体况评分与温湿指数与苏门答腊象皮质醇水平作为生理应激指标的关联性

《Veterinary Medicine International》：Body Condition and Temperature–Humidity Index Are Associated With Cortisol Levels as Indicators of Physiological Stress in Sumatran Elephants

　　

本研究旨在验证皮质醇酶联免疫吸附测定（ELISA）试剂盒在苏门答腊象（Elephas maximus sumatranus）中的适用性，并应用该验证方法探究体况评分（BCS）、环境温度、相对湿度及温湿指数（THI）对印度尼西亚亚齐省保护救援单位（CRUs）中大象皮质醇水平的影响。研究纳入20头大象（8头雄性和12头雌性；10–49岁），分布于6个CRU（A–F）。分析验证评估了平行性、准确性和精密度，生物学验证比较了医疗治疗期与恢复期后的皮质醇水平。采用线性混合效应模型分析影响皮质醇水平的因素，以BCS、地点、环境温度、湿度和THI为固定效应，大象个体身份为随机效应。结果显示，该测定方法具有可接受的分析性能，系列稀释样品与皮质醇标准曲线之间呈现良好的平行性。生物学验证表明，医疗治疗期的皮质醇水平显著高于恢复期（p < 0.01）。混合效应分析显示，BCS、地点、环境温度、湿度和THI均与皮质醇水平显著相关（p < 0.01）。BCS为7分（量表1–9）的大象倾向于表现出较低的皮质醇水平。不同地点间皮质醇水平也存在差异。皮质醇水平随环境温度和THI升高而增加，而较高湿度与较低皮质醇水平相关。综上所述，经验证的皮质醇测定方法在本研究条件下适用于苏门答腊象。研究结果表明，体况和环境因素（如环境温度、湿度和THI）可能与CRU管理下大象的皮质醇水平变化相关，提示在福利监测中同时考虑生理和环境背景的重要性。

本研究发表于《Veterinary Medicine International》，聚焦于苏门答腊象这一印度尼西亚特有的极危亚种的应激生理学评估问题。苏门答腊象（Elephas maximus sumatranus）作为亚洲象（Elephas maximus）的亚种，因栖息地丧失、盗猎及人象冲突加剧，种群数量急剧下降，自2011年起被国际自然保护联盟（IUCN）列为极危物种，目前野生个体仅约1724头，另有约243头处于人工管理状态。保护救援单位（CRU）作为半管理设施，虽能有效降低栖息地侵占、盗猎和人象冲突等直接威胁，并为象群提供常规兽医护理与健康监测，但管理环境下的象群仍可能因环境因素、管理措施及营养状况而遭受生理应激。因此，评估应激及其决定因素成为该物种保护生理学的关键组成部分。

体况评分（BCS）是评价动物营养状况、能量储备及整体健康的常用指标，可能与对应激源的生理反应相关。低体况个体可能表现出较弱的生理韧性，更易受到应激诱导的下丘脑–垂体–肾上腺（HPA）轴失调影响；而长期或过度的HPA轴激活可导致皮质醇分泌升高，对免疫功能、代谢和繁殖性能产生不利影响。另一方面，过高的体况亦与代谢失衡、繁殖性能下降及内分泌功能改变等不良生理后果相关。因此，维持适宜的体况范围对管理象群的健康至关重要。此外，环境条件尤其是环境温度和湿度可能影响大型哺乳动物的生理应激反应。象类因其庞大的体质量及有限的蒸发散热能力，对热应激高度敏感；尽管它们具备耳扇动、泥浴及耳部血管散热等行为和生理适应策略，但升高的环境温度和湿度仍可能增加体温调节需求和代谢负荷，进而影响皮质醇等内分泌反应。温湿指数（THI）作为综合温度和湿度热负荷效应的整合指标，在评估热应激方面具有重要价值。理解体况和热环境的综合影响，对于解释管理条件和半自然条件下象类的应激生理学具有重要意义。

皮质醇浓度测定是评估象类生理应激的常用方法，而ELISA技术因其广泛应用性成为皮质醇定量检测的主要手段。然而，任何测定方法均需针对目标物种和生物基质进行严格验证，以确保准确性和生物学相关性，包括分析验证（敏感性、精密度、准确性）和生物学验证（确认激素浓度能否反映具有生物学意义的生理变化）。尽管皮质醇测定方法已在亚洲象中验证，但针对苏门答腊象特别是管理环境下应用的验证信息仍有限，且不同试剂盒、样本基质及实验室条件可能影响测定性能，因此进行针对性的背景验证是必要的。

本研究样本来源于印度尼西亚亚齐省6个CRU中20头圈养苏门答腊象（8头雄性和12头雌性，10–49岁），采集110份血液样本（每头约4–8份），于上午8:00至10:00从耳静脉采集以控制昼夜节律变化，离心后血清保存于?20°C待测。测定采用DRG Instruments GmbH的皮质醇ELISA试剂盒（Cat No. EIA-1887）。

研究关键方法包括：体况评分采用9分制视觉评分系统（1分极度消瘦至9分肥胖），由经兽医统一培训的管理员在标准条件下评估；环境数据采集使用校准数字温湿度计，计算THI；测定方法验证涵盖分析验证（平行性、加标回收率、批内和批间变异系数）和生物学验证（比较7头象治疗期与恢复期皮质醇水平）；统计分析采用Shapiro–Wilk和Levene检验评估数据分布，对数回归分析检验平行性，配对t检验比较治疗与恢复期差异，并构建线性混合效应模型（LMM）分析BCS、地点、环境温度、湿度及THI对皮质isol水平的影响，以大象个体身份为随机效应处理重复测量数据。

研究方法部分的研究结果显示：分析验证中，系列稀释血清与标准曲线平行（p > 0.05），剂量反应曲线决定系数R²达0.972–0.998，分析准确度为94.51 ± 4.35%，批内变异系数<10%，批间变异系数<15%，灵敏度为1.3 ng/mL。生物学验证显示，医疗治疗期皮质醇水平（40.33 ± 12.15 ng/mL）显著高于恢复期（22.12 ± 13.79 ng/mL，p < 0.01）。

BCS与地点关联性的研究结果显示：LMM分析表明BCS与皮质醇水平显著相关（F_3,74.30 = 19.83，p < 0.001），BCS 7分象的皮质醇水平显著低于BCS 4、5、6分象（p < 0.001），而后三者之间无显著差异。地点亦与皮质醇水平显著相关（F_5,62.70 = 7.16，p < 0.001），CRU A的皮质醇水平显著高于其他地点（p < 0.05），经Bonferroni校正后B–F各点间无显著差异。检测到BCS与地点存在显著交互作用（F_10,73.12 = 3.05，p = 0.003），表明不同地点各BCS类别的皮质醇水平存在差异。

环境温度、湿度及THI关联性的研究结果显示：LMM分析表明环境温度（F_31,18.76 = 3.22，p = 0.005）、湿度（F_30,46.13 = 4.082，p < 0.001）和THI（F_39,34.36 = 6.71，p < 0.001）均与皮质醇水平显著相关。在观测温度范围内（30.1°C–34.2°C），皮质醇水平随环境温度升高而总体增加。皮质醇水平在相对湿度较低时倾向于较高，但在高湿度时亦出现升高。皮质醇水平随THI升高而增加，最高值见于高THI条件下，尽管中等水平存在一定变异性。

讨论部分系统阐述了研究发现的深层含义。BCS与皮质醇水平的关联提示体况可能与苏门答腊象的生理应激变化相关。BCS 7分个体皮质醇水平较低，可能反映了更为有利的能量和生理状态，充足的体储备有助于维持代谢稳态并通过改善糖皮质激素反馈调节降低HPA轴激活。相比之下，较低BCS可能与能量赤字相关，增加HPA轴活性，导致皮质醇分泌升高。这一模式与游离亚洲象及其他物种研究结果一致，即中等体况个体表现出较低的糖皮质激素水平。然而，皮质醇仅为应激反应的一个组成部分，其与BCS的关系可能受到环境、生理和管理等因素的进一步影响。

地点特异性差异表明，研究地点间的变异可能贡献于苏门答腊象生理应激反应的差异。CRU A的皮质醇水平较高，可能反映了该地点相关的特定影响；各CRU在栖息地类型和海拔方面存在差异，涵盖低地至高地生态系统。BCS与地点的显著交互作用提示，体况与皮质醇的关系在不同地点间存在变异，低BCS个体在某些地点表现出较高皮质醇水平，而中等BCS个体在各点均保持相对较低的皮质醇浓度，这可能与地点特定的环境和管理条件有关。

环境温度、湿度和THI作为皮质醇水平显著预测因子的发现，揭示了热环境在塑造内分泌应激反应中的作用。环境温度可能作为影响象类生理反应的环境因素，特别是在体温调节需求增加的条件下；湿度通过影响蒸发散热效率进一步调节热应激，高湿度下蒸发散热降低可加剧热负荷，而低湿度亦可能根据环境背景带来生理挑战。THI作为温度和湿度的综合效应指标，提供了更为整合的热负荷度量，其显著关联表明累积热应激而非单一环境因子在塑造内分泌应激反应中起关键作用。这与大型哺乳动物依赖复杂解剖、生理和行为机制维持热平衡的研究发现一致，也与既往关于象类热应激行为调节（如增加遮阴和水相关行为）及热暴露触发细胞应激反应的报道相符。

讨论进一步指出，象类糖皮质激素水平受多种因素影响的复杂性。皮质isol变异性受个体、社会环境事件、季节气候、管理方式（如旅游活动和饲养实践）等多因素影响，具有显著的背景和个体依赖性。本研究的分析框架（线性混合效应模型）能够处理重复测量数据并考虑个体和地点变异，与纵向生理学研究方法一致。从理论视角，研究发现可在稳态负荷（allostatic load）框架下解读，即环境和生理挑战对应激调节系统的影响；体况反映能量平衡和健康状况，而环境温度等外部因素作用于肾上腺活动。然而，本研究未直接量化管理实践和精细栖息地特征等变量，其潜在贡献应谨慎解读。总体而言，研究结果为理解象类应激生理学的相关因素提供了补充，并可为整合纵向内分泌数据与更详细生态学和管理变量的未来研究提供参考。

研究结论指出，本研究验证了皮质醇ELISA在苏门答腊象中的适用性，显示出可接受的分析和生物学性能。该测定方法的应用表明，BCS、环境温度、相对湿度和THI与皮质醇水平的变异相关。研究结果为象类福利监测提供了有用的基线信息，并可能支持管理策略的制定，提示在保护和饲养实践中应将体况和环境因素（包括THI等综合热指数）作为重要考量因素，特别是在印度尼西亚亚齐省的CRU中。