奶牛跛行史与蹄垫胶原蛋白I/III型比例变化的相关性研究

本研究针对奶牛蹄垫病变(HHL)高发且易复发的问题，通过分析54头淘汰奶牛的599个蹄垫样本，结合组织染色与回归模型，首次揭示跛行史与蹄垫中胶原蛋白I型比例降低、III型比例升高显著相关。结果提示局部炎症可能引发蹄垫组织结构重塑，为理解跛行恶性循环机制提供了关键组织学证据。

　　

在全球畜牧业中，奶牛跛行始终是困扰动物福利与牧场经济效益的难题。蹄垫病变(Hoof Horn Lesions, HHL)作为跛行的主要诱因，具有高度流行性和反复发作的特点，包括蹄底出血、蹄底溃疡和白线病等具体表现形式。这些病变不仅导致奶牛疼痛、行为异常，还造成产奶量下降和提前淘汰，给奶业可持续发展带来严峻挑战。

蹄垫(Digital Cushion)作为蹄部解剖结构中的核心缓冲组织，由三个圆柱形脂肪组织构成，嵌入胶原结缔组织网络中，其功能在于分散站立和运动时产生的压力和冲击力，保护蹄部生发上皮免受损伤。先前研究表明，蹄垫厚度与奶牛体况评分(Body Condition Score, BCS)密切相关，较薄的蹄垫会增加HHL的发生风险。然而，关于跛行史如何影响蹄垫微观结构——特别是胶原蛋白组成的变化——至今尚不明确。胶原蛋白作为维持脂肪组织结构和功能的重要纤维成分，其I型和III型的比例变化可能直接影响蹄垫的机械缓冲性能。

为此，来自诺丁汉大学兽医与科学学院的研究团队开展了一项回顾性队列研究，旨在揭示奶牛一生中跛行史、HHL治疗记录与淘汰时蹄垫胶原蛋白I/III型比例之间的关联。该研究近期发表于乳业科学领域权威期刊《Journal of Dairy Science》，为理解跛行的发病机制提供了新的组织学视角。

研究方法概述

研究团队从苏格兰农业学院Langhill牧场淘汰的54头荷斯坦奶牛中获取108只后蹄，共解剖599个蹄垫样本。通过磁共振成像(mDIXON Quant序列)测量蹄垫体积后，对组织样本进行天狼星红(Picrosirius Red, PSR)染色，结合系统随机抽样和图像分析技术，量化蹄垫中胶原蛋白I型（红色）和III型（绿色）的相对比例。利用多元线性回归模型分析跛行史、BCS、胎次等变量与胶原比例的关系。

研究结果

描述性统计

数据显示， lateral蹄垫中胶原蛋白I型比例中位数为56.2%（范围23.6%–83.8%），显著低于medial蹄垫的59.6%（13.3%–92.7%）。35头奶牛的lateral蹄垫中I型胶原比例高于III型，但个体间差异显著。蹄垫体积与I型胶原比例仅呈弱相关(R2=0.05)。

模型A：淘汰前4周跛行评分与BCS的影响

研究发现，淘汰前4周的平均跛行评分每增加1分，lateral蹄垫中I型胶原比例下降3.97%（P=0.01）；而BCS每升高1分，I型胶原比例增加6.49%（P=0.003），表明近期跛行状况和营养状态直接影响蹄垫结构。

模型B：终生跛行史与蹄垫体积的关联

终生健康状态（无跛行记录的时间比例）每增加1%，I型胶原比例上升0.16%（P=0.03）。胎次增加可能降低I型胶原比例（每胎次下降2.62%，P=0.06），而蹄垫体积每增加1 mL，I型胶原比例提高0.52%（P=0.04）。

模型C：HHL治疗次数的影响

终生HHL治疗记录每增加1次，I型胶原比例降低1.60%（P=0.002），明确提示跛行事件与胶原比例失衡的累积效应。

结论与意义

本研究首次通过组织学证据揭示，奶牛跛行史与蹄垫中胶原蛋白I/III型比例变化存在显著关联。III型胶原作为创伤修复初期的主要成分，其比例升高可能反映蹄垫经历反复炎症刺激后的瘢痕化重塑。这种结构改变可能削弱蹄垫的缓冲功能，形成“跛行-结构损伤-再发跛行”的恶性循环。

尽管回顾性设计无法确定因果关系，但结果提示局部炎症（如HHL相关的基质金属蛋白酶(MMP)活化）可能降解I型胶原，同时促进III型胶原沉积。此外，胎次增长与BCS下降对胶原比例的影响，进一步说明年龄增长和代谢状态变化共同参与蹄垫组织结构退化。

该研究为开发针对性的跛行预防策略提供了新思路，例如通过优化营养管理维持BCS、早期干预HHL以减轻蹄垫重塑。未来研究可结合遗传学分析和活体影像技术，动态观察蹄垫结构变化，为奶牛跛行的精准防控奠定基础。