導(dǎo)語(yǔ)：淺談3R原則及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：3r原則（即替代，減少，優(yōu)化）廣泛適用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)和任何科研領(lǐng)域的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中。成功應(yīng)用3R的關(guān)鍵是在收集數(shù)據(jù)之前，需要提前考慮好合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析方法。很多實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則，比如實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要有效、可靠和高效；實(shí)驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)方法要清晰透明；在實(shí)驗(yàn)室確保對(duì)動(dòng)物福利的尊重和理解，都是有助于實(shí)現(xiàn)3R原則目標(biāo)的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：3R原則；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

3R原則適用范圍很廣，比如基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，科學(xué)研究，或是獸醫(yī)學(xué)，最直接的就是實(shí)驗(yàn)室的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。然而目前，3R原則是否可以成功應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室，仍然是一個(gè)不容樂(lè)觀的問(wèn)題。十年前歐盟每年用于研究和藥物檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物大約1200萬(wàn)只，美國(guó)每年至少1700～2200萬(wàn)只[1]。而最近幾年每年全球?qū)嶒?yàn)動(dòng)物使用量預(yù)計(jì)至少在一億以上。然而，這還僅僅是保守估計(jì)，因?yàn)楹茈y準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出所有用于實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物數(shù)量，大部分國(guó)家不會(huì)將相關(guān)數(shù)據(jù)公布出來(lái)。從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)可以清楚地看到，在過(guò)去幾十年里，用于科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量有增無(wú)減。合理應(yīng)用3R原則可以有效解決這個(gè)問(wèn)題，因此，3R原則及其在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用和推廣至關(guān)重要。

13R原則

3R原則是1959年英國(guó)動(dòng)物學(xué)家WilliamRussell和微生物學(xué)家RexBurch在經(jīng)典著作《仁慈試驗(yàn)技術(shù)原理》提出的[2]。3R原則中的“R”分別是replacement（替代），reduction（減少），refinement（優(yōu)化）。作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理法則，應(yīng)用于任何與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)相關(guān)的科學(xué)研究、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及其他領(lǐng)域中。旨在倡導(dǎo)研究者在工作中用其他實(shí)驗(yàn)方法或?qū)嶒?yàn)材料取代實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，通過(guò)合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)把實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的使用量降到最低，改善或者降低實(shí)驗(yàn)動(dòng)物承受的痛苦。第一個(gè)“R”，replacement（替代），分為絕對(duì)替代和相對(duì)替代。絕對(duì)替代是最理想的結(jié)果，比如通過(guò)計(jì)算機(jī)建立虛擬模型來(lái)替代活體動(dòng)物和動(dòng)物來(lái)源的細(xì)胞、組織、器官，完全取代實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。而相對(duì)替代，則是指使用動(dòng)物來(lái)源的，已經(jīng)建立好的細(xì)胞系，或者用低疼痛感的模式動(dòng)物（單細(xì)胞動(dòng)物）替代哺乳動(dòng)物。第二個(gè)“R”，reduction（減少），指在不影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的“質(zhì)”和“量”的前提下，盡可能減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的使用量，提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的利用率和實(shí)驗(yàn)的精確度。“減少”不單是指在原有的實(shí)驗(yàn)上減少使用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的數(shù)量，除此之外，還有一層“相反”的含義，就是增加單個(gè)小實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物使用量，所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以有效減少整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所需的動(dòng)物數(shù)總量。最后，第三個(gè)“R”，refinement（優(yōu)化），指通過(guò)任何途徑來(lái)避免或減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物現(xiàn)有的或潛在的精神緊張、痛苦和不良反應(yīng)，提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利。Russell和Burch把對(duì)動(dòng)物的傷害分為必然傷害和偶然傷害。必然傷害是指實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)帶給實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的傷害，偶然傷害則是由于操作不當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物造成的意外傷害。

23R在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

無(wú)論是教學(xué)還是科研，3R原則在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)部分的應(yīng)用至關(guān)重要，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析方法從根本上決定了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的“最少”使用量和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物承受的“最低”痛苦?！白钌佟焙汀白畹汀笔侵冈诶硐霠顟B(tài)下，沒(méi)有因?qū)嶒?yàn)操作不當(dāng)造成實(shí)驗(yàn)動(dòng)物意外的死亡和不必要的傷害。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的，通常是驗(yàn)證假設(shè)，一般我們可以通過(guò)檢測(cè)某個(gè)特異性指標(biāo)來(lái)驗(yàn)證假設(shè)。無(wú)論是通過(guò)何種方法驗(yàn)證假設(shè)，3R原則都應(yīng)該始終貫穿其中，即與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析緊密相連，盡量用模式動(dòng)物替代哺乳動(dòng)物，或者在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，用模擬實(shí)驗(yàn)替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)；減少對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果價(jià)值很少甚至沒(méi)有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的使用，避免不必要的浪費(fèi)；優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法，以避免或減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的痛苦，精神緊張和傷害的時(shí)間，以改善實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利[3]。如何在保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的前提下，遵循3R原則，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，把實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用量降到最低，把實(shí)驗(yàn)動(dòng)物承受的痛苦降到最低，是每一個(gè)研究者在設(shè)計(jì)研究方案期間必須思考的問(wèn)題。2.1減少實(shí)驗(yàn)中所需要的動(dòng)物數(shù)量。2.1.1判斷適當(dāng)?shù)臉颖敬笮　＠硐肭闆r下，如果不考慮倫理，資金，時(shí)間，人力物力或其他方面的成本，研究人員希望通過(guò)檢測(cè)全部目標(biāo)人群來(lái)揭示事物的本質(zhì)或者真理。顯然，在絕大多數(shù)情況下，這既不可能也不可取，因此，研究人員必須在保證研究結(jié)論具有一定可靠性的前提下，估算最少的樣本量。不能少于“必要的數(shù)量”，也不能過(guò)多。這個(gè)數(shù)字無(wú)論過(guò)多還是過(guò)少，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物都是不負(fù)責(zé)的表現(xiàn)。理論上，“必要的數(shù)量”（樣本量）取決于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，統(tǒng)計(jì)的變量類型（連續(xù)型變量，分類型變量等）。檢驗(yàn)水準(zhǔn)、檢驗(yàn)功效、總體標(biāo)準(zhǔn)差、容許誤差都是決定樣本含量的要素。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析方法越復(fù)雜，精密度準(zhǔn)確度要求越高，需要估計(jì)的未知變量越多，樣本就越大，計(jì)算也越復(fù)雜。2.1.2采用高效的設(shè)計(jì)方案。為了增加實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)功效，研究者可以增加樣本量，減少現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的變異，采用替代措施，在解答相同研究假設(shè)的基礎(chǔ)上，獲得更大的（標(biāo)準(zhǔn)化）效應(yīng)量。比如應(yīng)用區(qū)組化設(shè)計(jì)消除個(gè)體變異對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，或者在嵌套設(shè)計(jì)中，采用因素組合而不是一次測(cè)試一個(gè)因素，這樣可以從相同數(shù)量的動(dòng)物中收集更多信息，并且每個(gè)因素組合可以設(shè)計(jì)有相對(duì)較少數(shù)量的動(dòng)物。2.2使用其他手段替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)用絕對(duì)替代，必須保證獲得的數(shù)據(jù)與其所替代的基于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)所獲得的一樣可靠、有效。如果失去這個(gè)前提，特別是在醫(yī)學(xué)模型設(shè)計(jì)或者毒理學(xué)試驗(yàn)中，就變得沒(méi)有意義了。關(guān)于相對(duì)替代，英國(guó)1986年制定的《動(dòng)物（科學(xué)方案）法令》（《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物法》）對(duì)動(dòng)物物種以及物種的發(fā)育階段進(jìn)行分級(jí)，作為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中相對(duì)替代的選擇原則。替代方案合理性的評(píng)估指標(biāo)是相關(guān)性和可靠性。相關(guān)性相當(dāng)于預(yù)測(cè)效度，而可靠性是指實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)性。2.3優(yōu)化現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)，減少動(dòng)物受到的痛苦和傷害。Russell和Burch把“優(yōu)化”分為兩種，一種是針對(duì)由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本身給實(shí)驗(yàn)動(dòng)物帶來(lái)的痛苦，一種是針對(duì)由于疏忽大意給實(shí)驗(yàn)動(dòng)物帶來(lái)的意外傷害。第一種一般是建立模擬人類某種疾病的動(dòng)物模型，這種情況，我們應(yīng)該盡可能在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，降低由疾病造成的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物痛苦的時(shí)間，減輕傷害的程度。比如，美國(guó)動(dòng)物倫理委員會(huì)規(guī)定，荷瘤小鼠的腫瘤最大直徑不能超過(guò)2cm，違反動(dòng)物倫理要求，再有貢獻(xiàn)的研究數(shù)據(jù)也會(huì)被撤銷，甚至研究結(jié)論也會(huì)遭到質(zhì)疑。2015年，一篇4年前發(fā)表于《Nature》的文章引起了爭(zhēng)議，原因就是研究人員使小鼠腫瘤體積超過(guò)了規(guī)定大小。最后文章雖然沒(méi)有被撤稿，但有關(guān)小鼠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)被撤銷。除此之外，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在過(guò)程中的恐懼和痛苦，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行干擾，增加實(shí)驗(yàn)的變異性/偏差[4]。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，注重實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利，不僅是倫理要求，也是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一種負(fù)責(zé)。

3結(jié)語(yǔ)

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)廣泛存在于基礎(chǔ)研究（教學(xué)），臨床藥物研究以及獸醫(yī)研究中。每年為此貢獻(xiàn)出生命的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量相當(dāng)龐大。一項(xiàng)科學(xué)研究，想要得出客觀理性的結(jié)論，必須有扎實(shí)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)做保證，設(shè)計(jì)不佳的實(shí)驗(yàn)和不充分的統(tǒng)計(jì)分析，會(huì)造成實(shí)驗(yàn)動(dòng)物不必要的損失，違背實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理學(xué)的3R原則。想要在實(shí)驗(yàn)中成功應(yīng)用3R原則，關(guān)鍵在于收集數(shù)據(jù)前反復(fù)思考的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)方法。而3R原則的應(yīng)用也可以起到改進(jìn)實(shí)驗(yàn)研究的目的。比如，合理、可靠、高效的實(shí)驗(yàn)方案；清晰、明確的觀察指標(biāo)；實(shí)驗(yàn)中對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利的重視。將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的使用減到最少，對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的傷害降到最低，是我們一直需要努力的方向。

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作者:苑博 單位:天津醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院