摘要：在肌肉骨骼研究中尝试建立一些实验动物模型正确使用和设计的共识。AOVET（AO基金会的兽医专业集团）同AO研究所和欧洲科学技术研究院合作，召集了一批肌肉骨骼研究人员，兽医、法律专家、伦理学家以坦率和开放的论坛形式讨论骨骼研究中的动物使用。

 

方法：讨论组缩小了骨折范围的研究。本次研讨会产生的共识意见可归纳如下：

 

结果或结论： 研究动物的麻醉和疼痛管理协议应遵循临床工作中所涉及的物种的标准协议。这将提高发病率和死亡率的结果。应建立一个数据库，以方便具体的实验外科手术程序选择合适的麻醉和疼痛管理协议的，并根据动物物种选择国际标准。在肌肉骨骼研究的动物实验指导列出了10个金色的规则和要求，包括1）智能研究设计，以获得适当的答案；2）最小的并发症发生率（5至最大10%）；3）根据动物福利和科学输出定义动物实验终点，类似于GLP的QA审计；4）材料和方法具体细化；5）潜在的混杂变量（遗传背景，季节性，激素，大小，组织学和生物学差异）；6）术后管理，重点是镇痛和随访检查；7）研究计划，建立一个"合理的动物研究"；8）对动物实施手术所需的外科技能；9）预试验研究作为模型验证和能力的权威性研究设计的一个重要组成部分；10）资助机构的标准，包括与动物实验有关的要求，作为整体科学建议审查协议的一部分。这些机构也被鼓励认真考虑，当用于奖励资金的具体项目时采取在这里所描述的建议。具体新的要求和任务同改善动物福利和提高动物相关研究模型科学严谨性都迫切需要有国际标准的协同。

 

背景：只要想提高人类的生活质量，动物就会被人类这一理想事业所剥夺。这个简单的事实可见于农业文明的演变，动物的驯化，以及最近，在生物医学研究中动物使用。显著的最新的发展，人类和动物基因组学和随后人为的基因突变（例如，动物基因敲除）只会增加动物模型开发的强度来造福人类。在这方面动物的权利和使用取决于潜在的人类利益和他们剥削理由。在生物医学研究中使用动物模型有悠久的历史。事实上，在公元前第四世纪的研究中，亚里士多德研究了各种动物的解剖差异，通过解剖他们产生了第一次的动物使用记录。自那时以来，在所有领域的医学研究中使用动物，使医学产生了显著的进步，一些专门的概略描述在生物医学和特定的骨科研究相关的动物模型。由于体外模型固有的局限性和翻译结果的不准确在体内等价且有更广泛的记录，导致使用实验动物模型有可能增加。

 

接受动物作为人类生理学和病理学的模型的核心是，所有的动物都是同进化和遗传亲缘关系紧密地联系在一起，从一个哺乳动物物种获得的信息是适用于其他物种的。

 

然而，动物王国中个体存在的巨大的异质性，从大体解剖到分子水平，这样的概括似乎不合情理。一种更为温和的概念1929年被尊敬的丹麦生理学家Krogh A提出他写道，"大量的问题会有一些动物的选择，或有一些这样的动物，它可以最方便地进行研究。"这被称作"August Krogh原则"作为生物医学研究中动物模型应用的基本原理。然后问题减少到哪些生物医学问题应该使用哪些动物进行适当的研究，并这样的选择应该适用什么标准。特定生物现象研究的动物模型的开发和识别由悠久的历史支持August Krogh原则。这一原则的毫无根据的或不小心的应用往往会导致错误的结论。1）跨物种的实验结果推断并不总是有效的。2）解剖和生理结构的微妙变化，步态（运动学和动力学曲线）、营养、年龄、甚至是不同物种之间的生殖周期可以极大地影响一个特定物种对肌肉骨骼系统实验操作的响应。因此，研究人员经常遇到的困境，动物模型（S）最准确地代表（S）和繁殖（S）的调查人为影响（如果有的话），何种程度上从动物模型得到的结果，可以正确地和可预见的推断到人类。这种情况在文献中经常表示为最近的软骨修复的动物实验研究。

 

虽然修复关节软骨缺损研究，在许多物种，包括兔，山羊和绵羊，进行了探索，最合适的动物模型仍没有达成共识…这些物种没有复制人类膝关节的解剖，细胞和生物力学性能。因此，我们选择最密切相关的物种，非人灵长类动物（NHP），可能表现出一个最类似于人类的愈合反应。在生物医学研究选择合适的动物模型，这种困境是经常需要面临的。与人类条件的相关性有很大的不同。

 

同样重要的是，纯粹的科学考虑在骨折愈合研究中选择合适的动物模型（S）这个选择是同引人注目的道德，伦理和法律问题息息相关的。对涉及生物的任何科学调查，动物人文关怀和所有研究的使用必须保持高度重视，在世界范围内存在较少的通用规则，法规和监督，应规管生物医学研究中的动物使用。最后，由于其较高的内在成本，动物实验获得了医疗衍生的研究大量可用的经费。从"最佳资金使用"的角度来看，在一个研究资金高度竞争的时代，动物实验也应审慎评估所需的整体医学研究成果的直接相关性、有效性和实验价值。一个简单的成本效益比通过动物模型的研究可以确定，如果可以提供验证使用的度量标准。

 

这份文件代表了本次研讨会的共识意见，寻求开放的研究人员之间的更积极的对话与明确的目标，制定和建立国际公认的准则。

 

 

骨折动物模型的研究目的是几个在体外或非哺乳动物替代实验准确或充分复制，或概括完整的生理学。许多研究努力寻求新的创新的方法，在体外模拟体内的复杂性，缺乏明确的进展或改进的相关性。利用动物模型来研究在各种刺激下骨折愈合和治疗方法的应用，往往是试图复制最接近人类患者条件最便捷的方法。

 

 "医学研究现代化委员会"，组织的部分研究人员，在医学研究中使用不恰当的模型导致缺乏进展，作出以下声明，这可能有一定的价值："动物研究倡导者声称，动物模型可以作为人类的可靠模型，在"控制"的实验室环境下允许侵入性研究。然而这种控制很大程度上是不切实际的，因为解剖学和生理学在种间存在差异。在自然人类疾病和人工诱导的非人类病理学的原因和过程之间的差异，并在实验室中的动物所经历的压力总是改变研究结果。这需要更仔细地比较动物模型的价值和准确性，忠实地代表人类的条件。这样的比较应考虑所有方面，包括特定的动物选择，所研究的问题，将结果等效应用到人类条件产生的后果。人类一些骨和结缔组织的疾病不自然发生在动物上（例如，骨质疏松症似乎是人类特有的）。如果他们动物实验，这种疾病的行为有很大的不同。在大多数情况下，必须是人为的对疾病或问题进行调查，重要的是，对正常的、健康的动物模型急性引起疾病。骨折建模是更直观，但是，在部分条件下（例如，老年，糖尿病，骨质疏松症，感染）进行愈合和固定是不太直观。因此，可靠地产生一种病理或损伤条件下的动物，复制人类方面的疾病的开始和传播，急性或慢性骨折愈合是困难的。相似性和类似物被更好地用于骨固定或愈合，软骨或脊柱变性。然而，大多数动物细胞生物学，组织学，免疫学和生物化学表现出不同于人类，不同的愈合过程，独特的并发症，和非等效的组织结构。此外，动物的行为，治疗需求和结缔组织愈合的反应（例如，炎症，软，骨骼组织愈合机制和动力学）也不同于人类。最后，通常是健康的，正常的，强大的动物是用来模拟或研究骨折，固定模型，，在临床上观察经常到不健康，老年或愈合受损的人出现疾病和并发症。这些与人类现实和治疗存在的差异，在描述骨折模型研究结果的有效性方面需要更好地被确定。很少有人普遍接受的大型动物模型来进行骨，骨科设备的关节的研究设计，取代人类的临床评价。许多有效的动物研究表明，结果显著的测试同人类没有直接的相关性，，这应该被不断强调。最后，人类的活得比大多数用于研究的动物要长得多。骨折愈合作为一个年龄的函数，评估长期感染风险和其他长期并发症动物研究是不够的。这个批评同皮质骨移植相关。因为涉及到许多相同的参数"兼容性，耐久性和毒性"。 骨折的治疗在动物模型对感染、内在血管组织（如股骨、下颌骨高度血管化比腓骨）、生物学（例如，四足动物和两足动物），创伤和愈合的组织学类型和反应和骨形态学表现出不同的敏感性。重要的是，在动物中创建的骨缺损周围的神经和血管往往没有显着的损伤，并没有周围软组织的损伤。人创伤性骨折愈合的一个关键因素是这种软组织的可行性，特别是血管，周围的损伤部位。这一方面，对了解损伤和愈合阶段它是必不可少的，这些模型比较人类的问题往往被忽视。骨科研究人员应该重新开始阐明选择动物模型的适当标准，明确地专注于如何最有效地解释基本研究要素。在体外实验中，尸体材料，计算机模型等，合适的动物模型能在人类和动物福利间实现最可靠地转化。这导致普遍的假设和令人信服的要求，通过动物模型测试实验方法的发展，提供最高科学相关的输出，直接关系到解决假设和直接转化为人类的利益，通过最小的动物损害方式。所谓的"黑盒子"的调查，在几个研究变量同"设计驱动"或实证评估动物实验结合可能导致有临床意义的结果，但他们不能提供直观的见解或生物，生理和生化理解相关的信息。如果这样的治疗失败或不同的动物和人类之间的行为不同，开发一个修订的研究方法，，由于从最初的动物为基础的实验设计获得一些科学的提示或指导细节，尝试一个假设驱动的实验路径是困难。经典的科学方法要求假设驱动的实验设计，其中证明一个空的假设（例如，可能是一个负的结果）提供了尽可能多的信息，合理的重新设计实验作为一个成功的实验。仔细考虑接近临床问题所有研究可能性、科学的验证方法是必不可少的。也包括负面结果（至今仍未公布）的坦诚陈述，作为动物模型，对全球研究人员的重要性，并完全符合动物福利和伦理。

 

安乐死和疼痛控制：Schuppli CA 和 FraserD确定了三个关键因素，阻碍了3"R"原则（优化，减少，替换）在动物模型中的使用建议：1）对3R原则尤其是优化不完全理解；2）伦理委员会成员之间对动物痛苦和痛苦的性质和意义缺乏共识；3）缺乏共识，是否伦理委员会应该遵循一个政策，最大限度地减少对实验动物的总体危害。"优化"被定义为技术，旨在最大限度地减少动物的疼痛、痛苦和苦难，如知情如何使用麻醉和术后镇痛以尽量减少手术后的疼痛和痛苦。主管兽医的麻醉和镇痛管理，适当的骨折模型的科学目的，对动物研究中的优化目标而言，显然是不可或缺的。

 

麻醉计划：动物福利管理领域这种相对复杂和先进的领域往往受到赞赏。适合每一个物种的麻醉计划应适用，需要在这一领域有深厚和专业化的知识。因此，如果没有有经验和研究合格的兽医麻醉师或麻醉师执行，动物麻醉和镇痛方法至少应该被批准和监督。实验室的动物模型（小鼠，大鼠，兔）需要一名全面培训的实验室专家。这些专家的数量目前相对较低，专业院校和实验室专家应该尝试培养兽医和兴趣在这一领域的科学家填补这一空白。由于不足或不适当的麻醉和镇痛管理对动物的恢复，骨折愈合和动物福利存在潜在不利影响，未来在实验研究中使用的麻醉和疼痛管理计划，应提供完整的细节。

 

疼痛管理：实验动物疼痛管理的先修课程: 1）疼痛病理生理学的声音知识; 2）良好的药物/非药物镇痛策略的知识; 3）识别和评估特定物种和个体动物的疼痛的能力。

 

良好的疼痛病理生理学知识：疼痛的管理不善有许多不良后果，随后影响肌肉骨骼研究项目的有效性和成功，众所周知，增加术内和术后的发病率和死亡率。研究人员必须熟悉基本的解剖学、生理学、病理生理学和伤害性信息传递的调制，包括外周和中枢致敏，多模式镇痛、超前镇痛的关键概念。

 

良好的知识及先发制人式和多模态镇痛策略的应用：与多模态镇痛，任何潜在外科手术的痛苦应考虑包含所有类别的镇痛剂：非甾体类抗炎药(NSAID's)，阿片类，NMDA拮抗剂（氯胺酮），膜稳定剂（局麻药）和α2兴奋剂。也应考虑每类镇痛剂对生物机制潜在直接和间接的影响。非甾体类抗炎药对骨愈合和代谢相关促炎信号转导及相关细胞信号通路的潜在不利影响提出思考。

 

镇痛药的药代动力学曲线、药效和安全性在种间有很大的差异。因此，研究人员计划动物镇痛药的程序必须熟悉所使用的实验物种的相关文献。鼓励科研人员查阅有关每种啮齿动物和兔指导麻醉和疼痛管理相关的信息。需要进一步的研究来定义和改进镇痛剂的安全和有效性，适用于某些物种的肌肉骨骼研究。作为镇痛剂通过多种途径动物给药，系统和其他路径组合时，应考虑规划一个特定的实验镇痛策略。研究人员应熟悉实施所有潜在的镇痛药物管理路线。

 

识别和评估特定物种和个体动物的疼痛的能力： 测量或评估动物疼痛没有"金标准"。物种，性别，年龄，品种，环境和各种压力影响疼痛行为很好识别。已被普遍认识到，缺乏评估动物疼痛的工具。

    理想情况下，在研究中使用的个别动物进行具体的外科手术，围手术期疼痛必须经常被训练有素，经验丰富的熟悉该物种的观察员进行评估。用于评估动物疼痛最常用主观评分系统，包括视觉模拟评分法，简单的描述性尺度，数值评分尺度，和口头评级，所有这些都有固有的局限性。虽然训练有素，有经验的观察员持续、密切观察熟悉的动物对疼痛评估可以提供有用的信息。当使用多个或经验丰富的观察员，他们的主体性使他们不可靠的。已发表绵羊肌肉骨骼研究在疼痛评估中使用的主观尺度。"客观"的生理指标如心率、呼吸频率、测量血压、体液因素包括血浆皮质醇和内啡肽水平，以及瞳孔直径已被证明作为动物疼痛程度的指标是不一致的和不敏感的。系统评估如格拉斯哥疼痛量表，和墨尔本大学疼痛量表已开发和彻底用于狗评估。在实验性实验室动物物种的疼痛评估到目前为止没有这样的多维系统发展。

 

客观的疼痛评估系统已经应用于某些动物物种（狗，实验组大鼠，马和羔羊）。进一步的研究清楚地表明，在所有研究动物物种定义和改善和验证评估疼痛严重程度的敏感方法。在肌肉骨骼研究中使用的物种，基于行为的疼痛评估系统需要开发和实施特定的，客观的程序。

 

 

人员 在一项研究中与实验动物管理相关的人员随动物的多少成比例增加。因此，有足够数量的合格的工作人员，明确界定其责任和管理，对手术后的管理是重要和有效的，特别是在大型动物模型。这些人员能完成记录，使用药物，动物监测和保持最佳的卫生和动物福利条件。构建人员、数据报告、质量管理，确保明确职责和层次对实施良好实验室规范（GLP）的指导方针是有很有用的。

 

术前动物驯化 术前临床评估和适应是术后管理成功的一个重要组成部分。动物应该习惯于人的接触，住房设施，和任何特定的手术后的干预措施或治疗。一周被推荐为确保生理数据基准值可以建立的一个最低适应期。但更长的时间（例如，3至4周）可能是更明智的，以确保动物们习惯于他们的环境，设施和人员。此外，在这段时间内，动物应彻底检查潜在的健康问题或异常行为，如果有必要对其分类。在羊、山羊、猪和牛犊的情况下，应检查爪并均匀修整。整个调查期间动物应该被提供一个均衡的饮食和进行有效的驱虫管理。

 

药物   如上所述，术后管理需仔细选择和使用镇痛药物。一些研究人员认为，在一个专门的设施，采用适当的无菌技术，抗生素是没有必要的，虽然这可能取决于动物物种。这种方法的好处是，伤口愈合过程中不需要考虑抗生素和其他药物之间的复杂的相互作用，并避免产生细菌抗生素耐药问题。其他研究人员认为，围手术期广谱抗生素的治疗剂量。他们的理由是，这些药物不干扰骨愈合，减少发病率和有助于减少动物损失。

 

手术后动物饲养  在手术后的时期（4 - 6小时），动物受试者应立即安置在一个密切监测的环境中，免受不利的气候条件和其他压力，包括人和其他研究动物。

 

临床评估   手术后的评估本身可能会强调动物。评估标准应包括食物和水的摄入量，以及一般状态，体重耐受和疼痛评分。如前所述，熟悉的动物物种，并充分训练的工作人员进行手术后的评估是最重要的。例如，根据瑞士的规定，参与动物研究的人员必须参加一个培训课程，并由一位有经验的人来监督。理想情况下，手术后的评估应包括在大动物的地面反作用力测量和啮齿动物适当的活动水平测量。更多的侵入性评估通常只在术后动物出现问题时进行，如病人的病情发展。

 

终止法则   所有的动物研究都应该有明确的终止标准，也被称为"人道的终点"，在这一点上动物的痛苦，以动物提供科学价值的理由不再是正当的。已经建立了这样的标准，并发表在万维网。在开始研究之前，应该在整个团队进行沟通和商定。兽医不直接参与完成"成功"研究，对判断动物的终点而言是非常重要的。如果使用动物需要安乐死，从不幸的动物牺牲获取最大的利益，进行组织样本和数据的采集。在不同的物种中，有必要建立一个关于安乐死的方法的共识。

 

伦理方面   使用动物的研究目的的道德问题长期以来一直在辩论，是有争议的，并保持远离解决。我们不打算再在这里讨论这个问题，我们也不希望有任何新的论点或启示。我们认为理所当然的，在生物医学使用动物作为实验模型和更具体的骨折愈合研究，在原则上是可以接受的。寻找改进动物和人类的生活质量，并接受一般公众的意见。然而，支持使用动物模型的骨折研究不等于忽视了公认的动物的福利需求。