影响实验动物的环境因素

影响实验动物的环境因素摘要实验动物在生命科学研究领域中的应用不断发展,其饲养环境问题已越来越被国际所关注。实验动物几乎终身被限制在一个有限的环境中生活，这种环境就成了实验动物赖以生存的条件。良好的实验动物环境不仅是对动物本身的保护,更重要的是对动物试验结果的保证。本文详细论述了气候因素(温度、湿度、通风等方面)、理化因素(噪音、粉尘、光照)、居住因素（饲养器具、垫料）、生物因素（饲养密度）及营养因素（饲料、矿物质、维生素）对实验动物的影响。关键词实验动物环境；影响因素实验动物(Laboratoryanimals)是指经人工培育，对其携带的微生物和寄生虫实行控制，遗传背景明确或者来源清楚的，用于科学研究、教学、生产、检定以及其他科学实验的动物。实验动物生长发育、繁殖交配所赖以生存发展的特定场所和外在条件，称为实验动物的环境。可将其分为外部环境(OutsideEnvironment)（指实验动物和动物实验设施以外的环境）和内部环境(InsideEnvironment)（指实验动物和动物实验设施内部，即动物直接生活的场所）。影响实验动物的环境因素有：气候因素、理化因素、居住因素、生物因素和营养因素。1.气候因素影响实验动物的环境因素气候理化居住生物营养影响实验动物的气候因素主要有温度、湿度、气流、风速、换气次数等，本文主要叙述以下几种：1.1温度外环境温度随季节交替而变动，并与设施所处的地理位置相关联，即使在一昼夜内温度也有很大变化。温度是影响动物代谢和行为的最主要的环境因素，温度同时影响实验数据的可靠性，实验动物设施建立精确的温度控制是必要的，不同动物的环境温度应该保持在不同的范围还应该强调的是标准给出的温度只适合成年的普通的动物，新生的、幼小的、无毛的、刚做过手术的、生病的或者受伤的动物一般情况下要求更高的温度水平，确定温度控制的前提是要依据动物体温的变化、动物特殊的生理状态或者实验步骤要求。1.2湿度外环境空气中含有水汽，因而为湿空气。湿空气中含水汽的多少用绝对湿度和相对湿度来表示。绝对湿度是指每立方米空气中实际的含水量；相对湿度是把湿空气中的实际水蒸气分压与该温度状态下能够存在的最大水蒸气压之比，用“％”表示。湿度过高或过低都会影响实验动物生长发育及健康状况。一般认为在40％～70％相对湿度范围内，实验动物能很好适应。某些物种，例如大鼠和沙鼠，相关的湿度需要控制在相当窄的范围内来减少可能出现的健康或福利问题。有一些物种，例如狗，可以忍耐很大的湿度范围。欧洲啮齿类动物饲养设备内的相对湿度要求保持在45%～65%之间。但是沙鼠的相对湿度应该保持在35%～55%之间，兔子饲养设备内的相对湿度应该不少于45%，猫可以在一个很宽的相对湿度波动范围内生活而不会产生不良影响[1]。1.3通风通风的主要目的是提供充足的质量符合的新鲜空气以及将气味、有毒气体、粉尘和传染源控制在最低水平，同时消除热量和湿气[2］。动物饲养间里的空气最好是不间断地更新。动物饲养间必须有足够通风，如果周围空间使用机械通风并过滤进入室内的空气，或者其他类型的对周围空间设置特殊的独立空气供应(即，供应空气并非来自室内)时，不对动物饲养间进行通风也可以有效解决动物的通风需求，除非周围空间自身通风不足。如果动物饲养间内没有足够的微粒产生及气体过滤设施能解决污染的危险，可以在动物饲养间内使用循环气体进行通风有毒或容易引发气味的气体，如氨气，需要用通风系统排除，并被不含或者仅含有较低浓度该气体的空气取代。2.理化因素影响实验动物的理化因素主要有臭气、CO2、粉尘、噪音、光照、消毒剂和有害化学物质等，本文主要叙述以下几种：2.1噪声噪声是指频率高、声压大、带冲击性具有复杂波形的声音。噪声不仅影响实验动物的生长发育和各种生理常数，而且还影响实验动物的繁殖生长。噪音是干扰动物的一个重要环境因子。高噪音水平或突然的噪音会导致动物紧张。除了影响动物福利之外还可能影响实验数据。人类听力范围内的噪音和超声(超声是超过人类听力范围，一般情况下是接近20Hz的声音)都应该降到最低，尤其是动物休息的时候。噪音的强度、频率、启动速率、持续时间、声音产生的震动等都会对动物产生影响，当然这与不同的动物种类或品系的听力范围、噪音接触经历及声效敏感性有关总体上讲，动物饲养间噪声控制非常重要，既要减少对动物产生的伤害，又要充分考虑职业安全与健康的要求。警报系统警铃的声音应该设在动物听力敏感区外。房间和走道的布置是影响听觉环境的主要因素，应该在设计中考虑到。房间中应该提供一定的噪音隔离和吸收材料。喧闹型动物(如犬、猪、山羊以及非人灵长类)与安静型动物(如啮齿目动物、兔子以及猫)的饲养间尽量远离[3]。2.2粉尘动物饲养室内空气中漂浮的颗粒物与有害气体对动物可造成不同程度的危害，也可干扰动物试验过程[4]。动物粪尿等排泄物发酵分解可产生许多污物，尤其是各种有害气体。如氨气即就是一种刺激性的有害气体，它可刺激动物眼结膜、呼吸道黏膜而引起流泪、咳嗽，严重者甚至可出现急性肺水肿而致动物死亡；硫化氢也是一种具有强烈臭鸡蛋味的有害毒性气体，也可刺激黏膜、神经，危及动物健康。动物饲养室空气中颗粒污染物影响着动物的生存质量，这些颗粒主要来源是动物饲养室外空气未经过滤而直接带入，还有动物皮毛、皮屑、饲料及垫料等被气流携带或动物活动扬起在空气中漂浮的粉尘颗粒。这些粉尘颗粒可经呼吸道进入细支气管与肺泡而引起动物呼吸道疾病；另外它还是微生物的载体，可把各种微生物粒子带入饲养室，影响动物的健康和干扰动物试验的正确性。2.3光照实验动物的生理节律，特别是生殖周期明显受光照的影响。光能影响到动物的生理、形态以及行为。对动物产生影响的光照包括不当的光照时间、光照强度以及光谱。许多因素都可能影响到动物对于光照的需求，为动物饲养间建立适当的照明水平时应考虑以下因素:光强度、曝光持续的时间、光的波长、动物以往的光接触、动物的色素沉着、生理期间的光暴露、体温、激素状况、年龄、物种、性别以及动物的品种品系。尽管很少人研究光谱对动物的影响，但一般认为，动物饲养室的照明光谱越接近太阳光光谱越好[5]。自然采光不能满足合适的光/暗周期时，就需要使用人工照明，满足动物生理的需要并提供令人满意的工作环境。应该避免把一些物种暴露在强光下，最好在动物饲养笼盒中提供较暗的地方用来做隐蔽处。啮齿动物一般要求光照周期以10～12h。但不同动物根据不同习性有其不同要求。3.居住因素影响实验动物的居住因素主要有房屋、饲养器具、垫料等，本文主要叙述以下几种：3.1饲养器具实验动物笼器具是实验动物科学研究的一类支撑条件,笼器具的质量直接影响着动物的健康和实验结果，实验动物（特别是大型实验动物）的饲养对设备有许多特殊的要求，以确保实验动物的生存条件完全正常，为实验提供正确的结果，我校国家级生物实验教学中心的《实验动物管理规定》[6]中对笼具要求：（1）舒适和卫生：必须勤换窝，每2～3天换一次。分单养繁殖盒及群养盒两种。要求光滑、无毒、耐高温、易消毒、规格统一。（2）坚固耐用：笼具应坚固耐用，不易被动物损坏、变形，避免动物逃逸。（3）操作使用方便：包括笼、盒的放置、启闭、动物的投拿、添加饲料、饮水及垫料的更换等。（4）经济使用：力求工艺简单，造价低廉，规格力求统一标准化。（5）笼架：必须牢固、稳定，不宜过大，便于拆卸、组装。下面应有小轮，方便移动。便于清洗、消毒、不生锈。3.2垫料动物垫料是影响实验动物质量和动物实验结果的重要环境因素。垫料的作用是保温、隔热、吸收粪、尿以及动物排泄物氧化、降解释放的有毒、有害气体。如，氨、硫化氢等。垫料还必须适合动物制巢。使用垫料可以为动物繁殖、生长提供一个舒适的生存环境，改善实验动物的福利。实验动物的行为和生理需要在标准化的饲养设施和笼具内得不到满足的地方，可以通过使用合适的垫料，改善动物身边生活环境，使动物行为和生理需要得到部分的满足和改善[7]。关于实验动物垫料原材料本身对动物健康和动物实验结果的影响有大量的文献报道。很早就发现广泛使用的松木和雪松垫料含有的特殊气味能引起人和动物发生免疫介导的过敏和炎症反应、哮喘和其它呼吸道疾病，还能造成气管和支气管上皮细胞脱落、坏死等[8]。4.生物因素生物因素主要指的是动物生存空间微生物(主要指病原微生物)对动物的影响，同时也包括同种动物之间、异种动物之间的相互影响。病原微生物对动物的影响，可致动物发病，甚至死亡。而动物间存在的影响主要表现在同种动物之间的相互争斗、动物社会地位的确立;异种动物之间(指在同一设施内的不同种类动物)存在的相互影响(尤其是具有天敌的动物之间)或威胁，在这种情况下动物的生长发育、生产繁殖和动物试验结果都会受到影响影响实验动物的生物因素主要有饲养密度、微生物、与人和其他动物关系，本文主要叙述以下几种：4.1饲养密度动物饲养密度应符合卫生标准，有一定的活动面积，不能过分拥挤，不然会影响动物的健康，对动物试验结果产生直接影响。国家标准中对各种动物正常生长繁殖和动物试验所占面积均有具体规定。5.营养因素影响实验动物的营养因素主要有饲料、水、蛋白质、矿物质和维生素等，本文主要叙述以下几种：5.1饲料实验动物饲料质量是与实验动物质量密切相关的重要条件,也是保证动物实验顺利进行和实验结果准确可靠的基础。发达国家对实验动物饲料卫生安全及危害十分重视,我国随着GLP的实施,也对其越来越关注和重视[9]。实验动物饲料的标准化是实验动物标准化的重要组成部分,是提高实验动物质量的前提。我国目前对SPF级以上的实验动物饲料管理比较严格,饲料质量也比较高,在一定程度上保证了SPF级以上的实验动物的质量。然而,普通级实验动物的饲料质量却遭到了忽视。大多数生产单位只对饲料采取了简单的消毒措施,甚至未采取任何消毒措施就将其出售。未经消毒灭菌处理的饲料微生物学指标严重超标,不仅不能用来饲喂SPF级以上的实验动物,也不能用来喂养普通级动物。普通级实验动物虽然允许携带部分微生物,但饲料中携带的制病微生物往往在动物实验后,体质减弱时侵入动物机体,使实验动物受感染,给动物实验带来许多不必要的麻烦,甚至导致实验失败。实验动物饲料原料卫生不合格,消毒不彻底,饲料霉变,在运输和传递过程中人为的失误等等,都将导致实验动物饲料质量的下降,直接威胁着实验动物的质量。尤其是在向屏障环境设施中传递饲料时,要格按照标准操作规程操作,任何投机取巧的手段都有可能影响实验动物饲料质量,最终使SPF级实验动物的质量下降。5.2矿物质矿物元素是动物机体的重要组成部分，是一类无机营养素。在动物体内越有55种矿物元素，目前已证明有些是动物生理过程和代谢必不可少的，称必需矿物元素。矿物元素约占动物体重的4%，绝大部分分布于毛、蹄、角、肌肉、血液、和上皮组织中。矿物质对保障动物健康、提高生产性能有重要作用。必需矿物元素须有外界供给，当外界供给不足时便会引发各种矿物质缺乏症。但它们含量过高时，又会产生毒副作用，甚至引起实验动物死亡。5.3维生素维生素是一类结构各异、维持实验动物正常健康所必需的小分子有机化合物。体内一般不能合成，必须有饲料提供，或者提供其前体物质。与三大营养物质不同，维生素既不是能量物质，也不是机体组织结构的组成成分，而主要是构成酶的辅酶或辅基，参与调节物质和能量代谢。每种维生素对动物机体都有特殊的功能，动物缺乏时会引起相应的营养代谢障碍，出现维生素缺乏症，轻者导致实验动物食欲下降，生长发育受阻和抵抗力下降，重者会使实验动物死亡。同时，维生素过量和长期使用，会使实验动物出现维生素中毒症或不良反应。参考文献[1]-[2]CounsilofEnrope.AppendixAoftheEuropeanConventionfortheProtectionofVertebrateAnimalsUsedforExperimentalandotherScientificPurposes(ETSNO.123):GuidelinesforAccommodationandCareofAnimals(Articale5ofTheConvention)