基于GNSS衍生运动指标的放牧母羊和羔羊胃肠道寄生虫病检测及其对靶向选择性治疗的潜力

《Frontiers in Veterinary Science》：GNSS-derived metrics as indicators of gastrointestinal parasitism in naturally infected grazing ewes and lambs

　　

胃肠道线虫，尤其是捻转血矛线虫（Haemonchus contortus），对绵羊的健康和生产力造成重大损失。靶向选择性治疗（Targeted Selective Treatment, TST）通过仅治疗需要临床干预的个体来缓解驱虫药耐药性，但其大规模实施受限于高劳动需求。精准畜牧业（Precision Livestock Farming, PLF）提供了连续监测的替代方案。因此，研究人员评估了使用全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）追踪器识别放牧绵羊中与胃肠道寄生虫病相关的运动模式改变，旨在评估其作为TST筛查工具的潜力。两项实验在自然感染条件下评估了15只哺乳母羊和15只断奶羔羊。定制项圈式GNSS追踪器记录了放牧期间的空间参数，同时每周评估红细胞压积（packed cell volume, PCV）和粪便虫卵计数（faecal egg count, FEC）以划分个体健康状况。动物从驱虫后的“健康”基线开始接受评估，直到其转为“不健康”（PCV < 22%，或PCV < 27%且FEC > 2000）。捻转血矛线虫是两组动物中占主导的线虫属（母羊=96%，羔羊=93.8%）。对GNSS衍生指标的分析显示，不健康羔羊的峰值速度、整体速度、峰值加速度和总活动时间显著高于健康羔羊（p < 0.05）。在母羊中，健康状况差也显著增加了活动时间和整体速度（p < 0.05）；然而，峰值速度和加速度主要受体重影响，而非健康状况。GNSS指标有望成为放牧绵羊TST的非侵入性候选指标。

胃肠道寄生虫病，尤其是捻转血矛线虫（Haemonchus contortus）感染，是绵羊生产中主要的健康威胁，可导致贫血、腹泻、体重下降甚至死亡，严重损害动物福利和养殖效益。靶向选择性治疗（Targeted Selective Treatment, TST）通过仅治疗需要临床干预的个体，减少不必要的驱虫药使用，从而缓解驱虫药耐药性的选择压力，是优化羊群驱虫管理的重要策略。然而，传统TST实施依赖反复保定和个体临床评估，如FAMACHA评分或体况评分，劳动强度大、评估频率受限，难以在大规模羊群中持续开展。精准畜牧业（Precision Livestock Farming, PLF）技术，尤其是可穿戴传感器，能够非侵入性地、实时连续监测动物个体行为，为克服这一瓶颈提供了可能。已有研究利用加速度计检测寄生虫感染相关的行为变化，但基于全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）的运动指标在胃肠道寄生虫病监测中的应用仍较少，特别是针对捻转血矛线虫。为此，研究人员开展本研究，评估GNSS追踪器识别放牧绵羊胃肠道寄生虫感染相关运动模式变化的潜力，旨在为TST提供自动化的筛查工具。

研究在巴西Pontifícia Universidade Católica do Paraná（PUCPR）大学农场进行，包含两个连续实验。第一个实验使用15只哺乳母羊（杂交品种，Ile de France或Texel×Hampshire Down，3-6岁），第二个实验使用15只断奶母羔（相同遗传组成，约82日龄）。动物均自然放牧，在进入实验时接受广谱驱虫药处理，建立“健康”基线，随后暴露于已污染牧场的自然寄生虫感染。每周采集血液和粪便，测定红细胞压积（packed cell volume, PCV）和粪便虫卵计数（faecal egg count, FEC），利用改良Gordon和Whitlock法计数，经幼虫培养后形态学鉴定虫属。根据健康阈值（PCV < 22%，或PCV < 27%且FEC > 2000），将动物划分为“不健康”；未达到阈值的视为“健康”。研究人员使用定制项圈式GNSS追踪器（iGPSPORT BSC200）以1 Hz频率记录放牧期间的空间位置，数据经QGIS处理后，设定0.20 m/s的静止位移阈值过滤信号漂移，提取活动时间、整体速度、峰值速度、峰值加速度等指标。采用线性混合效应模型（Linear Mixed-Effects Model, LMM）比较健康与不健康组的指标差异，以体重作为协变量；采用一般线性模型（General Linear Model, GLM）评估各GNSS衍生指标对PCV和FEC的预测能力。

3 Results

研究结果显示，捻转血矛线虫是两个队列中的优势虫属（母羊96%，羔羊93.8%）。PCV与log₁₀转换后的FEC[log₁₀(EPG+10)]呈显著负的log-线性关系，母羊和羔羊的斜率相似，表明寄生虫负荷增加时贫血程度加剧。GNSS监测期间，母羊平均每日记录410.4±37.8分钟，羔羊为255.4±53.8分钟。GLM分析显示，基于GNSS衍生指标计算的PCV和FEC估计值与观测值之间具有良好的拟合度，提示这些指标能够反映寄生虫感染的血液学和粪检变化。根据临床阈值，整个实验期间各队列均有9只动物被划分为“不健康”。与健康个体相比，不健康羔羊的FEC显著升高（11,433.33±10,912.72 EPG vs. 183.33±161.10 EPG），PCV显著降低（23.00±2.18% vs. 34.80±3.23%）；不健康母羊亦呈现FEC显著升高（5,277.78±3,561.17 EPG vs. 410.71±495.43 EPG）和PCV显著下降（21.56±4.77% vs. 29.21±2.29%）。在GNSS运动指标方面，不健康羔羊的整体速度、峰值速度、峰值加速度和总活动时间均显著高于健康羔羊（p < 0.05）。不健康母羊的活动时间和整体速度也显著增加（p < 0.05），但峰值速度和加速度不受健康状况显著影响，而是与体重显著相关。

4 Discussion

在讨论中，研究人员指出，本研究观察到的感染动物活动增强与部分先前研究报道的活动减少不一致，但支持Falzon et al.发现的FEC与距离之间的正相关。这种差异可能源于加速度计与GNSS所捕捉的行为维度不同：GNSS主要记录水平位移，而加速度计可以区分具体行为状态。针对捻转血矛线虫引起的贫血和代谢应激，研究人员提出活动增加可能反映因全身不适导致的烦躁不安，类似于Williams et al.观察到的感染母羊短时躺卧频率增加。峰值速度和加速度的升高可能反映羊只回避粪便污染区域、频繁变换方向或调整运动节律。此外，疾病严重程度可能影响运动模式方向：本研究中动物未达到极度贫血状态，因此表现为代偿性活动增加；若感染加重，则可能转为活动减少以节省能量。年龄差异方面，羔羊免疫系统未成熟，感染后运动学改变更为明显。研究人员也承认，由于“不健康”测量发生在实验后期，时间本身可能带来混杂效应，未来需引入未感染对照组以更精确地分离寄生虫的影响。尽管是初步结果且样本量有限，本研究表明佩戴式GNSS衍生运动指标能够检测放牧绵羊因线虫寄生导致的运动改变，有望作为未来TST筛查系统的候选指标，从而减少人工评估负担并缓解驱虫药耐药性。最终，研究人员得出结论：GNSS衍生运动指标是检测放牧绵羊胃肠道寄生虫病相关运动变化的有效非侵入性工具，具有应用于TST的潜力。