實驗動物設施環(huán)境因子控制評述

劉云波，孟金萍

(中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院實驗動物研究所，國家實驗動物質(zhì)量環(huán)境檢測中心，北京 100021)

專家論壇

實驗動物設施環(huán)境因子控制評述

劉云波，孟金萍

(中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院實驗動物研究所，國家實驗動物質(zhì)量環(huán)境檢測中心，北京 100021)

通過國內(nèi)外實驗動物設施主要環(huán)境因子控制指標要求的比較，對國標環(huán)境因子控制范圍進行了評述，以期為理解和執(zhí)行國家標準提供參考。

實驗動物設施;環(huán)境因子;標準

實驗動物是生命科學進步的基石，對于人類健康和醫(yī)藥學的進步起著關鍵性作用［1］。實驗動物作為“活的試劑”、“活的天平”，是四大科技支撐條件(動物、設備、試劑、信息)的首要條件，也是最不可控的條件。因此，實驗動物標準化和動物實驗標準化是實現(xiàn)試驗的重復性、準確性、科學性的基本前提，而達到實驗動物標準化和動物實驗標準化的基本要求就是要達到實驗動物設施環(huán)境的標準化。本文通過比較國內(nèi)外實驗動物設施主要環(huán)境因子控制要求，對國標環(huán)境因子控制范圍進行了評述，以期為同仁理解和執(zhí)行國家標準提供參考。

1 國外實驗動物設施控制的主要環(huán)境因子

國外一般不制定統(tǒng)一的實驗動物設施環(huán)境的國家標準，而是由實驗動物行業(yè)組織在遵守法律法規(guī)的基礎上制定相應的技術規(guī)范、指南，一些大的實驗動物生產(chǎn)和使用機構，參考國際組織(如ICLAS)標準，制定各自的實驗動物控制標準。涉及的環(huán)境因子主要包括通風、溫度、濕度、光照和噪聲。

1.1 通風

通風的主要目的是提供充足的質(zhì)量符合的新鮮空氣以及將氣味、有毒氣體、粉塵和傳染源控制在最低水平，同時消除熱量和濕氣［2］。動物飼養(yǎng)間里的空氣最好是不間斷地更新。歐美國家對動物飼養(yǎng)間的通風要求一般控制在(15～20)次/h，但對于飼養(yǎng)密度低的房間可以控制在(8～10)次/h，在某些情況下，甚至不需要人為的通風，自然通風就足夠了［2］。美國多年來一直沿用動物飼養(yǎng)間(10～15)次/h的作為換氣指標標準［3］。實際上，最小通風率是通過計算消除熱量(設施內(nèi)可容納最多數(shù)量動物產(chǎn)生的熱量、非動物途徑產(chǎn)生的熱量以及經(jīng)由設施的熱擴散)所需的冷卻量(全部冷卻量)得出的。該冷卻量計算方法也可用于計算具有固定通風率的動物空間內(nèi)能夠容納的最大動物數(shù)量。盡管該計算結果可用于確定避免熱量聚集的最小通風率，其他因素，如氣味控制、變應原控制、微粒生成、以及代謝生成氣體的控制，都可能導致通風量超過該計算的數(shù)值。當計算出來的最小所需通風率遠遠小于每小時10次的時候，對動物飼養(yǎng)間實施低通風率是合適的，前提是不會造成動物飼養(yǎng)間內(nèi)有毒氣體、氣味或者微粒的有害或者不當聚集。同樣，當計算結果大于15次/h換氣時，應按照相關規(guī)定要求增加針對其他因素的額外通風，增加換氣次數(shù)。在有些情況下，為了保持環(huán)境的合理，對動物飼養(yǎng)間內(nèi)進行固定通風時，可能需要合理安排衛(wèi)生管理以及對動物飼養(yǎng)數(shù)量進行限制。

動物飼養(yǎng)間必須有足夠通風，如果周圍空間使用機械通風并過濾進入室內(nèi)的空氣，或者其他類型的對周圍空間設置特殊的獨立空氣供應(即，供應空氣并非來自室內(nèi))時，不對動物飼養(yǎng)間進行通風也可以有效解決動物的通風需求，除非周圍空間自身通風不足。如果動物飼養(yǎng)間內(nèi)沒有足夠的微粒產(chǎn)生及氣體過濾設施能解決污染的危險，可以在動物飼養(yǎng)間內(nèi)使用循環(huán)氣體進行通風。

帶有過濾裝置，但無機械通風的籠養(yǎng)設備，如某些嚙齒目動物的飼養(yǎng)設備，限制了通風。作為補償，需要調(diào)整管理工作，包括衛(wèi)生、籠盒放置位置以及動物飼養(yǎng)密度，以此來改善微觀環(huán)境以及熱消散。

使用循環(huán)空氣對實驗動物設施進行通風能夠節(jié)省相當多的能量，但也可能帶來風險。許多動物病原體可在空氣中或者通過污染物，如灰塵，進行傳播，因此循環(huán)到HVAC空調(diào)系統(tǒng)中的廢氣有可能造成交叉感染的風險。即將被循環(huán)的廢氣應該經(jīng)過高效過濾器(HEPA)，以便在其回收之前去除空氣中的顆粒;過濾的程度以及效率應該與預估的風險成比例，高效過濾器有各種規(guī)格，可以被用來匹配各種風險。可對非來自動物飼養(yǎng)區(qū)域(如，某些人類居住區(qū)以及食物、墊料和供應儲備區(qū))通風的空氣進行回收，向動物飼養(yǎng)間進行通風，相比于來自動物飼養(yǎng)區(qū)域的循環(huán)空氣而言，交叉污染的風險會小很多，不需要太多的過濾及調(diào)整。然而，某些區(qū)域的風險可能會因為過大而不能進行回收(如，非人靈長類以及有害生物危害區(qū)域)。

有毒或容易引發(fā)氣味的氣體，如氨氣，需要用通風系統(tǒng)排除，并被不含或者僅含有較低濃度該氣體的空氣取代。盡管使用化學吸收方式對循環(huán)空氣進行處理很有效，但相比較而言，使用非循環(huán)氣體對動物使用及飼養(yǎng)場所進行通風更為可取。未經(jīng)化學吸附(比如活性炭過濾器)的高效過濾循環(huán)空氣是可以應用的，前提是:1)至少包含50%的新鮮空氣(即供應的空氣不能含有超過50%的循環(huán)空氣);2)管理方法改進，如增加墊料的更換與籠子清洗的頻率，盡可能減少有毒氣體及氣味的產(chǎn)生;3)如果循環(huán)空氣來自于動物居所，僅能將其用于產(chǎn)生這些氣體的原房間或區(qū)域;4)對循環(huán)空氣進行適當?shù)奶幹貌⑾扰c足夠的新鮮空氣進行混合，以解決該區(qū)域的熱度及濕度要求［3］。盡管經(jīng)常更換墊料并清洗籠子，同時結合一些管理方法，如降低動物密度及控制較低的溫度與濕度，可減少動物房間有毒氣體或者氣味氣體的聚集，但對循環(huán)空氣進行粉塵或氣體污染物的處理是非常昂貴的，而且可能由于處理不當或不足而變得無效。

1.2 溫度

溫度是影響動物代謝和行為的最主要的環(huán)境因素。溫度同時影響實驗數(shù)據(jù)的可靠性。實驗動物設施建立精確的溫度控制是極其必要的。不同動物的環(huán)境溫度應該保持在不同的范圍。還應該強調(diào)的是標準給出的溫度只適合成年的普通的動物。新生的、幼小的、無毛的、剛做過手術的、生病的或者受傷的動物一般情況下要求更高的溫度水平，確定溫度控制的前提是要依據(jù)動物體溫的變化、動物特殊的生理狀態(tài)或者實驗步驟的要求。

飼養(yǎng)動物時的環(huán)境溫度應該每天進行監(jiān)測并記錄。各國實驗動物飼養(yǎng)室的溫度控制范圍見表1。通常情況下，在有底板的飼養(yǎng)盒中飼養(yǎng)的嚙齒類動物群體中的局部溫度比室內(nèi)溫度高，即使在經(jīng)常通風的情況下飼養(yǎng)盒中的溫度也要比室內(nèi)溫度高約6℃，因為動物墊料可以使動物有機會通過做窩調(diào)整自己的微環(huán)境［2］。

表1 主要國家常用實驗動物飼養(yǎng)間溫度標準(℃)Tab.1 Temperature control values for animal holding room in the guidelines of some countries(℃)

1.3 濕度

某些物種，例如大鼠和沙鼠，相關的濕度需要控制在相當窄的范圍內(nèi)來減少可能出現(xiàn)的健康或福利問題。有一些物種，例如狗，可以忍耐很大的濕度范圍。歐洲嚙齒類動物飼養(yǎng)設備內(nèi)的相對濕度要求保持在45% ～65%之間。但是沙鼠的相對濕度應該保持在35% ～55%之間，兔子飼養(yǎng)設備內(nèi)的相對濕度應該不少于45%，貓可以在一個很寬的相對濕度波動范圍內(nèi)生活而不會產(chǎn)生不良影響［2］。

一般認為犬和雪貂飼養(yǎng)間沒有必要考慮相對濕度，因為狗可以在一個相對濕度波動很大的環(huán)境中生活而無不利的結果。

對于非人靈長類，總的來說40% ～70%的相對濕度對于動物和工作人員來說都很舒服。應該注意的是不要把這些動物放置在相對濕度過低的地方，并避免將它們放置在超過上述范圍內(nèi)的地方時間過長，尤其對于新世界猴，因為它們對呼吸系統(tǒng)特別敏感。

1.4 光照

光能影響到動物的生理、形態(tài)以及行為。對動物產(chǎn)生影響的光照包括不當?shù)墓庹諘r間、光照強度以及光譜。許多因素都可能影響到動物對于光照的需求，為動物飼養(yǎng)間建立適當?shù)恼彰魉綍r應考慮以下因素:光強度、曝光持續(xù)的時間、光的波長、動物以往的光接觸、動物的色素沉著、生理期間的光暴露、體溫、激素狀況、年齡、物種、性別以及動物的品種品系。盡管很少人研究光譜對動物的影響，但一般認為，動物飼養(yǎng)室的照明光譜越接近太陽光光譜越好［4］。

對于光照強度，各國在其規(guī)范或指南中對于工作照度和動物照度要求不是很明確，歐洲規(guī)范中注重的是動物照度，而美國和加拿大注重的是工作照度。動物飼養(yǎng)區(qū)的光照應該能分布到整個區(qū)域，保證動物足夠舒適度并確保良好地完成動物管理工作，如飼喂動物和觀察動物(包括對最底層籠子中動物的觀察)，及人員工作環(huán)境的安全。動物飼養(yǎng)間的光線應保證足夠可視，并保證動物日間活動及生理周期正常的神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)。一般來講，動物飼養(yǎng)室工作照度控制在300 lx的水平，可以滿足工作的需要，也不會對動物造成傷害。飼養(yǎng)白化的動物時，應該考慮到它們對光敏感。有時自然光源即可滿足某些物種對光的需要，如非人靈長類、狗、貓、農(nóng)畜和其它的一些大型動物，這時應該考慮在動物飼養(yǎng)間設置窗戶。動物需要的光照水平較低，應在飼養(yǎng)架的頂上遮蔭來減少光照造成的動物視黃醛退化的危險，這對夜間活動的動物尤其重要。當然，給嚙齒類動物一定時間不可察覺的紅燈，在暗周期是很有用的，那樣工作人員可以觀察并使嚙齒類動物保持活躍的狀態(tài)。

自然采光不能滿足合適的光/暗周期時，就需要使用人工照明，滿足動物生理的需要并提供令人滿意的工作環(huán)境。應該避免把一些物種暴露在強光下，最好在動物飼養(yǎng)籠盒中提供較暗的地方用來做隱蔽處。嚙齒動物一般要求光照周期以10～12 h。但不同動物根據(jù)不同習性有其不同要求。下面是歐洲規(guī)范中的不同動物的光照要求［2］。

表2 主要國家常用實驗動物飼養(yǎng)間濕度標準(%)Tab.2 Relative humidity control values for animal holding room in the guidelines of some countries(%)

貓飼養(yǎng)在24 h黑暗的環(huán)境中也可行。人工照明的情況下，光周期不應該高于每天10～12 h。如果完全排除了自然光，應該給動物提供低水平的夜視燈(5～10 lx)來確保動物可以看到且有利于它們的驚恐反射。

狗飼養(yǎng)在一個自然的24 h晝夜變化環(huán)境中是可以的。如果飼養(yǎng)間有一部分光是由人工提供的，時間不應該超過 (10～12)h/d。如果完全沒有自然光，就應該提供低水平的夜視光(5～10 lx)來滿足狗看一些東西的需要而且考慮它們的驚慌反射。

雪貂在自然的24 h晝夜更替的條件下飼養(yǎng)是可行的。如果光周期中部分的光照是由人造光提供的，那么光照時間最少8 h/d，但不要超過16 h/d。然而應該指出的是控制每天的光暗循環(huán)不斷變化是必要的(例如:光周期中的光照時間可以從8 h變化到16 h)。如果完全沒有自然光，應該提供低水平的夜視燈來保證動物的視力而且控制它們的驚嚇反射。

大多數(shù)非人靈長類動物應該有 12 h/12 h光/暗周期。黎明和黃昏時光照的刺激對大多數(shù)的種類有益。對于一些夜間活動的種族，例如:夜猴(Aotus trivirgatus)，這個周期應該有所改變，所以在正常的工作日使用光線較暗的紅燈。這樣可以容許動物在它們活躍時期可見。同時確保日常的飼養(yǎng)管理任務可以安全的完成。如果有可能，在飼養(yǎng)非人靈長類動物的房間里應該安裝窗戶，這樣它們就能提供一定量的自然光，達到環(huán)境的富足。

狨猴(Callithrix spp.)和塔馬林猴(Saguinusspp.)飼養(yǎng)光周期不少于12 h。在飼養(yǎng)間里的照明設備應該保持穩(wěn)定。然而在飼養(yǎng)間中還是要留有一定的陰影區(qū)。

松鼠猴一天的光照時間應該不少于8 h。額外的含有UV照射或者有限定的將動物暴露在UV燈下可以增加動物皮膚合成維生素D3的能力。

1.5 噪音

噪音是干擾動物的一個重要環(huán)境因子。高噪音水平或突然的噪音會導致動物緊張。除了影響動物福利之外還可能影響實驗數(shù)據(jù)。人類聽力范圍內(nèi)的噪音和超聲(超聲是超過人類聽力范圍，一般情況下是接近20 Hz的聲音)都應該降到最低，尤其是動物休息的時候。噪音的強度、頻率、啟動速率、持續(xù)時間、聲音產(chǎn)生的震動等都會對動物產(chǎn)生影響，當然這與不同的動物種類或品系的聽力范圍、噪音接觸經(jīng)歷及聲效敏感性有關。對于動物飼養(yǎng)間的噪聲控制水平在歐洲［2］、美國和加拿大［3、4］的規(guī)范和指南中并沒有給出具體數(shù)據(jù)，但美國和加拿大指南都提到如果噪聲達到85 dB時就會對動物產(chǎn)生傷害。

總體上講，動物飼養(yǎng)間噪聲控制非常重要，既要減少對動物產(chǎn)生的傷害，又要充分考慮職業(yè)安全與健康的要求。警報系統(tǒng)警鈴的聲音應該設在動物聽力敏感區(qū)外。房間和走道的布置是影響聽覺環(huán)境的主要因素，應該在設計中考慮到。房間中應該提供一定的噪音隔離和吸收材料。喧鬧型動物(如犬、豬、山羊以及非人靈長類)與安靜型動物(如嚙齒目動物、兔子以及貓)的飼養(yǎng)間盡量遠離。對不同動物的噪聲要求在歐洲的規(guī)范中還是比較明確的［2］。

表3 實驗動物生產(chǎn)間的環(huán)境技術指標［8］Tab.3 Control values for environment factors of animal holding room for breeding

嚙齒類動物對于噪聲都非常敏感，并且嚙齒動物將聲音作為交流的工具，外來的噪音降到最低非常重要。

養(yǎng)狗場的噪音可以達到一個很高的水平，可以對人造成傷害，而且不利于狗的身心健康。許多噪音來自狗本身，也有可能來自于在飼養(yǎng)設備中的飼養(yǎng)操作和外部環(huán)境。能夠刺激狗吠叫的任何噪音都應該盡可能的減少?？梢酝ㄟ^放置合適的設備和通過合適的建筑設計來減少外部的噪音的進入。內(nèi)部設備引起的噪音可以通過使用吸收噪音的材料或者設備來解決。

在雪貂的飼養(yǎng)間中盡量避免突然的、不熟悉的噪音是非常重要的。

非人靈長類動物令人滿意的噪音水平和為工作人員推薦的水平相同。背景噪音應該保持在低水平，而且只能短時間超過65dB。

狨猴(Callithrix spp.)和塔馬林猴(Saguinus spp.)應該特別注意縮短動物處在超聲環(huán)境中的時間，因為超聲也在狨猴和塔馬林猴的聽力范圍之內(nèi)。

2 我國實驗動物設施環(huán)境因子的控制

我國《實驗動物環(huán)境及設施》［6－8］國家標準對于實驗動物和動物實驗設施的環(huán)境因子控制的要求與國外相比更加具體，共計控制10個方面的13個指標。修訂稿中控制的環(huán)境因子指標見表3和表4。

3 國內(nèi)外標準的比較分析

3.1 標準的性質(zhì)

表4 動物實驗間的環(huán)境技術指標［8］Tab.4 Control values for environment factors of animal holding room for experiment

我國實驗動物環(huán)境及設施標準由國家檢驗檢疫總局發(fā)布，是國家強制性標準，也納入到國際標準化組織標準系列之中。國外實驗動物標準基本上都處于指南(美國、加拿大、歐洲)水平。從管理學角度理解，我國的標準是必需得執(zhí)行的，如果不執(zhí)行將是違法的，這與我國實驗動物管理實行許可制度相一致，標準也成為執(zhí)行許可證驗收與發(fā)放的重要技術文件。國外的標準既然是指南性質(zhì)的，也說明僅具有指導性和參考意義，因而，國外許多實驗動物機構(尤其生產(chǎn)機構)會制定自己的標準，往往這些標準都極其嚴格和細致。我國在制定標準是實際上不僅參考了國外的一些國家或地區(qū)指南，也參考了部分大型實驗動物機構的標準要求。

3.2 指標的設定

看起來，我國實驗動物環(huán)境設施標準中控制了13項指標，但如果將其分類處理也不外乎涉及通風、溫度、濕度、照明和噪聲5個方面，與國外的標準一致。換氣次數(shù)、氣流速度、靜壓差、空氣潔凈度、沉降菌濃度都是通風換氣的問題。溫度和溫差都是溫度指標，工作照度、動物照度、明暗交替時間都是光照指標。在控制指標設定上實際與國外的標準或指南沒有本質(zhì)的區(qū)別，相對來講，我國得標準對控制指標分得更細，而且將動物生產(chǎn)間和動物實驗間的指標分開來提出要求，更具可操作性和執(zhí)行性。

3.3 指標控制限

各項環(huán)境因子指標的控制限應該說國內(nèi)外有較大區(qū)別，相對來說，我國在指標控制限設定更加接近日本。從表1～4中列出的數(shù)據(jù)可以看出，我國標準更加強調(diào)通用性，對于不同種類動物的不同環(huán)境要求體現(xiàn)較少，而歐美的標準除了通用要求以外，特別注重不同種類動物的特殊要求。這不僅表現(xiàn)在環(huán)境指標控制上，也表現(xiàn)在設施建設、設備配備要求、飼養(yǎng)管理要求等各個方面。另外，歐美國家不僅對于常用實驗動物設置了標準要求，也對實驗用動物(比如農(nóng)用動物)的環(huán)境控制提出了要求，這也是我國現(xiàn)行標準缺乏的。

總之，實驗動物環(huán)境因子控制的目的在于保持實驗動物所處環(huán)境的穩(wěn)定性，滿足實驗動物繁殖、發(fā)育、生長、福利和試驗的需要，提供準確、可靠、科學的實驗數(shù)據(jù)和結果，最終為人類健康和福祉服務。

［1］ 中國實驗動物學會.實驗動物科學學科發(fā)展報告［M］.北京:科學技術出版社，2009.

［2］ Counsil of Enrope.Appendix A of the European Convention for the Protection of Vertebrate Animals Used for Experimental and other Scientific Purposes (ETS NO. 123):Guidelines for Accommodation and Care ofAnimals(Articale5 ofThe Convention)，Approved by the Multilateral Consultation［M］. http://conventions.coe.int/treaty/en/treaties/html/123－a.htm. 2006.

［3］ Institute of Laboratory Animal Resources，Commission on Life Sciences National Research Council.Guide for the Care and Use of Laboratory Animals［M］.Washington，D.C.:National Academy Press，1996.

［4］ Canadian Council on Animal Care.Guide to the Care and Use of Experimental Animals［M］.http://www.ccac.ca/en/CCAC_ Programs/Guidelines_Policies/GUIDES/ENGLISH/toc_v1.htm. 1993.

［5］ 實驗動物施設基準研究會.ーガイドラインー實驗動物施設の建築および設備［M］.東京:清至書院，1983.

［6］ 中華人民共和國技術監(jiān)督局.實驗動物環(huán)境及設施［M］.北京:中國標準出版社，1994.

［7］ 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.實驗動物環(huán)境及設施［M］.北京:中國標準出版社，2001.

［8］ 國家實驗動物標準化技術委員會.實驗動物環(huán)境及設施(報批稿)［M］.2009.

The Commentary of Environment Factors Control for Laboratory Animal Facilities

LIU Yun－bo，MENG Jin－ping
(Institute of Laboratory Animal Science，Chinese Academy of Medical Sciences(CAMS)＆Peking Union Medical College(PUMC)，National Environment Monitoring Center for Laboratory Animal Quality Control，Beijing 100021，China)

We reviewed the control range of environment factors through comparing the control values for environment factors of laboratory animal holding room in the guidelines from some countries，which will be helpful for understanding and carrying out the Chinese national standards.

Laboratory animal facility;Environment factor;Standard

R332

A

1671－7856(2010)05－0001－07

2009－12－24

劉云波，男(1962－)，研究員，研究方向:環(huán)境因子生物學效應。E－mail:liu－yunbo@263.net