Le point Vétérinaire n° 306 du 01/06/2010
 

Biochimie des vaches laitières

Mise à jour

LE POINT SUR…

Emmanuelle Apper-Bossard

École supérieure d’agriculture
55, rue Rabelais
49007 Angers Cedex 01
e.bossard@groupe-esa.com

Il est intéressant de pouvoir estimer rapidement la balance électrolytique alimentaire, sans avoir toujours à doser la teneur en sodium, en potassium et en chlore de la ration.

Résumé

Les vaches laitières sont souvent soumises à des perturbations de leur homéostasie acido-basique pendant la lactation et autour du part, ce qui peut conduire à des baisses de performances. L’utilisation de la balance électrolytique alimentaire (BEA) représente une piste intéressante pour limiter ces troubles en raison des propriétés physiologiques des électrolytes impliqués. Or la mesure de la BEA n’est pas évidente à réaliser car coûteuse, et une évaluation par un moyen efficace et facile à mettre en œuvre lors d’une visite vétérinaire, par exemple, serait pertinente. Différents travaux indiquent que le pH urinaire est un bon indicateur de la BEA puisqu’il lui est lié et que cette relation semble indépendante des autres caractéristiques de la ration et demeure stable dans le temps quel que soit le stade physiologique de l’animal.

Les vaches laitières sont soumises à des perturbations homéostasiques relativement importantes au cours de leur cycle de production. En particulier, autour du part, la fièvre vitulaire est engendrée par une forte perturbation de l’homéostasie calcique [12]. De plus, chez des animaux à fort potentiel de production, un métabolisme intense peut provoquer une formation élevée d’acides. Si ces derniers ne sont pas correctement éliminés par la respiration pour les acides volatils et par la diurèse pour les acides non volatils, des perturbations du pH sanguin peuvent survenir. À cette production intense d’acides liée à un métabolisme accru s’ajoute, chez le ruminant, une formation d’acides en relation avec les fermentations du rumen, d’autant plus importante que la ration est riche en glucides rapidement dégradables [9]. Ainsi, il est nécessaire de composer les rations afin de prévenir la survenue de perturbations, qu’il s’agisse de la fièvre vitulaire ou des variations des pH du sang et du rumen, responsables de pertes économiques non négligeables.

La balance électrolytique alimentaire (BEA) est définie, en mEq/kg de matière sèche (MS), comme suit : BEA = [sodium] + [potassium] – [chlore]. Son utilisation semble être une voie intéressante pour limiter l’apparition des perturbations homéostasiques. Ainsi, des travaux ont démontré que des BEA faibles chez des vaches autour du part diminuent l’incidence des fièvres vitulaires et que, à l’inverse, des BEA très positives, d’environ 250 mEq/kg MS chez des vaches en lactation permettent d’obtenir des niveaux élevés d’ingestion et de production.

La BEA a un rôle à jouer dans la maîtrise des performances des vaches en production et autour du part. Partant de ce constat, sa prédiction lors d’une visite peut être intéressante pour s’assurer du bon équilibre de la ration. Or la BEA est difficile à déterminer précisément car elle est affectée par la quantité de CMV (complément minéral vitaminé) ingérée. De plus, si les BEA des aliments concentrés sont stables, celles des fourrages sont très variables et il est nécessaire d’analyser la teneur en ions de ces derniers, ce qui est coûteux [7]. Plusieurs résultats suggèrent que la mesure du pH urinaire peut être une méthode alternative rapide, fiable et peu coûteuse pour évaluer la BEA. L’objectif de cet article est de rappeler l’intérêt de celle-ci, puis de présenter les différents résultats obtenus sur la relation entre la BEA et le pH urinaire.

Naissance de l’idée de manipuler les ions forts

1. Déterminants du pH sanguin

L’idée de manipuler la BEA pour limiter les perturbations homéostasiques des animaux provient des connaissances physiologiques. En effet, les ions qui définissent la BEA sont des ions forts qui interviennent directement comme déterminants du pH sanguin, selon le modèle des ions forts [11].

Dans ce modèle, le pH sanguin dépend de trois facteurs :

– la pression en dioxyde de carbone : PCO2 ;

– la charge en ions forts qui représente la différence de charge entre les cations et les anions complètement dissociés du plasma, les ions forts sans pouvoir tampon mais avec un pouvoir électrique (cette charge est appelée différence en ions forts (DIFsang) = [sodium] + [potassium] - [chlore]) ;

– la concentration plasmatique totale en acides faibles non volatils (Atot) qui correspond aux albumines, aux globulines et aux phosphates.

Le pH est considéré comme une variable dépendante de la différence entre les charges positives et négatives, et les réactions dans le plasma se réduisent à des réactions d’ions en solution du fait que les cations et les anions se lient sous forme de sels. Selon le modèle, les ions forts influencent le pH sanguin. Sur le plan physiologique, les cations amenés par la ration sont directement échangés avec des protons lors de l’absorption digestive, permettant l’augmentation du pH sanguin. Ainsi, une ration à la BEA élevée apporte beaucoup de cations échangés avec les protons. Dans une ration riche en glucides rapidement dégradables, une BEA élevée permet donc de compenser la charge acide et au pH sanguin de se maintenir. À l’inverse, les anions de la ration sont directement échangés avec des bicarbonates lors de l’absorption digestive. Or ces derniers sont les principales substances tampon du sang et du rumen. En revanche, une ration riche en anions va entraîner une chute du pH sanguin, voire l’apparition d’une acidose métabolique. De ces observations physiologiques est née l’idée de manipuler la teneur en ions forts de la ration.

2. Pourquoi (seulement) sodium, potassium et chlore ?

Les ions les plus utilisés pour manipuler la ration sont le sodium, le potassium et le chlore. Plusieurs raisons président à ce choix :

– ils sont presque totalement absorbables quelle que soit la source alimentaire [6] ;

– ce sont des constituants essentiels du sang ;

– le sodium et le potassium sont échangés contre des protons, le chlore contre des bicarbonates dans de nombreux processus métaboliques afin de conserver l’électroneutralité des tissus [3].

La ration est alors caractérisée en mEq/kg MS par la BEA = [sodium] + [potassium] - [chlore].

3. Pourquoi une différence entre les cations et les anions ?

L’expression d’une différence entre les cations et les anions est plus appropriée que la prise en compte des teneurs respectives en chacun des ions en raison des effets antagonistes des cations et des anions. Ainsi, Tucker et coll. ont choisi trois valeurs de BEA en modifiant soit le sodium, soit le potassium, soit le chlore dans des rations strictement identiques [13]. Pour une même valeur de BEA, les réponses zootechniques des vaches en lactation et leur état acido-basique sont identiques quel que soit l’ion dont la teneur varie.

4. Lien entre manipulation de la BEA et performances

De nombreuses études ont permis d’établir que la manipulation de la BEA a des répercussions sur les performances et l’équilibre acido-basique des vaches laitières en production. Notamment, avec des BEA comprises entre 0 et 200 mEq/kg MS, l’ingestion des vaches laitières, la production de lait et le taux butyreux ne sont pas maximisés [2]. Une BEA d’environ 250 mEq/kg MS est nécessaire pour obtenir des performances maximales. Parallèlement aux chutes de production à BEA faibles, le pH et les concentrations en bicarbonates du sang diminuent [2]. Ces effets sur les performances et sur l’équilibre acido-basique sont d’autant plus importants que la ration est riche en glucides rapidement dégradables et pauvre en protéines [1, 2]. En effet, une BEA de 300 mEq/kg MS avec une ration riche en glucides rapidement dégradables permet une forte augmentation de l’ingestion sans entraîner une production élevée de propionate, suggérant un effet non négligeable des BEA sur le rumen, probablement via le recyclage salivaire de bicarbonates. Dès lors, une BEA élevée peut être un moyen de sécuriser des rations présentant un risque d’apparition d’une acidose, surtout chez des animaux forts producteurs dont le métabolisme accru les sensibilise à des états d’acidose métabolique. De plus, autour du part, une BEA négative est recommandée dans le cadre de la lutte contre la fièvre vitulaire : la situation d’acidose métabolique engendrée par une BEA négative stimule la résorption osseuse et l’absorption intestinale de calcium [8]. Ainsi, une BEA de 0 mEq/kg MS semble être optimale pour prévenir cette maladie.

L’intérêt de la manipulation de la BEA pour limiter les perturbations homéostasiques est assez bien documenté. Ainsi, il semble pertinent d’obtenir, sinon une mesure directe de la BEA de la ration, du moins une estimation fiable et pratique de sa valeur.

Lois de réponse du pH urinaire à une hausse de la BEA

1. Études chez la vache en production ou tarie

Les lois de réponse du pH urinaire à une augmentation de la BEA ont été décrites chez des vaches en lactation à partir de 14 publications correspondant à 61 traitements et à 250 individus (figure 1) [2]. Les vaches ont été nourries avec des rations à base d’ensilage de maïs et de concentrés, selon une proportion de concentrés qui variait de 40 à 70 % MS, une BEA de - 191 à 634 mEq/kg MS et une matière azotée totale (MAT) de 12,6 à 23,6 % MS. Une relation curvilinéaire a été obtenue. Le pH urinaire a été très faible, autour de 4,3, avec des BEA négatives (- 200 mEq/kg MS), puis a augmenté avec la hausse des BEA pour atteindre un plateau à environ 8 pour des valeurs voisines de 400 à 500 mEq/kg MS. De plus, le faible écart type résiduel obtenu suggère que la dispersion est faible, ce qui signifie que la relation est fiable, avec une faible variabilité interindividuelle.

La relation obtenue entre la BEA et le pH urinaire chez la vache en production vaut aussi autour du part. En effet, le même type de relation que précédemment observée chez des vaches en production a été rapporté chez des animaux taris à partir de 21 publications et 81 traitements [10].

2. Conséquences pratiques

Les résultats exposés ci-dessus suggèrent qu’une mesure de pH urinaire permet d’estimer de manière fiable la BEA, au moins pour des BEA comprises entre - 200 et 450 mEq/kg MS. Ainsi, selon la relation de Spanghero, un pH urinaire de 5 environ correspond à une BEA de 0 mEq/kg MS, valeur recommandée pour prévenir l’apparition d’une fièvre vitulaire [10]. De même, chez des vaches en lactation, un pH urinaire autour de 7 indique que la BEA est de 250 mEq/kg MS environ, valeur conseillée avec des rations à base d’ensilage de maïs.

La relation obtenue s’explique sur un plan physiologique car le mécanisme principal d’excrétion des ions forts est la diurèse. Celle-ci a pour fonction d’excréter les acides non volatils et de réabsorber des bicarbonates. La réabsorption des bicarbonates requiert la participation active du sodium et se réalise en échange de chlore. Ainsi, avec des BEA faibles, la quantité de chlore ingérée est très importante et le pH sanguin chute. Pour compenser ce mécanisme, la diurèse contribue à réabsorber le sodium contre l’excrétion de protons et à excréter le chlore contre une réabsorption de bicarbonates. Cela explique la baisse du pH urinaire. À l’inverse, lorsque les BEA sont élevées, les concentrations en bicarbonates sanguins augmentent tandis que l’excrétion nette d’acides dans l’urine diminue [5]. Ainsi, l’évolution du pH urinaire avec les BEA est directement liée à l’état des réserves de bases du sang.

Un pH urinaire stable

Pour que le pH urinaire constitue un bon indicateur de la BEA de la ration, il convient que sa valeur ne varie pas en fonction des autres composants de la ration, en particulier la teneur en glucides rapidement dégradables et en protéines.

1. Teneur en glucides rapidement dégradables

Pour vérifier ces conditions, des mesures de pH urinaire ont été réalisées chez des vaches fortes productrices en milieu de lactation soumises à deux rations iso-azotées (MAT : 14,5 % MS) mais différant par la teneur en glucides rapidement dégradables (blé, orge) : 4 % versus 22 % MS. Trois valeurs de BEA, 85, 235 et 390 mEq/kg MS, ont été testées avec les deux rations. Les résultats révèlent que le pH urinaire ne varie pas avec la teneur en glucides rapidement dégradables. Cela implique que le pH urinaire n’est pas un indicateur de risque d’apparition d’une acidose ruminale liée à une proportion trop élevée de glucides rapidement dégradables dans la ration.

2. Teneur en matière azotée totale

Un autre essai comparant deux rations caractérisées par une teneur en MAT respective de 13,2 % et de 16,2 % MS a montré que celle-ci n’influence pas le pH urinaire. Finalement, le pH urinaire n’est pas dépendant des teneurs en glucides rapidement dégradables et en MAT de la ration pour des proportions allant de 4 à 22 % de blé et d’orge et des valeurs de MAT comprises entre 13 et 16 % MS. Néanmoins, il convient d’élargir l’étude à d’autres situations nutritionnelles. En particulier, un état d’acidose ruminale bien marqué influence possiblement le pH urinaire dans la mesure où il a été rapporté qu’une forte surcharge de blé entraîne une chute du pH et des teneurs en bicarbonates du sang chez des vaches laitières. De plus, comme nous l’avons souligné précédemment, le pH urinaire est directement lié aux réserves de bases du sang [4].

3. Stabilité dans le temps

Pour être un bon indicateur de la BEA, la mesure du pH urinaire à un instant t au cours de la journée (l’heure de la visite) doit être une estimation non biaisée de la valeur moyenne du nycthémère et être stable dans le temps. Afin de vérifier cette condition, une cinétique a été effectuée toutes les 2 heures, de 6 heures du matin à 18 heures, avec les rations comparant deux apports de glucides rapidement dégradables. Le pH urinaire est très stable au cours de la journée (pas d’effet temps) (figure 2). Ainsi, le pH urinaire à un instant t permet une bonne évaluation de sa valeur moyenne, ce qui signifie que la mesure de pH urinaire est fiable pour apprécier la BEA, quelle que soit l’heure du prélèvement. De plus, des prélèvements d’urine ont été effectués chez 48 vaches soumises à deux rations iso-azotées (MAT : 14,5 % MS), mais différant par la teneur en glucides rapidement dégradables (blé, orge ; 4 % versus 22 % MS). Deux valeurs de BEA, 90 et 400 mEq/kg MS, ont été testées avec les deux rations pendant 3 mois. Des prélèvements avant, au début, en milieu et en fin de traitement ont révélé que la valeur du pH urinaire varie immédiatement après l’instauration de celui-ci et qu’elle reste stable jusqu’à la fin, suggérant qu’aucun mécanisme de compensation ne se met en place à moyen terme.

En pratique, le pH urinaire peut être mesuré très rapidement après un changement de ration et reflète la valeur de la BEA, peu important depuis quand la vache est nourrie avec la ration.

L’ensemble des travaux effectués souligne qu’il existe une relation très forte, de type curvilinéaire, entre la BEA et le pH urinaire chez des vaches en lactation et autour du part, sans doute expliquée par le mécanisme de la diurèse. De plus, des études ont établi que le pH urinaire ne semble pas dépendre de la teneur de la ration en glucides rapidement dégradables et en protéines, et qu’il n’évolue pas de manière sensible au cours de la journée. Tous ces éléments suggèrent que le pH urinaire serait un bon indicateur de la BEA, du moins pour des rations présentant les caractéristiques nutritionnelles ci-dessus décrites. Ils plaident en faveur d’un pH urinaire fiable et facilement réalisable dans le cadre d’une visite afin de vérifier l’équilibre de la ration en ions forts. En particulier, un pH urinaire de 7 à 7,5 chez des vaches laitières en production et aux environs de 5 autour du part traduit une BEA adaptée au stade physiologique. La relation BEA-pH urinaire dans diverses situations nutritionnelles reste à définir, notamment chez des animaux nourris à l’herbe, dans des cas d’acidose ruminale aiguë, avec des apports protéiques autres que ceux décrits et pour différents états physiologiques afin de disposer d’abaques applicables de manière plus large.

Références

  • 1 – Apper-Bossard E, Peyraud J-L, Faverdin P, Meschy F. Changing dietary cation-anion difference for dairy cows fed with two contrasting levels of concentrate in diets. J. Dairy Sci. 2006;89:749-760.
  • 2 – Apper-Bossard E, Peyraud J-L, Dourmad J-Y. Effet du bilan électrolytique de la ration sur l’équilibre acido-basique et les performances zootechniques des animaux domestiques à fort niveau de production. Inra Prod. Anim. 2009;22(2):117-130.
  • 3 – Constable PD. Clinical assessment of acid-base status : strong ion difference theory. Vet. Clin. North Am. Food Anim. Pract. 1999;15:447-471.
  • 4 – Faverdin P, Bareille N, Vérité R. Effects of rumen energy supply timing on feed intake control in lactating dairy cows. J. Dairy Sci. 1999;82:2443-2454.
  • 5 – Hu W, Murphy MR. Dietary cation-anion difference effects on performance and acid-base status of lactating dairy cows: a meta-analysis. J. Dairy Sci. 2004;87:2222-2229.
  • 6 – Meschy F, Guéguen L. Les recommandations d’apport alimentaire en éléments minéraux : analyse et perspective. Renc. Rech. Rumin. 1998;5:235-240.
  • 7 – Meschy F, Peyraud J-L. Teneurs en ions forts des fourrages et calcul de la valeur de leur bilan alimentaire cations anions et de leur bilan électrolytique. Renc. Rech. Rumin. 2004;11:255-258.
  • 8 – Riond JL. Animal nutrition and acid-base balance. Eur. J. Nutr. 2001;40:245-254.
  • 9 – Sauvant D, Meschy F, Mertens D. Les composantes de l’acidose ruminale et les effets acidogènes des rations. Inra Prod. Anim. 1999;12:49-60.
  • 10 – Spanghero M. Prediction of urinary and blood pH in non lactating dairy cows fed anionic diets. Anim. Feed Sci. Techn. 2004;116:83-92.
  • 11 – Stewart PA. Independent and dependent variables of acid-base control. Resp. Physiol. 1978;33:9-26.
  • 12 – Tauriainen S. Dietary cation-anion balance and calcium and magnesium intake of the dry cow. PhD in University of Helsinski, dept of Anim. Sci. 2001:53p.
  • 13 – Tucker WB, Harrison GA, Hemken RW. Influence of dietary cation-anion balance on milk, blood, urine, and rumen fluid in lactating dairy cattle. J. Dairy Sci. 1988;71:346-354.

POINTS FORTS

• La manipulation de la BEA chez des vaches laitières est intéressante pour prévenir les désordres homéostasiques et une estimation de sa valeur est sans doute pertinente.

• Le pH urinaire semble être un bon indicateur de la BEA, facile d’accès et très fiable pour des rations à base d’ensilage de maïs et avec des BEA comprises entre - 50 et 300 mEq/kg MS.

• Le pH urinaire n’est pas un indicateur de risque d’apparition d’une acidose ruminale due à une trop forte proportion de glucides rapidement dégradables dans la ration.

• Il reste à définir la relation BEA-pH urinaire dans des situations nutritionnelles différentes.

Figure 1 : Effet de l’accroissement de la BEA sur le pH urinaire des vaches en lactation

pH urinaire = 5,836 + 0,0068 × BE – 4,09 × 10-6 × BE2, r2 = 0,88, ETR (écart type résiduel) = 0,369, p < 0,02, n = 55. BEA : balance électrolytique alimentaire ; MS : matière sèche ; BE : balance électrolytique.

Figure 2 : Évolution du pH de l’urine de 6 heures à 18 heures en fonction de la BACA et de l’apport en concentrés

Courbes en pointillés : ration à 4 % de glucides rapidement dégradables ; courbes en continu : ration à 22 % de glucides rapidement dégradables. Niveau de la balance électrolytique alimentaire : 85 (carré), 235 (rond) et 390 (triangle) mEq/kg MS. BACA : balance alimentaire cations-anions.

Formations e-Learning

Nouveau : Découvrez le premier module
e-Learning du PointVétérinaire.fr sur le thème « L’Épanchement thoracique dans tous ses états »

En savoir plus
Publicité

L'infographie du mois

Boutique

Aussi bien destiné au vétérinaire, qu’à l’étudiant ou au personnel soignant, cet ouvrage vous apportera toutes les bases nécessaires à la consultation des NAC. Richement illustré de plus de 350 photos, doté de compléments internet vous permettant de télécharger des fiches d’examen et des fiches synthétiques par espèces, ce livre est indispensable pour débuter et progresser en médecine et chirurgie des NAC.
Découvrir la boutique du Point Vétérinaire

Agenda des formations

Retrouvez les différentes formations, évènements, congrès qui seront organisés dans les mois à venir. Vous pouvez cibler votre recherche par date, domaine d'activité, ou situation géographique.

Calendrier des formations pour les vétérinaires et auxiliaires vétérinaires

En savoir plus

Newsletters


Ne manquez rien de l'actualité et de la formation vétérinaires.

S’inscrire aux Lettres vétérinaires
S’inscrire à La Lettre de l'ASV

Publicité