機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物實(shí)行“3R”原則的應(yīng)用

胡小敏 陳 怡 楊東旭 郝 剛*

1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的“3R”原則

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的“3R”原則是指在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中采用減少(Reduction)、替代(Replacement)和優(yōu)化(Refinement)的方法，是一種維護(hù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利的原則，而動(dòng)物福利則是人類采取各種措施避免對(duì)動(dòng)物造成不必要的傷害，防止虐待動(dòng)物，使動(dòng)物在健康舒適的狀態(tài)下生存。早在20世紀(jì)50年代，動(dòng)物學(xué)家Russcll等[1]在《The Principles of Humane ExperimentalTechnique》(實(shí)驗(yàn)技術(shù)的人道主義原則)專著中指出∶①減少動(dòng)物用量的“Reduction”原則∶即在科學(xué)研究中，使用較少量的動(dòng)物獲取同樣多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)或使用一定數(shù)量的動(dòng)物能獲得更多試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法；②替代使用動(dòng)物的“Replacement”原則∶使用其他方法而不用動(dòng)物所進(jìn)行的試驗(yàn)或其他研究課題，達(dá)到某一試驗(yàn)?zāi)康模蛘哒f是使用沒有知覺的試驗(yàn)材料代替以往使用神志清醒的、活的脊椎動(dòng)物進(jìn)行試驗(yàn)的一種科學(xué)方法；③改善操作的“Refinement”原則∶通過改進(jìn)和完善實(shí)驗(yàn)程序，減輕或減少給動(dòng)物造成的疼痛和不安，提高動(dòng)物福利的方法[1-2]。

在機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，“3 R”原則中的優(yōu)化(Refinement)是提高動(dòng)物福利的首要因素。

2 在保證動(dòng)物福利的前提下提高機(jī)能實(shí)驗(yàn)藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的管理

2.1 機(jī)能藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)中的動(dòng)物準(zhǔn)備

在機(jī)能實(shí)驗(yàn)藥理學(xué)的教學(xué)過程中，有許多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。例如，在進(jìn)行消化管平滑肌生理特性及藥物對(duì)離體腸管的作用與量效關(guān)系的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)前的標(biāo)本備制時(shí)，教科書中的步驟是對(duì)于嚙齒類的大、小鼠等小型動(dòng)物采用頸椎脫臼、斷頭、急性大失血、二氧化碳吸入等方法處死，而對(duì)于兔、狗等動(dòng)物則用木槌猛擊頭枕部使其昏迷，然后剖腹找出胃與十二指腸交界區(qū)，用絲線結(jié)扎；在結(jié)扎線近胃?jìng)?cè)剪斷小腸，將腸管腸系膜沿腸緣剪開，分離出長(zhǎng)約20～30 cm的腸管備用。可見，這明顯有悖于“3R”原則和實(shí)驗(yàn)用動(dòng)物福利宗旨。為此，本著改善操作(Refinement)的原則，首先在動(dòng)物制備的第一步采用吸入麻醉法，以減少動(dòng)物所承受的痛苦總量，力圖做到使實(shí)驗(yàn)動(dòng)物享有“不受痛苦傷害和疾病折磨的自由(衛(wèi)生福利)、表達(dá)天性的自由(行為福利)、無恐懼和悲傷的自由(心理福利)”[2]。

2.2 機(jī)能藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)中的動(dòng)物材料的應(yīng)用

在進(jìn)行消化道平滑肌生理特性及藥物對(duì)離體腸管的作用與量效關(guān)系這一實(shí)驗(yàn)中，為提高教學(xué)效率、降低使用成本，教學(xué)實(shí)驗(yàn)組從原有的6組增加到12組，這樣只需一只家兔即可完成教學(xué)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，將腸管充分分離出長(zhǎng)約30 cm，每個(gè)實(shí)驗(yàn)組截取2 cm，即可制備出12組實(shí)驗(yàn)所需的腸管，從而達(dá)到減少(Reduction)動(dòng)物用量的原則。

2.3 采用生物機(jī)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生物機(jī)能信號(hào)

利用生物機(jī)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件對(duì)儲(chǔ)存的數(shù)字信號(hào)通過改變參數(shù)的后處理方法進(jìn)行可重復(fù)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從而本著替代(Replacement)使用動(dòng)物的原則，做到使用較少的動(dòng)物獲取同樣多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或使用一定數(shù)量的動(dòng)物而獲得更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[3]。

3 落實(shí)“3R”原則的具體要點(diǎn)

3.1 機(jī)能實(shí)驗(yàn)藥理教學(xué)人員的素質(zhì)培養(yǎng)

按照機(jī)能實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理?xiàng)l例，對(duì)參加教學(xué)的教輔人員要進(jìn)行職業(yè)資格培訓(xùn)，使其具備相關(guān)的技術(shù)知識(shí)后持證上崗。機(jī)能藥理實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)該了解實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利的有關(guān)內(nèi)容、操作技術(shù)和掌握操作規(guī)程。

充分了解和掌握諸如試驗(yàn)用鼠、兔和犬類等各種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生活習(xí)性、生理、以及相關(guān)藥理藥物代謝學(xué)知識(shí)。尤其要掌握在不同種屬動(dòng)物身上所做的實(shí)驗(yàn)其結(jié)果有較大差異。由于不同種屬動(dòng)物的藥物代謝動(dòng)力學(xué)不同，對(duì)藥物的反應(yīng)性也不同，因此藥效也有所不同。

⑴吸收過程差異∶如大鼠對(duì)的碘吸收較快，而兔和豚鼠則吸收較慢，因而碘對(duì)二者的藥效有差異。

⑵代謝過程差異∶如磺胺藥和異煙肼在犬體內(nèi)不能乙?；嘁栽团懦觯辉谕煤碗嗍篌w內(nèi)能夠乙?；?，多以乙?；问脚懦?；而在人體內(nèi)則可部分乙?；?，大部分是與葡萄糖醛酸結(jié)合后排出。乙酰化后不但失去了藥理活性，而且導(dǎo)致出現(xiàn)不良反應(yīng)也增加[4]。

可見兩種藥物對(duì)不同種屬動(dòng)物的藥效和毒性都有差別，只有掌握好這些藥理學(xué)原理，才能更好的落實(shí)“3R”原則，同時(shí)可反映出機(jī)能實(shí)驗(yàn)藥理人員的專業(yè)素質(zhì)。尤其是在機(jī)能實(shí)驗(yàn)藥理學(xué)教學(xué)中利用上述不同藥物吸收、代謝等差異再結(jié)合醫(yī)學(xué)科研與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利的關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)管理，從道義和情感上尊重、善待和愛惜實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。

3.2 建立良好的飼養(yǎng)與管理動(dòng)物的環(huán)境

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)環(huán)境是將動(dòng)物飼養(yǎng)在可控制的有限空間，并按照人們的意志進(jìn)行生長(zhǎng)、繁殖和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的一個(gè)人工的特定場(chǎng)所。影響實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生活環(huán)境的因素主要有以下方面∶ 溫濕度、噪聲、籠具、墊料、飼養(yǎng)密度以及營(yíng)養(yǎng)因素等。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境因素比較復(fù)雜，各種因素都是相互聯(lián)系而產(chǎn)生相互作用的。為確保實(shí)驗(yàn)動(dòng)物具備一個(gè)健康穩(wěn)定的生物學(xué)特性，應(yīng)根據(jù)不同種類、等級(jí)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物提供相應(yīng)的管理環(huán)境和設(shè)施條件。

動(dòng)物的房舍籠具應(yīng)符合飼養(yǎng)密度的要求，各類動(dòng)物的個(gè)別和集體籠飼或欄飼密度應(yīng)符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，有一定的活動(dòng)面積，不能過分擁擠，否則會(huì)影響動(dòng)物的健康，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生直接影響。各種動(dòng)物所需籠具的面積和體積因飼養(yǎng)目的而異，哺乳期所需面積較大，如小鼠所需面積約為0.016 m2，大鼠約為0.063 m2，豚鼠約為0.141 m2，家兔約為0.675 m2以保證籠具內(nèi)每只動(dòng)物都能實(shí)現(xiàn)自然行為，其中包括∶轉(zhuǎn)身、站立、伸腿、躺臥、舔梳等[4]。

不同種類，不同年齡段的動(dòng)物對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)的要求不一致，應(yīng)根據(jù)其營(yíng)養(yǎng)需求和飼料種類及適口性科學(xué)制作飼料。霉?fàn)€、變質(zhì)、蟲蛀和污染的飼料不能用于飼喂實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，并且盡量減少飼料的農(nóng)藥殘留，避免重金屬污染。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的飲水應(yīng)當(dāng)符合城市生活飲水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)并經(jīng)滅菌處理，或直接使用經(jīng)凈化處理后的飲用水，也可使用酸化水，飲用水需定期做微生物檢測(cè)。

3.3 機(jī)能藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中的麻醉方案

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)將動(dòng)物的驚恐和疼痛減少到最低程度。在進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)本著“3R”原則合理設(shè)計(jì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的麻醉方案。在對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行手術(shù)、解剖或器官移植時(shí)，必須進(jìn)行有效麻醉，確保動(dòng)物在麻醉、鎮(zhèn)痛和鎮(zhèn)靜劑的作用下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，合理選擇麻醉藥物，最大限度地減輕動(dòng)物的痛苦，使其避免遭受不必要的傷害或痛苦。目前，已明確戊巴比妥鈉、水合氯醛和烏拉坦等藥物對(duì)離體胃平滑肌、十二指腸平滑肌的收縮性有較強(qiáng)的抑制作用。其中烏拉坦對(duì)離體胃平滑肌收縮性的抑制率為95.6%，水合氯醛為99.6%[5]。因此，為達(dá)到選用抑制率更低的麻醉劑，在進(jìn)行量效關(guān)系實(shí)驗(yàn)教學(xué)課中，采用尚未報(bào)道對(duì)腸管產(chǎn)生抑制作用的乙醚對(duì)家兔進(jìn)行麻醉。乙醚系一種易燃、揮發(fā)性液體， 用于吸入麻醉法。在干燥器低部放入10 mL左右的乙醚， 將兔頭部置于大小適宜的干燥器內(nèi)，約15 s，家兔即可進(jìn)入麻醉狀態(tài)，肌肉松弛良好。麻醉時(shí)間維持2～5 min，足以保證手術(shù)操作取出實(shí)驗(yàn)所需的腸管。利用此種麻醉方式，共完成量效關(guān)系實(shí)驗(yàn)教學(xué)10次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與傳統(tǒng)木槌擊打兔頭至其昏迷所取腸管的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相同，表明利用此法既能落實(shí)“3R”原則，又能取得良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。而且在取腸管后要對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物迅速采用人道主義可接受的“安樂死”[6]。

4 結(jié)語

醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)的藥理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教學(xué)中重要組成部分，也是理論教學(xué)的有力補(bǔ)充。而在其教學(xué)方法中，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的應(yīng)用又是不可或缺的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。因此，通過貫徹和執(zhí)行“3R”原則，可以在保證完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的同時(shí)提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的福利及降低實(shí)驗(yàn)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原則引言[J].實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物科學(xué)當(dāng)代論題，2005(2)∶44.

[3]郝剛，李效義.消化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)∶醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教程[M].北京∶北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社，2007∶28-36.

[4]葛蓓蕾，金樹興，邢金山.影響實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利的因素及改善措施[J].實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)，2008，25(4)∶73-75.

[5]周昆，屈彩芹.動(dòng)物實(shí)驗(yàn)常用麻醉劑的比較與選擇[J].實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué)，2008，25(2)∶42-43.

[6]尹松林.聚焦實(shí)驗(yàn)外科，關(guān)注實(shí)驗(yàn)動(dòng)物[J].中華實(shí)驗(yàn)外科雜志，2004，21(1)∶5-7.