奶牛低血钙的研究进展及阴离子盐的应用

韩勇，蔚瑞庭，常玮，张巧娥

（1.宁夏大学农学院，银川 750021；2.宁夏贺兰中地生态牧场有限公司，银川 750200）

奶牛低血钙症在奶牛养殖行业一直被视为一个难题，尤其是它的临床病例——产后瘫痪更是被人们所熟知[1]。虽然在过去几十年里，产后瘫痪的发病率并没有随着每头奶牛的产奶量大幅增加而增长，但亚临床低血钙症的高发病率仍然存在[2]。一项对德国包含115个牛群进行的多位点研究发现，临床低血钙症的发病率平均高达7.2%[3]。与亚临床低血钙症相比，低血钙症的临床症状更加严重，产生的损害更直接，但因为亚临床病例不易诊断，其发病率在2胎次以上牛群中又超过50%[4]，因此，对亚临床病例的关注更加重要。由于奶牛几个关键的生理过程都依赖钙，所以亚临床低血钙症对奶牛的健康和生产能力都有重大的负面影响[1,5]。目前国内规模养殖场主要采用产前日粮添加阴离子盐来预防亚临床低血钙症，对降低产后瘫痪的发病率起到了积极作用。实践证明，在围产前期和泌乳早期对奶牛进行适当的营养管理，可以将临床低血钙症的发病率降低至1%[6]。因此，在规模化养殖场井喷式发展的背景下，研究奶牛产后低血钙症的发病机理及预防措施对养殖场生产以及整个行业的发展有重要意义。

1 奶牛低血钙症的发病机理及定义标准

奶牛的分娩要经历重要的生理转变，会面临一些矿物质需求增加的挑战，尤其是对钙的需求。钙用来支持乳的生成[7]。当奶牛一旦开始泌乳，大量的钙会随泌乳流失，在产犊前后2～3d内血清钙的浓度会突然减少[8]。Megahed等[9]证明，产犊前大约9h，血清中钙的浓度会降低，然后在产后72h左右，血清中钙的浓度会回升到比较正常的范围。由于血液中大量的钙骤减，破坏了奶牛的自我稳态调节机制，导致离子钙的可用性不足，进而导致奶牛自身的免疫能力和生产性能受到抑制，从而发生低血钙症。

目前，界定奶牛低血钙症严重程度的血钙浓度有差异。通常界定总的血清钙浓度小于2.0mmol/L时，奶牛处于亚临床低血钙的状态[5]，小于1.5mmol/L时，为临床低血钙[10]。也有部分研究有不同的界定标准，例如Chapinal等[11]认为，健康牛的血钙浓度应该大于2.20mmol/L；Caixeta等[12]采用2.15mmol/L的分界点来定义亚临床低血钙症；Martinez等[13]提出血钙浓度2.14mmol/L为正常血钙的临界值。Rodríguez等[14]则认为，应该将血钙浓度低于2.14mmol/L作为亚临床低血钙的判定值。而Neves等[15]发现，围产期奶牛产前约一周的血钙浓度低于2.4mmol/L时，产犊时继发亚临床低血钙症的风险增高。因此，他建议规模养殖场应该将这一分界点设定为衡量低血钙症预防性措施是否成功的目标。

2 奶牛低血钙症的危害

2.1 对产奶量及奶牛健康的影响

综合各种研究，奶牛低血钙症对产奶量的影响不一。例如，Chapinal等[11]发现奶牛产后1、2、3周的血钙浓度低于2.1mmol/L时，日产奶量分别降低2.6kg、4.8kg和7.1kg。Rodríguez[14]得出亚临床低血钙症奶牛与正常牛只在产后前60d的产奶量并无差异的结论。另有研究发现患有亚临床低血钙症的奶牛在泌乳早期与血钙浓度正常的牛相比，产奶量更高[16,17]。

临床低血钙症会使奶牛的外周血单核细胞内钙储存的损耗减少[18]，可能会通过降低中性粒细胞功能而影响奶牛的免疫反应，从而使奶牛发生乳房炎和牛奶体细胞数上升的风险增加[13,19-20]。亚临床低血钙患牛虽然没有如产后瘫痪一样的临床症状，但是患病牛只可能更容易患其他疾病[2]，比如发生真胃变位、酮病和子宫炎的几率分别比正常血钙奶牛高3.7倍、5.5倍和4.85倍（与胎次无关）[14]。另外，亚临床低血钙症的奶牛比血钙浓度正常的牛更容易发生胎衣不下[13]。真胃变位发病率增高的原因可能是低血钙牛只血液中的钙含量水平足够低，可以改变皱胃的肌张力[21]。其他疾病的发病风险增加可能是与亚临床低血钙的奶牛免疫功能受损有关，因为低血钙症会导致多形核白细胞内钙水平的减少和中性粒细胞的吞噬活性降低[13,18,22]。

2.2 对奶牛繁殖性能的影响

低血钙症会损害奶牛的繁殖性能。据Caixeta等[23]报道，在奶牛自愿等待期结束时，正常血钙水平的奶牛再次发情的可能性是亚临床低血钙水平奶牛的1.8倍，而且奶牛经历持续的亚临床低血钙，会降低其首配受胎率。Venjakob等[14]研究发现，相对于血钙浓度大于1.8mmol/L的牛只，低血钙牛平均延迟25d才能怀孕，显著降低了在泌乳天数150d内怀孕的概率。这可能是由于血钙浓度正常的牛要比低血钙牛只更快地进入发情周期[24]。此外，低血钙症奶牛淘汰风险增加。当血钙浓度低于2.0mmol/L时，泌乳天数60d以内的牛只被淘汰的风险会增加1.69倍[25]。当奶牛产后一周的血钙浓度≤2.2mmol/L和产后两周的血钙浓度≤2.3mmol/L时，淘汰几率可分别高出2.4倍和5.3倍[26,27]。而据Neves等[28]的研究结果，泌乳早期高血钙浓度和高淘汰风险呈正相关，这种与以上研究相矛盾的结果可能是因为血样采集时间不同而造成。

3 奶牛低血钙症的防治措施

3.1 饲喂低钙日粮

奶牛钙的稳态机制主要依靠肠道对钙的重吸收作用，围产前期日粮中钙的含量如果过高，骨钙的代谢动员活动则会减弱。日粮中大量钙的摄入刺激了降钙素的分泌增多，降钙素又抑制了骨骼中钙的重吸收，进一步抑制了骨钙的代谢动员活动。如果产前饲喂低钙日粮（可吸收钙＜20g/d），会导致血液钙浓度轻微下降，进而反馈性刺激甲状旁腺激素（PTH）的分泌[29]。甲状旁腺激素在血液钙浓度下降时激活骨骼钙代谢，并且刺激维生素D向激素1,25-二羟维生素D的转化，而后者的增加可促进小肠对钙的吸收及肾脏对钙的再吸收，一旦开始泌乳，这种钙稳态调节机制就会进入激活状态，防止奶牛血钙浓度下降得过于严重。但由于正常饲料中钙的浓度普遍较高，很难制定足够低钙含量的产前日粮配方来诱导以上生理变化[29]。有研究发现，沸石是一种由铝硅酸钠组成的矿物质，可将其添加到奶牛产前日粮中来结合日粮中的钙，从而减少可吸收钙被机体利用，进而达到低钙日粮的目的[29]。Thilsing等[30]报道，体外实验中合成沸石可以结合吸附瘤胃液中不同pH值水平下的钙、磷和镁。这个结论在另一个活体实验中也得到了验证[31]。

最近的研究表明，在奶牛产犊前2～3周内，日粮中添加沸石A会增加奶牛分娩临近期间的血清钙浓度，但不会影响产后生产性能[29,32]。不过在产前日粮中添加钙黏合剂沸石也面临很多悬而未决的问题，比如在产前日粮中添加沸石A会降低干物质采食量[31,33,34]。另外沸石添加剂与钙补充剂之间的相互作用，以及与出现的低血镁、低血磷的临床相关性[29]，都可能成为沸石低钙日粮被普遍应用的制约因素。

3.2 添加维生素D

自从发现奶牛钙稳态机制需要维生素D后，人们就试图利用维生素D及其合成类似物来预防和治疗产后低血钙症。虽然2001年NRC修订的《奶牛营养需要》对围产前期奶牛（680kg成年体重）的维生素D3补充建议量为2.5万IU/d，但时至今日仍缺乏大量的实验来建立最适宜的补充剂量[35]。Rodney等[32]报道，给围产前期奶牛饲喂3mg/d的维生素D3，牛血清中25（OH）D3浓度平均为60ng/mL，而饲喂3mg/d 25（OH）D3产前牛血清中25（OH）D3浓度为237ng/mL。Poindexter等[36]研究表明，将维生素D3的补充量增加到60 000IU/d以上时，可能对围产期钙含量的增加没有益处，因为奶牛将维生素D3转化为25（OH）D3的能力有限。

给奶牛补充维生素D3存在很多制约因素。例如，在产前3～6d肌肉注射合成维生素D3，虽然能有效避免产后低血钙，但其缺点是生产中奶牛分娩的时间不易精确把握。对奶牛血清样本的调查表明，成年奶牛血清25（OH）D浓度在40～100ng/mL之间，其中90%～95%的活性形式是25（OH）D3[37]。维生素D3的另一种活性形式1,25（OH）2D3，活动程度更高，是一种有效的趋钙剂，会导致注射后数小时内血清中Ca浓度强劲增加。产前饲喂DCAD（低阳离子-阴离子差日粮）的奶牛，在其分娩后12h内注射200μg的1,25（OH）2D3，可导致血清Ca浓度持续升高，并且持续到产后第5天，但也有反弹作用，在产后9～15d，处理组奶牛的血清钙浓度低于对照组。因此注射维生素D类似物来预防产后低血钙的策略并不是一种有效的方式。一是因为注射时间难以把握，二是会破坏钙的平衡反馈循环，目前仍无有效的方法可以减轻注射维生素D带来的后遗症[35]。

3.3 补充钙制剂

给产后奶牛补充钙制剂来预防低血钙的基本原理是一种类似G蛋白偶联受体（GPCR）的机制，通过调节甲状旁腺激素的分泌，从骨骼等内部储存物中释放钙，并通过调节肾的离子转运来实现[38]。这种方法基于甲状旁腺通过钙敏感受体来感受血浆离子钙浓度的变化而进行调节。

产后补充钙制剂主要分为3种方式：皮下给药、静脉注射以及口服钙制剂。皮下给药操作比较常见，方便并且见效快，在分娩后至少12h血钙浓度就会升高，基本不会影响奶牛的产奶量和繁殖性能[39～41]。静脉注射可能会对产后奶牛血钙稳态调节有负面影响。有研究报道，产后奶牛在静脉注射Ca后，在24h左右会出现反弹型低血钙[42,43]。这可能是由于静脉注射钙制剂使血液Ca浓度快速增加，消除了对甲状旁腺激素分泌的刺激，从而抑制了稳态反应，直到血液Ca浓度降低到低于甲状旁腺激素再次释放的阈值时，甲状旁腺激素才开始再次分泌释放[35]。通过口服钙制剂来预防奶牛的低血钙症，其有效性和可靠性已经得到大量的研究证实[6,43,44]。目前，主要的口服型钙制剂主要是钙丸和钙棒，根据钙化合物在体内的吸收消化速率快慢分为快吸收钙和慢吸收钙。快吸收钙主要以氯化钙为代表，优点是高生物可利用度和强酸化性，虽然起效快，但会刺激口腔黏膜，投喂时需要避免与口腔、咽喉、食管黏膜过多的接触。慢吸收钙则主要由丙酸钙、硫酸钙、碳酸钙等组成，丙酸钙与快速吸收的钙盐疗效相当，作用时间更长，而硫酸钙、碳酸钙的生物利用度较差。此外，口服钙使奶牛血液中钙浓度增加的持续时间从1h至24h不等，这可能与产品的成分、剂量、给药频率以及实验牛的生产能力等有关[43～47]。因此，在使用口服钙丸治疗或预防奶牛低血钙症时，必须考虑这些因素[44,46,47]。

3.4 添加阴离子盐

由于钾、钠、钙、镁等阳离子在奶牛体内吸收程度不一，钾、钠级别能被奶牛全部吸收。因此将DCAD定义为日粮中主要阳离子（Na+、K+）与主要阴离子（Cl-、S2-）的含量及其毫摩尔数（mmol）之差。当阳离子-阴离子差值（DCAD）＞0，即饲喂高DCAD产前日粮的奶牛处于代偿性代谢碱中毒状态时，减弱了甲状旁腺激素的活性，这使得靶组织如骨骼和肾脏对甲状旁腺激素（PTH）的敏感性降低，影响钙稳态机制[7]。当加入足够多的阴离子来制备一种低DCAD日粮，即阳离子-阴离子差值为负值时，阴离子发挥作用，使机体处于酸性环境，诱导代偿性代谢酸中毒，提高靶向组织对甲状旁腺素的敏感性，从而恢复了钙稳态调节机制的能力，进而促进了奶牛在泌乳开始时血钙浓度下降，又迅速恢复到正常钙含量[48]。

据研究报道，添加阴离子盐来调整DCAD可以降低亚临床型低血钙症的发生，并使得产后瘫痪的发病率下降约50%，改善瘤胃机能，提高奶牛在泌乳早期的食欲，减少泌乳早期能量负平衡等不利影响[45]。Domino等[47]证明，在奶牛产前日粮中添加阴离子可以降低DCAD值，改善Ca状态并有效预防奶牛产后瘫痪。Zimpel等[49]研究表明，给奶牛饲喂负值的DCAD日粮会使其发生代偿性代谢酸中毒的风险增加，干物质采食量可能会受到抑制，但在同样的日粮中添加强阳离子盐导致DCAD为正，可以避免干物质采食量下降。此外，有研究发现，降低产前日粮中DCAD值，不仅增加了血液中总Ca的浓度，还降低了胎衣不下、子宫炎的发病风险[50,51]。

研究显示，围产期奶牛适宜的DCAD值应该在0～15mEq/100g（干物质计）。由于大多数饲料原料DCAD为正值或接近0值，因此使用常规饲料配制成所需要的阴离子型日粮非常困难，而在日粮中添加阴离子盐则很容易达到目的。实践也证明，在奶牛日粮中添加铵、钙、镁的氯化物和硫化物都可增加日粮中的阴离子含量。在规模养殖场中，经常用含有氯化铵、硫酸镁为主要成分的阴离子盐包添加到围产期日粮中，根据其产品组成以及产前日粮配方，添加量范围较大。可根据有效成分的含量、围产牛尿液pH值的平均值来灵活调整添加量。尿液pH值测试是检测阴离子日粮对牛的酸碱状态影响最简单和最便宜的方法[48]。饲喂不含阴离子盐日粮的牛只，其尿液一般显碱性，pH值甚至高达8，但是饲喂添加阴离子的日粮后，围产牛尿液pH值会逐渐降低，正常情况下都会低于7，其最低值甚至可达到4。尿液pH值由高到低的变化，揭示了机体内环境受阴离子盐影响由碱性到酸性的转变。实践生产中一般以尿液pH值5.5～6.5为合格范围，占比应该在60%～80%之间，最低不能低于50%。如整体偏低，pH值＜5.5的占比超过30%，亦不应该出现pH值＞7的牛只。对于大多数阴离子盐产品，阴离子盐增减量幅度可以以10g为一个标准幅度，根据尿液pH值结果适当增减，使尿液pH值尽量稳定，避免对牛群造成应激。日粮配方组成中可以搭配进口燕麦草、压片玉米等饲草来增加适口性，避免采食量下降过多。现在商业阴离子盐通过特殊工艺和选用适口性好的阴离子盐原料制成独特风味产品，在一定程度上解决了奶牛因食用普通阴离子盐而采食量下降的问题。另外在阴离子盐应用过程中，不宜放置自由采食槽添加小苏打或舔砖等物质，以下两个案例值得牧场警醒。案例一：一个牧场担心围产奶牛发生酸中毒，因此放置料槽添加小苏打供自由采食，结果牛群中不但出现部分牛只尿液显碱性，尿液pH值极差（最大值与最小值差）＞2的情况，而且产后瘫痪发病率高达4.15%。在撤去小苏打3d之后，牛群尿液pH和产后瘫痪发病即恢复正常。案例二：另一牧场管理者担心围产奶牛微量元素缺乏，放置料槽添加富硒舔砖供自由采食，同样导致尿液pH结果不稳定，产后瘫痪发病率增加的情况，经分析认为是舔砖中的亚硒酸钠成分提供了额外的钠离子含量影响了DCAD值所致，在撤去舔砖后牛群尿液pH值和产后瘫痪发病得到有效控制。

4 小结

本文综述了奶牛围产期低血钙症的发病机理、对奶牛生产性能的危害及其防控措施。结合生产实际，从可操作性和产后生产性能两方面阐述了阴离子盐防治低血钙症的效果，认为阴离子盐为目前养殖场用来预防产后低血钙症的最佳措施，可供各大养殖场借鉴。关于阴离子盐的添加剂量、补充方式以及投喂方法还需更多试验数据支持。未来，对亚临床低血钙症的研究还需更加深入和系统。