左心輔助裝置動物心臟實驗的新理念——從實驗動物倫理學談動物心臟手術室的建立與創新

陶 涼，周 欣，康愛梅

在生命科學領域內，實驗動物為人類的健康做出了極大的貢獻。據統計，我國每年用于科研的實驗動物約為2000萬只，全球每年約有數十億只動物為科學而獻生，其中大部分用于醫學研究［1］。法國病理學大師洛布斯坦說過:醫學的目的不在于了解無生命的器官，而是活的器官，行使特殊功能的器官［2］。眾所周知，在美國僅心臟外科手術每年能拯救44萬人的生命，但該手術方法的問世和完善，應歸功于費城杰斐遜醫學院的Gibbon等科學家經過20多年的動物實驗研究［3］。目前還沒有其他方法能夠完全取代活體實驗。許多醫學成果如疫苗的研制，糖尿病、高血壓病的治療等，如果不用動物，則只能使用人類自身來進行實驗，這無疑會帶來更大的倫理問題。

1 實驗動物倫理學

1.1 動物倫理學的定義與內涵 實驗動物福利與倫理近幾年引起實驗動物科學家的重視和關注［4-6］。現代社會促進動物倫理學發展的重要因素:①人類社會迅速發展，伴隨著野生動物種群的大規模滅絕，由此引發人們的憂慮，激發人們探究人在自然中的位置、人與動物之間的關系;②現實生活中虐待動物的現象嚴重，引發反對虐待動物的動物福利和權利運動，呼喚動物倫理學的形成與發展。動物倫理學是人類審視人與動物關系及由此形成的人對待動物的道德態度和行為規范的理論體系。其內涵體現在人與動物關系、人對待動物的道德態度以及人對待動物的行為規范。動物倫理學的產生既是倫理學理論內在邏輯發展的必然，也是社會實踐發展的迫切需要。

1.2 世界范圍實驗動物福利倫理立法狀況 實驗動物福利論的興起是建設生態文明的重要標志。許多國家和國際組織相繼制定了相應的法律、法規、標準和準則。1966年美國出臺第一部針對實驗動物福利的法律《動物福利法》，至今已修訂多次。1966年后，加拿大、英國、德國、澳大利亞、新西蘭、日本、泰國、菲律賓等國針對實驗動物福利成立實驗動物管理委員會或進行立法，加大對實驗動物使用情況的監督和管理。1986年11月24日，歐洲議會通過《保護在實驗中或為達到其他科學目的使用脊椎動物的歐共體條例》，2000年12月，世界經濟合作與發展組織(OECD)發布《識別、評估和使用臨床癥狀對試驗用動物在安全狀態下實施仁慈終點的指導文件》等文件，這些法律法規對實驗動物福利規定的基本點概括為“3R”原則即:①減少(Reduction):指在科學研究中，使用較少的動物獲取同樣多的實驗數據，或使用一定數量的動物能獲得更多的實驗數據的方法;②替代(Replacement):指使用其他方法而不用動物所進行的實驗，以達到某一實驗目的;③Refinement(優化):指通過改進和完善實驗程序，減輕或減少給動物造成的疼痛和緊張，以提高動物福利的方法。現在“3R”原則已為廣大科學家所接受，并在實際研究工作中得到廣泛的應用，對推動生物醫學及其相關學科發展起到重要作用。

1.3 我國實驗動物管理的規定 我國實驗動物法規體系中最重要的文件之一是1988年國家科委《實驗動物管理條例》中引入實驗動物福利理念:“從事實驗動物工作的人員對實驗動物必須愛護，不許戲弄或虐待”;2001年11月，為適應科學研究的需要，啟動《實驗動物管理條例》修改工作中增加了生物安全和動物福利兩個章節。2006年，科技部頒布我國第一個關于實驗動物福利和動物實驗倫理的法規性文件《關于善待實驗動物的指導性意見》;2006年11月7日，科技部發布第11號令《國家科技計劃實施中科研不端行為處理辦法(試行)》，明確將“違反實驗動物保護規范”列為六種不端行為之一，需要進行堅決治理。目前，我國尚未形成專門的實驗動物福利法，缺乏實質性可操作性配套措施，實驗動物福利倫理審查尚停留在制度和形式中，實驗動物倫理觀念尚未以理性方式深入人心，無情地對待各種動物和實驗動物，給動物造成不必要痛苦的現象較普遍，需要我們進行大力宣傳和進行從業規范培訓。

1.4 動物實驗福利倫理現狀和倫理審查中關注的問題［7］現階段我國實驗動物科學發展相對緩慢，對實驗動物倫理問題的認識滯后，實驗動物基本的福利保障較低，由此導致實驗動物的質量低下，影響了科學研究結果的準確性。主要表現:①動物實驗設計缺乏科學性和嚴謹性，隨意使用或濫用實驗動物;②實驗操作不熟練，延誤實驗時間，增加實驗動物的痛苦;③實驗后未及時對動物進行止痛、抗感染等妥善處理，使實驗動物長時間忍受痛苦的煎熬;④實驗過程中缺少對動物的福利關注，未根本改變視動物為工具的舊觀念，以至無視對實驗動物生命的保護。因此，對動物實驗倫理審查中應關注:①人員培訓:動物實驗人員必須持有上崗證，并經過SOP培訓。②正確選擇動物:正確選用動物的品系和級別，使用低等動物代替高價的實驗動物，盡量使用遺傳背景一致的動物和微生物控制級別高的動物，在能夠得到足夠結果時最大限度地減少動物的使用數量。③動物實驗必要性:能夠進行數學模式、電腦模擬、體外生物學系統進行替代實驗的，則不做動物實驗。④合理設計動物實驗方案:實驗開始前做好充分準備工作，在麻醉下進行動物實驗，實驗中要熟練操作，實驗后要控制疼痛。⑤獸醫:動物實驗和飼養觀察中必須配備獸醫人員。⑥動物運輸:運輸過程中避免碰撞和驚嚇動物，飼料飲水充足;運輸籠盒空間要保證動物活動自如，保證良好的通風。⑦動物飼養:實驗動物照料和管理人員必須具有實驗動物知識和從業資質，正確飼養動物，飼養空間要足夠，保證飲水質量，食物要干凈，環境(室內、外)要保持衛生清潔，保證環境因子指標不超過國家標準規定。可給予必要的玩具、音樂及色彩。⑧合用動物:用死亡動物實施外科手術，病理解剖時提供器官或組織。不同課題、不同人員盡可能合用動物。⑨動物處死及尸體的處理:對實驗結束后的動物要施行安樂死，嚴禁當著其他動物的面進行動物解剖、處死等操作。動物尸體處理按相關法規要求。有條件可設“慰靈碑”。⑩改進統計學方法和改良儀器設備。

2 動物心臟實驗的新理念

我院是一所集臨床、科研、教學、保健于一體的心臟病?？漆t院，心外科為國家重點?？?，目前正開展人工心臟［8］、人工瓣膜等生物醫學工程跨學科的相關研究。在建立動物心臟實驗手術室時既要滿足動物外科手術倫理需求的所有功能，又要求最大限度地保持接近無菌的環境，減少創傷感染;同時還要為參加實驗手術的人員創造最有利于工作的環境。現介紹我們創建動物心臟實驗的新理念。

2.1 動物實驗與華中農業大學獸醫外科深度合作和協同創新 隨著社會進步和物質文明的提高，生物、醫藥科學正面臨前所未有的發展機遇和挑戰，需要多學科參與，更需要交叉學科協調發展。一個科學技術領域要想取得突破，必須利用其他領域技術的進步。交叉學科研究的深度和廣度已成為影響創新、特別是源頭創新發展的關鍵性因素之一，也是解決重大技術、社會問題的必然選擇。技術融合是指兩種或兩種以上不同技術之間互相滲透融為一體而形成的一種技術現象［9］。

我院作為心臟病?？漆t院，心外科設備和技術力量雄厚，為國家臨床重點專科。但在研究動物學領域相對較弱，動物實驗的資源和技術條件暫時不能與臨床工作齊頭并進。華中農業大學動物科技學院動物實驗基礎扎實，在動物飼養和營養學科的技術居國內領先水平。因此，我院選擇與該學院合作開展人工心臟、人工瓣膜等生物醫學工程技術。首先高投資將心臟動物手術室建在華中農業大學動物科技學院，配備國內一流動物心血管實驗設備和儀器，人工心臟動物植入等手術由本院心外科醫師完成，而實驗動物術前準備、術后飼養、血樣檢測及監護委托華中農業大學動物科技學院獸醫專家配合完成。這一舉措極大地縮短了手術時間、減輕了因解剖不熟練對實驗動物所致的不必要的痛苦，保證了動物實驗的成功率。同時，華中農業大學動物科技學院在與我院合作前未開展動物的心臟手術，通過與我院合作，獸醫專家的動物心臟手術操作水平有一定提高，獲得了雙贏互惠的效果。

2.2 改建動物實驗手術室 華中農業大學原動物手術室為普通手術室，不具備做動物心臟手術的條件，改建后的手術室擁有國內一流動物心血管設備及儀器。要求動物手術室既要具備“實驗動物手術設施”和“動物飼養房”特點，又要具備人類醫療手術室特征;既要滿足操作人員需要，又要滿足實驗動物福利倫理需要。

2.2.1 手術功能用房的改建［10］:①內壁面粉刷選用不起塵、不積塵、易清潔、耐腐蝕的材料;②衛生用房:包括設置換鞋處、更衣室等;③心臟手術間面積50～60 m2，保證體外循環開展;④ 手術輔助用房:包括洗手間、麻醉間等;⑤消毒供應用房:包括消毒間、供應間、器械間、敷料間等;⑥實驗動物術后監護室:在其內放置自行研制的監護飼養床，配置監護儀、氧氣瓶等，便于動物實驗后的留觀;⑦室溫保持在24～25℃。⑧手術間及監護室安裝設備先進的攝像系統，實時記錄術中及術后動物的情況，以保證動物實驗結果的科學性、可靠性和可重復性。改建后的動物心臟實驗手術室見圖1。

圖1 動物心臟實驗手術室

2.2.2 設計合理的通道:為控制實驗動物術后感染，手術室設有工作人員通道，實驗動物通道和污物通道3條標準通道。嚴格劃分3個區，即非限制區、半限制區和限制區，不同區域采取不同隔離措施。限制每臺手術參加及參觀人數不得超過3人，以保證手術過程中房間的無菌化程度。

2.2.3 嚴格手術室消毒制度:①動物實驗前3日，手術室內進行濕式清掃，用含氯消毒劑擦拭無影燈、手術臺及室內所有物品。②術前1日，用臭氧消毒滅菌器對手術室進行密封式消毒，要求一般表面≤5個菌落，為潔凈達標。③手術當日，用循環風紫外線空氣消毒。對紫外線消毒日期、消毒持續時間全部記錄，及時更換紫外線燈管。④使用的清潔工具不宜用掉纖維的織物材料制作，拖把是細菌的滋生源和傳播細菌的載體，故不得“三區”混用。應在拖把上做明顯標志，在每次使用后，用流動水反復沖洗，并用消毒液浸泡30 min后懸掛于通風干燥處。⑤因動物手術垃圾含大量病菌和病毒，處理不當不僅會給環境帶來嚴重污染，而且會給人類健康帶來極大的威脅，因此要嚴格醫療廢棄物的管理［11-12］。

2.3 設計研制動物實驗手術設備和器械 心血管外科手術設備要求較高且多，投資成本很高。我們除準備常用的麻醉機、呼吸機、體外循環機、手術電刀及監護儀等大型手術設備外，為降低投資成本，自主創新設計與自制用于實驗的設備和器械，以滿足動物心臟實驗的需要。自主研發的左心輔助裝置植入山羊體內手術見圖2。

圖2 左心輔助裝置植入山羊體內手術

2.3.1 自制多功能動物手術床(中國國家發明專利:20111034405.8，圖 3):動物由于體重、力量、與人交往的排斥性和不配合等原因，要對它們實施手術、診療、實驗是很困難的。我們將醫用舊手術床改造與翻新成多功能動物手術床，改進后的手術床具有人用手術床的各項功能，又適用于中、小型動物(含野生動物)實施動物實驗、手術診療、活體解剖、動科教學，專業、穩固、方便、安全。手術床上設置動物身體、頭部、四肢保定機構，這些機構對動物保定和解除保定具有科學性、可操作性，同時手術人員安全得到保障。同時，發明了自動伸、縮的人踩板臺，設置了手術臺板左右、前后傾斜的工作程序，提高了動物心臟手術實驗工作效率，減輕了手術醫生的勞動強度。

圖3 多功能動物手術床和組合式動物轉運監護床結構示意圖

2.3.2 自制便攜式醫用設備帶［13］(國家實用新型專利:201120311170.5，圖4):通常手術室設備帶以吊塔形式置于天花板上，投入成本較高并且不能移動。為節約成本，我們自行設計制造便攜式醫用設備帶。該設備帶具備將醫用儀器設備、電源、氣種集中在一起放置的功能，同時便于移動和攜帶，較設備吊塔和壁掛式設備帶制作成本低?？捎幸韵掠猛?①醫院病員增多加床急用設備帶時，設備吊塔和ICU病房內固定設備帶不夠用的補充;②中、小型醫院應用;③不定期做動物實驗時，將便攜式醫用設備帶推至動物手術室應用;④災害醫學救援中應用。

圖4 自制便攜式醫用設備帶

2.3.3 自制螺旋式心肌打孔器(國家專利申請中):人工心臟植入實驗山羊體內時，需要在山羊心尖部打孔，放置左心輔助裝置的輸出端，操作要求極高，如操作不慎發生心尖大出血致實驗動物死亡。我們自行研制的螺旋式心肌打孔器，因打孔器設計成螺旋式慢慢旋轉在心尖部打孔，控制插入心尖肌層的深度，故術中心肌出血較少。

2.3.4 可拆卸式山羊轉運和監護飼養床［14］(中國國家發明專利:201210042605.8，圖5):我們設計了一種在對中小型動物(豬、牛、羊、狗)手術后集轉運和監護雙重功能為一體的可拆卸組合式動物轉運監護床，簡化動物實驗后轉運和監護程序，避免動物手術后多次搬運;同時，監護飼養欄離地面有一定高度，利于術后胸腔引流管保持通暢、及時清除動物排泄物，提高了手術成功率，減少了動物術后并發癥;動物實驗結束后，查將床拆卸存放，不占據室內空間。

圖5 可拆卸組合動物監護轉運床

我院開展左心輔助裝置研發心臟動物實驗剛剛起步，如果單獨建大型動物實驗手術室又沒有太多的動物實驗科研項目，很可能造成科研資源的極大浪費。我院與華中農業大學合作進行動物心臟實驗手術是一種新的嘗試和開拓，最大限度發揮兩個單位各自學科優勢，構建一個協同創新的平臺，在合作過程中需要不斷總結和提高。

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