荷斯坦牛围产后期血钾浓度群体规律及其影响因素分析

刘安国，竹 磊，李金晓，汪子茗，王语浓，周榆淞，黄上真，王 凯，郭 刚，马亚宾，王雅春*

(1.中国农业大学 动物科学技术学院，北京100193；2.北京首农畜牧发展有限公司，北京100176；3.河北省畜牧良种工作站，河北石家庄050061)

钾是牛奶中含量最高的矿物质元素[1]，同时也是细胞液中的主要阳离子。据报道，奶牛的血钾浓度范围为3.5～5.8 mmol/L[2]，血钾浓度过高会导致兴奋性细胞心律失常和其他严重功能障碍[3]。低血钾症是常见的奶牛代谢疾病，血钾浓度过低会造成细胞缺乏运动性和兴奋性，主要症状表现为心率不齐、肌肉无力和卧地不起等[4]。血钾浓度对奶牛的生产性能具有重要影响，如果血钾浓度偏离正常值会导致奶牛食欲减退，产奶量减少，造成严重的经济损失[5]。

围产后期是保障奶牛健康和生产性能的关键阶段。该阶段的母牛刚完成分娩，免疫能力下降，同时还要经历日粮结构变化、饲养环境改变和产奶应激等引起的机体生理与代谢变化。随着产后产奶量的快速上升，奶牛机体处于能量负平衡状态，机体内各种离子浓度的变化情况复杂。研究发现，产后时间[6-7]和胎次[6，8-9]均会影响奶牛产后的血钾浓度。例如，刘莉如等[6]在产后第1天、第5天和第10天测定血钾浓度，鲁明福等[7]和Kume等[9]采取产后每周测定1次的方法，均发现产后时间会影响奶牛的血钾浓度。然而，上述研究并没有对产后血钾浓度进行连续性测定，并且探究的影响围产后期血钾浓度的因素较少。

本研究旨在测定北京地区荷斯坦牛围产后期血钾浓度，分析其影响因素，探究荷斯坦牛围产后期血钾浓度的变化规律以及血钾浓度和血钙浓度之间的关系，为预防奶牛产后发生钾离子代谢障碍提供理论依据，以帮助牧场制定合理的管理策略，提高奶牛生产性能。

1 材料与方法

1.1 试验群体

本研究选取北京地区2个规模化牧场中产犊时间为2018年8-9月的84头新产荷斯坦牛作为试验群体。试验期内，测定试验牛产后1～7 d、第10天和第13天的血钾和血钙浓度；同时，收集试验牛群的日产奶量、产犊、妊娠期和体况评分记录，以及试验牛前一胎次和本胎次的健康状况。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 血钾浓度 使用一次性无菌采血针和非抗凝采血管于晨饲期间采集尾根静脉血，采血完成后，立即使用奶牛血钾测定仪(哈罗德科技有限公司，北京)测定血清钾离子浓度(后文简称为血钾浓度)。试验期间共获得84头奶牛的602条血钾浓度测定记录。

1.2.2 血钙浓度 对场1试验牛的血清钙离子浓度(后文简称为血钙浓度)同时进行了测定，方法与李金晓等[10]的方法相同。

1.3 统计分析

1.3.1 数据整理 对得到的602条测定记录进行整理和质控，剔除测定天数过少(≤1 d)和5胎以上试验牛的记录，最终得到79头奶牛的589条产后血钾浓度记录。

本研究中将试验牛按胎次划分为4个水平(1胎、2胎、3胎、4胎及以上)；按所属牛场划分为2个水平(场1、场2)；按所产犊牛的性别划分为3个水平(死胎、公、母)；按本胎次妊娠期长度划分为2个水平(短妊娠期≤270 d、长妊娠期>270 d)。依据围产期奶牛产后30 d内的理想体况评分(Body condition score，BCS)标准，将试验牛划分为高体况评分组(58头)、低体况评分组(9头)和体况评分未知组(12头)。

1.3.2 统计分析 使用SAS 9.2中Mixed过程分析场、犊牛性别、体况评分、胎次、妊娠期长度和泌乳天数对荷斯坦牛围产后期血钾浓度的影响，以P<0.05确定显著的影响因子。采用Bonfferoni t检验的方法对各因素进行多重比较。分析模型如下：

Yijklmno=μ+herdi+genderj+LGk+BCSI+paritym+αDays+βdays2+cown+eijkmno

式中:Yijklmno为血钾浓度测定值；μ为总体平均数；herdi为场效应(i=1, 2)；genderj为犊牛性别效应(j= 1～3)；LGk为妊娠期长度效应(k=1～2)；BCSl为体况评分效应(l= 1～3)；parityj为胎次效应(m= 1～4)；Days为产后泌乳天数的一次项，Days2为产后泌乳天数的二次项，α和β分别为各协变量的回归系数；cown为个体随机效应(k=1～79)；eijklmno为随机误差。

根据试验牛前一胎次和本胎次代谢疾病的发病记录，分别将二胎以上的试验牛分为前一胎次患病牛和未患病牛2组，分析前一胎次患病情况对母牛围产后期血钾浓度影响；将所有试验牛分为本胎次患病牛和未患病牛2组，分析母牛围产后期血钾浓度与当前胎次代谢病的发病情况之间的关系。最后，使用SAS 9.2中CORR函数分析场1试验牛产后每日血钾浓度与血钙浓度之间的相关关系。

2 结果与分析

2.1 围产后期奶牛血钾浓度描述性统计

本研究中，79头荷斯坦牛围产后期血钾浓度产后的描述性统计如表1所示，试验牛的平均血钾浓度为3.72±0.45 mmol/L，最大值为5.90 mmol/L，最小值为2.56 mmol/L，极差为3.34 mmol/L。奶牛分娩后血钾浓度总体上随泌乳天数的增加而逐渐降低，泌乳第1天血钾浓度最高，为3.92 mmol/L；第13天时最低，为3.53 mmol/L，极差为0.39 mmol/L。

表1 荷斯坦牛围产后期血钾浓度Table 1 Blood potassium concentrationof Holstein during post-perinatal period mmol/L

2.2 荷斯坦牛围产后期血钾浓度影响因素分析

利用混合线性模型分析各因素对荷斯坦牛围产后期血钾浓度的影响，结果发现场效应、犊牛性别效应、妊娠期长度效应和体况评分均对产后血钾浓度无显著影响(P>0.05)，而胎次效应和泌乳阶段对产后血钾浓度有极显著影响(P<0.01)，各因素不同水平的最小二乘均值的估计值如表2所示。由表2可知，血钾浓度随胎次的增加呈逐渐上升的趋势，三胎牛产后血钾浓度最高，为3.87 mmol/L；头胎牛产后血钾浓度最低，为3.50 mmol/L。其中，一胎牛与二胎牛、 二胎牛和三胎牛产后血钾浓度差异显著(P<0.05)，一胎牛和三胎牛，四胎牛产后血钾浓度差异极显著(P<0.01)。产后血钾浓度与泌乳天数的一次项之间存在极显著(P<0.01)的回归关系，与二次项之间的回归关系接近显著水平(P=0.06)，回归方程为：Y=0.004x2-0.08x+4.12，式中Y为产后血钾浓度，x2为产后泌乳天数二次项，x1为产后泌乳天数一次项。

表2 各因素对围产后期奶牛血钾浓度的影响Table 2 Influence of various factors on blood potassiumconcentration of Holstein cows during post-perinatal period

2.3 荷斯坦牛健康状态与产后血钾浓度的关系

荷斯坦牛前一胎次代谢病患病情况与产后血钾浓度的关系如图1所示。前一胎次患病牛分娩后血钾浓度随泌乳天数的增加呈先降低后升高的趋势，泌乳第1天血钾浓度最高，为3.95 mmol/L，第6天最低，为3.64 mmol/L；前一胎次不患病牛分娩后血钾浓度随泌乳天数的增加而降低，泌乳第1天血钾浓度最高，为4.02 mmol/L，第13天最低，为3.53 mmol/L。总体上，前一胎次患代谢病与不患代谢病的两组牛之间，产后血钾浓度差异不显著(P>0.05)。

荷斯坦牛当前胎次代谢病患病情况与产后血钾浓度的关系如图2所示。结果表明，本胎次患病与不患病的奶牛分娩后血钾浓度随泌乳天数的增加均呈降低趋势，本胎次患病奶牛泌乳第1天血钾浓度最高，为4.19 mmol/L，第13天最低，为3.52 mmol/L；本胎次不患病的奶牛泌乳第1天血钾浓度最高，为3.88 mmol/L，第13天最低，为3.53 mmol/L。产后第1天和第5天患病组奶牛的血钾浓度高于未患病组(P<0.05)。

2.4 荷斯坦牛产后血钾浓度与血钙浓度相关关系

场1荷斯坦牛产后血钾浓度与血钙浓度的相关关系如表3所示。结果表明，在测定期内奶牛产后血钾浓度与血钙浓度存在低到中等的相关关系。其中，第2天和第5天的相关关系达到显著水平(P<0.05)，第6天的相关系数达到极显著水平(P<0.01)。第4天相关系数最低，为-0.08，第6天相关系数最高，为0.48。

3 讨 论

本研究中荷斯坦牛围产后期平均血钾浓度为(3.72±0.45)mmol/L，测定期间(产后1～7 d、第10天和第13天)血钾浓度变异较大；荷斯坦牛产后血钾浓度普遍较低，但仍处于正常范围[11-12]，这可能是由于夏季环境温湿度较高，奶牛处于热应激状态，呼吸和排汗增加，导致矿物质钾损失明显[5]。刘莉如等[6]发现荷斯坦牛产后5 d内血钾浓度呈下降趋势，这与本研究结果一致；Safwate等[13]和鲁明福等[7]研究发现，荷斯坦牛产后血钾浓度整体趋势随产后时间呈先降低后上升的趋势，这一变化规律也与本研究结果相似。此外，也有文献指出，荷斯坦牛在产后第4天血钾浓度即恢复至产前水平[14]，这与本研究结果不同；本研究中，荷斯坦牛在产后第6天血钾浓度达到最低，这一差异可能是由于不同牧场的日粮差异(例如产前的日粮配比等)、饲养管理(例如产后补钾方案等)和牛群遗传背景等造成[6]。

本研究中荷斯坦牛产后血钾浓度随胎次的增加有逐渐上升的趋势，头胎牛产后血钾浓度显著低于二胎牛，且极显著低于三胎和四胎及以上牛；经产牛产后血钾浓度变化差异不大，而头胎牛产后血钾浓度变化较大；这一结果与Kurek等[8]、刘莉如等[6]和Kume等[9]研究结果基本一致，其原因可能是头胎牛与经产牛生理机能方面存在差异。与经产牛相比，首次妊娠的头胎牛既要维持机体的生长发育，也要满足胎儿快速增长和产奶快速升高的营养需要；头胎牛在分娩时可能会对产犊应激的反应更加强烈，引起奶牛血液中阴阳离子失衡，机体的矿物质代谢受到影响，最终导致机体血钾浓度偏低[15]。牧场可针对不同胎次奶牛，通过产后灌服药物补充血液中钾离子浓度。同时，应防止日粮中钾含量过多，血钾浓度过高会增加血液与尿液中的pH，导致代谢性碱中毒，降低奶牛维持钙稳态的能力，抑制骨钙动员，增加产乳热等疾病的发病率[16]。

本研究发现，上一胎次或当前胎次患病个体的产后日血钾浓度之间无显著差异，这可能与本研究所使用的样本量较小、疾病记录不够完整及荷斯坦牛围产后期血钾浓度变异较大有关。后续研究应扩大样本量，进一步探究围产后期血钾浓度与代谢疾病之间的关系。前人研究表明，增加日粮中钾离子浓度，会使奶牛血液中钾、钙离子浓度显著增加[17]，同时降低钙离子的排泄量[18]。本研究也表明，荷斯坦牛产后1～7 d、第10天和第13天血钾浓度与血钙浓度存在低到中等的正相关关系，但血钾浓度与血钙浓度相关关系的生理机制还需要进一步探究。

4 结 论

本研究表明胎次对荷斯坦牛产后血钾浓度有极显著影响，血钾浓度与泌乳天数的一次项之间存在极显著的回归关系；荷斯坦牛产后日血钾浓度与日血钙浓度存在低到中等的正相关关系。研究结果为预防和避免奶牛产后发生钾离子代谢障碍提供了理论依据。

致谢：感谢哈罗德科技的周玉虎先生，提供检测设备并在检测和分析过程中提供帮助。感谢中国农业大学动物科技学院学生蒋振兴、邱奥、解湉和卢迪等牛百科成员在试验设计、数据采集及后期整理环节对本试验提供的帮助。