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家畜体热平衡

简介

家畜产热与散热两个对立过程保持动态平衡的生理现象。家畜均属恒温动物,其身体内部温度在热环境变化的一定范围内是相对恒定的,这是区别于变温动物的基本特征之一。恒温动物体温的相对恒定,是靠其体热调节机构调节产热量和散热量,使两者保持相对平衡而实现的,即

Hp=±Hr±Hcr±Hcd±He±Hf±Hs

式中 Hp为家畜产热量;Hr、Hcv和Hcd分别为辐射、对流和传导的得热或失热量(此三者统称非蒸发散热);He为蒸发失热量;Hf为加热或冷却饲料和饮水至体温时的得热或失热量;Hs为家畜体内热量的盈亏情况。家畜产热和散热过程,都受自身和环境诸多因素的影响,其中影响较大、变化较多的是热环境因素,包括温度、湿度、气流、热辐射,它们的变化直接影响家畜的四种散热(见家畜散热)。为保持体热平衡(使Hs=0),家畜首先调节的是散热量,即首先进行物理调节,当仅靠物理调节不能保持Hs=0时,还必须调节产热量,即化学调节。但家畜的热调节能力是有限的,当环境变化超出其调节范围时,体热平衡将遭破坏:或产热多于散热,体内积热,即Hs>0,体温升高;或散热多于产热,机体失热过多,即Hs<0,体温下降。

物理调节 表现为行为学的、生理学的和形态解剖学的。行为学的体热调节主要受神经支配,反应快速有效,如在低温时,动物互相依偎,身体蜷缩,以减少有效散热面积。此外家畜还可借助蓬松被毛,以提高体表绝热能力,寻找避风、向阳的地方,以减少对流散热和增加辐射得热。在高温情况下,家畜常用伸展身体,群体散开,毛被紧贴体表,寻找阴凉、通风处休息,增加饮水量,减少活动,在积水处浸湿体表等方法增加散热。生理的体热调节受神经和内分泌支配,主要表现是呼吸及心血管系统的活动和汗腺的分泌。在高温情况下,外周血流量增加,以提高皮温,加大散热表面与环境之间的温差,加速非蒸发散热;通过增加饮水量和心搏加速,可使血液变稀,使外周血流量加大,而增加皮肤蒸发散热。有汗腺的动物,则表现为在神经和内分泌调控下,大量泌汗,以增加皮肤蒸发。当环境温度接近皮温时,非蒸发散热作用已很小,家畜必须加快呼吸(出现热性喘息),以增加呼吸蒸发散热。在低温情况下,家畜靠减少外周循环血量,以缩小皮肤与环境间的温差和减少皮肤水分的蒸发。同时汗腺停止活动,呼吸加深变慢,以减少皮肤和呼吸蒸发散热。较长时间的冷、热刺激,可引起形态解剖学的适应性变化,以利增强或减弱散热,如冬季生长绒毛,皮肤和皮下脂肪增厚,可提高体表绝热,以减少散热;而夏季则表现出相反的变化。长期生活在寒冷或炎热地区的动物,皮肤、被毛、呼吸和心血管系统,都具有有利于体热调节的构造,这是长期自然选择的结果。

化学调节 主要表现为神经和内分泌支配的生理调节,在低温情况下,产热的增加可分为颤抖产热和非颤抖产热,前者是对冷刺激的快速反应,一般可使产热在原有基础上增加3~5倍,颤抖产热受丘脑下部后侧颤抖中枢支配,引起骨骼肌不随意收缩而产热,但这种产热多释放于体表,对维持体内温度效果不大。非颤抖产热表现为全身代谢率提高,首先是由于交感—肾上腺髓质系统兴奋,肾上腺素和去甲肾上腺素分泌加强,使各部位产热量增加,随后,丘脑下部释放的神经激素,促进腺垂体分泌促甲状腺激素、促肾上腺皮质激素。特别是甲状腺激素分泌加强,对持久、有效的增加产热起主要作用。与此同时,家畜采食量增加,以提高增生热和增加食入能。在高温情况下,与上述神经内分泌活动相反,采食量减少,并力图减少产热。

等热区 指家畜仅靠物理调节即可维持体热平衡的环境温度范围(见图)。在等热区范围内有一温度范围(如图中AA’),动物几乎不必进行调节,即可维持体热平衡,该范围称为“舒适区”。环境温度超过舒适区,在等热区范围内的AB或A’B’之间变化时,动物只需要进行物理调节,以减少或增加散热,即可维持体热平衡。在整个等热区(BB’)范围内,因不必进行化学调节,因而用于维持正常体温的产热最少,故产热处于相对最低水平。如环境温度低于等热区的下限B时,家畜仅靠物理调节减少散热,已不能维持体热平衡,这时必须增加产热以补偿过多的热损失保持体热平衡。家畜开始进行化学调节使产热增加的环境温度(B点),称为“临界温度”或“下限临界温度”。环境温度低于B点下降越多,产热愈多,但机体的产热能力是有限的,代谢强度不能无限度地提高。当环境温度降至C点时,机体代谢强度已达极限,称为“极限代谢”。成年家畜的极限代谢约为基础代谢的3~4倍,有些啮齿类动物可高达8倍。如果环境温度低于极限代谢温度C时,由于散热继续增加,而产热已达极限,则体热平衡破坏(Hs<0),这时体温随环境温度降低而迅速下降。同时,产热也失去生理控制,转而受范特荷甫(Van’t Hoff)定律的支配,即温度每升高或降低10℃,生化反应速度加快或减慢1~2倍,于是产热反随环境温度下降而减少,进一步加速了体温的下降,直至冻死。当环境温度高于等热区的上限B′时,家畜仅靠增加散热的物理调节已不能维持体热平衡,因而必须同时进行化学调节以减少产热,使动物开始减少产热的环境温度B′,称为“上限临界温度”或“过高温度”。但这时的体热调节并不像低温时那样有效,能保持体热平衡的范围也较窄(B′C′),这是由于增加散热的物理调节,会使心血管系统活动加强,呼吸加快,结果导致机体的物质代谢和气体代谢加强,产热也随之增加。当环境温度升至C′时,不仅靠增加散热和减少产热已无法维持体热平衡,同时,产热调节也失去生理控制,转而受范特荷甫定律支配,随温度升高产热增加,最终体热平衡遭破坏,体内积热(Hs>0),体温升高,直至热死。

环境温度与家畜体热调节温度范围的关系

等热区的高低、宽窄,受家畜种类和品种、年龄和体重、饲养水平、营养和健康状况、被毛状况、饲养管理工艺以及气象条件等因素的影响,其变动范围较大。不同种类的家畜,一般是体型较大而单位体重体表面积较小者,等热区较低,临界温度也较低,较耐寒而不耐热。同种家畜的不同品种,由于对气候的适应能力不同,等热区的高低和宽窄也不相同。同品种家畜中,年龄和体重较小者,因体热调节机能(特别是产热机能)不完善,体表面积相对较大,故等热区较高,范围较窄,如初生仔猪和雏鸡等热区分别为33~34℃和34~35℃,随年龄和体重的增长,等热区下降变宽,如10、60和100千克的猪,其临界温度分别为25℃、14℃和10℃。饲养水平不同,增生热也不同,饲养水平愈高,增生热愈多,因而可使家畜临界温度降低,使耐寒力提高。营养和健康状况好的个体,其等热区较宽,临界温度较低。饲养管理工艺对家畜的等热区也有重要影响,如群养有利于低温时家畜的行为学体热调节,故临界温度降低,耐寒力提高。除环境温度下,其他热环境因素(湿度、气流、热辐射)也影响动物的等热区。由于湿空气导热性和热容量均大大高于干空气,在低温时高湿会促进辐射和传导散热,提高家畜的下限临界温度,降低其耐寒力;高温时家畜以蒸发散热为主,而高湿会阻碍蒸发散热,使家畜上限临界温度下降,其耐热力也随之降低。显然,高湿对高温或低温时的体热调节均不利。气流可促进家畜的对流和蒸发散热,低温时使临界温度升高,降低家畜耐寒力;而高温时,则使上限临界温度提高,从而提高家畜的耐热力。热辐射(太阳辐射、供暖设备等)使动物上、下限临界温度均降低,故低温时有利于热调节,而高温时则不利于热调节。

英文

thermal balance of livestock