氯化鉀可改善暴露於酷熱緊迫雞之耐熱性

摘要

        設計試驗以檢定，在暴露於酷熱期間及之前，喝飲含有鉀之電解溶液之雞，比僅消耗水之雞，將有較大耐熱性之假定。在三項試驗中，於酷熱緊迫前及酷熱期間，5或7週齡公雞飲取蒸餾水(對照)，或0.3，0.6或0.9％KCl溶液(試驗1及2)，及0.6或0.9％KCl或0.8％KHCO₃溶液(試驗3)，經48小時。測定體溫(Tb)、血pH、血液CO₂之分壓(PCO₂)、離子鈣(Ca²⁺)、血漿鈉、鉀、氯、總鈣、無機磷(Pi)及溶質度(OSM)及水消耗。有KCl濃度，會增加水攝取。熱緊迫前，0.6％KCl增加血漿鉀及Ca²⁺，然而0.9％KCl導致顯著的增加K，Ca²⁺，Na，Cl及溶質度，並降低pH。在熱緊迫期間，比起對照，0.6％KCl雞有較低之過高熱度Tb及pH值，及較高之Ca²⁺及鉀濃度。0.6％KCl雞之血漿鈉及溶質度降低，然而對照雞之這些仍不變。以KHCO₃供給鉀，會加重呼吸之鹼中毒症，未能影響體溫(Tb)或血漿電解質，這表示0.6％KCl之有益效果，部份歸因於拌隨之Cl，及負關連過高熱度之Tb及Ca²⁺值。此結果表示，0.6％KCl溶液會減低關連熱緊迫之反應，且顯示在輔助之KCl、血漿Ca²⁺及Tb之間有相關。

一、前言

        最富有之細胞內陽離子鉀，涉及很多代謝過程，包括神經傳導、肌細胞之刺激收縮及細胞容積之調節。因此，鉀原狀穩定之變化，深深影響細胞之功能(Kanfman及Papper, 1983；Thier, 1986)。熱緊迫會降低雞之血漿鉀濃度(Huston, 1978；Ait-Boulaahsen, 1989)，昇高尿之鉀排泄，並降低體鉀滯留(Deetz及Ringrose, 1976；Smith及Teeter, 1987)。若沒有供給適當量之鉀，這將導致不充分之細胞鉀狀態。的確，在酷熱緊迫下，對蛋雞需要0.6％之飼料鉀水準(Deetz及Ringrose, 1976)及對肉雞需要1.5％鉀水準，以防止鉀不平衡。在正常條件下，NRC(1984)推薦，對蛋雞及3~6週齡肉雞，各別要0.15及0.35％之鉀水準。

        違反正常之酸鹼平衡會不利的影響雞之生殖性能(Mongin及Sanveur, 1977)。嘗試利用碳酸水(Bottji及Harrison, 1985)及氯化銨溶液(Teeter及Smith, 1986)，減輕呼吸之鹼中毒症之嚴重性，這點顯示在這些條件下，增加血液pH促成降低體重。但即使喘息狀況血液pH不減少，使用KCl輔助，亦獲得同樣之正成長反應。這點表示，血液pH及鉀為對酷熱緊迫影響氣候適應之應因子(Teeter及Smith, 1986)。的確，關連熱之呼吸急促，血液酸鹼平衡之變化，由於K及H離子進出細胞之逆移動(Tobin, 1958)及由於腎的競爭機構，鉀及氫離子被排泄，深深的影響鉀原狀穩定(Orloff及Davidson, 1959)。

        當雞遭遇酷熱緊迫，及生理之重點自生產力移到殘存，飼料之血液pH操作，似乎少價值。NH₄Cl及NaHCO₃溶液對死亡率之影響，比對血液之特殊變化更直接與牠們對水攝取之影響有關連(Branton, 1986)，史實有記載，高環境溫度影響水代謝。當溫度昇高時，水攝取(Wilson, 1948)及尿排泄(Van Kampen, 1981)大增加。此兩反應可被高鉀攝取加強，因知道在中熱環境，鉀會刺激水消耗(Austic, 1979)及尿生產(Kondo及Ross, 1962)。

        基於這些發現，主張對熱緊迫，飲取富含鉀之電解質溶液，可誘出在生理調整之良好變化。為試驗此假說，利用肉雞作三項試驗，以確定(1)在酷熱緊迫前及期間，飲水中輔助鉀鹽對體溫(Tb)、血液酸鹼平衡及血漿電解質狀態之影響，及(2)對酷熱緊迫，鉀鹽是否將會提高雞之耐熱性。

二、原料及方法

        有制度化之動物的管理及用途委員會之贊成，作所有試驗。在所有試驗，以有電熱設備及可昇高鐵網地板之育雛器，飼養Arbor Acre×Arbor Acre公雞，直至3週齡，然後轉至育成室。環境室溫維持於22至24℃。在首3天期間，光線計劃為21小時亮，此後16小時亮，8小時暗。任供營養適當之雞成長飼料及飲水。此飼料之計算組成為：3.09MCal ME／kg，19.6％CP，0.5％甲硫胺酸，1.03％離胺酸，0.54％有效磷，1.16％Ca，0.8％K，0.16％Na及0.28％Cl。以裝備有加熱、冷卻、濕潤、去濕潤、空氣流動及光線之設備的兩2.3×2.1×2.5M環境室，作此試驗。對空氣溫度及相對濕度之正確控制，各別為±0.3℃及±5％。在完成試驗，供試雞以CO₂使安樂死。

三、試驗1及2

        利用7週齡(試驗1)及5週齡(試驗2)公雞，評價經飲水之KCl輔助，對酷熱緊迫期間之體溫(Tb)、酸鹼平衡及電解質狀態之影響。在每一試驗，秤64隻供試雞，分成兩重量群。分配最大重量群於酷熱處理之兩重複件之首件，熱暴露前開始48小時，兩重複控制溫度室之每一重複的4隻，逢機分配由供給之蒸餾水(對照)，或溶解0.3，0.6或0.9％KCl之蒸餾水，組成之飲水溶液之每一處理群，在熱暴露期間存在有飼料及飲水溶液，並任其消耗。

        在熱偶發事件前之每一天，自每一處理之8隻，取尺骨靜脈之2.5ml血液，體重及體溫(Tb)。然後室溫(Ta)自24℃，在30分鐘期間，逐漸增加到29℃，再以每小時4℃之速率升到37℃。在37℃曝露90分鐘後，在30分內室溫昇到41℃。相對濕度維持於35％。應用此溫度計劃於乾燥氣候之近似酷熱緊迫。1小時後(試驗2，90分鐘)，供試雞自室逢機移動，記錄其體溫，自相對翼之尺骨靜脈，放第二次血液樣品。在試驗2，供試雞立刻回到控溫室，維持於41℃，直到虛脫(不能維持直立姿勢)。自41℃之威脅生命之室溫開始到熱臥倒之暴露時間，作為虛脫時間(PT)。曝露於41℃6小時後，結束試驗，其餘供試雞分配360分之虛脫時間，自體溫及虛脫時間估計其耐熱性。

        2. 試驗3

        基於上述試驗之結果，作第三項試驗，以研究在較少嚴重酷熱緊迫下，輔助鉀對7週齡公雞之反應。亦以0.8％KHCO₃溶液(如0.6％KCl溶液之等分子量鉀)取代低KCl水準(0.3％)處理。對供試雞分配之草案，同於試驗1及2。直至試驗結束，室溫維持於37℃之外，熱暴露跟隨一同樣的室溫之逐步增加。因此，計算PT作為自37℃開始至熱虛脫之暴露時間。

        3. 生理的測量

        利用電熱調節器探針，插入結腸5cm，連結遠距離自記溫度計，測定體溫。利用血液氣體分析器及離子選擇之Ca²⁺分析器(ICAI)，取樣品後，立刻測定血液pH，CO₂分壓(PCO₂)及Ca²⁺。ICAI亦給予pH7.4之讀數，校正Ca²⁺(C Ca²⁺)值。然後分離血樣，分析血漿之Na、K、Cl、溶質度、總鈣(Moorehead及Biggs,1974)，及無機磷(Goldenberg及Fernandez,1966)。

        4. 統計分析

        以逢機完全塊狀設計，分析此試驗。每一試驗由每一處理4隻之四處理，兩室及兩加熱偶發事件之重複組成。在三試驗之每一試驗中，每一處理有共計16隻，以SAS一般直線模式方法，處理置於(1)熱緊迫前(2)熱緊迫後及(3)熱誘起之變化的三種資料之每一種，當利用Punean's複距檢定，分開適當之平均數，除非有另述，顯著水準為p＜0.05。

三、結果

        1. 熱暴露前

        (1)試驗1及2

        飲水中之不同KCl水準，對體溫、血液酸鹼平衡及血漿電解質濃度之影響，此兩試驗一樣(表1至4)。低水準之KCl(0.3％)導致血漿鉀略增加，使對其他血液變數沒有影響。以0.6％供給KCl，產生血漿鉀同樣增量，且亦增加7及5週齡雞之血液Ca²⁺(p＜0.05)。有0.9％KCl之飲水，導致嚴重的高鉀血症，且顯著增加Ca²⁺，Cl，Na及溶質度(表2及4)，並關連顯著的代謝酸中毒症(表1及3)，這些更迭在5週齡雞(表4)比7週齡雞(表2)更顯著。

        表5示出，熱緊迫前48小時期間，KCl溶液對水及飼料攝取之影響。隨著KCl濃度，水攝取增加。高水準之KCl(0.9％)會降低飼料攝取(-14％)，且似乎降低體重(p＞0.05)(表1, 3及5)。

表1. 試驗1，KCl輔助對熱暴露前後7週齡雞之體溫及酸鹼平衡的影響

表2. 試驗1，KCl輔助對熱暴露前後7週齡雞之血漿電解質濃度之影響

表3. 試驗2，KCl輔助對熱暴露於41℃之5週齡雞之體溫，虛脫時間及血液酸鹼平衡之影響

表4. 試驗2，KCl輔助對熱暴露前後5週齡雞之血漿電解質濃度之影響

表5. 在熱緊迫期間及48小時前期間，電解質輔助飲水，對飼料及水之相對攝取效果(1)

        (2)試驗3

        表6及7示出，電解質輔助對暴露前之血液變數值之影響。由0.9％KCl處理產生血液嚴重的pH降低(表6)，及血液Ca²⁺，血漿K，Na及Cl濃度增加(表7)，確定先前試驗之結果。給與0.6％KCl溶液雞，呈現Ca²⁺，Na，Cl及溶質度之血液值，居間於對照與0.9％KCl輔助雞之間。以KHCO₃添加鉀，導致補償性的代謝鹼中毒症，如血液HCO₃之顯著昇高，及血液pH及PCO₂之水，無顯著變化，但不能改變其他血液變數(與對照比較時)。

表6. 試驗3，KCl及KHCO₃輔助對暴露於37℃之7週齡雞的體溫、虛脫時間及血液酸鹼平衡的效果

表7. 試驗3，KCl及KHCO₃輔助對熱暴露前後7週齡雞之血漿電解質濃度之影響

        在丘腦下部之Na：Ca²⁺比，可能決定體溫之設定點(Denbow及Eden, 1980)。血漿之Na：Ca²⁺比，亦顯著受處理之影響(圖1)。比起飲水，在試驗2，0.6％KCl會顯著降低熱緊迫前後之血漿Na：Ca²⁺比；然而在試驗3，這點僅發生於熱緊迫後。與對照雞相較，在熱緊迫之較低Na：Ca²⁺比，與0.6％KCl雞之體溫較低上昇一致。對此，0.8％KHCO₃會增加熱緊迫前之Na：Ca²⁺比，且在熱緊迫後，昇高此數值，與對照雞無差異。在試驗2及3，0.9％KCl會降低Na：Ca²⁺比，但在試驗1沒有產生顯著變化。

       2. 熱暴露後

        (1)試驗1及2

        用0.3％KCl之飲水，不影響對熱緊迫之體溫反應(表1及3)，但在試驗2之0.6％KCl(表3)，及在此兩試驗之0.9％KCl，會降低熱暴露期間之體熱增加，如由熱誘致之體溫上昇較低量所示(表1及3)。利用虛脫時間(PT)作多準則，顯示有0.6％KCl之飲水，有改善雞之熱耐性(表3)。比較Tb與PT數據，顯示在0.6％KCl與對照組處理之間，有一樣之顯著差異。

        熱緊迫導致血漿K及Ca²⁺顯著降低。在試驗2，與對照雞相較，給與0.6％KCl之供試雞，體溫較少上昇，喘氣狀態血液pH較低及有較高之PCO₂(表3)。

        (2)試驗3

        作本試驗，以研究在較少嚴重酷熱緊迫(37℃)下，口服電解質輔助料之效果。與對照相較，添加0.6％KCl於飲水，可降低1.2℃之熱度過高，並增加虛脫時間70分鐘以上(表6)。當0.9％KCl時，會減半熱耐性之改善；體溫減少0.6℃，並PT增加36分鐘，且此效果無異於對照。以0.6％KCl等分子量K之KHCO₃，不能改變熱緊迫雞之體溫及虛脫時間。

        表6及7示出，在熱緊迫期間，雞之血液酸鹼平衡及電解質狀態。此結果確定在試驗2所得的。給與0.6％KCl雞比對照雞，呈現較低之體溫及血液pH，但較高之PCO₂，Ca²⁺及K。對此，與0.9％KCl會擾亂血液電解質組成，因顯示與0.6％KCl相較之較大的熱誘起之PCO₂，K及Ca²⁺降低。0.6％KCl亦會降低Cl量，並導致顯著降低血漿Na(-4mEq／l)及溶質度(-11 mosm／l)。對此，對照雞之血漿Na及溶質度，仍不變暴露前水準。給與0.9％KCl雞之血漿Cl、Na及溶質度，同於給與0.6％KCl雞。但，這些變數之平均值，0.9％KCl雞顯著較大於0.6％KCl雞。0.8％KHCO₃對血液變數之影響，除血液pH較高外，無異於對照。

        在熱度過高期間，發生Na：Ca²⁺比顯著差異。在0.6％KCl處理，這點較低(p＜0.01)，然而在0.9％KCl，則導致此比居間於0.6％KCl與對照雞間(圖1)。在KHCO₃輔助雞，此比類似對照雞。熱度過高及PT，與Na：Ca²⁺比很相關(p＜0.0001)。在此三試驗之全相關係數，對體溫為在+0.62與+0.71之間，對PT為在-0.66與-0.63之間。

        3. 相關分析

        尋找辦識可能影響體溫之血液變數，研究所有反應變數之間的相關。在此三項試驗，這些相關是類似點。在熱暴露前，Ca²⁺，K，Cl，Na及溶質度有相互的正相關，與血液pH負相關(表8)。正常熱之體溫與任何血液變數沒有相關。在熱緊迫期間，溫度過高之體溫值，與血液Ca²⁺頗相關，與K，pH，Pi及PCO₂溫和相關(表9)。組合熱緊迫前後，此兩期間之資料，導致比單獨考慮每一期間，較高之相關係數(表10)。體溫與血液pH及PCO₂(r＞0.70)、Ca²⁺及Pi(r＞0.70)、及K(r＞0.30)有相關。血液Ca²⁺與pH(r＞0.80)、PCO₂及K(r＞0.55)、及Pi(r＞0.35)有相關。血液pH與血漿K負相關(r＞0.56)。

表8. 熱暴露前選擇之血液變數之間的相關(p＜0.01)

表9. 在熱緊迫期間選擇之血液變數與體溫(Tb)之間之相關(p＜0.01)

表10. 選擇血液變數與體溫(Tb)之間的總相關係數(p＜0.01)

四、討論

       1. 鉀狀態

        含KCl飲水之消耗，會增加血漿鉀濃度。添加0.6％KCl會產生一溫和之血漿鉀增量，類似0.3％KCl處理，即使K攝取，使用0.6％KCl，較大2.25倍於0.3％KCl溶液。因K滯留在這些兩處理之間，可能不同，血漿K可能是一體K貯蓄之劣指示劑。雞有一限制的能力，藉增加排泄或減少吸收，補償較高之鉀攝取(Kondo及Ross，1962；Deetz及Ringrose，1976)，因此，有K攝取會增加K滯留。在本研究，高水準之KCl消耗，導致嚴重之高鉀血症(血漿K昇高40％)，這表示0.9％KCl可能是克服體之補償機構之過量水準。反之，使用0.3％或0.6％KCl之任一，血漿鉀之相對略增量(平均9-10％)，這暗示KCl水準直至0.6％，仍可能維持正常之血漿鉀。血漿鉀之維持，為一複雜的生理功能，且端賴腎及腎外之調節機構(Thier, 1986)。在哺乳動物，係藉主要的腎外機構，操作防禦K濃度之突然變化，提高急速移除嚴重之K負荷，自細胞外液之外面進入細胞，有60％以上之被攝取K，被骨骼肌及肝臟吸收(Kaufman及Papper, 1983)。

        2. 酸鹼及電解質狀態

        0.9％KCl處理，會誘起血液酸鹼及電解質原狀穩定之顯著改變，但0.6％KCl處理不會這樣。0.9％KCl會產生血液pH及HCO₃之降低，及血漿Cl，Na及溶質度之增加。在pH，HCO₃及Cl之變化，與在嚴重之KCl負荷條件下之狗所見的一致(Hulter, 1983)。所有這些擾亂見於輔助0.9％KCl之雞，可能起因於並同時促成嚴重之高鉀血症之發展。在人類，高鉀血症本身由於會損傷尿之銨排泄及限制腎臟之HCO₃再吸收，可能導致代謝之酸中毒(Kanfman及Papper, 1983)。

       3. 離子鈣狀態

        本研究之顯著結果是，輔助KCl雞之血液Ca²⁺顯著增加。在此三項試驗一致之此反應，端賴KCl輔助之水準。0.3％KCl之效果不顯著，然而在熱緊迫前，0.6及0.9％KCl會增加血Ca²⁺，各別平均0.09及0.32mEq／l，及在熱緊迫後，各別增加平均0.13及0.17mEq／l。據著者所知，此反應先前不曾證實。因此，需要進一步研究，以明瞭KCl輔助對血Ca²⁺之作用機構。當與血Ca²⁺對副甲狀腺賀爾蒙之又確立之反應相較，明白此發現之生理重要性。注射副甲狀腺賀爾蒙，會增加雞之血Ca²⁺濃度約0.10mEq／l(Widoman, 1987)，亦即增量同於0.6％KCl，但頗較小於0.9％KCl。已知血Ca²⁺濃度與血液pH逆相關(Axelrod, 1961)。使用高水準KCl輔助之血Ca²⁺增加，常以在游離與固定血Ca²⁺之間的依賴pH之移動解釋，因校正pH之Ca²⁺值，沒有一致上昇。

        4. 熱緊迫之效果

        在本研究，以體溫及虛脫時間(PT)評價之雞的熱耐性，顯著被飲水之KCl輔助改善。0.6％KCl之使用，為降低熱誘起之體溫上昇，及因此增加虛脫時間之最有益的電解質溶液。由更良好之血液酸鹼平衡(較低之喘氣狀pH及較高之PCO₂值)，降低血漿Na及溶質度，及維持較高之血Ca²⁺濃度，亦證實使用0.6％KCl，昇高生理之適應。當供試雞暴露於37℃(表6)，比41℃(表1及3)，這些效果更顯著，這表示熱負荷之嚴重性，決定KCl輔助之有效性。飲取0.9％KCl溶液之雞，趨向改善熱耐性，但比起飲取0.6％KCl，改善程度較少。再者，以△K及△Ca²⁺量之顯著增加顯示，飲取0.9％KCl溶液之雞，呈現更擾亂之原狀穩定(表4及7)。添加0.8％KHCO₃於飲水，導致較高之喘氣狀pH值，這表示KHCO₃可能加重熱誘起之呼吸鹼中毒症。KHCO₃處理亦不能影響雞之體溫及虛脫時間，這表示0.6％KCl之有益效果，部份可歸因於伴隨之Cl離子。基於發現0.6％KCl可改變體溫及血漿電解質，而0.8％KHCO₃不能改變，這似乎可合理假定，熱度過高程度會受血漿電解質狀態之影響，這必然可經飲水之電解質輔助操縱。

       5. 水化狀態

        在鳥類及哺乳類，暴露於熱環境，會誘起血液稀釋，這將使用相當量之蒸發水損失，沒有危及血漿體積。大半的水損失，是由血管外腔隙促成(Horowitz及Samueloff, 1979；Arad, 1989)。另外，已知鉀可影響細胞內之水含量。通過細胞膜之K對Na比及在細胞內之K濃度，調節細胞體積(Thier, 1986)。在人類主顯之熱的脫水，接著再水化之研究，證實細胞內液部份之水不足程度，關連細胞內鉀之損失，而細胞外液不足，關連血漿Na之損失。在恢復期間，細胞外液部份之再水化程度，決定於恢復鉀之能力(Nose, 1988)。過少水化已知會減少熱誘起之血液稀釋，並阻止蒸發水損失，導致升高熱度過高症，然而再水化會逆轉這些反應(Nadel, 1980；Arad, 1989)。

        增加血漿鉀曾顯示會引起血管舒張，而血漿鉀之降低會引起血管收縮之事實(Haddy, 1977)。此鉀之血管收縮特性，與昇高體組織水化狀態及與增加水攝取連在一起，將導致在緊迫期間周圍血管體積中之較高液體滯留。

        6. 血漿Na對離子鈣比

        要說明體溫之不同反應，一可取之假定是，血漿Na：Ca²⁺比之變化。當熱緊迫期間，0.6％KCl之溶液，會降低此比；0.9％KCl會導致此比居於0.6％KCl與對照之間，然而0.8％KHCO₃導致類似對照之比(圖1)。體溫之反應，平行血漿Na：Ca²⁺比之變化。這導致見於此三項試驗之溫度過高之體溫及Na：Ca²⁺比值，顯著相關(p＜0.001)(表9及10)。此發現與在鳥類(Penbow及Edens, 1980)及哺乳類之丘腦下部之體溫設定點，端賴Na：Ca²⁺比之觀念一致(Myers及Veil, 1971)；此比增加會昇高體溫設定點，此比降低會移動體溫調節趨向較低體溫。

        總之，當商業性的飼養肉型雞，約6~8週齡暴露於高環境溫度時，最可能發生由於熱虛脫之高死亡率。本研究證實，飲水中輔助KCl可用於提昇雞對酷熱緊迫之耐性。利用0.6％KCl，在熱暴露期間，可產生關連體溫較小上昇之血液酸鹼平衡、電解質形態、水消耗及水消去之良好變化。

飼料營養雜誌(p.4∼19)─陳厚基、九六年第六期