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第三节 实验动物饲养的环境因素
一、昼夜节律及光照的影响
生物体的许多功能活动常具有周期性波动,如昼夜节律,昼夜节律是指与日光周期有关的生理功能发生周期性改变。药物的毒性可因每日的给药时间不同而有所不同。例如小鼠下午2点给予苯巴比妥后睡眠时间最长,而于清晨2点给药后睡眠时间最短,约为下午2点给药的40%~60%。小鼠和大鼠的细胞色素P450活性是黑夜刚开始时最高,机体的白细胞和免疫功能等也随昼夜节律变化。因此,毒性试验中给药和临床病理检测应于每天固定的时间段进行。
光照对实验动物的影响,主要体现在光照强度和光周期方面。将小鼠置于固定的光照周期下生活,每隔4小时腹腔注射给予相同剂量的乙醇,结果发现每日16点和20点动物的死亡率最高。另外,光对动物的视网膜也有较大影响,强光照导致动物光毒性视网膜病。如白化大鼠在2万lx光照下几个小时后就出现视网膜障碍,连续暴露2天,尚有恢复的可能,但8天以上就产生不能恢复的严重障碍。在60lx照度下,饲养13周的大鼠也会出现视网膜的退行性变化。因此,长期毒性试验中大鼠饲养的位置也应该定时更换。
二、温度和湿度的影响
环境温度的改变可引起不同程度的生理、生化和内环境稳态的改变。当环境温度出现急剧的变化时,机体的生理功能也会发生急剧的变化。高温环境使得机体皮肤毛细血管扩张,血液循环和呼吸加快,此时经皮肤或呼吸道吸收的药物吸收速度加快。另一方面,高温使得汗腺分泌增加,氯化钠随汗液排出增加,导致胃液分泌减少,从而影响药物从胃肠道的吸收;汗腺分泌增加,尿量减少,易造成经肾脏排泄的药物在体内潴留。有研究比较了58种化合物在不同的环境温度(分别为8℃、26℃和36℃)中大鼠半数致死剂量( LD 50),研究结果表明55种化合物在36℃高温环境下毒性最大,而在26℃环境下毒性最小。秋水仙碱和洋地黄对大鼠毒性强于青蛙,但是对青蛙的毒性随着环境温度的升高而增加,然而反应的持续时间却随着温度升高而缩短。还有研究表明,环境温度对毒性影响分为3类:第1类为V型,低于或高于常温时毒性均增大,如常温下氯丙嗪小鼠皮下注射的LD 50为350mg/kg,而在13℃和38℃时LD 50分别为12mg/kg和30mg/kg;第2类为线型,毒性随环境温度升高而升高,如醋酸可的松小鼠肌内注射在-6℃时毒性最小,27℃、36℃时均明显增大;第3种为在一定温度无毒性,而在低于或高于该温度时毒性就会加大,属于这类的药物较少,可能为第1、2种类型的假象。
环境湿度增加,可使得机体体温调节负荷增加。高湿度伴高温可因汗液蒸发减少,使皮肤角质层的水合作用增加,从而增加经皮吸收药物的吸收速度,同时药物也易于黏附于皮肤表面,增加接触时间。动物房湿度设定在40%~70%较为适宜,有研究报道相对湿度为35%时,大鼠的摄食量比相对湿度75%时约增加5%。
气压对毒性的影响来自人群在空间和潜水工具中暴露于化合物的研究。高纬度下,洋地黄和士的宁的毒性降低,而苯丙胺的毒性增加。气压改变对化合物毒性的影响主要与氧气密度有关而非大气的直接压力。
毒物的效应常表现在与光照时间有关的昼夜模式。
三、动物饲养笼具及垫料的影响
动物饲养笼的种类,每笼动物数、垫料和其他因素也能影响药物的毒性。大鼠为群居动物,而在单笼饲养时易怒,攻击性增加。单笼饲养的大鼠给予异丙肾上腺素或苯丙胺后,其急性毒性明显高于群养动物。密闭笼(如塑料笼)饲养的大鼠对吗啡的急性毒性较开放笼(如不锈钢笼)低。动物饲养密度应符合国家标准,应有一定的活动面积,过分拥挤会影响试验结果。同时应保持动物饲养环境的清洁,按一定的频率通/换气,定期检测空气污染物及微生物以排除这些混杂因素对试验结果的影响。
垫料是实验动物饲养繁殖的重要条件之一,其主要作用是吸附动物的排泄物,降低笼内氨气,保持笼内干燥,从而维持笼具和动物自身的清洁卫生。实验动物垫料一般分为接触性垫料和非接触性垫料两种。非接触性垫料用于吸尿、吸湿、接粪等,如饲养家兔笼具下面接粪盘中的垫料(纸板状垫料、塑料布垫料、木屑等) ;接触性垫料是用于吸尿、吸湿、做窝、保暖等,如大鼠、小鼠笼盒中的垫料(纸屑、刨花等)等。木质垫料是木材来源的最常用的接触性垫料,常用的是木屑,单位体积吸水性很强,舒适性较好。但其受来源影响,通常含杂物较多,遇水易成团,锯末颗粒容易黏附在动物皮毛上,造成动物外表不美观,也容易危害裸鼠的眼睛。此外,木屑也会提高呼吸系统感染率,降低繁殖力。另外一种常用的垫料为玉米芯,将玉米棒上的玉米粒剥下后剩余的玉米芯粉碎或制成小颗粒,作为玉米芯垫料,其优点是细胞毒性小、吸氨能力强、干燥性好,不过容易被误服,还要特别注意黄曲霉毒素的残留。
四、噪音的影响
大多数实验动物都是胆小怕惊,警惕性极高。自然音常常使它们惊恐不安,四处逃逸。妨碍声、不愉声往往使动物感到不舒服、烦躁,过响声则引起动物极度的恐惧和不安。噪声常引起动物生理功能紊乱,轻者表现为心跳、呼吸加快,血压明显升高,重者引起神经功能紊乱和激素分泌紊乱。噪声还会影响动物的发情、交配、受孕率,噪声还能引起母鼠咬杀仔鼠现象,原因是受噪声影响,使母鼠恐惧和不安,情绪异常,行为反常。
五、动物饲料的影响
饲料是与动物饲养最为密切的因素,喂食不当可导致营养物质摄入过多或不足,导致机体的反应性不一致,同时混入饲料中的毒物或杂质也可对试验产生干扰,也有可能与药物直接作用,干扰药物的吸收。
饲料中的脂肪含量对致癌试验影响较大,可能与不饱和脂肪酸有关。饲料的蛋白质含量对毒性试验的结果影响也较大,如低蛋白饲料喂养大鼠四周后对于克菌丹急性毒性为正常大鼠的26倍,但用低蛋白饲料喂养大鼠时,却发现可降低四氯化碳的肝脏毒性。从上面例子可以看出,饲料中蛋白质的含量高低对不同化合物的毒性影响是不同的。一般而言,蛋白质作为主要影响成分,缺乏时可影响机体的生理和生化过程,从而降低机体的免疫力,改变机体对药物的反应。但一种化合物经转化后代谢为毒性更大的代谢产物时,低蛋白饲料反而可以降低化合物的毒性。高糖饲料可以保护动物的肝脏,降低四氯化碳的肝脏毒性。饲料中的一些微量元素也可影响毒性试验结果,如缺少胆碱和叶酸,导致肝脏肿瘤患病率增加;缺少维生素A,可延缓某些肿瘤的发生。
饲料中很容易混入杀虫剂、亚硝酸盐、重金属等有害物质,重金属盐可损害消化道黏膜,也可与药物直接结合影响其吸收,甚至还可与代谢酶结合从而影响药物的转化。杀虫剂污染可以诱导肝药酶,加速药物的代谢,从而降低药物的毒性。亚硝酸盐和黄曲霉毒素可直接致癌,干扰试验结果。
因此,毒性试验中应使用符合国标要求的饲料,最好对每批饲料的主要营养物质和主要污染物均进行检测,以排除饲料污染对毒性试验结果的干扰。