医学机能学实验教学中保障动物福利的探讨

陈 怡，韩艳芳，张俊波，董晓敏，崔艳秋，童学红，李利生

(首都医科大学基础医学院实验教学中心机能实验室，北京 100069; △通讯作者)

医学机能学实验是高等医学院校基础教育的重要组成部分，也是基础医学与临床前沿相连通的桥梁课程，是通过对生理学、病理生理学、药理学3门主干学科实验课的整合、重组，结合实验动物学、医学心理学、神经生物学等相关学科形成的一门跨学科、多层次、系统性的综合性实验课程，是各层次、各专业医学生的必修课[1]。

医学机能学实验的开展以大量动物实验为基础。医学动物实验是机能学实验教学的基本途径和有效手段。随着实验动物使用的不断规范以及动物福利伦理工作的日益进步，由实验动物引发的伦理问题也越来越受到人们的关注。早在20世纪50年代，动物学家Russell等人在ThePrinciplesofHumaneExperimentalTechnique(实验技术的人道主义原则)专著中提出3Rs原则，即：①减少动物用量的“Reduction”原则：即在科学研究中，使用少量的动物获得更多的实验数据的方法；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实验或其他研究课题，达到某一实验目的，或者使用没有知觉的实验材料代替以往使用神智清醒的、活的脊椎动物进行实验的一种科学方法；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。之后，美国芝加哥的伦理研究国际基金会增加了责任“Responsibility”作为第4个原则：增强伦理观念，对实验动物要有责任感，进一步形成4Rs原则。我国自1988年发布《实验动物管理条例》，到2006年由科技部颁布迄今为止我国最专业化的关于实验动物伦理和福利的政府性文件-《关于善待实验动物的指导性意见》，30多年来，实验动物福利理念经历了从不被理解到被广泛认可，实验动物福利也经过了从禁止虐待动物的底线要求，到更高的人道终点、实施安乐死术的积极推进，已形成了较为完善的实验动物管理机制和体系[2-4]。

首都医科大学基础医学实验教学中心机能学实验室自成立以来，以立德树人培养高素质医学人才为宗旨，在教学实践中，积极探索4Rs原则的内涵，推动各项实验动物福利的应用与完善。

1 对实验动物有责任感的“Responsibility”原则

在医学机能学实验教学实践中，全体从教人员只有树立正确的实验动物伦理观，具备丰富的理论知识，掌握精湛的实验操作技术，才能在实验教学工作中的方方面面对实验动物负起应有责任，切实落实和维护动物福利原则。医学机能学实验室的全体从教人员通过岗前职业技术培训，学习实验动物管理条例及各项规章制度，了解实验动物福利相关内容，增强实验动物伦理观念；熟悉操作规程，掌握全面的操作技术。实验室定期组织全体实验技师进行理论和技术考核，组织青年实验技师参加全国性的机能学实验技术大赛，使全体实验技师的理论水平和实验操作水平不断提高。教材编写组将实验动物伦理与制度化编入课程教材《医学机能学实验》，使之成为教学内容的一部分，强调实验动物伦理在医学机能学实验课程中的重要性，以强化学生的实验动物伦理观念；拍摄录制了详细的实验操作视频，便于学生反复学习观摩，熟悉操作规范、操作流程，减少操作失误给实验动物带来的伤害；在实验课进行过程中，带教教师和实验技师加强巡视，发现学生错误或不规范的操作及时予以纠正。如：教师给学生示范正确的抓取实验动物操作，坚决制止玩弄实验动物的行为；在对实验动物完成全身麻醉后，指导学生给手术部位实施局部麻醉，以防止麻醉程度不够给实验动物带来痛苦；提醒学生手术过程中注意观察实验动物的状态，如有麻醉失效的迹象，及时、适量地补充麻醉药品，最大限度减少手术可能给实验动物带来的痛苦；完成手术后提示学生用温热的生理盐水浸湿医用消毒纱布，覆盖手术部位，保持手术部位湿润、清洁；从细节着手，将动物伦理观念融入实验操作的每一步，引导学生在实验过程中关爱实验动物，增强责任感。

2 减少实验动物用量的“Reduction”原则

实验室根据教学计划准确计算所需实验动物数量，制定动物计划，在保证实验课教学质量、实验课实验数据有统计学意义的前提下减少实验动物的数量。实验课结束，实验室妥善留存未使用(备用)实验动物，补充饲料和饮用水，留到下一次实验课用，同时联系实验动物部退订相应数量和种类的实验动物。

对于在实验中作为正常对照组的实验动物，教学实验室课前联系相关学系课题组，征询是否需要留下动物做预实验。例如，氯丙嗪对中枢神经系统的影响实验中的生理盐水组小鼠，如果课题组需要这些小鼠用来摸索实验条件，熟悉实验流程，任课教师会通知学生在实验完成后不处置本组小鼠；对于某些课题组需要少量实验动物(如家兔或者大鼠)的血液或者组织做预实验，教学实验室会在不影响学生实验的前提下提供样本，极大减少了实验动物用量，实现“用少量的动物获得更多的实验数据”。

实验室对部分实验器材进行适当改进。如在氯丙嗪对中枢神经系统的影响的实验中，学生需要测量小鼠肛温。实验技师在体温计探头距前端0.5 cm处缠绕医用胶带，以防止学生插入过深造成小鼠死亡。此项措施有效降低了因操作不当致小鼠死亡的数量。

3 替代使用动物的“Replacement”原则

为了更好发挥医学机能学实验课程的桥梁作用，让学生可以更加贴近临床感受，本实验室构建了专门以人体作为实验观察对象的人体机能实验室，并针对临床医学、康复医学、生物工程及护理等专业的不同特点，开设了包括心血管、神经、肌肉、呼吸及泌尿系统在内的7个人体实验，如心电图描记、肌肉反应、水平衡-泌尿实验等，以替代部分动物实验，减少了实验动物的过度消耗。人体机能学实验课的实验过程更加贴近临床。学生既是实验实施者，又是实验受试者，极大地激发了学习兴趣，提升了教学效果。人体机能学实验并不能完全替代动物实验，在遇到神经损伤、药物影响等对人体有损伤危害的实验环节，可以用虚拟实验来补充完成，同样能够达到实验目的，取得良好的教学效果[5,6]。

4 优化操作的“Refinement”原则

优化和改善操作是在医学机能学实验教学中落实“4Rs”原则，保障实验动物福利的重要环节。在保证医学机能学实验课教学效果，达到实验教学目的的前提下，本实验室不断完善实验教学的各个环节，努力做到使实验动物享有国际公认的五项福利，即“享受不受饥渴的生理福利，享受生活舒适的环境福利，享受不受痛苦伤害和疾病折磨的卫生福利，享受表达天性的行为福利，享受无恐惧和悲伤的心理福利”[7]。

4.1 课前准备阶段

本实验室将所有要注射到实验动物体内的药品，改用临床输液用的0.9%氯化钠注射液(无菌生理盐水)配制。无菌生理盐水为等渗溶液，在静脉注射时可以避免发生血管内皮损伤，降低溶血现象的发生，减少某些药物对血管的刺激。例如，在血浆药物半衰期的测定：水杨酸钠测定的实验中，水杨酸钠对血管具有一定刺激作用。以往在经家兔耳缘静脉注射水杨酸钠水溶液时，家兔挣扎剧烈，有时还会发出痛苦的叫声，造成学生因紧张操作失误，针头滑脱出血管，导致反复进针，或者刺破血管，将药液推注到皮下组织，给家兔造成更大伤害和痛苦，也严重影响水杨酸钠在家兔体内的吸收和代谢模式，进而影响实验结果。在改用无菌生理盐水配制10%水杨酸钠后，家兔因疼痛挣扎的情况明显减少，进而学生减少操作失误，得到较为合理的实验结果，达到实验目的。

消化系统实验项目-消化道平滑肌生理特性及药物对离体回肠的作用与量效关系，需要课前制备家兔离体回肠标本，教科书上的步骤是用木槌猛击家兔头枕部致昏迷后剖腹取材。实验技师在操作过程中往往因家兔剧烈挣扎，不能击打到正确部位，反复多次击打，增加实验动物的痛苦，有悖实验动物福利宗旨。为此，实验室购置了小动物麻醉机。实验技师将家兔置于麻醉机中吸入二氧化碳，待其麻醉后再准确击打头枕部，致家兔深度昏迷后剖腹取得回肠标本，随后经耳缘静脉快速注射20%氨基甲酸乙酯，对家兔实施安乐死。此种方式制备标本，减少了实验动物所承受的痛苦，使实验动物享有不受痛苦伤害的卫生福利。

药物作用规律经典实验-苯巴比妥钠对小鼠肝细胞色素P450含量的影响，需要课前预处理小鼠：每日腹腔注射苯巴比妥钠或0.9%氯化钠注射液，共2日。在此期间，小鼠存放间恒定温度25 ℃，每日通风换气；每个中型转运箱保有不超过30只小鼠，保证小鼠有足够的活动空间；喂饲辐照小鼠饲料及纯净水，每日清洗饮水瓶，更换饮用水，每日更换垫料，保证小鼠享有生活舒适的福利。实验课前，小鼠需要禁食12 h。实验技师应严格控制禁食时间，禁食不禁水，同时注意观察，将体弱的小鼠单独存放，防止体弱小鼠被攻击致死的情况发生。实验动物具备健康稳定的生物学特性，进而保证了学生实验的顺利开展，并取得有效的实验数据。

4.2 实验课过程中

本实验室对部分实验操作做了适当改进，将家兔麻醉药物的给药途径由耳缘静脉注射改为腹腔注射。家兔在清醒状态时，因为学生人数多，环境比较嘈杂，易处于激惹状态。学生进行耳缘静脉注射存在困难，易造成麻醉失败，或者对家兔耳缘静脉造成损伤。另外，因学生固定家兔时按压用力过度，造成家兔窒息死亡的情况偶有发生；因学生过于紧张，推注麻药过快或者无暇顾及观察家兔状态导致麻醉过量，也会造成家兔死亡。在改变麻醉药物给药途径后，降低了操作难度，有效避免了家兔在麻醉阶段死亡事故的发生以及麻醉阶段对家兔耳缘静脉的损伤，保证后续经耳缘静脉注射其他药物能够顺利进行。例如：在血浆药物半衰期的测定-水杨酸钠的测定实验中，学生需要注射三种药物(氨基甲酸乙酯、肝素、水杨酸钠)。以往这三种药物都经耳缘静脉注射。在实施麻醉时，因为学生操作不熟练而反复进针，或刺破血管壁将药液推注到血管周围组织，造成耳缘静脉受损，兔耳水肿，严重的甚至造成双耳水肿，使得后续的肝素和水杨酸钠注射只能由实验技师通过股静脉或颈静脉推注，给实验动物造成额外的创伤和痛苦。将氨基甲酸乙酯给药途径改为腹腔注射后，学生在麻醉阶段不会损伤家兔耳缘静脉，进行后续的耳缘静脉注射时因为家兔处于麻醉状态，极大地提高了操作成功率，鲜有发生需要开放其他静脉通道推注药品的情况，避免了对实验家兔造成额外的创伤。再如，在泌尿系统综合实验中，使用无菌生理盐水配制的麻醉药物氨基甲酸乙酯，经腹腔注射实施麻醉，极大减少了溶血或血尿现象发生，有效地避免了因为溶血和血尿现象造成对血气、血肌酐、尿素氮及尿液指标的误判，保证学生实验得到有效的实验数据。此外，在泌尿系统综合实验中，教师将传统的需要开腹手术的膀胱插管法或输尿管插管法改为采用双腔气囊儿童导尿管经尿道口插管法，不需要开腹，从而减少创伤，减轻实验动物的痛苦[6]。

4.3 实验完成

实验结束后要求学生及时对实验动物施以人道的“安乐死”：对家兔采用快速静脉推注过量的氨基甲酸乙酯处死，不再使用注射空气栓或拔掉动脉插管放血的处死方法；将小鼠置于小动物麻醉机，设定到“处死”档，使其过量吸入二氧化碳处死，不再使用断头或断脊髓法处死小鼠。完成处死操作后，实验技师要依据呼吸、心搏、瞳孔、神经反射等指征确认实验动物完全死亡，随后装入专用塑料袋，放置到指定的实验动物尸体存放点的冰柜中。每年的4月24日为“世界实验动物日”，其前后一周为“实验动物周”[8,9]。在这一周，实验室会组织学生在实验结束后举行简短的纪念仪式，向实验动物默哀致敬，感恩实验动物为人类卫生健康事业所作出的牺牲。

在教学实践中全体从教人员深刻感悟到，在医学机能学实验教学中落实4Rs原则保障实验动物福利，使得实验动物具有健康稳定的生物学特性，是获得科学、准确实验结果的前提，是保证实验教学顺利、高效开展的必要条件。将动物伦理教育寓于实验教学的每一环节，是对医学生进行生命伦理教育的重要途径。通过实验教学巩固医学生的基础医学理论知识，提高医学生的基本操作技能，同时，进一步增强医学生的动物伦理意识，树立正确的生命观，培养医学生敬畏生命、尊重生命、善待生命的人文素养具有重要的价值和意义[8-10]。