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陰離子型飼糧，預防低血鈣
1 DCAD的概念
DACD（Dietary cation-anion difference）即日糧陰陽離子差，由Beede等于上世紀九十年代初總結前人的研究并提出，表達了飼糧中各種離子的含量及這些離子之間的比例關系，是將飼糧中的離子綜合考慮，探討其共同效應的概念。在近期的研究中，研究者逐漸發現與其它營養素不同的是，對離子營養的研究不應只關注個體營養素自身對代謝的作用，而應該考慮其共同效應，因為在動物體內許多重要生理功能是多種離子共同作用的結果（Block E.，1994）。
飼糧DCAD作用原理基于日糧強離子理論Stewart（1983）。這一理論認為：正負離子的凈攝入量會影響機體的酸堿平衡狀況，影響程度取決于攝入體內的正負離子總量。酸堿平衡是指動物體的體液pH值維持在一個較為衡定的范圍內，正常細胞外液的pH值一般在7.40±0.05。當攝入的可吸收陰離子占主導時，動物機體就會處于一種酸性的環境中；當攝入的可吸收陽離子占主導時，體液就會偏堿性。體液pH值的變化，會影響細胞的結構和功能等，其中由于酶蛋白的結構特點，及其對微環境最佳pH值的要求，酶的催化效率受到的影響最大。因此，飼糧DCAD主要通過影響體內酸堿平衡，從而影響體內酶的微環境的pH值而改變機體的營養代謝，同時K+、Na+、Ca2+、Mg2等離子又是酶正常活性不可缺少的成分。需要指出的是，體液pH的變化不見得體現在血液pH值變化上，因為血液pH值是在腎功能和呼吸功能等整體作用的結果（Block.E，1994）。
不同離子對機體酸堿平衡影響力不同。影響日糧中的陰陽離子可以分為穩定性和代謝性兩大類，代謝性離子在消化和代謝的過程中常常被破壞，而減小了其致酸性和致堿性。穩定性離子具有較強的酸堿性，可以用日糧中穩定性陰陽離子之差來反映日糧的酸堿性質；在穩定性離子中，由于微量元素對血液酸堿平衡的影響有限，故一般只考慮7種常量礦物質元素。Leach（1979）和Mongin（1980）總結認為，Na、K和Cl在機體內的吸收幾乎是100％，是對機體酸堿平衡最有影響的元素。雖然S離子不是穩定性離子，但考慮到高硫一樣可以影響機體酸堿平衡，及其在反芻動物營養中的作用，反芻動物飼糧DCAD的常用計算公式為（Dishington，1975）：
mEq[(Na+K)-(Cl+S)]/kgDM
即單位日糧干物質所含主要陽離子（Na++K+）的毫摩爾數與主要陰離子（Cl-+S2-）毫摩爾之差。實際計算時要將日糧中各種離子的濃度要轉化為克當量濃度。轉換后的公式為：
DCAD, mEq/kg = [(％Na/0.0023) + (％K/0.0039)]-[(％Cl/0.0035) + (S％/0.0016)]
值得注意的是：（1）其中的S不是硫元素，而是硫離子，試驗證明S元素不具有酸化體液的效果（2）注意DCAD的單位有些采用每100g DM，有些采用每kg DM。
最近幾年，有學者考慮到S的低吸收率，建議根據其吸收率將公式改成：
(Na+K)-(Cl+0.6S)
并認為為Ca2+，Mg2+離子和P2-在日糧中的含量不小，可能也會影響機體酸堿平衡，建議根據其不同吸收率歸納到計算公式中（Goff，2000；Tucker，1991；和Horst，1997）。Lean（2006）應用META分析方法總結了137個試驗，認為Tucker提出的公式最為合理：
DCAD =（ 0.38 Ca2+ + 0.3Mg2+ + Na+ + K+）-（Cl- + 0.6S2- + 0.5P2-）
2 陰離子型飼糧
降低飼糧DCAD就是降低日糧中主要陽離子Na+，K+的含量、增加主要陰離子Cl-、S離子(SO42-)的含量，當DCAD值達到負值時，就會引起機體出現代償性酸中毒現象，達到激活鈣動員機制的目的。然而，大部分奶牛常用飼料原料的DCAD值都是正值（表1-3）。幾乎所有牧草的DCAD都是較高的正值，尤其是苜蓿。部分常用精料原料如豆粕，也具有較高的DCAD值。這導致通過常規牧草、原料配制的飼糧DCAD值幾乎不可能為零值或負值，反而是較高的正值。正DCAD引起的代謝性堿中毒，阻礙了組織靶細胞對PTH的反應，影響鈣激素調節系統的作用。只有在日糧中添加陰離子才能有效降低DCAD，NRC（2001）將這種飼糧稱為陰離子型飼糧（‘Anionic’Close-up diet）。
表1-3 一些飼料原料的DCAD值a
飼料原料
Na+
K+
Cl-
S2-
DCADb
干物質百分含量（％）
苜蓿干草（晚熟期）
0.15
2.56
0.34
0.31
+431.1
玉米青貯
0.01
0.96
…
0.15
+156.4
玉米籽實
0.03
0.37
0.05
0.12
+18.8
酒糟
0.10
0.18
0.08
0.46
-219.4
豆粕
0.03
1.98
0.08
0.37
+266.4
魚粉
0.85
0.91
0.55
0.84
-75.6
a各離子濃度數值來源于NRC(1989)奶牛營養需要;
bDCAD， mEq[(Na+K)-(Cl+S)]/kgDM。
陰離子的來源包括含Cl-和SO42-的鹽類和鹽酸、硫酸等無機酸。最初發現陰離子有效的試驗是用無機酸，但由于具有很強腐蝕性，以后的研究常用氯化物和硫酸鹽作為陰離子來源（表1-4）。這些陰離子鹽中含有的陽離子：Ca2+，Mg2+和NH4+。雖然也具有一定的致堿性作用，但其吸收率至少在SO42-中的S離子之下（Goff，2004），所以整體表現為致酸性。當然，不同陰離子鹽酸化體液的能力不同，其中氯化物比硫酸鹽高（Oetzel，1991）。圖1.2顯示了Goff等（2004）試驗中，以2毫當量的不同陰離子來源對娟姍牛尿液pH的影響。他們以血液pH和標準堿儲 (Standard base excess)為考察指標，綜合試驗結果，得到硫酸鹽是氯化物酸化能力的55-60％，并指出硫酸鹽在低濃度水平的酸化能力于氯化物相當，但在高濃度時其酸化能力可能因為機體對高硫酸根的吸收能力下降或對高硫酸根的派出能力增加而受到削弱。Tucker（1991）、Spears（1985）等也得到一致的結果（硫酸鹽吸收率是氯化物的60％）。雖然氯化物比硫酸鹽酸化體液的能力高，但普遍認為其適口性更差，銨鹽的氣味往往又是奶牛所不喜歡的，所以生產上選擇陰離子鹽時，往往是多種鹽類混合以達到效果。從圖1-2中還可以看出，硫對酸化體液沒有任何作用，只有硫酸根離子才可能酸化體液。
表1-4 不同陰離子來源的成分含量和適口性
分子量
Mg(%)
Ca(%)
NPN(%)
Cl(%)
S(%)
NH4Cl
（NH4）2SO4
CaCl2
CaSO4
MgSO4
MgCl2
132.1
53.5
147.0
172.2
246.5
203.3
9.8
11.9
27.3
23.3
21.2
26.2
66.3
48.2
34.8
24.3
18.6
13.0
HCl
36.5
97.3
H2SO4
98
32.6
HCl NH4Cl CaCl2 CaSO4 MgSO4 S
圖1-2 2毫當量的不同陰離子來源對娟姍牛尿液pH的影響（數據來源：Goff，2004）
3 陰離子型飼糧的作用機理
3.1陰離子型飼糧與鈣代謝
陰離子型飼糧的作用機理仍在研究中。但初步可以肯定的是，奶牛飼糧DCAD值的高低不一定會影響PTH的分泌，但其引起的酸性體液環境能夠有效提高組織靶細胞對PTH和1,25-(OH)2D3的敏感性（Gaynor，1989），而堿性內環境損害了PTH和1,25-(OH)2D3受體的完整性（Beck，1976）。腎臟中的PTH受體敏感，加強了腎臟合成1,25-(OH)2D3，1,25-(OH)2D3可以加強了小腸對鈣的吸收；骨骼中的PTH和1,25-(OH)2D3受體敏感，加強了鈣的動員。另外，許多資料表明陰離子型飼糧會提高尿鈣的排泄，正如Takagi、Block（1991）和Oetzel（1991）資料顯示的一樣，這將會降低體內鈣的存留，促進1,25-(OH)2D3的形成以及PTH的釋放，以刺激骨骼鈣的動用。
目前仍然無法定論的是，陰離子型飼糧是否會、和通過什么機理影響小腸鈣的主動/被動吸收。Lomba等（1978）認為陰離子鹽的致酸性促使了小腸對鈣的吸收。而Leclerc、Takagi和Block等（1989、1991）卻未發現小腸對鈣吸收的提高。Block（1994）推測添加陰離子鹽會降低小腸對日糧鈣的主動和被動吸收，從而刺激腎臟產生1,25-(OH)2D3及PTH的釋放，促進分娩前骨骼鈣的動用。
3.2陰離子型飼糧與鎂代謝
鎂是誘發低血鈣的第二大因素。確鑿的生理依據和試驗結果證明，鎂在鈣的穩態調節機制中起到很重要的作用。鎂是PTH和1,25-(OH)2D3分泌的重要因子。低血鎂時，由于降低了合成細胞中間信使腺肝酸環化酶和磷酸脂酶C的合成，腎臟和骨骼對PTH敏感性降低（Sampson等，1983）。陰離子型飼糧引起的機體代謝性算中毒，可以提高腎臟對鎂的保留（Horst等，1974；Fredeen等，1988）。有研究證實，低鎂日糧會導致鈣代謝動員速度下降（Braak等1987b）；另外，飼喂高鎂日糧，會降低腎臟對鈣的排泄（Wang，Beede，1992）。
3.3陰離子型飼糧的最佳DCAD
少量添加陰離子鹽效果不顯著，過量添加會降低飼糧的適口性，并造成動物機體酸中毒。目前，對于干奶期飼糧應該使用的最佳DCAD值還沒有定論。理論上，負的DCAD即可調動鈣的穩態調節機制（Block，1984；Goff等，1991；Joyce等，1997）。Horst等美國學者（1997）通過總結6個試驗研究結果，指出最佳的DCAD值在-100~-150mEq/kgDM之間。英國一些學者根據本地飼料原料的陰陽離子數值，認為把產前飼糧DCAD降到-100～-200mEq/kgDM比較適宜（David，2001）。
4 奶牛生理對陰離子型飼糧的反應
4.1血液pH、尿液pH和離子水平
采食陰離子飼糧后36小時內，動物機體就會產生相應的代謝性酸中毒反應。同樣，一旦日糧中不含有陰離子鹽，在36小時內機體將從酸化狀態中恢復（Goff，horst，1998）。血液標準堿儲（SBE）可以準確反應機體酸堿平衡狀態，并且不受血液CO2分壓等的影響（Constable,1999）。血液pH在理論上雖然沒有SBE那樣對日糧的反應敏感，但它是更常用的判斷機體酸堿平衡的指標。Escobasa等（1984）和West等（1991）研究表明，添加陰離子鹽使飼糧DCAD降低到-200 mEq/kg可以顯著降低血液pH到7.30。Hu和Murphy（2004）研究了飼糧DCAD與血液pH之間的關系： 血液pH = -0.00004×DCAD2+0.0028×DCAD+7.36
添加陰離子鹽降低了血液HCO3-濃度（Escobasa等，1984；Tucker等，1988；），Hu和Murphy（2004）研究了大量結果，給出了飼糧DCAD與血液HCO3-濃度之間的關系：
血液HCO3-濃度=-0.00184×DCAD2+0.1721×DCAD+23.43
Phillippo和Reid（1994）的研究表明陰離子型飼糧不會影響產前血鈣、磷、鎂的濃度，但顯著提高了離子鈣和血氯的濃度，顯著提高產后血鈣水平，對鎂、磷的影響不顯著。
尿液pH可以在一定程度上反映血液pH的變化。Moore 等（1997）和Giesy等（1997）發現在飼糧DCAD與尿液pH具有很好的相關性。在此之前的幾年，在生產實踐中已開始嘗試使用尿液pH作為檢測指標。與血液指標相比，尿液測定更便捷，因此到目前為止仍是衡量陰離子型飼糧是否有效的手段的主要手段。采食堿性日糧的動物尿液pH一般在8.0-8.5之間。控制日糧陽離子攝入量，通常只能將尿液pH降到7.5-7.8的范圍內。（Goff，horst，1998）認為陰離子飼糧在日飼2次以上情況下，不會產生大的晝夜波動。一般認為在飼喂陰離子飼糧3天時，已經可以將尿液pH降低到相應穩定的范圍內。并且在采食后5-6小時測定，得到的結果更為準確，。Horst等（1997）認為，有效的陰離子飼糧應該使尿液pH在維持5.5~6.2之間，如果在5.5以下，可能引起不可代償性的代謝性酸中毒，加重腎臟排酸的壓力，并顯著影響采食量。Sanchez（1997）認為尿液的pH大于6.5時，日糧對酸堿平衡的調節可能不能維持血鈣的穩定。Goff等（2005）認為荷斯坦奶牛尿液pH在6.2-6.8范圍內，通常可以預防亞急性低血鈣的發生；而對于娟姍奶牛來說，該值在5.8-6.3比較合適。因此，一般認為尿液pH在5.5~6.5之間時，陰離子飼糧的DCAD比較合適。添加陰離子鹽可以可以明顯提高尿液中鈣離子的濃度，對其它離子濃度的影響不大（Vognoni，1998）。
4.2干物質采食量（DMI）
陰離子飼糧對動物干物質的影響要分產犢前和產犢后兩個階段來分析。通常由于陰離子鹽適口性不好，在飼糧中添加足夠量時往往會影響產前的采食量。盡管如此Joyce（1997）、Tucker（1991）等研究結果表明，干奶期飼喂陰離子鹽雖然降低了產前奶牛的的DMI，但對動物體況沒有產生很大影響，并提高了產后的干物質采食量，使動物體況很快恢復。如何解決陰離子鹽的適口性問題，是陰離子添加劑開發的主要工作。目前市場上已有多種產品可以有效改善陰離子鹽的適口性。
4.3 瘤胃發酵
到目前為止，研究陰離子飼糧對瘤胃發酵影響的報道很少，并且是通過瘺管牛進行的活體內試驗。Tucker（1988）以瘺管泌乳牛為研究對象研究了DCAD（Na+K-Cl mEq/100gDM）為-10，0，+10，+20的飼糧對尿液pH值、瘤胃發酵指標、血液指標等的影響。結果顯示,隨DCAD降低，瘤胃pH值有一定降低的趨勢（-10與+20組相比，降低了0.2到0.5個點），對總VFA和VFA比例影響差異不顯著，從數字上說提高DCAD有降低總VFA的趨勢。Vagnoni（1998）研究了DCAD對干奶牛機體酸堿性的影響，他將一種商品陰離子添加劑、幾種純陰離子鹽混合添加到飼糧中配制成3個試驗組飼糧，對照組和試驗組的DCAD（Na+K-Cl-S mEq/100gDM）分別為203,-51,-40,-63。瘤胃內容物的pH值平均降低了0.12個點，瘤胃氨濃度升高2.2個點，作者分析是因為陰離子飼糧中添加的硫酸銨、氯化銨等提高了試驗組飼糧NPN在CP中的比例。不同飼糧對總VFA濃度有一定影響，但與添加陰離子鹽與否無關。總體來將，作者認為陰離子飼糧對發酵模式沒有顯著影響。
5 陰離子型飼糧的實用進展
5.1陰離子型飼糧的實施方案
給二胎以上、產前21天（Oetzel，1988）的奶牛飼喂陰離子飼糧，并配合監控尿液pH值是否維持在適宜范圍內。
首先，在滿足NRC推薦的動物對Na、K離子需要量的基礎上（0.12％，1.0％），盡量降低飼糧中Na、K離子含量，即避免使用Na、K離子含量高的飼料原料，比如用玉米青貯或羊草替代苜蓿。
添加以氯離子為主的陰離子，降低飼糧DCAD到-100~-150mEq/kgDM之間。一些學者（Goff等，2005）考慮到過量添加S離子可能造成的毒性，建議以添加Cl源為主，并給出了根據日糧K含量確定Cl添加量的關系：Cl-＝K+-0.5
如，當飼糧K+含量占全日糧的1.3％時，Cl-含量應在0.8％，氯離子含量高于0.8％時可能動物降低采食量。
提高鈣離子濃度。理論上，由于PTH和1,25-(OH)2D3的作用加強，骨鈣的動員和腸道的鈣吸收都有所提高、腎臟鈣排出量增加，因此需要大量日糧鈣供給，否則仍可能引起低血鈣。到目前為止，最佳日糧鈣濃度目前仍沒有定論。試驗證明，150克/天/頭配合陰離子鹽的使用效果顯著（NRC，2001），部分實踐中使用120克/天/頭以上（David，2001）；或占全日糧的比例0.85-1.0％（Goff，2005）。
保證日糧鎂離子占全日糧的0.35-0.4％。該含量的鎂離子可以有效促進瘤胃壁對鎂的被動吸收，而不依賴主動轉運，因為鎂的主動轉運過程可能被飼糧鉀所抑制（Oetzel和Goff，1998）。而且鎂在體內的低儲存量也需要飼糧每日供應足夠的鎂。
控制硫離子濃度在0.22-0.4％。0.22％以上的硫含量能夠保證瘤胃微生物含硫氨酸的合成。高于0.4％的硫可能會在瘤胃中產生過量的硫化氫，對神經系統產生一定毒性作用（Gould等1991）。
控制磷離子含量在0.35％，或每天每頭牛40~50克。磷含量不能低于25克，避免低磷引起的低血磷和產后癱瘓。而高于80克時，可能阻礙1,25-(OH)2D3合成。
5.2陰離子添加劑產品的研究進展
陰離子鹽添加劑開發的主要方向是改善它的適口性、提高實用性。單純的陰離子鹽味苦澀，奶牛幾乎根本無法采食進去足以酸化體液的陰離子鹽。在配方中添加糖蜜等調節適口性的物質，是配方技術人員經常采用的方式，這種方法有一定的積極作用，但能夠顯著改善陰離子鹽適口性的配方方案還沒有報道。嘗試特殊技術改善陰離子鹽本身也是一個有效的途徑，目前市場上已有幾個成功開發的產品（例如Animate），該類產品通過載體或包被技術等方法將多種陰離子鹽混合物進行處理可以得到很好的效果，但如何降低載體的添加量，以避免大量添加陰離子添加劑后降低飼糧其它營養成分的濃度是這類產品的關鍵問題。一些學者考慮到陰離子鹽的的適口性問題及其引入的陽離子的影響，建議開發鹽酸產品。鹽酸酸化體液的效果非常顯著，該類產品需要克服的是鹽酸的腐蝕性問題，目前已有成功開發的無腐蝕性的顆粒狀鹽酸產品。 |
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發表于 2008-2-27 17:50:56
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