8第八讲-第四章实验动物环境控制的标准化.ppt

1、第四章 实验动物环境控制的标准化 实验动物遗传学质量控制的标准化 实验动物微生物学质量控制的标准化 实验动物环境控制的标准化: 环境因素影响实验动物品质 环境因素影响动物实验的结果,第一节 实验动物环境控制的必要性 饲养实验动物的目的动物实验或试验 遗传学：表型=基因型+发育环境 实验动物学：演出型=表型+周围环境 演出型是实验动物周围环境对表型影响后形成的。(见图4-1),图4-1 影响动物性状的遗传和环境的关系,动物实验就是对演出型施加一定的处理而获得实验结果 。 欲使动物实验结果具有可比性和可重复性，就必须要求实验动物演出型的稳定 要使演出型稳定就需要对影响演出型的周围环境（小环境）加以

2、控制。 实验动物环境控制的必要性可用下列公式来表示：,R= (A+B+C)DE R表示实验动物的总反应， A表示动物种的共同反应 B表示品种及品系特有的反应 C表示个体反应（个体差异） D表示环境影响 E表示实验误差。,非人灵长类动物实验基地,由公式可以看出,A、B、C属遗传因素,而D是环境因素,与动物的总反应呈正相关,说明环境因素对R值的影响很大。 在实验动物的遗传性状相对稳定的情况下,尽量减小D值的变化,尽量排除环境因素变化所造成的影响。由此可见环境控制的重要性。,综上所述，饲养实验动物的目的进行动物实验。 环境条件不仅影响实验动物的品质它还直接影响动物实验的科学性，动物反应的敏感性，实验

3、结果的可重复性。 所以，必须严格控制实验动物的环境条件。,第二节影响实验动物的环境因素及其控制 影响实验动物的环境因素(environmental factor)很多，本节内容主要阐述实验动物饲养室内的环境因素(即小环境因素) 指饲养室内温度、相对湿度、气流、空气中颗粒物、微生物、有害气体、光照和噪声等对实验动物的影响，并阐述各项环境因素的控制要求。,控制实验动物环境温度的主要目的是： 消除对实验动物健康的危害； 消除对实验动物繁育的不良影响； 消除对实验动物生长发育的不良影响； 创造进行动物实验的合适的环境温度条件，统一实验条件； 创造对工作人员合适的工作环境。,一、环境温度及其控制,将91

4、0周龄ICR小鼠放置在1030温度环境下观察生理反应，随着气温的升高，小鼠的脉搏数，呼吸数和发热量都呈直线下降(表4-1)。这表明小鼠的心跳、呼吸、产热等生理反应对环境温度的变化是很敏感的，这也意味着温度将左右生理实验的结果,环境温度影响动物生理实验结果,表4-1环境温度与小鼠的脉搏数、呼吸数、发热量的关系,环境温度影响药物的LD50 在不同温度条件下，药品、化学品等对实验动物的毒性也有较大差异。 如不同温度条件下，同一药品对实验动物的LD50差别甚至可达数倍(表4-2)。,表4-2 两种环境温度对药物LD50的影响,雌性Wistor大鼠在环境温度为1032条件下，腹腔注射戊巴比妥钠95mgk

5、g，发现在低温和高温时动物死亡率较1828时显著增高(表4-3),环境温度对药物作用的影响,表4-3戊巴比妥钠在不同环境温度下对大鼠死亡率比较,环境温度影响实验动物的性周期 环境温度过低或过高常导致雌性动物性周期紊乱（如母兔在5以下很多就不发情） 高温时对雄性动物的影响更大，精子生成能力下降，甚至出现睾丸萎缩，因此，在低温和高温环境下动物的繁殖机能均下降,环境温度影响实验动物的抗病力 环境温度过高或过低还会导致动物抗病力的降低，易感染各种疾病，甚至使动物死亡而影响实验结果。 环境温度控制-标准 为了确保动物实验结果的可靠性、可重复性和可比性，实验动物饲养环境温度应控制在一定范围之内（1829）

6、。 各国家规定的实验动物室温度的基准值见表4-4。,表4-4 各国研究机构实验动物室温度基准值(),二、相对湿度及其控制 相对湿度是指在特定的温度条件下，空气中的实际含水量与该温度的饱和含水量的百分比。 饲养室内的相对湿度对动物机体热调节有密切关系。 相对湿度过高对动物的体热调节极为不利，此外，湿度过高，微生物易于繁殖，饲料和垫料易霉变，易发生某些传染病。,相对湿度过低,灰尘易飞扬,可引起动物呼吸 道疾病. 在低湿干燥情况下,大鼠环尾症发病率高. 如温度同在为27的条件下: 相对湿度20时,几乎所有大鼠都发生环 尾症,相对湿度40时,此症发生率为25 30;相对湿度大于60时,则不发生此 症.

7、,不同品种大鼠发生环尾症的差异很大，如同在27相对湿度30条件下： 1. Long-Evan大鼠发生率为32； 2. Sherman大鼠发生率为29； 3. Wistor大鼠发生率为78； 4. Sprague-Dowley大鼠则高达82。 环尾症发生的原因是在干燥环境下由于尾部血管壁收缩，而导致尾部血循环障碍造成尾部组织环状坏死。,低湿导致哺乳母鼠咬仔 在低湿情况下，还常发生大、小鼠哺乳母鼠咬仔现象，仔鼠发育不良，体重增长停滞。,相对湿度-标准 饲养室环境相对湿度标准和温度标准一样，无国际统一标准，也是根据推荐值和允许范围制定的，一般说来，相对湿度在4070之间动物完全可以适应，但以505最

8、好。 各国实验动物饲养室相对湿度基准值见表4-5。,表4-5 各国实验动物饲养室相对湿度基准值(),三、气流(air current) 适度的气流和风速能调节饲养室的温度和湿度，降低室内的粉尘及有害气体，控制疾病的发生，同时也有利于工作人员的健康。,气流主要影响动物皮肤的体表蒸发和对流散热： 当室温较高时，气流有利于对流散热，对动物有良好的作用。 当室温较低时，气流增加动物的散热量，加剧寒冷的影响。由于大多数实验动物体型较小，体重与体表面积的比值较大，因此对气流更加敏感。,实验动物饲养室的气流值一般控制在：0.130.18ms的气流（人类一般可感觉的气流为0.200.25ms）。 在饲养室内保

9、持一定气流，不仅可使温度、湿度及化学物质组成保持均匀一致，而且有利于将污浊气体排出室外。,饲养室送风口和出风口气流较大，往往超过1ms，甚至达到2ms。 因此在布置实验动物笼架、笼具时应避免在风口处饲养动物，以减少这一因素对动物造成的不良影响。,饲养室内的空气洁净度，是指室内空气中的尘埃颗粒、微生物和有害气体等三个方面的污染程度。 饲养室空气中的飘浮着颗粒物(尘埃、微生物多附着在颗粒物上)与有害气体，对动物机体可造成不同程度的危害，也可能干扰动物实验结果。,四、饲养室空气洁净度,气体污染源来自： 附近地区大气污染 实验动物本身也产生许多污染物 动物的粪尿及垫料如不及时更换清除，将发酵分解产生恶

10、臭物质，还有饲料、垫料及动物被毛和皮屑也可污染饲养环境而对实验动物产生不良影响。,1.气体污染 主要有氨、甲基硫醇、硫化氢、硫化甲基、三甲胺等5种（后来又增加3种即硫化二甲基、苯乙烯和乙醛），其中氨的浓度为最高。所以判断实验室空气污染状况常以氨作为监测指标。 当氨的浓度过高时，可刺激动物眼结膜、鼻腔黏膜、呼吸道黏膜，而引起流泪、咳嗽，严重时会产生急性肺水肿而导致动物死亡。 美国、日本等提出饲养室内氨浓度应控制在20ppm以下（相当于14mg/ m3）。,恶 臭 物 质,表4-6 不同种动物饲养室与排气口中恶臭物质,2.颗粒物污染(dust contamination) 动物饲养室空气中颗粒物的

11、来源主要有二个途径： 一是室外空气未经过滤处理直接带入 二是动物被毛、皮屑、饲料和垫料等的碎屑被气流携带或动物活动扬起在空气中悬浮，形成颗粒物污染。颗粒物除本身对实验动物产生不良影响外，还可成为微生物的载体存在与室内。 因此，饲养清洁级以上的动物的设施，对进入饲养环境的空气必须经过有效的过滤，以除去颗粒物使饲养室内的空气达到一定的洁净度。,饲养CL动物的环境应达到100,000级过滤即每升空气中0.5m的颗粒物应3500个; 饲养SPF动物的环境空气洁净度要达到10,000级过滤即每升空气中0.5m的颗粒物应350个; 饲养GF动物饲养环境应达到100级过滤即每升空气中0.5m的颗粒物应3.5

12、个.,研究人员对近30年来从接触实验动物的人员收集到的流行病学资料证实,人们因接触实验动物而发生的过敏反应已成为很突出的问题。 1985年,山内忠平在他的著作实验动物的环境与管理中,列出美、日、英等国从事实验动物工作者因接触实验动物而出现过敏反应的资料(表4-7)。,表4-7 对实验动物过敏反应发生率,造成过敏反应的原因： 是由于小鼠、大鼠、豚鼠、家兔、犬、猫等动物的被毛、皮屑、血液、尿液等对某些敏感的人具有抗原性， 通过呼吸道、皮肤、眼、鼻粘膜或消化道可引起人的严重过敏反应，出现不适感，甚至发生过敏性鼻炎、支气管、哮喘等，应引起足够的重视。,对于生物粒子常以细菌作为指标。按510m2面积的范

13、围，距地面1m处放置1只直径为9cm的平皿（内置810ml普通营养琼脂或血琼脂），平放30分钟，经37培养48小时后计数菌落数，相对清洁的环境细菌数应小于30个皿。,为了满足实验动物生理的需要，使饲养环境内温度、湿度和气流等因素达到一定要求，同时使空气的污染降低到最低程度，必须对实验动物饲养环境通风量和换气次数做合理的安排。 所谓通风量一般指送入饲养环境的新风量。高洁净度的饲养环境多数采用全新风。,五、通风量和换气次数,至于通风量和换气次数多少比较合适，目前说法不一，根据美国49个实验动物设施的调查，动物室换气次数见表4-8。资料表明有60以上设施换气次数超过每小时615次。 另外也可以根据各

14、种动物的代谢量，保证提供动物良好空气状况。 不同动物的代谢量和必要的换气量见表4-9。,表4-8 美国49个实验动物设施换气次数调查结果,表4-9,噪声(noise)是影响实验动物健康的重要环境因素之一。饲养室内的噪声来源于: 外界传入； 室内机器产生的，如空调机、排风机都可产生噪声； 动物自身产生的，如采食、行走、争斗，呜叫等。动物的听觉较人类灵敏，能听到较宽的音域，所以噪声对动物的影响不容忽视的。,六、 噪声及其控制,噪声对实验小鼠的繁殖的影响试验： 第一组在确定阴道栓后在普通环境饲养,其产仔率为100,且不发生咬仔现象； 第二组在确认阴道栓后就饲养在噪声环境中,孕鼠产仔率降低,三分之一母

15、鼠咬死仔鼠 第三组在确定阴道栓后饲养于普通环境,18天后移到噪声为85分贝的环境中,产仔率仍达100,但有三分之二的母鼠咬死仔鼠,这可能是因母鼠在哺乳期受噪声影响使行为改变所致。,表4-10 噪声环境下小鼠的产仔率与咬仔率,高强度噪声的刺激还可能造成实验动物生理机能的变化，如对噪声感受性强的DBA小鼠，在噪声刺激5分钟后，其心跳数、呼吸数和血压都有明显升高。 不同品系小鼠对噪声作用敏感性不同。 表4-11列出不同品系小鼠在10kHz、100dB刺激2分钟，听原性痉挛发作的资料,表4-11不同品系小鼠对听原性痉挛发作的感受性,从表4-11可见DBA/2，Jcl：ICR，Jcl：ddn品系小鼠对噪

16、声刺激敏感，其感受性很高，而其他品系则感受性低或不发生声源性痉挛。 控制饲养室噪声的措施有： 在选择实验动物设施场地时应尽量避开城市噪声的影响，如不在交通频繁的道路附近及高噪声源的工厂周围建造实验动物设施；,在建筑设计中应尽量使发生强噪声机器及设备，如风机、冷冻机、泵房等与饲养室之间有一定隔离措施； 不同动物室之间也要隔开，尤其犬舍、猴房等大动物会发出很高的噪声(犬吠声可高达90100dB)，应设法使声音不能传出室外,对声音感受性高的小动物饲养室内的门、窗和墙壁应采用一些消音或隔音材料，防止外部噪音传入； 在饲养室内安装可能产生较高噪声的设备（如水冲笼具、无菌隔离器、净化空气的层流架以及窗式空

17、调器）时，应选择低噪声的产品，以减低饲养室噪声水平。,光照时间对实验动物生殖生理和繁殖也是有一定的影响。 在实验动物繁殖实验中，利用人工控制光照，能调节整个生殖过程，包括发情、排卵、交配、妊娠、分娩、泌乳和育仔等。,七、采光、照明,持续的黑暗条件可以抑制大鼠生殖过程，使其卵巢和子宫减重。 持续光照则会过渡刺激生殖系统，大、小鼠可出现持久性阴道黏膜角化，有多数卵泡达到排卵前期，但不形成黄体。 不同种或不同品系动物对光照的敏感性有较大差别。 不同性别的动物对光照的敏感性也不同，一般认为雌性动物敏感性较高。,所以饲养室内光线要符合： 能维持实验动物健康和繁育条件； 满足饲养人员操作，如兼作动物实验则

18、应满足实验要求。 自然光照时间长短因地区和季节不同而异。饲养室内光照明暗比应保持稳定，一般多控制在12：12、13：11或14：10，明暗的交替最好采用渐暗(渐明)式,以免动物在明暗突然改变时产生短暂的应激反应。,实验动物应避免直射阳光的照射。 在封闭式的饲养室内采用人工照明。为满足饲养人员操作要求室内离地1m处照度达到150Lux。,04年杭州与刘瑞三教授,国家技术监督局1994年批准颁布了我国实验动物环境及设施标准。 饲养室的温度为1829，相对湿度为40-70%，每小时换气次数为10-20次，躁声在60dB（分贝）以下，氨浓度在14mg/m3以下，工作照度在150-300Lux。半屏蔽系

19、统、屏蔽系统和隔离系统的空气洁净度为10万级、1万级和100级。,八、我国实验动物环境标准,150Lux,第三节 实验动物设施的类型、组成与布局 一、设施的类型 实验动物设施可分为隔离系统、屏障系统、半屏蔽系统和开放系统四种类型。 1隔离系统（isolation system） 实验动物饲育环境与外环境是隔离的，送入的全新风要经100级以上洁净度的过滤，一切物品都要经过严格的灭菌之后经传递仓送入，饲育人员不能入内。工作人员通过手套进行操作，不直接接触动物。用于饲养无菌动物和已知菌动物。,2屏障系统（barrier system） 实验动物的饲育环境是密闭的，通过屏蔽装置与外界相通，送入的全新风

20、要经过10000级过滤。送入的一切物品都要进行严格的消毒后经特制的传递装置送入。饲育人员也要进行严格的微生物控制。饲养人员进入屏障系统需经充分淋浴，然后穿上无菌工作服、戴口罩和手套。用于饲养SPF动物。,利用空气压力差可在一定程度上防止污染，即清洁区域（如清洁走廊、SPF动物饲养室、清洁消毒用品贮存室等）空气压力要大于污染区域。 在屏障设施内一切操作要实行严格的微生物控制，因为屏障系统内要长期饲养SPF级动物，保持不被污染，而人员、物品要经常出入，其中人员又不能彻底灭菌，所以人是最大可能的污染源，因此，对人员的要求要特别严格，要有严密的操作细则。,3、半屏蔽系统 （semi-barrier s

21、ystem） 实验动物的饲育环境(系统)是可密闭的，经屏蔽装置与外界相通，送入的全新风要经近10000级洁净度过滤，饲料、垫料要消毒，进入系统内的人和实验动物及其他物品都要进行严格的微生物控制。 用于饲育清洁级实验动物。,近年来空气净化技术发展迅速，各种类型的水平或垂直超净层流架及屏障单元，可以代替净化、屏障的饲养室。 工作人员不须淋浴只需要消毒手臂，戴灭菌手套即可操作，这样就大大地简化了进入屏障系统建筑内的复杂程序。此外，由于屏障只维持于笼架的小范围，局部空气净化可以达到很高的要求，可饲养SPF级或清洁级动物。,4开放系统（open system） 实验动物的饲育环境与外界相通，要有强力通风

22、设施，垫料要消毒，饲料及饮水要符合食品饮用水的城市卫生标准。这是一种无空气净化装置的饲养系统。只能饲养普通级实验动物。 开放系统的各动物室的笼具可以集中洗刷和消毒。经过消毒处理的物品与污染的物品的进出要通过不同路线，并要分开堆放，杜绝交叉。,二、设施的组成 一般包括以下各个组成部分： 1隔离检疫室和健康动物观察室 供由外界引入的动物隔离观察和检疫用。 2饲养室 为繁殖、饲养育成或实验观察用的动物室，这是实验动物设施的主体。 3各种实验室和处置室 外科手术、解剖、术后观察处理，疾病诊断、治疗、生理生化检查、微生物检查、饲料营养成分分析，病理检测等各种实验、测试的用房，最好是与主体分隔，独立的用房

23、。,4贮存室和库房 作为贮存垫料、消耗品和器材的用房，饲料应贮存于010的低温贮存室内。 5洗刷消毒室 作为进行笼具和用具的清洗消毒，饲料、饮水、垫料和笼、器具消毒灭菌的用房或区域。 6工作人员用房 如办公室、休息室、更衣室、淋浴室和厕所等。,7走廊 最好分为清洁走廊和污染走廊 8后勤用室 如机械室、配电室、锅炉房，维修室等。 9废物处理设施 如尸体存放处(冷存室)，污物堆放处等。 10饲料原料仓库和饲料加工室。,三、设施的布局 实验动物设施中各种组成应有合适的布局，其原则为： 有利于防止疾病的传播，各种动物保持各自的独立性，避免互相干扰，相互感染； 方便工作人员操作； 人员、动物、其他物品和

24、净化空气按“单向”路线移动。,集中于一幢建筑物内的实验动物大楼，宜将大动物安排在下层，便于管理和粪便、污水的排出。从微生物控制的角度看，级别越高越需安排在高层，反之级别低者宜在中、下层。一般以使用I、级小型实验动物为主的实验动物机构，高层以安排SPF动物和育种核心群动物的饲养为宜。当前在设计建造实验动物饲养用房时，要考虑到今后实验动物的升级，应留有余地。考虑到各个单位使用动物目的不同，规模大小不同，有的是新建，有的是改建，理解和掌握设施建立的基本原则后，可以因地制宜、灵活布局。,开放系统一般可划分为三个区：前区，包括隔离检疫室、观察室、一般用品库房、办公室、休息室；控制区，包括繁育室、育成待发

25、室、各种动物实验室、清洁走廊、清洁物品贮存室等；后勤处理区，包括污染走廊、洗刷消毒室及污物处理设施等。一切人员、动物和物品原则上应按的方向移动。有集中送风的动物室，其空气流向应按的方向配置（图4-5）。,图4-5 普遍动物室的人、物移动路线,屏障系统的实验动物设施，一般分为清洁区和非清洁区两大部分。清洁区需严格地控制微生物的侵入。无论人、动物、物品和空气都需要经过不同处理才能进入清洁区，才能保证屏障内不被污染，而使动物达到该级别微生物控制的标准。进入屏障系统的人员、物品必须按清洁区污染区方向移动（图4-6）。空气经净化后送入清洁区，按各区气压差由最清洁区(压力最大)清洁区污染区。 兹介绍几个实

26、验动物设施布局设计图例（图4-7，图4-8，图4-9），供大家参考。,图4-6 屏障系统动物室的移动路线模式图,图4-7 双走廊屏障系统实验动物室布局,图4-8 双排三条走廊式屏障系统,图4-9 混合使用的多种动物小型屏障系统,第四节 实验动物的饲育器具 实验动物的饲育器具主要有笼具、笼架、给水器、给料器、搬运车等。大动物常用栏养方式饲养。 一、笼 具 笼具(cage)是饲养实验动物的容器，笼具的优劣直接影响实验动物的健康。目前实验动物正朝标准化和通用化方面发展，一般饲养实验动物的笼、盒和箱等笼具应符合以下要求。,1保证动物的健康、舒适 制作笼具的原材料要无毒。符合动物要求的最小空间值，保证不

27、损伤动物，尤其是足跖部。笼具要有利于通风，散热，给动物以舒适的内环境。 2便于清洗和消毒 笼具应耐热、耐腐蚀。没有不易清理的死角。,3操作方便 笼具设计要便于搬运、清理、贮存，易于观察动物活动，在日常饲养和实验过程中，便于加料、喂水、更换垫料和抓取动物，不仅管理方便，亦可节约大量劳力。 4坚固耐用，经济便宜 笼具最好设计为通用型，一种笼具可适应饲养多种动物。造价低，工艺简单，开启自如，防护可靠，不易损坏变形。,笼具构造上分箱型、金属网型、格子型等。常用笼具类型有下列几种： 定型式(冲压式)：笼底为板底式，顶部加带网孔的盖子，可给料、给水，适用于小啮齿类动物。 带承粪盘(板)的笼子：笼底为金属网

28、或格子型底板。动物排泄物可通过底板上的网孔落于下面的承粪盘(板)上。可用于饲养大鼠、地鼠、豚鼠、兔、狗、猫、猴，门开于前面，笼内或侧壁放置加料器及饮水器。,运动笼： 内设供动物运动的装置。 栅栏型或围网型笼： 用金属网或条围起来的大笼子，底部可能直接落于地面，用于大动物或做为养狗、猫、猴的笼子。 代谢笼： 笼底下部较尖，能将动物粪尿分开，分别接收，供代谢研究用。,目前用于制造笼具的材料主要是耐酸铝材、不锈钢材及塑料。 金属笼箱通风良好，笼内温、湿度与室内环境一致，便于观察，但劳动强度大，管理较困难。 塑料笼箱，易清洗消毒，管理方便，但大多数材料耐热性不够。 聚碳酸脂材料耐热性较好，且透明便于观

29、察，但造价较高。,二、笼 架 笼架是放置笼具的用具。应牢靠，便于移动。笼架大小应和笼具相适合，层次最好可调节，具有通用性。笼架也应便于清洗，具有耐热、耐腐蚀性。 常见笼架有下面几种： 1饲养架 可把笼箱直接放于笼架的各层上，常用45层。,2悬挂式 将笼具悬吊在架子上，使粪尿落于托盘里，也有把动物笼箱直接悬挂于动物室墙壁的悬臂上。 3冲水式 又分为简易式，流水式。 简易式 在悬挂的笼子下面设有倾斜的冲洗槽，用自来水将粪尿冲洗到排水口处，冲洗槽需经常用刷子清洗。 流水式 笼架上装有水箱，笼下设有水槽，水槽呈S形，层层相连，水箱设有浮球控制一定的水位，利用人工或定时器使水箱里的水定时排放，利用水的落

30、差将槽内的粪便冲入下水道。,4传送带式和刮板式 用传送带或刮粪板清理粪便。笼下装有传送带或刮板的传动机械。 笼架最好用不锈钢材制造，笼下冲洗槽或承受污物底板要耐冲洗，耐刮擦、耐腐蚀，可用金属、塑料、玻璃钢制造。自动清洗装置要尽可能减少噪音的发生，底部倾斜度要适中，光滑平整，不积水。,附：特殊笼具、架 1隔离器(Isolator) 由塑料、金属材料制成，用于饲养无菌动物和悉生动物。其构造和使用方法请参看悉生生物学有关章节。 2超净饲养架(Laminar air flow rack) 超净饲养架，又叫层流架。层流架是一种小型屏障饲养设备，工作人员只需彻底消毒手臂，带灭菌手套即可操作。,层流和普通气流不同，是具有线性流向的气流。层流架有前过滤器和高效过滤器，通过送风系统或吸引系统形成正压或负压两种层流空气。前者从架内吹出无菌无尘的层流空气，后者是室内空气由室内先进入饲育架，由吸引装置吸出污染空气经过过滤净化后排出动物室外，层流架能维持接近屏障设施的