机能实验教学中对实验动物实行“3R”原则的应用

胡小敏 陈 怡 杨东旭 郝 刚*

1 实验动物的“3R”原则

实验动物的“3R”原则是指在动物实验中采用减少(Reduction)、替代(Replacement)和优化(Refinement)的方法，是一种维护实验动物福利的原则，而动物福利则是人类采取各种措施避免对动物造成不必要的伤害，防止虐待动物，使动物在健康舒适的状态下生存。早在20世纪50年代，动物学家Russcll等[1]在《The Principles of Humane ExperimentalTechnique》(实验技术的人道主义原则)专著中指出∶①减少动物用量的“Reduction”原则∶即在科学研究中，使用较少量的动物获取同样多的试验数据或使用一定数量的动物能获得更多试验数据的方法；②替代使用动物的“Replacement”原则∶使用其他方法而不用动物所进行的试验或其他研究课题，达到某一试验目的，或者说是使用没有知觉的试验材料代替以往使用神志清醒的、活的脊椎动物进行试验的一种科学方法；③改善操作的“Refinement”原则∶通过改进和完善实验程序，减轻或减少给动物造成的疼痛和不安，提高动物福利的方法[1-2]。

在机能实验教学中，“3 R”原则中的优化(Refinement)是提高动物福利的首要因素。

2 在保证动物福利的前提下提高机能实验药理学实验动物的管理

2.1 机能药理学实验中的动物准备

在机能实验药理学的教学过程中，有许多动物实验的内容。例如，在进行消化管平滑肌生理特性及药物对离体肠管的作用与量效关系的动物实验教学前的标本备制时，教科书中的步骤是对于啮齿类的大、小鼠等小型动物采用颈椎脱臼、断头、急性大失血、二氧化碳吸入等方法处死，而对于兔、狗等动物则用木槌猛击头枕部使其昏迷，然后剖腹找出胃与十二指肠交界区，用丝线结扎；在结扎线近胃侧剪断小肠，将肠管肠系膜沿肠缘剪开，分离出长约20～30 cm的肠管备用。可见，这明显有悖于“3R”原则和实验用动物福利宗旨。为此，本着改善操作(Refinement)的原则，首先在动物制备的第一步采用吸入麻醉法，以减少动物所承受的痛苦总量，力图做到使实验动物享有“不受痛苦伤害和疾病折磨的自由(卫生福利)、表达天性的自由(行为福利)、无恐惧和悲伤的自由(心理福利)”[2]。

2.2 机能药理学实验中的动物材料的应用

在进行消化道平滑肌生理特性及药物对离体肠管的作用与量效关系这一实验中，为提高教学效率、降低使用成本，教学实验组从原有的6组增加到12组，这样只需一只家兔即可完成教学实验。在实验中，将肠管充分分离出长约30 cm，每个实验组截取2 cm，即可制备出12组实验所需的肠管，从而达到减少(Reduction)动物用量的原则。

2.3 采用生物机能实验系统，模拟实验动物的生物机能信号

利用生物机能实验系统软件对储存的数字信号通过改变参数的后处理方法进行可重复性实验教学，从而本着替代(Replacement)使用动物的原则，做到使用较少的动物获取同样多的实验数据或使用一定数量的动物而获得更多的实验数据[3]。

3 落实“3R”原则的具体要点

3.1 机能实验药理教学人员的素质培养

按照机能实验室实验动物管理条例，对参加教学的教辅人员要进行职业资格培训，使其具备相关的技术知识后持证上岗。机能药理实验人员应该了解实验动物福利的有关内容、操作技术和掌握操作规程。

充分了解和掌握诸如试验用鼠、兔和犬类等各种实验动物的生活习性、生理、以及相关药理药物代谢学知识。尤其要掌握在不同种属动物身上所做的实验其结果有较大差异。由于不同种属动物的药物代谢动力学不同，对药物的反应性也不同，因此药效也有所不同。

⑴吸收过程差异∶如大鼠对的碘吸收较快，而兔和豚鼠则吸收较慢，因而碘对二者的药效有差异。

⑵代谢过程差异∶如磺胺药和异烟肼在犬体内不能乙酰化，多以原型排出；在兔和豚鼠体内能够乙酰化，多以乙酰化形式排出；而在人体内则可部分乙酰化，大部分是与葡萄糖醛酸结合后排出。乙酰化后不但失去了药理活性，而且导致出现不良反应也增加[4]。

可见两种药物对不同种属动物的药效和毒性都有差别，只有掌握好这些药理学原理，才能更好的落实“3R”原则，同时可反映出机能实验药理人员的专业素质。尤其是在机能实验药理学教学中利用上述不同药物吸收、代谢等差异再结合医学科研与实验动物福利的关系进行统筹和协调管理，从道义和情感上尊重、善待和爱惜实验动物。

3.2 建立良好的饲养与管理动物的环境

动物实验环境是将动物饲养在可控制的有限空间，并按照人们的意志进行生长、繁殖和进行实验的一个人工的特定场所。影响实验动物生活环境的因素主要有以下方面∶ 温湿度、噪声、笼具、垫料、饲养密度以及营养因素等。实验动物环境因素比较复杂，各种因素都是相互联系而产生相互作用的。为确保实验动物具备一个健康稳定的生物学特性，应根据不同种类、等级的实验动物提供相应的管理环境和设施条件。

动物的房舍笼具应符合饲养密度的要求，各类动物的个别和集体笼饲或栏饲密度应符合卫生标准，有一定的活动面积，不能过分拥挤，否则会影响动物的健康，对实验结果产生直接影响。各种动物所需笼具的面积和体积因饲养目的而异，哺乳期所需面积较大，如小鼠所需面积约为0.016 m2，大鼠约为0.063 m2，豚鼠约为0.141 m2，家兔约为0.675 m2以保证笼具内每只动物都能实现自然行为，其中包括∶转身、站立、伸腿、躺卧、舔梳等[4]。

不同种类，不同年龄段的动物对各种营养的要求不一致，应根据其营养需求和饲料种类及适口性科学制作饲料。霉烂、变质、虫蛀和污染的饲料不能用于饲喂实验动物，并且尽量减少饲料的农药残留，避免重金属污染。实验动物的饮水应当符合城市生活饮水的卫生标准并经灭菌处理，或直接使用经净化处理后的饮用水，也可使用酸化水，饮用水需定期做微生物检测。

3.3 机能药理学实验操作中的麻醉方案

动物实验过程中，应将动物的惊恐和疼痛减少到最低程度。在进行动物实验之前应本着“3R”原则合理设计动物实验的麻醉方案。在对实验动物进行手术、解剖或器官移植时，必须进行有效麻醉，确保动物在麻醉、镇痛和镇静剂的作用下进行实验，合理选择麻醉药物，最大限度地减轻动物的痛苦，使其避免遭受不必要的伤害或痛苦。目前，已明确戊巴比妥钠、水合氯醛和乌拉坦等药物对离体胃平滑肌、十二指肠平滑肌的收缩性有较强的抑制作用。其中乌拉坦对离体胃平滑肌收缩性的抑制率为95.6%，水合氯醛为99.6%[5]。因此，为达到选用抑制率更低的麻醉剂，在进行量效关系实验教学课中，采用尚未报道对肠管产生抑制作用的乙醚对家兔进行麻醉。乙醚系一种易燃、挥发性液体， 用于吸入麻醉法。在干燥器低部放入10 mL左右的乙醚， 将兔头部置于大小适宜的干燥器内，约15 s，家兔即可进入麻醉状态，肌肉松弛良好。麻醉时间维持2～5 min，足以保证手术操作取出实验所需的肠管。利用此种麻醉方式，共完成量效关系实验教学10次，实验结果与传统木槌击打兔头至其昏迷所取肠管的实验数据相同，表明利用此法既能落实“3R”原则，又能取得良好的实验结果。而且在取肠管后要对实验动物迅速采用人道主义可接受的“安乐死”[6]。

4 结语

医学机能实验的药理实验教学是现代医学教学中重要组成部分，也是理论教学的有力补充。而在其教学方法中，实验动物的应用又是不可或缺的一个重要环节。因此，通过贯彻和执行“3R”原则，可以在保证完成实验教学任务的同时提高实验动物的福利及降低实验成本。

[1]Russell WMS， Burch RL. Preface foreword to special edition In∶The principles of humane experimental technique[M]. Maryland∶ Johns Hopkins University，2011∶1-10.

[2]Guhad F.3Rs原则引言[J].实验室动物科学当代论题，2005(2)∶44.

[3]郝刚，李效义.消化系统实验∶医学机能学实验教程[M].北京∶北京大学医学出版社，2007∶28-36.

[4]葛蓓蕾，金树兴，邢金山.影响实验动物福利的因素及改善措施[J].实验动物学，2008，25(4)∶73-75.

[5]周昆，屈彩芹.动物实验常用麻醉剂的比较与选择[J].实验动物科学，2008，25(2)∶42-43.

[6]尹松林.聚焦实验外科，关注实验动物[J].中华实验外科杂志，2004，21(1)∶5-7.