電解質(zhì)平衡知識

ztjun518 · 發(fā)表于 2007-8-22 10:46:18

電解質(zhì)平衡

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電解質(zhì)平衡概念的提出隨著對畜禽營養(yǎng)代謝理論和日糧平衡技術(shù)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(zhì)平衡（dietary electrolyte balance，即dEB）的分析研究。電解質(zhì)平衡可以影響機體的酸堿平衡；同時酸堿平衡狀態(tài)也可以對電解質(zhì)的平衡產(chǎn)生影響。在一定的條件下，可以使用機體電解質(zhì)平衡來反映體內(nèi)的酸堿平衡。二者具有密切的聯(lián)系，因此常將它們結(jié)合起來進行研究，統(tǒng)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(guān)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(zhì)量等。此外，離子平衡還與奶牛產(chǎn)乳熱、仔豬斷奶后腹瀉、高溫條件下動物的代謝性疾病有關(guān)。同時，動物體具備酶系統(tǒng)適宜的微環(huán)境來調(diào)節(jié)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(nèi)，動物體內(nèi)具有保持體液質(zhì)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(nèi)，其極限的范圍是7.0~7.7之間。而電解質(zhì)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(zhì)，使動物體內(nèi)各種體液之間保持一種動態(tài)的平衡。Mongin（1981）研究報道，當(dāng)日糧電解質(zhì)平衡dEB（Na+K-Cl）偏離250mEq/kg日糧時，就會導(dǎo)致動物體內(nèi)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(fā)生改變。在體內(nèi)，細胞結(jié)構(gòu)和功能等均受到體液pH值的影響，其中由于酶蛋白的結(jié)構(gòu)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(zhì)平衡主要通過對體內(nèi)酸堿平衡的影響而發(fā)揮作用，而酸堿平衡狀態(tài)又是通過對體內(nèi)酶的微環(huán)境的pH值影響改變機體的營養(yǎng)代謝，同時體內(nèi)某些酶又以電解質(zhì)離子如：K+、Na+、Ca2+、Mg2+等作為輔酶，電解質(zhì)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(nèi)的酸堿平衡狀態(tài)，影響動物的生長和生產(chǎn)。Shohl 和Sato（1923）最早提出了礦物元素相互關(guān)系對酸堿平衡狀態(tài)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(dǎo)致體內(nèi)酸堿平衡的失調(diào)。為了驗證這一假說，營養(yǎng)學(xué)家做了大量的科學(xué)試驗，而早期的研究都集中在雞和豬的生產(chǎn)。Leach（1979）和Mongin（1980）總結(jié)了這方面的相關(guān)資料，認為，動物體要維持其體內(nèi)的酸堿平衡，攝入的致酸物質(zhì)應(yīng)該和排泄的酸性物質(zhì)的量相等；而且發(fā)現(xiàn)凈酸的攝入量與日糧的陰陽離子含量有關(guān)；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(nèi)的酸堿平衡發(fā)生偏離，偏離的程度取決于攝入體內(nèi)的正負離子總量。因此，日糧中可吸收正負離子的當(dāng)量濃度的差值決定了動物體內(nèi)的酸堿平衡的代謝狀況。因此，當(dāng)攝入的可吸收陰離子占主導(dǎo)時，動物機體就會處在一種酸性的環(huán)境中；當(dāng)攝入的可吸收陽離子占主導(dǎo)時，體液就會偏堿性。

電解質(zhì)平衡的表達方式為了描述陰陽離子的關(guān)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(zhì)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(zhì)所含主要陽離子（Na++K++Ca2++Mg2+）的毫摩爾數(shù)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(xué)利用率問題，在實際中的應(yīng)用很少。不同的研究者根據(jù)動物體內(nèi)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(zhuǎn)化為克當(dāng)量濃度，轉(zhuǎn)換的公式如下：
meq/100 g= 離子的毫克數(shù)×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(dāng)量濃度為：
meq Na=100mg×1/23=4.3meq Na
其余的離子克當(dāng)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(zhì)平衡與營養(yǎng)物質(zhì)消化代謝的關(guān)系
與營養(yǎng)物質(zhì)消化率：
飼糧電解質(zhì)平衡可影響飼糧中營養(yǎng)物質(zhì)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(yǎng)物質(zhì)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(zhì)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(yǎng)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(zhì)平衡影響很大。日糧電解質(zhì)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(dāng)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(jié)約賴氨酸效應(yīng)。當(dāng)日糧蛋白質(zhì)水平過低和賴氨酸缺乏且色氨酸較低時，添加礦物質(zhì)陽離子鉀或鈉鹽，可提高動物生長速度，這種現(xiàn)象稱之為鉀或鈉的賴氨酸節(jié)約效應(yīng)。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(zhì)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(zhì)合成；提高電解質(zhì)平衡能減少尿氮排出；電解質(zhì)通過調(diào)節(jié)體液pH影響氨基酸的轉(zhuǎn)運和吸收。
對動物健康的影響
日糧電解質(zhì)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(dǎo)致酸堿平衡失常和細胞內(nèi)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(fā)育不良(TD)的發(fā)生率，飼糧鈣、氯水平也與TD的發(fā)生率有關(guān)。飼糧中鈣、鈉或鉀含量升高，TD發(fā)生率下降。當(dāng)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(fā)生率。另外，Lilburn等（1989）報道，當(dāng)飼糧氯水平較高（0.36%）時，飼糧中高水平（0.65%）的有效磷，會導(dǎo)致肉用仔雞TD發(fā)生率的顯著增加。隨著飼糧dEB值從-200mEq/kg增至400mEq/kg，TD發(fā)生率就從＞20%降至＜3%。
日糧電解質(zhì)平衡對奶牛的產(chǎn)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(dāng)日糧DCAD在499mEq/kg時，產(chǎn)乳熱發(fā)生率高達47.4%；在該日糧中加入陰離子，使dEB值降至-172mEq/kg，產(chǎn)乳熱發(fā)生率便降至零。當(dāng)日糧鈣水平更高時，預(yù)防產(chǎn)乳熱的效果更好。

飼糧電解質(zhì)平衡對動物生產(chǎn)性能的影響
在動物體內(nèi)過酸或過堿的情況下，大多數(shù)代謝過程不是用于產(chǎn)品生產(chǎn)，而是用于酸堿的平衡的調(diào)節(jié)，為了使動物獲得正常的生長發(fā)育和最佳的生產(chǎn)性能，必須保證飼糧較佳的電解質(zhì)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(zhì)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(dāng)飼糧的dEB在0~341 mEq/kg范圍內(nèi)時，豬的生產(chǎn)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(zhì)合成減少，飼糧中大部分含硫氨基酸因而未用于蛋白質(zhì)合成而被氧化分解，產(chǎn)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(dǎo)致仔雞增重減慢。另外Karunajeewa等報道，當(dāng)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(nèi)，對1-21日齡肉雞的生長速度，不產(chǎn)生明顯的影響。
飼糧電解質(zhì)平衡對蛋殼質(zhì)量可產(chǎn)生影響。蛋殼形成是一個產(chǎn)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(zhuǎn)入血漿，使血液PH降低，酸堿平衡發(fā)生變化。Stevenson報道，飼糧dEB保齡球在137-245 mEq/kg范圍內(nèi)不影響產(chǎn)蛋性能，但當(dāng)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(chǎn)蛋水平。當(dāng)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(fā)改善蛋殼質(zhì)量。但飼糧高氯水平，顯著降低采食量、產(chǎn)蛋量和蛋殼品質(zhì)。飼糧高磷水平，也會使蛋雞血液中HCO3-濃度和蛋殼中礦物質(zhì)含量降低。當(dāng)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(chǎn)蛋率也降低，但雞蛋比重和殼厚增大。
奶牛的產(chǎn)奶性能，也受日糧電解質(zhì)的影響。根據(jù)Wheeler對許多研究的總結(jié)，當(dāng)日糧dEB值約為100 mEq/kg時，奶牛產(chǎn)奶量得到提高。奶牛分娩后短期內(nèi)，日糧保持酸性有利于防止產(chǎn)乳熱。但隨著產(chǎn)奶量升高，代謝率增高，體內(nèi)環(huán)境趨于酸性，日糧應(yīng)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(zhì)平衡顯著地影響營養(yǎng)物質(zhì)的代謝、動物的健康和生產(chǎn)性能。調(diào)節(jié)日糧電解質(zhì)平衡，有利于提高營養(yǎng)物質(zhì)的利用率和動物的生產(chǎn)性能，有利于動物的健康。

日糧電解質(zhì)平衡在生產(chǎn)中的應(yīng)用
許多人對如何在生產(chǎn)實際中應(yīng)用電解質(zhì)平衡的概念感到迷惘。其實運用電解質(zhì)平衡概念提高動物生產(chǎn)性能并不是一件不宜操作的事情，掌握以下幾個關(guān)鍵點能夠讓我們有效運用這一概念：
1. 查找、熟悉各種常規(guī)飼料原料的鉀、鈉、氯、硫含量，建立數(shù)據(jù)庫。有條件的可以測定原料中的實際含量。
2. 在設(shè)計配方時，考慮不同動物、不同生理階段的對每種礦物質(zhì)需要的同時，計算、調(diào)節(jié)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(yīng)激時期、防疫應(yīng)激、運輸、轉(zhuǎn)群應(yīng)激等。尤其需要關(guān)注特殊環(huán)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(dāng)提高日糧陽離子濃度，以提高日糧DCAD，對保證動物生產(chǎn)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(zhì)含量，以保證其穩(wěn)定的DCAD值。