实验动物的设施与环境

实验动物的环境与设施李天明[e-mail]同济大学实验动物中心主要内容环境因素对实验动物的影响实验动物的生物学分类常规实验动物设施分类、使用和管理同济大学实验动物中心简介※同济大学实验动物中心岗前培训※[e-mail]李天明2引言小样！你们想拿我干什么？设计实验的基本原则1：对照原则2：随机化原则3：条件一致性原则4：重复性原则√√？树鼩适宜温度：25~28℃适宜湿度：60％以上[e-mail]实验动物设施对环境控制的意义1.保证实验动物健康和质量标准化2.保障实验研究获得正确结果3.为动物实验工作者提供适宜的工作环境，避免伤害，确保研究的顺利进行第一节环境因素对实验动物的影响11动物对实验处理的反应：R=(A+B+C)×D+ER—实验动物的总反应（实验结果）；A—动物种的共同反应；B—品种及品系特有的反应；C—个体反应（个体差异）；D—环境影响；E—实验误差。环境因素与动物的总反应呈正相关，要尽量减少D的变化，排除实验处理以外的影响。[e-mail]环境因素对实验动物的影响R=（A+B+C）×D±EA+B+C——实验动物本身的反应，遗传因素起决定性作用。D——动物生活环境影响和实验处理影响的综合作用。第二节影响实验动物的自然环境因素[e-mail]影响实验动物的自然环境因素1环境温度2相对湿度3光照4噪声5空气洁净度6通风7人为因素152.1环境温度需控制的最关键的环境参数高温比低温的问题更严重与推荐范围的重大偏离是首要问题日温差≤3°温度对实验动物的影响：1：新陈代谢：低温时新陈代谢增加，摄食增加2：散热：除灵长类，其他动物汗腺不发达或无汗腺，高温时散热困难，难以维持体温恒定3：脏器重量：负相关4：生殖：高温时雄性睾丸萎缩，精子活力下降；雌性动物性周期紊乱，泌乳下降。17•喜马拉雅（Himalaya）兔在20℃环境下饲养时，耳、尾、鼻和四肢尖端生长白毛，而饲养在10℃时，则生长黑毛。•小鼠在21℃环境下每年能繁殖3代，而在13℃下仅能繁殖2代。（性周期）[e-mail]气温与体温的关系适宜温区生理调节生理调节物理调节化学调节高体温低体温T临界10℃（小鼠为例）T临界：26℃小鼠为例）冷死热死舒适区等热区体温恒定区生存区[e-mail]几种实验动物的体温和舒适区温度动物种类体温℃舒适区温度℃小鼠37-3920-24大鼠38.5-39.520-24豚鼠38.2-38.918-22兔37-3916-23犬38-3917-20猕猴36-3918-25猪38-4018-252.2相对湿度绝对湿度a：某温度下，样品空气中的水蒸气的实际含量饱和湿度b：某温度下，样品空气中所能容纳的水蒸气的最大值相对湿度c：某温度下，样品的绝对湿度与该温度下的饱和湿度的比值（和样品多少无关，能够客观衡量湿度的大小）c=（a/b）×100％空气中的含水量和温度有关，温度越高，能容纳的水蒸气也越多推荐湿度：40％~[e-mail]相对湿度--偏高•微生物易于繁殖•饲料、垫料易于霉变•动物易发生传染病[e-mail]相对湿度--偏低•使动物皮肤和黏膜发生干裂•使室内灰尘飞扬，易引起动物的呼吸道疾病•相对湿度低于20%时，大鼠容易发生环尾症[e-mail]24大鼠不耐低湿度，如湿度低于20%，容易发生一种表现为尾根部坏死的环尾症（ring-tail），死亡率甚高。252.3光照光照对哺乳动物生物钟具有重要作用，光照的昼夜交替使动物体的一些活动，如血压、激素水平、体温、神经活动等都变成了一种节律。光周期光周期的控制对啮齿类动物至关重要动物设施内的光周期：12小时（明）/12小时（暗）14小时（明）/10小时（暗）一般都会有手动操作的定时器27持续光照可使生殖系统过度兴奋，造成连续发情。还可性成熟年龄提早。光强度随距离光源的距离增大而递减高强度会引起白化鼠的视网膜病变工作照度150～300lx动物照度15～20lx（小鼠）2.4噪声引起动物听力性痉挛。≥60db对生殖影响较大，如豚鼠流产。引起动物呼吸、心跳、血压、肾上腺皮质激素等生理指标变化。心跳、呼吸次数及血压增加，大鼠出现高血压、心脏肥大30噪声对实验动物生殖生理具有严重不良影响噪声对实验动物的生殖生理具有严重不良影响。可使怀孕动物的妊娠过程中断；或使大鼠和小鼠雄雌双方的生育力都减退。312.5空气洁净度尘埃：是各种生物粒子的载体，这些生物粒子可附着在1～20μm的尘埃上飘浮在空中生物粒子：包括病毒、细菌、芽孢、粉螨、霉菌孢子等清洁级以上的动物设施，都采用3层过滤器过滤后的空气。32空气过滤器初效过滤器：阻挡5微米直径以上的颗粒物。中效过滤器：阻挡1~5微米直径的细颗粒物，过滤效率85％以上高效过滤器：99.7％阻挡0.3微米直径以上的细颗粒物。此为医学级空气（1.12亿个0.3微米的微粒大小等同于铅笔尖）氨浓度动物室中的臭气物质，对人和动物具有卫生学意义的是含氮物质分解产生的氨。在卫生管理方面，以氨的含量作为指标。高浓度的氨（≥200mg/m³）可引起呼吸器官黏膜异常，发生流泪、咳嗽黏膜发炎、肺水肿和肺炎。SPF动物房氨浓度≤14mg/[e-mail]2.6通风我们想通过通风系统达到什么目的？可作用于动物体表皮肤的蒸发和对流散热，气流速度和散热正相关。可调节室内温度和湿度，又可降低室内粉尘和有害气体污染，控制传染病的流行。气流布局模式-水平层流式-垂直层流式-乱流式[e-mail]水平层流模式图送风墙回风墙[e-mail]垂直层流模式图天花板送风地面回风[e-mail]乱流式模式图送风口回风口回风口回风口[e-mail]乱流式饲养室影像资料40换气次数，洁净程度越高，要求换气次数越多。屏障环境：10～20次/h隔离环境：20～50次/h.压强梯度：洁净区高于污染区。饲养间60pa＞走廊40pa＞缓冲间20pa＞清洗区合理组织气流和风速可调节室内温度和湿度，又可降低室内粉尘和有害气体污染，控制传染病的流行。通风系统中的两个重要参数412.7人为因素居住条件饲养技术工作人员的操作规范实验人员操作的管理43温度20～24℃换气次数10～20次/h日温差：≤3℃气流速度0.1~0.2m/s相对湿度40~70％压差强度20~60pa噪声≤60dB落下细菌数≤3个/皿氨浓度≤14mg/m³动物照度15~30lx工作照度150~300lx空气净化等级万级昼夜明暗交替时间12/2或10/14小时2.8动物实验设施环境指标（以屏障系统小鼠为例）第三节实验动物微生物学等级分类无菌级SPF级（无特定病原体级）清洁级普通级常用实验动物微生物学等级分类无菌级SPF级清洁级无菌级SPF级清洁级普通级小鼠大鼠豚鼠兔犬猴SPF级清洁级普通级猪3.1无菌动物与悉生动物无菌动物（Germfreeanimal；Gfanmial）:指通过无菌剖宫产手术或无菌胚胎移植进行无菌化获得的动物，第一代通过人工哺乳成长，利用无菌饲养方法维持于无菌隔离器，利用现有发放检测不到活的微生物或寄生虫的动物。悉生动物（Gnotobioticanimal；GNanimal)：源于gf动物，在绝对屏障系统内饲育，只能从动物体内外检测到已知生物体的动物。饲养隔离器SPF级动物即无特定病原体动物（指动物体内无特定的微生物和寄生虫）是不携带潜在感染或条件致病菌，但带有非特定的微生物和寄生虫的动物，要求在屏障系统内生长，国际上普遍采用的动物。3.2无特定病原体级动物（SpecificPathogenFree)无特定病原体动物的饲育通常是:先培育出无菌动物或悉生动物;然后,再将其后代转移到屏障系统设施内饲育繁殖建群。若屏障系统内有应排除的微生物或寄生虫污染动物,则须重新消毒或重建。3.3清洁级动物（cleananimal;CLanimal）亦称最少疾病动物MinimalDiseaseanimal。必须是不携带主要人兽共患病原体和动物烈性传染病的病原体，又不携带对动物危害大和对科学研究干扰大的病原体。清洁动物通常来自SPF动物的后代或降级；饲育在屏障系统设施中；饲育所用的垫料，饲料，饮水和用具等均应经过高压蒸汽消毒。工作人员需穿无菌服装才能进行饲育或实验操作。3.4普通级动物（conventionalanimal;CVanimal）在开放系统的动物室内饲养，空气未经过净化，动物本身所携带的微生物状况不明确。要求不携带主要人兽共患病和动物烈性传染病病原的动物。饲育在开放环境里,使用的垫料和饲料,只消毒不灭菌;其饮水须符合城市饮用水标准。普通动物只能用于教学实验和某些科研工作的预实验。无菌操作及SPF环境设施影片第四节常规实验动物设施分类实验动物设施根据对饲养动物的空气净化程度分为三类。开放系统(opensystem)屏障系统(barriersystem)隔离系统(isolationsystem)NOVEMBER,[e-mail]杨斐4.1开放系统—普通环境定义：符合动物基本居住要求，但在硬件设施上不能完全控制传染因子。温湿度、尘埃等受外界环境影响。空气净化；无空气净化适用：饲育普通级动物NOVEMBER,[e-mail]杨斐开放系统实验室5960NOVEMBER,[e-mail]杨斐4.2屏障系统—屏障环境定义：通过严格控制人员、物品和环境空气的进出，形成控制微生物进入的屏障空气净化:空气进出经高效过滤，空气净化等级达到万级适用：饲育SPF级动物和清洁级动物NOVEMBER,[e-mail]杨斐屏障系统照片63定义：采用无菌隔离装置以保证与外界环境的绝对隔离空气净化：空气进出经超高效过滤，空气净化等级达到百级适用：饲育无特定病原体动物，无菌动物和已知菌动物（悉生动物）[e-mail]644.3隔离系统—隔离环境65隔离系统照片66NOVEMBER,[e-mail]杨斐贮存室和库房洗刷消毒室工作人员用房走廊后勤用房废物处理设施饲料原料仓库和饲料加工室第五节常规实验动物设施组成与布局常规实验动物设施的组成1.隔离检疫室和健康动物观察室2.饲养室3.各种实验室4.辅助区域NOVEMBER,[e-mail]杨斐实验动物设施布局原则有利于防止疾病的传播、各种动物保持各自的独立性，避免相互干扰相互感染方便工作人员操作能够使人员、动物、其他物品和净化空气尽可能的按“单向”路线移动内准备室饲养室饲养室实验室实验室饲养室检疫室饲养室饲养室饲养室饲养室女二更女一更男一更男二更缓冲缓冲高压灭菌锅传递窗清洗间风淋饲养室屏障系统人流走向图一楼SPF大鼠实验室动物流走向图内准备室饲养室饲养室饲养室实验室实验室检疫室饲养室饲养室饲养室饲养室饲养室女一更女二更男一更男二更缓冲缓冲风淋高压灭菌锅传递窗清洗间屏障系统物流走向图内准备室饲养室饲养室饲养室实验室实验室检疫室饲养室饲养室饲养室饲养室饲养室高压灭菌锅缓冲缓冲女一更女二更男一更男二更风淋传递窗清洗间屏障系统动物流走向图72实验动物设施内所有数据的监控监控内容温度湿度压差人员进出情况设备运转情况关键服务的连续性应急电源-充足的发电机容量，足以维持基本的环境控制以及关键的研究设备（如样品冰柜、组织培养箱等）-自动转换及根据负载定期测试-应考虑将几个机