实验动物学的基本概念、实验动物环境与设施

实验动物学的基本概念一、实验动物、实验用动物的概念二、实验动物的微生物分类三、实验动物的遗传学分类四、近交系动物的命名五、实验动物的繁殖体系一、实验动物、实验用动物的概念1、实验动物(laboratoryanimal):指人工培育的，经过微生物和遗传控制的，用于科学研究、教学和生物制品或药品鉴定以及其它科学实验的动物。

有三个特征：微生物控制、遗传学控制、人工饲养的用于科学实验的。2、实验用动物：又叫广义的实验动物，指凡是用于科学实验的动物它包含：实验动物、家畜（禽）、野生动物。二、实验动物的微生物分类按微生物可控制的等级可将实验动物分为：普通级动物、清洁级动物、无特定病原体动物、无菌动物。

普通级动物(conventionalanimal)：指不携带人畜共患病和动物烈性传染病病原的动物。种子来源于清洁级以上的动物。清洁级动物（cleananimal）：指除普通级动物应该排除的病原外，不携带对动物危害大和对科学研究干扰大的病原，这类动物称清洁级动物。种子来源于SPF级以上的动物。无特定病原体动物或SPF动物（specificpathogenfreeanimal）：除清洁级应该排除的病原体外，还排除了主要潜在感染或条件致病和对科学实验有干扰的病原体。种子来源于无菌动物。

SPF动物是标准的实验动物，国际上通用的和一致认可的

无菌动物（germ-freeanimal）:动物体内不含任何微生物和寄生虫。饲养在隔离器中。来源于剖腹产。无菌动物的特点：（1）盲肠大，是普通动物的5~10倍，主要是盲肠内容物多，盲肠管壁薄。（2）心脏小，白细胞数少。（3）免疫系统不发达。（4）生长率对不同的动物结果不一样。生殖率高。（3）容易产生维生素B、K缺乏症。抗辐射能力强，寿命也长。无菌动物的应用：

（1）微生物学方面的研究。（2）免疫学方面的研究。（3）营养代谢方面的研究。（4）放射方面的研究。（5）在老年学方面的研究。（6）心血管疾病方面的研究。（7）毒理方面的研究。（8）在肿瘤方面的研究。（9）在宇航学方面的研究。（10）在寄生虫学方面的研究。（11）在口腔医学方面的研究。

悉生动物（gnotobioticanimal）由于无菌动物饲养困难。因此人为的接种一种或几种微生物，该种动物叫悉生动物，是一种动物和已知微生物的复合体。也必须饲养在隔离器中，属于无菌动物范畴。三、实验动物的遗传学分类可分为：近交系动物、封闭群动物、突变系动物、杂交群动物。近交系动物（inbredstrain）：指至少全同胞兄妹交配20代以上培育而成的，品系内所有的个体都可以追溯到起源于第20代或以后的一对共同的祖先。其近交系数大于99%。

特征：（1）基因位点的纯合性。（2）遗传组成的同源性。（3）表型的一致性。（4）遗传的稳定性。（5）遗传特征的可辨性和遗传组成的独特性。（6）分布的广泛性。（7）背景资料的完整性。应用：（1）试验结果一致性高，适合于一些重复性实验，而且所用的数量也少。（2）个体间移植试验。（3）本身就是一个动物模型，例如：C3H乳腺癌发病率为97%。（4）可以来确定实验结果的普遍性。突变系动物（mutantstrainanimals）：保持有特殊的突变基因的品系动物称为突变系动物。是指人为的或动物自发的发生基因的变化，而且这种基因的变化可以稳定的遗传。突变主要是指DNA的碱基顺序、内容、数目发生了变更。有隐性突变和显性突变。例如：肥胖小鼠、高血压大鼠。封闭群动物（closedcolonyanimals）：以非近亲交配的方式进行繁殖生产的一个实验动物种群。在不引进新的个体条件下，至少连续繁殖4代以上，又叫远交群动物。特征、应用：遗传组成具有很高的杂合性，携带大量的隐性有害的基因，可用于估计群体对自发和诱导突变的遗传负荷能力。封闭群动物具有与人类相似的遗传异质性的组成，因此在人类的遗传研究和药物筛选、毒性试验方面有着不可替代的作用。杂交群动物（hybrids）:指两个近交系之间交配所繁殖的子一代动物，简称F1代动物。必须是以近交系为父母代，后代只有第一代。特征：（1）具有近交系的特点。（2）具有杂交优势。应用：干细胞研究、移植免疫研究、单克隆抗体等方面。四、近交系动物的命名1、近交系一般以大写的英文字母命名，也可用大写的英文字母加阿拉伯数字命名。例如：A、C3H等。2、近交代数用大写的英文字母F表示。例如：F34。3、亚系（substrain）：是指一个近交系内的各个分支的动物之间，已经发现或十分可能存在遗传差异。通常以下三种情况会发生亚系分化：（1）在兄妹交配代数达40代以前形成的分支（即分支发生在F20到F40之间）。（2）一个分支与其他分支分开繁殖超过100代。（3）发生遗传污染（geneticcontamination），即一个近交系与非本品系动物之间杂交引起遗传改变。由于遗传污染形成的亚系通常与原品系之间遗传差异较大，因此对这样形成的亚系应重新命名。

亚系的命名：在原品系名称的后面加一道斜线，斜线后表明亚系的符号。亚系的符号有三种：(1)数字，如DBA/2等。(2)培育或产生亚系的单位或人的缩写英文名称，第一个字母用大写，以后的字母用小写。如CBA/J，A/He。(3)数字后再加英文名称来表示亚系。如C57BL/6J、C57BL/10J。命名法出现之前，人们已经熟悉的近交系，保留原不规则的表示方法。如BALB/c等。

实验动物环境与设施一、环境因素的重要性二、环境因素分类三、环境因素的影响四、实验动物设施五、实验动物的笼器具一、环境因素的重要性动物环境：是指影响动物进化、生态反应和生长的所有外界条件总和实验动物环境控制的重要性：实验动物的环境控制是实验动物标准化的主要内容之一。实验动物几乎终身被限制在一个极其有限的环境范围内生活，这种环境就成了实验动物赖以生存的条件。环境条件不仅影响实验动物品质，还直接影响到动物实验的科学性、动物反应的敏感性、实验结果的可重复性。

一、环境因素的重要性

基因型（Genotype）从遗传基因的立场研究动物表现的性状。

表现型（Phenotype）动物所表现的性状。

演出型（Drematype）则是动物实验时所表现出来的性状。

发育环境（DevelopmentalEnvironment）是指从受精到出生前在母体内的环境和出生后的哺乳期及发育期所处的各种环境因素。

周围环境（ProximateEnvironment）是指影响动物演出型的环境条件。

基因型发育环境

表现型

周围环境

演出型

动物对实验处理的反应可用下列公式表示：

R=（A+B+C）×D+ER表示实验动物总的反应

A表示动物种的共同反应

B表示品种及品系特有的反应

C表示个体反应（个体差异）

D表示环境影响

E表示实验误差二、环境因素分类

1、气候因素湿度、温度、气流、风速等；

2、物理、化学因素氧、二氧化碳、粉尘、气味、噪音与振动、照明、消毒剂、有害物质等；

3、居住因素房屋、饲养笼具、垫料、饮水器、给料器等；

4、营养因素饲料、饮水；

5、生物因素①同种生物因素:社会地位、势力范围、咬斗、饲养密度②异种生物因素：微生物、人、其他动物

考虑实验动物环境时，应按复合环境考虑。三、环境因素的影响

1、温度：恒温动物（homoiothermicanimal）多数的鸟类和哺乳动物为恒温动物。自身能调节发热和散热机制以维持体温的稳定。变温动物（Poikilo-thermicanimal）爬虫类和两栖类及鱼类为变温动物，体温随外界环境温度改变而同步变化。冬眠（hikernation）进入冬眠状态时动物体温降得极低，代谢、呼吸、心跳数等均呈明显下降的状态。基础代谢（basalmetabolism）处于安静状态下的产热量。温度中性区（thermicneutralzone）基础代谢最少时期的温度称为温度中性区。临界温度（criticaltemperature）动物的体温失去恒定性而开始下降或上升时的环境温度称为临界温度。产热量冻死临界温度

温度中性区

临界温度

热死

环境温度

化学调节

低体温

恒定体温

基础代谢

物理调节

高体温

各种实验动物临界温度动物种类临界温度（℃）低温高温小鼠-1037大鼠-1032豚鼠-1532兔-2932猫——36犬-8042-58猕猴——38温度对实验动物的影响：

温度对实验动物的影响表现在生殖、泌乳、机体抵抗力、生长、形态、行为和生理功能、新陈代谢、实验反应性等方面。在生殖、泌乳上一定时间内的高温（超过28-30℃），可影响雄性动物精子的生成，睾丸和附睾萎缩，性行为强度降低。雌性动物性周期紊乱、卵子异常、受精率下降、繁殖能力低下、产仔数减少、死胎率增加、流产和胚胎吸收、泌乳量下降。在32℃以上高温环境下，怀孕后期的大鼠常常发生死亡。在低温环境下，雌性动物性周期推迟，繁殖能力下降。在机体抵抗力上温度过高过低都能导致机体抵抗力下降，易于患病。大鼠在31℃、鸡在35℃高温应激下，出现需氧菌（葡萄球菌属、链球菌属、肠杆菌属、棒状杆菌属）菌群增加，鸡还出现厌氧菌的消化道链球菌、梭状芽孢杆菌属增加的现象。将BALB/c小鼠从22℃环境移到12℃或32℃环境内饲养，其红细胞数发生变化，与免疫反应有关的血液及脾脏中的B细胞及T细胞的比率出现明显的变动。在生长上高温使胎儿的初生重下降，以后增重缓慢，生长受阻，成活率降低。低温也不利于幼畜成活，出现增重缓慢等现象。在形态上

环境温度可影响动物形态。冬季户外生长的幼兔其耳长可较室内生长的幼兔短。喜马拉雅兔在20℃时，耳、尾、鼻和四肢尖端长白毛，10℃时长黑毛。在10℃繁殖的大鼠，其尾长比在30℃条件下约短2cm。在动物行为和生理功能上温度可使动物的姿势、摄食量和饮水量发生改变，母性行为、心跳、新陈代谢等出现相应改变。金黄地鼠4℃时出现冬眠。寒冷环境动物出现立毛寒战，蜷缩成团；炎热环境动物饮水量增加，心跳加快，狗张口伸舌，喘气明显，小鼠出现流涎现象，鸡举翅伸颈。在实验反应性上环境温度的改变，常使同种动物实验出现不同的结果。在大小鼠急性毒性试验中，因环境温度的不同，动物对毒性的反应不同。在动物麻醉时，相同剂量时，低温时动物死亡率较高。在麻醉时，低温条件下动物体温下降明显，甚至降到30℃以下，这要求手术后必须进行保暖。2、湿度湿度：是指大气中的水分含量，按每立方米空气实际含水量（克）表示时，称为绝对湿度。相对湿度：空气中实有含水量占同等温度下饱和含水量的百分比值。实验动物环境中湿度一般用相对湿度来衡量。湿度对动物的影响：湿度过高，氨浓度上升，微生物易于繁殖；湿度过低，室内粉尘飞扬，刺激动物上呼吸道，大鼠环尾病，哺乳母鼠易发生吃仔现象，仔鼠发育不良。3、噪声与振动：

当声音的声压、响度持续性超过人和动物生理感受能力，以至引起各种病理效应时，就被称为噪声。各种物体（气体、液体和固体）都会在运动过程中产生机械振动。对于经空气传播而可被动物听觉器官感觉的振动，称之为声音。由其他感官所感知的称为振动。噪声对实验动物影响：

对实验动物的生殖生理有严重的影响，可引起豚鼠流产吃仔，可造成大小鼠生育能力减退、流产和吃仔。噪声可造成动物听源性痉挛，噪声能使长爪沙鼠癫痫发作。噪声对实验结果影响也很大。噪声刺激引起心跳、呼吸次数及血压增加，血糖值出现明显不同。噪声能使小鼠白细胞数发生变动，免疫功能变化。另外，现已认为过度振动会造成与噪声相类似的影响。DBA/212/12（100%100）10/10（100%100）J：ICR68/80（85%）106/155（68%）JCL：ddn23/33（70%）8/17（47%）DDD3/15（20%）2/16（13%）BALB/c0/15（0）0/15（0）KK1/15（0）0/13（0）NC0/16（0）0/17（0）品系♂♀不同品系小鼠对听源性痉挛发作的感受性4、光照：

光照对实验动物机能有重要调节作用。光线的刺激通过视网膜和视神经传递到下丘脑，经下丘脑介导，产生各种神经激素，表现出有节律的昼夜和季节性的周期活动。光照对动物生殖系统是一个强烈的刺激因素，起定时器的作用。

人工控制光照条件，能够全面控制和调节整个生殖过程，包括发情、排卵、交配、妊娠、分娩、泌乳和育仔，能使大多数动物生殖生理季节性变化完全消失。长爪沙鼠野生状态下季节性发情，人工饲养四季皆发情。在适度范围控制光照时间，则能在不破坏动物生理功能的情况下，控制其生殖功能的活动。将光照时间自13h延长至18h，可使绝大多数雄性小鼠提早发情，延长光照时间也可加速大鼠性成熟过程，延长发情期和缩短性静止期，冬季，维持25℃的温度和延长光照时间，家兔繁殖能力变得旺盛。长日照鸡产蛋强度增大，性成熟年龄提早。光照还可影响雄性动物精子生成，但一般雌性对光照较雄性敏感。5、气流气流的大小与体热的发散有关，与有毒气体的散发和病原微生物随空气流动有关。气流速度过小，空气流动不良，动物缺氧，有毒气体不能及时排出，散热困难，造成不舒适感，甚至发生疾病和窒息死亡；气流速度过大，动物体表散热量增加，动物也不舒服，同样危害健康。病原微生物随空气流动，动物设施各区域静压状况决定了空气流向。在双走廊SPF设施中，室内处于正压；在污染或放射性实验动物房，室内必须处于负压。国际上一般规定设施内的压力梯度为20~50Pa。6、空气清洁度：气体污染、粉尘污染

空气净化的清洁度主要按美国宇航局生物净化室标准，以每立方英尺空气中含0.5μm以上粒子的容积个数进行分类为100级、1000级和10000级。7、其他因素：通风和换气、动物种间的影响、动物社会、饲养密度

实验动物环境要求与标准项目指标小鼠、大鼠、豚鼠、地鼠犬、猴、猫、兔、小型猪鸡普通环境屏障环境隔离环境普通环境屏障环境隔离环境屏障环境温度，℃18~2920~2616~2820~2616~28日温差，℃—4—44相对湿度，%40~70换气次数，次/h8~1010~201）20~50*8~1010~201）20~501）10~202）气流速度，m/s0.1~0.2压强梯度，Pa—20~502）100~150—20~502）100~15020~502）空气洁净度，级—10000100—1000010010000落下菌数，个/皿≤303无检出303无检出3氨浓度，mg/m3≤14噪声，dB≤60照度，lx工作照度150~300动物照度15~20100~2005~10昼夜明暗交替时间，h12/12或10/14注：表中氨浓度指标为动态指标。一般采用全新风，保证动物室有足够的新鲜空气。如果先期去除了粉尘颗粒物和有毒有害气体，不排除使用循环空气的可能，但再循环空气仅限于同一单元，新鲜空气不得少于50%，并保证供风的温、湿度参数。单走廊设施必须保证饲育室、实验室压强最高。实验动物繁育、生产设施环境指标(静态)

GB14925-2001四、实验动物设施

1、实验动物设施的一般要求：（1）设施应该远离生活区，污染源和疫区，有便利的后勤保障（水、电、给排水系统、交通运输等），有一定的绿化面积。（2）设施建筑应符合国家有关土建标准，要能防野鼠和蚊蝇等野生动物。（3）设施应为相对独立的结构，各种用房应该齐全，做到区域隔离以满足各种不同动物品种、品系饲养和保证动物质量的需要。（4）有保证设施功能、环境、和微生物控制的设备和措施。（5）有废弃物品处理措施和设施，保证动物健康和人员安全，不对周围环境造成污染。（6）防灾和各种安全（应急发电、防火、防生物污染等突发事故）应对措施和设施。2、实验动物设施的分类实验动物设施可从不同角度进行分类。按微生物控制程度分类：开放环境、屏障环境、隔离环境。按设施功能分类：实验动物生产设施（主要用于各种实验动物品种/品系的保种、育种、育成、繁殖、生产和供应）、动物实验设施（主要从事以实验动物为原材料，进行药品、生物制品检定和一般对人和外界动物无明显危害的动物试验的设施）、特殊动物实验设施（从事感染、放射物和有害化学物质等有特殊环境生物安全要求的动物实验设施）。（1）开放环境实验动物的生存环境直接与大气相通。设施不是密闭的，设施内外气体交流有多条空气通道，设施内无空气净化装置。开放环境是饲养普通动物的设施，其环境和微生物的控制能力差，各种环境指标要求允许的变动范围较大。系统内不采用对人、物、动物、气流单向流动的控制措施。(2)屏障环境

屏障环境是个封闭系统，动物生活在气密性很好的设施环境内，设施内外空气交流只能通过特定的管道进入和排出，空气经过高效过滤，物品必须经过灭菌后进入。

系统内不同的区域存在着压力差：洁净室清洁走廊饲养室设施外。人员有特定的走向：人员更衣淋浴换无菌衣风淋清洁走廊饲养室污染走廊系统外。

物品和笼器具走向：物品和笼器具洗刷间清洗消毒灭菌清洁器材间清洁走廊饲养室污染走廊洗刷间清洗消毒。系统内必须定期消毒，恒温恒湿，全部为人工照明。无菌水。饲养SPF级动物、清洁级动物。屏障系统结构示意图

人外门厅鞋

柜大厅一更间

清洁走廊风淋室二更间洗澡间动物室污染走廊缓冲间动物、物品进出屏障系统流程图带动物的包装箱→传递窗→清洁准备间→清洁走廊→动物房实验器材、药品、试剂→传递窗/灭菌渡槽→清洁准备间→清洁走廊→实验室

笼器具洗涤间高压灭菌准备间通道式高压灭菌锅垫料倾倒箱清洁贮藏间缓冲间污染走廊动物室清洁走廊

（3）隔离环境是饲养无菌动物和悉生动物所使用的设施。在普通清洁环境中利用隔离器加以饲养，由于隔离器内温、湿度由外界环境决定，所以放置隔离器的饲养室环境需用空调控制。为了保证动物饲养空间完全处于无菌状态，人不能和动物直接接触，工作人员通过附着于隔离器上的橡胶手套进行操作。隔离器的空气进入要经过超高效过滤（0.5微米微粒，滤除率达99.97%）。一切物品的移入均需通过灭菌渡舱，并且事先包装消毒。隔离器内的动物来自剖腹取胎。3、实验动物设施的组成及配套设备实验动物设施的组成可按其功能及工艺要求进行区域划分。我国把实验动物设施划分为3个区：前区、饲养区、辅助区。前区：包括办公室、维修间、库房、饲料室、一般走廊、消毒室。饲养区：包括隔离检疫室、缓冲间、育种室、扩大群饲育室、生产群饲育室、待发室、清洁物品储藏室、清洁走廊、污染走廊。辅助区：包括仓库、洗刷间、废弃物品存放处理间、机械设备室、淋浴室、工作人员休息室。配套设备：包括清洗、灭菌设备、干燥设备、空调、监控设备、风机、净化水装置等。4、实验动物设施建筑的具体要求和特点走廊：一般宽2米左右，地面与墙面的接合处为弧形，各种水、电、管、线应该安排在走廊或走廊上部的夹层中，避免暴露在明处。门：密封性要好，有观察窗，向压力大的方向开启。普通级的设施应有防野鼠的设施。窗户：屏障系统一般没有窗户，普通级的设施窗户上应有防蚊蝇的装置。地面：耐水、耐磨、耐腐蚀、光滑。地面接墙处有10~15厘米的踢脚，拐角也是弧形。墙面：耐水、耐磨、耐腐蚀、光滑，屏障系统直接用彩钢板。天花板：耐水、耐腐蚀，屏障系统直接用彩钢板。实验动物环境设施屏障环境内部观5、空调系统实验动物设施中温度、湿度、气流速度、空气洁净度、通风换气、压力梯度的维持都是由空调系统来完成的。空调系统按空气处理设备的设置情况不同可分为：集中式空调、半集中式空调和局部式空调系统。6、通风与气压梯度实验动物设施的通风是必须的，没有通风供给新鲜空气和排出室内污浊的气体，动物不能生存，环境也达不到控制要求。屏障系统通风系统包括通风管道、风机、初效、中效、高效过滤，进风口、出风口等。普通级通风不需要过滤。7、供水系统