荷斯坦母牛血鉀濃度的影響因素分析

施霽楨，高 清，楊智超，張四維，羅蓀琳，黃上真，張海亮，郭彥斌，郭 剛，俞 英，王雅春

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部動(dòng)物遺傳育種與繁殖（家畜）重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/畜禽育種國家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2.北京首農(nóng)畜牧發(fā)展有限公司，北京 100176）

0 引言

【研究意義】鉀離子主要存在于細(xì)胞內(nèi)，是細(xì)胞膜靜息電位的基礎(chǔ)，也是多種酶促反應(yīng)的重要離子，能夠激活和促進(jìn)酶的活性，對(duì)于內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)具有重要作用。鉀參與機(jī)體的代謝、神經(jīng)肌肉活動(dòng)，維持腎及心血管系統(tǒng)的功能以及細(xì)胞滲透壓和電解質(zhì)平衡。高血鉀會(huì)造成腎功能障礙和腎上腺分泌異常，低血鉀會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物食欲減退、采食量下降、生長受阻，誘發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)紊亂等[1]。飲食、消化系統(tǒng)疾病、腎臟疾病和內(nèi)分泌疾病以及其他原因均會(huì)影響血鉀濃度[2]，血鉀的水平可一定程度反映機(jī)體的健康狀態(tài)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】Borges等[3]在肉雞的研究中認(rèn)為熱應(yīng)激時(shí)醛固酮的分泌增加，腎小管重吸收鈉離子的作用增強(qiáng)，鉀離子的排出量增加，最終血液中鉀離子濃度降低。奶牛自身的狀態(tài)也可以影響血鉀水平?；纪〉哪膛７置洚?dāng)天的血鉀水平高于正常奶牛[4]。【本研究切入點(diǎn)】目前關(guān)于血鉀的研究主要集中于熱應(yīng)激對(duì)血鉀水平的影響。已報(bào)道的研究多是采集血液樣本后冷凍保存于抗凝管中，之后用血清鉀或血漿鉀濃度來代表血鉀。受保存時(shí)間和溫度的影響，血清鉀或血漿鉀濃度會(huì)發(fā)生改變，出現(xiàn)假性升高或降低[5]；用冷凍血液測量血鉀時(shí)，血液保存液的成分對(duì)血鉀的濃度也會(huì)有影響[6]。Megahed等[7]的研究表明，便攜式手持血鉀儀可以準(zhǔn)確測量奶牛的全血鉀濃度，更加準(zhǔn)確、即時(shí)地反應(yīng)奶牛血鉀水平，還可以排除血液保存時(shí)間、保存溫度和保存液的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用手持血鉀儀在夏季和秋季分別測定北京地區(qū)222頭和67頭荷斯坦泌乳牛的血鉀濃度，利用固定模型分析環(huán)境溫濕度指數(shù)，奶牛的全血鉀濃度，分析影響奶牛血鉀的因素，探究奶牛血鉀的變化規(guī)律，為奶牛的健康管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

于2019年8月和11月在北京地區(qū)3個(gè)規(guī)?；膛鰷y定309頭健康荷斯坦牛的直腸溫度和血鉀濃度，其中夏季測定2個(gè)牧場的242頭泌乳牛，秋季測定了1個(gè)牧場的67頭泌乳牛。同時(shí)測定環(huán)境溫度和濕度，并計(jì)算環(huán)境溫濕度指數(shù)（temperature humidity index，THI）。試驗(yàn)牛的胎次和泌乳天數(shù)等相關(guān)記錄來自于試驗(yàn)牛場的牧場管理軟件。

1.2 方法

1.2.1 指標(biāo)測定

直腸溫度試驗(yàn)期間，當(dāng)試驗(yàn)牛位于頸枷時(shí)，于每日10：00～16：00，使用歐姆龍電子直腸溫度計(jì)測定實(shí)驗(yàn)?zāi)膛５闹蹦c溫度。測定時(shí)，將電子體溫計(jì)插入奶牛直腸約10 cm，待10 s讀數(shù)穩(wěn)定后拔出，讀取結(jié)果（精確至0.1℃）。

1.2.2 血鉀濃度隨機(jī)選擇泌乳牛，使用一次性無菌采血針和非抗凝真空采血管抽取奶牛尾根處血液1.5～3 mL，立即使用便攜式手持奶牛血鉀測定儀現(xiàn)場測定血液鉀離子濃度，每頭牛測定1次。

1.2.3 環(huán)境溫濕度牛舍的中部距地面1.5 m高處安裝有電子溫濕度計(jì)，選取每日08：00、14：00、18：00的環(huán)境溫度和相對(duì)濕度取平均值，計(jì)算試驗(yàn)期間每日THI。

式中T：環(huán)境溫度（℃），RH：相對(duì)濕度（%）。

1.2.4 水平劃分

剔除試驗(yàn)牛中胎次和泌乳天數(shù)記錄缺失個(gè)體20頭，保留夏季試驗(yàn)牛222頭和秋季試驗(yàn)牛67頭，合計(jì)289頭。

將試驗(yàn)牛的胎次劃分為4個(gè)水平，分別為1胎、2胎、3胎和4胎及以上，每個(gè)水平試驗(yàn)牛頭數(shù)分別為154、65、40和30頭。將泌乳天數(shù)劃分為4個(gè)階段，分別對(duì)應(yīng)泌乳期1～100 d、101～201 d、201～305 d及≥305 d，每個(gè)水平試驗(yàn)牛頭數(shù)分別為61、63、113和52頭。根據(jù)采取血樣的顏色，對(duì)試驗(yàn)牛動(dòng)、靜脈血液情況進(jìn)行劃分，將試驗(yàn)牛的血液類型分為動(dòng)脈血和靜脈血。根據(jù)采血時(shí)試驗(yàn)牛是否擠奶狀態(tài)，將試驗(yàn)牛擠奶狀態(tài)分為擠奶前和擠奶后。將THI劃分為4組，分別為THI1（55～60）、THI2（72～76）、THI3（77～78）及THI4（79～88），其中THI1為非熱應(yīng)激，THI2和THI3為輕度熱應(yīng)激期，THI4為中度熱應(yīng)激[9]，每組試驗(yàn)牛頭數(shù)分別為67、70、70和82頭，其中THI1為秋季所測得，THI2、THI3、THI4均為夏季所測得。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，數(shù)據(jù)分析由SAS 9.4軟件完成。先用EXCEL對(duì)數(shù)據(jù)不同THI分組的血鉀做t-檢驗(yàn)。用GLM過程對(duì)不同胎次、泌乳階段、血液類型、擠奶前后的血鉀濃度進(jìn)行方差分析，采用Bonferronit檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較，P＜0.05為差異顯著，P＜0.01為差異極顯著。血鉀濃度的影響因素分析采用的固定模型如下：

式中，Yijklmn為試驗(yàn)牛血鉀濃度；μ為總體平均數(shù)；Bloodi為血液類型效應(yīng)（i=1，2）；Milkingj為擠奶前后效應(yīng)（j=1，2）；Stagek為泌乳階段效應(yīng)（k=1～4）；Parityl為胎次效應(yīng)（l=1～4）；THIm為THI分組效應(yīng)（m=1～4）；RT（THIm）為嵌套于THI分組的直腸溫度效應(yīng)；eijklmn為隨機(jī)殘差。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同環(huán)境溫濕度指數(shù)分組下荷斯坦牛血鉀濃度分布

研究表明，荷斯坦泌乳母牛的血鉀濃度范圍為2.31～5.13 mmol/L。隨著THI的增加，血鉀的分布從左偏態(tài)向右偏態(tài)轉(zhuǎn)變。熱應(yīng)激時(shí)期血鉀濃度顯著（P＜0.05）高于非熱應(yīng)激時(shí)期的血鉀濃度。表1，圖1

表1 各THI分組下荷斯坦牛血鉀濃度描述統(tǒng)計(jì)Table 1 Descriptive statistics on blood potassium concentration in different THI groups in Holstein cows（mmol/L）

圖1 不同環(huán)境溫濕度指數(shù)分組下荷斯坦牛血鉀濃度分布Fig.1 Distribution of blood potassium concentration in different THI groups in Holstein cows

2.2 不同因素作用下，荷斯坦牛血鉀濃度變化及回歸分析

研究表明，血液類型、擠奶前后、THI分組和直腸溫度均對(duì)血鉀濃度有顯著（P＜0.05）影響，胎次和泌乳階段均對(duì)對(duì)血鉀濃度無顯著（P＞0.05）影響。各因素中，THI對(duì)血鉀有顯著（P＜0.05）影響，與非熱應(yīng)激期相比，熱應(yīng)激期荷斯坦牛血鉀濃度顯著（P＜0.05）升高。在THI1和THI3組中，血鉀濃度與直腸溫度呈顯著回歸關(guān)系。THI為55～60（THI1）時(shí)直腸溫度每升高1℃血鉀濃度上升0.7 mmol/L，THI為77～78（THI3）時(shí)直腸溫度每升高1℃血鉀濃度上升0.32 mmol/L。血鉀濃度隨著泌乳天數(shù)的增加呈緩慢下降趨勢（P=0.09）。表2，表3，圖2

表3 直腸溫度荷斯坦牛血鉀濃度變化Table 3 Effect of RT on blood potassium concentration

圖2 不同環(huán)境溫濕度條件下荷斯坦牛直腸溫度與血鉀濃度的回歸關(guān)系Fig.2 Regression relationship between rectal temperature and blood potassium concentration in Holstein cows under different environmental temperature and humidity（THI）

表2 各因素荷斯坦牛血鉀濃度變化Table 2 Effects of various factors on blood potassium concentration in Holstein cows

3 討論

3.1 溫濕度指數(shù)對(duì)奶牛血鉀的影響

荷斯坦奶牛耐寒怕熱，最適溫度為8～25℃，溫度過高時(shí)奶牛容易發(fā)生熱應(yīng)激。熱激會(huì)降低奶牛的采食量和飼料消化率，影響瘤胃生理和瘤胃菌群結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致產(chǎn)奶量降低[10]；影響新陳代謝和生殖神經(jīng)內(nèi)分泌，使妊娠率下降[11]，使得體內(nèi)酸堿失衡、礦物質(zhì)流失[12]。一般用THI衡量奶牛熱應(yīng)激程度。THI小于72 h，奶牛無熱應(yīng)激；THI為72～78 h，奶牛處于輕度熱應(yīng)激狀態(tài)；THI為79～88 h，奶牛處于中度熱應(yīng)激狀態(tài)；THI大于89 h，奶牛處于嚴(yán)重?zé)釕?yīng)激狀態(tài)[9]。

研究所測血鉀濃度在李新萍[13]關(guān)于新疆石河子地區(qū)奶牛血鉀的研究范圍之內(nèi)。研究中，8月THI高于11月THI，熱應(yīng)激時(shí)期血鉀濃度極顯著高于非熱應(yīng)激時(shí)期，中度熱應(yīng)激組的血鉀濃度最高，與廖迎新等[14]的研究結(jié)果相似。王澤棟等[15]的研究中，熱應(yīng)激時(shí)期荷斯坦牛的血清鉀離子含量隨時(shí)間推移先降低后升高，熱應(yīng)激中后期血鉀濃度則顯著高于非熱應(yīng)激時(shí)期。在對(duì)美利奴羊的研究中也發(fā)現(xiàn)，熱應(yīng)激時(shí)期血鉀濃度顯著升高，延長熱應(yīng)激處理時(shí)間增加空氣流動(dòng)，血鉀濃度在上一階段基礎(chǔ)上略有升高[16]。

THI高即熱應(yīng)激時(shí)，血鉀濃度會(huì)顯著降低。李建國等[17]研究表明熱應(yīng)激時(shí)奶牛的血鉀濃度顯著低于非熱應(yīng)激時(shí)期。Jenkinson D M等[18]認(rèn)為，熱應(yīng)激時(shí)期奶牛汗液和唾液分泌量增加，無機(jī)離子隨水分排出體外，導(dǎo)致了血液中鈉離子、鉀離子、鎂離子的濃度降低。在關(guān)于沼澤水牛的研究中，熱應(yīng)激短時(shí)間作用時(shí)沼澤水牛血鉀濃度顯著降低，血糖和胰島素濃度均升高，紅細(xì)胞Na+-K+-ATP酶的活性極顯著升高，促使鉀離子內(nèi)流[19]。不同THI下，血鉀的變化情況還有待進(jìn)一步探究。

3.2 直腸溫度對(duì)血鉀的影響

體溫是一項(xiàng)重要的生理指標(biāo)，繁殖行為、感染、炎癥等均能引起體溫的改變[20]，生產(chǎn)中常用直腸溫度代表體溫直接監(jiān)測產(chǎn)犢后奶牛是否生病[21]。直腸溫度與血液溫度呈高度正相關(guān)[22]，直腸溫度是通過血液溫度與血鉀產(chǎn)生間接聯(lián)系。研究表明往失血性休克的兔子體內(nèi)注入不同溫度的溶液，與低溫和常溫相比，溫?zé)崛芤簭?fù)蘇對(duì)機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定、糾正酸堿失衡有一定意義[23]，溫度對(duì)血鉀的作用是通過影響內(nèi)環(huán)境酸堿平衡實(shí)現(xiàn)。

3.3 動(dòng)靜脈血液類型對(duì)血鉀的影響

研究中奶牛的靜脈全血的鉀離子濃度極顯著高于動(dòng)脈全血，在人類醫(yī)學(xué)上有研究指出動(dòng)脈血清與靜脈血清的鉀離子濃度有顯著差異，而動(dòng)脈血漿與靜脈血漿的鉀離子濃度則無顯著差異[24]。關(guān)于血鉀在動(dòng)靜脈之間的差異以及產(chǎn)生原因還有待深入研究。研究還發(fā)現(xiàn)奶牛擠奶后的血鉀有高于擠奶前趨勢，尚待專項(xiàng)試驗(yàn)給予驗(yàn)證。

4 結(jié)論

手持血鉀儀可用于快速測定奶牛血鉀濃度，可減少因血液保存對(duì)測定結(jié)果的影響，溫濕度指數(shù)≤60時(shí)的血鉀濃度與≥72時(shí)的血鉀濃度差異大于0.5 mmol/L。在不同環(huán)境溫濕度指數(shù)條件下，奶牛血鉀和直腸溫度的關(guān)系不同，THI為55～60和77～78時(shí)直腸溫度每升高1℃，血鉀濃度分別上升0.7和0.3 mmol/L。擠奶后的血鉀濃度極顯著高于擠奶前，靜脈血鉀濃度極顯著高于動(dòng)脈；血鉀濃度不受胎次和泌乳階段的影響，主要受疾病和溫濕度指數(shù)等環(huán)境因素的影響。血鉀濃度可作為判斷奶牛健康狀態(tài)的指標(biāo)。