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作為恒溫動(dòng)物的小鼠和人類都要維持體溫恒定，環(huán)境溫度低時(shí)通過產(chǎn)熱，環(huán)境溫度高時(shí)通過散熱，來維持體溫的恒定。那么某種恒溫動(dòng)物何時(shí)需要產(chǎn)熱，何時(shí)開啟散熱呢?這主要取決于該物種的熱中性溫度。

熱中性溫度是指生物體不必通過產(chǎn)生或散發(fā)熱量就可以維持體溫恒定的溫度值。當(dāng)環(huán)境溫度低于熱中性溫度時(shí)，生物體會(huì)啟動(dòng)產(chǎn)熱;而環(huán)境溫度高于熱中性溫度時(shí)，生物體則會(huì)啟動(dòng)散熱。產(chǎn)熱主要靠細(xì)胞代謝形成的熱量，因此與有機(jī)體的體積正相關(guān)(體積越大細(xì)胞數(shù)越多);而散熱則與機(jī)體的體表面積正相關(guān)，體表面積越大，散熱越快。故恒溫動(dòng)物維持體溫平衡的能力可以用其體表面積與體積的比值來判定，比值越大，用以維持體溫平衡所需產(chǎn)生的熱量也就越多。進(jìn)化上，自然選擇會(huì)趨向于保留那些減少熱量散失的個(gè)體，以確保動(dòng)物盡可能減少在熱量上的消耗，因此散熱快的動(dòng)物相較于散熱慢的動(dòng)物，其熱中性溫度值會(huì)更高。如小鼠的體表面積與體積比大概是人類的15倍(0.3 vs 0.02)[1]。因此，雖然小鼠與人類具有相似的核心體溫都處在36-37°C范圍內(nèi)，但小鼠的熱中性溫度約為30°C，要遠(yuǎn)高于人類22°C。熱中性溫度環(huán)境下，動(dòng)物的體感舒適，故在環(huán)境溫度為30°C的設(shè)施內(nèi)，小鼠的體感最佳。>>>商務(wù)洽談，點(diǎn)此處，在線咨詢

然而，為了方便實(shí)驗(yàn)人員和管理人員開展工作，并降低成本，小鼠通常被安置在低于其熱中性溫度的設(shè)施內(nèi)。如，我國實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境設(shè)施國家標(biāo)準(zhǔn)GB14925就將小鼠飼養(yǎng)設(shè)施的環(huán)境溫度范圍定在了20到26℃之間。在國標(biāo)的指導(dǎo)下，各設(shè)施管理者通常會(huì)將環(huán)境溫度控制在22℃左右。這恰好是輕便著裝人類的熱中性溫度，故設(shè)施內(nèi)的工作人員感覺會(huì)非常舒適。當(dāng)然，只要食物充足、外加有可以筑巢的材料和適應(yīng)的時(shí)間，小鼠在20°C下也能很好地生存。但總是處于低于熱中性溫度的環(huán)境下，會(huì)不會(huì)對(duì)小鼠的身體狀態(tài)(福利)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響呢?如果會(huì)，那么存在哪些影響呢?

首先，在行為上，成群飼養(yǎng)的小鼠會(huì)擠在一起以相互取暖，而小鼠熱衷于筑巢的部分原因也是為了抵御寒冷。其次，生理上也會(huì)出現(xiàn)明顯的變化，如環(huán)境溫度在30°C時(shí)，小鼠心率的平均值約為375次/分，而在22°C的設(shè)施內(nèi)，其心率會(huì)增加至平均575次/分[2]。由于心率與血壓高度相關(guān)，故隨著心率上升，血壓也會(huì)隨之升高。此外，環(huán)境溫度過低時(shí)，動(dòng)物會(huì)通過增強(qiáng)交感神經(jīng)活性以促進(jìn)代謝來適應(yīng)寒冷的環(huán)境。交感神經(jīng)系統(tǒng)激活時(shí)能量會(huì)從免疫系統(tǒng)挪走用于生產(chǎn)熱量，因此會(huì)對(duì)免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抑制作用。盡管這種反應(yīng)有利于生物體適應(yīng)短期的寒冷暴露，但交感神經(jīng)系統(tǒng)長(zhǎng)期激活則最終會(huì)導(dǎo)致免疫系統(tǒng)的運(yùn)作方式發(fā)生改變。表現(xiàn)為，在冷應(yīng)急狀態(tài)下，免疫細(xì)胞代謝減少和通過提高體溫調(diào)定點(diǎn)(發(fā)燒)來抵御入侵的外來病原的能力減弱。由此可見，22°C的設(shè)施環(huán)境溫度設(shè)置顯然會(huì)對(duì)小鼠的健康和福利產(chǎn)生了不利的影響。

有趣的是，人類的心率主要受迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)。但在22°C冷應(yīng)急環(huán)境下飼養(yǎng)的小鼠中，卻無法觀察到迷走神經(jīng)對(duì)其心率有任何調(diào)控作用。只有把小鼠飼養(yǎng)設(shè)施的溫度提高到30°C時(shí)，迷走神經(jīng)對(duì)其心率的調(diào)控作用才會(huì)顯現(xiàn)出來[3]。在現(xiàn)代世界中，人類大部分時(shí)間都是在接近熱中性的溫度下度過的，而作為探索人類疾病使用最多的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物——小鼠卻生活在遠(yuǎn)低于其熱中性溫度的環(huán)境設(shè)施中。過低的環(huán)境溫度顯然也會(huì)對(duì)以小鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象開展的藥物臨床前評(píng)估實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾。例如，與22°C的室溫條件相比，在30°C下飼養(yǎng)的高脂飲食小鼠會(huì)獲得更多的脂肪組織，肝細(xì)胞會(huì)沉積更多脂質(zhì)，葡萄糖不耐癥也會(huì)升高且會(huì)有更多的脂肪組織炎癥發(fā)生。因此，我們可以說，當(dāng)下有關(guān)小鼠的研究結(jié)果是其處在冷應(yīng)激下的展示，將這樣的研究結(jié)果外推到處于舒適生活下的人類顯然缺少合理性。

總之，當(dāng)下小鼠所處的設(shè)施環(huán)境溫度遠(yuǎn)低于其熱中性(最適)溫度，這使得它們長(zhǎng)期處于冷應(yīng)急狀態(tài)，不得不以激活交感神經(jīng)系統(tǒng)、提升心率和血壓，進(jìn)而燃燒更多的能量為代價(jià)來維持其體溫恒定。這種環(huán)境溫度設(shè)置顯然既降低了小鼠的福利，也影響著以其作為人類替難者而開展的科學(xué)研究的有效性。然而，全面、一致和徹底地解決小鼠設(shè)施溫度過低問題卻面臨著如下兩個(gè)障礙。首先，將設(shè)施溫度從22°C提高到30°C會(huì)面臨著巨大的投入和運(yùn)行成本增加(需要更多的取暖設(shè)備和能源花費(fèi));其次， 30°C室溫對(duì)動(dòng)物設(shè)施內(nèi)的工作人員來說相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性，在某些情況下甚至可能是危險(xiǎn)的。

顯然，在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利和科學(xué)研究結(jié)果有效性與經(jīng)濟(jì)成本增加和從業(yè)人員福利和安全受到威脅之間做出選擇是困難的。因此，目前這個(gè)問題還沒有解決方案，或許我們可以從籠器具的設(shè)計(jì)上尋找突破口，比如開發(fā)可單獨(dú)控溫的籠器具或者籠盒。

來源：實(shí)驗(yàn)動(dòng)物那些事兒公眾號(hào)

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