機能實驗教學(xué)中對實驗動物實行“3R”原則的應(yīng)用

胡小敏 陳 怡 楊東旭 郝 剛*

1 實驗動物的“3R”原則

實驗動物的“3R”原則是指在動物實驗中采用減少(Reduction)、替代(Replacement)和優(yōu)化(Refinement)的方法，是一種維護實驗動物福利的原則，而動物福利則是人類采取各種措施避免對動物造成不必要的傷害，防止虐待動物，使動物在健康舒適的狀態(tài)下生存。早在20世紀50年代，動物學(xué)家Russcll等[1]在《The Principles of Humane ExperimentalTechnique》(實驗技術(shù)的人道主義原則)專著中指出∶①減少動物用量的“Reduction”原則∶即在科學(xué)研究中，使用較少量的動物獲取同樣多的試驗數(shù)據(jù)或使用一定數(shù)量的動物能獲得更多試驗數(shù)據(jù)的方法；②替代使用動物的“Replacement”原則∶使用其他方法而不用動物所進行的試驗或其他研究課題，達到某一試驗?zāi)康?，或者說是使用沒有知覺的試驗材料代替以往使用神志清醒的、活的脊椎動物進行試驗的一種科學(xué)方法；③改善操作的“Refinement”原則∶通過改進和完善實驗程序，減輕或減少給動物造成的疼痛和不安，提高動物福利的方法[1-2]。

在機能實驗教學(xué)中，“3 R”原則中的優(yōu)化(Refinement)是提高動物福利的首要因素。

2 在保證動物福利的前提下提高機能實驗藥理學(xué)實驗動物的管理

2.1 機能藥理學(xué)實驗中的動物準備

在機能實驗藥理學(xué)的教學(xué)過程中，有許多動物實驗的內(nèi)容。例如，在進行消化管平滑肌生理特性及藥物對離體腸管的作用與量效關(guān)系的動物實驗教學(xué)前的標本備制時，教科書中的步驟是對于嚙齒類的大、小鼠等小型動物采用頸椎脫臼、斷頭、急性大失血、二氧化碳吸入等方法處死，而對于兔、狗等動物則用木槌猛擊頭枕部使其昏迷，然后剖腹找出胃與十二指腸交界區(qū)，用絲線結(jié)扎；在結(jié)扎線近胃側(cè)剪斷小腸，將腸管腸系膜沿腸緣剪開，分離出長約20～30 cm的腸管備用?？梢?，這明顯有悖于“3R”原則和實驗用動物福利宗旨。為此，本著改善操作(Refinement)的原則，首先在動物制備的第一步采用吸入麻醉法，以減少動物所承受的痛苦總量，力圖做到使實驗動物享有“不受痛苦傷害和疾病折磨的自由(衛(wèi)生福利)、表達天性的自由(行為福利)、無恐懼和悲傷的自由(心理福利)”[2]。

2.2 機能藥理學(xué)實驗中的動物材料的應(yīng)用

在進行消化道平滑肌生理特性及藥物對離體腸管的作用與量效關(guān)系這一實驗中，為提高教學(xué)效率、降低使用成本，教學(xué)實驗組從原有的6組增加到12組，這樣只需一只家兔即可完成教學(xué)實驗。在實驗中，將腸管充分分離出長約30 cm，每個實驗組截取2 cm，即可制備出12組實驗所需的腸管，從而達到減少(Reduction)動物用量的原則。

2.3 采用生物機能實驗系統(tǒng)，模擬實驗動物的生物機能信號

利用生物機能實驗系統(tǒng)軟件對儲存的數(shù)字信號通過改變參數(shù)的后處理方法進行可重復(fù)性實驗教學(xué)，從而本著替代(Replacement)使用動物的原則，做到使用較少的動物獲取同樣多的實驗數(shù)據(jù)或使用一定數(shù)量的動物而獲得更多的實驗數(shù)據(jù)[3]。

3 落實“3R”原則的具體要點

3.1 機能實驗藥理教學(xué)人員的素質(zhì)培養(yǎng)

按照機能實驗室實驗動物管理條例，對參加教學(xué)的教輔人員要進行職業(yè)資格培訓(xùn)，使其具備相關(guān)的技術(shù)知識后持證上崗。機能藥理實驗人員應(yīng)該了解實驗動物福利的有關(guān)內(nèi)容、操作技術(shù)和掌握操作規(guī)程。

充分了解和掌握諸如試驗用鼠、兔和犬類等各種實驗動物的生活習(xí)性、生理、以及相關(guān)藥理藥物代謝學(xué)知識。尤其要掌握在不同種屬動物身上所做的實驗其結(jié)果有較大差異。由于不同種屬動物的藥物代謝動力學(xué)不同，對藥物的反應(yīng)性也不同，因此藥效也有所不同。

⑴吸收過程差異∶如大鼠對的碘吸收較快，而兔和豚鼠則吸收較慢，因而碘對二者的藥效有差異。

⑵代謝過程差異∶如磺胺藥和異煙肼在犬體內(nèi)不能乙?；?，多以原型排出；在兔和豚鼠體內(nèi)能夠乙?；?，多以乙酰化形式排出；而在人體內(nèi)則可部分乙?；?，大部分是與葡萄糖醛酸結(jié)合后排出。乙?；蟛坏チ怂幚砘钚?，而且導(dǎo)致出現(xiàn)不良反應(yīng)也增加[4]。

可見兩種藥物對不同種屬動物的藥效和毒性都有差別，只有掌握好這些藥理學(xué)原理，才能更好的落實“3R”原則，同時可反映出機能實驗藥理人員的專業(yè)素質(zhì)。尤其是在機能實驗藥理學(xué)教學(xué)中利用上述不同藥物吸收、代謝等差異再結(jié)合醫(yī)學(xué)科研與實驗動物福利的關(guān)系進行統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)管理，從道義和情感上尊重、善待和愛惜實驗動物。

3.2 建立良好的飼養(yǎng)與管理動物的環(huán)境

動物實驗環(huán)境是將動物飼養(yǎng)在可控制的有限空間，并按照人們的意志進行生長、繁殖和進行實驗的一個人工的特定場所。影響實驗動物生活環(huán)境的因素主要有以下方面∶ 溫濕度、噪聲、籠具、墊料、飼養(yǎng)密度以及營養(yǎng)因素等。實驗動物環(huán)境因素比較復(fù)雜，各種因素都是相互聯(lián)系而產(chǎn)生相互作用的。為確保實驗動物具備一個健康穩(wěn)定的生物學(xué)特性，應(yīng)根據(jù)不同種類、等級的實驗動物提供相應(yīng)的管理環(huán)境和設(shè)施條件。

動物的房舍籠具應(yīng)符合飼養(yǎng)密度的要求，各類動物的個別和集體籠飼或欄飼密度應(yīng)符合衛(wèi)生標準，有一定的活動面積，不能過分擁擠，否則會影響動物的健康，對實驗結(jié)果產(chǎn)生直接影響。各種動物所需籠具的面積和體積因飼養(yǎng)目的而異，哺乳期所需面積較大，如小鼠所需面積約為0.016 m2，大鼠約為0.063 m2，豚鼠約為0.141 m2，家兔約為0.675 m2以保證籠具內(nèi)每只動物都能實現(xiàn)自然行為，其中包括∶轉(zhuǎn)身、站立、伸腿、躺臥、舔梳等[4]。

不同種類，不同年齡段的動物對各種營養(yǎng)的要求不一致，應(yīng)根據(jù)其營養(yǎng)需求和飼料種類及適口性科學(xué)制作飼料。霉爛、變質(zhì)、蟲蛀和污染的飼料不能用于飼喂實驗動物，并且盡量減少飼料的農(nóng)藥殘留，避免重金屬污染。實驗動物的飲水應(yīng)當符合城市生活飲水的衛(wèi)生標準并經(jīng)滅菌處理，或直接使用經(jīng)凈化處理后的飲用水，也可使用酸化水，飲用水需定期做微生物檢測。

3.3 機能藥理學(xué)實驗操作中的麻醉方案

動物實驗過程中，應(yīng)將動物的驚恐和疼痛減少到最低程度。在進行動物實驗之前應(yīng)本著“3R”原則合理設(shè)計動物實驗的麻醉方案。在對實驗動物進行手術(shù)、解剖或器官移植時，必須進行有效麻醉，確保動物在麻醉、鎮(zhèn)痛和鎮(zhèn)靜劑的作用下進行實驗，合理選擇麻醉藥物，最大限度地減輕動物的痛苦，使其避免遭受不必要的傷害或痛苦。目前，已明確戊巴比妥鈉、水合氯醛和烏拉坦等藥物對離體胃平滑肌、十二指腸平滑肌的收縮性有較強的抑制作用。其中烏拉坦對離體胃平滑肌收縮性的抑制率為95.6%，水合氯醛為99.6%[5]。因此，為達到選用抑制率更低的麻醉劑，在進行量效關(guān)系實驗教學(xué)課中，采用尚未報道對腸管產(chǎn)生抑制作用的乙醚對家兔進行麻醉。乙醚系一種易燃、揮發(fā)性液體， 用于吸入麻醉法。在干燥器低部放入10 mL左右的乙醚， 將兔頭部置于大小適宜的干燥器內(nèi)，約15 s，家兔即可進入麻醉狀態(tài)，肌肉松弛良好。麻醉時間維持2～5 min，足以保證手術(shù)操作取出實驗所需的腸管。利用此種麻醉方式，共完成量效關(guān)系實驗教學(xué)10次，實驗結(jié)果與傳統(tǒng)木槌擊打兔頭至其昏迷所取腸管的實驗數(shù)據(jù)相同，表明利用此法既能落實“3R”原則，又能取得良好的實驗結(jié)果。而且在取腸管后要對實驗動物迅速采用人道主義可接受的“安樂死”[6]。

4 結(jié)語

醫(yī)學(xué)機能實驗的藥理實驗教學(xué)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教學(xué)中重要組成部分，也是理論教學(xué)的有力補充。而在其教學(xué)方法中，實驗動物的應(yīng)用又是不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)。因此，通過貫徹和執(zhí)行“3R”原則，可以在保證完成實驗教學(xué)任務(wù)的同時提高實驗動物的福利及降低實驗成本。

[1]Russell WMS， Burch RL. Preface foreword to special edition In∶The principles of humane experimental technique[M]. Maryland∶ Johns Hopkins University，2011∶1-10.

[2]Guhad F.3Rs原則引言[J].實驗室動物科學(xué)當代論題，2005(2)∶44.

[3]郝剛，李效義.消化系統(tǒng)實驗∶醫(yī)學(xué)機能學(xué)實驗教程[M].北京∶北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社，2007∶28-36.

[4]葛蓓蕾，金樹興，邢金山.影響實驗動物福利的因素及改善措施[J].實驗動物學(xué)，2008，25(4)∶73-75.

[5]周昆，屈彩芹.動物實驗常用麻醉劑的比較與選擇[J].實驗動物科學(xué)，2008，25(2)∶42-43.

[6]尹松林.聚焦實驗外科，關(guān)注實驗動物[J].中華實驗外科雜志，2004，21(1)∶5-7.