04第四章--实验动物环境控制

第四章实验动物的环境控制第一节实验动物环境第二节实验动物设施第三节特殊动物实验设施第四节设施的维护和管理第五节实验动物设施的环境监测基因型表现型演出型发育环境周围环境1959年Russell和Bruch提出的动物遗传和环境之间相互关系的学说在动物实验中。为了使动物经过实验处理后的反应保持稳定，就必须要求每个动物的表现型和演出型都保持稳定；而要求每个动物的表现型和演出型保持稳定，就必须对动物的生存环境进行控制。1959-1962年孕妇服用反应停后出生的海豹儿•环境对动物实验处理的影响R=(A+B+C)×D+E式中：R:实验动物的总反应A:实验动物种属的共同反应B：动物品种及品系特有的反应C:动物的个体反应（个体差异）D:环境的影响（包括实验处理）E:实验误差第一节实验动物环境一、实验动物环境的概念外环境大环境内环境小环境二、实验动物环境的分类及控制指标1.普通环境（conventionalenvironment）普通环境符合动物居住的基本要求，不能完全控制传染因子，但能控制野生动物的进入，适用于饲养普通级实验动物。普通环境温度犬、兔、猴、小型猪等控制在16-28℃，豚鼠、地鼠控制在18-29℃范围；日温差≤4℃，相对湿度控制在40-70%，换气次数最少8次/h。2.屏障环境（barrierenvironment）•屏障环境符合动物居住的要求，严格控制人员、物品和空气的进出，适用于饲育清洁级及无特定病原体级实验动物。•屏障环境是专门为清洁级、SPF级动物饲养和动物实验设计的环境，符合动物居住的要求。通过对出入屏障环境的人员、物品、动物和空气洁净度的控制，避免各种可能的传染因子传入屏障环境内；通过对温湿度、噪声和换气次数等各种理化因子的控制，给实验动物的繁育营造良好的环境。•屏障环境温度控制在20-26℃，日温差≤4℃；相对湿度控制在40-70%，换气次数控制在10-20次/h，空气洁净度7级。3.隔离环境（isolationenvironment）•采用无菌隔离装置以保持无菌状态或无外来污染物。隔离装置内的空气、饲料、水、垫料和设备应无菌，动物和物料的动态传递须经特殊的传递系统，该系统既能保证与环境的绝对隔离，又能满足转运动物时保持内环境一致。适用于饲育无特定病原体、悉生及无菌实验动物。•隔离环境温度控制在20-26℃，日温差≤4℃；相对湿度控制在40-70%，换气次数控制在10-20次/h，饲养无菌动物或悉生动物的隔离装置空气洁净度为5级。为了保证良好的隔离环境，隔离装置内外的静压差要保持在50Pa。指标单位范围其他温度摄氏（℃）20-26日温差≤4℃湿度相对湿度（%）40-70换气量次/小时≥15气流速度米/秒≤0.2梯度压差帕斯卡（Pa）≥10清洁走廊饲养室次清洁走廊空气洁净度级7级美国宇航局标准落下菌数个/平皿≤3氨浓度毫克/立方米（mg/m3）≤14噪声分贝（dB）≤60工作照度勒克斯（Lux）≥20012小时明12小时暗SPF动物实验室环境控制指标环境分类使用功能适用动物等级普通环境---实验动物生产、动物实验、检疫普通动物屏障环境正压实验动物生产、动物实验、检疫清洁动物、SPF动物负压动物实验、检疫清洁动物、SPF动物隔离环境正压实验动物生产、动物实验、检疫SPF动物、悉生动物、无菌动物负压动物实验、检疫SPF动物、悉生动物、无菌动物不同实验动物环境的使用功能和适用动物等级1.保证实验动物健康和质量标准化。2.保障实验研究获得正确结果。3.合乎标准的环境为动物实验工作者提供适宜的工作环境，避免不利的因素对人的伤害。实验动物环境控制的意义第二节实验动物设施•实验动物设施是为实验动物和动物实验提供能够控制的、稳定的、适合实验动物生长/繁殖环境•依据功能，可分为生产繁殖设施动物实验设施一、普通设施普通设施应符合普通环境控制要求，用于饲养普通级动物。设施通常为单走廊专用房舍，有空调和送、排风装置，有防野鼠、防昆虫措施。此外还应配置动物实验室、手术室、清洗室、笼器具和饲料垫料仓库。因普通级大动物粪尿排泄量大，在设施建造设计时应注意足够的通风换气量和通畅的下水管道。笼具要定期清洗消毒，饲料应确保未污染和霉变。工作人员进入时应采取一定的防护措施，如穿着工作服，戴口罩、帽子和手套。二、屏障设施根据屏障控制规模的大小，分为：1.全屏障系统2.屏障单元：单间饲养室/动物实验室净化控制双走廊屏障系统内人、动物、物品的移动路向全屏障系统•一般设计为双走廊或三走廊•空气要经过初、中、高效三级，其空气洁净度要达到10000级。•屏障系统内保持正压，通过设定清洁走廊、饲养室/动物实验室和污物走廊之间的压差调节气流走向。•屏障系统的出入口一般都设两道门，形成缓冲间（气闸），防止开门时外界空气逆流进入屏障系统内。1.气流走向清洁走廊饲养室/动物实验室次清洁走廊外部区域2.人员走向：更衣室淋浴（风淋）清洁走廊饲养室/动物实验室次清洁走廊更衣室3.物品移动走向耐高压物品：物品高压灭菌内准备室清洁走廊饲养室/动物饲养室次清洁走廊外部区域不耐高压物品：物品传递窗喷雾消毒内准备室清洁走廊饲养室/动物饲养室次清洁走廊外部区域屏障系统内人流、物流、气流走向（以双走廊为例）3.局部屏障设备：层流架独立通气笼盒（IVC）层流架独立通气笼盒（IndividuallyVentilatedCages，IVC）三、隔离设施•隔离设施是采用特制的隔离装置以营造与外界隔离的环境，用于无菌动物的制备、无菌动物和悉生动物的维持和动物实验。亦可用于SPF动物的保种和一般的感染性试验。可置于室内普通环境中运转。•无菌隔离器可用硬质或软质材料制成。硬质材料采用PVC塑料或不锈钢，软质材料通常采用聚乙烯透明塑料，通气后鼓胀成型。•目前全世界应用最广泛的是聚氯乙烯全透明薄膜隔离器。隔离器的基本构造示意图第三节特殊动物实验设施•感染性动物实验设施•放射性动物实验设施•特殊化学物质动物实验设施危险度1级（无或极低的个体和群体危险）不太可能引起人或动物致病的微生物。如大肠杆菌、乳酸杆菌等危险度2级（个体危险中等，群体危险低）病原体能够对人或动物致病，但对实验室工作人员、社区、牲畜或环境不易导致严重危害。实验室暴露也许会引起严重感染，但对感染有有效的预防和治疗措施，并且疾病传播的危险有限。如伤寒杆菌、沙门氏菌、致病性大肠杆菌等危险度3级（个体危险高，群体危险低）病原体通常能引起人或动物的严重疾病，但一般不会发生感染个体向其他个体的传播，并且对感染有有效的预防和治疗措施。如霍乱弧菌、炭疽杆菌等危险度4级（个体和群体的危险均高）病原体通常能引起人或动物的严重疾病，并且很容易发生个体之间的直接或间接传播，对感染一般没有有效的预防和治疗措施。如SARS病毒、甲流病毒等WHO《实验室生物安全手册》第三版中文版感染性微生物的危险度等级分类感染性动物实验设施•设计理念•防护措施：二段封闭防护：病原体和人隔离开，感染性实验室和外界环境隔离开。•感染性动物实验室的等级ABSL-1（Animalfacility-BiosafetyLevel-1，P1)ABSL-2（Animalfacility-BiosafetyLevel-2，P2）ABSL-3（Animalfacility-BiosafetyLevel-3，P3）ABSL-4（Animalfacility-BiosafetyLevel-4，P4）不同级别感染性动物实验室的要求•ABSL-1适用：危险度1级（无或极低的个体和群体危险）动物饲育室要求：①饲育笼具应有防逃出装置；②感染实验区应与其他区域分开,有防昆虫和啮齿类动物侵入的装置；③靠近出口处设洗手池；④地面、墙壁应使用耐水耐消毒药的材料。ABSL-2适用：危险度2级（个体危险中等，群体危险低）ABSL-2是在ABSL-1的操作规范、处理方法、安全设备和实验室要求的基础上建立起来的。饲养室门应保持关闭，有明显的“生物危害”标志牌。动物饲育室要求：（1）应分别设置动物饲育室和实验操作室、检疫观察室。动物实验宜在隔离器、IVC和生物安全柜内进行。（2）门应带锁、可自动关闭。实验室的门应具有可视窗。动物实验室不宜设下水地漏。（3）应设置恒温恒湿空调通风系统和空气净化机组，一般宜采用全新风。（4）应配备高压蒸汽灭菌器。（5）污物处理应保证满足实验室运转和控制污染的要求。固体废弃物经高压蒸汽灭菌后交环保部门统一处理；污染的废水必须经过有效消毒。有害污染废弃物要与一般废弃物分开放置（6）应有可靠的电力供应和应急照明。保证紧急情况下基本设备的用电需要。(7)应按规定设置火灾报警、消防器材以及洗眼设施。ABSL-3适用:危险度3级（个体危险高，群体危险低）•三级实验动物生物安全实验室（ABSL-3）适用于饲养接种了危险度3级微生物的动物。这种病原微生物对人体、动植物或环境具有高度危险性，主要通过气溶胶使人传染上严重的甚至是致命疾病，或对动植物和环境具有高度危害的致病因子。实验人员需接受过专门操作训练，并由具有上述工作经验的能胜任的科学人员监督管理。•ABSL-3要有双重密封门或气闸室（缓冲隔离室）和外界隔离的实验区。外部空气通过高效过滤器送入室内，排出的空气亦需经高效过滤器过滤。感染材料的所有操作应在生物安全柜内或其他封闭设备内进行。所有传染性液体或固体废弃物应先经过高温高压或化学处理去除污染后再处理。ABSL-3设施设备要求：（1）应为全封闭系统，有清洁区、半污染区和污染区组成，各区之间设缓冲间。（2）室内配管线应内藏，适应熏蒸消毒和冲洗消毒的需要。（3）动物饲养区和生物安全柜内应保持负压，排出的气体应经过高效过滤器过滤。（4）每个动物实验室出口处附近要有自动开关洗手池。（5）在适当的位置安置高压灭菌器，感染性废弃物在运出ABSL-3前必须经高压灭菌。•ABSL-4•适用:危险度4级（个体和群体的危险均高）•四级实验动物生物安全实验室（ABSL-4）是最高度安全实验室。适用于未知的或能引起致命疾病的，对个人有高度风险的病原体的工作。实验人员应经过专门的操作培训，并由有经验的科学人员监督管理。采用独立的建筑物内用隔离区和外部隔断的构造。根据相应的隔离等级使室内保持负压。在密封型(即Ⅲ级)生物安全柜内进行实验，工作人员应穿上通过维持生命装置换气的整体式正压个人防护服。非本区的工作人员严禁入内。ABSL-4在ABSL-3设施设备的基础上，还要求：（1）独立的建筑物，应设置隔离区和一定的相关区域。（2）墙、屋顶应耐水和封闭，排气管、电线、煤气、水管等也应封闭。（3）必须通过气锁缓冲室才能进入设施。气锁缓冲室的洁净侧与限制侧之间必须有更衣室和淋浴室隔开。（4）进入实验室的气体应经高效过滤，排出的气体应经二层高效过滤器过滤后再排出。（5）一切动物饲育实验应在完全密闭、安全的隔离工作台内进行。感染区域应设有双门高压灭菌器、消毒药槽及二重门的器材移动出入口(传递间)。（6）从实验室内排出的水应经120℃加热灭菌，冷却后再排入普通下水道。二、放射性同位素动物实验设施放射性同位素动物实验设施(简称RI动物实验设施)。设施要求防止放射性同位素对人的影响，防止射线对一般动物和环境的放射能污染及同位素的泄漏。其要求应按国家有关规定执行。三、特殊化学物质动物实验设施用化学物质制作动物模型或作安全性试验等的特殊动物实验对实验者及有关人员的健康有一定影响，如：致癌性物质等，其设施与设备必须防止对人的危害和对实验场所及周围环境的污染。复习题1.如何理解Russel和Bruch的动物的遗传与环境之间相互关系的学说和动物对实验处理的反应式R=(A+B+C)×D+E。2.普通环境、屏障环境、隔离环境各饲养什么级别的实验动物？3.什么叫屏障环境？屏障环境是通过控制什么，避免各种可能的传染因子传入屏障环境内？4.在双走廊屏障系统中，人、动物、物品的移动路向是怎样的？5.国家标准中对SPF动物实验室的环境控制指标有哪几项？其正常范围是多少？6.ABSL-3和ABSL-4对动物饲育室有什么要求？