电解质平衡

电解质平衡
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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7.40±0.05范围内，其极限的范围是7.0~7.7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（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。

Stewart（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 difference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（Cl-+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×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=100mg×1/23=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-α-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%）
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＜3%。

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 250 Austic 和Calvert(1981)
230-300 宋育等（1995）
200-300 冷向军和王康宁（1999）
鸡 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）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0~341 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），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响营养物质的代谢、动物的健康和生产性能。

调节日粮电解质平衡，有利于提高营养物质的利用率和动物的生产性能，有利于动物的健康。

日粮电解质平衡在生产中的应用
许多人对如何在生产实际中应用电解质平衡的概念感到迷惘。

其实运用电解质平衡概念提高动物生产性能并不是一件不宜操作的事情，掌握以下几个关键点能够让我们有效运用这一概念：
1. 查找、熟悉各种常规饲料原料的钾、钠、氯、硫含量，建立数据库。

有条件的可以测定原料中的实际含量。

2. 在设计配方时，考虑不同动物、不同生理阶段的对每种矿物质需要的同时，计算、调节日粮DCAD值，尽量符合该阶段动物的最适的DCAD值范围。

3. 在体液酸碱平衡易被打破时，做好日粮的阳离子（钾、钠）的储备，如夏季热应激时期、防疫应激、运输、转群应激等。

尤其需要关注特殊环境条件、特殊生理阶段如泌乳期处于夏季的母猪、奶牛等，适当提高日粮阳离子浓度，以提高日粮DCAD，对保证动物生产性能有良好效果。

4. 定期抽查饲料原料或饲料成品的矿物质含量，以保证其稳定的DCAD值。