文/李 媛 刁其玉 屠 焰*

超聲波技術(shù)探測(cè)后備母牛乳腺發(fā)育的研究進(jìn)展

文/李 媛 刁其玉 屠 焰*

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所；農(nóng)業(yè)部飼料生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

后備母牛的乳腺發(fā)育是決定后期泌乳量的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到牛場(chǎng)的收益。目前有關(guān)后備母牛乳腺發(fā)育的研究多通過屠宰試驗(yàn)采集乳腺進(jìn)行測(cè)定，導(dǎo)致不能分析乳腺發(fā)育與后期產(chǎn)奶量間的關(guān)系，研究一直處于空白。因此，采用無創(chuàng)技術(shù)長(zhǎng)期觀測(cè)后備母牛乳腺發(fā)育成為有待研究的重點(diǎn)。超聲波儀目前已經(jīng)廣泛用于牛場(chǎng)妊娠檢測(cè)，就如何利用現(xiàn)有的超聲波儀探測(cè)后備母牛乳腺發(fā)育做一綜述，為后期超聲波探測(cè)乳腺發(fā)育技術(shù)的發(fā)展提供依據(jù)。

超聲波技術(shù)；后備母牛；乳腺發(fā)育；研究進(jìn)展

后備母牛的乳腺發(fā)育是奶牛整個(gè)乳腺發(fā)育過程的關(guān)鍵時(shí)期，后備母牛乳腺發(fā)育的好壞直接關(guān)系著后期泌乳量的多少。目前圍繞后備母牛的研究很多，而乳腺發(fā)育作為決定后備母牛后期泌乳量的關(guān)鍵因素，經(jīng)常被忽視。乳腺發(fā)育的研究一般通過屠宰試驗(yàn)獲取整個(gè)乳腺組織來觀測(cè)，而且多數(shù)研究集中于乳腺實(shí)質(zhì)組織的研究[1]，但乳腺實(shí)質(zhì)與泌乳組織有明顯的不同，屠宰后不能觀測(cè)后備母牛乳腺實(shí)質(zhì)的組成與后期產(chǎn)奶量的關(guān)系，就目前研究結(jié)果來看，不能確定乳腺實(shí)質(zhì)的發(fā)育一定與泌乳性能相關(guān)[2]，所以通過屠宰試驗(yàn)觀測(cè)后備母牛乳腺發(fā)育有一定風(fēng)險(xiǎn)。不同于屠宰試驗(yàn)，超聲波技術(shù)作為一種無創(chuàng)性方法可以實(shí)現(xiàn)將體內(nèi)難以接觸到的部位以成像的形式觀測(cè)，做到長(zhǎng)期觀測(cè)乳腺實(shí)質(zhì)的發(fā)育，從而探究乳腺發(fā)育情況與泌乳量的關(guān)系，對(duì)篩選高產(chǎn)后備母牛及提升牛場(chǎng)效益具有重大意義。本文對(duì)后備母牛乳腺發(fā)育及乳腺發(fā)育的研究方法做一綜述，旨在為后期采用新型超聲波技術(shù)探測(cè)乳腺發(fā)育，為預(yù)測(cè)產(chǎn)奶量提供參考。

1 后備母牛乳腺發(fā)育特點(diǎn)

后備母牛的后期泌乳量更多地取決于早期組織的發(fā)育程度，而不是后期的飼喂管理[3]，后期營(yíng)養(yǎng)不能彌補(bǔ)先天缺陷。奶牛的泌乳量是指從第一次泌乳到最后一次泌乳的整個(gè)泌乳生理過程的產(chǎn)奶量。但是乳腺的發(fā)育只在奶牛生命早期進(jìn)行，所以后備母牛的乳腺發(fā)育是奶牛整個(gè)泌乳周期的基礎(chǔ)。牛奶中體細(xì)胞的數(shù)量是決定牛奶質(zhì)量好壞的一個(gè)重要因素[4]，牛奶中體細(xì)胞數(shù)量越多，質(zhì)量越差，而牛奶中的體細(xì)胞數(shù)量直接與乳腺上皮細(xì)胞的凋亡有關(guān)。隨著泌乳的進(jìn)行，細(xì)胞的程序性死亡和凋亡增加，上皮細(xì)胞的數(shù)量越來越少，泌乳量逐漸下降[5]。所以乳腺上皮細(xì)胞數(shù)量而不是乳房的大小是決定奶牛泌乳性能的關(guān)鍵因素。

奶牛乳腺?gòu)呐咛テ陂_始發(fā)育，出生時(shí)乳腺的基本結(jié)構(gòu)和形狀已經(jīng)發(fā)育完全，上皮細(xì)胞開始增殖，乳腺導(dǎo)管開始發(fā)育[6]。乳腺導(dǎo)管系統(tǒng)從乳頭池開始經(jīng)過乳池，最后在上皮導(dǎo)管組織匯集[7]。上皮組織和其周邊的組織組成了乳腺的實(shí)質(zhì)；基質(zhì)是與實(shí)質(zhì)緊連的不含上皮細(xì)胞的組織，主要為連接組織、神經(jīng)組織、淋巴組織及血管，由于基質(zhì)內(nèi)脂肪含量較多，因此又被稱為脂肪墊[8]。乳腺的基本結(jié)構(gòu)見圖1。不同階段生長(zhǎng)母牛的乳腺實(shí)質(zhì)的發(fā)育變化很大，根據(jù)其發(fā)育情況大致可以分為5 個(gè)階段：斷奶前（0～2 月齡）、初情期前（3～9 月齡）、妊娠前、懷孕期、泌乳期[9，10]。在0～2 月齡后備母牛的乳腺與體重處于等速生長(zhǎng)狀態(tài)，2 月齡～初情期前后備母牛的乳腺發(fā)育處于異速生長(zhǎng)狀態(tài)，此時(shí)乳腺實(shí)質(zhì)的發(fā)育速度要快于牛體其它部位。乳腺發(fā)育最快的時(shí)期在3～9 月齡，體重90～230 kg。進(jìn)入初情期后，發(fā)情周期會(huì)刺激乳腺實(shí)質(zhì)進(jìn)一步發(fā)育[11]，此時(shí)，乳腺DNA濃度與發(fā)情周期遵循回歸生長(zhǎng)模型，乳腺實(shí)質(zhì)發(fā)育仍為異速發(fā)育階段。奶牛的乳腺發(fā)育主要集中在妊娠期，受母體激素的影響，乳腺上皮細(xì)胞開始大量的增殖分化，脂肪墊慢慢退化，脂肪組織逐漸被導(dǎo)管替代。

出生到初情期是后備母牛乳腺發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，乳腺上皮細(xì)胞迅速增殖[12]，但此階段乳腺發(fā)育易受日糧因素影響，研究表明，日糧營(yíng)養(yǎng)水平，尤其是能量、蛋白水平是后備母牛乳腺發(fā)育的主要因素，其主要影響乳腺脂肪墊的發(fā)育，但對(duì)乳腺實(shí)質(zhì)的影響較小[13～15]。此外，乳腺的發(fā)育受到機(jī)體內(nèi)激素和各類作用因子的調(diào)控，研究表明，生長(zhǎng)激素、催乳素、雌激素、胰島素生長(zhǎng)因子等都能促進(jìn)犢牛的乳腺發(fā)育。初情期前后備母牛乳頭的生長(zhǎng)與雌激素水平密切相關(guān)。雌激素會(huì)刺激細(xì)胞分裂，促進(jìn)導(dǎo)管分支及延長(zhǎng)，這些都是初情期后備母牛乳腺發(fā)育的基礎(chǔ)[12]。Heinrichs等[16]在1999年指出，雌激素會(huì)促進(jìn)乳頭的生長(zhǎng)；Capuco等[17]在2012年也指出，雌激素可促進(jìn)乳腺干細(xì)胞的增殖。

圖1 奶牛乳腺的基本結(jié)構(gòu)

2 后備母牛乳腺發(fā)育的評(píng)價(jià)方法

2.1 乳房外觀

乳房外觀及血液生化指標(biāo)能夠間接反映首次發(fā)情前乳腺的發(fā)育程度。犢牛乳房外觀指標(biāo)與成年后產(chǎn)奶量有較強(qiáng)的相關(guān)性。劉正倫等[18]試驗(yàn)結(jié)果表明，犢牛乳腺前寬和長(zhǎng)度值與產(chǎn)奶量呈極顯著正相關(guān)，體高、體長(zhǎng)與產(chǎn)奶量的相關(guān)性較為顯著。Capuco等[17]在2012年也指出，雌激素可促進(jìn)乳腺干細(xì)胞的增殖，因此雌激素對(duì)乳頭長(zhǎng)度的影響可用來間接觀測(cè)乳腺上皮細(xì)胞的發(fā)育。長(zhǎng)期以來，乳頭長(zhǎng)度一直作為一個(gè)被用來評(píng)價(jià)后備母牛乳腺發(fā)育程度的表觀指標(biāo)。羅漢鵬等[19]在2016年研究表明，乳頭長(zhǎng)度對(duì)測(cè)定日產(chǎn)奶量有顯著影響。但Whitlock等[20]在2002年研究表明乳頭長(zhǎng)度與分泌組織沒有直接關(guān)系。乳頭長(zhǎng)度是否決定后期泌乳量的研究結(jié)果不一，乳頭長(zhǎng)度與泌乳量的關(guān)系有待進(jìn)一步驗(yàn)證。圖2為5～6 月齡后備母牛乳頭。

圖2 5～6 月齡后備母牛乳頭

2.2 觸診法

觸診法是利用觸覺及視覺結(jié)合的檢查法，通常用檢查者的手或者是借助工具去實(shí)施。觸診內(nèi)容主要分為體表狀態(tài)檢查、組織器官檢查、腹部觸診，既可對(duì)動(dòng)物淺表組織進(jìn)行觸診，也可檢查動(dòng)物腹壁緊張度、有無壓痛和反跳痛、腹部包塊、液波感及肝脾等腹內(nèi)臟器情況。一手平放于被檢部位（檢查中、小動(dòng)物時(shí)，用另一手放于對(duì)側(cè)做襯托），輕輕按壓，以感知其內(nèi)容物的性狀與敏感性（圖3）。此外，也可以利用掌指運(yùn)動(dòng)，上下左右滑動(dòng)觸摸觸及的部位，了解其形態(tài)、大小及硬度等。觸診法是最早期研究乳腺發(fā)育的方法，即通過觸摸感覺乳腺實(shí)質(zhì)發(fā)育情況。Donoho等[21]在1955年的研究表明，觸診法和卡尺測(cè)量法是觀測(cè)乳腺發(fā)育的一種可行手段，但后期研究證明觸診法檢測(cè)奶牛乳腺實(shí)質(zhì)的發(fā)育很困難而且不精確，所以此方法已經(jīng)逐漸被淘汰。

圖3 觸診法

2.3 超聲波技術(shù)

超聲波成像技術(shù)作為一種無創(chuàng)性、可長(zhǎng)期觀測(cè)的技術(shù)在動(dòng)物疾病診斷及繁殖方面已應(yīng)用多年[22]。早期學(xué)者成功應(yīng)用X射線斷層攝影技術(shù)[16]及山羊乳腺核磁共振成像技術(shù)[23]探測(cè)動(dòng)物的乳腺發(fā)育情況。但由于核磁共振技術(shù)成本很高，奶牛體型大，耗資多，所以核磁共振技術(shù)后期未應(yīng)用于奶牛乳腺發(fā)育的觀測(cè)。X射線斷層攝影技術(shù)的成本也很高，并且數(shù)據(jù)可靠性不大，目前已很少使用。Caruolo等[9]在1967年開始應(yīng)用超聲波技術(shù)（A超、振幅超聲波技術(shù)）探索乳腺的結(jié)構(gòu)和泌乳導(dǎo)管的發(fā)育情況。Ruberte等[24]在1994年，提升技術(shù)，使用B超探測(cè)山羊的乳腺形態(tài)，并通過屠宰試驗(yàn)和成像技術(shù)的對(duì)比，證實(shí)采用B超技術(shù)探測(cè)乳腺結(jié)構(gòu)的結(jié)果是可靠的。

乳腺發(fā)育是決定奶牛泌乳量和乳品質(zhì)的基礎(chǔ)。B超成像可明顯地區(qū)分乳腺的微觀結(jié)構(gòu)，例如乳腺實(shí)質(zhì)、腺體、乳頭池、乳頭壁、乳頭管等[25]。超聲波檢測(cè)反芻動(dòng)物乳腺實(shí)質(zhì)及腺體和乳頭發(fā)育時(shí)一般采用低頻（5～8MHZ）的凸面線型或扇型傳感器測(cè)定[26，27]，分為直接探測(cè)法、隔離探測(cè)法和水浴法。直接探測(cè)法是指將乳腺浸用酒精擦拭后抹上傳感膠，傳感器直接接觸乳腺，探針直接橫向或縱向掃描，從而探測(cè)乳腺的橫向和縱向結(jié)構(gòu)[28]；隔離探測(cè)法是將乳頭浸入充滿乳液的膠套中，探針通過接觸膠套探測(cè)乳腺發(fā)育情況[29]；水浴法是指將乳頭放入裝滿30～35 ℃溫水的塑料杯中[30]，用探測(cè)器在杯子外進(jìn)行測(cè)定。相較于前2 種方法，水浴法在測(cè)定過程中能維持乳頭或乳腺的原有形狀，不受探針擠壓，測(cè)定結(jié)果更準(zhǔn)確（圖4）。

超聲波檢測(cè)法利用超聲波可穿透組織探測(cè)體內(nèi)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過探針發(fā)出不同頻率的聲波，聲波反射使探針內(nèi)的晶體產(chǎn)生共鳴，最后把晶體的共鳴結(jié)果以圖像形式呈現(xiàn)，所以超聲波儀可以根據(jù)回聲反射的時(shí)間實(shí)時(shí)成像[31]。在B超方法中，不同反射波的振幅會(huì)被傳感器轉(zhuǎn)化為不同亮度[31]，圖像會(huì)以不同灰度的形式呈現(xiàn)。B超技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于探測(cè)乳頭厚度，用于檢測(cè)乳腺炎或其它因素引起的泌乳障礙癥。Franz 等[25]通過對(duì)比超聲波圖像與屠宰結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)乳頭管的回聲特點(diǎn)。Ayadi等[32]在2003年利用超聲波技術(shù)發(fā)現(xiàn)了泌乳牛的乳池，泌乳區(qū)與實(shí)質(zhì)區(qū)緊鄰，泌乳區(qū)為低反射區(qū)成像較暗，實(shí)質(zhì)區(qū)為高反射區(qū)成像較亮。Nishimura等[33]在2011年應(yīng)用超聲波技術(shù)探測(cè)了2.2～25.2月齡的后備母牛的乳腺發(fā)育情況，結(jié)果表明，2月齡的后備母牛乳腺實(shí)質(zhì)已經(jīng)可觀測(cè)到，成像圖為一個(gè)橢圓形的低回聲區(qū)，5 月齡時(shí)橢圓形回聲區(qū)域消失，超聲波圖呈現(xiàn)均一的回聲區(qū)，中間伴隨不規(guī)則的低回聲區(qū)；初情期前乳腺超聲波圖中低回聲區(qū)由表皮向中間呈輻射狀擴(kuò)散；懷孕期的成像圖中，低回聲區(qū)擴(kuò)散的更深入，表明隨著后備母牛的生長(zhǎng)，乳腺導(dǎo)管逐漸延伸分支；懷孕后期超聲波圖像中只有小部分低回聲的導(dǎo)管區(qū)域。隨著后備母牛的生長(zhǎng)，超聲波成像圖中高回聲區(qū)逐漸增減增加。但是隨著后備母牛日齡的增長(zhǎng)，由于上皮導(dǎo)管的發(fā)育和分支滲入脂肪墊，導(dǎo)管區(qū)域增加（圖5）。此外，Nishimura[33]還指出，隨著日齡的增加，無回聲的導(dǎo)管區(qū)更難辨別。通過對(duì)比后備母牛乳腺的超聲波成像圖和解剖結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)成像圖與解剖面的結(jié)構(gòu)相一致，表明超聲波檢測(cè)技術(shù)探測(cè)后備母牛乳腺結(jié)構(gòu)有極高的準(zhǔn)確性，所以超聲波技術(shù)可以作為探測(cè)后備母牛乳腺發(fā)育的有效手段。

圖4 超聲波探測(cè)山羊乳腺發(fā)育掃描方法圖[30]

超聲波成像圖可以根據(jù)不同的亮度區(qū)分為脂肪組織和分泌組織。Nishimura等[33]只觀測(cè)了不同生長(zhǎng)階段后備母牛乳腺的發(fā)育情況，并沒有把超聲波圖譜中的回聲區(qū)量化，如果能將圖譜量化，計(jì)算不同發(fā)育階段后備母牛乳腺實(shí)質(zhì)及導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的含量，超聲波技術(shù)會(huì)成為一種優(yōu)于屠宰試驗(yàn)的監(jiān)測(cè)斷奶前后備母牛乳腺發(fā)育的手段。Strzetelski等[34]在2004年嘗試量化初產(chǎn)牛成像中乳腺實(shí)質(zhì)的含量，他們的目的是通過分析得到乳腺各組織的含量和泌乳量間的關(guān)系，但是現(xiàn)在超聲波檢測(cè)結(jié)果與屠宰后的對(duì)照試驗(yàn)較少，未得到準(zhǔn)確的分析結(jié)果，組織含量的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

圖5 后備母牛乳腺外觀、超聲波成像圖、解剖面圖的對(duì)比[33]

3 小結(jié)

通過活體觀測(cè)初情期奶牛乳腺實(shí)質(zhì)發(fā)育與后期泌乳量的相關(guān)性是最完美的方法?，F(xiàn)在犢牛乳腺發(fā)育的指標(biāo)評(píng)定多為活體采樣或屠宰采樣，不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期追蹤觀察。如果超聲波技術(shù)可以用于追蹤乳腺實(shí)質(zhì)的發(fā)育，就可以避免屠宰，降低成本。目前超聲波技術(shù)已廣泛用于探測(cè)母牛的懷孕或發(fā)情情況，如果其可以發(fā)展為一種監(jiān)測(cè)斷奶前后備母牛乳腺實(shí)質(zhì)發(fā)育的有效手段，就可以用牛場(chǎng)現(xiàn)有設(shè)備確定后期奶牛的生產(chǎn)潛能，大大降低成本。目前沒有準(zhǔn)確定量分析奶牛乳腺發(fā)育及泌乳量關(guān)系的方法。如果通過超聲波技術(shù)探測(cè)斷奶前乳腺實(shí)質(zhì)的發(fā)育，并用于后期乳腺發(fā)育的檢測(cè)，并且分析其與后期泌乳量的相關(guān)性，牛場(chǎng)可以在斷奶前篩選出優(yōu)質(zhì)母牛，大大降低飼養(yǎng)成本，增加收益。所以如何利用超聲波技術(shù)探測(cè)后備母牛乳腺發(fā)育情況，并量化乳腺實(shí)質(zhì)發(fā)育與后期泌乳量的關(guān)系，是未來篩選優(yōu)質(zhì)后備牛降低飼養(yǎng)成本的有效手段。C

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奶牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系北京市創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（BAIC06-2017）]

李媛（1993-），女，河北唐山人，在讀碩士，研究方向?yàn)閯?dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)。

*通信作者：屠焰，研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)閯?dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)。

2017-09-20）