飼糧陰陽離子平衡：以乳牛之飼養為例
一、前言
有關飼糧陰陽離子平衡之應用於家禽飼養，陳1993已於以往之飼料製造研習會中介紹。本文以介紹有關飼糧陰陽離子平衡應用於乳牛之飼養為主。
二、體內之酸鹼平衡
體液中之離子具有調節體液pH、滲透壓、神經興奮、肌肉收縮、輔酵素之作用，體液pH維持在一定之範圍內為一重要之生理機制，惟有在該pH範圍內，生理功能才能正常運作。調節牛隻體液pH、滲透壓之電解質與氣體之含量如表一。
表一、牛體液中電解質與氣體之含量
| 電解質或氣體 | 含量 |
| Na，meq／L K，meq／L Cl，meq／L pH pCO2，mm Hg HCO3，meq／L Osmolality，mosmol／Kg H2O |
132-152 3.9-5.8 97-111 7.35-7.50 35-44 20-30 270-300 |
1. meq／L＝(mg×離子價)／原子量／L。 2. pCO2乃CO2之分壓以mmHg表示。H2CO3(meq／L)＝0.03×pCO2。 3. Osmolality之估計值＝｛1.86(〔Na+〕＋〔K+〕)＋〔Glucose〕／18＋〔Urea N〕／2.8｝／｛血清水分％。估計值與實測值之誤差為±15，誤差之平均值為0。 |
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三、維持體液酸鹼平衡之機制
體液酸鹼平衡由H2CO3與HCO3之濃度比例來調節。亦即血液pH可由後式求得：血液之pH＝6.1＋㏒(〔HCO3〕／〔H2CO3〕)。體內之酸、鹼不平衡時，趨向酸性則引起酸中毒(Acidosis)，趨向鹼性則引起鹼中毒(Alkalosis)。任何改變體內酸鹼比例之平衡者均將致使體液趨向酸中毒或鹼中毒。正常血液pH時H2CO3：HCO3＝1：20。鹼中毒血液pH時H2CO3：HCO3＝1：25─40。酸中毒血液pH時H2CO3：HCO3＝1：8.8─14。
四、體液酸鹼平衡之異常情形
擾亂體內之酸鹼平衡者為呼吸性或代謝性因素。呼吸性異常由血中pCO2變化引起。代謝性異常由失去腎功能、嘔吐、下痢、休克…等引起，通常造成血中HCO3濃度變化。因此，體內酸鹼平衡之異常可分：呼吸性酸中毒、呼吸性鹼中毒、代謝性酸中毒、代謝性鹼中毒。
酸中毒之特徵，如由呼吸性引起者，則血中H2CO3增加、累積，由抑制呼吸之因素如肺炎(Pneumonia)、肺氣腫(Emphysema)等所導致二氧化碳排出困難。如由代謝性引起者，則血中HCO3之比例減少，可能因糖尿病或代謝異常之酮毒症(Ketosis)所致，或因增加呼吸所致，又或因體液損耗，如下痢、大腸炎等造成體內鹼基大量流失所致。
鹼中毒之特黴為呼吸淺而緩，尿液可能呈鹼性(因鈉、鉀排出)，而血液中雖有HCO3增加，反而成酸性。鹼中毒如由呼吸性引起者，則血中H2CO3濃度之比例降低，可能因自主性或被迫性之過度呼氣，引起二氧化碳過度排出所致，可能因疾病如中樞神經系統之疾病影響呼吸系統或肝病所致，可能因藥物如柳酸鹽(水楊酸鹽)中毒(Salicylate poisoning)所致。如由代謝性引起者則血中HCO3濃度之比例增加，可能因採食大量鹼性物質引起大量鹼基蓄積所致，臨床上呼吸數低且淺，尿液可能鹼性，通常由於附帶缺乏鈉、鉀，雖然血中HCO3含量增加，卻呈酸性反應。
五、體內酸鹼平衡異常之
矯正機制
體內酸鹼平衡之異常已知前述可分呼吸性酸中毒、呼吸性鹼中毒、代謝性酸中毒、代謝性鹼中毒。該四種異常之過程又分為：已補償酸鹼平衡異常，未補償酸鹼異常。已補償之酸鹼平衡異常為體內各種維持酸鹼平衡恆定機構之運作現象。在酸鹼平衡首次受到擾亂後，誘發第二次之酸鹼平衡異常，企圖矯正首次擾亂後之氫離子濃度異常之現象。
以補償性酸鹼平衡異常矯正首次酸鹼平衡異常之運作機制為，如首次酸鹼平衡異常為呼吸性，則補償性酸鹼平衡異常為代謝性，如首次異常為代謝性，則補償性異常為呼吸性。同理，如首次酸鹼平衡異常為酸中毒，則補償性異常引起鹼中毒，如首次異常為鹼中毒，則補償性異常為酸中毒。
因此，補償性酸鹼平衡異常之目的即為中和首次酸鹼平衡異常之影響。也因此，測定血液pH不足以敏感反應體內酸鹼平衡異常之情形。通常測定血清之二氧化碳量(先經酸處理)，此即CO2容，或CO2結合力。
如果知道血中pH，pCO2及HCO3濃度，即可知酸鹼平衡擾亂之異常程度，該三者之濃度中，如知道其中任何兩者，即可依Henderson─Hassel─balch equation而知第三者之濃度。血液酸鹼正常、異常之pH、H2CO3、HCO3濃度如表二所示。
表二、血液酸鹼正常、異常之pH、H2CO3、HCO3濃度
| 血液酸鹼 | pCO2 | H2CO3 | HCO3 | HCO3／H2CO3 | pH |
| 正常 | 40 | 1.2 | 24 | 20：1 | 7.40 |
| 呼吸性酸中毒 未補償酸中毒 部份補償酸中毒 |
90 90 |
2.7 2.7 |
24 38 |
8.8：1 14：1 |
7.20 7.32 |
| 呼吸性鹼中毒 未補償酸中毒 部份補償酸中毒 |
20 20 |
0.6 0.6 |
24 20 |
40：1 33.3：1 |
7.55 7.50 |
| 代謝性酸中毒 未補償酸中毒 部份補償酸中毒 |
40 32 |
1.2 0.96 |
15 15 |
12.5：1 15.6：1 |
7.20 7.30 |
| 代謝性鹼中毒 未補償酸中毒 部份補償酸中毒 |
40 50 |
1.2 1.5 |
38 38 |
31.5：1 25.3：1 |
7.60 7.50 |
六、飼糧之酸鹼平衡值
飼糧所含之硫、磷、氯等元素，進入體內分別變成硫酸根、磷酸根、鹽酸根等酸基。飼糧所含之鈉、鉀、鈣、鎂等元素，進入體內分別變成各該元素之陽離子鹼基。體內之鹼基總當量多於酸基總當量時體液成鹼性，反之則為酸性。飼料本身呈現之酸鹼性(pH)與進入體液內之酸鹼平衡無關。如青貯料之pH值約5為酸性，但其酸性乃由醋酸、乳酸而來，此等酸在體內之代謝產物為二氧化碳與水，兩者對體液酸鹼度幾無影響。欲知飼料之為酸性或鹼性，需測其灰分之酸、鹼基量，如飼料灰分之酸基當量多於鹼基當量則為酸性飼料，否則為鹼性飼料。有關飼糧離子平衡之稱謂甚多，如表三所示。不管採用何種名稱，皆以表示飼糧之酸基、鹼基含量間之關係。
表三、飼糧陰陽離子平衡別名對照表
| 中譯名 | 英文名 |
| 飼糧陽陰離子平衡 | Dietary cation-anion balance;DCAB |
| 飼糧陽陰離子差 | Dietary cation-anion difference;DCAD |
| 鹼─鹼度 | Alkali-alkalinity |
| 固定陽陰離子平衡 | Fixed cation-anion balance |
| 飼糧固定離子平衡 | Dietary fixed ion balance |
| 飼糧電解質平衡 | Dietary electrolyte balance;DEB |
| 強離子差 | Strong ion difference |
飼糧離子平衡值之表示法為每Kg飼糧乾物質所含meq數，亦有以每100g飼糧乾物質所含之meq數表示者。反芻動物飼糧離子平衡值之計算，與非反芻動物者略有不同，主要差異在於所涵蓋之離子，其計算值＝(K+＋Na+＋Mg+2＋Ca+2)－(Cl-＋S-2＋SO4-2＋H2PO4＋HPO4-2＋PO4-3)。實際應用時通常只計及主要離子，亦即該試可簡化為(K+Na+)－(Cl-＋S-2)，甚至可更簡化為(K+＋Na+－Cl-)。此等元素之飼糧含量轉換為meq值之計算見表四。
表四、飼糧元素含量與meq值之轉換
含量單位 |
K+ | Na+ | Mg+2 | Ca+2 | Cl- | S-2 |
| 原子量 g mol eq mmol meq |
39.1 39.1 1 1 1000 1000 |
23.0 23.0 1 1 1000 1000 |
24.3 24.3 1 2 1000 2000 |
40.1 40.1 1 2 1000 2000 |
35.5 35.5 1 1 1000 1000 |
32.1 32.1 1 2 1000 2000 |
七、常用乳牛飼料原料之酸鹼性
欲將飼糧離子平衡值一併列入乳牛飼糧配方中予以計算，則需有各飼料原料之鈉、鉀、氯、硫含量值。此等元素之化學分析宜採用溼式灰化法，而非飼料化學成分一般分析慣用之乾式灰化法。
表五所列為乳牛常用飼料原料之陰陽離子含量與飼糧陽陰離子差值。蛋白質含量高之飼料如米糠、麩皮、穀類等，其磷含量常大於鈣含量，故易致體液呈酸性，必需於飼料中補充鈣以平衡之，此外，蛋白質含量高之飼料其離子平衡值較低，乃由於含硫量較高之故，大豆粕、紫苜蓿含硫量雖高，因鉀之含量亦高，故其離子平衡值相當高。穀類如玉米、大麥、燕麥等之飼糧離子平衡值幾乎等於零。
表五、乳牛常用飼料原料之陰陽離子含量與飼糧陽陰離子差值1
| Feed | Na+ | K+ | Cl- | S＝ | DCAD2 |
| ----------(％DM)---------- | |||||
| Alfalfa hay(late vegetative) | 0.15 | 2.56 | 0.34 | 0.31 | +431.1 |
| Timothy hay(late vegetative) | 0.09 | 1.6 | 0.37 | 0.18 | +232.0 |
| Corn silage | 0.01 | 0.96 | --- | 0.15 | +156.4 |
| Corn grain | 0.03 | 0.37 | 0.05 | 0.12 | +18.8 |
| Oats | 0.08 | 0.44 | 0.11 | 0.23 | -26.95 |
| Barley | 0.03 | 0.47 | 0.18 | 0.17 | -23.4 |
| Distillers grain | 0.10 | 0.18 | 0.08 | 0.46 | -219.38 |
| Soybean meal | 0.03 | 1.98 | 0.08 | 0.37 | +266.37 |
| Fish meal | 0.85 | 0.91 | 0.55 | 0.84 | -75.6 |
1 From NRC for Na+,K+,Cl-,and S-2. 2 Calculated as milliequivalent of (Na+＋K+)－(Cl-＋S-2)Kg-1 of DM. By Block, E.(1994). |
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八、調整飼糧離子平衡值應用於飼養乳牛之效果
為減少高精料用量與熱緊迫之影響，乳牛飼糧常添加重碳酸鈉(Erdman，1988)。此措施即為調整飼糧離子平衡值之一種應用方式。Fettman et al.(1984)以調整飼糧乾物質氯離子含量自0.10至0.45％，相當於調整飼糧離子平衡值自279至177 meq(K+＋Na+－Cl-)／Kg飼糧乾物質，可增加乳牛之飼料採食量、體增重與產乳量。West et al.(1991)發現調整泌乳牛飼糧離子平衡值meq(K+＋Na+－Cl-)／Kg飼糧乾物質自－79至324(涼環境)，或自－167至312(熱環境)，離乳量隨飼糧離子平衡值增加而直線增加。一般而言，泌乳牛飼糧離子平衡值最好在200─400meq／Kg飼糧乾物質，如此可得最大採食量與產乳量。
其實，調整乳牛飼糧離子平衡值通常用於分娩前，以預防產乳熱(milk fever)之發生。產乳熱易發於開始泌乳時，此時牛隻體內之鈣離子大量流失用以合成初乳。而所流失的鈣離子又無法迅速、充分地自腸道吸收、骨骼動員、腎臟重吸收等所補回，導致肌肉抽搐、麻痺，如未及時處治牛隻易致死。
九、調整飼糧離子平衡值用以預防乳牛產乳熱
乳牛剛開始泌乳時，初乳中鈣離子量高於血液中鈣離子供應量之8至10倍，因而分娩後母牛易患低血鈣症。低血症症嚴重者產生臨床性產乳熱，較輕易則易因平滑肌麻痺而患胎衣滯留、皺胃異位、子宮炎、採食量與產乳量降低等。近待產期之母牛餵以低飼糧離子平衡值者，可減少罹低血鈣症之機會。
於分娩前至少7日，一般約2至4週間，牛隻餵以低(Na+＋K+)－(Cl-＋S-2)飼糧，如－100至－150meq／Kg飼糧乾物質者，可預防低血鈣症。餵飼時間長至6─8週亦無明顯之不良影響。餵飼低飼糧離子平衡值時，應用時注意飼糧乾物質之鈣含量須達1.5至2.0％，磷宜佔0.30至0.35％。
如何能使飼糧之離子平衡值低至所期望者？可尋找低離子平衡值之飼料原料，如表五所示者，Timothy或Corn silage顯然比Alfalfa hay更適合用以餵飼待產母牛。惟如所欲之飼料原料無法取得，以高離子平衡值之飼料原料添加陰離子鹽類調整之，亦可達其效果。
常用之陰離子鹽類有硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸銨、氯化鈣、氯化銨、氯化鎂等。一般認為陰離子鹽類對飼糧適口性有不良影響，Oetzel et al.(1991)認為前述之六種陰離子鹽類對飼糧適口性無不良影響。用此等鹽類調成陰離子鹽類預拌劑時，採用2至4種鹽類比僅用一種者較少問題。為安全、降低成本與使用方便考慮，此種預拌劑宜單獨配製，不宜與一般之礦物質、維生素預拌劑混為一體。
使用之低離子平衡值飼糧是否能如預期發揮效果？早期偵測法為檢驗餵飼牛隻之尿液pH(表六)，血液pH不是敏感指標，理由已如前述。如尿pH高於7.0，則表示所餵飼之飼糧無法達成期望之預防低血鈣症之目的。如牛隻採食適當量之低離子平衡值飼糧，則其尿液pH應介於6.5至5.5間，如此，血中鈣離子含量才能達正常水準。
表六、以尿液pH預測母牛產仔時血鈣含量
| 飼糧離子平衡值 | 待產母牛尿液pH | 待產母牛酸鹼狀態 | 分娩母牛血鈣狀態 |
| 正 負
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8.0至7.0 6.5至5.5 低於5.5 |
鹼中毒 輕微代謝性酸中毒 腎臟過度負荷 |
低血鈣 正常血鈣
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By Davidson et al.(1995). |
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使用陰離子鹽類飼糧時，如飼糧為TMR任飼者效果更佳。此外，如所採用之陰離子鹽類為銨鹽，尚應注意飼糧之非蛋白氮含量。飼糧總非蛋白氮含量不宜超過其乾物量之0.5％，而飼糧粗蛋白含量中，瘤胃可降解蛋白含量不宜超過70％。
參考文獻：(略)
飼料營養雜誌(p.88∼95)─范揚廣、九八年七期