第四章第四章 实验动物的环境控制实验动物的环境控制第一节 环境因素对实验动物的影响 第二节 实验动物设施 第三节 特殊动物实验设施 第四节 设施的维护和管理 第五节 实验动物设施的环境监测环境因素影响动物生存的质量 在动物实验中，我们更注重环境因素 对动物实验质量的影响！基因型表现型演出型发育环境周围环境19591959年年RussellRussell和和BruchBruch提出的提出的动物遗传和环境之间相互关系的学说动物遗传和环境之间相互关系的学说在动物实验中。为了使动物经过实验处理后的反应保持稳 定，就必须要求每个动物的表现型和演出型都保持稳定；而要 求每个动物的表现型和演出型保持稳定，就必须对动物的遗传 和生活的环境进行控制。 1959-1962年孕妇服用 反应停后出生的海豹儿 环境对动物实验处理的影响R = (A + B + C) D + E 式中：R: 实验动物的总反应A: 实验动物种属的共同反应B：动物品种及品系特有的反应C: 动物的个体反应（个体差异）D: 环境的影响（包括实验处理）E: 实验误差第一节第一节 环境因素对实验动物的影响环境因素对实验动物的影响实验动物环境 外环境大环境 内环境小环境影响实验动物环境的诸因素影响实验动物环境的诸因素气候因素 化学因素 生物因素温度 饲料营养 病毒湿度 饮水 细菌气流 臭气 寄生虫 物理因素 杀虫剂光照 消毒剂 社会因素噪声 污染毒物 饲养密度粉尘一、温度不同动物适应的环境温度不同。实验动物的最适环境温度为18-29，大小鼠屏障 系统控制温度为20-25 。 恒温动物在一定的外界温度变化范围内能保持体温 相对稳定。环境温度偏离动物最适温度过大，或温度的突然升 高或降低对动物的健康影响很大。 1.影响代谢 2.影响生长发育和繁殖 3.影响生理功能 4.影响健康和抗感染能力 5.影响实验结果：脏器重量、血液生化指标、药物反应环境温度()给药动物数(只) 死亡动物数(只) 死亡率(%)1220 20 100142020 1001620 20 100182010 50 202010 50222010 5024201050262073528206303020115532201680不同环境温度时腹腔注射 戊巴比妥钠（95mg/kg）导致大鼠死亡率比较药 物LD50（mg/kg）15.527苯异丙胺(Amphetamine)197.0 90.0盐酸脱氧麻黄碱(Methedrine)111.033.2麻黄碱(Ephedrine)477.1565.0温度对三种药物LD50的影响二、相对湿度实际水蒸气分压力相对湿度（%） = - 100%饱和水蒸气分压力湿度与环境温度、气流速度共同影响动物体 温。 高湿度：引起动物代谢紊乱和抵抗力下降饲料、垫料易霉变 低湿度：体表易失水，引起大鼠环尾病；母鼠拒 哺乳，环境尘埃多实验动物 实验动物设施内规定的相对湿度(%)美国ILAR*OECD* 日 本 中 国小 鼠4070 3070 4555 4070大 鼠4070 3070 4555 4070仓 鼠4070 3070 4070豚 鼠4070 3070 4555 4070兔4070 3070 猫3070 4555 犬3070 4555 猴4060 5565 一些国家对实验动物设施内相对湿度的规定 三、气流和风速实验动物设施内的气流和风速来源于通风换 气设备。合理的气流组织和风速能调节温度和 湿度，降低室内粉尘和有害气体，控制传染病 的流行。 换气次数：单位时间的风量/室内容积 要求：屏障系统换气次数：10 - 20次/小时风速：0.1 - 0.2m/s新风量：不得少于50%压差和气流走向 屏障系统中通过调节室与室之间的压差控制气 流走向，从而防止空气中病原微生物的侵入和 扩散。 要求：压差：10 Pa单走廊：饲养室 走廊 室外双走廊：清洁走廊 饲养室 次清洁走廊 室外四、照明照明主要影响动物体内的生物钟，影响包括 发情、排卵、交配、妊娠、分娩、泌乳和育仔 的生殖生理 稳定的明暗交替（12h:12h/10h:14h）啮齿类 动物性周期最稳定。 持续黑暗使大鼠卵巢和子宫重量减轻，生殖过 程受抑制。 持续光照过度刺激动物的生殖系统要求 12h:12h/10h:14h明暗交替人工光照周 期，最好渐明渐暗。 工作照度：150 - 300 lx 动物照度：15 - 20 lx存在问题： 1. 自然光 2. 太阳光直射动物 3. 不规则开关照明灯五、噪声 噪声来源：空调、通风设备，人员活动 噪声对实验动物的影响 1. 影响神经及心血管系统功能：烦躁不安、紧 张、呼吸心跳加快、血压升高 2. 影响消化及内分泌系统功能：消化系统功能 紊乱，肾上腺素分泌增加。 3. 影响繁殖及幼小动物生存：交配减少、妨碍 受精卵着床、繁殖率降低；妊娠动物流产、 拒绝哺乳、吃仔等。 要求：60分贝以下六、粉尘 粉尘来源：空气中尘埃、饲料屑、垫料 尘埃、动物脱毛、排泄物等 粉尘对动物的影响： 1. 引起呼吸系统疾病 2. 粉尘是病原微生物的载体，可促进微生 物的扩散 粉尘对人的影响：重要的过敏原（进动 物饲养室要戴口罩）屏障系统粉尘控制方法 三级过滤：初效过滤 中效过滤 高效过滤 洁净度：洁净度用尘埃粒子计数器测定。用每立方英尺空气中含有0.5um尘埃粒 子数表示，如1万级指的是每立方英尺空气 中0.5um尘埃粒子数为10 000个。一般分为10万级、1万级和100级。屏障系统要求洁净度达到1万 级。七、有害气体 有害气体来源：动物排泄物发酵分解产生， 主要有氨、甲基硫醇、硫化氢、硫化甲基、 三甲胺等 氨浓度急剧升高的原因：换气次数不足、饲养密度过高、室温过高、 排泄物和垫料未及时清理 有害气体对人和动物的影响 1. 直接刺激眼结膜、鼻和呼吸道粘膜 2. 长期刺激导致慢性炎症 3. 易继发病原微生物感染八、空气中的微生物 空气中的微生物附着于粉尘，形成气溶胶 要求：普通环境：落下菌 30个/平皿（静态 ）屏障系统：落下菌 3个/平皿（静态 ） 在饲养条件下，通过定期喷雾、擦拭消毒 降低空气微生物的数量九、社会因素 在实验动物人工饲养环境下，动物的 社会性已被剥夺，可能会引起动物的 生理和精神行为的改变 不是同窝从小一起生长的雄性动物放 在一起常会引起打架争斗，甚至致死 。十、饲养密度 饲养密度过高影响生长繁殖 饲养密度过高不符合动物福利 不同动物个体所需最小占有面积国 际上有标准指 标单 位范 围其 他温度摄氏（）20-25日温差3湿度相对湿度（%）40 - 70换气量次/小时10-20气流速度米/秒0.1-0.2梯度压差帕斯卡（Pa）20-50清洁走廊饲养室次清 洁走廊空气洁净度级10000美国宇航局标准落下菌数个/平皿3氨浓度毫克/立方米（mg/m3）14噪声分贝（dB）60工作照度勒克斯（Lux）150 30012小时明12小时暗SPFSPF动物实验室环境控制指标动物实验室环境控制指标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结果 3. 合乎标准的环境为动物实验工作者 提供适宜的工作环境，避免不利的 因素对人的伤害。实验动物环境控制的意义实验动物环境控制的意义第二节第二节 实验动物设施实验动物设施 实验动物设施是为实验动物和动物实验提供能 够控制的、稳定的、适合实验动物生长/繁殖 环境 依据功能，可分为生产繁殖设施动物实验设施 依据环境控制措施，可分为开放（普通）环境屏障环境隔离环境一、开放（普通）环境一、开放（普通）环境 符合动物基本居住要求，但在硬件设施上不能完全控制 传染因子。 基本条件空调、通风系统笼架、笼具等饲养设备清洗、废弃物处理场所防野鼠、防昆虫措施仓库 适用于普通级犬、猴、兔、豚鼠二、屏障环境二、屏障环境 屏障环境是专门为清洁级、SPF级动物饲养和动物 实验设计的环境。 通过控制气流、人流、物流和动物流，形成控制 微生物进入的屏障。通过对温湿度、噪声和换气 次数等各种理化因子的控制，给动物的生长营造 良好的环境。 根据屏障环境内气流压力的不同，分为正压屏障环境：一般的清洁级、SPF级动物饲养设施负压屏障环境：感染性、有毒有害物品的动物饲养设施 根据屏障控制规模的大小，分为：1.全屏障系统2.屏障单元：单间饲养室/动物实验室净化控制3.局部屏障设备：层流架独立通气笼盒（IVC）全屏障系统 一般设计为双走廊或三走廊 空气要经过初、中、高效三级，其空气 洁净度要达到10000级。 屏障系统内保持正压，通过设定清洁走 廊、饲养室/动物实验室和污物走廊之间 的压差调节气流走向。 屏障系统的出入口一般都设两道门，形 成缓冲间（气闸），防止开门时外界空 气逆流进入屏障系统内。 1.气流走向清洁走廊 饲养室/动物实验室 次清洁走廊 外部区域 2.人员走向：更衣室 淋浴（风淋） 清洁走廊 饲养室/ 动物实验室 次清洁走廊 更衣室 3.物品移动走向耐高压物品：物品 高压灭菌 内准备室 清洁走廊 饲养室/动物饲养室 次清洁走廊 外部区域不耐高压物品：物品 传递窗喷雾消毒 内准备室 清洁走 廊 饲养室/动物饲养室 次清洁走廊 外部区 域n屏障系统内人流、物流、气流走 向双走廊屏障系统内人、动物、物品的移动路向屏障系统层流架超净工作立换气笼（IVC）三、隔离环境三、隔离环境只有无菌隔离器才能创造出无菌隔离环境 隔离器的用途： 1. 防止外界病原微生物侵入用于无菌动物、悉生动物的饲养繁殖和SPF 动物的保种 2. 防止隔离器内病原微生物、有毒有害实验污染 外界环境用于感染性、有毒有害物品的动物实验 隔离器的基本构造示意图隔离器的基本构造示意图第三节第三节 特殊动物实验设施特殊动物实验设施 感染性动物实验设施 放射性动物实验设施 特殊化学物质动物实验设施危险度1 级（无或极低的个体和群体危险） 不太可能引起人或动物致病的微生物。如大肠杆菌、绿脓杆菌等 危险度2 级（个体危险中等，群体危险低） 病原体能够对人或动物致病，但对实验室工作人员、社区、牲畜或 环境不易导致严重危害。实验室暴露也许会引起严重感染，但对感 染有有效的预防和治疗措施，并且疾病传播的危险有限。如伤寒杆 菌、致病性大肠杆菌等 危险度3 级（个体危险高，群体危险低） 病原体通常能引起人或动物的严重疾病，但一般不会发生感染个体 向其他个体的传播，并且对感染有有效的预防和治疗措施。如霍乱 弧菌、炭疽杆菌等 危险度4 级（个体和群体的危险均高） 病原体通常能引起人或动物的严重疾病，并且很容易发生个体之 间的直接或间接传播，对感染一般没有有效的预防和治疗措施。如 SARS病毒、甲流病毒等感染性微生物的危险度等级分类 WHO 实验室生物安全手册第三版中文版 感染性微生物的危险度等级分类感染性动物实验设施 设计理念 防护措施：二段封闭防护：病原体和人隔离开，感染性实 验室和外界环境隔离开。 感染性动物实验室的等级ABSL-1（Animal facility-Biosafety Level-1，P1)ABSL-2（Ani