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中国荷斯坦奶牛跛行和关节损伤的风险因素分析
信息来源:山东省奶业协会 发布时间:2015年 07月 04日 阅读次数:4183 次

摘要 本研究的目的是评估中国自由散放式牧场高产奶牛跛行率、关节损伤与饲养管理、牧场设计之间的相关性。本研究收集了中国34个大中型牧场高产牛群管理和卧床设计数据,如卧床设计、垫料类型、和挤奶程序等。对每个圈的所有奶牛进行行走评分(1-5分)和飞节评分(1-3分)。其中行走评分大于3分定义为临床跛行,大于4分定义为严重跛行。飞节损伤大于2分为轻微损伤,大于3分为严重损伤。中国大中型牧场临床跛行率和严重跛行率分别为31±12 %(分布于7-51%区间),和10±6 %(分布于0-27%区间)。飞节轻微损伤和严重损伤的概率分别为40±20%(分布于6-95%区间)和5±9%(分布于0-50%区间)。临床跛行和严重跛行率与牧场的规模有显著相关性。随着牧场规模的增大,临床跛行和严重跛行有降低的趋势,每增加100头牛临床跛行率降低0.35±0.09%,严重跛行降低0.15±0.06%。牧场的新旧程度也显著影响跛行率,尤其是大于9年的牧场跛行率和严重跛行率明显升高。牧场的规模和新旧程度在引起临床跛行和严重跛行的因素中占49%和30%的作用。深槽卧床可降低轻微飞节损伤和严重飞节损伤的发生率(分别降低20.9%和3.65%)。大于9年的牧场飞节轻微损伤和严重损伤率分别提高16.68%和7.17%。这两个变量可解释飞节轻微损伤和飞节严重损伤的52%和58%。总之,牧场之间的跛行率和关节损伤概率变异很大。良好的卧床设计和管理有助于降低跛行率和关节损伤。

引言

从上世纪90年代中期,随着国内对奶产品的巨大需求,中国的牛奶产量快速增加,中国也因此成为世界上产奶大国之一。中国产奶量的增加是奶牛数量增加和奶牛单产增加共同作用的结果。中国奶业的成长导致比较大的结构调整,包括畜群规模的扩大和小型牧场数量的下降。

中国奶业的成长和集约化给管理方式带来了巨大的挑战,部分是由于大型牧场实施的措施往往不同于传统的饲养方式。虽然自由散栏饲喂正变得越来越常见,但是北美的工作已经表明管理不善的自由散栏里的奶牛跛行和关节损伤的患病率依然很高。最近,Wu等人已经表明跛行可引起每3000头奶牛中就有一头淘汰奶牛,同时认为跛行也是中国奶牛的一个严重问题。评估畜群跛行和关节损伤的患病率,找出导致这两种病的危害因素,有助于找到提高奶牛健康水平和福利的措施。本研究的目标就是探讨中国商业化自由畜栏里的高产奶牛跛行率和关节损伤患病率与管理水平和基础设施设计之间的关系。

材料与方法

牧场的选择和观察

在C.O.W.S项目组织下选择中国的34个牧场(华北13个,华东21个)进行跨地域研究,该组织是加拿大UBC大学和诺伟司公司合作成立的服务性组织。要求Novus的工作人员从中国牧场中随机选择,考虑的因素包含以下标准:荷斯坦奶牛,自由散放式饲喂系统, TMR饲喂,产奶牛≥150头。所有方法收集到的数据都要得到The University of British Columbia动物福利委员会的认可,该数据要遵从由加拿大动物福利委员会列出的大纲标准。

从2012年的9月份到12月份对牧场进行评估。2个相同训练的观察员执行所有牛场基于动物和基础设施方面的评估。对每个牧场的经产高产奶牛组进行评估。“高产”组由牧场提供DHI信息。每组的规模(mean±SD)是111±68头牛,从38头到303头不等。评估牧场的胎次、DIM和高产牛日产奶量(kg/d)分别是2.4±0.4 (1.9-3.1),110±75 (29-272),34.7±6.6 (20.9-45.6)kg/d。

跛行评估鉴定

所有评估组的奶牛依据它们在牛舍的步态进行打分,采用5分等级体系(NRS),该等级体系中1分表示健康,5分表示严重跛行。在NRS中,得分≥3的奶牛临床跛行,得分≥4的奶牛严重跛行。计算每一个牧场里的临床跛行和严重跛行奶牛所占的比例。

飞节损伤评估

所有评估组的奶牛根据挤奶期间飞节的情况(跗关节外侧面)进行打分,采用3分等级体系,在该体系中1分表示飞节健康无脱毛,2分表示飞节有光秃斑块而无明显肿胀,3分表示有明显肿胀或者严重损伤,或者二者兼而有之,该飞节评分体系根据由Cornell Cooperative Extension提出的奶牛飞节评估图。在评估过程中只评估每头牛的一条腿,这是由于一些牛舍的类型使得评估相对的另一条腿非常困难。在每一评估组中,系统的对其中一半牛的右腿进行评分,对另一半牛的左腿进行评分,但使用转盘式牛舍的评估组是个例外,在该评估组中对每一头牛的同一条腿进行评分。计算每一个牧场里的轻微飞节损伤(得分≥2)和严重飞节损伤(得分≥3)奶牛所占的比例。

管理方式和基础设施设计

在收集牛场的管理方式和基础设施设计方面(表1)的信息时,要考虑到奶牛跛行和飞节损伤的潜在危害因素,可以直接观察牛场环境和管理,也可以在观察牛场期间与牛群管理员直接访谈,如果有垫料的话,可以对垫料进行抽样,查看编辑的牛群记录。

综合管理

综合牛群管理方式的因素包括牛群规模(可从牛场记录中获得或者由牛群管理员估计)、牛舍年龄(牛群管理员估计)和可接触的运动场围栏(围栏应用时,每个牛场的时间,季节和泌乳阶段都不同)。

围栏设计和管理方式

评估的30个圈舍是混凝土地板,由于地板没有可变性,所以地板并不是一个潜在的危害因素。连续清除圈舍里的粪便,可以使用高频率的自动刮粪机,或者使用其他的方式每日清除几次,如铲车,滑板。然而,与其他低频率的清粪方式截然不同的是自动刮粪机的出现导致了两个变量。牛棚里的饲养密度由每一可使用的卧床(具有明显障碍进而阻碍牛躺卧的卧床除外)除以牛的数量得到。饲养密度最高的牧场(160%)由于大部分牛在运动场躺卧所以其数据被剔除不做分析,其次最高的牧场饲养密度最高值则为110%。

畜栏设计

测量每一评估圈舍里的6个卧床的尺寸,包括其宽度、颈部栏杆的位置和颈部栏杆到垫料的高度。为保证选择的卧床有代表性,卧床的选择要根据卧床的数量和类型决定,例如圈舍里有100个头对头的双排卧床则应每16个选取一个测量,如果圈舍里有50个头对头的双排畜栏和50个单排畜栏则应每16个单排卧床和每16个双排卧床都要选择进行测量。

通过这些测量平均每个牧场得到1个值。卧床的总长度和卧床后缘台阶到挡胸版位置的距离也要测量。对于奶牛,卧床的有效长度取决于影响奶牛躺卧的多种因素,比如挡胸版的有无和位置,卧床是单排卧床(对着围墙或者食槽)还是双排卧床(2排卧床,头对头)。由于同一牧场之内以及不同牧场之间这些因素的情况不同,无法统一推荐一个标准的卧床长度,因此卧床长度不做分析之用。记录挡胸版的有无及距离。

垫料类型和质量

记录评估组的圈舍地基和垫料类型。由于垫料的深度(与放在混凝土地板、垫子、橡胶垫上的小数量垫料截然相反,向下挖该垫料至少10cm而不暴露地板)和最经常使用的垫料材料(粪料、沙子、锯末)产生了两种变量。选择分布在整个圈舍里的10个卧床里的样品(如果圈舍里含有100个卧床,则抽取第10个卧床作为样品)。从每个牧场里的每一个卧床的后三分之一处抽取50ml样品然后聚集成一个样品。在中国农业大学国家动物营养实验室(中国北京)和浙江大学反刍动物营养实验室(中国杭州)分析卧床样品中干物质的含量。同一卧床也要对粪便污染进行评估,可分为干净干燥或者包含粪便污染若干等级。统计每个牧场里被粪便污染的卧床比例。

表1 单变量分析指数

指数

单位/类别

平均值±标准差

频率(%

综合管理

畜群规模

数量

1,380±1,846(160-8,873)


牛棚时间

年份

6±8(1-31)


运动场

/

6±7(1-31)

74

牛棚经营

自动刮粪机

/


26

饲养密度

%

89±19(59-161)


围栏设计

挡胸版

/


56

宽度

cm

120±(110-126)


颈部栏杆高度

cm

108±(83-129)


颈部栏杆距离

cm

172±(154-215)


垫料

厚垫料

/


62

沙子垫料

/


29

锯末垫料

/


32

粪便垫料

/


29

垫料DM

%

83±16(31-99)


粪便污染的卧床比例

%

53±28(0-100)


挤奶

挤奶行走距离

m/d

443±297(78-1,297)


挤奶时间

Min/d

146±60(68-357)


挤奶室、等候区、过道的橡胶面

/


56

跛行管理

蹄浴频率

次数/

2±2(0-7)


修蹄频率

次数/

2±1(1-4)


挤奶

奶牛由于挤奶每天离开圈舍的总时间通过以下方法计算,即从第一头奶牛离开圈舍到最后一头奶牛回到圈舍的时间,再乘以每日的挤奶频率。记录圈舍到挤奶厅的距离,然后乘以挤奶频率的2倍进而计算出奶牛的总必要距离即产奶奶牛每天必须走的距离。记录牛棚、等候区域、牛棚走廊中至少一部分区域橡胶地板的铺设情况。

牛蹄管理 记录每头牛每年修蹄的次数和每头牛每周蹄浴的频率,而蹄浴的方式则没有记录。

数据分析

试验数据运用SAS 9.3进行分析,把牛群当做一个试验单位。得到的4个结果分别是高产奶牛临床跛行、严重跛行、轻微飞节损伤和严重飞节损伤的患病率。首先运用单变量分析(PROC GLM)评估结果变化和每一个估计值(表2)间的联系。只考虑每一类型里的至少6个牧场的分类估计值。当评估估计值和结果间的线性关系时,牛棚年龄的估计值不显示线性关系。五分位数应用于牛棚年龄的分流点并且选择最大确定系数的分流点。与P<0.1相联系的单变量估计值提交到多变量一般线性模型(PROC GLM)。然而,在最后的模型里没有与0.05<P<0.1相关的估计值,因此不能更加深入的讨论。计算估计值间的相关性从而可避免高度相关的变量进入同一模型。当2个估计值高度相关时,根据估计值在单变量模型和假设因果过程模型中的确定系数选择估计值。每一模型之后计算方差膨胀因子确认缺少多重共线性。人工逐步选择建立模型。首先,通过人工向后消元,如果P>0.05,估计值则从最后的模型中移除,假设移除的一个变量没有改变剩余估计值的参数(不≥30%)。然后,移除的估计值再逐个的重新提交到模型,如果P≤0.05则保留。要检验最后保留在模型中的估计值的两种因素的相互作用,但是都不保留(任何情形P>0.05)。每一模型之后都要检查残差已确定方差常态和方差齐性。使用残差、中心化杠杆值、和Cook距离检查模型里的不正常的离群值、高杠杆中心点和观察值。


2中国34个自由散放牧场临床和严重跛行患病率与管理水平因子间的关联

变量

估计参数

SE

R2

P

临床跛脚





牛群规模

-0.37

0.09

0.33

<0.001

运动场

14.74

3.84

0.31

0.001

牛棚时间≥9

13.70

4.89

0.20

0.01

严重跛行(%





运动场

6.78

2.29

0.22

0.01

牛群规模

-0.15

0.06

0.18

0.01

牛棚时间≥9

6.13

2.83

0.13

0.04

注:只有P0.05的关联才展示。分别对临床和严重跛行的家畜水平的风险因子进行分类。最终模型里保留的变量用黑体字表示。

结果

不同的牛场之间其基础设施设计和管理方式(表1)存在很大差异,跛行率和飞节损伤的患病率也是如此。临床跛行和严重跛行的患病率(mean±SD)分别是31±12(7-51),10±6%(0-27%)。奶牛飞节损伤总的患病率是40±20%(6-95%),奶牛严重飞节损伤的患病率是5±9%(0-50%)。


管理水平对跛行的风险因素

在单变量水平(表2),临床和严重跛行的患病率随牛群规模的增大而降低,随与运动场接触的增多、牛舍年龄的增加(≥9yr)而增加。奶牛与运动场的接触和牛群规模相关(r=-0.56;p=0.001)并且控制牛群规模,与运动场的接触并不保留在模型里(i.e. 与运动场的接触和跛行间的关系由于牛群规模而变得让人困惑不解)。临床跛行的最后模型包含牛群规模(估计值=-0.35±0.09%;p<0.001)、牛舍年龄≥9yr(估计值=12.73±442%;p=0.01)并阐明了变量的49%(R2=0.49)。严重跛行的最后模型包含牛群规模(估计值=0.15±0.06%;p=0.02)、牛舍年龄≥9(估计值=5.79±2.89%;p<0.01)并阐明了变量的30%(R2=0.30)

卧床对飞节损伤的风险因素

具有最高严重飞节损伤患病率的牛场不包含在严重飞节损伤的模型里,因为这是一个离群值和大部分单变量模型和多变量模型里的观测值。在单变量水平(表3),飞节损伤(总体和严重飞关节损伤)的患病率随垫料深度的增加而降低,随牛舍年龄(≥9yr)和锯末的使用的增加而增加。厚垫料和锯末垫料的使用呈负相关(r=-0.70;P<0.001);大部分使用厚垫料的围栏里使用的是粪料、沙子,只有一个牛场垫料用的是锯末。只有使用厚垫料卧床的数据才被提交到最终的模型。总体飞节损伤患病率的最后模型包含垫料厚度(估计值=-20.90±5.66%;P=0.001)、牛舍年龄≥9yr(估计值=16.68±7.17%;P=0.03)并阐明了变量的52%(R2=0.52)。严重飞节损伤患病率的模型包含垫料厚度(估计值=-3.65±1.41%;P=0.02)、牛舍年龄≥9yr(估计值=6.95±1.75%;P<0.001)并且阐明了变量的58%(R2=0.58)


表3中国自由围栏牧场牛群管理水平因子与轻微飞节及严重飞节损伤患病率间的关联

变量

估计参数

SE

R2

P

总飞节损伤(%





厚垫料

-27.06

5.39

0.44

<0.001

牛棚时间≥9

27.90

7.71

0.30

0.001

锯末垫料

22.53

6.58

0.27

0.002

严重飞节损伤(%





牛棚时间≥9

9.01

1.70

0.48

<0.001

厚垫料

-6.20

1.50

0.36

<0.001

锯末垫料

5.97

1.71

0.29

0.002

注:只有P0.05的关联才展示。分别对临床和严重跛行的管理水平的风险因子进行分类。最终模型里保留的变量用黑体字表示。



讨论

跛行病和飞节损伤的患病率

基于不同牛场间管理方式和基础设施设计的不同,正如预想的那样,不同牛场跛行病和飞节损伤的患病率也有很大的不同。奶牛临床跛行的发病率接近于Minnesota California和British Columbia报道的25%到31%的区间,但低于北美一项研究中报道的55%的患病率,该研究也是针对自由畜栏里的高产荷斯坦奶牛。严重跛行的患病率接近于这些地区所报道的4%到8%的区间。与von Keyserlingk等人的研究一致,奶牛飞节损伤总体的患病率高于临床跛行的患病率,但其接近于British Columbia的报道值(42%)低于Colifornia的报道值(56%)以及北美的报道值(81%),这些研究也都以自由圈舍里的高产奶牛为对象。严重飞节损伤的患病率是在这些地区所报道的2%到5%的范围内。

牛群规模和临床跛行和严重跛行的患病率呈负相关。一些早年间欧洲的研究报道称牛群规模越大患跛行病的风险就越大。Alban(1995)认为,由于牛场的机械化和劳动力的减少,工人们花更少的时间观察他们的奶牛,因此发现跛行奶牛并治疗它们的机会大大减少。然而,这些早年间欧洲的研究,运用多种技术、机械及人力,其研究核心只是集中在小规模牛群。北美越来越多的近期研究对大规模牛群进行抽样(与本次研究一个类型)。因此,机械和技术的差别与大规模牛群间的关系就更小,并且发现牛群规模和跛行病间要么没关系要么负相关。我们认为这项研究中大规模牛群中的跛行率低的结果是由于大型牛场里专业化的管理,包括专门负责奶牛跛行病和肢蹄健康的工人的应用。

牛舍年龄与日益增加的跛行病和飞节损伤也有关系。一些年久的牛棚往往存在一些共性,比如较小或者受损的卧床、更加坚硬或粗糙的地基、效率低下的粪便排泄系统、劣质的地板,以上这些因素可直接(潮湿粗糙的站立表面)或间接(不舒服的卧床导致奶牛长时间的站在潮湿坚硬的地上)的对牛的腿部造成伤害。众所周知,不舒服的卧床能够增加奶牛飞节受伤的风险,这可能是由于奶牛卧下时骨头凸起的部分与粗糙面长时间的挤压造成的,也可能是与卧床的碰撞造成的,或者是当奶牛起立卧下时与卧面的碰撞造成的。与牛群规模的作用相似,应该进一步研究直接影响牛肢蹄健康的特定风险因素。

与以前的文献相一致,通过使用厚垫料可减少奶牛飞节的损伤。当动物躺下时,关节附近的柔软组织与地面相挤压。垫子上增加更多的垫料可避免皮肤与粗糙地面的直接接触,因此可以防止牛毛的脱落和皮肤受损。围栏里的垫料通常是沙子或者干燥的粪便。而锯末,主要使用在数量不足的垫子和混凝土地面上,与肘关节损伤的发生呈正相关。在其他的研究中,垫料的材料和质量间的关系令人很困惑。尽管沙子和粪便的性质不同(比如一个是无机物一个是有机物),但使用沙子和粪便作为垫料的牛棚飞节损伤的发病率很相似(总发病率:沙子和粪料分别是31%,28%;严重飞节的发病率都是2%)。以前的研究发现卧床上铺厚点沙子,以粪便作为垫料,铺厚点锯末,使用稻草,或者铺厚点稻草奶牛飞节的患病率会降低。这些结果表明使用厚厚的垫料,或者垫料与质量良好的垫子配合使用时可以起到一种保护作用。沙子也可能有额外的好处,比如它不容易从坚硬粗糙的卧床表面上刮走,它也为细菌的生长提供了一种劣质的媒介,沙子的排水性能也良好。这些性质有助于预防和治愈飞节损伤,尤其在卧床的维护面临挑战的牛厂里。我们建议使用沙子作为垫料,如果不能用沙子作为垫料的话,则最好用干燥的有机材料作为垫料并在使用中铺厚点。

研究设计

这是一个跨地域研究(要同时测出风险因素和结果),因此这也决定了这个研究不可能得到确切的因果关系。这种缺点存在大部分的容易完善并与越来越多的健康问题有关的管理方式(一些管理方式导致越来越多的健康问题,越来越多的健康问题也能产生一些管理方式)中,却很少应用于改善奶牛健康的管理方式中,或者很少灵活性的风险因素中,比如这个研究中的大部分基础设施和管理方式的估计值。

跨地域研究能够分辨风险因素和结果间的联系,却不能分辨出所缺少的联系。例如,少找到一种联系可能是所抽样的牛场间的估计值缺少变量的后果,当应用小样本时更是如此。确认肢蹄问题和其他区域风险因素(e.g.其他研究已经指出厚垫料和降低的跛行病间的联系,虽然这种联系在最近的研究中没有得到证实)所缺少的联系时需要进一步的研究。在中国奶业成长的过程中也许会出现新的风险因素,管理方式和基础设施的设计也需要不断的改变。例如,牛棚里的“超载”已经被认为是奶牛跛行病和飞节损伤的一个风险因素。这项研究中所缺少的一种联系很有可能是由于评估牛场的良好的管理方式(除1个牛场外其他牛场的饲养密度都低于110%)。

虽然小规模牛群在中国依然很普遍,但这项研究却针对大中型自由散放圈舍里的牛群,这是由于这种饲养方式正日益普遍。管理方式和牛棚的变化将会给中国奶业带来一系列的挑战。在同一区域具有相似限制条件的牛场成功和挑战的过程中,这项研究阐明了基准研究的价值。这种研究类型可以分辨出即将出现的风险因子也可以阐明一些牛场所能达到的成功水平(e.g.在所抽样的牛场中情况最糟的牛场飞节损伤的发病率为95%,与此相比,一个牧场飞节损伤发病率只有6%)。

这个研究描述了一个样本的便利性。牛场是由诺伟司公司人员随机选择的,当然也要经过厂长的同意,所以存在一定程度的选择偏见。然而,这项研究所辨明的联系与已存文献中的因果图表相一致,因此我们认为我们的成果为中国奶业的跛行病和飞节损伤的风险因素提供了基本的有效观点。

与以前的研究相似,我们的评估也针对高产奶牛。这是奶牛跛行病和飞节损伤高风险原因的同生组群,这是因为它是由处在泌乳早中期阶段的经产奶牛组成,一些因素与这些疾病也有关。这种抽样策略在一定程度上高估了奶牛跛行病的发病率,假设一些情况在泌乳进程中得以解决,如果得到正确处理的话。然而,肢蹄问题通常是一种长期问题,高产奶牛组(一些包括初产奶牛和广泛的DIM区间)的匀质性差,这些有助于减少抽样偏见。这种目标样本在评估风险因子时具有优势。高产奶牛是同生组群,不合适的基础设施设计和管理方式容易在表面,因此肢蹄问题和风险因子间的强烈关系的同生组群很容易发现。高产奶牛组也许起到探测其他地区牛场肢蹄问题风险因素哨兵的作用。甚至,高产奶牛可以代表具有巨大经济效益的奶牛。

与跛行牛场试验调查相一致,我们基于奶牛的步态而非腿部健康定义跛行。尽管一些疾病间存在一定的联系,如蹄溃疡和腿部损伤,并不是所有的腿部伤害都能导致步态的改变并且并不是所有的跛行病其腿部都有可见的创伤。步态可通过奶牛每日从圈舍走到挤奶间进行评估,评估损伤则需要修蹄。我们认为研究家畜跛行的风险因子,与腿部损伤的患病率相比,受损的步态的患病率是更好的参数,在评估预防计划的应用时也是一个更好的指示参数。

由于实际操作的限制,我们只评估每一头牛的一个飞节,潜在地低估了飞节损伤的患病率。然而,Potterton等人报道,假设给一头牛的一条腿的脱毛情况进行打分,则这条腿所对的另一条腿也会得到相同的分数,只有一小部分的牛两条腿的得分会有大的偏差(在4分等级中,2分和3分不同的奶牛比例分别是<9%和<2%)。

结论

中国奶牛跛行和飞节损伤的患病率与北美不同地区的患病率相当。跛行病的发病率随牛群规模的增加而降低,随牛棚年龄的增加而增加。考虑到跛行病的复杂性和多因素性,这些联系可能是大型(对跛行病更专业的护理)和年久的牛场(劣质的地板和不好的基础设施设计)里的管理方式和设施设计造成的。飞节损伤的发病率也是随着牛棚时间的增加而增加,随着垫料厚度的增加而减少,进一步证实了以前的研究结果:宽敞的卧床对预防飞节损伤至关重要。


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