电解质平衡

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1、电解质平衡电解质平衡概念的提出 随着对畜禽营养代谢理论和日粮平衡技术的深入研究，在充分考虑日粮 能量蛋白平衡、氨基酸平衡(理想蛋白模式)和钙磷平衡后，日粮离子平衡的重要性逐渐得到了 研究者的重视。离子平衡(ion balance)的研究必然涉及到对动物机体酸碱平衡(acid-bace balance) 和电解质平衡(dietary electrolyte balance，即dEB)的分析研究。电解质平衡可以影响机体的酸 碱平衡；同时酸碱平衡状态也可以对电解质的平衡产生影响。在一定的条件下，可以使用机体电 解质平衡来反映体内的酸碱平衡。二者具有密切的联系，因此常将它们结合起来进行研究，统称 为离

2、子平衡。研究表明，日粮的离子平衡水平与动物的采食量、氨基酸的代谢等有密切的关系。在家禽方面， 离子平衡直接影响家禽的腿病、腹水症、猝死综合症正、蛋壳质量等。此外，离子平衡还与奶牛 产乳热、仔猪断奶后腹泻、高温条件下动物的代谢性疾病有关。同时，动物体具备酶系统适宜的 微环境来调节机体细胞代谢并维持正常的功能。在离子平衡中，酸碱平衡是指动物体的体液pH值维持在一个较为衡定的范围内，动物体内具有 保持体液质子浓度衡定的趋势。一般来说，正常细胞外液的pH值在7.400.05范围内，其极限 的范围是7.07.7之间。而电解质平衡是指动物摄入的水及各种无机盐类，以维持正常的生理功 能，同时又不断的排出一定

3、水和电解质，使动物体内各种体液之间保持一种动态的平衡。 Mongin(1981 )研究报道，当日粮电解质平衡dEB (Na+K-Cl)偏离250mEq/kg日粮时，就会导致动物 体内酸碱平衡偏离正常值，其pH值偏离正常的范围，酶的催化效率发生改变。在体内，细胞结 构和功能等均受到体液pH值的影响，其中由于酶蛋白的结构特点，受其影响最大。不同的代谢 酶都有其最佳的pH值要求，只有pH值处于最适值时，才具有最好的催化活性。pH值偏离最适 值时，酶的活性都会急剧下降。由此可见，电解质平衡主要通过对体内酸碱平衡的影响而发挥作 用，而酸碱平衡状态又是通过对体内酶的微环境的pH值影响改变机体的营养代谢，同

4、时体内某 些酶又以电解质离子如：K+、Na+、Ca2+、Mg2+等作为辅酶，电解质是酶正常的催化活性不可 缺少的成分。 很早以来，科研工作者就认识到，日粮离子水平及其平衡值的变化，都可以改变体内的酸碱平衡 状态，影响动物的生长和生产。Shohl和Sato(1923)最早提出了矿物元素相互关系对酸碱平衡 状态的影响。Shohl(1939)认为，维持正常的酸碱平衡需要将机体多余的阴阳离子排出体外。 他由此推断，无论是摄入过多的阴离子还是阳离子，都会导致体内酸碱平衡的失调。为了验证这 一假说，营养学家做了大量的科学试验，而早期的研究都集中在鸡和猪的生产。 Leach(1979) 和 Mongin (

5、1980)总结了这方面的相关资料，认为，动物体要维持其体内的酸碱平衡，摄入的 致酸物质应该和排泄的酸性物质的量相等；而且发现净酸的摄入量与日粮的阴阳离子含量有关； 其中的单价常量元素如Na、K和Cl被确认为对机体酸碱平衡最具有影响力的元素。Steward 1983) 提出了强离子差理论，这一理论认为：正负离子的净摄入量会使动物体内的酸碱平衡发生偏离， 偏离的程度取决于摄入体内的正负离子总量。因此，日粮中可吸收正负离子的当量浓度的差值决 定了动物体内的酸碱平衡的代谢状况。因此，当摄入的可吸收阴离子占主导时，动物机体就会处 在一种酸性的环境中；当摄入的可吸收阳离子占主导时，体液就会偏碱性。电解质平

6、衡的表达方式 为了描述阴阳离子的关系，以便于对其进行研究， Mongin (1980)建议 用下面的公式来估计净酸的摄入量： mEq(Na+K-Cl)/100gDM (公式 1-1)这一公式后来被称为日粮的阴阳离子平衡（dietary cation-anion balance； Tucker等，1988）或日 粮的电解质平衡（ dietary electrolyte balance； West 等， 1991）。为了避免从字面上误解公式，以 至认为日粮的阴阳离子是相互平衡的，Sanchez和Beede（1991 ）将公式改称为日粮的阴阳离子 差（dietary cation-anion dif

7、ference 或 DCAD）,其完整的公式为： mEq（Na+K+Ca+Mg）-（Cl+S+P）/100gDM （公式1-2）即日粮中每千克或每100克干物质所含主要阳离子（Na+K+Ca2+Mg2+ ）的毫摩尔数与主要 阴离子（C1-+S2-+PO43-）毫摩尔之差。公式1-2中的多价离子由于其生物学利用率问题，在实际中的应用很少。不同的研究者根据动物 体内代谢机制的不同，对研究对象进行一定程度的简化。在非反刍动物的研究上，就常用到公式 1-1。而在反刍动物中，由于需要考虑日粮中的S,因此常用下面的公式： mEq（Na+K）-（Cl+S）/100gDM （公式1-3）在使用以上公式进行研究

8、时，需要注意以下几点：（1）DCAD的计算：为了准确计算日粮的DCAD 浓度，必须将日粮中各种离子的浓度转化为克当量浓度，转换的公式如下：meq/100 g=离子的毫克数x离子的化合价/离子的原子量含钠 0.1%的日粮，其钠离子的克当量浓度为：meq Na=100mgx1/23=4.3meq Na其余的离子克当量浓度同理计算，然后再求和，计算日粮的DCAD值；（2）注意DCAD的单位： 目前的资料中DCAD单位有的采用每100g DM,而有的却采用每1000g DM。因此，在进行试 验研究时，一定要注意采用的单位及其一致性，避免出错。电解质平衡与营养物质消化代谢的关系与营养物质消化率：饲粮电解

9、质平衡可影响饲粮中营养物质的消化吸收。一般认为在低K或低DCAD水平的日粮中， 提高日粮DCAD水平可提高营养物质消化率（Hhaydon等1990b， Patience等1987a， Monghan 等1984, Wondra等1995）。推测其作用机制可能是日粮电解质平衡改变了肠道pH和钠离子浓 度，影响消化酶及Na+-K+-ATP酶的活性，间接影响到养分的消化率。对氨基酸代谢的影响缓解赖氨酸精氨酸拮抗作用。氨基酸代谢受饲粮电解质平衡影响很大。日粮电解质平衡可明显 影响氨基酸和精氨酸之间的拮抗作用。在赖氨酸与精氨酸的拮抗中，高赖氨酸增加精氨酸酶的活 性，从而增加精氨酸的分解代谢。当日粮赖氨酸

10、水平过高时，添加钠和钾可以降低肾脏精氨酸酶 的活性，提高肌肉蛋白合成以及降低细菌尿酶活性（Stutz等，1972）。提高日粮钾含量还可以显著 提高肝脏赖氨酸-a酮戊二酸还原酶的活性，并提高赖氨酸分解代谢率250%（Austic 等, 1977； Scott 和Austic，1978）。钾和钠离子将是日粮中缓解赖氨酸-精氨酸拮抗最有效的金属阳离子。节约赖氨酸效应。当日粮蛋白质水平过低和赖氨酸缺乏且色氨酸较低时，添加矿物质阳离子钾或 钠盐，可提高动物生长速度，这种现象称之为钾或钠的赖氨酸节约效应。推测其机理可能是钾或 钠的代谢盐促进了赖氨酸的吸收。一般认为，随日粮电解质平衡的提高，猪对日粮氮的总利

11、用率提高。原因是钾能刺激蛋白质合成； 提高电解质平衡能减少尿氮排出；电解质通过调节体液pH影响氨基酸的转运和吸收。 对动物健康的影响日粮电解质平衡对骨骼的钙化有影响。鸡缺钾时，骨骼钙化不全 ，这可能是由于低钾导致酸碱平 衡失常和细胞内酸中毒所引起的。饲粮中氯化物含量过高会降低骨中灰分含量。饲粮中钠、钾水 平影响肉鸡胫骨发育不良（TD）的发生率，饲粮钙、氯水平也与TD的发生率有关。饲粮中钙、钠 或钾含量升高， TD 发生率下降。当饲粮钠水平较低时，只有同时提高钾与氯的含量才能降低 TD 的发生率。另外， Lilburn 等（1989）报道，当饲粮氯水平较高（0.36%）时，饲粮中高水平（0.65

12、%） 的有效磷，会导致肉用仔鸡 TD 发生率的显著增加。随着饲粮 dEB 值从 -200mEq/kg 增至 400mEq/kg, TD发生率就从20%降至V3%。日粮电解质平衡对奶牛的产乳热（或分娩瘫痪）具有明显的影响。由于牧草来源饲料的阳离子含 量都比较高，通常奶牛日粮DCAD都较高。有试验显示，当日粮DCAD在499mEq/kg时，产乳 热发生率高达47.4%；在该日粮中加入阴离子，使dEB值降至-172mEq/kg,产乳热发生率便降 至零。当日粮钙水平更高时，预防产乳热的效果更好。饲粮电解质平衡对动物生产性能的影响 在动物体内过酸或过碱的情况下，大多数代谢过程不是用于产品生产，而是用于酸

13、碱的平衡的调 节，为了使动物获得正常的生长发育和最佳的生产性能，必须保证饲粮较佳的电解质平衡 .表 3 列举了一些研究所得出的最适 dEB 值。表 3 畜禽的最适饲粮电解质平衡值 mEq/kg 适最 dEB 值* 资料来源猪250Austic 和 Calvert(1981)230-300宋育等(1995)200-300冷向军和王康宁(1999)鸡250Mongin(1980)250-300Johnsont 等(1985)干奶牛 -150- -100Byer(1991)泌乳牛 324 West 等(1991)350-400Senchez 等(1992)注：*dEB (mEq/kg)=NA+K+-

14、CL Patience等（1987）观察到，给猪饲喂过量阴离子的饲粮（dEB为-85 mEq/kg）时，生长速度下 降。当饲粮的dEB在0341 mEq/kg范围内时，猪的生产性能列明显差别。在赖氨酸不足的生长 猪饲粮中，如果dEB值低（68 mEq/kg），猪日增重低。原因可能是赖氨酸不足，机体蛋白质合 成减少，饲粮中大部分含硫氨基酸因而未用于蛋白质合成而被氧化分解，产生较多的核酸。在赖 氨酸不足的饲料中添加NaHCO3提高dEB值后，猪的生长速度升高。对于鸡，饲粮dEB值过低（180 mEq/kg-或过高（300 mEq/kg），都会导致仔鸡增重减 慢。另外Karunajeewa等报道，当

15、饲粮中钠、钾、氯满足肉鸡最低需要量时，dEB值在150-300 mEq/kg范围内，对1-21日龄肉鸡的生长速度，不产生明显的影响。饲粮电解质平衡对蛋壳质量可产生影响。蛋壳形成是一个产酸的过程。子宫粘膜细胞分泌 HCO3- 和Ca2+到壳腺管腔形成蛋壳时，H+便转入血浆，使血液PH降低，酸碱平衡发生变化。Stevenson 报道，饲粮 dEB 保龄球在 137-245 mEq/kg 范围内不影响产蛋性能，但当饲粮 dEB 值过低（68 mEq/kg）或过高（296 mEq/kg）时，蛋壳变薄。Hughes也观察到，饲粮dEB值过低（8和33 mEq/kg） 或过高（319和418 mEq/kg

16、），均会降低蛋鸡采食量和产蛋水平。当dEB值150 mEq/kg，随着 dEB值升高，血液PH、HCO3-浓度和蛋壳厚度均上升。将饲粮钾含量从0.66%升至0.88%，可 发改善蛋壳质量。但饲粮高氯水平，显著降低采食量、产蛋量和蛋壳品质。饲粮高磷水平，也会 使蛋鸡血液中HCO3-浓度和蛋壳中矿物质含量降低。当饲粮中氯水平降低（0.12% =，而钠水 平较高（0.52%）时，蛋鸡采食和产蛋率也降低，但鸡蛋比重和壳厚增大。 奶牛的产奶性能，也受日粮电解质的影响。根据 Wheeler 对许多研究的总结，当日粮 dEB 值约 为100 mEq/kg时，奶牛产奶量得到提高。奶牛分娩后短期内，日粮保持酸性有利于防止产乳热。 但随着产奶量升高，代谢率增高，体内环境趋于酸性，日粮应从酸性变成高碱性。随着泌乳期超 过 100d 后，在奶牛日粮中添加 NaHCO3 已无多大作用。总之，饲粮电解质平衡显著地影