體育科學(xué)研究中實(shí)驗(yàn)動(dòng)物“3R”原則的應(yīng)用及進(jìn)展

左 群，于新凱

(上海體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院，上海 200438)

體育科學(xué)研究中開(kāi)展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)越來(lái)越普遍。開(kāi)展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)必須遵循國(guó)際上實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利的要求，其中“3R”原則是核心內(nèi)容。但在體育科學(xué)研究中，存在對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的福利問(wèn)題關(guān)注度不高，對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利所要求的“3R”原則知曉率低等狀況。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的福利問(wèn)題直接影響實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的身心健康，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生重要影響。因此，在我國(guó)體育科學(xué)研究日趨國(guó)際化、交流日益頻繁的今天，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物“3R”原則在體育科學(xué)研究中的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用就顯得尤為重要和迫切。

1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的“3R”原則

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是為了科學(xué)研究而專(zhuān)門(mén)培育或改造的一類(lèi)動(dòng)物，主要用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。作為一種生命形式，和人類(lèi)一樣，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物同樣具有自身生理和心理的各項(xiàng)需求。作為人類(lèi)的替身，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物需要經(jīng)受各種實(shí)驗(yàn)因素的處理，由此遭受生理或心理的痛苦[1]。因此，在使用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物時(shí)應(yīng)保障實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利，遵循實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理要求，善待實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，盡量減少對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生理和心理傷害，確保實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的一切狀態(tài)都有利于科學(xué)研究的正常進(jìn)行，將對(duì)實(shí)驗(yàn)研究的背景性干擾降到最低，以最少的動(dòng)物代價(jià)獲得最大的科學(xué)效益。動(dòng)物福利的首要原則是滿(mǎn)足動(dòng)物維持生命的需要、維持健康的需要及維持舒適的需要，這3個(gè)方面決定了動(dòng)物的生活質(zhì)量[2]。解除動(dòng)物痛苦，讓動(dòng)物在任何條件下享有“5大自由”是動(dòng)物福利的基本原則，包括：(1)不受饑渴的自由；(2)生活舒適的自由；(3)不受痛苦、傷害和疾病的自由；(4)生活無(wú)恐懼和悲傷感的自由；(5)表達(dá)天性的自由。生理健康、心理快樂(lè)、有益于科學(xué)研究是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利的完整內(nèi)涵[3]。

如何在開(kāi)展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保障實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利，“3R”原則是重要核心內(nèi)容。“3R”原則由動(dòng)物學(xué)家Russell 和微生物學(xué)家Burch 于1959 年提出，指的是Reduction(減少)、Replacement(替代)和Refinement(優(yōu)化)[4]。減少指的是在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中，為了減少動(dòng)物所承受的痛苦總量，要盡量減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的使用數(shù)量。替代指的是盡量使用沒(méi)有知覺(jué)的實(shí)驗(yàn)材料(體外方法)替代活體動(dòng)物(體內(nèi)方法)，或使用低等動(dòng)物替代高等動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并獲得相同實(shí)驗(yàn)效果的科學(xué)方法。優(yōu)化指的是在符合科學(xué)原則的基礎(chǔ)上，通過(guò)改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件，善待動(dòng)物，提高動(dòng)物福利[1]。2005 年，美國(guó)芝加哥的“倫理化研究國(guó)際基金會(huì)”還在“3R”的基礎(chǔ)上提出了“4R”原則，增加了“Responsibility”(責(zé)任)作為第4 個(gè)原則，要求人們?cè)谏飳W(xué)實(shí)驗(yàn)中增強(qiáng)倫理觀念，呼吁實(shí)驗(yàn)者對(duì)人類(lèi)和動(dòng)物都要有責(zé)任感[5]。“3R”原則與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利有著密切的關(guān)聯(lián)，“3R”技術(shù)和方法的應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利提供了有力的保障。

2 體育科學(xué)研究中動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

體育科學(xué)研究中開(kāi)展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究者可以從分子、細(xì)胞、組織、器官、系統(tǒng)等水平深入探討運(yùn)動(dòng)在提高運(yùn)動(dòng)能力、改善健康、預(yù)防疾病、延緩衰老等方面的作用機(jī)制，為運(yùn)動(dòng)在挖掘運(yùn)動(dòng)潛能、促進(jìn)健康、提高生活質(zhì)量等方面的作用提供大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。但體育科學(xué)中的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)不同于生物、醫(yī)學(xué)等研究領(lǐng)域，在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的選擇、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的干預(yù)和處理上具有自身的特點(diǎn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的選擇

運(yùn)動(dòng)是體育科學(xué)研究中主要的干預(yù)手段，因此，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物能否進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)能力是否可控、運(yùn)動(dòng)效果能否定量化評(píng)價(jià)是必須考慮的問(wèn)題。此外，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與人類(lèi)的同源性或基因相似度如何，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否具有代表性，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的成本和倫理要求等等也是選擇實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的考量標(biāo)準(zhǔn)。綜合以上要求，目前，在體育科學(xué)研究中嚙齒類(lèi)動(dòng)物是使用最多的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，其次，果蠅和斑馬魚(yú)的應(yīng)用在體育科學(xué)研究中也開(kāi)始嶄露頭角。

嚙齒類(lèi)動(dòng)物大鼠和小鼠的基因組和人類(lèi)有較高的同源性，生理、生化和發(fā)育過(guò)程和人類(lèi)相似，同時(shí)具有相對(duì)可控的運(yùn)動(dòng)能力，通過(guò)設(shè)定跑臺(tái)的速度和運(yùn)動(dòng)時(shí)間、游泳運(yùn)動(dòng)的時(shí)間等可建立規(guī)律的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方案。因此，嚙齒類(lèi)動(dòng)物在體育科學(xué)研究中使用最多。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅梢赃x擇不同品系、年齡、性別的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。如大鼠的Sprague-Dawley(SD)、Wistar、Lewis品系[6-7]，小鼠中的BALB/C、C57BL/6、ICR品系都是體育科學(xué)研究中常用的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物[8-10]。

作為低等生物，果蠅擁有許多與人類(lèi)同源的基因，是衰老、神經(jīng)生物學(xué)的研究中常用的模式生物。和哺乳動(dòng)物相比，果蠅是唯一具有心臟的無(wú)脊椎動(dòng)物，且心臟組織分化精細(xì)。加上果蠅生命周期短(平均壽命60天左右)，表型易于觀察。因此，果蠅是研究心臟遺傳與發(fā)育基因調(diào)控的理想模式動(dòng)物[11-12]。近些年來(lái)果蠅在體育科學(xué)研究中的應(yīng)用也開(kāi)始得到關(guān)注[13-14]。如鄭瀾等[15]發(fā)現(xiàn)，果蠅攀爬指數(shù)隨著年齡增加而下降，運(yùn)動(dòng)可增強(qiáng)果蠅運(yùn)動(dòng)能力，延緩因增齡而發(fā)生的運(yùn)動(dòng)能力下降和心臟功能衰退，改善生命周期。類(lèi)似的研究見(jiàn)于Piazza等的報(bào)道[16]。

作為硬骨魚(yú)的代表之一，斑馬魚(yú)的基因和人類(lèi)基因的相似度達(dá)到87%，具有近似人的各種器官系統(tǒng)。斑馬魚(yú)具有紅肌和白肌，混合型肌纖維含量極少，可以通過(guò)水流的速度來(lái)控制斑馬魚(yú)的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，結(jié)合運(yùn)動(dòng)時(shí)間產(chǎn)生有氧或無(wú)氧運(yùn)動(dòng)效果，是研究運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練適應(yīng)性的理想模型[17]。如有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)4周無(wú)氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后，斑馬魚(yú)肌糖原含量顯著增加，運(yùn)動(dòng)持久能力加強(qiáng)，無(wú)氧運(yùn)動(dòng)能力和無(wú)氧代謝能力均得以明顯提升[18]，說(shuō)明斑馬魚(yú)適合應(yīng)用于體育科學(xué)研究中。

2.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的選擇

除了野生型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，疾病模型、轉(zhuǎn)基因、基因(或受體)敲除或基因過(guò)表達(dá)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在體育科學(xué)研究中的使用也越來(lái)越普遍。

在運(yùn)動(dòng)影響和改善相關(guān)疾病的研究中，通常采用動(dòng)物造模的方式，獲得相關(guān)疾病模型，同時(shí)結(jié)合運(yùn)動(dòng)，觀察運(yùn)動(dòng)對(duì)相關(guān)疾病的影響。例如通過(guò)摘除大鼠卵巢造成骨質(zhì)疏松模型后，觀察不同運(yùn)動(dòng)以及補(bǔ)充維生素D3和尼古丁對(duì)骨質(zhì)疏松大鼠骨丟失的影響[19]；飼喂高糖高脂膳食獲得肥胖動(dòng)物模型后，觀察跑輪運(yùn)動(dòng)和熱量限制對(duì)肥胖大鼠肥胖和下丘腦神經(jīng)肽表達(dá)的影響[20]；固定懸吊動(dòng)物后肢獲得肌肉廢用模型后，觀察有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)骨密度和肌肉萎縮的影響[21]；在衰老研究中，通過(guò)D-半乳糖誘導(dǎo)小鼠衰老后，觀察運(yùn)動(dòng)對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞增殖和神經(jīng)母細(xì)胞分化的影響[22]等等。

為了深入了解運(yùn)動(dòng)影響疾病的代謝機(jī)制，轉(zhuǎn)基因、基因(或受體)敲除、基因過(guò)表達(dá)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的應(yīng)用擴(kuò)大了研究視角，使研究者得以在基因水平或相關(guān)信號(hào)通路上獲得直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。如針對(duì)阿爾茨海默病(Alzheimer’S disease, AD) 建立β-淀粉樣前體蛋白/早老素1(β--amyloid precursor protein/presenilin-1, APP/PS1)轉(zhuǎn)基因小鼠，觀察運(yùn)動(dòng)對(duì)APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠學(xué)習(xí)和記憶的影響[23]；通過(guò)hSl00B轉(zhuǎn)基因小鼠研究Sl00B基因在帕金森病發(fā)病機(jī)制中的作用[24]；在脂代謝研究中，采用ApoE基因或LDL受體敲除小鼠來(lái)探討運(yùn)動(dòng)改善機(jī)體脂代謝的分子機(jī)制[25-26]；構(gòu)建NAD合成酶基因CG9940全身過(guò)表達(dá)并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)，研究NAD合成酶基因CG9940過(guò)表達(dá)對(duì)果蠅運(yùn)動(dòng)能力、心臟功能和壽命的影響[11-12]等等都是轉(zhuǎn)基因、基因(或受體)敲除、基因過(guò)表達(dá)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的成功應(yīng)用。隨著分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和手段的不斷發(fā)展和完善，將RNA干擾技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物導(dǎo)致目的基因沉默[27-28]，借此觀察運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)體的影響機(jī)制是在基因水平認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)影響機(jī)體代謝機(jī)制的又一舉措。

2.3 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)干預(yù)

從運(yùn)動(dòng)干預(yù)手段來(lái)看，嚙齒類(lèi)動(dòng)物主要以跑臺(tái)[6]、游泳[7]、轉(zhuǎn)籠或跑輪[20,29]運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)訓(xùn)練[30]，果蠅是攀爬運(yùn)動(dòng)[31]，斑馬魚(yú)則是游泳運(yùn)動(dòng)[17-18]；在運(yùn)動(dòng)形式上既有主動(dòng)運(yùn)動(dòng)[23]，也有被動(dòng)運(yùn)動(dòng)[31]；在運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度上，有大強(qiáng)度、中等強(qiáng)度和低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)之分；在運(yùn)動(dòng)時(shí)間的安排上，既有短時(shí)間急性運(yùn)動(dòng)，也有長(zhǎng)時(shí)間耐力運(yùn)動(dòng)；在運(yùn)動(dòng)類(lèi)型上既有無(wú)氧運(yùn)動(dòng)，也有有氧運(yùn)動(dòng)；在運(yùn)動(dòng)環(huán)境上，既有常溫常壓環(huán)境，也有低氧低壓[32]、低溫[33]、高熱[34]環(huán)境下運(yùn)動(dòng)的研究。通過(guò)運(yùn)動(dòng)的干預(yù)，能夠發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)體的影響效果(正面或負(fù)面)；通過(guò)對(duì)比不同運(yùn)動(dòng)方式、不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、不同運(yùn)動(dòng)時(shí)間、不同運(yùn)動(dòng)環(huán)境下產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)效果，發(fā)現(xiàn)適合不同年齡、性別、生理或疾病狀況下的最佳運(yùn)動(dòng)模式。

運(yùn)動(dòng)是體育科學(xué)研究的特色，因此，在開(kāi)展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)時(shí)要特別考慮到這些運(yùn)動(dòng)干預(yù)因素對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利的影響，“3R”原則同樣適用于體育科學(xué)研究的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中。

3 體育科學(xué)研究中“3R”原則的要求和應(yīng)用

3.1 減少

在體育科學(xué)研究中，為了減少動(dòng)物所承受的痛苦總量，要盡量減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的使用數(shù)量。

從絕對(duì)數(shù)量的減少上看，在確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果不受影響的前提下，實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄟ^(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算所需要的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物樣本數(shù)，不無(wú)故擴(kuò)大樣本量。實(shí)驗(yàn)前必須進(jìn)行周密合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，減少混雜因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，不進(jìn)行無(wú)科學(xué)意義的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前的預(yù)實(shí)驗(yàn)非常重要，通過(guò)少量實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的預(yù)處理，了解實(shí)驗(yàn)方案的可行性，盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免正式實(shí)驗(yàn)時(shí)大量實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的無(wú)效使用。另外，課題組之間可以共用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型，避免實(shí)驗(yàn)動(dòng)物取材上的浪費(fèi)。從相對(duì)數(shù)量的減少上看，取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，要進(jìn)行正確的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，充分利用已有的數(shù)據(jù)，以最少的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量獲得最大化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)建立互信機(jī)制，共享實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),減少不必要的重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

例如，王妹等[35]從GEO數(shù)據(jù)庫(kù)中下載Lehti等提交的小鼠骨骼肌基因芯片數(shù)據(jù)，運(yùn)用生物信息學(xué)的方法對(duì)其中的差異表達(dá)基因做進(jìn)一步的功能富集分析，從整體上分析運(yùn)動(dòng)對(duì)糖尿病小鼠骨骼肌基因的影響。米春娟[36]從以質(zhì)譜為基礎(chǔ)的蛋白質(zhì)組學(xué)研究入手，分析了不同類(lèi)型運(yùn)動(dòng)對(duì)心臟蛋白質(zhì)組的影響，同時(shí)用生物信息學(xué)方法分析來(lái)自于不同運(yùn)動(dòng)類(lèi)型與動(dòng)物模型間的數(shù)據(jù)。這些研究充分體現(xiàn)了“3R”原則中的“減少”，利用原作者沒(méi)有深入挖掘的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生了新的研究結(jié)果，為后期的研究提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，減少了不必要的重復(fù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。目前，基因組學(xué)、蛋白質(zhì)學(xué)、代謝組學(xué)、免疫組學(xué)等等的研究為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)規(guī)模還在不斷增長(zhǎng)。如何從這些海量數(shù)據(jù)中查找或挖掘所需要的信息，產(chǎn)生新的研究結(jié)果，跨越單一動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的局限性是體育科研工作者需要思考的問(wèn)題。

此外，提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的質(zhì)量，控制生物學(xué)變異也是實(shí)現(xiàn)相對(duì)數(shù)量減少的重要方法。在研究方法和手段上，充分利用現(xiàn)代生物技術(shù)進(jìn)行分析(如核磁共振、CT、雙能X射線(xiàn))，既可減少對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的侵襲，又可進(jìn)行持續(xù)觀察，節(jié)約實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。

3.2 替代

目前，在體育科學(xué)研究中，“替代”研究成為一種新的趨勢(shì)，包括細(xì)胞體外試驗(yàn)、低等動(dòng)物替代高等動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等。

以骨骼肌的研究為例，在體實(shí)驗(yàn)通常以嚙齒類(lèi)動(dòng)物為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，運(yùn)動(dòng)干預(yù)后對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行取材，通過(guò)特異性標(biāo)記物在體觀察或檢測(cè)運(yùn)動(dòng)對(duì)骨骼肌細(xì)胞形態(tài)或功能的影響，探討運(yùn)動(dòng)影響骨骼肌的相關(guān)機(jī)制[37-38]。除此之外，原代細(xì)胞培養(yǎng)不失為一種良好的選擇，由于細(xì)胞剛剛從活體組織分離出來(lái)，故更接近于生物體內(nèi)的生活狀態(tài)。同時(shí)，選擇小鼠成肌細(xì)胞系C2C12作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)電刺激使成肌細(xì)胞收縮產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)效果，離體觀察和研究模擬運(yùn)動(dòng)對(duì)肌細(xì)胞形態(tài)或功能的影響及機(jī)制也是一種重要選擇[39-40]。和在體實(shí)驗(yàn)相比，細(xì)胞離體實(shí)驗(yàn)可控性好，樣本需要量少，能縮短實(shí)驗(yàn)周期，提高實(shí)驗(yàn)效率，具有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)。

作為一種成熟的模式生物，人類(lèi)75%的疾病基因與果蠅具有功能同源[41-42]，而運(yùn)動(dòng)能促使果蠅產(chǎn)生行為和生理應(yīng)答[43]。果蠅運(yùn)動(dòng)能力較強(qiáng)，但其遷移運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為非定向的飛行或爬行，這種運(yùn)動(dòng)模式在實(shí)驗(yàn)條件下很難建立規(guī)律的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方案。為此，國(guó)內(nèi)有研究者利用果蠅的負(fù)趨地性，研制出果蠅運(yùn)動(dòng)平臺(tái)裝置，通過(guò)果蠅的抗重力攀爬來(lái)測(cè)量果蠅的運(yùn)動(dòng)能力[43]。國(guó)外有研究者利用果蠅的負(fù)趨地性進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出踏輪裝置[44]和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)量化裝置[45]，使得果蠅的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練趨于科學(xué)和完善，運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)定量化，為果蠅在體育科學(xué)研究中的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。果蠅容易飼養(yǎng)、繁殖快、生命周期短、取材方便，遺傳背景可控，和哺乳動(dòng)物相比，研究成本和研究周期能得到極大節(jié)約，研究結(jié)果也非常具有代表性。因此，作為一種理想的動(dòng)物模型，果蠅在體育科學(xué)研究中的應(yīng)用應(yīng)該得到大力推廣。

和小鼠相比，斑馬魚(yú)的繁殖力強(qiáng)、發(fā)育迅速，容易飼養(yǎng)，目前在遺傳發(fā)育、藥物篩選、疾病模型、環(huán)境健康等研究領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[46-47]。同時(shí)，隨著年齡的增加斑馬魚(yú)整體功能下降，如線(xiàn)粒體功能下降、骨骼肌退化等，呈現(xiàn)出和人類(lèi)以及其他哺乳動(dòng)物相似的特點(diǎn)[48]。隨著年齡增加，斑馬魚(yú)的游泳能力也隨之下降，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練能提高斑馬魚(yú)的游泳能力，其中青年和中年斑馬魚(yú)的訓(xùn)練效果顯著好于老年斑馬魚(yú)，和人類(lèi)的運(yùn)動(dòng)效果相似[49]，提示斑馬魚(yú)可望成為研究運(yùn)動(dòng)與衰老的良好模型[50]。此外，斑馬魚(yú)的骨骼與人類(lèi)相似，同樣擁有骨細(xì)胞[51]。研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以促進(jìn)成年斑馬魚(yú)的骨形成，提高骨密度[52]。在骨骼肌的研究中發(fā)現(xiàn)，游泳運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以通過(guò)mTOR-MEF2和AMPK信號(hào)通路使得成年斑馬魚(yú)快肌纖維肥大，促進(jìn)肌再生[53]，這些研究結(jié)果和哺乳動(dòng)物的相似。目前，作為一種新型的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型，斑馬魚(yú)已經(jīng)應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)與肌肉生長(zhǎng)發(fā)育、骨骼代謝、神經(jīng)生物學(xué)與衰老等研究領(lǐng)域中[54-58]。和大小鼠模型相比，斑馬魚(yú)的模型建立成本低，取材方便，因此，可望在體育科學(xué)研究中得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。迄今為止，斑馬魚(yú)在運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中的應(yīng)用僅見(jiàn)國(guó)外的研究中，國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，國(guó)內(nèi)的體育科研工作者應(yīng)該加快認(rèn)識(shí)和開(kāi)發(fā)斑馬魚(yú)在運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中的應(yīng)用。

另外，充分利用人群資料來(lái)代替動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的資料，利用數(shù)學(xué)模型、電子圖像分析、虛擬動(dòng)物和虛擬人體來(lái)模擬相應(yīng)的生理和代謝過(guò)程都是替代的良好手段和方式，在體育科學(xué)研究中應(yīng)該大力推崇。

3.3 優(yōu)化

優(yōu)化包括動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的研究方法、技術(shù)手段和操作控制技術(shù)的優(yōu)化。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境、飼養(yǎng)條件，完善實(shí)驗(yàn)程序，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，善待實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，由此提高動(dòng)物福利。早在2006年我國(guó)科技部就頒布了《關(guān)于善待實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的指導(dǎo)性意見(jiàn)》，要求在飼養(yǎng)管理和使用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物過(guò)程中，要采取有效措施，善待實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，使實(shí)驗(yàn)動(dòng)物免遭不必要的傷害和痛苦[59]。

體育科學(xué)研究中通常要對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物施加運(yùn)動(dòng)刺激，善待實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的原則同樣適用。以跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)為例，在實(shí)施力竭運(yùn)動(dòng)時(shí)，大鼠通常會(huì)因?yàn)轶w力不支，無(wú)法跟上設(shè)定的跑臺(tái)速度，退縮到跑臺(tái)末端。為了讓動(dòng)物繼續(xù)運(yùn)動(dòng)以達(dá)到力竭，實(shí)驗(yàn)操作人員往往用電擊或毛刷刺激大鼠尾部，驅(qū)使大鼠跑動(dòng)。如果電擊的強(qiáng)度適宜，尚不會(huì)使大鼠產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)激；如果電擊的強(qiáng)度過(guò)大，會(huì)使大鼠產(chǎn)生驚恐等惡性應(yīng)激，導(dǎo)致生理和心理的雙重刺激，無(wú)法確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，不建議使用電擊的方法。同時(shí)，跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)有聲、光、電的刺激，對(duì)于不運(yùn)動(dòng)的對(duì)照組，雖然不在跑臺(tái)上運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物也應(yīng)置于跑臺(tái)上感受相同環(huán)境的刺激，確保研究背景的一致性，減少實(shí)驗(yàn)誤差。另外，在高強(qiáng)度的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)中，由于跑臺(tái)設(shè)定的速度過(guò)快，大鼠一旦沒(méi)有跟上皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，極易出現(xiàn)后肢及尾部夾傷；夾傷后如果沒(méi)有及時(shí)予以藥物處理，大鼠的后肢腳趾和尾部會(huì)出現(xiàn)感染和潰瘍，嚴(yán)重的導(dǎo)致死亡，這些行為都是屬于違背實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利的要求。應(yīng)該給予實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及時(shí)的護(hù)理和治療，善待實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。在游泳運(yùn)動(dòng)中，如果水溫沒(méi)有調(diào)節(jié)好，水溫過(guò)高或過(guò)低對(duì)大鼠將造成熱應(yīng)激或冷應(yīng)激，這些都要避免。游泳運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，要及時(shí)擦干大鼠的毛發(fā)，防止受涼。

在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)，根據(jù)大、小鼠晝伏夜動(dòng)的生活習(xí)性，午夜活動(dòng)比白天活躍，在運(yùn)動(dòng)時(shí)間的選擇上要考慮到其生物節(jié)律，避免對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生理和心理造成負(fù)面影響。不同于嚙齒類(lèi)動(dòng)物，斑馬魚(yú)的適宜水溫為28℃，白晝/夜晚的生物節(jié)律是14 h / 10 h。對(duì)斑馬魚(yú)運(yùn)動(dòng)的測(cè)試通常采用安裝在游泳池上方的紅外攝像機(jī)拍攝其游泳記錄，目的是減少斑馬魚(yú)游泳的視覺(jué)障礙[50]。用于游泳的水池或水槽最好是內(nèi)壁光滑，無(wú)任何凸起或設(shè)備，以防斑馬魚(yú)在游泳過(guò)程中咬住停止游動(dòng)，影響運(yùn)動(dòng)效果。大鼠或小鼠在游泳訓(xùn)練時(shí)，往往會(huì)漂浮在水面不運(yùn)動(dòng)。這時(shí)不能采用打擊的方式迫使其運(yùn)動(dòng)。另外，在負(fù)重或過(guò)度訓(xùn)練時(shí)，要防止實(shí)驗(yàn)動(dòng)物由于疲勞沉溺造成死亡。

4 小結(jié)

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為體育科學(xué)研究的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的福利問(wèn)題關(guān)系到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生理和心理健康，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生重要影響，“3R”原則是關(guān)系到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利的有利保障。體育科學(xué)研究中應(yīng)該結(jié)合動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的減少、替代和優(yōu)化上，尋找和挖掘?qū)崿F(xiàn)“3R”原則的手段和措施：(1)在“減少”方面重視數(shù)據(jù)共享，加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析，充分利用現(xiàn)代生物分析技術(shù)；(2)在“替代”方面加強(qiáng)低等生物的應(yīng)用，其中果蠅和斑馬魚(yú)的應(yīng)用可望成為新的研究手段；(3)在“優(yōu)化”方面加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范化，減少對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的侵襲，減輕實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的痛苦。由此，確保體育科學(xué)研究中實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利的實(shí)施，為獲得真實(shí)可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供切實(shí)保障。