實驗動物環(huán)境豐富化

【摘要】實驗動物環(huán)境豐富化已成為行業(yè)熱門話題，本文試圖根據(jù)文獻報道，結(jié)合實踐經(jīng)驗就實驗動物環(huán)境豐富化的使用原則、環(huán)境豐富化的設定、環(huán)境豐富化類型以及實施實驗動物環(huán)境豐富化注意的要點展開討論，期望能夠?qū)π袠I(yè)實施實驗動物環(huán)境豐富化有些許指導作用。

Doi:10. 3969/j．issn．1005－4847. 2015. 03. 020

［基金項目］職業(yè)衛(wèi)生與中毒控制所青年科技基金項目(編號: DW201404)。

［作者簡介］李軍延( 1963－)，女，副研究員，本科，主要從事實驗動物及管理研究。E-mail:clijy1@ chinacdc．cn

Environmental enrichment for laboratory animals

LI Jun-yan，LIU Shuai ( National Institute of Occupational Health and Poison Control，China CDC，Beijing 100050，China)

【Abstract】Environmental enrichment has become a hot topic in laboratory animal science，which is intended to improve the well－being of laboratory animals．This paper reviews the research in this area，focusing especially on the principle and procedure of planning enrichment strategies．The consideration of housing laboratory animals should not only focus solely on animal well－being，manpower and economics，but also on the precision and accuracy of the experimental results．It also introduces the type of environmental enrichment and practice in widespread use currently．

【Key words】　Environmental enrichment; Laboratory animals; Animal welfare

近年來，實驗動物環(huán)境豐富化已成為行業(yè)內(nèi)的熱門話題，有人稱之為豐富環(huán)境或環(huán)境豐榮。環(huán)境豐富化的概念最早于20世紀40年代被提出，起初主要應用于神經(jīng)學的研究中。自20世紀60年代開始一系列的實驗以環(huán)境豐富為變量研究了其對大腦發(fā)育以及認知功能的影響 ［1，2］。直到20世紀80年代，隨著動物福利逐漸被大眾認知和認同，以改善實驗動物福利為目的的環(huán)境豐富相關(guān)研究才逐漸興起 ［3，4］。環(huán)境豐富的定義也取得了廣泛共識，“增加刺激、提供選擇滿足動物物種特定需要以改善動物的機體和心理福利的所有環(huán)境改善措施”。近二十年來，關(guān)于環(huán)境豐富化在實驗動物飼養(yǎng)管理中重要作用的報道和文獻很多，美國和歐洲也將環(huán)境豐富化寫入他們的指南和協(xié)議中 ［5］，環(huán)境豐富化作為實驗動物飼養(yǎng)管理中的要素已被廣泛接受和應用。

環(huán)境豐富化并沒有固定的模式和標準，其實施過程多種多樣，應用于環(huán)境豐富的物品越來越多動物的種類不同、性別和年齡階段不同，而且隨著實驗動物科學的發(fā)展，轉(zhuǎn)基因動物逐漸增多，一個設施內(nèi)可能有成百種帶有自發(fā)或誘發(fā)型基因變異的動物，都會對環(huán)境有一些特殊需求 ［6］。想實施一種環(huán)境豐富方案而滿足所有動物的需求是不可能的。

1　我國實驗動物環(huán)境豐富化應用現(xiàn)狀

環(huán)境豐富化在我國實驗動物行業(yè)已經(jīng)有所應用但不普遍。一是因為我國環(huán)境豐富化的研究較少，行業(yè)內(nèi)還沒有環(huán)境豐富化的統(tǒng)一標準和共識。大部分研究主要聚焦于環(huán)境豐富對實驗動物腦、神經(jīng)系統(tǒng)功能的作用，環(huán)境豐富僅作為神經(jīng)學研究的一種工具 ［7－9］。而環(huán)境豐富對實驗動物福利改善作用的評估研究較少，僅有零星報道 ［10，11］。雖然國外

從動物行為和生理指標兩方面對環(huán)境豐富的作用進行了評估研究。但不同的研究結(jié)論常常不一致 ［12］。差異的研究結(jié)果表明環(huán)境豐富的作用與采用的環(huán)境豐富的方式、作用時間，應用動物的品系、性別有關(guān) ［13］，這也顯示了對環(huán)境豐富進行評估研究的重要性。環(huán)境豐富化應用缺乏行業(yè)指南或是標準，各單位都是根據(jù)自己需要進行豐富化，豐富化的方式和選擇的材料都不統(tǒng)一，這對不同實驗室之間的結(jié)果比較是不利的。另外，較高的應用費用也阻礙了環(huán)境豐富化的普遍應用。

2　實驗動物環(huán)境豐富化使用原則

2．1動物需求

動物需求是使用環(huán)境豐富化的第一原則。環(huán)境豐富化要有利于發(fā)揮動物的物種特異性行為。因此要基于動物的物種特性、針對動物的需求而對其環(huán)境進行豐富化。實驗動物的行為是我們了解動物需求的重要線索與依據(jù)，實施環(huán)境豐富化時，必須了解動物物種的典型行為特點，應盡量滿足動物表達自然行為(天性)的需求。

2．2可預測、可控制

不論采取何種豐富化措施，可預測、可控制是必須遵守的原則 ［14］。研究結(jié)果的一致性和可靠性是科學研究的目的，不能以動物的需求為借口忘記科學實驗的目的。因此，不論采取什么樣的環(huán)境豐富化措施，都必須可預測、可控制，不影響實驗結(jié)果。某些環(huán)境豐富措施，特別是神經(jīng)學研究中應用的超級環(huán)境豐富( superenrichment)，不僅帶來動物行為學以及生理指標上的改變 ［15］，而且也可能給動物本身帶來傷害 ［16］。動物本身都有控制自己“領(lǐng)域”的行為，增加新奇事物或復雜構(gòu)建，也有可能增加動物的壓力和攻擊性 ［17］，這對動物實驗、飼養(yǎng)管理和動物健康本身都是不利的。

2．3協(xié)調(diào)一致、標準化

利用環(huán)境豐富化措施應協(xié)調(diào)一致標準化。標準化是實驗動物發(fā)展的趨勢和要求，更是保障動物實驗結(jié)果準確性和可比較性的基礎(chǔ)。在應用環(huán)境豐富化的同時，也應注意飼養(yǎng)環(huán)境的標準化。也就是說，在同一個設施內(nèi)對同種動物的環(huán)境豐富化應該是標準統(tǒng)一的，如行業(yè)內(nèi)環(huán)境豐富化的應用標準統(tǒng)一，環(huán)境豐富化的應用會更加科學合理。

3　環(huán)境豐富化類型

各機構(gòu)應用的實驗動物環(huán)境豐富化的具體措施多種多樣，相關(guān)的文獻與報道也比較多，甚至也有專門的著作 ［18］，本文就環(huán)境豐富化類型作一簡介。

3．1社會性豐富化

社會性豐富化又分為接觸性和非接觸性兩種。

接觸性豐富化。社會性動物需要成對或群體飼養(yǎng)，形成穩(wěn)定的社會關(guān)系。群居是社會性動物最容易實施的環(huán)境豐富化措施，滿足了社會性動物相互間交流的需求，有效避免動物刻板行為的出現(xiàn)。

非接觸性豐富化。當動物不能群體飼養(yǎng)時，要通過嗅覺、聽覺或視覺實現(xiàn)同種動物之間的聯(lián)絡對于靈長類來說甚至還可增加一些自娛自樂的措施，比如給猴子設置鏡子。

3．2物理性豐富化

包括飼養(yǎng)籠盒的復雜化、感官刺激及營養(yǎng)刺激。

合適的飼養(yǎng)籠盒對于動物非常重要，合適的底面積給動物提供活動空間，滿足動物自主活動?；\盒內(nèi)容物的多樣化可滿足動物的特殊行為需要。比如嚙齒類和兔類動物有打洞、做窩的習性，可以放置一些筑巢材料以及管子、盒子等遮蔽物滿足動物習性。群居飼養(yǎng)時，尤其雄性動物在一起時，相互攻擊的行為會增多，設置視覺障礙物或藏身處可以大大降低相互攻擊的可能。視覺障礙物或藏身處為動物藏匿和探索行為提供分隔、占領(lǐng)、安全感覺及減少應激保障條件。玩具也有利于動物的探尋行為、主動活動和視覺活動，要想保持玩具對動物的持久吸引力，需要經(jīng)常更換玩具或使用風車類的活動玩具。

動物之間除通過視覺、聽覺、嗅覺和觸覺進行直接或間接聯(lián)絡以促進社會刺激外，還可以采用不同的措施作用于上述感官以增強其感官刺激。不同物種適宜于不同強度的光線 ［19］，甚至不同光色對動物也具有不同的作用 ［20］，可以根據(jù)動物特點選取相應的措施增強視覺刺激。持續(xù)性背景聲音可減小突發(fā)噪聲刺激對動物的影響，并有益于保持動物的安靜狀態(tài)，一般來說，輕音樂較好。動物對于氣味十分敏感，更換墊料后，因為氣味的缺失，有時會出現(xiàn)噬咬行為。飼養(yǎng)技術(shù)人員與動物之間的接觸，對動物的愛撫也有利于動物福利和動物實驗結(jié)果 ［21］。此外飼料口感的改變，也是一種豐富化措施 ［22］。

飼料的形狀、給料頻次、給料時間的變化都可以用來豐富動物的環(huán)境。針對不同動物的采食習性，設置的便于動物表達物種特異采食行為的不同措施也是對動物福利的一種改善。

3．3動物種類相關(guān)的豐富化措施

兔合適的豐富化措施包括提供粗飼料、干草塊或咀嚼棒以及隱蔽處或平臺，繁殖、筑巢的材料、巢箱等 ［23］。

嚙齒類動物筑巢材料有助于它們建立適當?shù)奈h(huán)境 ［24，25］。筑巢對于小鼠來說是本能行為，不同性別和年齡段的小鼠都表現(xiàn)出筑巢行為 ［26］。大鼠臨產(chǎn)期的孕鼠會表現(xiàn)出明顯的筑巢行為，此時添加筑巢材料是必要的 ［27］。咀嚼棒也是很好的豐富化措施。豚鼠自然環(huán)境中借助其他動物的洞穴居住，因此豚鼠的豐富化最好提供巢箱或其他庇護所供其隱藏。野生沙鼠會建立廣泛的洞穴系統(tǒng)，實驗室中也會表現(xiàn)出挖掘行為，最好提供更大的空間和足夠厚度的墊料滿足這一習性。倉鼠主要是單獨居住的，尤其雄性動物應單獨飼養(yǎng)。

為大多數(shù)非人靈長類動物提供社會性豐富化措施是簡便易行的措施。恒河猴在野外群居，因此在實驗室中可以成對飼養(yǎng)。和諧的成對飼養(yǎng)有助于增加積極的社會性行為，如梳理、擁抱、分享食物等。如果不能成對飼養(yǎng)，也可對靈長類動物的飼養(yǎng)環(huán)境進行豐富化，使他們能夠表達正常的行為習慣，表現(xiàn)典型的物種特異行為 ［28］。靈長類動物的籠子應有足夠的垂直尺寸使他們能夠充分利用?？商砑忧锴А竞蜆渲Φ?，使動物顯示廣泛的運動能力 ［3］。在食物的提供和獲得上進行改善也是幫助靈長類動物表現(xiàn)天性行為的措施。在地板上放置深的橡膠碗給動物提供新奇的、混合的食物，或是在棲木上掛上旋轉(zhuǎn)的儲食罐，增加動物獲取食物的難度。上述措施可減少動物的刻板行為和攻擊行為，增加探索性行為和游戲行為 ［29］。增加動物操作性或者互動性的玩具也是顯著又簡便的環(huán)境豐富化措施。選用玩具時應選擇耐用，便宜，無毒，對動物健康無影響，且容易清洗消毒的物品，例如尼龍球，塑膠環(huán)，能夠反射影像的不銹鋼托盤，繩索，軟管，硬紙箱等。如有條件的話，觀看視頻和游戲操縱桿操作視頻也很有益的。

豬是群居動物，應該購買已經(jīng)形成群體、相互之間熟悉的動物。提供合適的墊料，包括秸稈、干草、木材、木屑、蘑菇渣和泥炭等 ［30］。

犬應該成組或成對飼養(yǎng)。犬的零食和玩具會改善動物福利，但提供這些措施要充分論證和監(jiān)督 ［31，32］。此外與飼養(yǎng)人員的互動玩耍也是犬類所需要的。日常的互動和訓練能夠幫助動物消除對實驗的恐懼，能夠配合進行常規(guī)實驗操作，如體重測量，采血等。

4　環(huán)境豐富化的設定

實際工作中在一個機構(gòu)中如何設定環(huán)境豐富化措施，一般可按照以下程序思考。首先要了解動物種類特定的行為特點，知道動物的需求。其次查閱文獻，確定哪種環(huán)境豐富方案或用品對提高實驗動物福利有利。再次評估環(huán)境豐富可能對動物實驗結(jié)果產(chǎn)生的影響。最后確定合適的環(huán)境豐富方案。

實施環(huán)境豐富除了上述需要遵循的原則和程序，還有一些問題需要考慮。

4．1取得研究人員的許可

在實施環(huán)境豐富之前一定要先通知研究人員?？紤]實施環(huán)境豐富化會不會影響實驗結(jié)果，某些實驗是不適宜進行環(huán)境豐富的，例如行為學實驗。而某些實驗只是不適于某些類型的環(huán)境豐富，例如營養(yǎng)學實驗就不適宜食物營養(yǎng)方面的環(huán)境豐富。只有在不影響實驗結(jié)果的前提下，實施環(huán)境豐富化改善動物福利才是合理的。其次還要考慮實驗操作程序中環(huán)境豐富化措施的必要性，如果影響實驗操作程序，環(huán)境豐富化是不適宜的。

4．2支出成本

實施環(huán)境豐富可能增加三項支出，財務支出，人力支出，管理存儲支出。財務支出主要來自兩個方面，一是研究評估環(huán)境豐富化所需要的費用，二是實施環(huán)境豐富化本身需要的費用。除了這些明顯的財務支出，人力成本也在增加。采購，加工，高壓消毒，實施豐富化都會增加員工的勞動量。同樣環(huán)境豐富材料的儲存與管理也是需要考慮的成本 ［33］。

4．3員工培訓與教育

所有員工，包括飼養(yǎng)員、技術(shù)員、研究員都應該了解環(huán)境豐富化的知識以及采取環(huán)境豐富化對于實驗研究的影響。同時也應該制定環(huán)境豐富的標準操作規(guī)程，并增加到員工培訓當中，以保證在本單位中環(huán)境豐富實施的標準化。

4．4詳細記錄

記錄的要求根據(jù)不同設施的制度和具體環(huán)境豐富方案的不同而不同。一個設施中提供的環(huán)境豐富材料可能是輪換的，以保持新鮮感。詳細記錄可以幫助我們避免重復和混亂。同時考慮到環(huán)境豐富可能對實驗產(chǎn)生的影響，也應給研究人員提供環(huán)境豐富的詳細記錄，以便他們在實驗材料和方法部分進行說明 ［34］。

4．5職業(yè)安全與健康

職業(yè)安全與健康在動物設施運行中始終是一個重要考量因素，所有采取的環(huán)境豐富化措施都不能傷及工作人員。

4．6持續(xù)的評估

豐富化措施整體上有利于動物福利，但有時也會伴隨負面作用，在增加新的環(huán)境豐富措施時持續(xù)的觀察和評估是十分重要的。比如增加管子會改善嚙齒類動物攻擊行為，但也會增加其領(lǐng)地占有行為。增加筑巢材料可滿足嚙齒類動物的藏匿行為，但會影響員工對動物的觀察。

總之，實驗動物環(huán)境豐富化會改善動物福利，某種程度上也可以改善動物的繁殖、生產(chǎn)、生長發(fā)育已成共識。在具體實施過程中，我們不得不考慮，實施的環(huán)境豐富化是否經(jīng)過評估，是否適合具體的實驗操作和具體的實驗動物飼養(yǎng)方式。尤其是，我們必須牢記一點，實驗動物用于科學實驗的黃金標準是標準化，任何影響實驗動物標準化的措施都不是好的措施，當然也包括實驗動物環(huán)境豐富化。