左心辅助装置动物心脏实验的新理念——从实验动物伦理学谈动物心脏手术室的建立与创新

陶 凉，周 欣，康爱梅

在生命科学领域内，实验动物为人类的健康做出了极大的贡献。据统计，我国每年用于科研的实验动物约为2000万只，全球每年约有数十亿只动物为科学而献生，其中大部分用于医学研究［1］。法国病理学大师洛布斯坦说过:医学的目的不在于了解无生命的器官，而是活的器官，行使特殊功能的器官［2］。众所周知，在美国仅心脏外科手术每年能拯救44万人的生命，但该手术方法的问世和完善，应归功于费城杰斐逊医学院的Gibbon等科学家经过20多年的动物实验研究［3］。目前还没有其他方法能够完全取代活体实验。许多医学成果如疫苗的研制，糖尿病、高血压病的治疗等，如果不用动物，则只能使用人类自身来进行实验，这无疑会带来更大的伦理问题。

1 实验动物伦理学

1.1 动物伦理学的定义与内涵 实验动物福利与伦理近几年引起实验动物科学家的重视和关注［4-6］。现代社会促进动物伦理学发展的重要因素:①人类社会迅速发展，伴随着野生动物种群的大规模灭绝，由此引发人们的忧虑，激发人们探究人在自然中的位置、人与动物之间的关系;②现实生活中虐待动物的现象严重，引发反对虐待动物的动物福利和权利运动，呼唤动物伦理学的形成与发展。动物伦理学是人类审视人与动物关系及由此形成的人对待动物的道德态度和行为规范的理论体系。其内涵体现在人与动物关系、人对待动物的道德态度以及人对待动物的行为规范。动物伦理学的产生既是伦理学理论内在逻辑发展的必然，也是社会实践发展的迫切需要。

1.2 世界范围实验动物福利伦理立法状况 实验动物福利论的兴起是建设生态文明的重要标志。许多国家和国际组织相继制定了相应的法律、法规、标准和准则。1966年美国出台第一部针对实验动物福利的法律《动物福利法》，至今已修订多次。1966年后，加拿大、英国、德国、澳大利亚、新西兰、日本、泰国、菲律宾等国针对实验动物福利成立实验动物管理委员会或进行立法，加大对实验动物使用情况的监督和管理。1986年11月24日，欧洲议会通过《保护在实验中或为达到其他科学目的使用脊椎动物的欧共体条例》，2000年12月，世界经济合作与发展组织(OECD)发布《识别、评估和使用临床症状对试验用动物在安全状态下实施仁慈终点的指导文件》等文件，这些法律法规对实验动物福利规定的基本点概括为“3R”原则即:①减少(Reduction):指在科学研究中，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能获得更多的实验数据的方法;②替代(Replacement):指使用其他方法而不用动物所进行的实验，以达到某一实验目的;③Refinement(优化):指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紧张，以提高动物福利的方法。现在“3R”原则已为广大科学家所接受，并在实际研究工作中得到广泛的应用，对推动生物医学及其相关学科发展起到重要作用。

1.3 我国实验动物管理的规定 我国实验动物法规体系中最重要的文件之一是1988年国家科委《实验动物管理条例》中引入实验动物福利理念:“从事实验动物工作的人员对实验动物必须爱护，不许戏弄或虐待”;2001年11月，为适应科学研究的需要，启动《实验动物管理条例》修改工作中增加了生物安全和动物福利两个章节。2006年，科技部颁布我国第一个关于实验动物福利和动物实验伦理的法规性文件《关于善待实验动物的指导性意见》;2006年11月7日，科技部发布第11号令《国家科技计划实施中科研不端行为处理办法(试行)》，明确将“违反实验动物保护规范”列为六种不端行为之一，需要进行坚决治理。目前，我国尚未形成专门的实验动物福利法，缺乏实质性可操作性配套措施，实验动物福利伦理审查尚停留在制度和形式中，实验动物伦理观念尚未以理性方式深入人心，无情地对待各种动物和实验动物，给动物造成不必要痛苦的现象较普遍，需要我们进行大力宣传和进行从业规范培训。

1.4 动物实验福利伦理现状和伦理审查中关注的问题［7］现阶段我国实验动物科学发展相对缓慢，对实验动物伦理问题的认识滞后，实验动物基本的福利保障较低，由此导致实验动物的质量低下，影响了科学研究结果的准确性。主要表现:①动物实验设计缺乏科学性和严谨性，随意使用或滥用实验动物;②实验操作不熟练，延误实验时间，增加实验动物的痛苦;③实验后未及时对动物进行止痛、抗感染等妥善处理，使实验动物长时间忍受痛苦的煎熬;④实验过程中缺少对动物的福利关注，未根本改变视动物为工具的旧观念，以至无视对实验动物生命的保护。因此，对动物实验伦理审查中应关注:①人员培训:动物实验人员必须持有上岗证，并经过SOP培训。②正确选择动物:正确选用动物的品系和级别，使用低等动物代替高价的实验动物，尽量使用遗传背景一致的动物和微生物控制级别高的动物，在能够得到足够结果时最大限度地减少动物的使用数量。③动物实验必要性:能够进行数学模式、电脑模拟、体外生物学系统进行替代实验的，则不做动物实验。④合理设计动物实验方案:实验开始前做好充分准备工作，在麻醉下进行动物实验，实验中要熟练操作，实验后要控制疼痛。⑤兽医:动物实验和饲养观察中必须配备兽医人员。⑥动物运输:运输过程中避免碰撞和惊吓动物，饲料饮水充足;运输笼盒空间要保证动物活动自如，保证良好的通风。⑦动物饲养:实验动物照料和管理人员必须具有实验动物知识和从业资质，正确饲养动物，饲养空间要足够，保证饮水质量，食物要干净，环境(室内、外)要保持卫生清洁，保证环境因子指标不超过国家标准规定。可给予必要的玩具、音乐及色彩。⑧合用动物:用死亡动物实施外科手术，病理解剖时提供器官或组织。不同课题、不同人员尽可能合用动物。⑨动物处死及尸体的处理:对实验结束后的动物要施行安乐死，严禁当着其他动物的面进行动物解剖、处死等操作。动物尸体处理按相关法规要求。有条件可设“慰灵碑”。⑩改进统计学方法和改良仪器设备。

2 动物心脏实验的新理念

我院是一所集临床、科研、教学、保健于一体的心脏病专科医院，心外科为国家重点专科，目前正开展人工心脏［8］、人工瓣膜等生物医学工程跨学科的相关研究。在建立动物心脏实验手术室时既要满足动物外科手术伦理需求的所有功能，又要求最大限度地保持接近无菌的环境，减少创伤感染;同时还要为参加实验手术的人员创造最有利于工作的环境。现介绍我们创建动物心脏实验的新理念。

2.1 动物实验与华中农业大学兽医外科深度合作和协同创新 随着社会进步和物质文明的提高，生物、医药科学正面临前所未有的发展机遇和挑战，需要多学科参与，更需要交叉学科协调发展。一个科学技术领域要想取得突破，必须利用其他领域技术的进步。交叉学科研究的深度和广度已成为影响创新、特别是源头创新发展的关键性因素之一，也是解决重大技术、社会问题的必然选择。技术融合是指两种或两种以上不同技术之间互相渗透融为一体而形成的一种技术现象［9］。

我院作为心脏病专科医院，心外科设备和技术力量雄厚，为国家临床重点专科。但在研究动物学领域相对较弱，动物实验的资源和技术条件暂时不能与临床工作齐头并进。华中农业大学动物科技学院动物实验基础扎实，在动物饲养和营养学科的技术居国内领先水平。因此，我院选择与该学院合作开展人工心脏、人工瓣膜等生物医学工程技术。首先高投资将心脏动物手术室建在华中农业大学动物科技学院，配备国内一流动物心血管实验设备和仪器，人工心脏动物植入等手术由本院心外科医师完成，而实验动物术前准备、术后饲养、血样检测及监护委托华中农业大学动物科技学院兽医专家配合完成。这一举措极大地缩短了手术时间、减轻了因解剖不熟练对实验动物所致的不必要的痛苦，保证了动物实验的成功率。同时，华中农业大学动物科技学院在与我院合作前未开展动物的心脏手术，通过与我院合作，兽医专家的动物心脏手术操作水平有一定提高，获得了双赢互惠的效果。

2.2 改建动物实验手术室 华中农业大学原动物手术室为普通手术室，不具备做动物心脏手术的条件，改建后的手术室拥有国内一流动物心血管设备及仪器。要求动物手术室既要具备“实验动物手术设施”和“动物饲养房”特点，又要具备人类医疗手术室特征;既要满足操作人员需要，又要满足实验动物福利伦理需要。

2.2.1 手术功能用房的改建［10］:①内壁面粉刷选用不起尘、不积尘、易清洁、耐腐蚀的材料;②卫生用房:包括设置换鞋处、更衣室等;③心脏手术间面积50～60 m2，保证体外循环开展;④ 手术辅助用房:包括洗手间、麻醉间等;⑤消毒供应用房:包括消毒间、供应间、器械间、敷料间等;⑥实验动物术后监护室:在其内放置自行研制的监护饲养床，配置监护仪、氧气瓶等，便于动物实验后的留观;⑦室温保持在24～25℃。⑧手术间及监护室安装设备先进的摄像系统，实时记录术中及术后动物的情况，以保证动物实验结果的科学性、可靠性和可重复性。改建后的动物心脏实验手术室见图1。

图1 动物心脏实验手术室

2.2.2 设计合理的通道:为控制实验动物术后感染，手术室设有工作人员通道，实验动物通道和污物通道3条标准通道。严格划分3个区，即非限制区、半限制区和限制区，不同区域采取不同隔离措施。限制每台手术参加及参观人数不得超过3人，以保证手术过程中房间的无菌化程度。

2.2.3 严格手术室消毒制度:①动物实验前3日，手术室内进行湿式清扫，用含氯消毒剂擦拭无影灯、手术台及室内所有物品。②术前1日，用臭氧消毒灭菌器对手术室进行密封式消毒，要求一般表面≤5个菌落，为洁净达标。③手术当日，用循环风紫外线空气消毒。对紫外线消毒日期、消毒持续时间全部记录，及时更换紫外线灯管。④使用的清洁工具不宜用掉纤维的织物材料制作，拖把是细菌的滋生源和传播细菌的载体，故不得“三区”混用。应在拖把上做明显标志，在每次使用后，用流动水反复冲洗，并用消毒液浸泡30 min后悬挂于通风干燥处。⑤因动物手术垃圾含大量病菌和病毒，处理不当不仅会给环境带来严重污染，而且会给人类健康带来极大的威胁，因此要严格医疗废弃物的管理［11-12］。

2.3 设计研制动物实验手术设备和器械 心血管外科手术设备要求较高且多，投资成本很高。我们除准备常用的麻醉机、呼吸机、体外循环机、手术电刀及监护仪等大型手术设备外，为降低投资成本，自主创新设计与自制用于实验的设备和器械，以满足动物心脏实验的需要。自主研发的左心辅助装置植入山羊体内手术见图2。

图2 左心辅助装置植入山羊体内手术

2.3.1 自制多功能动物手术床(中国国家发明专利:20111034405.8，图 3):动物由于体重、力量、与人交往的排斥性和不配合等原因，要对它们实施手术、诊疗、实验是很困难的。我们将医用旧手术床改造与翻新成多功能动物手术床，改进后的手术床具有人用手术床的各项功能，又适用于中、小型动物(含野生动物)实施动物实验、手术诊疗、活体解剖、动科教学，专业、稳固、方便、安全。手术床上设置动物身体、头部、四肢保定机构，这些机构对动物保定和解除保定具有科学性、可操作性，同时手术人员安全得到保障。同时，发明了自动伸、缩的人踩板台，设置了手术台板左右、前后倾斜的工作程序，提高了动物心脏手术实验工作效率，减轻了手术医生的劳动强度。

图3 多功能动物手术床和组合式动物转运监护床结构示意图

2.3.2 自制便携式医用设备带［13］(国家实用新型专利:201120311170.5，图4):通常手术室设备带以吊塔形式置于天花板上，投入成本较高并且不能移动。为节约成本，我们自行设计制造便携式医用设备带。该设备带具备将医用仪器设备、电源、气种集中在一起放置的功能，同时便于移动和携带，较设备吊塔和壁挂式设备带制作成本低。可有以下用途:①医院病员增多加床急用设备带时，设备吊塔和ICU病房内固定设备带不够用的补充;②中、小型医院应用;③不定期做动物实验时，将便携式医用设备带推至动物手术室应用;④灾害医学救援中应用。

图4 自制便携式医用设备带

2.3.3 自制螺旋式心肌打孔器(国家专利申请中):人工心脏植入实验山羊体内时，需要在山羊心尖部打孔，放置左心辅助装置的输出端，操作要求极高，如操作不慎发生心尖大出血致实验动物死亡。我们自行研制的螺旋式心肌打孔器，因打孔器设计成螺旋式慢慢旋转在心尖部打孔，控制插入心尖肌层的深度，故术中心肌出血较少。

2.3.4 可拆卸式山羊转运和监护饲养床［14］(中国国家发明专利:201210042605.8，图5):我们设计了一种在对中小型动物(猪、牛、羊、狗)手术后集转运和监护双重功能为一体的可拆卸组合式动物转运监护床，简化动物实验后转运和监护程序，避免动物手术后多次搬运;同时，监护饲养栏离地面有一定高度，利于术后胸腔引流管保持通畅、及时清除动物排泄物，提高了手术成功率，减少了动物术后并发症;动物实验结束后，查将床拆卸存放，不占据室内空间。

图5 可拆卸组合动物监护转运床

我院开展左心辅助装置研发心脏动物实验刚刚起步，如果单独建大型动物实验手术室又没有太多的动物实验科研项目，很可能造成科研资源的极大浪费。我院与华中农业大学合作进行动物心脏实验手术是一种新的尝试和开拓，最大限度发挥两个单位各自学科优势，构建一个协同创新的平台，在合作过程中需要不断总结和提高。

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