李 巖，付 瑤，陳 勇，魏 政

（1農(nóng)業(yè)農(nóng)村部人力資源開發(fā)中心/中國農(nóng)學(xué)會(huì)，北京 100125；2北京市畜牧總站，北京 100107；3北京市順義區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，北京 101399）

0 引言

奶牛圍產(chǎn)前期指的是奶牛分娩前21天到分娩的這一段時(shí)間，在這段時(shí)間里奶牛會(huì)處于一個(gè)面對(duì)多重應(yīng)激的狀態(tài)，包括分娩應(yīng)激、產(chǎn)奶應(yīng)激、日糧變換造成的營養(yǎng)應(yīng)激等，是奶牛生產(chǎn)前后的重要過度階段，也是營養(yǎng)代謝相關(guān)疾病的高風(fēng)險(xiǎn)階段[1]。在奶牛圍產(chǎn)期間，幾乎所有代謝問題都圍繞著能量蛋白負(fù)平衡和低血鈣產(chǎn)生，如圖1所示。日糧陰陽離子差（dietary cation-anion difference,DCAD）是指日糧中每千克或每百克干物質(zhì)所含的主要陽離子（Na+、K+、Ca2+、Mg2+）毫摩爾數(shù)與主要陰離子（Cl-、S2-、PO43-）毫摩爾數(shù)之差[2]。高DCAD值日糧會(huì)造成奶牛的低血鈣癥，其肌張力下降的表現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致乳房炎、產(chǎn)褥熱和干物質(zhì)采食量（dry matter intake,DMI）下降等生產(chǎn)問題[3]，進(jìn)而引起機(jī)體的能量蛋白負(fù)平衡，帶來酮病[4]、脂肪肝、瘤胃酸中毒等代謝問題，嚴(yán)重影響奶牛的身體健康和生產(chǎn)性能[5]。因此，負(fù)DCAD日糧，即陰離子日糧作為一種有益的探索在國外牛場獲得大規(guī)模推廣應(yīng)用。

圖1 奶牛圍產(chǎn)期間營養(yǎng)和代謝之間的關(guān)系

1 圍產(chǎn)前期鈣的穩(wěn)態(tài)

1.1 低血鈣癥

臨床低鈣血癥，也叫產(chǎn)褥熱或產(chǎn)后癱，臨床表現(xiàn)是由于骨骼肌收縮無力導(dǎo)致的無法站立。其主要機(jī)理是神經(jīng)和肌肉連接處缺乏鈣的傳遞，影響了遞質(zhì)乙酰膽堿的釋放，同時(shí)也產(chǎn)生了膜電位的改變，進(jìn)而改變細(xì)胞膜通透性導(dǎo)致細(xì)胞興奮性降低[6]。許多研究表明，奶牛在產(chǎn)犢前后血鈣濃度在2.0 mmol/L以下時(shí)奶牛就會(huì)發(fā)生亞臨床低血鈣，值得注意的是，亞臨床低血鈣并不一定表現(xiàn)出癥狀，但在產(chǎn)后1～4天內(nèi)，亞臨床低血鈣和胎衣不下[7]、真胃變位[8]、子宮炎[9]等疾病之間有很密切的關(guān)系。血鈣濃度和奶牛的泌乳天數(shù)和胎次也有很大關(guān)系，所以很難給出一個(gè)適用于所有奶牛的臨床或亞臨床低血鈣的血鈣閾值濃度，比如2.0 mmol/L，科學(xué)界對(duì)此也沒有定論。

Venjakob的研究[10]將亞臨床低血鈣定義為血鈣濃度小于2.0 mmol/L，共統(tǒng)計(jì)了來自115個(gè)牛群的1380頭母牛，其中亞臨床低血鈣的患病率為40.7%，出現(xiàn)臨床低血鈣癥狀為7.2%。結(jié)果表明，不同胎次和低血鈣患病率差異很大，從頭胎到四胎，亞臨床低血鈣患病率分別從5.7%增加到60.4%，臨床低血鈣從0%增加到16.1%，也就表明了不存在能夠判定低血鈣的單一閾值。尤其在考慮到后續(xù)影響的風(fēng)險(xiǎn)（產(chǎn)奶量，首配時(shí)間，懷孕時(shí)間）之后，對(duì)于不同的胎次、不同泌乳天數(shù)條件下應(yīng)該有不同的鈣閾值[11]。

1.2 鈣的穩(wěn)態(tài)

長期以來，普遍接受的理論是動(dòng)物體內(nèi)鈣的穩(wěn)態(tài)是來自血鈣受體和甲狀旁腺素（hyperparathyroidism,PTH）的簡單反饋，Horst[12]對(duì)此有過詳細(xì)描述，如圖2。低血鈣能夠刺激PTH分泌，PTH能夠活化破骨細(xì)胞促進(jìn)動(dòng)物對(duì)鈣的重吸收；PTH還能引起腎臟維生素D的羥基化形成1,25-（OH）2D3，從而提高腸道內(nèi)鈣的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，增加鈣在腸道的吸收。而當(dāng)動(dòng)物體內(nèi)處于堿性時(shí)，會(huì)誘導(dǎo)PTH受體發(fā)生構(gòu)象改變，使得PTH無法與其受體緊密結(jié)合，以致鈣的重吸收過程受阻。而日糧中的陽離子，尤其是K+含量過高會(huì)導(dǎo)致血液呈堿性。這也是為什么圍產(chǎn)期期奶牛日糧要控制K+處于一個(gè)比較低的水平的原因，也是使用陰離子日糧預(yù)防低血鈣的出發(fā)點(diǎn)之一，因?yàn)樨?fù)DCAD日糧能夠使奶牛體內(nèi)呈酸性。

圖2 日糧中鈣的吸收機(jī)制

而根據(jù)近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，鈣的穩(wěn)態(tài)似乎更為復(fù)雜，不僅涉及上文提到的PTH和1,25-（OH）2D3的上調(diào)和下調(diào)反饋，而且還涉及腸道、腎臟和骨骼的維生素D受體（Vitamin D Receptor,VDR），尤其是關(guān)于飼喂負(fù)DCAD日糧后，這些受體的變化。正如上文描述，飼喂負(fù)DCAD日糧能夠促進(jìn)鈣的重吸收，起到預(yù)防低鈣血癥的作用。如圖3所示，當(dāng)前研究關(guān)于負(fù)DCAD日糧對(duì)血鈣穩(wěn)態(tài)的影響與之前Horst提出的模型[13]有一些差異和補(bǔ)充。奶牛飼喂一定水平負(fù)DCAD日糧后，體內(nèi)會(huì)達(dá)到代謝性酸的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，會(huì)激活腎臟中PTH受體的活性并增加其敏感性[14-15]，并且有研究認(rèn)為，負(fù)DCAD日糧會(huì)使腎臟、骨骼和腸道中活化的VDR數(shù)量更高，VDR是通過1,25-（OH）2D3活化的，因此可以說PTH受體的激活也能促進(jìn)VDR的功能[16]。腎臟中PTH受體的激活使PTH上調(diào)CYP27B1基因，進(jìn)而導(dǎo)致1α羥化酶的活性激活，產(chǎn)生活化的維生素D[17]。活化的維生素D隨后可以在不同組織中和VDR結(jié)合，從而增加腸道鈣的吸收，增加腎臟對(duì)鈣的重吸收和增加鈣從骨骼中的釋放[18]。

圖3 負(fù)DCAD和動(dòng)物體內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)的聯(lián)系

2 奶牛動(dòng)物機(jī)體鈣的來源

2.1 胃腸道吸收

對(duì)奶牛來說，鈣的主要來源有2個(gè)，第一個(gè)是通過胃腸道吸收。VDR和維生素D在胃腸道鈣的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)中起到了重要作用。Goff[18]提出了胃腸道鈣吸收的2條路徑，即被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)和主動(dòng)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)：當(dāng)細(xì)胞膜邊界處的鈣濃度超過6 mM時(shí)，細(xì)胞會(huì)啟動(dòng)被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)從而被吸收；鈣的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)受1,25-（OH）2D3調(diào)節(jié)，當(dāng)其進(jìn)入腸上皮細(xì)胞并與VDR結(jié)合，會(huì)引發(fā)鈣離子通道（TRPV6）打開和鈣結(jié)合蛋白（CaBP）的產(chǎn)生，從而通過細(xì)胞主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)鈣。同時(shí)，1,25-（OH）2D3也能增加鈣-ATP泵（PMCa）的活性，PMCa的主要功能就是將鈣排出細(xì)胞質(zhì)，如圖4。

圖4 鈣在小腸中的吸收

鈣也能夠在瘤胃上皮被吸收的，但大多都是被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)一般只發(fā)生在高鈣日糧（大于120 g/d）或者口服大量鈣的前提下，非高鈣日糧中，鈣的吸收一般傾向于在腸道中通過主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)吸收。

2.2 骨鈣的釋放

奶牛的第二主要鈣來源是骨骼組織中的鈣的釋放與重吸收，該途徑可能是產(chǎn)犢后最快的鈣獲取途徑。VDR和維生素D在骨骼中鈣的動(dòng)員中起著重要作用。循環(huán)中的1,25-（OH）2D3與VDR相互作用，并刺激選擇性基因激活，產(chǎn)生一種叫破骨細(xì)胞分化因子的物質(zhì)RANKL[19]，它和其受體（RANK）的結(jié)合引發(fā)了成骨細(xì)胞向破骨細(xì)胞的分化[20]，如圖5。因此破骨細(xì)胞的活性主要依賴于RANKL。RANK能直接上調(diào)組織蛋白酶K的表達(dá)，組織蛋白酶K是一種膠原蛋白酶，它能夠破壞骨骼的蛋白質(zhì)基質(zhì)，使包括鈣在內(nèi)的無機(jī)物質(zhì)自由地進(jìn)入血液[21]。

圖5 RANK信號(hào)調(diào)節(jié)

3 負(fù)DCAD日糧的應(yīng)用情況

3.1 飼喂陰離子日糧的優(yōu)勢

Lean[22-23]對(duì)干奶期間飼喂負(fù)DCAD日糧的31個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行了薈萃分析[23-24]，發(fā)現(xiàn)對(duì)于干奶牛來說，飼喂負(fù)DCAD日糧，平均DMI下降0.288 kg/d，但是對(duì)于同一處理組奶牛，產(chǎn)后階段平均DMI增加0.627 kg/d[25]；對(duì)頭胎牛來說，產(chǎn)前飼喂負(fù)DCAD日糧，產(chǎn)奶量平均下降1.28 kg/d；對(duì)于經(jīng)產(chǎn)母牛，產(chǎn)奶量平均增加0.783 kg/d。在奶牛機(jī)體代謝方面，發(fā)現(xiàn)飼喂負(fù)DCAD日糧的牛的尿液pH值明顯降低：DCAD差異在240 meq/kg時(shí)，pH差異為-1.226個(gè)單位；產(chǎn)前血鈣濃度沒有顯著變化，但是產(chǎn)前飼喂負(fù)DCAD日糧的母牛產(chǎn)后血鈣濃度顯著高于對(duì)照組，并且產(chǎn)后一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)保持高于對(duì)照水平；產(chǎn)前飼喂陰離子鹽日糧母牛的產(chǎn)后癱和胎衣不下的發(fā)病率顯著低于對(duì)照組，子宮炎發(fā)病率顯著降低，臨床低血鈣下降32%[26]。

Lean研究表明[27]，在日糧鈣含量低于1.5%時(shí)，隨著日糧鈣含量的增加，低血鈣患病風(fēng)險(xiǎn)隨之增加，但是隨著鈣含量的繼續(xù)升高，低血鈣的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)下降。目前關(guān)于圍產(chǎn)期日糧鈣水平的討論都集中在低鈣日糧和高鈣日糧之間[28]，因?yàn)殁}在低或高的區(qū)間內(nèi)會(huì)促進(jìn)鈣吸收機(jī)制的正向效應(yīng)。

3.2 負(fù)DCAD日糧和尿液pH之間的關(guān)系

Santos[29]研究列出了尿液pH和日糧DCAD值的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)日糧DCAD值為0時(shí)，尿液會(huì)在pH 7左右，當(dāng)DCAD達(dá)到-100 meq/kg時(shí)，尿液會(huì)下降至pH 6.5左右。也就意味著想要得到一個(gè)預(yù)期的酸化效果，日糧DCAD值應(yīng)該在-100～-150 meq/kg之間比較合適。目前，通過尿液pH來檢測負(fù)DCAD日糧飼喂效果已經(jīng)成為很多牧場的管理手段之一，但是要注意的是奶牛的尿液pH本身就會(huì)存在一定范圍的波動(dòng)，而且測定時(shí)間不同也會(huì)造成尿液pH的不準(zhǔn)確，應(yīng)該注意采樣和測定的統(tǒng)一。

同樣的，還有許多試驗(yàn)[30]給出了DCAD值和尿液pH之間的關(guān)系公式[31]，牧場可以根據(jù)日糧DCAD水平來預(yù)測尿液pH，再和實(shí)際檢測結(jié)果進(jìn)行比對(duì)來判定負(fù)DCAD日糧飼喂的實(shí)際效果，或者根據(jù)結(jié)果制定更為合適的日糧DCAD值。

4 總結(jié)

根據(jù)上文的概念描述和一些試驗(yàn)的總結(jié)，結(jié)合牧場實(shí)際生產(chǎn)情況，得出了應(yīng)用負(fù)DCAD日糧的一些建議：應(yīng)設(shè)定合理的日糧DCAD水平，建議-100～-150 meq/kg，如果過低可能會(huì)引發(fā)酸中毒。對(duì)應(yīng)的尿液應(yīng)該在pH 5.5～6.5的范圍之內(nèi)[32]，需要定期測定尿液pH以評(píng)價(jià)負(fù)DCAD日糧消化情況，并且保證測定時(shí)間和采樣的統(tǒng)一；關(guān)于負(fù)DCAD日糧中鈣的水平目前并沒有完全的定論和推薦值，一些試驗(yàn)也表明在低鈣和高鈣之間并沒有顯著區(qū)別，不過目前普遍都是使用負(fù)DCAD日糧和高鈣水平相結(jié)合，尤其應(yīng)該注意的是如果DCAD水平非常低（低于-120 meq/kg），日糧中鈣的含量應(yīng)該要保持一個(gè)相對(duì)較高的水平（1.5%左右）；飼喂負(fù)DCAD日糧時(shí)，應(yīng)該同時(shí)配合大約在0.4%左右的高鎂含量[33]，因?yàn)殒V參與了PTH分泌以及活化維生素D合成的過程；保持日糧低磷水平（0.25%），使用Cl-作為主要陰離子來調(diào)控DCAD；為了保證奶牛能夠采食所有需要的負(fù)DCAD日糧，應(yīng)該設(shè)定一個(gè)合理的DMI，同時(shí)補(bǔ)充充足的維生素D。