，使用IRT检测到感染乳区温度升高了1.0～1.5 ℃。他们认为尽管乳腺感染引起的乳区皮肤表面温度变化幅度不同，但乳腺感染均会引起乳区皮肤温度升高，并可以通过IRT检出。然而，乳区皮肤温度除了受炎症反应影响之外，还受局部血流量的多少、挤奶过程、植物神经的功能状态、局部组织的代谢活动和外界环境(温度、湿度、风速)等多方面因素的影响[11-14]，各种因素发生变化均可引起不同程度的皮肤温度的改变。R.C.Purohit等[15]研究证实马四肢表面温度具有两侧均称性，它可作为四肢端炎症的临床评价的基础。因此，本研究探究奶牛左右乳区皮肤温度及左右乳区温度温差的变化规律，以期确定左右对称乳区皮肤温度温差的变异范围及根据温差判断奶牛乳腺发生炎症反应的可行性，为后续研究乳房温度变化是否可以作为隐性乳房炎早期诊断方法提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验奶牛的选择及饲养管理

试验奶牛来自北京市中地畜牧奶牛良种科技园的中国荷斯坦奶牛，试验奶牛共计587头，平均泌乳天数为(195±76) d；平均胎次为(1.8±0.7)胎；试验当天奶牛平均产奶量为(28.49±9.72) kg。试验奶牛饲养在半开放式牛舍，舍内安装有橡胶垫牛床，表面铺有稻壳。试验奶牛饲喂TMR饲粮，饲喂时间为8：00、14：00和21：00，奶牛自由采食和饮水。奶牛每天挤奶3次，挤奶时间分别为9：00、15：00和22：00。

1.2 测定指标与方法

1.2.1 奶牛左后乳区和右后乳区红外热图像的采集 奶牛乳区红外热图像的采集在奶牛舍进行。采集乳区红外热图像之前，奶牛保持站立姿势大约20 min，使乳区皮肤温度与牛舍环境达到平衡。仪器型号及参数：VarioCAM?hr红外热像仪，测温精度为±1.0 ℃，热灵敏度0.05 ℃，由德国英福泰克公司生产。拍摄时间：上午9：00-9：30；拍摄部位：奶牛左后乳区和右后乳区；拍摄要求：①保证奶牛左后和右后乳区清洁。如果乳区表面黏有粪便或稻壳，用湿毛巾或刷子除去，确保乳区清洁。②保证乳区充分暴露。采集奶牛乳区红外热图像时，将奶牛尾巴卷起，使左后和右后两个乳区充分暴露，尤其注意要让奶牛乳头充分暴露。③拍摄角度：红外热像仪镜头与后左右两个乳区保持垂直，并且使整个乳区充满红外热像仪镜头视野，确保采集到完整的乳区红外热图像。④拍摄距离：采集乳区红外热图像过程中，红外热像仪镜头与乳区始终保持0.5 m的距离。

1.2.2 牛舍环境温度和湿度的测定 在靠近牛舍大门两侧和中间位置，距离地面0.7 m处(奶牛乳房与地面的垂直距离)安装自动温湿度记录仪。在采集乳区红外热图像的同时，记录牛舍环境温度和湿度。采集奶牛乳区红外热图像的时间段内(9：00-9：30)，牛舍环境温度变化为16～23 ℃，平均温度为(19.1±0.1) ℃；环境湿度变化为64.2%～91.5%，平均湿度为76.1%±0.4%。

1.2.3 奶牛乳区皮肤温度的计算 用IRBIS 3 Standard红外热图像软件对奶牛乳区红外热图像进行分析。将奶牛乳腺红外热图像在软件中打开，输入环境温湿度和奶牛皮肤发射率，前人研究结果表明[10，16]，奶牛皮肤发射率一般为0.98。参考文献[6]，对于健康奶牛，以乳头基部上方5 cm处的位置为圆心，以5 cm为半径划圆(图1)，划定的圆形区域内乳区温度的变异范围最小，故本研究使用软件的圆形测量功能选取这一区域，并分析该区的最大温度、最小温度、平均温度。由于圆形区域内的最大温度与奶牛直肠温度的相关性最高，并且反映了奶牛乳房的健康状况，因此选择区域内的最大温度作为乳区皮肤温度指标[10]。

图1 乳区皮肤温度分析区域Fig.1 Temperature analysis area of udder skin surface

1.2.4 产奶量的记录、奶样的采集和体细胞数的测定 在牛舍采集奶牛乳腺红外热图像之后，在挤奶厅采集奶样。上午挤奶时，采集每头奶牛40 mL的混合奶样，放入4 ℃冰箱保存。第2天将牛奶样品送往北京市奶牛中心进行分析，测定体细胞数。试验测定当天的奶牛产奶量数据从产奶量自动记录系统中导出获得。

1.3 统计分析

数据分析均采用SAS 9.2分析软件。Proc Univariate过程用于正态分布检验，Two sample pairedt-test for means过程用于t检验，显著水平为P<0.05，结果用“平均值±标准差”表示。

2 结 果

2.1 试验奶牛牛乳体细胞数的测定

牛乳体细胞数变化为(4～1 200) ×103mL-1，平均体细胞数为(250 ± 27) × 103mL-1。

2.2 奶牛左后和右后乳区皮肤温度的变化规律

奶牛左后和右后乳区皮肤温度分布符合正态分布，其正态分布拟合曲线见图2和图3。奶牛左后和右后乳区皮肤温度的描述性统计结果见表1。由表1可以看出，奶牛左后和右后乳区皮肤温度之间差异不显著，左右乳区皮肤温度呈对称分布特征。奶牛左后乳区皮肤温度比右后乳区皮肤温度变化范围大，变化分别为31.86～38.63 ℃和32.24～38.46 ℃。

2.3 奶牛左后和右后乳区皮肤表面温度温差的分布规律

将奶牛乳区皮肤温度按照左右乳区温度温差进行分组，分组：0～0.5 ℃、0.5～1.0 ℃、1.0～1.5 ℃、1.5～2.0 ℃、-0.5～0 ℃、-1.0～-0.5 ℃、-1.5～-1.0 ℃、-2.0～-1.5 ℃，试验结果见表2和图4。由表2和图4可以看出，随着奶牛左后和右后乳区皮肤温度温差范围的增加，牛乳体细胞数有上升的趋势。左后和右后乳区皮肤温度温差为1.5～2.0 ℃时，牛乳平均体细胞数接近3×105mL-1，左后和右后乳区皮肤温度温差为-2.0～-1.5 ℃时，牛乳平均体细胞数接近4×105mL-1。由图4可以看出，相同的左后和右后乳区皮肤温度温差范围下，牛乳平均体细胞数近似相同，乳区温度温差与牛乳体细胞数均呈对称分布。奶牛左后和右后乳区皮肤温度绝对差值范围下的牛乳平均体细胞数如表3所示。表3表明，随着左右乳区皮肤温度绝对温差范围的增加，牛乳平均体细胞数也随之增加；当绝对温差为1.5～2.0 ℃时，牛乳平均体细胞数接近3×105mL-1。由表2可以看出，左后和右后乳区皮肤温度绝对差值为0～1.5 ℃时，左后和右后乳区皮肤温度呈对称分布；左后和右后乳区皮肤温度绝对差值为1.5～2.0 ℃时，左后和右后乳区皮肤温度差异显著，不表现对称分布。

图2 奶牛左后乳区皮肤温度正态分布曲线Fig.2 Normal distribution curve of rear left quarter skin temperature of dairy cows

图3 奶牛右后乳区皮肤温度正态分布曲线 Fig.3 Normal distribution curve of rear right quarter skin temperature of dairy cows

表1 奶牛左后和右后乳区皮肤表面温度描述性统计

Table 1 Description of rear left and rear right quarter skin surface temperature in dairy cows

乳区皮肤温度/℃Quarterskintemperature样本数Observationnumber温度平均值/℃Mean标准差SD标准误差SE最小值/℃Minimum最大值/℃Maximum左后乳区皮肤温度RLQST58735．57a1．310．0531．8638．63右后乳区皮肤温度RRQST58735．51a1．340．0632．2438．46

RLQST.左后乳区皮肤温度；RRQST.右后乳区皮肤温度。同列数据后所标字母相异表示差异显著(P<0.05)，所标字母相同表示差异不显著(P>0.05)。下同

RLQST.Rear left quarter skin temperature；RRQST.Rear right quarter skin temperature.Different letters in the same column means significantly different between the groups(P<0.05)，same letter in the same column means not significantly different between the groups(P>0.05).The same as below

图4 左后和右后乳区皮肤温度温差范围及对应牛乳体细胞数分布Fig.4 SCC distribution in variable difference range of rear left and rear right quarter skin temperature

表2 奶牛左后和右后乳区皮肤温度温差范围统计表

Table 2 Description of temperature difference between rear left and right quarter skin temperature in dairy cows

温差/℃Temperaturedifferencerange样本数Samplenumber项目Item温度平均值/℃Mean标准误差SE最小值Minimum最大值Maximum0．0～0．5176左后乳区皮肤温度RLQST35．74a0．1032．4638．57右后乳区皮肤温度RRQST35．49a0．1032．3638．44体细胞数SCC×1031052411184左右乳区温度差值Temperaturedifference0．240．010．000．500．5～1．0100左后乳区皮肤温度RLQST35．84a0．1333．0238．63右后乳区皮肤温度RRQST35．11a0．1332．2437．89体细胞数SCC×1032097214680左右乳区温度差值Temperaturedifference0．740．010．511．01．0～1．535左后乳区皮肤温度RLQST35．81a0．1734．1137．93右后乳区皮肤温度RRQST34．61a0．1733．0136．82体细胞数SCC×103218404665左右乳区温度差值Temperaturedifference1．200．021．011．451．5～2．07左后乳区皮肤温度RLQST36．05a0．2135．1136．92右后乳区皮肤温度RRQST34．34b0．2033．6135．29体细胞数SCC×10328289111200左右乳区温度差值1．700．051．501．88-0．5～0152左后乳区皮肤温度RLQST35．43a0．1132．2238．08右后乳区皮肤温度RRQST35．66a0．1132．2938．22体细胞数SCC×1031224024283左右乳区温度差值Temperaturedifference-0．240．01-0．50-0．01-1．0～-0．580左后乳区皮肤温度RLQST35．24a0．1531．8637．95右后乳区皮肤温度RRQST35．94a0．1532．5238．46体细胞数SCC×103221459620左右乳区温度差值Temperaturedifference-0．700．02-1-0．51-1．5～-1．030左后乳区皮肤温度RLQST35．01a0．1832．8436．81右后乳区皮肤温度RRQST36．19b0．1833．9137．88体细胞数SCC×1032255711700左右乳区温度差值Temperaturedifference-1．180．02-1．42-1．02-2．0～-1．57左后乳区皮肤温度RLQST34．65a0．4132．9035．84右后乳区皮肤温度RRQST36．44b0．4834．5537．85体细胞数SCC×10339021281100左右乳区温度差值Temperaturedifference-1．790．09-2．15-1．57

表3 奶牛左后和右后乳区皮肤温度绝对温差及对应牛乳体细胞数

Table 3 Absolute temperature difference of rear left and rear right quarter skin temperature and corresponding milk SCC in dairy cows 103 L-1

3 讨 论

3.1 奶牛左后和右后乳区皮肤表面温度的变化规律

体温是一个重要的生理学指标，在人体医学和动物医学中具有重要意义，它不仅能够反映机体局部和整体的生理功能状况，还可以间接反映机体的能量代谢水平和局部血液循环状态。E.M.Samara等[17]研究发现骆驼的乳区皮肤温度符合正态分布，乳区皮肤平均温度为(36.06±0.07) ℃，乳区皮肤温度的变化为33.90～37.70 ℃。本研究结果表明奶牛左后乳区和右后乳区皮肤温度均符合正态分布，与E.M.Samara[17]结果相同。奶牛左后乳区皮肤平均温度为(35.57±0.05)℃，皮肤温度变化为31.86～38.63 ℃；奶牛右后乳区皮肤平均温度为(35.51±0.06)℃，皮肤温度的变化为32.24～38.46 ℃；奶牛左后乳区和右后乳区皮肤温度的波动幅度分别为6.77和6.22 ℃。奶牛个体之间乳区皮肤温度变异较大，这可能与奶牛自身的生理状态，如胎次、泌乳期、产奶量等相关。由于奶牛乳区皮肤温度反映了血液循环和组织代谢状况，因此凡能影响组织血液循环和代谢状况的因素都可能造成奶牛个体之间乳区皮肤温度的差异。已有的研究表明乳房炎症反应引起的乳区温度升高为1.00～2.35 ℃[6-10]，而其他因素，如挤奶过程[12-13]、环境温度及风速[14]、运动活动等也引起乳区皮肤温度升高1.0 ℃以上[18]。因此，研究利用左右乳区温度温差的变化来检测隐性乳房炎，可以避免其他因素对乳区绝对温度升高值的影响。

3.2 奶牛左后和右后乳区皮肤表面温度温差的变化规律

红外热成像技术在人体医学的研究主要集中在乳腺疾病诊断方面。R.Lawson[19]开拓性地应用红外热成像技术进行人体乳腺疾病检查，发现乳腺肿瘤区域表面温度比周围其它正常区域温度高，热分布特征明显表现异常。目前对人体左右对称部位健侧与患侧的温差进行分析比较，是诊断乳腺疾病的常见方法。美国医学会(American medical association，AMA)指出，两侧体热不对称分布是红外热成像诊断判读的关键因素。人体医学上关于各种疾病引起的温差变化，许多学者进行了大量研究。杨红钦等[20]研究健康和患乳腺疾病女性的乳腺红外热图像，发现健康青年女性左右乳腺组织的平均温度基本呈对称分布，乳腺 4个象限左右两侧的温差约为 0.5 ℃，患有疾病的左右乳腺温度分布明显不对称，他们认为，若左右乳腺的平均温差超过 0.5 ℃，可以认定乳腺组织具有潜在的疾病危险。然而，林清源[21]研究得出两侧乳腺的平均温度差异约为0.3 ℃。A.Colak等[7]研究发现，奶牛右前、左前、右后和左后乳区皮肤温度分别为33.99、33.97、34.13和 34.05 ℃，左右乳区温度之间差异不显著。R.F.Martins等[22]研究得出绵羊左右乳区皮肤温度之间差异不显著(37.01vs37.08 ℃) 。M.Metzner等[23]发现奶牛左后和右后乳区皮肤温度之间差异不显著。本试验结果表明，奶牛左后和右后乳区皮肤温度差异不显著((35.57±0.05)℃vs(35.51±0.06)℃)，奶牛左后和右后乳区皮肤温度分布具有对称性。

乳房炎发生早期可以导致乳腺炎症反应，进而引起感染区域局部温度升高。S.L.Scott等[9]将大肠杆菌内毒素注入奶牛乳腺引起与乳房炎类似的炎症反应，发现注入6 h后感染乳区温度升高了2.3 ℃。M.Hovinen等[10]向奶牛乳区注入大肠杆菌内毒素，使用IRT检测到感染乳区温度升高了1.0～1.5 ℃。B.Polat等[8]研究得出，隐性乳房炎奶牛(SCC>4×105mL-1) 乳区温度比健康奶牛(SCC<4×105mL-1) 乳区温度高2.35 ℃。依据以上研究结果，将奶牛左后乳区和右后乳区皮肤表面温度温差划分：0～0.5 ℃、0.5～1.0 ℃、1.0～1.5 ℃、1.5～2.0 ℃、-0.5～0 ℃、-1.0～-0.5 ℃、-1.5～-1.0 ℃、-2.0～-1.5 ℃。结果表明，牛乳平均体细胞数随着左后乳区和右后乳区皮肤温度温差的增加而增加。表2和图4表明，在奶牛左后乳区和右后乳区皮肤温度相同温差下，牛乳平均体细胞数和温差近似具有对称性。Y.H.Schukken等[24]研究表明以体细胞数大于3×105mL-1作为隐性乳房炎的判断标准，与细菌学检测结果具有最大相关性。本研究中左后和右后乳区皮肤温度绝对温差为1.5～2.0 ℃时，牛乳平均体细胞数接近3×105mL-1，而且左右乳区皮肤温度温差小于1.5 ℃时，左右乳区皮肤温度呈对称分布；而乳区皮肤温度温差大于1.5 ℃时，左右乳区皮肤温度呈不对称分布，表明左右乳区皮肤温度温差大于1.5 ℃时，乳区皮肤温度高的乳腺具有发生隐性乳房炎的可能性。

R.J.Berry等[18]研究发现，太阳辐射热和运动的增加都会引起奶牛乳房皮肤表面温度的升高，奶牛在运动场运动2 h之后，乳区温度大约增加1 ℃。Z.Gil等[25]研究发现，环境温度和湿度对奶牛皮肤表面温度具有显著影响，尤其是乳房，温度变化可达1.1 ℃。比较左右乳区皮肤温度温差可以减少环境和生理因素对乳区皮肤温度的影响，突出炎症反应引起的温度差异，因此左右乳区皮肤温度温差可以作为检测奶牛隐性乳房炎的指标。虽然本研究表明左右乳区温差超过1.5 ℃具有作为判断乳腺感染阈值的可行性，但是当左右乳腺均发生感染时，乳区温差可能会小于1.5 ℃，导致无法检测出两侧乳房均发生炎症反应的情况。因此左右乳区温差需要进一步联合左右乳区温差每天的波动来实现对乳腺感染的检测，乳区温度差值检测奶牛隐性乳房炎的可靠性和敏感性还需要进一步研究。

4 结 论

红外热成像技术可以检测到由隐性乳房炎感染引起的乳区皮肤表面温度的变化，利用左右乳区皮肤温差可以检测出温度升高一侧的乳区，对奶牛隐性乳房炎的早期诊断有极大帮助。可将左右乳区温度差值超过1.5 ℃，作为初步判断温度升高一侧乳腺发生隐性乳房炎的重要依据。

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(编辑 程金华)

Study on Possibility of Left and Right Quarter Skin Temperature Difference as a Detecting Indicator for Subclinical Mastitis in Dairy Cows

YANG Chun-he1，GU Xian-hong1*，CAO Zheng-hui2，ZHANG Xiao-jun2，HAO Yue1， LIU Yun-xiang3，SHEN Lei3，ZHANG Yu-tao3

(1.StateKeyLaboratoryofAnimalNutrition，InstituteofAnimalScience，ChineseAcademyofAgriculturalSciences，Beijing100193，China；2.HenanUniversityofScienceandTechnology，Luoyang471000，China；3.BeijingZhongdiLivestockTechnologyCo.，Ltd，Beijing100193，China)

This study was conducted to determine variation of left and right quarter skin temperature and their temperature difference in order to evaluate the possibility of temperature difference of left and right quarter as indicator of subclinical mastitis detection by determination of left and right quarter skin temperature difference range.Thermal images of rear left and rear right quarters of 587 Chinese Holstein dairy cows were collected by infrared thermograph technology(IRT).The cows were chosen randomly.The udder skin temperature was calculated using image analysis software.The result demonstrated that rear left and rear right quarter skin temperature were characteristic of normal distribution.The variation of rear left and rear right quarter skin temperature were (35.57±1.31)℃ and (35.51±1.34)℃ respectively.Their difference was not significant(P>0.05) and was distributed symmetrically.Mean somatic cell count(SCC) in milk had the rising trend as left and right quarter temperature difference increasing.Mean milk SCC was(298 ± 110)×103mL-1when rear left and rear right quarter skin surface temperature difference was above 1.5 ℃ and left and right quarter skin temperature was significantly different(P<0.05).This study showed that subclinical mastitis could be detected initially when skin temperature difference between left and right quarters was over 1.5 ℃ and SCC was above 3×105mL-1for the detection of subclinical mastitis.

mastitis；udder skin temperature；IRT image；temperature difference；SCC

10.11843/j.issn.0366-6964.2015.09.024

2014-12-15

奶牛产业技术体系北京市创新团队(bjcystx-ny-3)

杨春合(1989-)，男，山东临邑人，硕士，主要从事畜禽健康养殖与动物福利研究，E-mail：yangchunhe1989@163.com

*通信作者：顾宪红，研究员，博士生导师，E-mail：guxianhong@vip.sina.com，Tel：010-62815895

S857.2+6

A

0366-6964(2015)09-1663-08