醫(yī)學機能學實驗教學中保障動物福利的探討

陳 怡，韓艷芳，張俊波，董曉敏，崔艷秋，童學紅，李利生

(首都醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院實驗教學中心機能實驗室，北京 100069; △通訊作者)

醫(yī)學機能學實驗是高等醫(yī)學院?；A教育的重要組成部分，也是基礎醫(yī)學與臨床前沿相連通的橋梁課程，是通過對生理學、病理生理學、藥理學3門主干學科實驗課的整合、重組，結合實驗動物學、醫(yī)學心理學、神經(jīng)生物學等相關學科形成的一門跨學科、多層次、系統(tǒng)性的綜合性實驗課程，是各層次、各專業(yè)醫(yī)學生的必修課[1]。

醫(yī)學機能學實驗的開展以大量動物實驗為基礎。醫(yī)學動物實驗是機能學實驗教學的基本途徑和有效手段。隨著實驗動物使用的不斷規(guī)范以及動物福利倫理工作的日益進步，由實驗動物引發(fā)的倫理問題也越來越受到人們的關注。早在20世紀50年代，動物學家Russell等人在ThePrinciplesofHumaneExperimentalTechnique(實驗技術的人道主義原則)專著中提出3Rs原則，即：①減少動物用量的“Reduction”原則：即在科學研究中，使用少量的動物獲得更多的實驗數(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實驗或其他研究課題，達到某一實驗目的，或者使用沒有知覺的實驗材料代替以往使用神智清醒的、活的脊椎動物進行實驗的一種科學方法；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。之后，美國芝加哥的倫理研究國際基金會增加了責任“Responsibility”作為第4個原則：增強倫理觀念，對實驗動物要有責任感，進一步形成4Rs原則。我國自1988年發(fā)布《實驗動物管理條例》，到2006年由科技部頒布迄今為止我國最專業(yè)化的關于實驗動物倫理和福利的政府性文件-《關于善待實驗動物的指導性意見》，30多年來，實驗動物福利理念經(jīng)歷了從不被理解到被廣泛認可，實驗動物福利也經(jīng)過了從禁止虐待動物的底線要求，到更高的人道終點、實施安樂死術的積極推進，已形成了較為完善的實驗動物管理機制和體系[2-4]。

首都醫(yī)科大學基礎醫(yī)學實驗教學中心機能學實驗室自成立以來，以立德樹人培養(yǎng)高素質醫(yī)學人才為宗旨，在教學實踐中，積極探索4Rs原則的內(nèi)涵，推動各項實驗動物福利的應用與完善。

1 對實驗動物有責任感的“Responsibility”原則

在醫(yī)學機能學實驗教學實踐中，全體從教人員只有樹立正確的實驗動物倫理觀，具備豐富的理論知識，掌握精湛的實驗操作技術，才能在實驗教學工作中的方方面面對實驗動物負起應有責任，切實落實和維護動物福利原則。醫(yī)學機能學實驗室的全體從教人員通過崗前職業(yè)技術培訓，學習實驗動物管理條例及各項規(guī)章制度，了解實驗動物福利相關內(nèi)容，增強實驗動物倫理觀念；熟悉操作規(guī)程，掌握全面的操作技術。實驗室定期組織全體實驗技師進行理論和技術考核，組織青年實驗技師參加全國性的機能學實驗技術大賽，使全體實驗技師的理論水平和實驗操作水平不斷提高。教材編寫組將實驗動物倫理與制度化編入課程教材《醫(yī)學機能學實驗》，使之成為教學內(nèi)容的一部分，強調(diào)實驗動物倫理在醫(yī)學機能學實驗課程中的重要性，以強化學生的實驗動物倫理觀念；拍攝錄制了詳細的實驗操作視頻，便于學生反復學習觀摩，熟悉操作規(guī)范、操作流程，減少操作失誤給實驗動物帶來的傷害；在實驗課進行過程中，帶教教師和實驗技師加強巡視，發(fā)現(xiàn)學生錯誤或不規(guī)范的操作及時予以糾正。如：教師給學生示范正確的抓取實驗動物操作，堅決制止玩弄實驗動物的行為；在對實驗動物完成全身麻醉后，指導學生給手術部位實施局部麻醉，以防止麻醉程度不夠給實驗動物帶來痛苦；提醒學生手術過程中注意觀察實驗動物的狀態(tài)，如有麻醉失效的跡象，及時、適量地補充麻醉藥品，最大限度減少手術可能給實驗動物帶來的痛苦；完成手術后提示學生用溫熱的生理鹽水浸濕醫(yī)用消毒紗布，覆蓋手術部位，保持手術部位濕潤、清潔；從細節(jié)著手，將動物倫理觀念融入實驗操作的每一步，引導學生在實驗過程中關愛實驗動物，增強責任感。

2 減少實驗動物用量的“Reduction”原則

實驗室根據(jù)教學計劃準確計算所需實驗動物數(shù)量，制定動物計劃，在保證實驗課教學質量、實驗課實驗數(shù)據(jù)有統(tǒng)計學意義的前提下減少實驗動物的數(shù)量。實驗課結束，實驗室妥善留存未使用(備用)實驗動物，補充飼料和飲用水，留到下一次實驗課用，同時聯(lián)系實驗動物部退訂相應數(shù)量和種類的實驗動物。

對于在實驗中作為正常對照組的實驗動物，教學實驗室課前聯(lián)系相關學系課題組，征詢是否需要留下動物做預實驗。例如，氯丙嗪對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響實驗中的生理鹽水組小鼠，如果課題組需要這些小鼠用來摸索實驗條件，熟悉實驗流程，任課教師會通知學生在實驗完成后不處置本組小鼠；對于某些課題組需要少量實驗動物(如家兔或者大鼠)的血液或者組織做預實驗，教學實驗室會在不影響學生實驗的前提下提供樣本，極大減少了實驗動物用量，實現(xiàn)“用少量的動物獲得更多的實驗數(shù)據(jù)”。

實驗室對部分實驗器材進行適當改進。如在氯丙嗪對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響的實驗中，學生需要測量小鼠肛溫。實驗技師在體溫計探頭距前端0.5 cm處纏繞醫(yī)用膠帶，以防止學生插入過深造成小鼠死亡。此項措施有效降低了因操作不當致小鼠死亡的數(shù)量。

3 替代使用動物的“Replacement”原則

為了更好發(fā)揮醫(yī)學機能學實驗課程的橋梁作用，讓學生可以更加貼近臨床感受，本實驗室構建了專門以人體作為實驗觀察對象的人體機能實驗室，并針對臨床醫(yī)學、康復醫(yī)學、生物工程及護理等專業(yè)的不同特點，開設了包括心血管、神經(jīng)、肌肉、呼吸及泌尿系統(tǒng)在內(nèi)的7個人體實驗，如心電圖描記、肌肉反應、水平衡-泌尿實驗等，以替代部分動物實驗，減少了實驗動物的過度消耗。人體機能學實驗課的實驗過程更加貼近臨床。學生既是實驗實施者，又是實驗受試者，極大地激發(fā)了學習興趣，提升了教學效果。人體機能學實驗并不能完全替代動物實驗，在遇到神經(jīng)損傷、藥物影響等對人體有損傷危害的實驗環(huán)節(jié)，可以用虛擬實驗來補充完成，同樣能夠達到實驗目的，取得良好的教學效果[5,6]。

4 優(yōu)化操作的“Refinement”原則

優(yōu)化和改善操作是在醫(yī)學機能學實驗教學中落實“4Rs”原則，保障實驗動物福利的重要環(huán)節(jié)。在保證醫(yī)學機能學實驗課教學效果，達到實驗教學目的的前提下，本實驗室不斷完善實驗教學的各個環(huán)節(jié)，努力做到使實驗動物享有國際公認的五項福利，即“享受不受饑渴的生理福利，享受生活舒適的環(huán)境福利，享受不受痛苦傷害和疾病折磨的衛(wèi)生福利，享受表達天性的行為福利，享受無恐懼和悲傷的心理福利”[7]。

4.1 課前準備階段

本實驗室將所有要注射到實驗動物體內(nèi)的藥品，改用臨床輸液用的0.9%氯化鈉注射液(無菌生理鹽水)配制。無菌生理鹽水為等滲溶液，在靜脈注射時可以避免發(fā)生血管內(nèi)皮損傷，降低溶血現(xiàn)象的發(fā)生，減少某些藥物對血管的刺激。例如，在血漿藥物半衰期的測定：水楊酸鈉測定的實驗中，水楊酸鈉對血管具有一定刺激作用。以往在經(jīng)家兔耳緣靜脈注射水楊酸鈉水溶液時，家兔掙扎劇烈，有時還會發(fā)出痛苦的叫聲，造成學生因緊張操作失誤，針頭滑脫出血管，導致反復進針，或者刺破血管，將藥液推注到皮下組織，給家兔造成更大傷害和痛苦，也嚴重影響水楊酸鈉在家兔體內(nèi)的吸收和代謝模式，進而影響實驗結果。在改用無菌生理鹽水配制10%水楊酸鈉后，家兔因疼痛掙扎的情況明顯減少，進而學生減少操作失誤，得到較為合理的實驗結果，達到實驗目的。

消化系統(tǒng)實驗項目-消化道平滑肌生理特性及藥物對離體回腸的作用與量效關系，需要課前制備家兔離體回腸標本，教科書上的步驟是用木槌猛擊家兔頭枕部致昏迷后剖腹取材。實驗技師在操作過程中往往因家兔劇烈掙扎，不能擊打到正確部位，反復多次擊打，增加實驗動物的痛苦，有悖實驗動物福利宗旨。為此，實驗室購置了小動物麻醉機。實驗技師將家兔置于麻醉機中吸入二氧化碳，待其麻醉后再準確擊打頭枕部，致家兔深度昏迷后剖腹取得回腸標本，隨后經(jīng)耳緣靜脈快速注射20%氨基甲酸乙酯，對家兔實施安樂死。此種方式制備標本，減少了實驗動物所承受的痛苦，使實驗動物享有不受痛苦傷害的衛(wèi)生福利。

藥物作用規(guī)律經(jīng)典實驗-苯巴比妥鈉對小鼠肝細胞色素P450含量的影響，需要課前預處理小鼠：每日腹腔注射苯巴比妥鈉或0.9%氯化鈉注射液，共2日。在此期間，小鼠存放間恒定溫度25 ℃，每日通風換氣；每個中型轉運箱保有不超過30只小鼠，保證小鼠有足夠的活動空間；喂飼輻照小鼠飼料及純凈水，每日清洗飲水瓶，更換飲用水，每日更換墊料，保證小鼠享有生活舒適的福利。實驗課前，小鼠需要禁食12 h。實驗技師應嚴格控制禁食時間，禁食不禁水，同時注意觀察，將體弱的小鼠單獨存放，防止體弱小鼠被攻擊致死的情況發(fā)生。實驗動物具備健康穩(wěn)定的生物學特性，進而保證了學生實驗的順利開展，并取得有效的實驗數(shù)據(jù)。

4.2 實驗課過程中

本實驗室對部分實驗操作做了適當改進，將家兔麻醉藥物的給藥途徑由耳緣靜脈注射改為腹腔注射。家兔在清醒狀態(tài)時，因為學生人數(shù)多，環(huán)境比較嘈雜，易處于激惹狀態(tài)。學生進行耳緣靜脈注射存在困難，易造成麻醉失敗，或者對家兔耳緣靜脈造成損傷。另外，因學生固定家兔時按壓用力過度，造成家兔窒息死亡的情況偶有發(fā)生；因學生過于緊張，推注麻藥過快或者無暇顧及觀察家兔狀態(tài)導致麻醉過量，也會造成家兔死亡。在改變麻醉藥物給藥途徑后，降低了操作難度，有效避免了家兔在麻醉階段死亡事故的發(fā)生以及麻醉階段對家兔耳緣靜脈的損傷，保證后續(xù)經(jīng)耳緣靜脈注射其他藥物能夠順利進行。例如：在血漿藥物半衰期的測定-水楊酸鈉的測定實驗中，學生需要注射三種藥物(氨基甲酸乙酯、肝素、水楊酸鈉)。以往這三種藥物都經(jīng)耳緣靜脈注射。在實施麻醉時，因為學生操作不熟練而反復進針，或刺破血管壁將藥液推注到血管周圍組織，造成耳緣靜脈受損，兔耳水腫，嚴重的甚至造成雙耳水腫，使得后續(xù)的肝素和水楊酸鈉注射只能由實驗技師通過股靜脈或頸靜脈推注，給實驗動物造成額外的創(chuàng)傷和痛苦。將氨基甲酸乙酯給藥途徑改為腹腔注射后，學生在麻醉階段不會損傷家兔耳緣靜脈，進行后續(xù)的耳緣靜脈注射時因為家兔處于麻醉狀態(tài)，極大地提高了操作成功率，鮮有發(fā)生需要開放其他靜脈通道推注藥品的情況，避免了對實驗家兔造成額外的創(chuàng)傷。再如，在泌尿系統(tǒng)綜合實驗中，使用無菌生理鹽水配制的麻醉藥物氨基甲酸乙酯，經(jīng)腹腔注射實施麻醉，極大減少了溶血或血尿現(xiàn)象發(fā)生，有效地避免了因為溶血和血尿現(xiàn)象造成對血氣、血肌酐、尿素氮及尿液指標的誤判，保證學生實驗得到有效的實驗數(shù)據(jù)。此外，在泌尿系統(tǒng)綜合實驗中，教師將傳統(tǒng)的需要開腹手術的膀胱插管法或輸尿管插管法改為采用雙腔氣囊兒童導尿管經(jīng)尿道口插管法，不需要開腹，從而減少創(chuàng)傷，減輕實驗動物的痛苦[6]。

4.3 實驗完成

實驗結束后要求學生及時對實驗動物施以人道的“安樂死”：對家兔采用快速靜脈推注過量的氨基甲酸乙酯處死，不再使用注射空氣栓或拔掉動脈插管放血的處死方法；將小鼠置于小動物麻醉機，設定到“處死”檔，使其過量吸入二氧化碳處死，不再使用斷頭或斷脊髓法處死小鼠。完成處死操作后，實驗技師要依據(jù)呼吸、心搏、瞳孔、神經(jīng)反射等指征確認實驗動物完全死亡，隨后裝入專用塑料袋，放置到指定的實驗動物尸體存放點的冰柜中。每年的4月24日為“世界實驗動物日”，其前后一周為“實驗動物周”[8,9]。在這一周，實驗室會組織學生在實驗結束后舉行簡短的紀念儀式，向實驗動物默哀致敬，感恩實驗動物為人類衛(wèi)生健康事業(yè)所作出的犧牲。

在教學實踐中全體從教人員深刻感悟到，在醫(yī)學機能學實驗教學中落實4Rs原則保障實驗動物福利，使得實驗動物具有健康穩(wěn)定的生物學特性，是獲得科學、準確實驗結果的前提，是保證實驗教學順利、高效開展的必要條件。將動物倫理教育寓于實驗教學的每一環(huán)節(jié)，是對醫(yī)學生進行生命倫理教育的重要途徑。通過實驗教學鞏固醫(yī)學生的基礎醫(yī)學理論知識，提高醫(yī)學生的基本操作技能，同時，進一步增強醫(yī)學生的動物倫理意識，樹立正確的生命觀，培養(yǎng)醫(yī)學生敬畏生命、尊重生命、善待生命的人文素養(yǎng)具有重要的價值和意義[8-10]。