bond face value:微生物气溶胶疫苗化的空间电场调制方法与突发性疫病的

微生物气溶胶疫苗化的空间电场调制方法与突发性疫病的研究
基金项目：国家自然科学基金资助项目（30471270）
刘滨疆
近几年频繁发生的高烈度动物疫病已成为阻碍畜牧业健康发展的全球性问题，疫病的频繁发生简直到了防不胜防的地步，超级细菌、变异很快的病毒将抗生素、常规疫苗几乎逼到了失去效能的边缘。被动的防病防疫措施总是与区域性养殖业的重大损失相伴而生，扑杀虽说是国际通行的防疫措施，但更多的是人们对莫名高致病病原的一种恐惧反应，它阻止疫病传播的效果到底如何也并没有可靠的实验能够验证，此地扑杀完毕彼地又现已是司空见怪，一些传播迅速的疫病的突然消失并不是扑杀和隔离的结果，也不是仓促开发出的疫苗普遍接种的结果，而是环境致变与动物自然免疫的结果。环境致变的对象是微生物气溶胶，导致的结果是微生物气溶胶的生物衰减，即微生物死亡或失去活力或变异。动物自然免疫是对环境致变形成的抗原产生免疫反应，动物的许多疾病都是通过自然免疫得到控制的。总的来讲，在了解微生物气溶胶的基础上，对微生物气溶胶的实施物化控制是预防包括呼吸道阻塞性感染疾病、急性呼吸道传染病、人畜共患感染性疾患等感染性流行病在内的最佳方式，也是解决设施化畜牧业疫病、特别是新城疫、禽流感以及猪瘟、口蹄疫发生的根本途径。
一、微生物气溶胶疫苗化的空间电场调控方法
在畜禽舍内间断出现的直流空间电场可使随空气侵入畜禽舍或舍内扬尘浮起的或动物喷嚏带出的病原微生物灭活，也可使畜禽舍内物体表面的病原微生物致死和钝化。对于畜禽舍内的动物来讲，灭活的微生物气溶胶属于自然产生的疫苗，它可通过动物的呼吸、舔食进行接种免疫。同时，直流空间电场又将空气中的粉尘驱除，粪道外空间与粪道内空间组成的立体空间电场又可使氨气、硫化氢以及恶臭气体浓度显著降低，清洁的空气可提高动物抵抗普通疫病的自然免疫力并对免疫力的形成起协保作用。
畜禽舍内间断出现的直流空间电场是微生物气溶胶疫苗化的致变条件，也是洁净空气的保障。在畜禽舍内设置空间电场可以在任何时间内将突然冒出的病原微生物致变，使其灭活或死亡而成为疫苗化微生物气溶胶，这是预防诸如突然而至的禽流感之类疫病的新途径，是今后的高密度养殖环境的防病防疫工程建设的新理论。
1.畜禽舍内的微生物气溶胶
悬浮于空气中的微生物所形成的胶体体系称为微生物气溶胶，它包括分散相的微生物粒子和连续相的空气介质。空气中的微生物大多附着在灰尘粒子上而形成微生物气溶胶，微生物气溶胶的粒径大约从0.002～30μm。在自然环境中，气溶胶上附着的微生物主要是非病原性腐生菌，一般情况下，各种球菌占66％，芽胞菌占25％，还有真菌、放线菌、病毒、蕨类孢子、花粉、微球藻类、原虫及少量厌氧芽胞菌。笼统地讲，除了高度专性厌氧芽胞菌的繁殖体外，土壤中有多少种微生物，空气中就会有多少种。
气溶胶对动物的健康，特别是集约化养殖的动物的健康具有巨大的影响。作为畜禽集中的畜禽养殖舍，空气中除了有场内大气自然微生物以外，还有以下特有的各种病原体。①细菌类：结核杆菌、肺炎双球菌、绿脓杆菌、肠杆菌、沙门菌、葡萄球菌、硝酸盐阴性杆菌、弧菌、克雷伯杆菌、变形杆菌等，约160种。②真菌类：球孢子菌、组织胞浆菌、隐球菌、念珠菌、曲霉和青霉、毛霉等，约600多种。③病毒类：鼻病毒、腺病毒、麻疹、流感病毒，约几百种。④其他：支原体、衣原体、立克次体等。微生物气溶胶的这一特性导致了同一畜禽舍内的动物疾病的多样性，复杂性，也导致了疾病预防难度的增加。
除了外界空气带来的微生物气溶胶以外，还包括带毒畜禽向环境排毒形成的气溶胶。带毒畜禽向环境排毒的基本方式包括咳嗽产生的飞沫、呼吸运动产生小粒径气溶胶以及咬啄物体产生的口液、粪尿排泄物经机械运动或外力作用下以气溶胶的形式起飞的气溶胶。
沉积在物体表面的粒子会由于风吹、清扫、震动以及各种机械作用，都可使其再扬起，产生再生微生物气溶胶，气溶胶在一个环境相对稳定的畜禽舍内，只要微生物粒子保持活性，悬浮－沉积－再悬浮－再沉积的播散运动就会永不停歇，因此，舍内微生物气溶胶的传播与物表的接触传播常常是统一的，也是无法分开的。过度强调接触传播而低估了微生物气溶胶的传播作用，或只强调严格洗手、清洗饲养设施而不注意空气消毒都是不当之举。空气消毒不彻底，微生物气溶胶沉积在动物体或饲养员身上、手上，再通过接触易感部位同样也可以发生感染。有句名言“凡能经空气传播的也能经接触传播”，一语道破了接触与空气传播不可分割的密切关系。
2.微生物气溶胶疫苗化的条件
微生物气溶胶成为疫苗的基本要求同研发疫苗的要求一致，即微生物必须是死的或弱毒的，而且一次接种量应满足生物安全要求。常规的疫苗制备有比较长的周期，而病原的变异是经常的，即使进行了新疫苗接种，但变异后毒力更强的病毒和细菌的挑战仍可以带来前期被免疫的动物发病或死亡，因此，能够时时实施微生物气溶胶疫苗化的方法是有效防范任何时间新出现或突发的病毒和细菌攻击、确保畜禽舍饲养动物安全的一种新思路。在畜禽舍内建立间歇出现的直流性质的空间电场可以实现微生物气溶胶时时疫苗化这一目的。
3.疫苗化的空间电场调控方法
在畜禽舍内建立的空间电场是一种间歇出现的直流性质的空间电场，空间电场只有采用间歇工作方式才可能创建微生物气溶胶疫苗化的高效率。空间电场创建微生物气溶胶疫苗的过程如下：在空间电场出现的时间内，粉尘、飞沫等包含有微生物的大粒径气溶胶将受定向电场力的作用而从空气中脱除，同时接近电极线的微生物气溶胶无论是大粒径的还是小粒径的，都将受到放电产生的高能带电粒子、强氧化物的攻击，其上的微生物或死亡或钝化或毒性弱化，而由动物活动、粪便微生物产气活动和其他机械运动产生的新气溶胶因受定向电场力的抑制作用而不能形成大的飞扬。在空间电场消失后的时间内，畜禽舍环境中会产生新的携带有微生物的大粒气溶胶，但这些新起飞的微生物气溶胶在没有进一步发展时，新的空间电场又产生了，这样循环下去，畜禽舍的空气质量将得到彻底优化，附着在任何粒径的气溶胶上的微生物，其致病能力都将弱化和消失，一些灭活的或致弱的微生物气溶胶将会起到汽雾疫苗的作用，这些具有汽雾疫苗作用的微生物气溶胶粒子在呼吸道中的沉着、阻留和吸入与上呼吸道的生理解剖学的结构及防御功能有直接关系，5μm以上粒径的微生物胶粒疫苗可被鼻甲、气管、较大的支气管、终末支气管等处的粘膜纤毛挡住，只有小于5μm的小粒子胶粒疫苗才能通过这些屏障进入肺泡部分，而肺泡是最容易感染的组织，所以进入和留在肺泡内的微生物几乎等于组织内免疫接种。用碳疽芽胞作的感染实验表明了微生物气溶胶粒子的大小与碳疽芽胞的感染剂量有密切关系，粒子愈大所需要的感染剂量愈大，一般情况下，小粒子胶粒作为汽雾疫苗更为有效，但大粒子在免疫应答方面也可表现出相当的重要性。因此，在空间电场环境中培育出的动物不同于无菌环境中培育的动物，它们体内将有多种疫病病原的抗体，在转场、转群时或其后的饲养环境中将对疾病表现出强的抵抗力。
4.空间电场对疫苗化微生物气溶胶的协保作用
许多资料表明，畜禽舍环境中的粉尘、氨气、硫化氢、寒冷能够降低动物抵抗普通疫病的自然免疫力和疫苗接种的有效性，而且氨气还是呼吸道粘膜中病原变异的诱因，消除这些有害物质和环境条件有利于提高动物的健康水平。
空间电场在灭活气溶胶微生物、制造气溶胶疫苗的同时，可清除空气中的粉尘，如果是笼养、网上养殖畜禽舍，设置在粪道内的空间电场还可显著降低氨气、硫化氢以及恶臭气体浓度，降低或切断这些环境污染因子对抗体形成的干扰，提高动物的自然免疫力。另一方面，由于空间电场净化空气属于静态净化方式，畜禽舍内空气不受扰动，易于保温，动物不会产生冷气流应激，而且可显著减少全封闭畜禽舍冬季通风的次数。
二、空间电场环境中动物的安全性
长期的生产实践证实了畜禽舍空间电场防病防疫实验首先肯定了长期处于自动循环间歇工作状态的空间电场不会对猪、鸡，特别是种猪、种禽的繁殖性能以及仔猪、雏鸡的生长发育产生可视、可测的危害，也肯定了具有直流高电压性质的空间电场可以避免电极系统在产生空间电场时附带生成的臭氧、氮氧化物与粉尘结合在一起而对动物产生的毒理作用。在空间电场环境中培育出的动物不同于无菌环境中培育的动物，它们体内将有多种疫病的抗体，在转场、转群时或其后的饲养环境中将对疾病表现出强的抵抗力。
三、空间电场的设置
对采用网上养殖或笼养的畜禽舍内空气成分的空间电场控制包括两部分：养殖平面以上空间空气成分的控制和粪道空间空气成分的控制，见图1所示的笼养鸡舍，养殖上空间和粪道内空间均设置了空间电场。① 养殖平面以上的空气质量控制可采用3DDF系列畜禽舍空气电净化灭菌消毒系统，它可在畜禽舍内建立空间静电场控制网络。空间电场控制网络是由一定数量的绝缘子依据畜禽舍结构对空间电场强度影响的规律合理地悬置在棚梁上的，绝缘子之间由电极线连接在一起，空间电极网络由主电源供电,空间电极与地面和建筑结构之间可产生出能够促使微生物气溶胶疫苗化的强静电场、高能带电粒子、微量臭氧.设置在自动循环间歇工作状态系统能够有效地降低空气中的微粒物质数量并可持续保持空气的洁净度，清新的空气可明显降低呼吸道疾病的发生率。② 粪道内空气成分控制设备可采用3DDF－300F型畜禽舍粪道除臭防病系统。主机和绝缘子沿着粪道长度方向，均匀地布设在网床底梁上或“A”子笼横梁上，使用电极线将主机和各个绝缘子相连，电极线与粪道和粪面之间可产生出能够促使微生物气溶胶疫苗化和消除粉尘、恶臭气体的强静电场、高能带电粒子、微量臭氧。
四、空间电场环境中鸡新城疫抗体水平的动态监测
采用柠檬酸与碳酸氢钠制成的新城疫毒源以气溶胶喷雾的形式在封闭式生物安全实验室对实验鸡群进行攻毒试验，其目的是通过监测鸡群整体抗体水平的变化规律确定空间电场对空气微生物疫苗化的调控能力。
1.雏鸡母源抗体的动态监测
表1列出了雏鸡母源抗体的动态监测结果。从表1可见，1日龄母源抗体几何均值为7.1，1～9日龄母源抗体下降缓慢，9日龄以后下降速度较快，平均每四天下降1个滴度左右。
表1 雏鸡母源抗体的动态监测

2.空间电场环境中鸡新城疫标准抗原攻毒试验
利用鸡新城疫标准抗原制成二氧化碳雾化毒液，攻毒试验分为三次，浓度逐次递增，每次毒液浓度为前次的1倍。由表2可见，9日龄雏鸡首次攻毒后，抗体水平先呈下降趋势，攻毒后11天，即20龄时，抗体水平均值上升为6.4个滴度，攻毒19天，即28日龄时，抗体水平又呈下降趋势，但仍处于新城疫临界保护状态（4㏒2）以上。
表2 空间电场环境中首次攻毒后的抗体水平变化规律
表3为第二次攻毒试验的抗体水平监测数值，毒液浓度是首次攻毒的1倍。攻毒后，15天内抗体水平变化不大，15天以后开始下降，25天内抗体水平仍可维持在保护状态，之后抗体水平低于临界水平，失去保护意义。
表3 空间电场环境中首次攻毒后的抗体水平变化规律

表4为第三次攻毒试验的抗体水平监测数值，毒液浓度是第二次攻毒的1倍。第三次攻毒后半个月内抗体水平提高1.4个滴度，鸡群表现出对新城疫的高抵抗力，第35天的群体抗体水平仍可达到4.8个滴度，能够满足群体的保护要求。
表4 空间电场环境中首次攻毒后的抗体水平变化规律

以上4表所列数据均为40个样本几何平均值。表5为空间电场环境与普通环境中45日龄攻毒后的发病率、死亡率调查结果。
表5 两种环境攻毒后的发病率、死亡率调查结果
3.疫苗化效果
通过对表1－5所列数据的分析，空间电场能够对新城疫病毒气溶胶进行疫苗化调控，防病防疫效果显著，完全能够对突发性疫病实施有效预防。
五、空间电场防疫技术应用前景
目前，养殖业迫切需求的是突发类疫病和不断变异的病毒型疫病的预防方法和手段。禽流感、口蹄疫是全球最关注的疫病，常规的疫苗接种计划有其局限性，依靠疫苗对一个鸡群、畜群提供完全保护是极不现实的和危险的，抗原性差异、畜禽个体差异、病毒的变异、超级细菌仅仅是免疫计划失败的一个方面，另一不被人重视的是糟糕的环境和饲养方式，一个舒适清爽的环境和疫苗相比，作用相等或更大，良好的环境、特别是优质的空气质量和合适的温度会给养殖场带来显著的经济回报，因此，我们需要一个能够多方兼顾的空间电场防病防疫技术。任何一个养殖场对一个能够时时将任何时间悄然潜入畜禽舍内的高危病毒、细菌或根本就无法判明的带毒畜禽的排毒迅速杀灭、钝化或灭活并疫苗化的技术都会产生极大兴趣，况且空间电场防病防疫技术还能够将污浊的空气迅速洁净化，对传统的免疫计划起着良好的保护作用，这就是能够多方兼顾的畜禽舍微生物气溶胶的空间电场防疫技术，一个让养殖者获得安全感的、从此轻松应对市场的新原理、新技术。畜禽舍微生物气溶胶疫苗化的空间电场防疫技术方法的发明将为集约化畜牧业的疫病预防、动物产品药残的控制、环境安全型畜禽舍的建设提供新的方法。