Skip to main content

Changes in Serum Magnesium Levels of Ruminants, as Influenced by Abrupt Changes in the Composition of the Diet Effect of Oral Administration of Various Inorganic and Organic Compounds on the Serum-Magnesium Level

Variationen im Blutmagnesiumgehalt bei Wiederkäuern verursacht von plötzlichen Änderungen in der Zusammensetzung des Futters. Die Wirkung oraler Beigabe anorganischer und organischer Stoffe auf den Magnesiumgehalt des Blutes

Varias joner i drøvtyggernes serum-magnesium-speil i tilknytning til plutselige forandringer i fórets sammensetning. Undersøkelse au serum-Mg-speilet etter orale tilskudd av forskjellige uorganiske og organiske komponenter

Summary

During a period of four years in succession samples of grass from tetany prone pastures, topdressed with large amounts of amraon-sulphate and potassiumsulphate, have been analysed throughout the tetany season each year, and the results have been compared with the analytical data obtained from corresponding samples of grass collected from normally dressed pastures. The content of Mg and Ca and the feed unit value of the tetany prone grass differed very little from the normal. The protein content, however, was exceptionally high, and rather great differences were found in the content of P, S, K, Na and the trace elements. Several feeding experiments have been carried out in order to test the hypomagnesaemic and/or the tetanygenic effect of these compounds as dietary supplements to ruminants. The feeding was performed under exact daily control and the experiments were supported by daily serum mineral analyses. Experiments carried out with diets containing protein and feed units in the same ratio as found in the highly topdressed pasture grass, proved that this unbalanced ratio undoubtedly played an important role in the hypomagnesaemia inducing effect of the grass. As long as the fodder was given in amounts high enough to cover the feed units requirements, the level of serum Mg remained unchanged. The falling tendency of the serum Mg level was, however, evident when the fodder rations were reduced to amounts insufficient to cover the feed unit requirements ot the cows — a situation often met with for shorter periods during pasturing. Hypomagnesaemia was produced within 3–4 days, whereas a similar reduction of a normally balanced fodder to cows had no serum Mg reducing effect in the course of twelve days.

Of other factors coming into play, especially K2HPO4, Na2HPO4, K2SO4 and Na2SO4 proved to influence the serum mineral balance. Oral applications of large doses of these substances to healthy sheep, produced neither pronounced hypomagnesaemia nor tetany. The initial drop in the levels of serum Mg and particularly serum Ca were, however, so remarkable that tetany very probably would have been provoked if the animals had been in a hypomagnesaemic state when the experiment started.

Experiments and results have been closely discussed. The conclusion has been drawn that the tetany prone effect of the heavily ammonsulphate dressed pastures could not possibly be conditioned by one single factor in the grass. A more possible explanation seems to be an unpropitious interaction of more active compounds present at the same time:

The first step in the development of the disorder, i. e. the hypomagnesaemic condition, seems principally to be due to the unproportionately high content of protein in relation to the feed unit value of the grass. Owing to the fact that the quantity of dietary protein is in excess even if the feed unit content does not cover the theoretical requirements, the milk production remains high and the cows are hampered in their efforts to accomodate to those reductions in food intake unevitably happening to occur on pasture. The next step, the convulsion of tetany, however, depends upon other, co-operating factors able to disturb the Ca-balance at the very moment when the serum Mg is already low. According to the serum Mg- and Ca-reducing effect brought about by diets supplemented with alkaliphosphates and -sulphates, the author incline to the view that the extremely high content of P, S, K and to some extent also of Na found in the tetany prone pasture grass, may be the background for this effect of the grass. Temperature, rainfall and other environmental factors have also been taken into consideration as influencing the appetite and the absorptioncoefficient.

Zusammenfassung

Im Laufe einer vierjährigen Periode wurde das Gras von einer Weide, welche stark mit Ammoniumsulphat und Kaliumsulphat gedüngt war und auf der häufig Tetanie festgestellt wurde, von Anfang des Weideganges bis zum Ausbruch der Tetanie kontinuierlich analysiert. Die Ergebnisse wurden mit Proben von einer normalgedüngten Weide verglichen.

Der Futterwert des Grases und der Gehalt an Mg und Ca wich nicht weiter von den Werten des normalgedüngten Grases ab. Der Proteingehalt war dagegen sehr hoch, und für die Gehalte an P, S, K, Na und Spurenelementen wurde eine relativ grosse Abweichung festgestellt. Eine Reihe von Fütterungsversuchen werden beschrieben in welchen diese Abweichungen in Diäte eingeführt wurden die im voraus genau berechnet waren. Der eventuelle hypomagnesaemische oder tetaniegene Effekt dieser Diäte wurde durch eine tägliche Kontrolle des Serummineralgehaltes untersucht. Versuche mit einem Futter dessen Protein- und Futterwert den Werten des Grases der Tetanie-Weide entsprach zeigten, dass dieses schlecht abgestimmte Verhältnis zweifellos für die Erklärung des hypomagnesaemischen Effektes eine grosse Rolle spielt. Der grosse Proteinüberschuss störte nicht die Mg-Bilanz wenn das Futter in so grossen Mengen verabreicht wurde, dass es im übrigen suffizient war. Der Serum-Mg-Gehalt zeigte jedoch eine deutlich abfallende Tendenz als die Futtermenge herabgesetzt wurde, wodurch der Futterbedarf nicht mehr ganz gedeckt wurde, was bei frühem Weidegang in kürzeren Perioden oft der Fall ist. Die Analysen zeigten deutlich Hypomagnesaemie nach 3 bis 4 Tagen. Bei normal abgestimmten Futter zeigte eine entsprechend verminderte Futtermenge nach dem Verlauf von 12 Tagen noch keine Reaktion.

Bei den übrigen geprüften Stoffen zeigte es sich, dass besonders eine Beigabe von K2HPO4, Na2HPO4, K2SO4 und Na2SO4 grossen Einfluss auf die Mineralstoffbilanz ausübten. Keiner der Stoffe verursachte jedoch Tetanie bei Schafen, welche sich im voraus in normaler Bilanz befanden. Der Fall sowohl in den Serum-Ca als auch in den Serum-Mg Werten war aber so gross, dass eine Tetanie höchst wahrscheinlich eingetroffen wäre bei einer im voraus niedrigen Mg-Bilanz.

Die Versuchspläne und Ergebnisse werden eingehend diskutiert, und der Verfasser konkludiert diese dahin, dass der tetaniegene Effekt, welcher in stark ammoniumsulphatgedüngten Weidegras festgestellt ist, nicht auf einen einzelnen Komponenten sondern auf ein ungünstiges Zusammentreffen verschiedener Faktoren zurückgeführt werden kann.

Die erste Stufe im Krankheitsverlauf — die Hypomagnesaemie scheint in erster Reihe von dem im Verhältnis zum Futterwert unverhältnismässig hohen Proteingehalt herzurühren. Weil ein Proteinüberschuss vorhanden ist — auch wo der Futterbedarf nicht gedeckt ist — setzt die Milchproduktion fort, weshalb die Kühe sich den zufälligen Reduktionen in der Futteraufnahme, welche immer bei frühem Weidegang eintreten werden, nicht anpassen können. Die zweite Stufe des Verlaufes — die Tetanie — ist darauf zurückzuführen, dass ausser dem geringen Mg-Niveau auch die Ca-Bilanz gestört ist.

Der Verfasser ist der Meinung, auf Grund der Ergerbnisse welche bei einer Fütterung mit normalem Futter nach Zusatz eines Überschusses an Alkali-Phosphat und -Sulphat erreicht wurden, dass besonders der grosse Gehalt an P, S, K und zum Teil Na im ammoniumsulphatgedüngten Weidegras diesen Effekt erklären kann. Temperaturänderungen, Niederschläge und Wetteränderungen wurden als mitwirkende Ursachen berücksichtigt, weil diese zweifellos den Appetit der Kühe und die Aufnahmefähigkeit des Organismus beeinflussen.

Sammendrag

Gjennom en fire års periode er prøver av gras fra sterkt ammonsulfat + kaliumsulfat-gjødslet tetanibeite blitt analysert kontinuerlig fra beiteslipp til tetaniutbrudd, og resultatene er blitt sammenlignet med tilsvarende analyser av prøver fra normalgjødslet beite.

Grasets fórenhetsverdi og dets innhold av Mg og Ca avvek ikke i særlig grad fra det som ble fun net i normalgj ødslet gras. Proteininnholdet var derimot meget høyt og en relativt stor avvikelse ble funnet med hensyn på innhold av P, S, K, Na og sporelementer. En rekke foringsforsøk er beskrevet, hvor disse avvikelser er innført i på forhånd nøyaktig beregnete dietter, og deres eventuelle hypomagnesemiske eller tetanigene effekt er blitt undersøkt ved daglig kontroll av serum mineral speilet. Forsøk med for hvis protein- og fôrenhetsverdi tilsvarte tetani-beitegrasets, viste at dette dårlig avbalanserte forhold utvilsomt må spille en stor rolle når det gjelder å forklare grasets hypomagnesemiske effekt. Det store proteinoverskudd forstyrret ikke Mg-balansen så lenge foret ble gitt i så store mengder at det ellers var fullverdig, men serum Mg-speilet viste tydelig fallende tendens da tilførselen ble nedsatt så fórenhetsverdien ikke lenger füllt ut dekket behovet, noe som ofte forekommer i kortere perioder ved tidlig beiteslipp. Analysene viste tydelig hypomagnesemi etter 3–4 døgn, mens samme nedslag i normalt avbalansert for ikke ga noen reaksjon i løpet av 12 døgn.

Av de øvrige stoffer som ble prøvet, ble særlig tilskudd av K2HPO4, Na2HPO4, K2SO4 og Na2SO4 funnet å ha betydelig innflytelse på mineralbalansen. Ingen av stoffene fremkalte tetani på sauer som på forhånd var i normal balanse, men fallet i så vel serum Ca som serum Mg verdiene var så stort at tetani høyst sannsynlig ville ha inntruffet hvis Mg-balansen på forhånd hadde vært lav.

Forsøksoppleggene og resultatene er inngående diskutert og forfatteren er kommet til den konklusjon at den tetanigene effekt som er påvist i sterkt ammonsulfat-gjødslet beitegras ikke kan tilskrives en enkelt komponent, men må skyldes et uheldig samspill mellom flere tilstedeværende komponenter:

Første trinn i sykdomsutviklingen, den hypomagnesemiske tilstand, synes i første rekke å skyldes grasets uforholdsmessig høye proteininnhold i forhold til fórenhetsverdien. Ved at proteinet er i overskudd også når forenhetsbehovet ikke er dekket, holdes melkeproduksjonen oppe og kuene kan ikke tilpasse seg de tilfeldige reduksjoner i fóropptak som alltid vil forekomme ved tidlig beiteslipp. Annet trinn i utviklingen, tetani, er et resultat av at også Ca-balansen svikter samtidig med at Mg-nivået er lavt. Ut fra de resultater som er oppnådd ved fóring med normalt fór tilsatt overskudd av alkali-fosfat og -sulfat er forfatteren av den oppfatning at det ammonsulf atgjødslete beitegrasets store innhold av P, S, K og til dels Na i særlig grad kan forklare denne effekt. Temperaturomslag, nedbør og andre forandringer i værforholdene er også tatt i betraktning som medvirkende årsaker, da det utvilsomt influerer på kuenes appetitt og organismens oppsugningsevne.

References

  1. Alleroft, R.: Prevention of Hypomagnesaemia. B.V.A. Hypomagnesaemia Gonf., London, 1960, 102–111.

  2. Alleroft, W. M.: Observations on some metabolic disorders of cows, as evidenced by chemical analysis of samples of blood from clinical cases. Brit. vet. J. 1947, 103, 2–11.

    Google Scholar 

  3. Bartlett, S., Brown, B. B., Foot, A. S., Rowland, S. J., Allcroft, R. & Parr, W. H.: The influence of fertilizer treatment of grassland on the incidence of hypomagnesaemia in milking cows. Brit, vet. J. 1954, 110, 3–19.

    Google Scholar 

  4. Blackburn, P. S., Blaxter, K. L. & Castle, E. J.: Vitamin D3 toxicity in calves. Proc. Nutr. Soc. 1957, 16, 2 XVI.

    Google Scholar 

  5. Blakemore, F. & Stewart, J.: Studies on the magnesium content of cows in lactation tetany districts. Rep. Inst. Anim. Pat. Univ. Camb. 1934–35, 4, 103–110.

  6. Blaxter, K. L., Rook, J. A. F. & MacDonald, A. M.: Experimental magnesium deficiency in calves. J. comp. Path. 1954, 64, 157–185.

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  7. Breirem, K.: Fórnormer. K. K. Heje Landbruksalm. fork. utg. Oslo 1959, 102.

  8. Brouwer, E.: On the base excess, the alkali alkalinity, the alkalinity and the mineral rajtios in grass and hay with reference to grass tetany and other disorders in cattle. Brit. vet. J. 1952, 108, 123–131.

    Google Scholar 

  9. Brouwer, E. & Vliert, A. J. v. d.: Over de zuur-base-evenwichten in hooi in normaal gras en in gras dat aanleiding geeft tot haemoglobinurie (bloedwatern) of tot grastetanie (kopziekte) bij runderen. Meded. Landbouwhogesch. Wageningen, 1951, 51, 73–90.

    Google Scholar 

  10. Burt, A. W. A. & Thomas, D. C.: Dietary citrate and hypomagnesaemia in the ruminant. Nature 1961, 192, 1193.

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  11. Colby, R. W. & Frye, C. M.: Effect of feeding high levels of protein and calcium in rat rations on magnesium deficiency syndrome. Amer. J. Physiol. 1951, 166, 408–412.

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  12. Ender, F.: The tetany-paresis syndrome in cattle in relation to nutrition. E.P.A. Project No. 204. Sem. on Control of Diseases in Cattle and Sheep at Pasture (Utrecht) 1957, 75–90.

  13. Ender, F.: The general discussion, Conf. on Hypomagn., Proc. B.V.A. London, 1960.

  14. Ender, F., Dishington, I. W. & Helgebostad, A.: The magnesium problem in relation to the tetany paresis syndrome in dairy cows. Nord. Vet.-Med., 1957, 9, 881–917.

  15. Ender, F., Halse, K. & Slagsvold, P.: Studies on the importance of the dietary magnesium in the production and prevention of hypomagnesaemia. Rep. XIVth. Int. Vet. Congr. 1949, 3, 14–20.

    Google Scholar 

  16. Field, A. C., McCallum, J. W. & Butler, E. J.: Studies on magnesium in ruminant nutrition. Balance experiments on sheep with herbage from fields associated with lactation tetany and from control pastures. Brit. J. Nutr. 1958, 12, 433–446.

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  17. Fontenot, J. P., Miller, R. W., Whitehair, L. K. & MacVicar, R.; Effect of a high-protein, high-potassium ration on the mineral metabolism of lambs. J. Animal Sci. 1960, 19, 127–133.

    Google Scholar 

  18. Green, H. H.: Recent advances in our knowledge of diseases associated with mineral balance in the blood of ruminants. Vet. Rec. 1939, 51, 1179–1198.

    Google Scholar 

  19. Halse, K.: Investigations on serum phosphatase in dairy cows during hypomagnesaemia. Scand. Vet. Tidsskr. 1948, 38, 567–579.

    Google Scholar 

  20. Head, M. J. & Rook, J. A. F.: Hypomagnesaemia in dairy cattle and its possible relationship to ruminai ammonia production. Nature, 1955, 176, 262–263.

    CAS  Google Scholar 

  21. Head, M. J. & Rook, J. A. F.: Some effects of spring grass on rumen digestion and the metabolism of the dairy cows. Proc. Nutr. Soc. 1957, 16, 25–30.

    CAS  Google Scholar 

  22. Hegsted, D. M., Vitale, J. J. & McGrath, H.: The effect of low temperature and dietary calcium upon magnesium requirement. J. Nutr. 1956, 58, 175–188.

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  23. Horst, C. J. G. v. d. & Hendriks, H. J.: Balance trials with milking cows. T. Diergeneesk. 1958, 83, 1162–1174.

    Google Scholar 

  24. Hvidsten, H., Ødelien, M., Bærug, R. & Tollersrud, S.: The influence of fertilizer treatment of pastures on the mineral composition of the herbage and the incidence of hypomagnesaemia in dairy cows. Acta agric. scand. 1959, 9, 261–291.

    Google Scholar 

  25. Kemp, A.: Enkele waarnemingen over het natriumgehalte van weidegras in verband met het magnesiumgehalte van het bloedserum bij melkkoeien. Jaarboek I.B.S. 1959, 163–167.

  26. Kemp, A.: Hypomagnesaemia in milking cows: the response of serum magnesium to alterations in herbage composition resulting from potash and nitrogen dressings on pasture. Neth. J. agric. Sci. 1960, 8, 281–304.

    CAS  Google Scholar 

  27. Kemp, A., Deijs, W. B., Hemkes, O. J. & van Es, A. J. H.: Hypomagnesaemia in milking cows: intake and utilization of magnesium from herbage by lactating cows. Neth. J. agric. Sci. 1961, 9, 134–149.

    CAS  Google Scholar 

  28. Kemp, A. & VHart, M. L.: Grass tetany in grazing milking cows. Neth. J. agric. Sci. 1957, 5, 4–17.

  29. Kruse, H. D., Orent, E. R. & McCollum, E. V.: Studies on magnesium deficiency in animals. I. Symptomathology resulting from magnesium deprivation. J. biol. Chem. 1932, 96, 519–539.

    Google Scholar 

  30. Larvor, P. & Brochart, M.: Recherches sur le métabolisme du magnésium. I. Structure physique de la ration et magnésiémie; expérience préliminaire. Ann. Zootech. 1960, 9, 365–372.

    CAS  Google Scholar 

  31. Larvor, P., Brochart, M. & Ladrat, J.: Recherches sur le métabolisme du magnésium. II. Influence d’un supplément fibreux sur la magnésiémie des bovins a l’herbe. Ann. Zootech. 1960, 9, 373–378.

  32. Line, C, Head, M. J., Rook, J. A. F., Foot, A. S. & Rowland, S. J.: Investigations into the use of supplements for the control of hypomagnesaemia in dairy cows during the spring grazing period. J. agric. Sci. 1958, 51, 353–360.

    CAS  Google Scholar 

  33. Marr, A.: Hypocalcaemia and hypomagnesaemia in cattle. Vet. Rec. 1958, 70, 945–949.

    Google Scholar 

  34. McAleese, D. M. & Forbes, R. M.: Experimental production of magnesium deficiency in lambs on a diet containing roughage. Nature 1959, 184, 2025.

    CAS  Google Scholar 

  35. McTaggart, H. S.: Depression of serum Mg levels in ruminants by Vitamin D. Vet. Rec. 1960, 72, 1135.

    CAS  Google Scholar 

  36. Mershon, M. M. & Custer, F. B.: Tetany in cattle on winter rations. Part I — A clinical report. J. Amer. vet. med. Ass. 1958, 132, 396–400.

    CAS  Google Scholar 

  37. Meyer, H. & Steinbeck, H.: Der Einfluss hoher Phosphor- und Kaliumgaben auf den Magnesiumstoffwechsel beim Rind. Dtsch. tierärztl. Wschr. 1960, 67, 315–319.

    CAS  Google Scholar 

  38. Oyaert, W.: Grastetanie en voeding. Vlaams diergeneesk. T. 1953, 22, 139–151.

    Google Scholar 

  39. Plainer, W. S.: Effects of low temperature on magnesium content of blood, body fluids and tissues of goldfish and turtle. Amer. J. Physiol., 1950, 161, 399–405.

    Google Scholar 

  40. Platner, W. S. & Hosko, M. J.: Mobility of serum magnesium in hypothermia. Amer. J. Physiol. 1953, 17b, 273–276.

    Google Scholar 

  41. Rook, J. A. F.: Rapid development of hypomagnesaemia in lactating cows given artificial rations low in magnesium. Nature 1961, 191, 1019.

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  42. Rook, J. A. F.: Experimental magnesium deficiency in the cow. J. comp. Path. 1963, 73, 93–97.

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  43. Rook, J. A. F. & Balch, C. C.: Magnesium metabolism in the dairy cow. II. Metabolism during the spring grazing season. J. agric. Sci. 1958, 51, 199–217.

    CAS  Google Scholar 

  44. Rook, J. A. F. & Balch, C. C.: Magnesium metabolism in the dairy cow. III. The intake and excretion of calcium, phosphorus, sodium, potassium, water and dry matter in relation to the development of hypomagnesaemia. J. agric. Sci. 1962, 58, 103–108.

    Google Scholar 

  45. Rook, J. A. F. & Storry, J. E.: Magnesium in the nutrition of farm animals. Nutr. Abstr. Rev. 1962, 32, 1055–1077.

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  46. Rook, J. A. F. & Wood, M. J.: Mineral composition of herbage in relation to the development of hypomagnesaemia in grazing cattle. J. Sci. Food Agric. 1960, 11, 137–143.

    CAS  Google Scholar 

  47. Rosenberger, G., Weite, E. & Werk, O.: Versuche zur Klärung der Ursache der Weidetetanie des Rindes. Zbl. Vet.-Med. 1961, 8, 744–756.

    CAS  Google Scholar 

  48. Seekies, L.: The biochemical approach to animal disease. Vet. J. 1948, 104, 203–251.

    Google Scholar 

  49. Simesen, M. G.: Hypomagnesæmi — Græstetani. Nord. Vet.-Med. 1957, 9, 305–321.

    Google Scholar 

  50. Sinclair, K. B.: Serum calcium and magnesium levels in sheep infected with Fasicola hepatica. Vet. Rec. 1960, 72, 506.

    CAS  Google Scholar 

  51. Sjollema, B.: Over het Wezen en de Therapie van Paresis puerperalis. T. Diergeneesk. 1928, 55, 1017–1036, 1085–1105, 1121–1132, 1187–1205.

    Google Scholar 

  52. Sjollema, B.: On the nature and therapy of grass staggers. Vet. Rec. 1930, 10, 425–430, 450–453.

    Google Scholar 

  53. Sjollema, B.: Hetruw-eiwit, werkelijk eiwit en nitraatgehalte vans ons weidegras, zo mede de volledige analyse van eenige monster weidegras. Landbouwkundig Tijdschr. 1931, 43, 139–147.

    Google Scholar 

  54. Sjollema, B.: Die minerale Zusammensetzung von Weidegrasproben. Die Tierernährung 1932, 3, 507–519.

    CAS  Google Scholar 

  55. Sjollema, B.: Über die Ursachen und Folgen einer unausgeglichenen Aufnahme von Makroelementen durch die Milchkühe und ihr Bedarf an diesen Elementen. Futter und Fütterung 1954, Heft 38, 301–303.

  56. Sjollema, B., van Koetsveld, E. E., Grashuis, J. & Lehr, J. J.: Onerzoekingen over Kopziekte II. T. Diergeneesk. 1955, 80, 1111–1134.

  57. Sjollema, B. & Seekles, L.: Over de stoornissen der minerale stofwisseling bij kalf- en kopziekte. T. Diergeneesk. 1929, 56, 979–989.

    Google Scholar 

  58. Smyth, P. J., Conway, A. & Walsh, M. J.: The influence of different fertilizer treatments on the hypomagnesaemic proneness. Vet. Rec. 1958, 70, 846–848.

    Google Scholar 

  59. Swan, J. B. & Jamieson, N. D.: Studies on metabolic disorders in dairy cows. III. The effects of after-calving underfeeding and of thyroprotein dosing on the level of serum magnesium in dairy cows. N. Z. J. Sci. Technol. (A) 1956, 38, 363–382.

    Google Scholar 

  60. Udall, R. H.: Low blood magnesium and associated tetany occurring in cattle in the winter. Cornell Vet. 1947, 37, 314–324.

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  61. White, J. B.: The milk fever syndrome. Publ. Brit. Vet. Ass. 1953, No. 23, 35–49.

Download references

Author information

Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to I. W. Dishington.

Rights and permissions

Reprints and Permissions

About this article

Cite this article

Dishington, I. Changes in Serum Magnesium Levels of Ruminants, as Influenced by Abrupt Changes in the Composition of the Diet Effect of Oral Administration of Various Inorganic and Organic Compounds on the Serum-Magnesium Level. Acta Vet Scand 6, 150–177 (1965). https://doi.org/10.1186/BF03547074

Download citation