SPF級大鼠、小鼠IVC飼養系統玉米芯墊料使用量的探討

高婷婷 孫天奇 劉鑫鑫 任延玲 邱業峰 王 進 侯 婷 袁 征 張 濤

(軍事醫學研究院實驗動物中心，北京 100071)

墊料是實驗動物直接接觸的微環境因素，是影響實驗動物健康、福利和動物實驗結果的國際公認的重要環境條件之一[1-2]。它不僅能滿足嚙齒類動物啃咬、做窩的生活習性，還能吸附排泄物，降低籠內氨氣濃度，保持籠內環境干燥，抑制有害細菌生長，起到維持飼養籠具和環境清潔衛生的作用[3-6]。但目前僅河北、江蘇地區的地方標準對實驗動物墊料質量做了要求。實驗動物墊料多種多樣，既有自然材料也有人工材料[7]。研究顯示，實驗動物日常飼養管理中,采用玉米芯替代刨花后,可以適當延長換窩間隔,但具體使用量不明確[8-9]。相同換籠周期下，理論上認為墊料使用量越多，其功效越好，對實驗動物生長因素的影響越小，但會增加成本和工作量。而墊料使用量太少不利于實驗動物健康和福利，且換籠周期對籠盒內潔凈度有較大影響。在符合標準的最大飼養密度下，國內實驗動物機構大鼠、小鼠換籠周期多為7～14 d[8]，國外多為14～21 d[10]。為了確定屏障環境內IVC系統飼養的大鼠、小鼠籠盒玉米芯墊料的適宜使用量及其換籠周期，本研究對此進行了初步探討。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

玉米芯顆粒墊料直徑6～8 mm，購自欣淼木材加工有限公司；IVC小鼠籠盒尺寸(寬×深×高)0.43×0.165×0.174 m，IVC大鼠籠盒尺寸(寬×深×高)0.461×0.274×0.228 m，均購自泰尼百斯公司。

1.2 實驗動物

8周齡C57雌性小鼠45只，8周齡SD雌性大鼠27只，均購買于北京斯貝福生物技術有限公司，許可證號：SCXK(京)2019-0010。此實驗經實驗動物管理與使用委員會審核，編號：IACUC-DWZX-2018-302。

1.3 屏障環境條件及IVC主機參數

大鼠和小鼠飼養于實驗動物中心動物房內，設施許可證號：SYXK(軍)2017-0022。環境溫度23～26 ℃，濕度45%～70%，通風換氣量≥20次/h，主機通風換氣次數75次/h，飼養架為泰尼百斯藍線NEXT系列TN144型和HN36型。

1.4 方法

1.4.1實驗分組：按照飼養墊料的使用量，實驗分為低墊料組、中墊料組和高墊料組。C57小鼠飼養于小鼠籠盒內，隨機分為3組，分別為Mouse低、Mouse中、Mouse高，每組5只，組間3個重復。SD大鼠飼養于大鼠籠盒內，隨機分為3組，分別為Rat低、Rat中、Rat高，每組實驗動物3只，組間3個重復。小鼠、大鼠籠盒墊料使用量按表1添加。

表1 小鼠、大鼠籠盒墊料使用量Table 1 The amount of pad material used in mouse and rat cage

1.4.2體質量：將實驗動物放入籠盒內時分別對其初始體質量進行稱重、記錄，在飼養過程中，每3天進行一次稱重并記錄，連續記錄21 d。

1.4.3采食量：將實驗動物放入籠盒內時，分別稱取對應相同質量的飼料(±0.1 g)置于籠盒飼料架上，其中小鼠實驗組分別稱取200 g，大鼠實驗組分別稱取400 g。實驗開始后，每3天稱量飼料架上的剩余飼料量后，再分別添加新鮮飼料(小鼠實驗組200 g，大鼠實驗組400 g)，記錄實驗動物每3天的采食量，連續記錄21 d。

1.4.4糞便量：將干凈底盒裝入墊料后稱重，即為初始重量，實驗期間不更換籠盒和墊料，每3天稱量1次籠盒帶墊料的重量，連續記錄21 d，計算糞便量(g)=實驗天稱量重量(g)-初始重量(g)

1.4.5籠盒污染評價：通過肉眼對墊料的色澤和糞便的污染比例進行評分，從而對墊料的污染情況做出評價。干凈墊料記為0分，污染越重分值越高，污染最嚴重的墊料記為5分。根據每日糞便量的多少、墊料的污染情況評分，總分5分。實驗結束時墊料的污染情況記為5分。每3天拍照記錄墊料污染情況，連續記錄21 d。

1.4.6統計方法：利用GraphPad Prism 5軟件進行統計學處理及作圖，組間采用方差分析。

2 結果

2.1 墊料使用量對體質量的影響

由圖1可知，各實驗組小鼠體質量隨著飼養天數的增加呈上升趨勢，但無統計學差異。3個實驗組小鼠平均初始體重17.5 g，實驗前3天體增重8%。3 d后體質量增長趨勢變緩，每3天平均體增重2.5%。15～21 d，Mouse中組體質量高于其他2組，但無統計學差異。

圖1 不同實驗組小鼠的體質量變化Fig.1 The weight changes of mouse

由圖2可知，各實驗組大鼠體質量隨飼養天數的增加呈上升趨勢，但無統計學差異。3個實驗組的大鼠平均初始體質量為198 g，實驗前3 d體增重5%，3 d后體質量增加趨勢變緩。3～21 d，Rat低組體質量低于其他兩組。18 d時Rat高組體質量高于其他兩組，但無統計學差異。

圖2 不同實驗組大鼠的體質量變化Fig.2 The weight changes of rats

2.2 墊料使用量對采食量的影響

由圖3可知，實驗過程中各實驗組小鼠的采食量變化趨勢較一致，但無統計學差異。實驗前3 d，3個實驗組小鼠每只采食量平均10 g左右。3～12 d，各實驗組小鼠采食量減少，平均每3 d采食量減少7%。12～18 d，各組采食量增加，且18 d時采食量在10 g左右，18 d后各組采食量減少。

圖3 不同實驗組小鼠的采食量變化Fig.3 The feed intake changes of mouse

由圖4可知，實驗過程中各實驗組大鼠采食量變化趨勢較一致，但無統計學差異。實驗前3 d，各實驗組大鼠每只采食量平均在38.6 g左右。3～9 d，各組采食量增加，Rat低組采食量低于其他2組。9～21 d，各組采食量呈下降趨勢。

圖4 不同實驗組大鼠的采食量變化Fig.4 The feed intake changes of rats

2.3 墊料使用量對糞便量的影響

由圖5可知，實驗過程中各組小鼠糞便量前6 d較為一致，每只小鼠每3 d糞便量平均約為5 g。9～21 d，Mouse中組的糞便量高于其他2組，Mouse低組的糞便量低于其他2組，但各組之間無統計學差異。

圖5 不同實驗組小鼠的糞便量變化Fig.5 The fecal weight changes of mouse

由圖6可知，實驗過程中各組大鼠糞便量變化趨勢一致，且前6 d變化較小。每只大鼠每3 d糞便量約為18 g。6～21 d,Rat低組糞便量低于其他2組，各組之間無統計學差異。

圖6 不同實驗組大鼠的糞便量變化Fig.6 The fecal weight changes of rats

2.4 墊料潔凈度評價

圖7顯示了小鼠不同墊料清潔度對應的評分標準。第0天小鼠干凈墊料的評分記錄為0分，糞便量僅在墊料中占2%左右記錄為1分；糞便量的堆積占據飼養籠盒內一角(明顯)記錄為2分；糞便量的堆積占據飼養籠盒內兩角(明顯)記錄為3分；糞便量的堆積占據飼養籠盒內兩角且中間零散分布部分糞便(明顯)記錄為4分；糞便量的堆積占據飼養籠盒內兩角且中間零散分布糞便占籠盒面積的50%(明顯)記錄為5分。

圖7 小鼠不同墊料清潔度對應的評分標準Fig.7 The scoring standard corresponding to cleanliness of different bedding materials in mice

由圖8可知，各實驗組小鼠墊料潔凈度第6天均達到2分，且無統計學差異。6～21 d，Mouse高組墊料潔凈度評分低于其他2組，且9 d后Mouse高組與Mouse中組差異顯著(P<0.05)，12 d后，Mouse高組與Mouse低組差異顯著(P<0.001)。Mouse低組與Mouse中組潔凈度9 d時接近3分，Mouse高組潔凈度21 d達到3分。

圖8 各實驗組小鼠的墊料潔凈度變化Fig.8 The changes of bedding cleanliness of mice in each experimental group

圖9顯示了大鼠不同墊料清潔度對應的評分標準。第0天大鼠干凈墊料的評分記錄為0分，糞便量僅在墊料中占10%左右記錄為1分，糞便量的堆積占據飼養籠盒面積的30%左右記錄為2分；糞便量的堆積占據飼養籠盒面積的50%左右記錄為3分；糞便量的堆積占據飼養籠盒面積的70%左右記錄為4分；糞便量的堆積占據飼養籠盒面積的90%(明顯)記錄為5分。

圖9 大鼠不同墊料清潔度對應的評分標準Fig.9 The scoring standard corresponding to cleanliness of different bedding materials in rats

由圖10可知，實驗組大鼠墊料潔凈度第6天時均達到2分，且無統計學差異；6～21 d，Rat中組潔凈度評分高于其他2組，Rat高組潔凈度評分低于其他2組，且均無統計學差異。12 d時，Rat中組與Rat高組差異顯著(P<0.01)。Rat低組與Rat中組潔凈度9 d時接近3分，Rat高組潔凈度12 d時接近3分。

圖10 各實驗組大鼠墊料的潔凈度變化Fig.10 The changes of bedding cleanliness of rat in each experimental group

3 討論

墊料使用量和更換周期影響大鼠和小鼠的生活環境、動物福利甚至實驗結果。而定期更換滅菌墊料是飼養過程中工作量較大的環節。大鼠和小鼠對環境變化比較敏感，日常墊料的更換工作，也會對其生理狀態造成一定應激反應[11]。所以探討合理的墊料使用量及換籠周期對規范實驗動物飼養工作具有重要意義。目前常用墊料種類有刨花、木屑、秸稈、玉米芯、新型墊料、再生紙等，但由于原料成分混雜，來源不明，墊料質量控制尚未有明確國家標準和管理條例監管。刨花墊料在使用過程中粉塵量大，吸濕性能較差，采用7 d換籠時籠盒內微環境濕度較大，潔凈度較差，且刨花分裝時不利于飼養人員職業健康安全。改成玉米芯墊料后，粉塵量減少，吸濕性能好，且屏障環境內配備IVC系統，7 d換籠時籠盒內濕度正常，墊料潔凈度較好。

本研究結果顯示，大鼠和小鼠使用的3組墊料對體質量無明顯影響，前3 d體質量增加較大可能是由于飼料適口性較好使采食量增加，從而促進體質量增加。這也與小動物改變生活環境后至少適應性飼養3 d需求相符合。研究結果顯示，大鼠和小鼠不同墊料使用量對飼料采食量、糞便量無明顯影響，說明3組墊料使用量沒有對大鼠和小鼠造成明顯的健康應激。墊料潔凈度是直觀反映是否需要更換籠盒的依據。在日常工作中，更換籠盒時一般籠盒內墊料潔凈度評分在3分左右，在本研究中小鼠低墊料組和中墊料組在實驗第9天時接近3分，高墊料組在第21天達到3分；大鼠低墊料組和中墊料組第9天達到3分，高墊料組第9天之后達到3分。動物房前期使用墊料量處于中墊料組，更換周期為一周一換。本研究結果表明，小鼠采用低墊料量的情況下，換籠周期可以調整至12 d一換，大鼠換籠周期調整至9 d一換，可以采用低墊料組，隨著換籠周期的延長而增加墊料使用量，例如節假日，尤其是時間較長的節假日可調整為14 d換籠，但要增加籠內墊料使用量。此更換周期，減少大鼠和小鼠對環境敏感性的應激反應以及人員工作量，同時也大大減少動物房經濟支出。

SPF級大鼠和小鼠都需飼養于屏障或隔離系統中，飼養模式有屏障系統、層流架、IVC、EVC、隔離罩等。IVC系統為采用微型隔離技術，通過獨立通風系統向每個籠盒內部輸送經過過濾的空氣，獲得潔凈度在100級以上的大鼠和小鼠生活環境，且能夠將各籠盒之間、籠盒與環境之間進行有效隔離開來，減少動物之間發生交叉污染幾率，也能更好控制實驗動物與工作人員之間感染的風險[12-14]。本研究中，大鼠、小鼠所處屏障環境溫度23～26 ℃，濕度45%～70%，氣流速度≤0.01，換氣次數≥20次/h(定值，15次/h)，IVC系統通風換氣次數75次/h。屏障環境為全新風系統，IVC主機送風為屏障環境內取風，所以屏障環境內的參數對大鼠和小鼠籠盒內的小環境有直接的影響。本研究選用玉米芯墊料，其自身吸水吸濕性能好，同時來自IVC系統的獨立通風換氣，使籠盒內潔凈度在短期飼養內評分較低，延長籠盒換籠周期，減少大鼠和小鼠的環境適應性。

綜上所述，本研究探討了SPF級大小鼠在標準IVC飼養系統中玉米芯墊料的合理使用量，證實不同墊料使用量對大鼠和小鼠體質量、飼料采食量、糞便量、潔凈度無明顯影響。研究結果可為制定相關玉米芯墊料使用量標準或大鼠和小鼠更換籠盒周期提供參考。