劉曉宇 盧選成 鹿雙雙 賀爭鳴

(1.中國疾病預防控制中心，北京 102206)(2.中國食品藥品檢定研究院，北京 100050)

經(jīng)過近30年的發(fā)展，實驗動物福利理念在我國科研領(lǐng)域已得到廣泛認同，實驗動物福利倫理審查制度已初步建立，福利相關(guān)的法規(guī)和標準也陸續(xù)出臺。因此，有些實驗動物從業(yè)人員和科研人員認為我國實驗動物福利工作已經(jīng)做得很好。原因有兩點：一、國內(nèi)人們對福利的基本理念由抵觸、質(zhì)疑逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檎J同；二、由于倫理審查制度的建立，我們在國際合作課題和學術(shù)論文發(fā)表過程中遇到的阻力逐步減弱。這種看法只關(guān)注了表面現(xiàn)象而忽視了更深層次的問題，即發(fā)展實驗動物福利的最終目的是否在我們的實際工作中已經(jīng)達到？盡管上述進步的確具有突破性的意義，但說“很好”還為時過早。筆者認為，更客觀的說法是“促進我國實驗動物福利發(fā)展的環(huán)境已經(jīng)形成”。

如何利用目前良好的環(huán)境來發(fā)展我國實驗動物福利工作是管理者、實驗動物從業(yè)人員、科研人員及其他相關(guān)人員在內(nèi)所有人面臨的重要課題。實驗動物福利是涉及多學科和多領(lǐng)域的科學問題，美國實驗動物醫(yī)學學會(ACLAM)《實驗動物醫(yī)學》(第三版)一書設(shè)立專門章節(jié)討論“實驗動物福利”，主要內(nèi)容可歸納為以下四個方面：從歷史和哲學角度探討動物福利、保障實驗動物福利的法律法規(guī)及指南規(guī)范、圍繞“3R”原則展開的技術(shù)介紹和實驗動物福利學的發(fā)展歷程和研究方法[1]。研讀該章節(jié)內(nèi)容后筆者最深的體會是：發(fā)展實驗動物福利技術(shù)是達成實驗動物福利最終目的的主要途徑，但該工作在我國還未被充分重視。需提出的是，筆者認為實驗動物福利技術(shù)可分為所有能減少動物痛苦的技術(shù)(包括替代動物實驗的新技術(shù))和評估動物痛苦的技術(shù)兩大類。

本文將從為什么要推進實驗動物福利技術(shù)、從哪些方面推進實驗動物福利技術(shù)及如何推進實驗動物福利技術(shù)三方面進行分析和討論，以期為有志于推動我國實驗動物福利工作的各領(lǐng)域同仁提供新的視角和有益參考。

1 推進實驗動物福利技術(shù)的原因

1.1 通過技術(shù)的應用，動物福利才可能提高

《實驗動物醫(yī)學》一書中明確提出“盡管各國眾多正式文件都一再強調(diào)‘3R’原則，為什么人們還是認為‘3R’原則并未被很好實施呢？”的疑問。在我國也是類似的情況，盡管所開展的研究已通過實驗動物福利倫理審查，但動物仍未獲得本應獲得的“福利”。

具體來看，如下問答見于多數(shù)倫理審查報告中，問：“為什么必須使用動物而不用非動物替代方法？”答：“因為針對……研究，動物實驗是經(jīng)典方法，無其他替代方法，故必須用動物”；問：“減少動物用量所采用的措施？”答：“本研究分x組，每組x只動物，為統(tǒng)計需要這已是最少數(shù)量”；問：“如何減少實驗中動物的痛苦？”答：“手術(shù)過程中對動物實施麻醉”。以上一問一答在形式上滿足了要求，但實際上忽視了“問”原本關(guān)注的核心問題，即技術(shù)問題，包括：哪里可以查到替代方法？有哪些替代方法？替代方法的優(yōu)劣勢？采用哪種統(tǒng)計方法？樣本量如何計算？造成痛苦的環(huán)節(jié)有哪些？通過什么方法減少飼養(yǎng)和運輸中的痛苦？等。

針對上段書中提出的疑問，Graham等[2]通過調(diào)查給出的答案是“IACUC和科研人員并未充分理解‘3R’原則”。筆者認為，答案是“并未完全了解 ‘3R’原則背后可減少痛苦動物和減少動物痛苦的技術(shù)”。簡言之，第一條原因是在實際研究中只有掌握和應用福利技術(shù)才能減輕動物的痛苦。

1.2 推動動物福利技術(shù)本身就是推動科技發(fā)展

因為動物福利技術(shù)本身是科學技術(shù)的一部分，所以推動動物福利技術(shù)就是推動科技發(fā)展。而如前所述，發(fā)展實驗動物福利的最終目的就是促進科技的進步。故很容易理解，推動科技發(fā)展就是第二個要推進實驗動物福利技術(shù)的原因。

例如，人體器官芯片技術(shù)，是指一種在載玻片大小芯片上構(gòu)建的器官生理微系統(tǒng)[3]，該技術(shù)同時也是一種動物實驗的替代方法。該技術(shù)在2016年被達沃斯世界經(jīng)濟論壇列為“十大新興技術(shù)”之一。目前，多家國際醫(yī)藥巨頭已著手器官芯片的體外藥物研發(fā)工作，可以預測該技術(shù)在未來將會使生物醫(yī)藥研究方式發(fā)生革命性的變化。該技術(shù)在我國發(fā)展遇到的挑戰(zhàn)有：①新藥研發(fā)與藥物安全性評價的政策與技術(shù)規(guī)范對新技術(shù)認可和采納的缺位，該項新技術(shù)研究還未納入國家科研體系。②研究芯片技術(shù)的人員與潛在可應用該技術(shù)進行新藥前期研發(fā)的人員(也是目前大量開展動物實驗的人員)之間缺乏溝通。如果實驗動物行業(yè)人員能將其作為重要的替代方法加以重視和推介，借助“動物福利技術(shù)或替代技術(shù)”的平臺促進兩者的合作，則可一方面落實“替代”原則，另一方面促進該新技術(shù)的發(fā)展和應用。也就是說，“動物福利技術(shù)”可作為抓手，切實推動該項新技術(shù)的大力發(fā)展。

1.3 帶動實驗動物相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

無論是新的替代方法，還是動物飼養(yǎng)、實驗操作過程中的優(yōu)化方法，其中涉及的動物福利技術(shù)會帶來諸多新產(chǎn)品的問世，由此可推動我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，給后者不斷帶來新活力。

以實驗動物環(huán)境豐榮產(chǎn)品為例。豐榮是指為標準化實驗動物的生活環(huán)境添加額外元素，構(gòu)建相對復雜的生活空間以滿足動物玩耍、探索和躲避的天性，相關(guān)產(chǎn)品包括筑巢材料和玩具等。該理念和做法剛引入國內(nèi)時，豐榮產(chǎn)品只能從國外購買，因采購手續(xù)煩瑣、貨期長并且價格高等原因而限制了使用。隨著我國實驗動物福利相關(guān)法規(guī)和標準逐步完善，豐榮產(chǎn)品需求越來越大，近年來市場上也逐漸出現(xiàn)國產(chǎn)豐榮產(chǎn)品的身影，呈現(xiàn)出供需良性循環(huán)的局面[4]。我國是制造大國，在人力和技術(shù)上都具備優(yōu)勢，只要加強產(chǎn)品研發(fā)并在材料和工藝上精益求精，國產(chǎn)豐榮產(chǎn)品將在國內(nèi)和國際市場中占據(jù)更大份額和顯示更強的競爭力。

同理，隨著實驗動物福利的發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)品的種類和需求必然會隨之增多增大。我國企業(yè)需用發(fā)展的眼光看待這一趨勢，重視基礎(chǔ)研發(fā)和產(chǎn)品細節(jié)，把握機遇參與到推動實驗動物福利技術(shù)發(fā)展的事業(yè)中。

2 實驗動物福利技術(shù)介紹

如前所述，實驗動物福利技術(shù)可分為用于減少動物痛苦的技術(shù)和評估實驗動物福利的技術(shù)，減少動物痛苦的技術(shù)將以 “替代、減少和優(yōu)化”為框架進行介紹；最后介紹評估“以上方法是否真的減輕了動物痛苦？”的方法。由于現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展迅速，故本文以舉例的方式介紹其中部分技術(shù)。

2.1 替代技術(shù)

“替代”是指使用低等級動物替代高級動物，或不使用動物而采用其它方法達到與動物實驗相同的目的技術(shù)方法。傳統(tǒng)替代方法是為替代動物實驗而被開發(fā)的，如替代兔眼刺激實驗的牛角膜混濁和滲透性試驗(BCOP)；現(xiàn)代研發(fā)的替代方法主要是應用先進技術(shù)研究以往只能通過動物實驗研究的問題，包括高通量技術(shù)、人體器官芯片技術(shù)和器官3D打印技術(shù)等。下面著重介紹具有替代某一大類型動物實驗潛力的替代技術(shù)。

2.1.1人體器官芯片：人體器官芯片是利用微加工技術(shù)在微流控芯片上制造出能夠模擬人類器官主要功能的仿生系統(tǒng)[5]。目前，表皮、肌肉骨骼、神經(jīng)、呼吸、循環(huán)、胃腸、生殖、泌尿、內(nèi)分泌和免疫系統(tǒng)的器官芯片均已有商業(yè)化產(chǎn)品。人體芯片能真實反映人體情況，在新藥篩選方面比動物實驗更特異、更有效。人體芯片技術(shù)能模擬器官的生理特性和細胞之間的相互作用，闡明組織對化合物的反應機制，可實現(xiàn)在類似人體組織中檢測新藥安全性和評價功效，更好地開發(fā)疫苗、生物產(chǎn)品和新藥[6]。

2.1.2計算機模擬技術(shù)：計算機模擬技術(shù)是利用計算機建立生理、生化、病理和毒理過程的數(shù)學模型，根據(jù)機體各項生理參數(shù)、藥物的化學特性和代謝潛力，對藥物在體內(nèi)的吸收、分布、代謝和排泄/毒性等性質(zhì)做出預測[7]。該技術(shù)在毒理學安全性評估中已被廣泛運用。

2.1.3模型技術(shù)：模型、道具和機械模擬器是一類仿真教具，可對真實事物或過程進行虛擬展示，用于輔助教學。用于醫(yī)學教學中，模型技術(shù)是極佳的替代方法，可在教學中用于代替數(shù)量巨大的實驗動物。如國際上采用的仿真擬人TraumaMan系統(tǒng)，它是與人有相同解剖結(jié)構(gòu)、有類似的皮膚、組織、內(nèi)部器官及骨骼的模擬人，同時具備呼吸、血液循環(huán)等人體基本功能。Gala等[8]調(diào)查表明在創(chuàng)傷高級生命支持(ATLS)操作培訓中，由于TraumaMan系統(tǒng)更接近真實病人，培訓效果明顯優(yōu)于使用動物的效果。并且學校僅作一次性投資，不必每次支付動物費用，整體考慮更為經(jīng)濟。目前，我國也有廠家生產(chǎn)用于人工呼吸培訓的模擬人。

2.2 “減少”相關(guān)技術(shù)

“減少”是指使用科學的方法減少實驗動物的使用數(shù)量。常見用于“減少”的方法有數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、應用高質(zhì)量動物、實驗動物重復使用和實驗操作規(guī)范化等，以上方法在此不再贅述。下面主要介紹兩項易被忽視但對減少動物數(shù)量又極為重要的技術(shù)。

2.2.1實驗數(shù)據(jù)共享，從已有研究獲得結(jié)論：從整體來看，“減少”依賴于全社會的科研數(shù)據(jù)資源共享，避免重復性研究。我國亟待建設(shè)針對動物實驗數(shù)據(jù)和替代方法的專業(yè)數(shù)據(jù)庫，供科研人員查詢、交流和共享數(shù)據(jù)。除此之外，福利倫理委員會成員和科研人員需要了解，很多情況下，某項研究目標可通過整理分析已報道的文獻得到。循證醫(yī)學中常用的“系統(tǒng)綜述法”就是可利用的工具，適用于動物實驗研究[9]。

2.2.2精細化管理，科學化繁育，減少動物“浪費”：針對動物生產(chǎn)尤其是轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)，“減少”依賴于精細化管理和科學化繁育。對我國2013—2015年實驗動物生產(chǎn)現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果顯示：實驗動物生產(chǎn)供應得到滿足，部分品種的生產(chǎn)量供大于求[10]。滿足需求固然好，但“過?！钡那闆r須引起足夠重視。我國應進一步完善動物生產(chǎn)、供應和需求的信息網(wǎng)絡，加強信息共享，力求達到動物需求與供應的基本平衡。動物生產(chǎn)機構(gòu)應重視市場反饋，對動物生產(chǎn)進行精細化管理，以達到減少動物“浪費”的目的。

基因修飾動物較其他同種動物繁殖慢且效率低。實際生產(chǎn)中，往往為了繁殖需求量相對較少的動物而擴繁、飼養(yǎng)十幾倍乃至幾十倍數(shù)量的動物，這有悖于“減少”原則。這些對得到實驗結(jié)果無直接作用的動物往往直接被安樂死，無疑是一種“浪費”[11]。故發(fā)展基因修飾動物科學育種、鑒定和保種技術(shù)至關(guān)重要。

2.3 優(yōu)化相關(guān)的技術(shù)

“優(yōu)化”是指對必須使用的實驗動物，應盡量減低非人道方法的使用頻率或危害程度。貫穿動物實驗各個環(huán)節(jié)都需考慮“優(yōu)化”原則，包括改善飼養(yǎng)和運輸條件、優(yōu)化實驗方案、優(yōu)化操作技術(shù)和安樂死等。下面介紹其中幾項重要技術(shù)。

2.3.1環(huán)境豐榮：環(huán)境豐榮的核心是為動物提供表達天性所需要的條件，如對牙齒終生生長的動物，研發(fā)和使用供其磨牙的玩具；對有筑巢習性的動物，提供紙卷、紙片等筑巢材料；對愛運動的犬類，提供活動空間和適合犬的運動器械。梁磊等[12]研究表明，在小鼠繁殖籠內(nèi)添加豐榮玩具，一方面可有效提高親代鼠交配行為，提高繁育能力；另一方面能提升新生鼠生長相關(guān)的各項指標。如前所述，實驗動物豐榮產(chǎn)品可形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，研發(fā)動物喜歡的豐榮物品，選擇無毒無害的材質(zhì)生產(chǎn)豐榮物品，建立適用于實驗動物豐榮目的、具備高技術(shù)含量的國產(chǎn)品牌。

2.3.2麻醉：是指通過藥物對動物產(chǎn)生制動、鎮(zhèn)靜和鎮(zhèn)痛作用，以減輕動物的痛苦，并利于實驗開展的方法。麻醉是一項專業(yè)性很強的技術(shù)，麻醉劑、劑量和用藥途徑選取不當都會造成麻醉或整個實驗的失敗。故研究麻醉的適用性、用法用量及可能出現(xiàn)的意外和處理措施，避免因麻醉導致動物死亡及對觀察指標和實驗結(jié)果的產(chǎn)生影響，是一項很基礎(chǔ)但如何強調(diào)也不為過的工作。

2.3.3人道終點和安樂死：前者是指考慮人道對待動物的要求和實驗要求，合理終止動物實驗的時機；后者是指以迅速造成動物意識喪失而致身體、心理痛苦最小之處死動物的方法[13]。人道終點的選擇與確定、動物疼痛和痛苦的評價標準、不同類型研究的人道終點指標都是需要研究的技術(shù)內(nèi)容[14]。

安樂死的成功實施不僅在于選對方法，還在于實施過程中滿足方法使用的全部條件[15]。如CO2安樂死法，并不是吸入CO2氣體導致動物死亡就可稱為安樂死，其過程必須滿足氣體置換率、氣體純度等一系列條件。目前，我國實驗動物安樂死方法的選擇主要是參考國際組織和有關(guān)國家的標準和要求，如何在安樂死技術(shù)發(fā)展過程中體現(xiàn)中國的研究成果值得重視。

2.3.4實驗指標采集技術(shù)：實驗指標的采集是動物實驗中最常見操作，但傳統(tǒng)的采集方法往往具有創(chuàng)傷性，會給動物造成或多或少的痛苦。

以下幾項新技術(shù)已作為“優(yōu)化”方法運用于實際研究中：①遙測技術(shù)可免除對動物的保定，大大降低了因固定而對動物產(chǎn)生的應激，所有生理信號可被實時監(jiān)測、記錄和分析，保證動物實驗結(jié)果的真實、可靠[7]。②影像學技術(shù)可無創(chuàng)觀測動物模型腫瘤的形成情況，不需處死動物，在實驗過程中也不會給動物造成痛苦，符合動物實驗“3R”原則，是一項高科技的動物實驗優(yōu)化技術(shù)。③通過給動物植入電子芯片，以非接觸方式通過計算機管理，應用射頻識別信號系統(tǒng)，實現(xiàn)動物身份快速自動識別、自動捕捉、數(shù)據(jù)讀寫、電子檔案信息管理、數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)哪康腫16]。一方面，可通過芯片采集動物體溫等生理數(shù)據(jù)，減少對動物的傷害和引起的應激反應；另一方面，可滿足對實驗動物個體的唯一標識和質(zhì)量追溯要求，可查找到動物個體從出生到死亡整個生命周期所有信息，滿足實驗動物信息化管理需求，實現(xiàn)實驗動物科學監(jiān)管的目的[17]。

2.3.5動物實驗微創(chuàng)技術(shù)：在動物模型的建立過程中，經(jīng)常要采用包括開胸、開顱、開腹等外科手術(shù)操作，造成動物的創(chuàng)傷、疼痛、出血和炎癥，這些反應既會干擾動物模型的應用，也會引起動物福利倫理的問題。隨著微創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展，應將運用于人微創(chuàng)手術(shù)的內(nèi)鏡技術(shù)、腔鏡技術(shù)、介入技術(shù)等應用在動物模型建立，既能降低對動物福利的損害，也保證了與人類手術(shù)的一致性[7]。

2.3.6實驗動物運輸環(huán)節(jié)的福利技術(shù)：實驗動物運輸會引起動物不同程度的應激反應[18]，導致動物生理生化指標的改變、免疫功能的抑制，嚴重時還會造成動物死亡。通過改進運輸相關(guān)技術(shù)可避免動物在運輸中受到生理性或心理性的傷害。

無論采用何種運輸方式，運輸過程都具有不確定性大、可控性小的特點。運輸籠具是緩沖各種變化、保護動物的最后防線，故應研發(fā)適用于不同動物運輸要求的高水平籠具。具體要求包括應穩(wěn)固、耐沖擊，設(shè)有符合動物特點的上鎖裝置，防止動物逃逸或其他動物進入；在緊急情況下，應便于迅速打開籠具移出動物；應能防止外部微生物對動物的污染；具備有效方式解決動物排泄物造成的污染。在陸路運輸中，車輛運輸除應滿足專人負責、定期查看實驗動物狀況，運輸前后應清潔并消毒車輛等管理要求之外，對車輛本身也有一定的技術(shù)要求，主要包括車輛防震、防滑性能強；具備動物所必須的光照；車廂具備獨立的空調(diào)系統(tǒng)，防止惡劣天氣對動物健康的影響；安裝導航定位系統(tǒng)；具備車廂內(nèi)環(huán)境參數(shù)監(jiān)控設(shè)備等。

2.4 評估實驗動物福利的技術(shù)

以上“優(yōu)化”技術(shù)的實施均為減少動物遭受的痛苦，但“事實是否如此？”，我們需要通過實驗動物福利評估技術(shù)做出客觀的評價。目前，關(guān)于動物福利較為一致的觀點是動物與其環(huán)境協(xié)調(diào)一致的心理和生理健康的狀態(tài)。“不會說”這個顯而易見的事實，使得判斷動物心理和生理健康困難重重。20世紀中期，動物行為學和神經(jīng)科學的研究成果獲得科學界的認可，并為我們了解動物的感受提供了途徑。

2.4.1評估量表：動物的心理狀態(tài)不易直接測量，通過一系列指標相互佐證、共同反映動物的狀態(tài)才是最佳的方法。這一系列指標往往被制作為評估量表，以期對動物狀態(tài)做出客觀的、標準化的評價。

皮質(zhì)醇濃度常被用于反映動物受刺激或承受壓力的程度，但單獨測量并不能達到目的，因為良性刺激和惡性刺激都會提高皮質(zhì)醇濃度。在實際工作中，會在同一張評估量表中要求觀測和記錄動物體質(zhì)量、進食量、癥狀(如駝背、被毛粗糙)和行為(如刻板行為、易怒或昏睡)等，并可賦值打分。讀者可根據(jù)需要，查找適用于不同物種的評估量表。

2.4.2行為學觀察：動物行為學研究可通過比較動物在自然環(huán)境中和圈養(yǎng)環(huán)境中動物行為的差異，來衡量什么是對動物“有好處”的；還可通過觀察正常動物和待觀察動物的行為差異，判斷動物心理和生理狀態(tài)是否有異常。被圈養(yǎng)的動物往往會因環(huán)境單調(diào)、缺少同伴或承受壓力，而表現(xiàn)出反復踱步、擺頭或梳理毛發(fā)等刻板行為。針對實驗動物，可通過觀察動物的活動范圍、步態(tài)、采食行為和筑巢行為等來評估其福利[19-20]。例如，現(xiàn)在有一種在IVC基礎(chǔ)上發(fā)展而來的數(shù)字化獨立通氣籠具(DVC)，可通過安裝在盒底的感應器記錄和分析動物的活動范圍、頻率和步態(tài)等參數(shù)，這些參數(shù)可用于評估動物當前的生理狀態(tài)或福利狀態(tài)。

2.4.3偏好實驗和厭惡實驗：偏好實驗衡量的是動物為獲得某種資源而愿意付出努力的程度。觀察動物的偏好讓人們知道如何改善動物福利，如通過管道連通的兩個籠盒內(nèi)放置不同墊料或玩具等，觀察動物喜歡去哪個籠盒。厭惡實驗衡量的是動物為避免某種事件而付出代價的程度。例如，用于研究小鼠CO2安樂死方法而開展的厭惡實驗，正常情況下與有光的明室相比小鼠更喜歡待在暗室，但將暗室充入CO2氣體，小鼠寧可選擇進入明室也不再待在暗室，該實驗說明小鼠不喜歡CO2[21]。

以上方法常常聯(lián)合使用，用于評估實驗動物的福利狀態(tài)。

3 推進我國實驗動物福利技術(shù)研究與應用的建議

3.1 對各級行業(yè)主管機構(gòu)

行業(yè)主管部門應盡快出臺相關(guān)的管理辦法，從管理機制方面推進我國實驗動物福利技術(shù)方面的研究；設(shè)立專項基金項目或課題，支持開展實驗動物福利技術(shù)研究；設(shè)立實驗動物福利倫理技術(shù)研究專業(yè)實驗室，為相關(guān)技術(shù)研究搭建穩(wěn)定而專業(yè)的平臺。

3.2 對實驗動物行業(yè)從業(yè)人員和科研人員

擴大宣傳范圍和提升宣傳力度，使科研工作者深入了解實驗動物福利科學研究的意義，讓實驗動物福利技術(shù)和科學研究質(zhì)量相互促進的理念深入人心；引進國外實驗動物福利技術(shù)研究成果，在學習和借鑒的基礎(chǔ)上進行再創(chuàng)新，形成具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的實驗動物福利新技術(shù)。

3.3 對實驗動物相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)

積極關(guān)注實驗動物福利技術(shù)發(fā)展動態(tài)，了解實驗動物福利對相關(guān)產(chǎn)品的需求；加大研發(fā)力度，勇于攻克技術(shù)難關(guān)，生產(chǎn)出高質(zhì)量產(chǎn)品，打造行業(yè)知名品牌；利用企業(yè)優(yōu)勢，在推廣產(chǎn)品的同時傳播實驗動物福利理念和技術(shù)，成為實驗動物福利技術(shù)的推動者。