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.中國農業大學動物科學技術學院/農業農村部動物遺傳育種與繁殖（家畜）重點實驗室/畜禽育種國家工程實驗室，北京 100193；2.北京首農畜牧發展有限公司，北京 100176）

0 引言

【研究意義】鉀離子主要存在于細胞內，是細胞膜靜息電位的基礎，也是多種酶促反應的重要離子，能夠激活和促進酶的活性，對于內環境的穩態具有重要作用。鉀參與機體的代謝、神經肌肉活動，維持腎及心血管系統的功能以及細胞滲透壓和電解質平衡。高血鉀會造成腎功能障礙和腎上腺分泌異常，低血鉀會導致動物食欲減退、采食量下降、生長受阻，誘發神經系統紊亂等[1]。飲食、消化系統疾病、腎臟疾病和內分泌疾病以及其他原因均會影響血鉀濃度[2]，血鉀的水平可一定程度反映機體的健康狀態。【前人研究進展】Borges等[3]在肉雞的研究中認為熱應激時醛固酮的分泌增加，腎小管重吸收鈉離子的作用增強，鉀離子的排出量增加，最終血液中鉀離子濃度降低。奶牛自身的狀態也可以影響血鉀水平。患酮病的奶牛分娩當天的血鉀水平高于正常奶牛[4]。【本研究切入點】目前關于血鉀的研究主要集中于熱應激對血鉀水平的影響。已報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。受保存時間和溫度的影響，血清鉀或血漿鉀濃度會發生改變，出現假性升高或降低[5]；用冷凍血液測量血鉀時，血液保存液的成分對血鉀的濃度也會有影響[6]。Megahed等[7]的研究表明，便攜式手持血鉀儀可以準確測量奶牛的全血鉀濃度，更加準確、即時地反應奶牛血鉀水平，還可以排除血液保存時間、保存溫度和保存液的影響。【擬解決的關鍵問題】采用手持血鉀儀在夏季和秋季分別測定北京地區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境溫濕度指數，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律，為奶牛的健康管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

于2019年8月和11月在北京地區3個規模化奶牛場測定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個牧場的242頭泌乳牛，秋季測定了1個牧場的67頭泌乳牛。同時測定環境溫度和濕度，并計算環境溫濕度指數（temperature humidity index，THI）。試驗牛的胎次和泌乳天數等相關記錄來自于試驗牛場的牧場管理軟件。

1.2 方法

1.2.1 指標測定

直腸溫度試驗期間，當試驗牛位于頸枷時，于每日10：00～16：00，使用歐姆龍電子直腸溫度計測定實驗奶牛的直腸溫度。測定時，將電子體溫計插入奶牛直腸約10 cm，待10 s讀數穩定后拔出，讀取結果（精確至0.1℃）。

1.2.2 血鉀濃度隨機選擇泌乳牛，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場測定血液鉀離子濃度，每頭牛測定1次。

1.2.3 環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，選取每日08：00、14：00、18：00的環境溫度和相對濕度取平均值，計算試驗期間每日THI。

式中T：環境溫度（℃），RH：相對濕度（%）。

1.2.4 水平劃分

剔除試驗牛中胎次和泌乳天數記錄缺失個體20頭，保留夏季試驗牛222頭和秋季試驗牛67頭，合計289頭。

將試驗牛的胎次劃分為4個水平，分別為1胎、2胎、3胎和4胎及以上，每個水平試驗牛頭數分別為154、65、40和30頭。將泌乳天數劃分為4個階段，分別對應泌乳期1～100 d、101～201 d、201～305 d及≥305 d，每個水平試驗牛頭數分別為61、63、113和52頭。根據采取血樣的顏色，對試驗牛動、靜脈血液情況進行劃分，將試驗牛的血液類型分為動脈血和靜脈血。根據采血時試驗牛是否擠奶狀態，將試驗牛擠奶狀態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為非熱應激，THI2和THI3為輕度熱應激期，THI4為中度熱應激[9]，每組試驗牛頭數分別為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 數據處理

采用EXCEL進行數據整理，數據分析由SAS 9.4軟件完成。先用EXCEL對數據不同THI分組的血鉀做t-檢驗。用GLM過程對不同胎次、泌乳階段、血液類型、擠奶前后的血鉀濃度進行方差分析，采用Bonferronit檢驗進行多重比較，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為試驗牛血鉀濃度；μ為總體平均數；Bloodi為血液類型效應（i=1，2）；Milkingj為擠奶前后效應（j=1，2）；Stagek為泌乳階段效應（k=1～4）；Parityl為胎次效應（l=1～4）；THIm為THI分組效應（m=1～4）；RT（THIm）為嵌套于THI分組的直腸溫度效應；eijklmn為隨機殘差。

2 結果與分析

2.1 不同環境溫濕度指數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向右偏態轉變。熱應激時期血鉀濃度顯著（P＜0.05）高于非熱應激時期的血鉀濃度。表1，圖1

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

圖1 不同環境溫濕度指數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血鉀濃度有顯著（P＜0.05）影響，胎次和泌乳階段均對對血鉀濃度無顯著（P＞0.05）影響。各因素中，THI對血鉀有顯著（P＜0.05）影響，與非熱應激期相比，熱應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系。THI為55～60（THI1）時直腸溫度每升高1℃血鉀濃度上升0.7 mmol/L，THI為77～78（THI3）時直腸溫度每升高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 不同環境溫濕度條件下荷斯坦牛直腸溫度與血鉀濃度的回歸關系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 溫濕度指數對奶牛血鉀的影響

荷斯坦奶牛耐寒怕熱，最適溫度為8～25℃，溫度過高時奶牛容易發生熱應激。熱激會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構，導致產奶量降低[10]；影響新陳代謝和生殖神經內分泌，使妊娠率下降[11]，使得體內酸堿失衡、礦物質流失[12]。一般用THI衡量奶牛熱應激程度。THI小于72 h，奶牛無熱應激；THI為72～78 h，奶牛處于輕度熱應激狀態；THI為79～88 h，奶牛處于中度熱應激狀態；THI大于89 h，奶牛處于嚴重熱應激狀態[9]。

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

THI高即熱應激時，血鉀濃度會顯著降低。李建國等[17]研究表明熱應激時奶牛的血鉀濃度顯著低于非熱應激時期。Jenkinson D M等[18]認為，熱應激時期奶牛汗液和唾液分泌量增加，無機離子隨水分排出體外，導致了血液中鈉離子、鉀離子、鎂離子的濃度降低。在關于沼澤水牛的研究中，熱應激短時間作用時沼澤水牛血鉀濃度顯著降低，血糖和胰島素濃度均升高，紅細胞Na+-K+-ATP酶的活性極顯著升高，促使鉀離子內流[19]。不同THI下，血鉀的變化情況還有待進一步探究。

3.2 直腸溫度對血鉀的影響

體溫是一項重要的生理指標，繁殖行為、感染、炎癥等均能引起體溫的改變[20]，生產中常用直腸溫度代表體溫直接監測產犢后奶牛是否生病[21]。直腸溫度與血液溫度呈高度正相關[22]，直腸溫度是通過血液溫度與血鉀產生間接聯系。研究表明往失血性休克的兔子體內注入不同溫度的溶液，與低溫和常溫相比，溫熱溶液復蘇對機體內環境的穩定、糾正酸堿失衡有一定意義[23]，溫度對血鉀的作用是通過影響內環境酸堿平衡實現。

3.3 動靜脈血液類型對血鉀的影響

研究中奶牛的靜脈全血的鉀離子濃度極顯著高于動脈全血，在人類醫學上有研究指出動脈血清與靜脈血清的鉀離子濃度有顯著差異，而動脈血漿與靜脈血漿的鉀離子濃度則無顯著差異[24]。關于血鉀在動靜脈之間的差異以及產生原因還有待深入研究。研究還發現奶牛擠奶后的血鉀有高于擠奶前趨勢，尚待專項試驗給予驗證。

4 結論

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測定結果的影響，溫濕度指數≤60時的血鉀濃度與≥72時的血鉀濃度差異大于0.5 mmol/L。在不同環境溫濕度指數條件下，奶牛血鉀和直腸溫度的關系不同，THI為55～60和77～78時直腸溫度每升高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等環境因素的影響。血鉀濃度可作為判斷奶牛健康狀態的指標。