تعادل بین اسید و باز ترکیبات غذایی دام

مقدمه

تعادل کاتیونی–آنیونی جیره (Dietary Cation-Anion Difference; DCAD) یکی از عوامل کلیدی در تنظیم وضعیت اسید–باز بدن دام‌ها بوده و عمدتاً بر اساس غلظت یون‌های سدیم (Na⁺)، پتاسیم (K⁺)، کلر (Cl⁻) و گوگرد (S²⁻) در جیره تعریف می‌شود. تحقیقات جدید نشان می‌دهد که DCAD نه‌تنها بر تعادل اسید–باز خون اثرگذار است، بلکه نقش مستقیمی در تنظیم متابولیسم کلسیم، پاسخ هورمونی (پاراتیروئید و ویتامین D فعال) و پیشگیری از هیپوکلسمی پس از زایش ایفا می‌کند (Lean et al., 2014; Santos et al., 2019; Oetzel, 2018).

اعمال DCAD منفی در دوره انتقال (سه هفته قبل از زایش) موجب القای اسیدوز متابولیک خفیف شده و حساسیت بافت‌ها به هورمون پاراتیروئید را افزایش می‌دهد که این امر موجب افزایش آزادسازی کلسیم از استخوان و افزایش جذب روده‌ای آن می‌شود (Santos et al., 2019; Wilkens et al., 2020). در مقابل، جیره‌های با DCAD مثبت در دوره شیردهی با افزایش مصرف ماده خشک و بهبود تولید شیر همراه گزارش شده‌اند (Hu & Murphy, 2004; Zimpel et al., 2018).

در صورتی که تعادل کاتیون‌ها نسبت به آنیون‌ها مثبت باشد، محیط بدن به سمت قلیایی شدن و در صورت منفی شدن این تعادل، به سمت اسیدی شدن پیش می‌رود. ایجاد یک اسیدوز متابولیک خفیف از طریق جیره‌های اسیدوژنیک موجب افزایش بسیج کلسیم از استخوان‌ها شده و خطر بروز تب شیر را کاهش می‌دهد. در این شرایط استفاده از جیره‌هایی که محیط شیمیایی بدن را به سمت اسیدی شدن کنترل‌شده سوق می‌دهند توصیه می‌شود. افزون بر این، چنین شرایطی به پایداری واکنش‌های متابولیکی و کاهش اختلالات التهابی کمک می‌کند. با توجه به آنکه گیاهان سبز حاوی مقادیر بالای پتاسیم هستند، مصرف آن‌ها در دوره پیش از زایمان باید محدود گردد.

اثرات  DCAD بر روی pH خون

pH  خون در گاو در بازۀ بسیار محدودی تنظیم می‌شود (حدود 7.35 تا 7.45) و انحراف از این دامنه می‌تواند بر فعالیت آنزیم‌ها، پایداری غشای سلولی و عملکرد گیرنده‌های هورمونی اثر منفی بگذارد. شرایط شدید اسیدی یا قلیایی موجب تغییر ساختار پروتئین‌های غشایی، به‌ویژه گیرنده‌های سطح سلول، شده و با تخریب غشای سلولی سبب ورود بیش از حد یون‌ها و مایعات به داخل سلول می‌گردد که در نهایت به تورم و مرگ سلولی منجر می‌شود. حتی تغییرات خفیف pH نیز می‌تواند فعالیت آنزیم‌ها و حساسیت گیرنده‌های هورمونی را تحت تأثیر قرار داده و بر تولید و مقاومت ایمنی دام اثرگذار باشد (Constable et al., 2017).

پایش pH ادرار پس از مصرف جیره اسیدی‌ساز

جیره‌هایی که دارای DCAD مثبت هستند به عنوان جیره‌های کاتیونی (آلکالوژنیک) و جیره‌هایی که دارای DCAD منفی می‌باشند به عنوان جیره‌های آنیونی (اسیدوژنیک) شناخته می‌شوند.

مطالعات جدید نشان می‌دهد که اندازه‌گیری pH ادرار دقیق‌ترین شاخص کاربردی برای ارزیابی موفقیت جیره‌های آنیونی است (Oetzel, 2018; Santos et al., 2019). میانگین pH ادرار در گاوهای خشک نزدیک زایمان باید در محدوده 5.5 تا 6.5 قرار گیرد، مشروط بر آنکه جیره به‌درستی فرموله شده و نمک‌های آنیونی به میزان مناسب مصرف شده باشند. جذب آنیون‌ها باعث افزایش سیستمیک یون هیدروژن (+H) شده و در نتیجه اسیدوز متابولیک خفیف ایجاد می‌شود.

نکته مهم آن است که در گاوهایی که با نمک‌های آنیونی تغذیه می‌شوند، دفع کلسیم از طریق ادرار افزایش می‌یابد؛ بنابراین نیاز روزانه به کلسیم افزایش پیدا می‌کند. در این شرایط، مصرف روزانه 100 تا 150 گرم کلسیم توصیه می‌شود، در حالی که نیاز طبیعی یک گاو آبستن با وزن حدود 630 کیلوگرم حدود 40 گرم کلسیم در روز است.

 بررسی فرمول های محاسبه DCAD بر حسب میلی اکی والان در کیلوگرم جیره(mEq/kg):

فرمولاسیون دقیق جیره گاوهای شیری اهمیت اساسی دارد و یکی از شاخص‌های مهم در این زمینه تعادل بین آنیون‌ها و کاتیون‌های خوراک است. برای محاسبه DCAD فرمول‌های مختلفی ارائه شده است:

(Na + K) − (Cl + S)

(Na + K) − Cl

(Na + K + Ca + Mg) − (Cl + S + P)

(Na + K + 0.38Ca + 0.30Mg) − (Cl + 0.65S + 0.50P)

در حال حاضر فرمول شماره 1 بیشترین کاربرد را داشته و مناسب‌ترین شاخص برای پیش‌بینی اثر جیره بر تعادل اسید ـ باز خون محسوب می‌شود.

توصیه‌های کاربردی

بسته به میزان پتاسیم جیره، که بسیار متغیر است، افزودن آنیون‌ها می‌تواند DCAD را تا سطح مؤثر برای کاهش خطر هیپوکلسمی تنظیم کند. جیره‌های مبتنی بر علوفه معمولاً دارای DCAD در محدوده +150 تا +350 میلی‌اکی‌والان در کیلوگرم ماده خشک هستند. برای پیشگیری از تب شیر، کاهش DCAD تا صفر یا مقادیر منفی توصیه می‌شود. نمک‌های آنیونی با ایجاد اسیدوز متابولیک خفیف از نوسانات شدید کلسیم خون جلوگیری کرده و علاوه بر کاهش بروز تب شیر، می‌توانند موجب افزایش تولید شیر و بهبود راندمان تولیدمثلی شوند.

DCAD توصیه شده:

در موفقيت آميزترين آزمايش ها، DCAD بين 100- تا 200-  ميلي اكي والان در كيلوگرم جيره بود. تحقيقات آزمايشگاهها بيان مي كند كه DCAD بين 50- تا 100- ميلي اكي والان در كيلوگرم جيره براي ممانعت از تب شير مطلوب است.

مقادیر توصیه‌شده DCAD (NRC, 2001)

گاو شیرده: +20 تا +40 mEq/kg

گاو خشک: −10 تا −15 mEq/kg

گاو معمولی: +30 تا +43 mEq/kg

گوساله پرواری: حدود +30 mEq/kg

جیره‌های با DCAD منفی‌تر موجب افزایش آزادسازی کلسیم از استخوان‌ها، افزایش فعالیت هورمون پاراتیروئید و متابولیت‌های ویتامین D می‌شوند و به‌ویژه در گاوهای خشک مناسب‌تر هستند.

در میان نمک‌های آنیونی رایج، سولفات منیزیم خوش‌خوراک‌ترین و کلرید کلسیم بدخوراک‌ترین است. اگرچه سولفات‌ها از نظر پذیرش خوراکی مناسب‌ترند، اما قدرت اسیدی‌کنندگی کمتری نسبت به کلریدها دارند و مصرف بیش از حد آن‌ها به دلیل محدودیت تحمل گوگرد در جیره باید با احتیاط انجام شود.

 فرمول(1):

DCAD= (Na⁺ + K⁺) – (Cl^– + S^–)

محدودیت‌های این فرمول عبارتند از:

الف) نادیده گرفتن نقش سایر یون‌ها نظیر  Ca، Mg  و P

ب) در نظر گرفتن اثر یکسان برای کلر و سولفات، در حالی که کلر قدرت اسیدی‌کنندگی بیشتری نسبت به سولفات دارد.

فرمول چهارم با لحاظ راندمان جذب یون‌ها نشان می‌دهد چرا نمکی مانند CaCl₂ یک عامل مؤثر اسیدی‌کننده است، در حالی که NaCl  اثر اندکی بر تعادل اسید ـ باز دارد.

مثال محاسبه DCAD

DCAD (mEq/kg DM) = (%Na / 0.0023 + %K / 0.0039) − (%Cl / 0.0035 + %S / 0.00166)

برای جیره‌ای شامل:

Na = 0.15%

K = 1.3%

Cl = 0.7%

S = 0.4%

مقدار DCAD تقریباً برابر با:

−51.45 mEq/kg DM خواهد بود.

1. Beede, D. K. 2005. Formulation of rations with optimal captions and anions (DCAD) for lactation. Proc. Tri-State Dairy Nutr. Conf., pp. 93-112.

2. Block, E. 1994. Manipulation of dietary caution-anion difference on nutritionally related production diseases, productivity, and metabolic responses of dairy cows. J. Dairy Sci. 77:1437-1450.
3. E. 1984. Manipulation dietary anions and cat ions for prepartum daily cows to reduce incidence of milk fever. J. Dairy Sci. 67:2939.
4. Goff, J. P., and R. L. Horst. 1997. Effects of the addition of potassium or sodium, but not calcium, to prepartum rations on milk fever in dairy cows. J. Dairy Sci. 80:176-186.
5. Hu, W., and M. R. MurpHy. 2004. Dietary cation-anion difference effects on performance and acid-base status of lactating dairy cows: A meta-analysis. J. Dairy Sci. 87:2222-2229.
6. National Research Council. 2001. Nutrient Requirements of Dairy Cattle. 7th rev. ed. Natl. Acad. Sci., Washington, DC.

7. Ø  Jim Linn and Mary Raeth-Knight,  2007.  Dietary  cation-anion difference update. Published in Dairy Star June.(http://www.extension.umn.edu/agriculture/dairy/feed-and-nutrition/dietary-cation-anion-difference-update/).

8. Lean, I. J., et al., 2014
   Meta-analysis of dietary cation-anion difference and production responses.
9. Santos, J. E. P., et al., 2019

   Effects of negative DCAD diets on calcium metabolism in transition cows.

10. Oetzel, G. R., 2018

    Monitoring and application of anionic diets in dairy herds.

11. Wilkens, M. R., et al., 2020

    Physiology of calcium homeostasis in dairy cattle.

12. Zimpel, R., et al., 2018

    Dietary DCAD and milk production responses.