家畜环境卫生学：第二章 温热环境

第二章温热环境第一节体温与畜体热调节温热环境温热环境（ThermalEnvironment）是影响动物散热量和能量代谢并且与体温调节密切相关的物理环境，它包括温度、湿度、气流和辐射热四个物理（气象）因素。

温热环境的四个要素主要通过影响动物体的显热散热（辐射、传导、对流）和潜热散热（蒸发）而作用于体热平衡，因为采食量是影响产热量的最重要因素之一，故而一些研究者将采食量（或产热量）列为温热环境因素。

一、体温、皮温和平均体温体温（bodytemperature）一般为深部的温度（deep-bodytemperature），或称为体核温度（coretemperature）。家畜深部体温的测量比较困难，生产上常用易于测定的直肠温度（rectaltemperature）来代表平均皮温平均皮温mTs=0.25T躯干上部+0.25T躯干下部+0.32T四肢上部+0.12T四肢下部+0.02T垂皮+0.04T耳

（据Mclean等,J.AgricSci,100:305,1983）

平均体温与体蓄热量平均体温Tb=0.86Tr+0.14mTs

式中：Tr

：深部体温（=直肠温），mTs：平均体表温。体蓄热量（Heatstorage,S）S可以用机体成分的比热和平均体温算出，动物体比热的平均值为3.47kJ/kgK。体热平衡（Heatbalance）产热量（Heatproduction,HP）和散热量（Heatloss,HL）相等（HP=HL）被称之为体热平衡。

HP=HL+ΔS，因此，只要ΔTb→0，则可以判定是是否处于体热平衡状态，由于，深部体温的权值较大，如若直肠温（Tr）和膣温（Tv）趋于稳衡亦可判定为体热平衡。故而，体温水平的上升和下降不是体热平衡与否的判定标准，无论低温下直肠温度下降到38℃或高温下直肠温上升到40.8℃，只要时间性变化趋于零，则可以判定达到新蓄热量条件下的体热平衡。

二、产热畜体的热源主要有内部和外部两个方面。内部主要产自体内营养物质的氧化，其热能代谢的强度我们又称为“代谢率”（metabolicrate）。1．基础代谢产热（basalmetabolismheatproduction）家畜在饥饿、休息、气温适宜和消化道中无养分可吸收状态下维持生命活动的产热量。因此常称为“饥饿代谢”（fastingmetabolism）或“标准代谢”（standardmetabolism）产热。

代谢体重人们目前常用下式计算成年动物的基础代谢产热量，而把式中的W0.75称为“代谢体重”。基础代谢=293W0.75（KJ/日）式中W为体重kg，293为每Kg代谢体重的日平均产热量（KJ）。2．热增耗（heatincrement）当动物休息于舒适的环境中，其产热量决定于采食量。饥饿的动物采食了饲料后，还没有完成消化、吸收，但体内已产生一定的热量，以前，生理学上常称为“特殊动力作用”（Specificdynamicaction,SDA），或叫“增生热”，现称“热增耗”。3．肌肉活动产热（10%）4．生产产热三、体热的散发1．辐射散热（radiantheatloss）史蒂芬一玻尔兹曼定律（Stefan-BoltzmannLaw），与其绝对温度的4次方呈正比。HR=σT42.传导散热（conductionheatloss）

Hc=AsK（Ts-Tm）3．对流散热（convectionheatloss）Hv=Ash（Ta-Ts）辐射、传导和对流散热，又合称为“可感散热”（Sensibleheatloss），或“非蒸发散热”和“显热散热”。4．蒸发散热（evaporationheatloss）（1）皮肤蒸发皮肤的蒸发机制有二：渗透蒸发，即皮肤组织水分通过上皮向外渗透，在皮肤表面蒸发，因为渗透蒸发不见有水滴，常称为“隐汗蒸发”。在一般天气条件下，人每天的隐汗（insensibleperspiration）蒸发量达600-800ml，为呼吸蒸发的二倍。出汗蒸发，即通过汗腺分泌，使汗液在皮肤表面蒸发。出汗多时，每见皮肤表面有水滴残留，故又称为“显汗蒸发”。除马属动物外，家畜的汗腺机能都不发达或无汗腺，显汗（sensibleperspiration）蒸发较少。（2）呼吸道蒸发

He=KAeVn（Ps-Pa）

蒸发散热又称为“不可感散热”（en-sensibleheatloss），或“潜热散热”（latentheatloss）第二节恒温动物的体温调节要点等热区体温调节颤抖非颤抖寒冷适应热适应

等热区（ThermalNeutralZone）

无须增加能量（energy）去维持bodytemperature

主要依赖散热调节adjustingrateofheatloss符合傅立叶定律Fourier’sLawofHeatFlowQ=C(Tb-Ta)低温Hypothermia在临界温度以下，基础代谢率（basalmetabolicrate）不足以抵消散热量.动物必须增加代谢率克服散热量.如果温度低于临界温度则进入了动物低温区如若不能积极地增加代谢率则陷入低体温状态甚至致死高体温Hyperthermia超过临界温度的上限难以调节散热量.绝食（fast）和生产的代谢产热量难以散出。除非积极地启动散热机能，否则体温增加发汗（Sweating）和喘息（panting）.产热恒温动物用以维持内核温度调节方式.依靠化学性代谢调节产生热能Thermogenesis:颤抖Shivering利用肌肉收缩产生热能

收缩性骨骼肌群之肌紧张短时间的颤抖肌肉活化释放ATP水解供给收缩之能量拮抗肌互动Thermogenesis:

非颤抖Nonshivering脂肪代谢酶系统活化交感神经系统（sympatheticnervoussystem，SNS)活化.脂肪氧化供能仅有少数能量以ATP方式蓄积两种调节机制SNS活化脂肪细胞正常ATP代谢途径ATP水解提供做功和热量褐色脂肪组织（BrownFat）AdaptationsforColdEnvironments竖毛（Fluffing）下临界温度皮肤的竖毛肌（pilomotormuscles）使被毛或羽毛竖立提供厚空气层AdaptationsforColdEnvironmentsQ:

Whichanimalwouldbeabletostaywarmerandwhy?AdaptationsforColdEnvironments北极熊（POLARBEAR）大动物有较低传热比b/c通常具有较大隔热性（insulation）单位体积的表面积相对小散热少AdaptationsforColdEnvironments隔热（Insulation）:

鲸脂Blubber皮下脂肪组织比海水低的传热系数（thermal

conductivity）流经的血液量少脂肪外面可接近环境温度AdaptationsforColdEnvironments隔热Insulation:褐色脂肪在鸟类和许多哺乳类均有发现主要在肩胛骨（scapula）产热迅速中间分布大量的血管和线粒体脂肪细胞自身氧化细胞中有许多脂肪代谢酶UniversityofCaliforniaDavisAdaptationsforColdEnvironments血液流动寒冷时哺乳动物皮下细动脉收缩（Vasoconstrictionofarterioles）核心部位蓄热

鲸鱼显得尤为重要依赖于限制体表血流量较大限制血流量=提高隔热层的功能第三节散热与体温调节反应的关系产热量和散热量深部体温与呼吸数环境温度(Te)乳中温度(Tmilk)41403938平均体表温和显热散热Heattransferfromanelephantpinna（大象耳廓）attwoambienttemperatures.深部体温呼吸数和潜热散热量猪和牛的差异平均体表温呼吸数和热流量平均体温和热流量、隔热特性平均体温和散热量、隔热特性PigHuddlingat33.3℃and0.150m/sPigHuddlingat33.3℃and0.363m/sPigHuddlingat29.4℃and0.263m/sPigHuddlingat23.9℃and0.264m/sHeatstresscontrol

measuresforoutdoorsowsusingshade(遮荫)andwallows（泥浴）.AirTemperatureDryClimateHumidClimateMarginal:lessthan21℃noactionneededaccesstowallowrequiredWarm:22-27℃accesstowallowrequiredaccesstowallowrequiredHot:28-35℃accesstowallowrequiredshadedwallowVeryhot:36-46ºFshadedwallowshadedwallowRespiratoryrates(RR,mean,pooledSE=9.1breaths/min)andairtemperaturesforindoorandoutdoorgestatingandlactatingsows(n=6/condition).Indoorsowshaddripcoolingwhileoutdoorsowshadmudwallows.IndoorOutdoorItemTempºCRRbreaths/minTempºCRRbreaths/min妊娠3367.83332.7哺乳2852.23337.5Average60.035.1mudwallows屋顶隔热WallowTips足够面积（二倍）泥浆不应过浓厚-可流动设有供饮用清水在过高温时，应可遮荫第四节体温的日节律结果产热量和安静时产热量行动量和产热量横卧·伏卧立位昼与夜的行动量、姿势行动量分布第五节生产与健康MEIntake(M/day)Temperature℃Relationshipbetweenthemetabolicenergy(ME)intakeofpigsandtheenvironmentaltemperature.EnergyUseinSwineME=GE-FE-UEME=HI+NEm+NepHP=NEm+HIME=HP+NEp适宜温度OptimumTemperaturesEnvironmentalNeedsFarrowing–sows17℃,someairvelocityinwarmweather;pigs35℃,noairvelocity3-weekoldpigs–30℃,littleairvelocity5-weekoldpigs–26℃reduceslowlyto21℃by8weeksold,littleairvelocityGrowing-Finishingpigs–16-20℃,someairvelocityinwarmweather.Breedingstock–16℃,airvelocityinwarmweather.Recommendedthermalconditionsforswineusedinagriculturalresearchandteaching.

AdaptedfromtheAgGuide(FASS,1999).Type&weightPreferredrangeaLowerextremebUpperextremecLactatingsow&litter59-79ºF(15-26℃)forsow;pigletshave90ºF(32ºC)minimumcreeparea77ºF(25℃)creeparea;60ºF(15℃)sowarea90ºF(32℃)forsow;nopracticalupperlimitforpigletsPrenursery,3-15kg(7-33lb.)79-90ºF(26-32℃)59ºF(15℃)95ºf(35℃)Nursery,15-35kg(33-77lb.)64-79ºF(18-26℃)41ºF(5℃)95ºF(35℃)Soworboar,>100kg(>220lb.)50-77ºF(10-25℃)4ºF(-20℃)90ºF(32℃)2-daylagogmeanTHI3432302826242220181620Milkyield,kg/d2-daylagogmeanairT222018161412DMI,kg/dDMI,kg/d3738394041422-daylagofmilktemperature2-daylagofmilktemperature373839404142Milkyield,kg/d热与繁殖母猪：静默发情、前30流产、增加死胎中期胚胎无影响（Omtvedtetal.，1971）妊娠前5天关键期（Thomkinsetal.1967）公猪：主要影响未成熟精子，3-10周精液希薄，29度保护、但性欲降低40度(Stone,1982)。哺乳期：奶、重降低(McGloneetal.1988）高温和死亡率SOD，是英文

SuperoxideDismutase的缩写

制造

SOD植物：豆类及谷类或植物胚珠经特殊化学处理可以分离出

SOD动物：牛的血液中也可分离出

SOD。

Research:NaturalSelectiononThermogenicCapacityofhighAltitudeDeerMiceBackgroundSeverecoldexposurecanelicitmaximalrateofheatproductionthroughthermogenesis.Inanaerobicorganism,thisisreflectedbythemaximaloxygenconsumption(VO2max)TheconnectionbetweenVO2maxbasalmetabolicrateisakeyfeatureinthehypothesisfortheevolutionofendothermy.BecauseVO2maxsetstheupperlimitstobothheatproductionandsustainedactivitytheycouldexaminehowselectionmightactonVO2max.ObjectivesTotestwhetherthephenotypicselectionactedonthethermogeniccapacityofhighaltitudedeermiceMethodsAnalyzedphenotypicselectiononalongitudinalsampleofdeermice.MiceweretrappedAttheWhiteMountainResearchStationusingShermanlivetrapsandweighed.VO2maxwasmeasuredbyplacingmiceinawindtunnelinsideanenvironmentalchamberwithhighcoolingcapacity.Thetemperaturewasreducedtoabout–10to–15Coverthecourseof15min.TheoxygenconsumptionwasmeasuredbyusingtheinstantaneousmethodsdevelopedbyBartholomewin1981.Thetestendedwhenrapidlydecliningoxygenconsumptionindicatedthatthemouse’sthermogeneticcapacityhadbeenexceeded.TheVO2maxwasretestedforeachmousethenextday.Methods(Continued)Themicewereeartaggedandimplantedwithapassiveintegratedtransponderforrecapture.Micethatwerethenrecapturedtwomonthslaterandassignedanabsolutefitnessof1andthosethatwerenotwereassignedanabsolutefitnessof0.TheVO2maxandbodymassofeachmousewasre-measuredThedirectionalselectiongradientwasestimatedbyregressingrelativefitnessonVO2maxandlog10ofbodymass.Standardizedselectiongradientswerecalculatedbymultiplyingthepartialregressioncoefficientsfortherawphenotypicvariablesbytheirstandarddeviations.

ResultsIn1995directionalselectionforVO2maxincreased,butnotduring1996.Selectionfordecreasedlog10masswassignificantduringthesecondboutin1996.NeitherVO2maxorlog10massdifferedbetweenmalesandfemalesatanytime.Fig.1Fig.2Survivors

NotRecapturedConclusionsStudyprovesthefirstevidencetodateof