《Animal Biotelemetry》：Accelerometer-based detection of circadian rhythm disruption in sheep following shearing
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本文利用加速度计生物遥测技术，连续监测Rasa Aragonesa母羊羔在剪毛前后120小时的昼夜节律活动，揭示了剪毛这一管理事件对其昼夜节律组织（以中值、振幅、峰值相位、昼夜节律性指数CI、昼夜活动差异指数DI等参数表征）的强烈扰动过程，评估了管理操作对畜牧行为及福利的潜在影响，为畜牧业的福利友好型管理实践提供了见解。
引言与背景
昼夜节律，即大约24小时的生物节律振荡，是调节包括家畜在内的绝大多数生物生理和行为过程的基本机制。在反刍动物中，运动活动(LA)是反映其内部时间组织以及与明暗周期同步的可靠指标。利用加速度计连续、无创地监测活动数据，已成为研究农场动物行为和福利的重要工具。剪毛是一项常见的管理操作，它会突然改变动物的体表绝缘，影响体温平衡和应激反应。然而，剪毛对绵羊LA昼夜节律的具体影响此前尚未得到量化。本研究旨在通过基于加速度计的连续监测，评估剪毛是否会扰乱母羊羔LA的昼夜节律组织。
研究方法
本研究于4月初在西班牙萨拉戈萨进行，对象为11只14月龄的Rasa Aragonesa母羊羔。它们被安置在标准室内条件下，自由饮水和摄取秸秆，并在固定时间（08:00）采食精料。研究使用Axivity AX3三轴加速度计，在剪毛前一周将其固定在每只羊的颈部。加速度计以50 Hz的采样率记录数据，并通过三轴原始数据计算得到每分钟的矢量动态体加速度(VeDBA)作为LA的量化指标。
活动数据从剪毛前48小时持续记录至剪毛后72小时。数据分析聚焦于相对于剪毛事件的五个不重叠的24小时时段：-48小时、-24小时、+24小时、+48小时和+72小时。每个时段的昼夜节律参数通过Cosinor分析方法获得，包括：中值(MESOR，即余弦曲线调整后的均值)、振幅(曲线峰值与中值之差)、峰值相位(acrophase，节律峰值出现的时间)。此外，还计算了两个补充指数：昼夜节律性指数(CI)和昼夜活动差异指数(DI)。CI衡量24小时频率成分在信号总方差中的占比，反映节律的鲁棒性；DI则反映光照期（白天）与黑暗期（夜晚）平均活动水平的归一化差异，表征昼夜活动对比的程度。对每个参数均使用重复测量方差分析和事后检验进行统计比较。
研究结果
连续监测显示，在剪毛前（-48小时和-24小时），母羊羔表现出清晰且稳健的昼夜节律模式。其活动在白天较高，夜间较低，呈现出明显的昼夜分化。通过Cosinor分析，剪毛前节律振幅高（0.011-0.014 g），峰值相位集中在午间（12:37-13:18），CI值（0.19）和DI值（0.43）均较高，表明节律稳定、昼夜对比明显。
剪毛后，昼夜节律组织发生了显著变化：
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剪毛后24小时：LA显著增加，但节律振幅(0.009 g)和CI值均较剪毛前显著下降(P<0.01)。峰值相位显著延迟至傍晚(18:49 h，P<0.01)，同时DI值也显著降低(P<0.001)，表明昼夜活动差异减小。
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剪毛后48小时：节律受到进一步破坏。振幅(0.005 g)和CI值继续显著下降(P<0.001)，节律强度明显减弱，峰值相位延迟至更晚的约20:08 h。
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剪毛后72小时：昼夜节律组织严重紊乱。振幅降至最低(0.001 g)，CI值接近零(0.003)，DI值也大幅降低(0.086)。峰值相位则突然提前至清晨(04:07 h)。此时，节律曲线变得平坦，昼夜差异非常微弱，显示出严重的节律瓦解。
讨论
本研究的结果表明，剪毛这一管理操作显著扰乱了母羊羔LA的昼夜节律。这种扰动模式可能由应激反应和体温调节变化共同驱动。剪毛后24小时活动量的激增，可能与下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴介导的急性应激反应有关，类似在运输应激中观察到的现象。更重要的是，剪毛立即并显著地改变了动物的体表隔热层，破坏了其体温平衡。温度是昼夜节律的重要调节因子，在啮齿动物和人中都已证实，急性温度变化会导致节律紊乱、睡眠障碍和相移。本研究中观察到的节律振幅和鲁棒性逐渐减弱，以及峰值相位的显著偏移，很可能反映了动物昼夜节律系统为应对这种变化了的生理状态（尤其是热环境变化）而进行的适应性重组。
从应用角度看，这些发现与动物福利和生产力高度相关。稳健的昼夜节律与良好的免疫能力和代谢效率相关，而节律的破坏则与免疫抑制、能量失衡和疾病易感性有关。虽然本研究中观察到的行为变化似乎是暂时的，但它发生于常规管理操作之后，强调了在畜牧业管理中尽量减少对昼夜节律扰动的重要性。可行的建议包括在温和的环境条件下安排剪毛、避免在剪毛后立即叠加其他应激源，以及在后续几天内密切监测动物的行为和生理状态。
本研究也存在一些局限性，例如仅关注了行为活动，未同步评估皮质醇、体温或代谢指标等变量，观测窗口也仅限于72小时，未能确定节律是否或何时完全恢复。未来的研究可以结合计时生物学方法与内分泌、体温等多变量评估，以更全面地理解剪毛的影响。
结论
总之，基于加速度计的监测表明，剪毛显著改变了母羊羔LA的昼夜节律组织。该过程导致节律强度（振幅和CI）显著减弱、昼夜分化减少，以及相对于剪毛前的显著相位偏移。剪毛后的活动模式并非节律性的完全丧失，而是在后续72小时内呈现出节律输出的显著弱化和重组。这些发现突显了从加速度计数据衍生出的计时生物学指标在识别与畜牧业管理相关的动物福利干扰方面的价值。将时间生物学方法纳入常规福利评估，有助于更好地理解动物的生理适应，并支持在动物生产系统中实施更具福利友好性的管理实践。
