随着集约化饲养的发展,近年来奶牛四肢骨关节系统疾病发病率居高不下,导致奶牛产奶量及质量下降,更为严重的导致大量处于高产年龄奶牛提前淘汰,造成巨大经济损失。研究饲养过程中各种管理环节改善,是降低肢蹄病发病的关键环节。有研究表明,长期光暗周期紊乱能使正常小鼠膝关节出现骨关节炎（Osteoarthritis,OA）样变,说明光照模式或强度的改变通过影响哺乳动物昼夜节律,导致机体代谢紊乱和慢性疾病发病风险增加,如心血管疾病、脂肪性肝炎和OA。因此研究光照变化对奶牛骨关节疾病的影响能够为肢蹄病整体发病因素分析和风险防控提供更多思路。本研究通过探究环境光暗（Light-dark,LD）周期变化对健康及OA大鼠膝骨关节炎症、病理变化和骨代谢的影响,旨在通过大鼠模型为临床上光照周期对奶牛骨关节疾病发病机制和病理变化提供理论支持。在此基础上确定日照时数（Sunshine duration,SD）与奶牛骨关节疾病及肢蹄病发病率是否存在统计学意义上相关性,为预防奶牛整体肢蹄病的发生及健康奶牛发病风险管控提供思路,为今后在生产中能够提高奶牛产奶量的同时降低因肢蹄病增加的淘汰率提供参考依据。论文实验通过建立大鼠早期OA模型（6周）,在不同光暗周期下,分别对青年正常和OA大鼠建立四种光暗周期调控模式:（1）正常组（LD）:光照时间为7:00-19:00,黑暗时间为19:00-7:00（次日）;（2）颠倒组（DL）:黑暗时间为7:00-19:00,光照时间为19:00-7:00（次日）;（3）24 h组（LD-DL）:光照和黑暗时间各持续24 h;（4）无序组（Dis-LD）:光照和黑暗周期不固定,但均以12 h为单位更替。分析青年大鼠的体重变化、炎症反应和膝骨关节病理变化。之后对大鼠在LD和DL条件下进行后肢的骨骼分析,包括长骨和生长板长度、关节显微计算机断层扫描（Micro-computed tomography,Micro-CT）和三维重建、骨参数分析、骨代谢和矿化指标。并探究DL模式对OA大鼠心、肝、脾、肺、肾和膝关节中的典型生物钟蛋白BMAL1、NR1D1、CRY1和PER3的表达影响。最后,对在LD和DL周期调控下的中年正常和OA大鼠的体重、全身炎症和膝骨关节病理进行评估。最后通过调查2018年七月至2021年六月间全国11个地区（哈尔滨、长春、呼和浩特、郑州、石家庄、天津、济南、北京、合肥、银川、长沙）的逐月泌乳奶牛肢蹄病和骨关节疾病发病率和当地的逐月SD,通过Pearson相关性分析探究发病率是否与SD相关。研究结果发现:（1）DL、LD-DL和Dis-LD光暗循环模式均从试验第4周时极显著降低正常和OA青年大鼠的体重增长值（P＜0.01）,但不影响血清中生长激素含量和血液常规指标。DL和Dis-LD周期显著激活青年正常大鼠血清中促炎细胞因子TNF-α、IL-6和i NOS的分泌,抑制抑炎因子IL-1Ra的分泌（P＜0.05）;相反,DL周期显著抑制OA大鼠血清中IL-1β、TNF-α、i NOS、IL-6和MT的分泌（P＜0.05）。（2）在青年正常大鼠中,不同光暗周期促进大鼠的膝关节软骨水肿,但不影响软骨分解代谢蛋白MMP-3、MMP-13和ADAMTS-4的表达。不同光暗周期使正常大鼠滑膜内膜细胞浸润,内膜下组织纤维化;并且显著降低软骨下骨板（Subchondral bone plate,SBP）和软骨下骨小梁（Subchondral trabecular bone,STB）厚度。在青年OA大鼠中,改变光暗循环并不能恶化膝关节软骨和滑膜的病变,却极显著降低软骨细胞中代谢蛋白MMP-3、MMP-13、ADAMTS-4和COL2A1的含量（P＜0.01）。DL模式显著降低OA大鼠血清中软骨生物标志物COMP和CTX-Ⅱ的含量（P＜0.05）。与LD组相比,光-暗循环变化也不影响滑膜病理,但显著降低整体软骨下骨的厚度。（3）在DL光暗周期下,OA大鼠的后肢股骨和生长板长度显著短于正常大鼠（P＜0.05）。并且通过micro-CT和三维重建发现,DL模式下的OA大鼠后肢小梁骨数量降低,骨参数BMD、BV/TV、Tb.N和Tb.Sp均显著低于正常大鼠和（LD+OA）组大鼠（P＜0.05）。（4）DL模式显著刺激了OA大鼠骨骼系统中破骨细胞的生成（P＜0.05）,减少后肢骨钙沉积,增强骨吸收指标TRACP-5b和β-CTx的活性。DL极显著降低OA大鼠软骨下骨中OPG+骨细胞数量（P＜0.01）,以及骨髓基质细胞中OPG的表达,增加RANKL的表达,降低OPG/RANKL比值。（5）OA大鼠心、肝、脾、肺和肾脏组织中生物钟经典蛋白BMAL1和m RNA的表达在DL光暗循环下不同程度显著降低（P＜0.05）,而CRY1和PER3蛋白表达和m RNA含量显著升高（P＜0.05）。在膝关节软骨和骨基质细胞中,BMAL1蛋白表达也极显著降低（P＜0.01）。（6）在中年正常及OA大鼠中,DL周期对大鼠体重增长无显著影响,但能显著促进血清中IL-1β、TNF-α和MT的分泌（P＜0.05）。另外,DL循环显著恶化了中年OA大鼠膝关节软骨和软骨下骨病理,伴有软骨囊肿和皮质骨溶解病变。（7）调查中11个地区的奶牛年总肢蹄病发病率自2018年的16.68%逐渐下降至2021年13.62%。东北地区的肢蹄病发病率明显高于中部地区,哈尔滨和长春各年总发病率均高达20%以上。呼和浩特发病率约为24%,在华北地区为最高;北京、天津和石家庄地区发病率在10%-20%之间。济南、合肥和郑州各年发病率在2%-6%之间,呈逐年下降的趋势。银川和长沙地区发病率在11个地区中为最低,全年总发病头数不超过10头,发病率均低于1%。（8）调查中11个地区的奶牛年总骨关节疾病发病率自2018年的5.62%逐渐下降至2021年的4.49%。哈尔滨、长春、北京、天津、石家庄和呼和浩特的年发病率几乎均在5%以上,其中,长春和石家庄地区的发病率各年无明显变化,其余地区均有明显降低趋势。郑州、济南和合肥地区各年骨关节疾病发病率均在1-3%之间,银川和长沙地区发病率依旧为最低,平均每年有1头发病。（9）各地区每年总SD均在1400 h-2000 h之间。长沙地区年总SD变化最大,超过100h;其余各地区变化幅度并不大,均约在70 h以内。哈尔滨、长春和长沙地区的总SD比其他地区略低,在1400 h-1600 h之间;呼和浩特和银川地区SD较高,在1700 h-2000 h之间;其他地区大部分每年在1600 h-1700 h间浮动。各地区月SD呈现显著的年变化特征,从每年的六月逐渐降低至十二月,再从次年一月升高至五月。大部分地区的每年五月的SD值最高,为150 h-200 h,十二月份最低,为50 h-100 h。（10）11个地区的年骨关节疾病发病率与年SD均无统计学意义（P＞0.05）,且R~2均小于0.2（2018-2019:R~2=0.0182;2019-2020:R~2=0.1046;2020-2021:R~2=0.0127）。各地区中银川地区的比较均存在显著意义（P＜0.05）,其他地区为极显著线性相关（P＜0.01）。其中,长春、天津、呼和浩特、石家庄、合肥和哈尔滨地区的逐月发病率与SD呈中等正相关（0.4＜R~2＜0.6）,北京、济南、长沙和郑州地区呈弱正相关性（0.2＜R~2＜0.4）。（11）11个地区的年总肢蹄病发病率和总SD均无统计学意义（P＞0.05）,且R~2均小于0.2（2018-2019:R~2=0.0709;2019-2020:R~2=0.1715;2020-2021:R~2=0.0445）。各地区逐月发病率与SD的比较均存在显著统计学意义（P＜0.01）。在合肥和长沙地区,发病率与SD呈中等正相关（0.4＜R~2＜0.6）;天津、银川、郑州、石家庄、长春和北京地区的发病率与SD呈弱正相关性（0.2＜R~2＜0.4）。研究结果表明,光暗周期改变显著促进青年健康大鼠炎症反应和关节病理,但抑制早期青年OA大鼠的炎症反应和软骨代谢,加速骨骼结构改变,增加破骨细胞生成,增强骨吸收代谢,并且导致大鼠体内生物钟蛋白表达紊乱。这些研究结果表明特定的光暗周期变化能够改变健康大鼠关节病理,使早期OA大鼠骨骼流失加快。在大多数调查地区,奶牛肢蹄病发病率与SD存在显著正相关性。这些发现提示了光照变化对哺乳动物关节和骨骼的显著影响,为临床奶牛骨关节疾病的病理及发病机制提供线索,为奶牛健康管理和高效养殖提供新思路。同时对于集约化饲养牛场可以考虑制定合适人工光照周期方案降低奶牛骨关节系统疾病发病率。