实验动物环境生态学课件

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实验动物环境生态学*第一节实验动物环境一、实验动物环境二、实验动物环境监控的意义三、影响实验动物环境的因素*一、实验动物环境1定义2实验动物环境3大环境和小环境*1定义“环境”广义指生物体以外的客观一定事物，是生物赖以生存的外部条件。*

实验动物环境指将动物饲育在人为的有限空间，并按科研要求，按人们意志控制动物生长、繁殖、实验的一个人工的特定场所。实验动物设施:指界定实验动物的生存空间维持其需要的建筑物和设备等.*3实验动物外环境和内环境指实验动物和动物实验设施以外的环境,其质量高低可影响内环境.指按照科研要求和人们的意愿,将实验动物的生长、繁殖或活动限定在某种特定的人工场所内.内环境又分大环境和小环境.*4大环境和小环境直接包围动物体的饲育室和饲养盒内的环境称为小环境。饲养间内乃至饲养场内的环境称为大环境。大环境→小环境→间接影响实验动物。*二、实验动物环境监控的意义

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的结果

3保障人们身体健康,不受危害因素的伤害

*

三环境因素对动物试验结果Genotype

（种属、品系和性别等等）

↓DevelopmentalenvironmentPhenotype

（如：各种蛋白质、动物的形态特征等）

↓ProximateenvironmentDramatype

（如：各种状态、肤色深浅、体重差异等）

↓Exp.result

实验处理*

动物对实验处理的反应R=（A+B+C）*D+ER动物对实验处理的反应A动物种类对实验的共同反应（基因型）B动物特有的反应（基因型）C个体差异（表现型）D环境的影响（主要地位）E实验误差（人为误差和抽样误差）*第二节影响实验动物环境的因素一、概述二、温度三、湿度四、气流、通风、换气和空气过滤五、照明六、噪音七、有害气体八、粉尘*一、概述实验动物环境因素分类环境对动物的影响特点*１实验动物环境因素

物理因素

温度、湿度、气流、风速、光照、辐射、笼具、垫料等。化学因素

饲料、饮水、有害气体、粉尘、消毒剂等生物因素

微生物、寄生虫和动物遗传、突变等*环境因素*２环境对动物的影响特点

综合影响作用的条件品系和个体差异*（1）综合影响环境对实验动物的影响，不可能是单一因素的影响，而是多种因素综合作用，如：气温、气湿、气流等因素均可影响到动物的体温调节。所以在评价一个饲养室的环境条件时，应将各种因素综合加以考虑。*（２）作用的条件环境对实验动物的影响，不一定很快表现出来，必须具备一定的条件，才能对动物产生一定的影响：接触机会（接触的季节、动物的生理状态、抗病力等）接触形式（传播途径）接触时间（持续时间）接触强度（传染范围、传染力）*（3）品系和个体差异与实验动物本身的特性，个体差异、不同的品系、年龄及不同的级别等，也有很大关系。*3环境控制研究设施的研究环境监测特殊环境研究*3.1

设施的研究动物场的设计、布局、结构、选址、各部分的面积等。设施的研究，包括过滤器、空调、制冷、通风、隔离器、笼具等。建材滤材的改进、隔离器材料、过滤器材料等。其它研究，如热学和通风方面的分析、饲养室内气流的调控等。*太行山猕猴养殖场]*动物实验布局*活动式动物饲养室*

无菌工作间*3.2

环境监测环境监测的标准研究，如空气的洁净度、通风换气、水质标准、照度标准等。环境因子监测方法，如噪音、照明度、气流、粉尘和细菌监测等。监测仪器的研究，照度计、温度计、湿度计、声级计等。*例如光照标准日本：距地面85cm，150-300lx

美国：807-1345lm/m2;1080-1620lx中国：非操作时间：20-100lx；操作时间：350-400lx*日本环境噪声标准（人）*3.3

特殊环境研究GF环境、SPFA环境、热休克环境、失重环境、致病环境、人工模拟航天环境等。*二、温度大多数实验动物属于恒温动物，只有少数如黄鼠和旱獭(ta)，属于冬眠动物。动物的体温也随之逐渐降低，机体的呼吸、心跳和代谢也明显减低，动物处在不吃不喝的半睡眠状态，只靠体内的脂肪维持动物的最低生理功能，以此度过冬天。气温条件对动物能量代谢影响很大，气温越低，恒温动物消耗能量越大，呈反比关系。*1

影响生长发育和繁殖温度影响兔子耳朵的生长，甚至影响动物内脏和内分泌腺的发育。例如:动物在低温环境下发育延迟，生长速度也放慢，而高温环境使大鼠尾巴长得更长持久性低温常导致动物性周期延长，摄食量↑，抵抗力↓。例如，在低温环境下，小鼠的性周期出现迟缓，在21℃条件下，一年能繁殖3个世代，如果-3℃时，一年只能繁殖2个世代。出现双侧睾丸萎缩，以至失去繁殖力。*雪兔家兔*2影响代谢高温:可使泌乳大鼠的体温↑，食量↓，产乳量↓。低温:LA代谢增加,食量↑，呼吸加快心率加快.*影响健康和抗感染力恒温动物依赖本身的产热、散热能力，维持体温的稳定和平衡。其允许变动的幅度是很小的，人类一般为±0.50C，动物一般为±30C。环境温度的变化是很大的，有时甚至是很剧烈的。实验动物的极限温度范围大致为40～-300C之间。*Allen'srule有些动物在长期的进化过程中所形成的对低温环境的一种身体结构上的适应。如：冬季（-150C）在户外繁育的幼兔耳短，而在室内（200C）繁育的幼兔耳长。喜马拉雅兔在200C时在耳、尾、鼻和四肢的尖端生长白毛，100C时长黑毛，这是由于一种酶在正常体温时使黑色素失去作用。*4

应激反应温度变化可使动物产生应激反应通过释放ACTH来调节代谢,使动物适应应激刺激长期处于过高或过低温度环境,动物脏器可发生实质性改变*5环境温度对试验结果的影响不同温度时药物的LD50

温度对药物实验的影响温度标准*5-1

不同温度时药物的LD50*表注麻黄碱在常温下LD50为565.5，在低温下为477；常温下LD50高，说明药物的毒性小，而在低温下毒性大。结果提示，即使实验条件完全相同，温度不同，实验结果完全不同。有时高温时毒性大，有时低温时毒性大。*5-2

温度对药物实验的影响*5-3

温度标准目前在国际标准并不完全一致，有的是设计指标值，有的是修正推荐值，有的是容许界限值，现将有关资料引用如下。*各种实验动物的温度基准值ASHRAE：美国保暖、冷却和空调工程师学会；ILAR：LA资源研究所；GV-SILAS：GV-LA学会；MRC医学研究委员会*三、湿度1定义2湿度对LA的影响3湿度标准*1定义指大气中的水分含量，一般用g/m3表示；绝对湿度：每立方米空气中实际含水量；相对湿度：空气中实际含水量占同等温度下饱和含水量的百分比；饱和含水量与温度的关系，00C时5g；100C时9.5g；200C时17g；*2湿度对LA的影响湿度较大（>70%)，人类和环境中营伴生活的温血动物会感到体表蒸发不爽。在高湿度的动物室内，带菌尘粒可大大减少，对呼吸道具有保护作用，可减少和减轻肺炎发生。相对而言，动物室内的垫料和粪便中，细菌和微生物易于繁殖。容易传播疾病。*湿度对LA的影响湿度在85～90％时，实验室空气中的细菌数与氨浓度也明显增加，容易引起动物的呼吸系统疾病。特别是仙台病毒感染的发病率有明显增加。湿度较低（<40％）以下时，大鼠可发生尾部的环状坏死症（ringtail）。一般认为这是由于低湿条件下，随着尾部水分的散发，尾血管缩小而引起血循环障碍所致。*3湿度标准*四气流和风速

气流：是指实验动物设施内空气的流动。包括方式、方向、变化等。风速：是指实验动物设施内气流的速度。*1气流组织目的：要求气流分布均匀，保持新鲜，避免直吹动物。原则：在动物室内，防止气流受阻形成滞流、涡流、逆流等。造成粉尘、细菌、臭气积聚而不易散发，降低室内的洁净度。分布：采用顶送侧排的非平行层流式，俗称乱流方式。特点：室内各点风速不同，即使在同一点上风速和风向也不同，靠它来不断混合或稀释室内的非洁净空气。*1-1顶送侧排气流分布AnimalBreedingRoomAirConditioningSystemABCD*图注①空气沿A板上的小孔进入室内，可防止直吹动物和形成涡流；②设置调节孔B，可调节各层次个风量；③笼具前板上有门C，上面有多个小孔可使洁净的空气均匀的进入笼内，防止空气倒流；④笼具上方设置了风向调节板D，可引导空气进入笼底。不形成死角。*1.2独立通气笼具*1.3顶送侧排气流分布*2

气流速度气流速度主要影响到动物的散热。小鼠，当风速1～2m/s时，体温↓。一般气流速度控制在0.10～0.20m/s。>0.20m/s易产生气流附壁现象；<0.10m/s气流过慢，不利于空气交换。*2.1通风换气通风换气是为了给动物提供新鲜空气，参数包括换气量和换气次数，换气次数过频，动物体能消耗过多，热量损失增加，BMR↑，例如>100次/hr，动物虽未受到明显的感染，但幼子不能存活或发育不良。若变为35次/hr，测试结果立即好转。*2.2各种LA的空气需要量*五、照明1光照参数2影响视力3影响生理和生殖4光照标准*1光照参数参数:照度、波长和照明时间。人可见光电磁波谱为，波长750～350nm,频率4×1014～8.5×1014Hz。照度的单位为勒克斯（lx）或流明（lm）*光谱各部分的颜色与波长的关系*2影响视力动物眼视网膜表层，分布有感觉弱光的视杆细胞和感觉昼光与颜色的视锥细胞。一般鸟类的视锥细胞占优势，因而出现夜盲眼。啮齿动物是视杆细胞占优势，成为夜视动物。但是啮齿动物容易受强光损害，辨别颜色的能力较差，特别对红色无辨别能力。*金雕*啮齿动物*视杆细胞和视锥细胞*色盲检查01*色盲检查02*色盲检查03*影响视力大鼠在2000lx，连续光照条件数小时会出现视网膜障碍，弱光60lx，持续13周，也会出现视网膜病变*3

对生殖的影响长期连续的光照条件在大鼠和小鼠可发生持久性阴道角化，卵巢中形成多数达到排卵前期的滤泡，而无黄体形成。持续黑暗条件，大鼠生殖生理就会受到抑制，卵巢、子宫的重量会下降；不同性别的动物对光照的敏感性也有差别，一般都是雌性大于雄性。在其它条件不变的情况下，维持恒定的光照条件，可使大多数动物生殖生理发生季节性变化完全消失；*照明时间对实验动物的影响以12h照明和12h黑暗，大鼠的发情实验可呈现最稳定的4日周期;如以16h照明，8h黑暗则呈现5日性周期或更长。若以22h照明，2h黑暗，则性周期长短不一，极不规律，或连续发情或不能繁殖。家兔在冬天，如维持250C的环境和延长光照，就明显提高其繁殖力。*4光照标准日本：距地面85cm，150-300lx

美国：807-1345lm/m2;(每平方米上的流明值即等于lx）美国宇航局生物屏障室：1080-1620lx中国：非操作时间：20-100lx；操作时间：350-400lx*六、噪音1定义2声音的特性3噪声的来源4噪声对实验动物的影响5噪声控制标准*

定义噪音一般指频率高、振幅大、带有冲击性或具有无规律的声波，给人或动物带来心里的或生理不利影响的声音。音量的单位为分贝（dB）。人能感觉到声波频率的范围是20～20000Hz。高于20000Hz的叫超声波，低于20Hz的叫次声波。人耳最敏感的频率是在1000-3000Hz之间。*2声音的特性

声音参数：频率、强度和波形（音调、音响和音色）纯音、复合音、噪音等波长（频率）、调幅、调频等*2-1声音的性质*2-2参数*2-3声音单位物理上常用的声音强度单位，一是声压，一是声强，前者指单位面积上所承受的声波的压力，即dyn/cm2，后者指单位面积上所承受的声波的功率数，w/cm2。例如，在1000Hz时，人耳能听到的最小声音强度为10-16w/cm2。人耳能听到的最大听阈约为10-3w/cm2。人们在表示声音强度时一般不用上述两个绝对单位，而是用另一种相对单位。*2-4声音的单位相对强度的贝尔数=lg（E/E0）E：实际声强数；E0：人耳能听到的最小声音强数（10-16w/cm2），以阈强度为标准音（0贝尔），它的10倍为1贝尔，102为2贝尔，以此类推。实际上这个单位还有些大，所以常用它的1/10为实用单位，即分贝。*2-5听阈指在一定的频率下，人们能够引起听觉的最小振动强度，当振动强度过强时，它引起的将不在是听觉，而是疼痛感，这个限度为最大听阈。*人的正常听阈图*2-5响度是指人对声音强度的主观定性反应，是人的一种感觉功能，有强弱之分，不能用仪器测量。与响度有关的3个参数是音强、音频和听敏度。许多动物都能感觉到人所感觉不到的超声波。*2-6A声级评定声音A声级来评定声音的原理是，使用A计数网络模拟人耳对40phon响度级声音反应特点，滤掉声波中500Hz以下的低频部分，保留测声仪对高频敏感部分，A声级的记值单位为dB。*A声级A声级 声源（距测点1～1.15米）20～30 轻声耳语，安静的室内40～60 室内普通活动60～70 普通交谈，安静的街道80 城市街道，收音机，公共汽车90 重型汽车，泵房，嘈杂的街道100～110 织布机，电锯110～120 柴油机120～130 高射机抢，风镐，螺旋浆飞机139～140 喷气式飞机，大炮160 火箭，导弹 *3噪声对实验动物的影响

对生殖影响环境噪声可使动物的繁殖率下降，妊娠中断，妨碍受精卵的着床。有许多实验结果都证明了这一点。不同噪音强度对豚鼠流产率的影响。*不同噪音及持续时间对妊娠豚鼠的影响

组别 强度/dB 持续时间/min 动物/只 流产率/%1 40±21 10 02 80±2 1 10 03 90±2 1 10 104 100±2110 305 80±2510 06 80±2 1010 07 80±2 1510 108 80±220 10 20 *DBA/2小鼠的听源性痉挛*4噪声控制标准不同的国家噪音控制标准不同；不同的动物噪音控制标准不同；不同的设施噪音控制标准不同；不同的实验要求控制标准不同；*日本3类实验动物设施中噪音的实测水平（dB)*美国环境保护局噪声标准（人）*七、粉尘

定义:粉尘指较长时间飘浮在空气中的固体颗粒。或指空气中浮游的固体微粒。来源:空气中的细菌一般都是附着在粉尘上而飘浮在空气中，二者有一定的相关性。无论粉尘大小，均可对动物造成一定程度的伤害，颗粒大，在空气中停留时间短，影响小；颗粒小，在空气中停留时间长，影响大。*1空气净化的原理

细菌的直径一般来说在0.3～30μm，细菌往往依附在粉尘上呈较大的颗粒或粉尘。所以说空气净化是通过防尘来实现的。对动物影响较大的粉尘主要是>0.5μm。一般来说只要滤过>1μm的粉尘，就能达到除菌的目的。*2空气中24小时细菌变化*3空气中24小时粉尘变化规律*室内空气中细菌与粉尘的变化规律细菌数变化，逐日增加；显然与小鼠进入有关，随粪便排出增多，细菌数↑。变化规律，早8时、晚8时、午夜1时有3个高峰，与小鼠的夜行性自发行为和摄食活动有关。粉尘的变化规律，大颗粒逐渐减少，小颗粒先减少后增加；*4细菌与粉尘的相关性*5粉尘对LA的影响①粉尘可引起实验动物或饲养人员的变态反应或哮喘病。②动物室内粉尘超标时经呼吸道进入动物体内，到细支气管和肺泡能引起呼吸道疾病；③粉尘落在动物身上，与皮肤上的分泌物、被毛、皮屑、微生物等混合在一起，使动物散热能力下降。*6洁净度标准中国建筑部门洁净度标准美国宇航局洁净度标准日本生物净化室标准*6.1中国建筑部门洁净度标准*6.2美国宇航局洁净度标准*6.3

日本生物净化室标准空气中粉尘粒子≥0.5μm的，每升空气累积数≤350个；≥5μm的，每升空气累积数≤2.3个；生物粒子(非治病菌数为指标)，5～10平方米，1个9cm直径培养皿，放置30min后经48h培养，细菌计数应在3～30个。*八、有害气体把对人的嗅觉产生厌恶的气体，并能污染环境的气体称为臭气。包括氨气、甲基硫醇、硫化氢、硫化甲基、甲基丁烷、三甲胺等。来源：氨气是由于细菌分解尿素而产生；甲烷、硫化氢由粪便产生。*1害气体来源实验动物室内的氨、硫化氢、硫醇等特殊气味有害气体，它们是由动物排泄物发酵分解产生的。其中，氨的浓度最高，因而常以氨浓度作为判断有害气体污染程度的指标之一。空气中的氨含量是衡量空气质量的重要指标；*

2监测指标空气中的氨含量是衡量空气质量的重要指标；在卫生管理方面，一般以氨的含量作为指标，单位一般为：<15mg/m3或<20ppm或<1.18mmol/L。*3氨含量对实验动物的影响*4有害气体(氨)的控制标准目前认为，如果人每天8h，每周5d工作于实验动物设施内，氨浓度必须低于17.5mg/m3（25*10-6）才无损健康，并认为低于14mg/m3（25*10-6）的氨浓度才能保证实验动物健康安全。我国国家标准规定实验动物设施中的氨浓度应低于14mg/m3（25*10-6）*5小鼠信息素除了臭气之外，混杂在这些气体之中还有一种气体对动物的繁殖有很大的影响，这种气体叫信息素（pheromone）或叫引物信息素（primertpheromone），是动物释放的一种性信息素，雄性由包皮腺分泌，臭气能干扰性信息素的气味。性信息素对小鼠的繁殖有3个方面的效果。*

指小鼠群养时常常发生假妊娠和发情周期混乱的现象；动物交配后未受精，但由于性激素的作用，黄体仍然存留，在卵巢内不消失，进而引起子宫增大，腹部隆起，表现出假妊娠。Lee-Boot效果*Whitten效果

是指由于雄性分泌的信息素促使雌性的发情周期出现有规律性的现象，即引起促卵泡成熟激素和黄体生成素分泌的加强；*Bruce

效果

是指怀孕初期的雌性小鼠与交配对象以外的雄性接近或同居时产生的中止妊娠反应。*第三节实验动物设施一、基本概念二、隔离系统三、屏障系统四、开放系统*一、基本概念实验动物设施设施的特征实验动物设施的分类特殊动物实验设施基本要求和管理*1laboratoryanimalfacility指进行实验动物饲养、维持、生产、实验、试验或制造等设施总称。目的：是保证实验动物正常生长、繁殖，保证动物实验在符合实验目的的条件下进行。*2.设施的特征可调性复杂性延续性洁净性*3特殊实验设施

P1级普通微生物实验，对工作人员进出要求不严；P2级禁止非工作人员进入实验区，可能发生气溶胶扩散的实验室在2级生物安全柜中进行；P3级禁止非工作人员进入设施内，由双重密封门或气闸室与实验外部进行隔离；P4级采用独立的建筑物，有隔离区和外部隔断的构造，室内保持负压，在密封型生物安全柜内进行实验。*4各种实验动物设施示意图*二、隔离系统1定义、分类和用途2基本结构3基本要求*1定义隔离器是保持内环境完全无菌的密封装置,为无菌实验动物饲养繁殖、实验操作和处理后观察的惟一设备。

*2基本结构*3隔离器示意图*影响过滤器的过滤效果的因素①含尘粒径：②附尘：③滤材纤维直径：④风速和过滤面积：⑤静电：*过滤器效果*隔离系统基本要求

空气调节密封性空气过滤耐酸浊严格消毒返回*正压和负压隔离器用于无菌动物及实验用的隔离器都采用正压,即罩内空气压力高于外界,压差达150Pa,这有利于保持罩内无菌。如做烈性病原体感染研究或有毒挥发物实验,应采用负压隔离器,以保护外环境和人员安全。负压隔离器应采用不锈钢和玻璃制作的刚性外壳。*三、屏障系统定义组成基本要求半屏障系统其它设施（层流架、生物净化室）*1定义该环境严格控制人员、物品和环境空气的进出,适用于饲养清洁动物