屏障系统环境因素对实验动物的影响

寇 举，张来宾，胡士鹏，张 健，蔡 岩

（长春生物制品研究所有限责任公司，吉林 长春 130000）

屏障系统环境因素对实验动物的影响

寇 举，张来宾，胡士鹏，张 健，蔡 岩

（长春生物制品研究所有限责任公司，吉林 长春 130000）

在生物制品的研发生产过程中，良好的环境因素是实验动物准确、可靠表达实验数据的必要条件。而环境因素是非常复杂的，常常是多种因素互相影响互相作用。一旦环境失衡，初期动物机体会产生应激反应努力去适应，以减少有害因素对其伤害；而当环境的危害性大于其本身的应激能力上限时，机体就会无法承受，进而导致机体的各项生理机能出现紊乱，引发各种疾病，甚至导致死亡。

屏障系统；实验动物；环境；试验；有害因素；影响

实验动物生长发育、繁育生产、接受实验所赖以生存的特定场所和外在条件，称为实验动物的环境。在生物制品的研发生产过程中，要得到准确、可靠的实验数据，就必须尽量避免环境因素对动物的生理生化因素的不利影响，创造一个良好的屏障环境。以下就温度、湿度、气流、风速、光照、噪声及空气洁净度等环境因素异常对屏障系统内实验动物的影响作一阐述。

1 温度

小鼠、豚鼠、地鼠的屏障系统温度范围是20～26℃，最大日温差≤4℃［1］。恒温实验动物的极限温度为40～-30℃之间。在有限的范围内动物机体能适应缓慢的温度变化，只有当温度骤升或骤降时才会影响动物的健康生长。

笔者所在实验室的实验动物皆为哺乳动物，冬季气温变化无常，有时会由于屏障系统内中央空调没有及时补充暖风，致使温度偏低，经观察该段时期的地鼠妊娠数量大幅下滑，动物冻伤，带仔母鼠会吃掉或咬伤仔鼠；如果暖风温度开得过高，雄性地鼠就嗜睡，不喜交配，情绪暴躁，雌、雄地鼠同住会发生撕咬，雌性地鼠发情期延后，甚至不发情，带仔母鼠泌乳量降低，拒绝哺乳［2-3］。

实验动物的抵抗力无法承受过高或过低温度的“折磨”，大鼠在31℃产生应激反应，出现需氧菌（肠杆菌属、葡萄球菌属）群的增加［4］。

用同样的实验动物做同一实验，仅仅温度的不同就会出现截然不同的实验结果，比如小鼠在做药物实验时温度的差异导致出现完全2个不同的半数致死量 LD50［4］。另外，免疫实验、感染实验、药物的急性毒性实验等皆会由于温度变化而出现实验结果的差异。

实验动物的体态、饮水量、母性行为、新陈代谢等也会因为温度的变化而出现异常情况。实验动物在冬季气温较低的情况下会出现类似冬眠的样子，蜷缩起来一动不动，立毛寒颤；炎炎夏日，实验动物的饮水量远远高于其他季节，小鼠会流涎，地鼠会白肚皮朝上、身体呈“大”字状，母鼠甚至不抱仔、仰面喘息。

2 湿度

相对湿度是屏障系统中的常用指标，即在特定温度下，空气中实际含水量与该温度下饱和含水量的百分比。

屏障系统内相对湿度在40%～70%之间［1］，长期饲养观测得出相对湿度在50%±5%范围最佳。

相对湿度过高，微生物繁殖快，进而导致饲料、垫料发霉，实验动物传染病高发。高温高湿：实验动物无法蒸发散热，新陈代谢等生理功能紊乱，抵抗力降低，发病和死亡的实验动物显著增多，尤其是妊娠后期即将产仔的母鼠死亡率升高；高湿低温：母鼠会因为潮湿而撕咬仔鼠，鼠盒潮湿，仔鼠容易染菌，而导致成活率降低。

相对湿度过低时，动物皮肤和黏膜发生干裂，减弱皮肤和黏膜对微生物的防御能力；室内灰尘飞扬［5］，易引起实验动物的呼吸道疾病。相对湿度过低，地鼠容易发生类似于大鼠易发的环尾症［4］，且该症状在妊娠期容易发生，有的母鼠死亡，有的生下小仔后无法哺乳甚至出现食仔现象［4］，仔鼠发育不良、体重增长停滞。

3 气流和风速

气流、风速、温度、湿度对实验动物的影响都不是单独的，而是在相互影响的情况下共同发挥作用。屏障系统内的气流、风速维持在一定的范围之内，其湿度、温度等也会随之恒定在一个范围值。气流、风速影响动物机体的散热。在气温较高的屏障系统内，气流有助于对流散热，有利于实验动物降温。而在较低气温时，实验动物就会因为散热较快而瑟瑟发抖。笔者所在实验室的实验动物小鼠、地鼠、豚鼠均为小型动物，故而对屏障系统内的气流更为敏感。气流过小，空气无法正常对流，动物缺氧，屏障内氨气浓度高，无法散热，动物不适感强烈，导致地鼠不交配、动物间相互撕咬，严重者影响生产。过大的气流、风速，会引起动物不适［6］，散热快，湿度低，动物的饮水量和吃料量增加。因此，应维持气流、风速稳定，以免温、湿度过度波动导致粉尘增多、氨气等刺激气体浓度增高，影响实验动物的健康生长。

屏障是个封闭系统，一旦病原菌被带入就会随气流充斥整个系统。屏障系统与周围空间必须维持一定的静压差。目的是保证屏障系统正常工作或压力平衡受破坏时，屏障系统的洁净度不受污染空气的干扰。压差过小，屏障系统洁净度易受影响。压差过大，净化空调输送风量增大，空调负荷大，各级过滤器寿命短，实验动物与工作人员感到不适。屏障系统内相同区域间也应保持一定的静压差，以保证洁净走廊的压力高于生产区、实验区；动物实验区的压力高于污物走廊［1］。

屏障系统通风程度指标为换气次数。换气次数即屏障系统内新空气置换全部旧空气的次数，一般要求在10～20次/h［1］。合适的换气次数保证了实验动物能吸到新鲜的空气。而换气次数过大，则会因快速流动的空气带走大量热导致实验动物必须消耗自身能量用来抵补空气热量的散失。

总之，屏障系统相同区域的最小静压差≥10Pa；最小换气次数≥15次/h（为降低能耗，非工作时间可降低换气次数，但不应低于 10 次/h）［1］；屏障系统内风速一般控制在 13～18 cm/s［1］，实验动物笼具处气流速度≤0.20 m/s，应注意屏障系统的送风口和出风口的风速较大，笼具的摆放位置应避开风口。

4 光照

4.1 照度过强可致雌性实验动物窝性差［7］、哺乳不良甚至食仔。

4.2 波长影响蓝光（波长约为430～470 nm）条件下大鼠性成熟比红光（波长约为620～760 nm）条件下快。

4.3 明暗交替时间影响影响日节律活动和多种生理功能。持续黑暗条件下，大鼠卵巢和子宫重量下降，生殖过程受抑制；持续光照条件下，可使实验动物持续发情，大鼠和小鼠可出现持久的阴道角化，并阻碍卵细胞成熟。

5 噪声

5.1 噪声影响的相关因素除噪声的性质外，噪声的影响还与实验动物的种类、性别、年龄、体重、习性以及心理和生理状态有关。《GB 14925-2010实验动物环境及设施》规定实验屏障系统噪声应在60分贝以下［1］，应注意的是实验动物听觉的声频范围比人宽，例如小鼠可听到人类听不到的超声波。因此，要随时要考虑防范噪音。

5.2 影响实验动物的繁殖如噪声使大鼠、小鼠的生育力减退，可发生妊娠障碍、流产以及食仔等现象；噪声使地鼠等实验动物紧张［8］、情绪异常，无法有效休息，进而间接影响实验动物的繁殖率［9］；豚鼠生性胆小，听到微弱的脚步声都会蹿腾着往食盒等暗处扎堆躲藏，何况大于60分贝的噪声，其会导致豚鼠相互踩踏，伤害幼鼠，导致豚鼠流产等不良反应。

5.3 引起实验动物生理功能异常神经功能紊乱、烦躁不安、紧张、呼吸和心跳加快、血压升高、血细胞计数改变（白细胞总数增加，嗜酸性粒细胞相对值降低）、激素分泌紊乱（肾上腺皮质激素增高等一系列的变化），胃肠道功能障碍，甚至造成听觉器官和中枢的损害，引起听源性痉挛。

6 空气洁净度

指实验屏障系统空气中浮尘颗粒、微生物以及有害气体的污染程度。

6.1 污染物的种类空气中的主要污染物有实验动物的毛、皮屑、排泄物，饲料和垫料的碎屑，消毒剂、灭虫剂以及一些化学药品等。实验动物的排泄物（粪、尿）中污染物种类很多，如氨、硫化氢、甲基硫醇、硫化甲基、硫化二甲基、三甲胺、苯乙烯、乙醛等，其中以氨的浓度最高。

通常以氨浓度为指标来反映屏障系统的污染状况。氨具有刺激性，对饲养员、实验动物都是有害的，在氨气的作用下，人常常感觉眼睛刺痛似火烧的感觉，会流泪、咳嗽。实验动物长期在氨浓度较高的环境中，眼睛会分泌类似白色胶状物的黏液，致使眼睛无法睁开进而失明。

6.2 氨气影响氨浓度取决于实验动物密度、换气次数、设施结构和管理水平，屏障系统内的氨气浓度应≤14 mg/m3［1］。

屏障系统内的粉尘主要来源于动物身体掉落的皮毛、给动物换窝时的垫料末、填料时饲料的微小颗粒，以及饲养员打扫卫生时扬起的些许微尘。由于屏障系统为封闭系统，气流来自于中央空调的推送，正常情况下，粉尘会随着气流从回风口排出。若颗粒无法通过回风网，就会滞留在屏障系统内，导致饲养员或动物发生哮喘、咳嗽，另外这些粉尘也是各种病原微生物的良好载体。

上述几种环境因素是人为地拆分开来讨论，实际操作中环境因素是非常复杂的，常常是多种因素互相影响互相作用，故对实验动物质量和动物实验结果的影响往往是多因素联合作用的结果。应该在实际的工作中积极有效去平衡、控制上述环境因素，让其在屏障系统内能良性循环，以保证实验动物健康繁衍，提供更为准确、可靠的实验数据，进而造福人类。

［1］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB 14925-2010，实验动物环境及设施［S］.北京：中国标准出版社，2010.

［2］李超英，赵文阁，亓新华.温度、湿度、饲养密度、噪音对实验动物福利的影响［J］.河南科技学院学报：自然科学版，2006，34（3）：24-25．

［3］李娜，李思壁，卢华，等．实验动物福利的影响因素及研究进展［J］.现代农业科技，2008（17）：256-257．

［4］王宁，王萧，王金林.基于动物福利的实验动物管理［J］.动物医学进展，2010（12）：148-152.

［5］王艳蓉，孙淑华，杨旭，等．实验动物的环境与福利［J］.中国比较医学杂志，2009，19（2）：79-82．

［6］柯贤福，陈文文，卢领群，等．四种独立通风笼具（IVC）的检测［J］.中国比较医学杂志，2009，19（9）：78-82．

［7］史小平，李华，王捷，等．噪声、光照和空气质量对实验动物福利的影响 ［J］.实验动物科学与管理，2006，23（3）：63．

［8］卢昊，杨文祥.湖北省实验动物设施环境控制中存在的问题［J］.中国比较医学杂志，2013（4）：71.

［9］周星，刘维俊.实验动物环境及设施对动物福利的影响［C］//第九届中南地区实验动物科技交流会论文汇编.南宁：广西壮族自治区科技厅、广西医科大学，2009.

Q95-331；S851.24；S865.1

A文章顺序编号：1672-5190（2016）01-0030-02

2015-12-30

寇举（1985—），男，助理工程师，主要从事实验动物的繁育与饲养工作。

蔡岩（1971—），男，高级工程师，主要从事实验动物研究工作。

（责任编辑：钱英红）