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士鋒生物實驗動物學基礎知識

點擊次數(shù):953 發(fā)布時間:2017-10-9

1.實驗動物
    實驗動物(Laboratory Animal,LA)指由人工培育,,來源清楚,,遺傳背景明確,對其攜帶的微生物和寄生蟲實行監(jiān)控,,用于生命科學研究,、藥品與生物制品生產(chǎn)和檢定,以及其他科學研究的動物,。實驗動物追溯其祖先,,可來源于野生動物、經(jīng)濟動物(家畜,、家禽),、警衛(wèi)動物和觀賞動物等,但卻有別于這類動物,。實驗動物一般具有以下三大特點:
(1)遺傳學要求,。必須是人工培育,來源清楚,,遺傳背景明確的動物,。即實驗動物應是遺傳限定,且經(jīng)人工培育的動物,。依其遺傳純合程度,,可把實驗動物劃分為近交系(Inbred-strain)突變系(Mutant strain\系統(tǒng)雜交(Hybrid Colony)動物和封閉群(Closed colony or outbred stock)動物四大類群。 
(2) 微生物和寄生蟲的監(jiān)控要求,。在實驗動物繁育的全過程中,,必須嚴格監(jiān)控其攜帶的微生物和寄生蟲。目前,,我國將對其微生物和寄生蟲的控制程度劃分為四個等級:即普通動物(Conventional animal,CV),、清潔動物(Clean animal,CL or Clean conventional animal,CCV)、無特定病原體動物(Specific pathogen free animal,SPF),、無菌動物(Germ free animal,GF),,后者包括悉生動物(Gnotobiotes animal,GN)SPFGF動物不幾僅人工監(jiān)控其攜帶的微生物,、寄生蟲,,而且是經(jīng)剖腹產(chǎn)凈化獲得的。上是把實驗動物的微生物和寄生蟲控制分成普通動物,SPF動物和無菌動物(悉生動物)三個等級,。 
(3)應用要求,。實驗動物主要是應用于科學實驗。有學者稱之為活的分析天平如同理化實驗,,需要精密儀器和高純度試劑一樣,。生命科學研究及其相關的試驗,要求實驗動物對試驗因素敏感性強,,反應高度一致,,使試驗研究結(jié)果具有可靠性、性,、可比性,、可重復性和科學性。 
未經(jīng)馴化的野生動物,,有時也用于實驗,,但由于遺傳背景不清楚,健康狀況不穩(wěn)定,,因而對試驗物反應缺乏一致性,,實驗結(jié)果可信度和重復性都很差,而不被學術界所承認,。如家畜,、家禽等經(jīng)濟動物,由于它們對某些實驗具有較高的敏感性,,實驗操作也方便,,亦會作為實驗之用。如果按照實驗動物的質(zhì)量要求,,加以培育和嚴格的監(jiān)控,,是可以把它們開發(fā)成為很好的實驗動物。
 
2.實驗動物的環(huán)境控制

   實驗動物環(huán)境可分為:
外環(huán)境,。是指實驗動物設施或動物實驗設施以外的周邊環(huán)境,。如氣候或其他自然因素、鄰近的民居或廠礦單位,、交通和水電資源等,。 
內(nèi)環(huán)境。指實驗動物設施或動物實驗設施內(nèi)部的環(huán)境,。內(nèi)環(huán)境又細分為大環(huán)境和小環(huán)境,。前者是指實驗動物的飼養(yǎng)間或?qū)嶒為g的整體環(huán)境狀況;后者是指在動物籠具內(nèi),包圍著每個動物個體的環(huán)境狀況,,如,,溫,、濕度,氣流速度,,氨及其他氣體的濃度,,光照,噪音等等,。 
     實驗動物環(huán)境條件,對動物的健康和質(zhì)量,以及對動物實驗結(jié)果有直接的影響,,尤其是高等級的實驗動物,環(huán)境條件要求嚴格和恒定,。因而,,對環(huán)境條件人工控制程度越高,并符合標準化的要求,,生活這樣環(huán)境中的動物,就越具有質(zhì)量上的保證,,一致性的程度就越高,,動物實驗結(jié)果就有更好的可靠性和可重復性,也使同類型的實驗數(shù)據(jù)具有可比較的意義,。
     影響實驗動物環(huán)境的因素及其控制:
氣候因素,。包括有溫度、濕度,、氣流和風速等,。在普通級動物的開放式環(huán)境中,主要是自然因素在起作用,,僅可通過動物房舍的建筑座向和結(jié)構(gòu),、動物放置的位置和空間密度等方面來作有限的調(diào)控。在隔離系統(tǒng)或屏障,、亞屏障系統(tǒng)中的動物,,主要是通過各種設備,對上述的因素予以人工控制,。在國家制定的實驗動物標準中,,對各質(zhì)量等級動物的環(huán)境氣候因素控制,都有明確的要求,。 
理化因素,。包括有光照、噪音,、粉塵,、有害氣體、殺蟲劑和消毒劑等,。這些因素可影響動物各生理系統(tǒng)的功能及生殖機能,,需要嚴格控制,,并實施經(jīng)常性的監(jiān)測。普通級動物要在適當?shù)姆秶鷥?nèi),,采取有效的措施,,對此予以監(jiān)控;尤其是清潔級以上等級的動物,應通過實驗動物設施內(nèi)的各種設備,,按國家頒布的各個等級標準,,嚴格予以控制。 
生物因素,。是指實驗動物飼育環(huán)境中,,特別是動物個體周邊的生物狀況。包括有動物的社群狀況,、飼養(yǎng)密度,、空氣中微生物的狀況等。例如,,在實驗動物中許多種類,,都有能自然形成具有一定社會關系群體的特性。對動物進行小群組合時,,就必須考慮到這些因素,。不同種之間或同種的個體之間,都應有間隔或適合的距離,。對實驗動物設施內(nèi)空氣中的微生物有明確的要求,,動物等級越高要求越為嚴格。國家標準規(guī)定,,亞屏障系統(tǒng)設施內(nèi)空氣落下的菌數(shù)少于或等于12.2/皿時,,屏障系統(tǒng)2.45/皿時,隔離系統(tǒng)0.49/皿時,。 
3.實驗動物的房舍設施
     這里指的實驗動物設施是實驗動物和動物實驗設施的總稱,,是為實現(xiàn)對動物所需的環(huán)境條件實行控制目標而專門設計和建造的。實驗動物設施依其使用功能的不同,,劃分為各個功能區(qū)域,,各自有不同的要求。 
實驗動物設施的等級及其規(guī)劃結(jié)構(gòu)要點 
    按照實驗動物環(huán)境與設施國家標準(1994)規(guī)定,,實驗動物環(huán)境設施分為四等,,控制程度從低到高,依次為開放系統(tǒng),、亞屏障系統(tǒng),、屏障系統(tǒng)和隔離系統(tǒng)。
開放系統(tǒng) 
    通常為單走廊房舍,,采用自然通風或設有排風裝置,,有防蟲,、防鼠設施,要求籠具和墊料消毒,、使用無污染的飼料,,人員進出有一定的防疫措施。這類設施僅適用于普通級動物,。該系統(tǒng)通常分為三個區(qū)域:前區(qū),,包括檢疫室、辦公室,、休息室等;控制區(qū),,包括動物飼育室、或動物實驗室,、清潔走廊,、清潔物品儲存室等;后勤處理室,包括污染走廊,、洗刷消毒室,、污物處理設施等。人員,、動物和物品原則上按:前區(qū)--控制區(qū)--后勤處理區(qū)的走向運行。
亞屏障系統(tǒng) 
    又稱為清潔級屏障系統(tǒng),,用于清潔級動物的飼育,。一般設雙走廊,也有用層流架作清潔級屏障系統(tǒng),。其設施的結(jié)構(gòu)及設備配置要求都與屏障系統(tǒng)大體相同,,只是空氣潔凈度只要求達到10萬級,管理上要求稍低于屏障系統(tǒng),,故稱之為亞屏障系統(tǒng),。也分三個區(qū)域,即清潔區(qū),、污染區(qū)和外部區(qū),。清潔區(qū)包括動物飼育室或?qū)嶒炇摇⑶鍧嵶呃?、清潔準備室,、清潔物品儲存室、檢疫室等;污染區(qū)包括污染走廊,、洗刷消毒室等;外部區(qū)包括接受動物室,、飼料加工室、庫房,、更衣淋浴間,、辦公室,、值班室、機房,、焚燒爐等,。結(jié)構(gòu)通常是雙走廊,凡進入清潔區(qū)的人員,、動物,、和物品,甚至空氣和水都要經(jīng)過相應的處理,,保證該區(qū)域不受微生物的侵染,。
     進入清潔區(qū)的人員、動物和物品要分別遵循一定的運行路線:
人員:更衣--淋浴--更衣--清潔走廊--飼養(yǎng)室或動物實驗室--污染走廊--洗刷消毒室--更衣--外部區(qū)域,。 
物品:包裝--高壓消毒(已包裝消毒的可經(jīng)傳遞窗,,清結(jié)籠具經(jīng)有消毒液的渡槽)--清結(jié)準備室--清潔物品儲存室--飼養(yǎng)室或動物實驗室--(污物經(jīng)包裝處理)污染走廊--外部區(qū)域。 
動物:動物(帶包裝)--傳遞窗--檢疫室--清潔走廊--飼育室或?qū)嶒炇?/span>--(實驗后或生產(chǎn)供應)--(經(jīng)包裝)污染走廊--外部區(qū)域,。 
屏障系統(tǒng) 
    主要是用于SPF級動物的飼育,。有正壓屏障構(gòu)造、負壓屏障構(gòu)造(生物安全屏障系統(tǒng))也有用層流架(正壓/負壓)或隔離器作SPF級屏障系統(tǒng),。屏障系統(tǒng)設施,,要求與外界隔離,空氣經(jīng)三級過濾凈化后才進入屏障設施之內(nèi),,空氣潔凈度為10,000級,。除生物安全屏障系統(tǒng)為負壓以外,通常應保持為正壓,,且不低于20--50Pa;出風口設有防空氣倒流裝置,。屏障系統(tǒng)設有清潔和污染走廊,進入系統(tǒng)的籠具,、飼料,、飲水、墊料,、器械等一切物品都要經(jīng)過嚴格的消毒滅菌,,人員進入要經(jīng)淋浴、更衣,,使用的服裝,,進入的動物要有包裝,也經(jīng)嚴格的消毒處理,。系統(tǒng)內(nèi)的人員,、物品和空氣等采用單向固定的流通路線,有呼吸系統(tǒng)疾病和皮膚病的人員不能進入系統(tǒng)內(nèi),。結(jié)構(gòu)要求和進入系統(tǒng)內(nèi)的人,、動物和物品的運行等與亞屏障系統(tǒng)基本相同,,但要求更為嚴格。
隔離系統(tǒng) 
   主要設備是隔離器,,分有正壓和負壓隔離器,。隔離器及其輔助裝置共同組成的隔離系統(tǒng),用于飼養(yǎng)SPF動物,、無菌動物和悉生動物,。隔離器可置于亞屏障系統(tǒng)或開放系統(tǒng)內(nèi)運轉(zhuǎn),如在開放系統(tǒng)內(nèi),,則要嚴格控制系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境的溫,、濕度。
     操作時,,工作人員只能通過隔離器上的橡膠手套來進行飼養(yǎng)或?qū)嶒?。物品是通過包裝消毒后,由滅菌渡艙或傳遞窗傳入;動物是經(jīng)由無菌剖腹產(chǎn)的方法進入;進入隔離器的空氣,,應經(jīng)過濾,,保證隔離器內(nèi)空氣潔凈度達100級,無菌并維持正壓狀態(tài),。根據(jù)實驗需要也可維持負壓狀態(tài),,但需要配置空氣排放裝置,保證空氣排放符合標準,。
    另外,,對實驗動物設施的房舍設施的建設,如:地面,、門窗、墻壁,、天花板,、走廊及空氣凈化調(diào)節(jié)設備與送排風系統(tǒng)等都有詳細的要求,例如:地面要求平而不滑,,一般不設排水口;墻壁要求保溫和隔音,,墻涂料耐酸堿,易于消毒清洗;有壓力梯度的系統(tǒng),,門應開向壓力高的一側(cè)等,。總之,,設施建設是從質(zhì)量控制要求的角度,,考慮到操作和成本等因素來提出相應的要求。
4.實驗動物飼養(yǎng)的輔助設施和設備
   這是指在動物房舍設施內(nèi)使用于動物飼養(yǎng)的器具和材料,,主要包括籠具,、籠架,、飲水裝置和墊料等,并還有層流架,、隔離罩和運輸籠等,。這些器具和物品與動物直接接觸,產(chǎn)生的影響zui直接,,務必予以重視,。其中,層流架和隔離罩等設備可在房舍設施中獨立使用,,隔離罩更是現(xiàn)今用于無菌動物飼育和實驗的主要設備,。
籠具和籠架 
    在籠外的環(huán)境符合質(zhì)量控制標準的情況下,包圍動物小環(huán)境的質(zhì)量很大程度取決于籠具,、籠架的情況,。籠具要求能對動物提供足夠的活動空間,,通風和采光良好;堅固耐用,,里面的動物不會逃逸,外面的動物不會闖進;操作方便,,適合于消毒,、清洗和儲運;成本低廉,經(jīng)濟實用?,F(xiàn)在國內(nèi)已有多家廠商,,生產(chǎn)各種式樣和質(zhì)量檔次的籠具。
   籠架是承托籠具的支架,,使籠具的放置合理,,有些還設有動物糞便自動沖洗和自動飲水器。要注意籠具和籠架的匹配,,方便移動和清洗消毒,。
飲水設備和滅菌設備 
    動物飼養(yǎng)用的飲水設備,一般采用飲水瓶,、飲水盆和自動物飲水器,。小動物多使用不易破碎的飲水瓶;大動物,如羊,、犬等多使用飲水盆,。這些器具的制造材料要求耐高溫高壓和液的浸泡。自動飲水器,,有方便操作,,節(jié)省勞力的優(yōu)點;但易漏水,供水管道不易清洗、消毒,,國內(nèi)使用不普遍,。大型的實驗動物設施,往往裝設無菌水生產(chǎn)設備,,用過濾系統(tǒng)和紫外線照射,,來清除細菌、真菌和病毒,。實驗動物的飲水一般無需作蒸溜,、離子交換或反滲透等處理,有助于動物對微量元素的利用,。
層流架和隔離罩 
        層流架帶有空氣凈化裝置和通風系統(tǒng),,置于普通房間內(nèi),可作清潔級動物短時間飼養(yǎng)或?qū)嶒灢僮骷皩嶒灪蟮挠^察等使用,,如果放置在清潔級房舍內(nèi),,可用作SPF級動物的飼養(yǎng)或?qū)嶒炗^察。層流架根據(jù)實驗的需要也有正,、負壓之分,。層流架結(jié)構(gòu)簡單,投資少無需輔助設備,,可獨立運轉(zhuǎn),,適合于小型和短期的使用,該設備只能控制空氣潔凈和通風指標,,而其他環(huán)境指標如溫,、濕度等,要由設施內(nèi)加以控制,,所以使用有較大的局限性,。
    隔離罩是保持罩內(nèi)無菌環(huán)境的全密封裝置,是無菌動物飼養(yǎng),、實驗操作和實驗觀察的*設備,。它主要是作無菌控制,其他環(huán)境指標由罩外設備控制,,好的設備可維持1--3年的罩內(nèi)無菌狀態(tài),。用于無菌動物的隔離罩是正壓裝置,,如作烈性感染實驗應采用負壓隔離罩,。
運輸籠和墊料 
   上常用的運輸籠具帶有空氣過濾通風系統(tǒng)和控制溫、濕度的裝置,,運輸車輛上也裝有各種環(huán)境指標的控制系統(tǒng),,形成一個可移動的實驗動物飼養(yǎng)設施。我國目前尚未有此類裝備,,動物運輸時,,多采用在普通飼養(yǎng)盒外包無紡布的簡易運輸籠,,經(jīng)運輸后的動物就可能達不到質(zhì)量控制指標了,研制符合標準又適合國情的運輸籠具實在是當務之急,。
   墊料,,能吸附水分、動物的排泄物,,維持籠內(nèi)和動物本身的清潔衛(wèi)生,,墊料應不含揮發(fā)性、刺激性物質(zhì),,無毒性,,不會干擾動物實驗。墊料的原料常用鋸末,、木刨花,、木屑、碎玉米芯等,。墊料的原材料常會攜帶各種微生物和寄生蟲,,使用前要經(jīng)加工處理、消毒滅菌,、除蟲等,。歐洲國家多用白楊木屑做墊料,而美國多用碎玉米芯,,考慮到了材料的毒性因素和取材的難易,。目前我國實驗動物墊料尚未標準化,多采用混合木屑,,其成分和毒性都不確定,,可喜的是,現(xiàn)已開展了相關的研究,,莎適合國情的標準化墊料,,指日可待。
5.實驗動物環(huán)境監(jiān)測和設施的維護
      新建或改建的實驗動物設施竣工啟用前,,須向所屬的實驗動物管理部門申請進行環(huán)境設施的檢測,,檢測合格方能投入使用。實驗動物設施是連續(xù)運行的,,各種環(huán)境因素一直處在變動之中,,也需要經(jīng)常性的監(jiān)測和維護。對實驗動物設施的環(huán)境條件,,國家有標準化的規(guī)定,,檢測項目包括溫度、相對濕度、氣六速度,、梯度壓差,、空氣潔凈度、空氣落菌數(shù),、氨濃度,、噪聲、照度和換氣量等,。 
環(huán)境檢測的項目 
   空氣潔凈度的指標包括有:空氣落菌數(shù),,是檢測空氣生物潔凈度的指標,用血瓊脂培養(yǎng)基,,置于被檢房舍的空間,,暴露30分鐘后,計算培養(yǎng)基上的落菌數(shù);塵埃粒子測定,,是空氣潔凈級別的指標,,10-20平米的房間布點3-5個,用儀器測定,,數(shù)據(jù)作統(tǒng)計分析,。
    此外還有下列七項指標的測定:溫度、濕度測定,,包括日溫差,、溫濕度的均勻性等;氣流速度測定,使動物處在合理的風速區(qū)域;換氣次數(shù),,測定送風口或出風口的風速,,然后參照風口面積和房間容積計算;靜壓差測定,用壓差計測定設施內(nèi)各區(qū)域的壓差,,分析設施內(nèi)氣流走向的合理性;噪聲測定,,用噪聲計,選離墻壁1米,,距地面1.2-1.5米的測點測定;照度測定,,常用儀器是照度計,采用多測點測定,,檢測光照的均勻性;氨濃度測定,,該檢測項目通常是在設施運轉(zhuǎn)后進行的監(jiān)測項目,反映室內(nèi)的換氣情況,、動物的合理密度和設施的管理水平,。
實驗動物設施的維護 
    實驗動物設施的各項環(huán)境指標是通過是相關設備的運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)及維持的,環(huán)境指標值無時不在動態(tài)的變化之中,。對設施的環(huán)境監(jiān)測和維護,,是實驗動物設施經(jīng)常進行的工作。日常維護的重點有以下三個方面:
   空氣過濾系統(tǒng)的維護,,系統(tǒng)中有初效,、中效和三級過濾,過濾材料在工作時會沾染粉塵,,逐漸造成堵塞,,而影響設施內(nèi)的空氣質(zhì)量。初效過濾材料應2周至3個月更換一次,,過濾材料經(jīng)清洗,、干燥,可重復使用;中效材料318個月更換一次,,經(jīng)清洗,、干燥也可重復使用;材料一般1--3年更換一次,一般不重復使用,。材料更換的次數(shù)取決于空氣使用量和周圍空氣的質(zhì)量,。勤換初效和中效材料,可減少對材料的更換,,因為更換過濾材料會在一定時間內(nèi)造成設施內(nèi)環(huán)境因素的不穩(wěn)定,。
   空調(diào)系統(tǒng)的維護,空調(diào)系統(tǒng)主要控制溫,、濕度兩個重要的環(huán)境指標,,空調(diào)的熱交換部件要經(jīng)常清洗,并要經(jīng)常檢查制冷劑有否泄漏,,自動控溫裝置是否有效,。
   滅菌系統(tǒng)的維護,注意高壓滅菌裝置和飲水滅菌系統(tǒng)是否有效,,要經(jīng)常監(jiān)測,,不可疏忽大意。此外,,還有傳遞窗的紫外線滅菌是否有效,,傳遞渡槽的消毒液要及時更換等一些日常的維護工作也不能忽視??傊龊迷O施的維護工作,,反映了設施的管理工作水平,要健全制度,,建立崗位責任,,在管理上下功夫。

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