電解質平衡知識

ztjun518 · 發表于 2007-8-22 10:46:18

電解質平衡

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電解質平衡概念的提出隨著對畜禽營養代謝理論和日糧平衡技術的深入研究，在充分考慮日糧能量蛋白平衡、氨基酸平衡（理想蛋白模式）和鈣磷平衡后，日糧離子平衡的重要性逐漸得到了研究者的重視。離子平衡（ion balance）的研究必然涉及到對動物機體酸堿平衡（acid-bace balance）和電解質平衡（dietary electrolyte balance，即dEB）的分析研究。電解質平衡可以影響機體的酸堿平衡；同時酸堿平衡狀態也可以對電解質的平衡產生影響。在一定的條件下，可以使用機體電解質平衡來反映體內的酸堿平衡。二者具有密切的聯系，因此常將它們結合起來進行研究，統稱為離子平衡。
研究表明，日糧的離子平衡水平與動物的采食量、氨基酸的代謝等有密切的關系。在家禽方面，離子平衡直接影響家禽的腿病、腹水癥、猝死綜合癥正、蛋殼質量等。此外，離子平衡還與奶牛產乳熱、仔豬斷奶后腹瀉、高溫條件下動物的代謝性疾病有關。同時，動物體具備酶系統適宜的微環境來調節機體細胞代謝并維持正常的功能。
在離子平衡中，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，動物體內具有保持體液質子濃度衡定的趨勢。一般來說，正常細胞外液的pH值在7.40±0.05范圍內，其極限的范圍是7.0~7.7之間。而電解質平衡是指動物攝入的水及各種無機鹽類，以維持正常的生理功能，同時又不斷的排出一定水和電解質，使動物體內各種體液之間保持一種動態的平衡。Mongin（1981）研究報道，當日糧電解質平衡dEB（Na+K-Cl）偏離250mEq/kg日糧時，就會導致動物體內酸堿平衡偏離正常值，其pH值偏離正常的范圍，酶的催化效率發生改變。在體內，細胞結構和功能等均受到體液pH值的影響，其中由于酶蛋白的結構特點，受其影響最大。不同的代謝酶都有其最佳的pH值要求，只有pH值處于最適值時，才具有最好的催化活性。pH值偏離最適值時，酶的活性都會急劇下降。由此可見，電解質平衡主要通過對體內酸堿平衡的影響而發揮作用，而酸堿平衡狀態又是通過對體內酶的微環境的pH值影響改變機體的營養代謝，同時體內某些酶又以電解質離子如：K+、Na+、Ca2+、Mg2+等作為輔酶，電解質是酶正常的催化活性不可缺少的成分。
很早以來，科研工作者就認識到，日糧離子水平及其平衡值的變化，都可以改變體內的酸堿平衡狀態，影響動物的生長和生產。Shohl 和Sato（1923）最早提出了礦物元素相互關系對酸堿平衡狀態的影響。Shohl（1939）認為，維持正常的酸堿平衡需要將機體多余的陰陽離子排出體外。他由此推斷，無論是攝入過多的陰離子還是陽離子，都會導致體內酸堿平衡的失調。為了驗證這一假說，營養學家做了大量的科學試驗，而早期的研究都集中在雞和豬的生產。Leach（1979）和Mongin（1980）總結了這方面的相關資料，認為，動物體要維持其體內的酸堿平衡，攝入的致酸物質應該和排泄的酸性物質的量相等；而且發現凈酸的攝入量與日糧的陰陽離子含量有關；其中的單價常量元素如Na、K和Cl被確認為對機體酸堿平衡最具有影響力的元素。Stewart（1983）提出了強離子差理論，這一理論認為：正負離子的凈攝入量會使動物體內的酸堿平衡發生偏離，偏離的程度取決于攝入體內的正負離子總量。因此，日糧中可吸收正負離子的當量濃度的差值決定了動物體內的酸堿平衡的代謝狀況。因此，當攝入的可吸收陰離子占主導時，動物機體就會處在一種酸性的環境中；當攝入的可吸收陽離子占主導時，體液就會偏堿性。

電解質平衡的表達方式為了描述陰陽離子的關系，以便于對其進行研究，Mongin（1980）建議用下面的公式來估計凈酸的攝入量：
mEq(Na+K-Cl)/100gDM （公式1-1）
這一公式后來被稱為日糧的陰陽離子平衡（dietary cation-anion balance；Tucker 等，1988）或日糧的電解質平衡（dietary electrolyte balance；West 等，1991）。為了避免從字面上誤解公式，以至認為日糧的陰陽離子是相互平衡的，Sanchez和Beede（1991）將公式改稱為日糧的陰陽離子差（dietary cation-anion difference或DCAD），其完整的公式為：
mEq[(Na+K+Ca+Mg)-(Cl+S+P)]/100gDM （公式1-2）
即日糧中每千克或每100克干物質所含主要陽離子（Na++K++Ca2++Mg2+）的毫摩爾數與主要陰離子（Cl-+S2-+PO43-）毫摩爾之差。
公式1-2中的多價離子由于其生物學利用率問題，在實際中的應用很少。不同的研究者根據動物體內代謝機制的不同，對研究對象進行一定程度的簡化。在非反芻動物的研究上，就常用到公式1-1。而在反芻動物中，由于需要考慮日糧中的S，因此常用下面的公式：
mEq[(Na+K)-(Cl+S)]/100gDM （公式1-3）
在使用以上公式進行研究時，需要注意以下幾點：（1）DCAD的計算：為了準確計算日糧的DCAD濃度，必須將日糧中各種離子的濃度轉化為克當量濃度，轉換的公式如下：
meq/100 g= 離子的毫克數×離子的化合價/離子的原子量
含鈉0.1%的日糧，其鈉離子的克當量濃度為：
meq Na=100mg×1/23=4.3meq Na
其余的離子克當量濃度同理計算，然后再求和，計算日糧的DCAD值；（2）注意DCAD的單位：目前的資料中DCAD單位有的采用每100g DM，而有的卻采用每1000g DM。因此，在進行試驗研究時，一定要注意采用的單位及其一致性，避免出錯。

電解質平衡與營養物質消化代謝的關系
與營養物質消化率：
飼糧電解質平衡可影響飼糧中營養物質的消化吸收。一般認為在低K或低DCAD水平的日糧中，提高日糧DCAD水平可提高營養物質消化率（Hhaydon等1990b，Patience等1987a，Monghan等1984，Wondra等1995）。推測其作用機制可能是日糧電解質平衡改變了腸道pH和鈉離子濃度，影響消化酶及Na＋-K＋-ATP酶的活性，間接影響到養分的消化率。
對氨基酸代謝的影響
緩解賴氨酸－精氨酸拮抗作用。氨基酸代謝受飼糧電解質平衡影響很大。日糧電解質平衡可明顯影響氨基酸和精氨酸之間的拮抗作用。在賴氨酸與精氨酸的拮抗中，高賴氨酸增加精氨酸酶的活性，從而增加精氨酸的分解代謝。當日糧賴氨酸水平過高時，添加鈉和鉀可以降低腎臟精氨酸酶的活性，提高肌肉蛋白合成以及降低細菌尿酶活性(Stutz 等, 1972)。提高日糧鉀含量還可以顯著提高肝臟賴氨酸-α-酮戊二酸還原酶的活性，并提高賴氨酸分解代謝率250%(Austic等，1977；Scott和Austic，1978)。鉀和鈉離子將是日糧中緩解賴氨酸-精氨酸拮抗最有效的金屬陽離子。
節約賴氨酸效應。當日糧蛋白質水平過低和賴氨酸缺乏且色氨酸較低時，添加礦物質陽離子鉀或鈉鹽，可提高動物生長速度，這種現象稱之為鉀或鈉的賴氨酸節約效應。推測其機理可能是鉀或鈉的代謝鹽促進了賴氨酸的吸收。
一般認為，隨日糧電解質平衡的提高，豬對日糧氮的總利用率提高。原因是鉀能刺激蛋白質合成；提高電解質平衡能減少尿氮排出；電解質通過調節體液pH影響氨基酸的轉運和吸收。
對動物健康的影響
日糧電解質平衡對骨骼的鈣化有影響。雞缺鉀時，骨骼鈣化不全,這可能是由于低鉀導致酸堿平衡失常和細胞內酸中毒所引起的。飼糧中氯化物含量過高會降低骨中灰分含量。飼糧中鈉、鉀水平影響肉雞脛骨發育不良(TD)的發生率，飼糧鈣、氯水平也與TD的發生率有關。飼糧中鈣、鈉或鉀含量升高，TD發生率下降。當飼糧鈉水平較低時,只有同時提高鉀與氯的含量才能降低TD的發生率。另外，Lilburn等（1989）報道，當飼糧氯水平較高（0.36%）時，飼糧中高水平（0.65%）的有效磷，會導致肉用仔雞TD發生率的顯著增加。隨著飼糧dEB值從-200mEq/kg增至400mEq/kg，TD發生率就從＞20%降至＜3%。
日糧電解質平衡對奶牛的產乳熱（或分娩癱瘓）具有明顯的影響。由于牧草來源飼料的陽離子含量都比較高，通常奶牛日糧DCAD都較高。有試驗顯示，當日糧DCAD在499mEq/kg時，產乳熱發生率高達47.4%；在該日糧中加入陰離子，使dEB值降至-172mEq/kg，產乳熱發生率便降至零。當日糧鈣水平更高時，預防產乳熱的效果更好。

飼糧電解質平衡對動物生產性能的影響
在動物體內過酸或過堿的情況下，大多數代謝過程不是用于產品生產，而是用于酸堿的平衡的調節，為了使動物獲得正常的生長發育和最佳的生產性能，必須保證飼糧較佳的電解質平衡.表3列舉了一些研究所得出的最適dEB值。

表3 畜禽的最適飼糧電解質平衡值 mEq/kg
　       適最dEB值*       資料來源
豬       250       Austic 和 Calvert(1981)
　       230-300       宋育等（1995）
　       200-300       冷向軍和王康寧（1999）
雞       250       Mongin(1980)
　       250-300       Johnsont等(1985)
干奶牛       -150- -100       Byer(1991)
泌乳牛       324       West等(1991)
　       350-400       Senchez等(1992)

注：*dEB（mEq/kg ）=NA++K+-CL－

Patience等（1987）觀察到，給豬飼喂過量陰離子的飼糧（dEB為-85 mEq/kg）時，生長速度下降。當飼糧的dEB在0~341 mEq/kg范圍內時，豬的生產性能列明顯差別。在賴氨酸不足的生長豬飼糧中，如果dEB值低（68 mEq/kg），豬日增重低。原因可能是賴氨酸不足，機體蛋白質合成減少，飼糧中大部分含硫氨基酸因而未用于蛋白質合成而被氧化分解，產生較多的核酸。在賴氨酸不足的飼料中添加NaHCO3提高dEB值后，豬的生長速度升高。
對于雞，飼糧dEB值過低（＜180 mEq/kg＝或過高（＞300 mEq/kg），都會導致仔雞增重減慢。另外Karunajeewa等報道，當飼糧中鈉、鉀、氯滿足肉雞最低需要量時，dEB值在150-300 mEq/kg范圍內，對1-21日齡肉雞的生長速度，不產生明顯的影響。
飼糧電解質平衡對蛋殼質量可產生影響。蛋殼形成是一個產酸的過程。子宮粘膜細胞分泌HCO3-和Ca2+到殼腺管腔形成蛋殼時，H+便轉入血漿，使血液PH降低，酸堿平衡發生變化。Stevenson報道，飼糧dEB保齡球在137-245 mEq/kg范圍內不影響產蛋性能，但當飼糧dEB值過低（68 mEq/kg）或過高（296 mEq/kg）時，蛋殼變薄。Hughes也觀察到，飼糧dEB值過低（8和33 mEq/kg）或過高（319和418 mEq/kg），均會降低蛋雞采食量和產蛋水平。當dEB值＞150 mEq/kg，隨著dEB值升高，血液PH、HCO3-濃度和蛋殼厚度均上升。將飼糧鉀含量從0.66%升至0.88%，可發改善蛋殼質量。但飼糧高氯水平，顯著降低采食量、產蛋量和蛋殼品質。飼糧高磷水平，也會使蛋雞血液中HCO3-濃度和蛋殼中礦物質含量降低。當飼糧中氯水平降低（＜0.12%＝，而鈉水平較高（0.52%）時，蛋雞采食和產蛋率也降低，但雞蛋比重和殼厚增大。
奶牛的產奶性能，也受日糧電解質的影響。根據Wheeler對許多研究的總結，當日糧dEB值約為100 mEq/kg時，奶牛產奶量得到提高。奶牛分娩后短期內，日糧保持酸性有利于防止產乳熱。但隨著產奶量升高，代謝率增高，體內環境趨于酸性，日糧應從酸性變成高堿性。隨著泌乳期超過100d后，在奶牛日糧中添加NaHCO3已無多大作用。
總之，飼糧電解質平衡顯著地影響營養物質的代謝、動物的健康和生產性能。調節日糧電解質平衡，有利于提高營養物質的利用率和動物的生產性能，有利于動物的健康。

日糧電解質平衡在生產中的應用
許多人對如何在生產實際中應用電解質平衡的概念感到迷惘。其實運用電解質平衡概念提高動物生產性能并不是一件不宜操作的事情，掌握以下幾個關鍵點能夠讓我們有效運用這一概念：
1. 查找、熟悉各種常規飼料原料的鉀、鈉、氯、硫含量，建立數據庫。有條件的可以測定原料中的實際含量。
2. 在設計配方時，考慮不同動物、不同生理階段的對每種礦物質需要的同時，計算、調節日糧DCAD值，盡量符合該階段動物的最適的DCAD值范圍。
3. 在體液酸堿平衡易被打破時，做好日糧的陽離子（鉀、鈉）的儲備，如夏季熱應激時期、防疫應激、運輸、轉群應激等。尤其需要關注特殊環境條件、特殊生理階段如泌乳期處于夏季的母豬、奶牛等，適當提高日糧陽離子濃度，以提高日糧DCAD，對保證動物生產性能有良好效果。
4. 定期抽查飼料原料或飼料成品的礦物質含量，以保證其穩定的DCAD值。