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陰離子飼糧

專題報導

陰離子飼糧對乳牛產後低血鈣之預防

◆ 畜試所新竹分所/陳朝宜

前 言

在30年前已有學者認為乳牛分娩前飼與陰離子日糧可以減少乳熱症的發生,以後經過很多試驗加以釐清,現在美國已是一種極為普遍的飼養方法。很多研究證明乳牛分娩前餵與日糧陽陰離子差(Dietary cation-anion difference; DCAD)為負值之飼糧,可促使牛體呈代謝酸性,在產犢時可以提高血鈣濃度,預防乳牛產後乳熱症(milk fever)與低血鈣症(hypocalcaemia)的發生(Oetzel et al., 1988; Moore et al., 2000),與正常牛隻比較,罹患乳熱症病牛整個泌乳期之產奶量會降低14 ﹪(Block,1984),牛隻壽命減少3.4年(Curtis et al., 1984)造成經濟效益上莫大的損失。

一、

乳牛產後低血鈣的問題

荷蘭乳牛臨床性低血鈣(Clinical hypocalcaemia)又稱乳熱症,屬於一種代謝性疾病,較常見於生產後48小時之內發生,因乳腺開始合成生乳,鈣量流失大。一般此病會出現於第3胎或以上胎次的高產泌乳牛(Guard, 1996)。患病牛血清中總鈣含量由正常的8-12mg/dl,降為3-5 mg/dl及血磷含量由正常的6-8mg/dl,降到低於5mg/dl。臨床症狀呈現胸骨躺臥式休息(sternal recumbency),反應遲鈍 ,頭部往後沿著脅腹放置,體溫低於38℃,呼吸變得沉重以及心跳加快,由於飼養進步,現在發生的機率不多。現今需注意的是非臨床性低血鈣(Subclinical hypocalcaemia),它佔二、三產牛隻約有66 ﹪罹患率(Beede et al., 1992),罹患病牛血清中游離鈣含量降在 4.66-4.80 mg/dl 之間(Ballantine and Herbein, 1991),總鈣含量降在 5-8mg/dl之間;乳牛呈現移動步態不穩、胃腸蠕動變差及採食量下降,並造成乳量下降,場主常忽略此一無法觀察且輕微的病徵。乳牛產後低血鈣造成生理代謝的紊亂包括:產後食慾減退、乳量下降、酮血症、胎衣滯留、子宮炎、第四胃異位、子宮脫等,這些現象直接或間接影響到乳牛的繁殖與乳房炎的發生(Guard., 1996; Curtis, et al., 1983 ; Massey et al., 1993 ;Mallard et al., 1998);也影響子宮收縮、排淨、復舊等功能,使得產後第一次發情週期延後(Risco et al., 1994;Whiteford and Sheldon, 2004),通稱「可悲乳牛綜合症候群(sad cow syndrome)」。

二、

鈣元素的重要

生物體中的鈣有99%存在於骨骼與牙齒中,其他的1%則分散於全身,這1%很重要,它負責了神經的傳導﹐肌肉的收縮﹐血液的凝固﹐心臟的跳動﹐荷爾蒙的作用等生理反應 ,於生化檢查所測得血清總鈣含量中 50﹪為游離鈣,40﹪為與蛋白質結合之鈣( 90%與albumin,10%與球蛋白 ),剩下10﹪為與檸檬酸鹽或磷酸鹽結合之複合鈣,但是真正參與生理作用有關的是游離鈣,因游離鈣不會受白蛋白影響,因此當血漿中總鈣含量正常而游離鈣減少時,還是會導致神經肌肉痙攣。

三、

負陽陰離子差日糧對乳熱症與低血鈣的預防

日糧陽陰離子差首先要了解供飼糧中的電解質,可分類為:陰離子或陽離子二類,陰離子帶有負電荷,陽離子帶有正電荷。這些電解質所攜帶的電荷,會影響到酸-鹼的平衡,重要的陽離子有:鈉(Na)、鉀(K)、鈣(Ca),以及鎂(Mg);而重要的陰離子有:氯(Cl)、硫(S)以及磷(P)。常使用方程式為:(Na + K) - (Cl- + S--),這四種電解質是被認為屬於「強的離子」可發揮其所具有強離子對酸-鹼平衡的影響。運用上營養專家會使用陰離子鹽類[NH4Cl、CaCl2、MgCl2、MgSO4與Ca SO4]混合調製成精料,搭配芻糧中的礦物質組成份計算出此特殊飼糧配方。

最近研究報告將飼糧日糧陽陰離子差設計為-6 meq /100 g,產前21天開始餵給,收集產前21~1天,產後 0~2天,產後 3~21天三階段血液,測到血中鈣濃度平均分別為9.62、8.41及9.38 mg/dL,都於正常值之上(>8 mg/dL),(Chan et al., 2006)【圖一】。

 

圖一. 牛隻分娩前餵給DCAD為-6 meq /100 g日糧,其分娩前後血清鈣濃度曲線

  另外研究顯示產前給與DCAD為正值日糧,以2種鈣含量0.5(LCa)1.5(HCa) 4種鈉、鉀含量即鉀含量1.1%、2.1%、3.1%與鈉1.3%等調配供飼,構成2×4複因子予以比較牛群分娩時血鈣含量,發現供日糧的鈣含量LCaHCa組並不影響分娩時血鈣含量,但日糧鉀含量2.1%、3.1%、鈉含量1.3%者之血鈣含量,於分娩時引起低血鈣症(P0.001)Goff and Horst., 1997)【圖二】。

圖二. 牛隻分娩前餵給DCAD為正值,並以不同鈣、鉀與鈉含量飼糧給與,其分娩前後血漿鈣濃度曲線。

  肺臟組織方面:體內代謝性過酸在數分鐘之內會透過呼吸緩衝、代償和糾正作用,使得血液中二氧化碳分壓pCO2上升,靠呼吸排出體外,糾正過酸性。公式稱為Henderson-Hasselbach:碳酸-重碳酸鹽(carbonic acid-bicarbonate)的緩衝系統:

四、

機 制

影響乳牛分娩後血鈣濃度因素包括:品種、年齡、性別、血漿蛋白、副甲狀腺素(PTH)、酸鹼pH值、維生素D、非酯化脂肪酸、磷、鈉、鉀、鎂、鋅、銅、錳及滲透壓等。在此要探討的是陰離子鹽類造成代謝性過酸症下,引起肺臟、腎臟與骨骼組織先後時間的代償作用機制。

肺臟組織方面:體內代謝性過酸在數分鐘之內會透過呼吸緩衝、代償和糾正作用,使得血液中二氧化碳分壓pCO2上升,靠呼吸排出體外,糾正過酸性。公式稱為Henderson-Hasselbach:碳酸-重碳酸鹽(carbonic acid-bicarbonate)的緩衝系統:

  H+ + HCO3- <=> H2CO3 <=> H2O +CO2

  在腎臟組織方面:代謝性過酸症在氫離子增加下,數小時到數天內腎小管會促進H+的排泄,使得尿液pH值下降。另外尿鈣排泄增加,造成鈣在體內的存留時間縮短流失快,引起反回饋機制,二者活絡刺激PTH和1,25(OH)2D3的合成與分泌增加,提升骨骼中鈣釋出(mobilization)與腸道中鈣結合蛋白(CaBP)的活性(Phillippo et al., 1994;Fredeen et al., 1988;Damir et al., 1994; Block, 1984;Schonewille et al., 1994)。

  在骨骼組織方面:最後代謝性過酸症會提高蝕骨細胞(Osteoclast, Ocl)功能,造成骨質吸收(bone resorption)增強。蝕骨細胞於電子顯微鏡下是大而多核的細胞(multiple nuclei , Nu),作用點為細胞下方硬骨表面,形成淺小灣稱(Howship's lacuna , HC),,此骨表面接合處部分,分為二部分1.中央區域,叫皺褶緣(ruffled border),2.即透明區(clear zone)有豐富微細絲。蝕骨細胞會釋出溶素體(lysosomes),由皺褶緣細胞突起釋放至細胞外間隙中,溶素體水解?(hydrolases)發生作用,將細骨基質(bone matrix)有機物羥磷灰石晶體(hydroxyapatite crystal〔Ca10(PO4)6(OH)3〕脫出鈣、磷。簡單地說就是在骨與蝕骨細胞之間的細胞外間隙建立成一酸性環境,促使酸性水解?對羥基磷灰石(hydroxyapatite)的分解作用,增加鈣離子的釋放,以維持體內生理需要(離子平衡中性)【圖三】。( Michael et al., 1995)

     圖三. 電子顯微鏡下硬骨表面與蝕骨細胞之間鈣離子的釋放組織圖

 

結 論

陰離子鹽類有氯、硫二大類,陰離子(負電荷)上升須由氫離子(正電荷)來維持電中性,所以氫離子增加,使身體呈現輕微代謝性過酸症,可由公式SBE=0.7998(HCO3-24)+28.149(blood pH-7.4)來評估;二大類其酸化效果氯鹽類優於硫酸鹽類。

臨床上可將代謝性過酸症區分為高陰離子間隙(high anion gap)及正常陰離子間隙(normal anion gap)兩種,前者形成之主要原因為酸性物質(不含碳酸與氫氯酸)蓄積,後者則因鹼(即碳酸氫根離子)流失所導致。陰離子鹽類屬後者正常陰離子間隙代謝過酸症。

於乳牛懷孕的最後2-3週,供添陰離子鹽類使日糧陽陰離子差達每公斤日糧乾物質-10 ~ -15 meq/100g,藉由三、四種陰離子鹽類混合成精料或TMR給與,並以漸進式提供,將可解決適口性不良的問題。

於採食陰離子飼糧後第三天,牛隻餵飼後2-3小時導尿,測試尿液中pH值 (應保持於6.2-6.8之間),可了解陰離子劑量是否正確、供飼糧配方是否恰當;如發現過低會傷害腎功能與造成採食量下降,須即時調整。

供飼日糧陽陰離子差之結果,並不能顯著的改變血液的pH值,因為尚有肺臟、腎臟與骨的補償作用以維持正常血中的pH值。

供飼對象為具有高危險群的乳牛,例如:2-3胎以上及年老的乳牛,或是以前有發生過乳熱症的乳牛。

可採樣分析芻糧中:鈉、鉀、氯與硫(化學濕法分析)的含量或參考國內外飼料成份表,如(黃與李, 2001;Block., 1994;NRC, 2001)。

限制供飼含高鉀的芻糧(如苜蓿、溫帶禾本科與豆科牧草)與泌乳牛群殘餘料,緩衝劑碳酸氫鈉不可使用。

採用含氯鹽類陰離子時,氯含量不可超過0.8﹪及硫含量不可超過0.4 ﹪,超量過多會產生高血氯代謝性酸中毒或?在交感神經毒。

日糧鈣含量可提高到0.99到1.50 ﹪,鎂及磷含量需達0.4 ﹪。

產前注射維生素D3對牛隻產後低血鈣症有預防效果,但若無完善分娩日記錄、乾乳牛隻懷孕記錄、無評估總日糧含鈣量、牛隻照射日光長短、乾草製造方式與曝曬程度下,則使用處方劑量失當會造成維生素D3中毒。

日光與飼糧來源維生素D3須協同PTH荷爾蒙才具功能,維生素D3先在肝中羥化成25-(OH)-D3後,協同PTH於腎臟中第二次羥化成1,25(OH)2D3才能執行生理功能,促進腸道鈣結合蛋白(CaBP)的活性與骨鈣的釋出。

避免乾乳期過長或日糧粗蛋白過高,而使乳牛過度肥胖,最理想的是於乾乳期間不改變增重或是失體態,以及應於生產時維持體態胖瘦度在3.5 – 4範圍。

症狀發生或分娩後第三天可請獸醫師採集血樣到大動物的診斷化驗室測量血中鈣、鎂、磷濃度,再判定如何治療。

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