荷斯坦母牛血钾浓度的影响因素分析

施霁桢，高 清，杨智超，张四维，罗荪琳，黄上真，张海亮，郭彦斌，郭 刚，俞 英，王雅春

（1.中国农业大学动物科学技术学院/农业农村部动物遗传育种与繁殖（家畜）重点实验室/畜禽育种国家工程实验室，北京 100193；2.北京首农畜牧发展有限公司，北京 100176）

0 引言

【研究意义】钾离子主要存在于细胞内，是细胞膜静息电位的基础，也是多种酶促反应的重要离子，能够激活和促进酶的活性，对于内环境的稳态具有重要作用。钾参与机体的代谢、神经肌肉活动，维持肾及心血管系统的功能以及细胞渗透压和电解质平衡。高血钾会造成肾功能障碍和肾上腺分泌异常，低血钾会导致动物食欲减退、采食量下降、生长受阻，诱发神经系统紊乱等[1]。饮食、消化系统疾病、肾脏疾病和内分泌疾病以及其他原因均会影响血钾浓度[2]，血钾的水平可一定程度反映机体的健康状态。【前人研究进展】Borges等[3]在肉鸡的研究中认为热应激时醛固酮的分泌增加，肾小管重吸收钠离子的作用增强，钾离子的排出量增加，最终血液中钾离子浓度降低。奶牛自身的状态也可以影响血钾水平。患酮病的奶牛分娩当天的血钾水平高于正常奶牛[4]。【本研究切入点】目前关于血钾的研究主要集中于热应激对血钾水平的影响。已报道的研究多是采集血液样本后冷冻保存于抗凝管中，之后用血清钾或血浆钾浓度来代表血钾。受保存时间和温度的影响，血清钾或血浆钾浓度会发生改变，出现假性升高或降低[5]；用冷冻血液测量血钾时，血液保存液的成分对血钾的浓度也会有影响[6]。Megahed等[7]的研究表明，便携式手持血钾仪可以准确测量奶牛的全血钾浓度，更加准确、即时地反应奶牛血钾水平，还可以排除血液保存时间、保存温度和保存液的影响。【拟解决的关键问题】采用手持血钾仪在夏季和秋季分别测定北京地区222头和67头荷斯坦泌乳牛的血钾浓度，利用固定模型分析环境温湿度指数，奶牛的全血钾浓度，分析影响奶牛血钾的因素，探究奶牛血钾的变化规律，为奶牛的健康管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

于2019年8月和11月在北京地区3个规模化奶牛场测定309头健康荷斯坦牛的直肠温度和血钾浓度，其中夏季测定2个牧场的242头泌乳牛，秋季测定了1个牧场的67头泌乳牛。同时测定环境温度和湿度，并计算环境温湿度指数（temperature humidity index，THI）。试验牛的胎次和泌乳天数等相关记录来自于试验牛场的牧场管理软件。

1.2 方法

1.2.1 指标测定

直肠温度试验期间，当试验牛位于颈枷时，于每日10：00～16：00，使用欧姆龙电子直肠温度计测定实验奶牛的直肠温度。测定时，将电子体温计插入奶牛直肠约10 cm，待10 s读数稳定后拔出，读取结果（精确至0.1℃）。

1.2.2 血钾浓度随机选择泌乳牛，使用一次性无菌采血针和非抗凝真空采血管抽取奶牛尾根处血液1.5～3 mL，立即使用便携式手持奶牛血钾测定仪现场测定血液钾离子浓度，每头牛测定1次。

1.2.3 环境温湿度牛舍的中部距地面1.5 m高处安装有电子温湿度计，选取每日08：00、14：00、18：00的环境温度和相对湿度取平均值，计算试验期间每日THI。

式中T：环境温度（℃），RH：相对湿度（%）。

1.2.4 水平划分

剔除试验牛中胎次和泌乳天数记录缺失个体20头，保留夏季试验牛222头和秋季试验牛67头，合计289头。

将试验牛的胎次划分为4个水平，分别为1胎、2胎、3胎和4胎及以上，每个水平试验牛头数分别为154、65、40和30头。将泌乳天数划分为4个阶段，分别对应泌乳期1～100 d、101～201 d、201～305 d及≥305 d，每个水平试验牛头数分别为61、63、113和52头。根据采取血样的颜色，对试验牛动、静脉血液情况进行划分，将试验牛的血液类型分为动脉血和静脉血。根据采血时试验牛是否挤奶状态，将试验牛挤奶状态分为挤奶前和挤奶后。将THI划分为4组，分别为THI1（55～60）、THI2（72～76）、THI3（77～78）及THI4（79～88），其中THI1为非热应激，THI2和THI3为轻度热应激期，THI4为中度热应激[9]，每组试验牛头数分别为67、70、70和82头，其中THI1为秋季所测得，THI2、THI3、THI4均为夏季所测得。

1.3 数据处理

采用EXCEL进行数据整理，数据分析由SAS 9.4软件完成。先用EXCEL对数据不同THI分组的血钾做t-检验。用GLM过程对不同胎次、泌乳阶段、血液类型、挤奶前后的血钾浓度进行方差分析，采用Bonferronit检验进行多重比较，P＜0.05为差异显著，P＜0.01为差异极显著。血钾浓度的影响因素分析采用的固定模型如下：

式中，Yijklmn为试验牛血钾浓度；µ为总体平均数；Bloodi为血液类型效应（i=1，2）；Milkingj为挤奶前后效应（j=1，2）；Stagek为泌乳阶段效应（k=1～4）；Parityl为胎次效应（l=1～4）；THIm为THI分组效应（m=1～4）；RT（THIm）为嵌套于THI分组的直肠温度效应；eijklmn为随机残差。

2 结果与分析

2.1 不同环境温湿度指数分组下荷斯坦牛血钾浓度分布

研究表明，荷斯坦泌乳母牛的血钾浓度范围为2.31～5.13 mmol/L。随着THI的增加，血钾的分布从左偏态向右偏态转变。热应激时期血钾浓度显著（P＜0.05）高于非热应激时期的血钾浓度。表1，图1

表1 各THI分组下荷斯坦牛血钾浓度描述统计Table 1 Descriptive statistics on blood potassium concentration in different THI groups in Holstein cows（mmol/L）

图1 不同环境温湿度指数分组下荷斯坦牛血钾浓度分布Fig.1 Distribution of blood potassium concentration in different THI groups in Holstein cows

2.2 不同因素作用下，荷斯坦牛血钾浓度变化及回归分析

研究表明，血液类型、挤奶前后、THI分组和直肠温度均对血钾浓度有显著（P＜0.05）影响，胎次和泌乳阶段均对对血钾浓度无显著（P＞0.05）影响。各因素中，THI对血钾有显著（P＜0.05）影响，与非热应激期相比，热应激期荷斯坦牛血钾浓度显著（P＜0.05）升高。在THI1和THI3组中，血钾浓度与直肠温度呈显著回归关系。THI为55～60（THI1）时直肠温度每升高1℃血钾浓度上升0.7 mmol/L，THI为77～78（THI3）时直肠温度每升高1℃血钾浓度上升0.32 mmol/L。血钾浓度随着泌乳天数的增加呈缓慢下降趋势（P=0.09）。表2，表3，图2

表3 直肠温度荷斯坦牛血钾浓度变化Table 3 Effect of RT on blood potassium concentration

图2 不同环境温湿度条件下荷斯坦牛直肠温度与血钾浓度的回归关系Fig.2 Regression relationship between rectal temperature and blood potassium concentration in Holstein cows under different environmental temperature and humidity（THI）

表2 各因素荷斯坦牛血钾浓度变化Table 2 Effects of various factors on blood potassium concentration in Holstein cows

3 讨论

3.1 温湿度指数对奶牛血钾的影响

荷斯坦奶牛耐寒怕热，最适温度为8～25℃，温度过高时奶牛容易发生热应激。热激会降低奶牛的采食量和饲料消化率，影响瘤胃生理和瘤胃菌群结构，导致产奶量降低[10]；影响新陈代谢和生殖神经内分泌，使妊娠率下降[11]，使得体内酸碱失衡、矿物质流失[12]。一般用THI衡量奶牛热应激程度。THI小于72 h，奶牛无热应激；THI为72～78 h，奶牛处于轻度热应激状态；THI为79～88 h，奶牛处于中度热应激状态；THI大于89 h，奶牛处于严重热应激状态[9]。

研究所测血钾浓度在李新萍[13]关于新疆石河子地区奶牛血钾的研究范围之内。研究中，8月THI高于11月THI，热应激时期血钾浓度极显著高于非热应激时期，中度热应激组的血钾浓度最高，与廖迎新等[14]的研究结果相似。王泽栋等[15]的研究中，热应激时期荷斯坦牛的血清钾离子含量随时间推移先降低后升高，热应激中后期血钾浓度则显著高于非热应激时期。在对美利奴羊的研究中也发现，热应激时期血钾浓度显著升高，延长热应激处理时间增加空气流动，血钾浓度在上一阶段基础上略有升高[16]。

THI高即热应激时，血钾浓度会显著降低。李建国等[17]研究表明热应激时奶牛的血钾浓度显著低于非热应激时期。Jenkinson D M等[18]认为，热应激时期奶牛汗液和唾液分泌量增加，无机离子随水分排出体外，导致了血液中钠离子、钾离子、镁离子的浓度降低。在关于沼泽水牛的研究中，热应激短时间作用时沼泽水牛血钾浓度显著降低，血糖和胰岛素浓度均升高，红细胞Na+-K+-ATP酶的活性极显著升高，促使钾离子内流[19]。不同THI下，血钾的变化情况还有待进一步探究。

3.2 直肠温度对血钾的影响

体温是一项重要的生理指标，繁殖行为、感染、炎症等均能引起体温的改变[20]，生产中常用直肠温度代表体温直接监测产犊后奶牛是否生病[21]。直肠温度与血液温度呈高度正相关[22]，直肠温度是通过血液温度与血钾产生间接联系。研究表明往失血性休克的兔子体内注入不同温度的溶液，与低温和常温相比，温热溶液复苏对机体内环境的稳定、纠正酸碱失衡有一定意义[23]，温度对血钾的作用是通过影响内环境酸碱平衡实现。

3.3 动静脉血液类型对血钾的影响

研究中奶牛的静脉全血的钾离子浓度极显著高于动脉全血，在人类医学上有研究指出动脉血清与静脉血清的钾离子浓度有显著差异，而动脉血浆与静脉血浆的钾离子浓度则无显著差异[24]。关于血钾在动静脉之间的差异以及产生原因还有待深入研究。研究还发现奶牛挤奶后的血钾有高于挤奶前趋势，尚待专项试验给予验证。

4 结论

手持血钾仪可用于快速测定奶牛血钾浓度，可减少因血液保存对测定结果的影响，温湿度指数≤60时的血钾浓度与≥72时的血钾浓度差异大于0.5 mmol/L。在不同环境温湿度指数条件下，奶牛血钾和直肠温度的关系不同，THI为55～60和77～78时直肠温度每升高1℃，血钾浓度分别上升0.7和0.3 mmol/L。挤奶后的血钾浓度极显著高于挤奶前，静脉血钾浓度极显著高于动脉；血钾浓度不受胎次和泌乳阶段的影响，主要受疾病和温湿度指数等环境因素的影响。血钾浓度可作为判断奶牛健康状态的指标。