动物实验的环境控制.ppt

Lecturer：Alex XieCell Phone: 13627003657Email: xbxbeesmsu.eduWeb: ,Science,Department of Laboratory Animal Science, Nanchang University,第五章 环境质量控制,实验动物质量控制 遗传质量控制 微生物质量控制 环境质量控制 营养质量控制,第一节 环境因素对实验动物的影响,一、实验动物环境控制的重要性 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。动物实验在实验前和实验中控制各种环境因素十分重要。甚至可以说没有环境控制就没有动物实验。,genotype基因型 发育环境 developmental phenotype表现型 周围环境 proximate dramatype 演出型,1959年Russell和Burch提出的 影响实验结果的遗传和环境因素,动物对实验处理的反应可用以下公式表示： R = （A+B+C） D + E R：实验动物的总反应 A：动物种的共同反应 B：品种品系特有的反应 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。,二、实验动物环境因素的分类 1、气候因素：温度、湿度、气流、风速等； 2、理化因素：氧、二氧化碳、粉尘、臭味、噪音、照度、杀虫剂、消毒剂、有害化学物质等；,3、居住因素：房屋、笼具、垫料等； 4、营养因素：饲料、水等； 5、生物因素： 同种生物因素：社会地位、势力范围、咬斗和饲养密度等 异种生物因素：微生物、人和其它动物的关系,环境对实验动物质量和动物试验结果的影响是多因素联合作用的结果。多种因素是共存的。所以在论述实验动物的环境时，应该按复合环境（environmental complex)状态加以考虑。,三、各种环境因素对实验动物质量和动物试验结果的影响 1、温度： 最适宜温度20-25，温差：3或4 温度对动物的影响： 新陈代谢：低温时新陈代谢增加，摄食增加 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 脏器重量：负相关 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 对动物实验的反应性,不同温度对药物LD50的影响(mg/kg) - 药物 15.5 26.7 - 苯异丙氨 197.0 90.0 盐酸脱氧麻黄碱 111.0 33.2 麻黄碱 477.1 565.0,表4-1 不同环境温度时戊巴比妥钠（95mg/kg） 腹腔注射导致大鼠死亡率比较,实验动物的温度标准范围：,2、湿度： 相对湿度， 实际水蒸气分压力 相对湿度（%） = - 100% 饱和水蒸气分压力 适宜的相对湿度是40%-70%。 高温高湿导致机体蒸发散热受阻。高湿利于微生物繁殖和传播。 湿度过低可导致粉尘飞扬，而微生物主要附着在粉尘上，动物室内变态反应原的含量随湿度的下降而上升。 低湿，散热增加，产热增加，摄食增加 低湿，大鼠环尾症,3、气流与风速 换气次数，气流速度，压强梯度 气流速度和散热正相关，实验动物体表面积与体重的比值较大，对气流速度更敏感。 气流速度过大或气流直吹，动物体表散热过大。气流速度小，散热慢。0.1-0.2m/s 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 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。,4、光照 工作照度150300lx 动物照度1520lx 明暗交替时间12/12或10/14h 照度对动物的生殖生理和行为活动有较大影响 强光长时间照射引起角膜退行性变化,5、噪声 60dB以下 音域，人10002000Hz,小鼠10005000Hz。 引起小鼠听力性痉挛。 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。,6、空气洁净状况 气体污染， 氨14mg/m3 有害气体，氨、甲基硫醇、硫化氢等 颗粒污染，100级，10000级，100000级 美国宇航局标准，每立方英尺空气中直径0.5微米以上粒子的个数。 粉尘颗粒，是变应原，还是微生物的主要载体。,落下菌数，0（隔离环境），3（屏障环境），或30个/皿（普通环境） 在不饲养动物的状态下每510m2放置1个直径9cm的血琼脂培养皿，暴露30min培养48h的菌落数。,7、生物因素 动物社会因素和动物饲养密度 微生物 其它动物 实验人员,Male mice will fight when first co-mingled in a cage, and they need to be observed very closely during this time of establishing a social dominance hierarchy within the group. Weak and non-aggressive animals might be injured or killed if not removed from the cage.,8、居住因素 包括实验动物室的建筑、饲养笼具、垫料、饮水器和给食器等。,动物试验设施环境指标：以屏障系统小鼠为例 温度：2025 换气次数：1020 次/h 日温差： 3 气流速度：0.10.2 m/s 相对湿度：4070% 压强梯度：2050 Pa 噪声： 60dB 空气洁净度：10000级 氨浓度： 14 mg/m3 落下细菌数： 3个/皿 照度：（工作）150300 lx （动物）1520 lx 昼夜明暗交替时间：12/12或10/14 小时 密度（20g):面积0.01m2,高度0.15m,第二节 实验动物设施,一、实验动物设施 laboratory animal facility,LAF 是进行实验动物饲养、保种维持、生产、实验研究、试验等设施的总称。包括实验动物繁育、生产设施和动物实验设施。,二、实验动物环境设施的分类 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(open system) 屏障系统(barrier system) 隔离系统(isolation system),实验动物中心屏障环境特点： 恒温（2026）恒湿（4070） 足够的换气次数（1020次/小时）保证有害气体浓度降低到最小 正向梯度压差（2050)使屏障外污染源不能进入 万级空气洁净度保证空气洁净 适合的动物照度(1520)和对时明暗交替（12h/12h)符合动物生活习性。 11楼IVC系统为动物提供更好的保护。,屏 障 系 统,实验动物垫料,屏 障 系 统,IVC,Individually Ventilated Cages,IVC的特点,IVC(Individually Ventilated Cages)是独立通风笼盒的简称.它的特点是具有一定的密闭性,同时让经HEPA过滤器的洁净空气流入盒内,使盒内保持正压,减少了可能的感染来源,适合于饲养SPF级动物,以及一些免疫缺陷动物,屏 障 系 统,层流架,隔 离 系 统,隔离器的基本构造示意图,实验动物设施的监控,监控内容 温度 湿度 压差 人员进出情况,环境级别和动物级别的对应关系 动物级别 环境级别(洁净度，落下菌) 普通动物 开放系统(_, 30) 清洁动物 屏障系统(万级，3) SPF动物 屏障系统(万级，3) 无菌动物 或悉生动物 隔离系统(百级，0),三、特殊动物实验设施 感染动物实验设施 放射性同位素动物实验设施(RI) 特殊化学物质动物实验设施,1、感染动物设施 是指使用病原体对动物进行实验感染的设施。此种设施除备有通常动物设施要求外，还必须具备防止由动物传染人，动物相互间的交叉感染，动物向设施外感染的结构和功能。,此类设施设计的目的是防止生物性危险和有害因素向动物实验设施和外界的污染。目前通常采用物理学隔离，主要是在气密性结构内采用负压通风，以达到防止气溶胶扩散污染的目的。,NIH：P1，P2，P3，P4 美国疾病管理中心 ：BSL1，BSL2，BSL3，BSL4 我国2004.5.1颁布，10.1实施实验室生物安全通用要求国家标准： 一级：对健康成年人已知无致病作用的微生物二级：对人或环境具有中等潜在危害的微生物,三级：通过呼吸途径使人传染上严重的甚至是致死疾病的致病微生物及其毒素，通常已有预防传染的疫苗。艾滋病病毒的研究(血清学实验除外)应在三级生物安全防护实验室中进行。 四级：对人体具有高度的危险性，通过气溶胶途径传播或传播途径不明，目前尚无有效的疫苗或治疗方法的致病微生物及其毒素。以及上述情况类似的不明微生物，,第三节 屏障系统管理,一、人流路线,二、物流路线,三、消毒与灭菌 高压锅：121，0.11Mpa，30分钟 132 ，0.21Mpa，15分钟 传递窗：紫外线，表面消毒，30分钟 渡槽：0.1%新洁尔灭浸泡4小时 Co60照射 2%过氧乙酸喷雾 高锰酸钾、福尔马林熏蒸,四、废弃动物处理 深埋或焚烧,实验动物中心可以提供的实验条件： 大楼南：开放环境，饲养普通级猴 大楼北：屏障环境，饲养清洁级大、小鼠 上一层南：屏障环境，饲养SPF级小鼠，大鼠,引进动物进入清洁级屏障动物房,从外面引进的动物必须有与其适用范围相符的实验动物生产许可证,同时必须附带动物的品系、性别、年龄等信息经实验动物中心工作人员审查后方可准备进入动物房,动物运输时必须有合格的包装箱,清洁级及以上动物包装箱必须以高效滤膜封闭窗口，包装箱以胶带封口，封口破损或滤膜破损者不得传入屏障系统。,将检查合格的动物包装箱在外准备间以70酒精棉球或5%碘伏仔细擦拭表面,将包装箱放入灭菌通道进行喷雾消毒或紫外线消毒,在内准备间打开灭菌通道的门在门口拆开包装箱轻轻提起鼠尾根部，放入准备好的盒子中，盖好盖子动物包装箱仍退回灭菌通道将刚装了动物的笼盒放在架子上并填写、悬挂卡片，加饲料，饮水从外准备间打开灭菌通道，取出动物包装箱。,注意:,新引进动物应在单独房间，单独笼架饲养一段时间,待观察健康无病后再移入其它房间 不得向屏障动物房内传入不符合相应的实验动物生产许可证的动物!,实验用品和器具进出清洁级屏障动物房,用70%酒精或5 %碘伏仔细擦拭消毒物品表面紫外灯照射15min 或直接喷雾消毒 手术器械可经高压消毒或经消毒液中浸泡后在紫外灯下照射15min传入 小型仪器经灭菌通道喷雾消毒后传入,IVC的使用要点,对IVC中的动物进行的一切工作均在动物超净工作台中进行 使用超净工作台前30分钟用70%酒精喷雾工作站内表面，同时放入经表面消毒的各种灭菌物料和实验用品，并打开紫外灯和风机 用70%酒精喷雾工作车、双手手套和IVC的外表面，将笼盒移入工作台后进行换窝，喂饲，喂水，实验等工作,物品进出SPF动物实验室,所有物品在经过进入屏障系统时的一次消毒后,在进入超净工作台时必须经过酒精喷雾或紫外线照射15min再次消毒。 实验用品和器具在实验结束后可经内准备间从传递窗或灭菌通道传出，也可经缓冲间出屏障系统,动物实验废弃物品的处理,垫料等废弃物与动物笼盒一起从缓冲间出系统 注射器等尖锐物品套上套子后再放入垃圾桶,以防刺伤工作人员 屏障内无排水系统,液体废弃物请传出系统后再处理 废弃的动物包装盒从灭菌通道出系统 口罩、手套、帽子、鞋套为一次性物品,用过后就应丢弃,灭菌工作服可放在一更,中心工作人员会对其进行处理,Ethical and Scientific Issues: Pain & Distress Stress has been defined as the effect produced by external (i.e. physical or environmental) events or internal (i.e. physiologic or psychologic) factors, referred to as stressors, which induce an alteration in an animals biologic equilibrium NRC, 1992.” Not all stress is harmful and may actually be beneficial, such as pair or group housing animals. If the animal can adapt to the stress then it will return to a state of comfort.,The Three Rs: Replacement: Substitution of non-living material (i.e. tissue cultures) or methods (i.e. computer modeling) for animals, or substitution of a lower species, which might be less sensitive to pain and distress, for a higher species. For example using brain tissue slices in culture for studying neuro-epileptic agents. Reduction: Reductions in the numbers of animals used to obtain information as achieved by statistical analysis. Refinement: Decrease in the incidence or severity of pain and distress in those animals that are used. For example using inhalant anesthesia instead of injectable so that animals recover consciousness more rapidly.,