实验动物设施环境因子控制评述

刘云波，孟金萍

(中国医学科学院北京协和医学院实验动物研究所，国家实验动物质量环境检测中心，北京 100021)

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实验动物设施环境因子控制评述

刘云波，孟金萍

(中国医学科学院北京协和医学院实验动物研究所，国家实验动物质量环境检测中心，北京 100021)

通过国内外实验动物设施主要环境因子控制指标要求的比较，对国标环境因子控制范围进行了评述，以期为理解和执行国家标准提供参考。

实验动物设施;环境因子;标准

实验动物是生命科学进步的基石，对于人类健康和医药学的进步起着关键性作用［1］。实验动物作为“活的试剂”、“活的天平”，是四大科技支撑条件(动物、设备、试剂、信息)的首要条件，也是最不可控的条件。因此，实验动物标准化和动物实验标准化是实现试验的重复性、准确性、科学性的基本前提，而达到实验动物标准化和动物实验标准化的基本要求就是要达到实验动物设施环境的标准化。本文通过比较国内外实验动物设施主要环境因子控制要求，对国标环境因子控制范围进行了评述，以期为同仁理解和执行国家标准提供参考。

1 国外实验动物设施控制的主要环境因子

国外一般不制定统一的实验动物设施环境的国家标准，而是由实验动物行业组织在遵守法律法规的基础上制定相应的技术规范、指南，一些大的实验动物生产和使用机构，参考国际组织(如ICLAS)标准，制定各自的实验动物控制标准。涉及的环境因子主要包括通风、温度、湿度、光照和噪声。

1.1 通风

通风的主要目的是提供充足的质量符合的新鲜空气以及将气味、有毒气体、粉尘和传染源控制在最低水平，同时消除热量和湿气［2］。动物饲养间里的空气最好是不间断地更新。欧美国家对动物饲养间的通风要求一般控制在(15～20)次/h，但对于饲养密度低的房间可以控制在(8～10)次/h，在某些情况下，甚至不需要人为的通风，自然通风就足够了［2］。美国多年来一直沿用动物饲养间(10～15)次/h的作为换气指标标准［3］。实际上，最小通风率是通过计算消除热量(设施内可容纳最多数量动物产生的热量、非动物途径产生的热量以及经由设施的热扩散)所需的冷却量(全部冷却量)得出的。该冷却量计算方法也可用于计算具有固定通风率的动物空间内能够容纳的最大动物数量。尽管该计算结果可用于确定避免热量聚集的最小通风率，其他因素，如气味控制、变应原控制、微粒生成、以及代谢生成气体的控制，都可能导致通风量超过该计算的数值。当计算出来的最小所需通风率远远小于每小时10次的时候，对动物饲养间实施低通风率是合适的，前提是不会造成动物饲养间内有毒气体、气味或者微粒的有害或者不当聚集。同样，当计算结果大于15次/h换气时，应按照相关规定要求增加针对其他因素的额外通风，增加换气次数。在有些情况下，为了保持环境的合理，对动物饲养间内进行固定通风时，可能需要合理安排卫生管理以及对动物饲养数量进行限制。

动物饲养间必须有足够通风，如果周围空间使用机械通风并过滤进入室内的空气，或者其他类型的对周围空间设置特殊的独立空气供应(即，供应空气并非来自室内)时，不对动物饲养间进行通风也可以有效解决动物的通风需求，除非周围空间自身通风不足。如果动物饲养间内没有足够的微粒产生及气体过滤设施能解决污染的危险，可以在动物饲养间内使用循环气体进行通风。

带有过滤装置，但无机械通风的笼养设备，如某些啮齿目动物的饲养设备，限制了通风。作为补偿，需要调整管理工作，包括卫生、笼盒放置位置以及动物饲养密度，以此来改善微观环境以及热消散。

使用循环空气对实验动物设施进行通风能够节省相当多的能量，但也可能带来风险。许多动物病原体可在空气中或者通过污染物，如灰尘，进行传播，因此循环到HVAC空调系统中的废气有可能造成交叉感染的风险。即将被循环的废气应该经过高效过滤器(HEPA)，以便在其回收之前去除空气中的颗粒;过滤的程度以及效率应该与预估的风险成比例，高效过滤器有各种规格，可以被用来匹配各种风险。可对非来自动物饲养区域(如，某些人类居住区以及食物、垫料和供应储备区)通风的空气进行回收，向动物饲养间进行通风，相比于来自动物饲养区域的循环空气而言，交叉污染的风险会小很多，不需要太多的过滤及调整。然而，某些区域的风险可能会因为过大而不能进行回收(如，非人灵长类以及有害生物危害区域)。

有毒或容易引发气味的气体，如氨气，需要用通风系统排除，并被不含或者仅含有较低浓度该气体的空气取代。尽管使用化学吸收方式对循环空气进行处理很有效，但相比较而言，使用非循环气体对动物使用及饲养场所进行通风更为可取。未经化学吸附(比如活性炭过滤器)的高效过滤循环空气是可以应用的，前提是:1)至少包含50%的新鲜空气(即供应的空气不能含有超过50%的循环空气);2)管理方法改进，如增加垫料的更换与笼子清洗的频率，尽可能减少有毒气体及气味的产生;3)如果循环空气来自于动物居所，仅能将其用于产生这些气体的原房间或区域;4)对循环空气进行适当的处置并先与足够的新鲜空气进行混合，以解决该区域的热度及湿度要求［3］。尽管经常更换垫料并清洗笼子，同时结合一些管理方法，如降低动物密度及控制较低的温度与湿度，可减少动物房间有毒气体或者气味气体的聚集，但对循环空气进行粉尘或气体污染物的处理是非常昂贵的，而且可能由于处理不当或不足而变得无效。

1.2 温度

温度是影响动物代谢和行为的最主要的环境因素。温度同时影响实验数据的可靠性。实验动物设施建立精确的温度控制是极其必要的。不同动物的环境温度应该保持在不同的范围。还应该强调的是标准给出的温度只适合成年的普通的动物。新生的、幼小的、无毛的、刚做过手术的、生病的或者受伤的动物一般情况下要求更高的温度水平，确定温度控制的前提是要依据动物体温的变化、动物特殊的生理状态或者实验步骤的要求。

饲养动物时的环境温度应该每天进行监测并记录。各国实验动物饲养室的温度控制范围见表1。通常情况下，在有底板的饲养盒中饲养的啮齿类动物群体中的局部温度比室内温度高，即使在经常通风的情况下饲养盒中的温度也要比室内温度高约6℃，因为动物垫料可以使动物有机会通过做窝调整自己的微环境［2］。

表1 主要国家常用实验动物饲养间温度标准(℃)Tab.1 Temperature control values for animal holding room in the guidelines of some countries(℃)

1.3 湿度

某些物种，例如大鼠和沙鼠，相关的湿度需要控制在相当窄的范围内来减少可能出现的健康或福利问题。有一些物种，例如狗，可以忍耐很大的湿度范围。欧洲啮齿类动物饲养设备内的相对湿度要求保持在45% ～65%之间。但是沙鼠的相对湿度应该保持在35% ～55%之间，兔子饲养设备内的相对湿度应该不少于45%，猫可以在一个很宽的相对湿度波动范围内生活而不会产生不良影响［2］。

一般认为犬和雪貂饲养间没有必要考虑相对湿度，因为狗可以在一个相对湿度波动很大的环境中生活而无不利的结果。

对于非人灵长类，总的来说40% ～70%的相对湿度对于动物和工作人员来说都很舒服。应该注意的是不要把这些动物放置在相对湿度过低的地方，并避免将它们放置在超过上述范围内的地方时间过长，尤其对于新世界猴，因为它们对呼吸系统特别敏感。

1.4 光照

光能影响到动物的生理、形态以及行为。对动物产生影响的光照包括不当的光照时间、光照强度以及光谱。许多因素都可能影响到动物对于光照的需求，为动物饲养间建立适当的照明水平时应考虑以下因素:光强度、曝光持续的时间、光的波长、动物以往的光接触、动物的色素沉着、生理期间的光暴露、体温、激素状况、年龄、物种、性别以及动物的品种品系。尽管很少人研究光谱对动物的影响，但一般认为，动物饲养室的照明光谱越接近太阳光光谱越好［4］。

对于光照强度，各国在其规范或指南中对于工作照度和动物照度要求不是很明确，欧洲规范中注重的是动物照度，而美国和加拿大注重的是工作照度。动物饲养区的光照应该能分布到整个区域，保证动物足够舒适度并确保良好地完成动物管理工作，如饲喂动物和观察动物(包括对最底层笼子中动物的观察)，及人员工作环境的安全。动物饲养间的光线应保证足够可视，并保证动物日间活动及生理周期正常的神经内分泌调节。一般来讲，动物饲养室工作照度控制在300 lx的水平，可以满足工作的需要，也不会对动物造成伤害。饲养白化的动物时，应该考虑到它们对光敏感。有时自然光源即可满足某些物种对光的需要，如非人灵长类、狗、猫、农畜和其它的一些大型动物，这时应该考虑在动物饲养间设置窗户。动物需要的光照水平较低，应在饲养架的顶上遮荫来减少光照造成的动物视黄醛退化的危险，这对夜间活动的动物尤其重要。当然，给啮齿类动物一定时间不可察觉的红灯，在暗周期是很有用的，那样工作人员可以观察并使啮齿类动物保持活跃的状态。

自然采光不能满足合适的光/暗周期时，就需要使用人工照明，满足动物生理的需要并提供令人满意的工作环境。应该避免把一些物种暴露在强光下，最好在动物饲养笼盒中提供较暗的地方用来做隐蔽处。啮齿动物一般要求光照周期以10～12 h。但不同动物根据不同习性有其不同要求。下面是欧洲规范中的不同动物的光照要求［2］。

表2 主要国家常用实验动物饲养间湿度标准(%)Tab.2 Relative humidity control values for animal holding room in the guidelines of some countries(%)

猫饲养在24 h黑暗的环境中也可行。人工照明的情况下，光周期不应该高于每天10～12 h。如果完全排除了自然光，应该给动物提供低水平的夜视灯(5～10 lx)来确保动物可以看到且有利于它们的惊恐反射。

狗饲养在一个自然的24 h昼夜变化环境中是可以的。如果饲养间有一部分光是由人工提供的，时间不应该超过 (10～12)h/d。如果完全没有自然光，就应该提供低水平的夜视光(5～10 lx)来满足狗看一些东西的需要而且考虑它们的惊慌反射。

雪貂在自然的24 h昼夜更替的条件下饲养是可行的。如果光周期中部分的光照是由人造光提供的，那么光照时间最少8 h/d，但不要超过16 h/d。然而应该指出的是控制每天的光暗循环不断变化是必要的(例如:光周期中的光照时间可以从8 h变化到16 h)。如果完全没有自然光，应该提供低水平的夜视灯来保证动物的视力而且控制它们的惊吓反射。

大多数非人灵长类动物应该有 12 h/12 h光/暗周期。黎明和黄昏时光照的刺激对大多数的种类有益。对于一些夜间活动的种族，例如:夜猴(Aotus trivirgatus)，这个周期应该有所改变，所以在正常的工作日使用光线较暗的红灯。这样可以容许动物在它们活跃时期可见。同时确保日常的饲养管理任务可以安全的完成。如果有可能，在饲养非人灵长类动物的房间里应该安装窗户，这样它们就能提供一定量的自然光，达到环境的富足。

狨猴(Callithrix spp.)和塔马林猴(Saguinusspp.)饲养光周期不少于12 h。在饲养间里的照明设备应该保持稳定。然而在饲养间中还是要留有一定的阴影区。

松鼠猴一天的光照时间应该不少于8 h。额外的含有UV照射或者有限定的将动物暴露在UV灯下可以增加动物皮肤合成维生素D3的能力。

1.5 噪音

噪音是干扰动物的一个重要环境因子。高噪音水平或突然的噪音会导致动物紧张。除了影响动物福利之外还可能影响实验数据。人类听力范围内的噪音和超声(超声是超过人类听力范围，一般情况下是接近20 Hz的声音)都应该降到最低，尤其是动物休息的时候。噪音的强度、频率、启动速率、持续时间、声音产生的震动等都会对动物产生影响，当然这与不同的动物种类或品系的听力范围、噪音接触经历及声效敏感性有关。对于动物饲养间的噪声控制水平在欧洲［2］、美国和加拿大［3、4］的规范和指南中并没有给出具体数据，但美国和加拿大指南都提到如果噪声达到85 dB时就会对动物产生伤害。

总体上讲，动物饲养间噪声控制非常重要，既要减少对动物产生的伤害，又要充分考虑职业安全与健康的要求。警报系统警铃的声音应该设在动物听力敏感区外。房间和走道的布置是影响听觉环境的主要因素，应该在设计中考虑到。房间中应该提供一定的噪音隔离和吸收材料。喧闹型动物(如犬、猪、山羊以及非人灵长类)与安静型动物(如啮齿目动物、兔子以及猫)的饲养间尽量远离。对不同动物的噪声要求在欧洲的规范中还是比较明确的［2］。

表3 实验动物生产间的环境技术指标［8］Tab.3 Control values for environment factors of animal holding room for breeding

啮齿类动物对于噪声都非常敏感，并且啮齿动物将声音作为交流的工具，外来的噪音降到最低非常重要。

养狗场的噪音可以达到一个很高的水平，可以对人造成伤害，而且不利于狗的身心健康。许多噪音来自狗本身，也有可能来自于在饲养设备中的饲养操作和外部环境。能够刺激狗吠叫的任何噪音都应该尽可能的减少。可以通过放置合适的设备和通过合适的建筑设计来减少外部的噪音的进入。内部设备引起的噪音可以通过使用吸收噪音的材料或者设备来解决。

在雪貂的饲养间中尽量避免突然的、不熟悉的噪音是非常重要的。

非人灵长类动物令人满意的噪音水平和为工作人员推荐的水平相同。背景噪音应该保持在低水平，而且只能短时间超过65dB。

狨猴(Callithrix spp.)和塔马林猴(Saguinus spp.)应该特别注意缩短动物处在超声环境中的时间，因为超声也在狨猴和塔马林猴的听力范围之内。

2 我国实验动物设施环境因子的控制

我国《实验动物环境及设施》［6－8］国家标准对于实验动物和动物实验设施的环境因子控制的要求与国外相比更加具体，共计控制10个方面的13个指标。修订稿中控制的环境因子指标见表3和表4。

3 国内外标准的比较分析

3.1 标准的性质

表4 动物实验间的环境技术指标［8］Tab.4 Control values for environment factors of animal holding room for experiment

我国实验动物环境及设施标准由国家检验检疫总局发布，是国家强制性标准，也纳入到国际标准化组织标准系列之中。国外实验动物标准基本上都处于指南(美国、加拿大、欧洲)水平。从管理学角度理解，我国的标准是必需得执行的，如果不执行将是违法的，这与我国实验动物管理实行许可制度相一致，标准也成为执行许可证验收与发放的重要技术文件。国外的标准既然是指南性质的，也说明仅具有指导性和参考意义，因而，国外许多实验动物机构(尤其生产机构)会制定自己的标准，往往这些标准都极其严格和细致。我国在制定标准是实际上不仅参考了国外的一些国家或地区指南，也参考了部分大型实验动物机构的标准要求。

3.2 指标的设定

看起来，我国实验动物环境设施标准中控制了13项指标，但如果将其分类处理也不外乎涉及通风、温度、湿度、照明和噪声5个方面，与国外的标准一致。换气次数、气流速度、静压差、空气洁净度、沉降菌浓度都是通风换气的问题。温度和温差都是温度指标，工作照度、动物照度、明暗交替时间都是光照指标。在控制指标设定上实际与国外的标准或指南没有本质的区别，相对来讲，我国得标准对控制指标分得更细，而且将动物生产间和动物实验间的指标分开来提出要求，更具可操作性和执行性。

3.3 指标控制限

各项环境因子指标的控制限应该说国内外有较大区别，相对来说，我国在指标控制限设定更加接近日本。从表1～4中列出的数据可以看出，我国标准更加强调通用性，对于不同种类动物的不同环境要求体现较少，而欧美的标准除了通用要求以外，特别注重不同种类动物的特殊要求。这不仅表现在环境指标控制上，也表现在设施建设、设备配备要求、饲养管理要求等各个方面。另外，欧美国家不仅对于常用实验动物设置了标准要求，也对实验用动物(比如农用动物)的环境控制提出了要求，这也是我国现行标准缺乏的。

总之，实验动物环境因子控制的目的在于保持实验动物所处环境的稳定性，满足实验动物繁殖、发育、生长、福利和试验的需要，提供准确、可靠、科学的实验数据和结果，最终为人类健康和福祉服务。

［1］ 中国实验动物学会.实验动物科学学科发展报告［M］.北京:科学技术出版社，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］ 中华人民共和国技术监督局.实验动物环境及设施［M］.北京:中国标准出版社，1994.

［7］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.实验动物环境及设施［M］.北京:中国标准出版社，2001.

［8］ 国家实验动物标准化技术委员会.实验动物环境及设施(报批稿)［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

刘云波，男(1962－)，研究员，研究方向:环境因子生物学效应。E－mail:liu－yunbo@263.net