Влияние отклонений влажности воздуха на здоровье лабораторных животных

Е.Д. Бондарева, руководитель группы биобезопасности, ORCID 0000-0002-7170-9717,

С.В. Гущина, специалист по валидации и статистике, ORCID 0000-0002-0247-0378,

В.А. Березкин, ветеринарный врач, ORCID 0000-0002-5557-1287

АО «НПО «Дом Фармации»
188663, Россия, Ленинградская обл., Всеволожский район, г.п. Кузьмоловский, ул. Заводская, д. 3, корп. 245

E-mail: bondareva.ed@doclinika.ru

Резюме

Слишком низкая или слишком высокая влажность может оказывать влияние на физическое состояние и здоровье животных и вызывать различные заболевания. Например, низкая относительная влажность, при которой содержатся лабораторные животные, может привести к ухудшению состояния здоровья животных (сухость слизистой оболочки глаз, заболевания кожи наряду со снижением температуры кожи), а высокая относительная влажность увеличивает риск теплового удара.

Однако на сегодняшний день не было проведено никаких конкретных обзоров по влиянию влажности в помещениях на здоровье лабораторных животных, на основании которых можно было бы считать требования государственных стандартов по содержанию лабораторных животных обоснованными. Вместе с тем важно учитывать изменения микроклимата и риски, связанные с относительной влажностью.

Цель работы – установить наличие или отсутствие влияния повышенных и пониженных показателей влажности в помещениях, где содержатся лабораторные животные, в ходе смены сезонов на здоровье и их благополучие, оптимизировать благоприятные параметры микроклимата с учетом физиологических особенностей животных и оценить критичность требований нормативных актов к условиям содержания лабораторных животных.

Исследование проводили с использованием гигрометров психометрических ВИТ-1 и ВИТ-2, измеряли влажность в помещениях содержания лабораторных животных, проводили регистрацию температуры и влажности атмосферного воздуха с использованием метеорологических интернет-ресурсов. Измерения осуществляли в течение одного календарного года.

Ветеринарные врачи ежедневно проводили клинический осмотр животных, определяли их активность, упитанность, цвет кожи, состояние шерсти и слизистых оболочек, социальную активность в группе и др.

По результатам исследования выявлено, что в ходе смены сезонов в календарном году и как следствие чередования повышенной и пониженной влажности отклонения от нормативов допустимых параметров влажности в помещениях содержания лабораторных животных не оказывают негативного влияния на их здоровье и благополучие.

Введение

При содержании лабораторных животных должны соблюдаться параметры микроклимата, соответствующие природным потребностям животных (температура, освещенность, воздухообмен и влажность). Относительная влажность воздуха важна для здоровья и благополучия лабораторных животных, поскольку это влияет на их способность к терморегуляции и устойчивость к патогенным микроорганизмам.

Как ключевой экологический фактор влажность оказывает влияние на качество воздуха, в том числе в помещениях содержания лабораторных животных. Низкая относительная влажность может привести к сухости слизистой оболочки глаз, заболеваниям кожи наряду со снижением температуры кожи, а высокая относительная влажность увеличивает риск теплового удара. Вдыхаемый воздух с высокой влажностью может способствовать воспалению легких, провоцировать увеличение частоты возникновения инфекционных заболеваний [1, 2]. Низкая влажность воздуха – наиболее благоприятная среда для распространения вируса гриппа  [3–6].

Отклонение показателя влажности менее чем на 10% и более чем на 80% может вызывать дерматозы. Внезапные изменения среды с высокой влажностью на низкую влияют на частоту и тяжесть кожных заболеваний [7, 8].

Ряд исследователей показали различное влияние низкой влажности на мышей разных линий. Так, при снижении влажности воздуха у мышей линии c57bl/6 снижается секреция слезы на 47%, в то время как у линии balb/c –только на 26% [9]. Также низкая относительная влажность особенно в сочетании с низкой температурой окружающей среды (16°C) может вызывать развитие заболевания эпидермиса «кольцевой хвост» [10, 11]. Относительная влажность <10%  может  приводить  к повышению  гиперчувствительности  замедленного  типа  при  нанесении  2,4,6-тринитрохлорбензола на кожу мышей [12]. Содержание мышей при относительной влажности ниже 40% неблагоприятно влияет на выживаемость потомства до отъема от грудного вскармливания и прирост массы тела.

В регулирующих документах представлен диапазон параметров, при котором должны содержаться лабораторные животные. Диапазон параметров влажности довольно узок и составляет в среднем 20%. Например, при содержании мелких грызунов, таких как крысы, мыши, морские свинки, влажность должна быть от 45 до 65% [13]. Влажность в помещении зависит от нескольких факторов: обслуживающей системы вентиляции (влажность может меняться в зависимости от сезона), температуры и влажности атмосферного воздуха, от количества животных в помещении, их массы и др., при этом не всегда удается соответствовать существующему нормативу. Особенно это касается периода отопительного сезона, когда происходит нагрев помещений или поступающего в помещения воздуха, вследствие чего влажность снижается. В связи с неизбежностью периодических сезонных отклонений влажности помещений от нормальных значений в нашей организации было проведено исследование, касающееся воздействия таких отклонений на здоровье и благополучие лабораторных животных.

Материал и методы

В исследовании принимали участие лабораторные животные нескольких видов: песчанки, морские свинки, крысы, мыши, хомяки, дегу.

На протяжении 1 календарного года (март 2020 г. – февраль 2021 г.) в помещениях содержания лабораторных животных проводилась регистрация отклонений в показателях влажности. Средствами измерений служили регистрирующие приборы – гигрометры психометрические ВИТ-1 и ВИТ-2. Также регистрировались параметры температуры и влажности атмосферного воздуха в Северо-Западном регионе – географической локации АО «НПО «Дом Фармации». Регистрация температуры и влажности атмосферного воздуха проводилась с использованием метеорологических интернет-ресурсов.

В АО «НПО «Дом Фармации» лабораторные животные содержатся в нескольких отдельных друг от друга помещениях.

Таблица 1. Тяжесть вреда последствий
 <strong>Таблица 1.</strong> Тяжесть вреда последствий

Таблица 2. Вероятность возникновения опасности*
 <strong>Таблица 2.</strong> Вероятность возникновения опасности*

Таблица 3. Вероятность выявления опасности
 <strong>Таблица 3.</strong> Вероятность выявления опасности

Таблица 4. Категории рисков
 <strong>Таблица 4.</strong> Категории рисков

На протяжении всего исследуемого периода ветеринарными врачами проводились клинические осмотры лабораторных животных и на основании полученных данных оценивалось влияние отклонений влажности на их здоровье.

В рамках мониторинга здоровья животных выполнялись лабораторные исследования биологического материала, полученного от животных, с целью определения бактериологических и паразитологических показателей. Лабораторные исследования проводили специалисты аккредитованной лаборатории.

Для оценки влияния показателей влажности анализировали результаты исследования трех видов животных: морских свинок, крыс и мышей. Для этого отдельно рассматривали данные по влажности в летний период с 26.05. 20 по 15.10.20, что соответствует времени, когда не проводится искусственное отопление помещений, и в зимний с 03.03.20 (дата начала наблюдений) по 25.05.20 и с 16.10.20 по 04.03.21 (дата окончания наблюдения). В расчетах использованы только дни, когда регистрировались отклонения от нормативных показателей влажности. В качестве числовой характеристики вида животного при анализе использовали коэффициент метаболизма, рассчитанный для каждого вида исследуемых лабораторных животных [14].

Для анализа риска оценивали здоровье различных видов лабораторных животных в зависимости от отклонений влажности в помещениях.

Для вычисления приоритетного числа риска использовали следующую формулу:

ПЧР = S • O • D,

где ПЧР – приоритетное число риска; S – тяжесть вреда последствий; О – вероятность возникновения опасности; D – вероятность выявления опасности.

Значения   составляющих  риска   представлена   в табл. 1–3. Категорию риска определяли по табл. 4. Статистический анализ выполнен с помощью программного обеспечения GraphPad.

 

Результаты и обсуждение

Влияние показателей влажности на здоровье лабораторных животных

В ходе оценки результатов зависимости между отклонениями влажности и здоровьем лабораторных животных не выявлено. В табл. 5 представлены данные средних показателей влажности, частоты и величины отклонений и результаты клинических осмотров на примере некоторых видов лабораторных животных.

Таблица 5. Анализ данных по отклонению влажности в помещениях
 <strong>Таблица 5.</strong> Анализ данных по отклонению влажности в помещениях

Максимальное отклонение в сторону увеличения влажности составило 24%, а уменьшения влажности – 10%. Ветеринарные врачи ежедневно проводили клинический осмотр животных, документируя результаты. Изучив и проанализировав Карту ежедневного клинического осмотра за период проведения исследования, можно утверждать, что у животных отсутствовали симптомы заболеваний, связанные с негативным влиянием факторов повышенной или пониженной влажности воздуха в выявленном диапазоне отклонений. Лабораторные исследования, проведенные в рамках мониторинга здоровья изученных видов животных в 2020–2021 гг., не показали отклонений по бактериологическим и паразитологическим показателям. С учетом регистрации отклонений от нижних и верхних границ нормы в течение 1 года специфических заболеваний у лабораторных животных не выявлено. В исследуемый период не отмечалось аномального повышения смертности или заболеваемости животных.

Факторы, влияющие на показатели влажности в помещениях содержания лабораторных животных

При оценке зависимости влажности в помещениях от температуры и влажности атмосферного воздуха с помощью критерия Пирсона была обнаружена статистически значимая корреляция между внешней температурой воздуха и величиной отклонения влажности от нормальных показателей – коэффициент корреляции составил 0,61. Была оценена частота отклонения от нормы в зависимости от сезона (табл. 6).

Таблица 6. Зависимость значений влажности от сезона (критерий χ2 Пирсона)
 <strong>Таблица 6.</strong> Зависимость значений влажности от сезона (критерий χ2 Пирсона)

 <strong>Рис. 1.</strong> Сравнение влажности в помещениях содержания песчанок, хомяков и дегу
Рис. 1. Сравнение влажности в помещениях содержания песчанок, хомяков и дегу

На рис. 1 видно, что повышенная влажность наблюдается в летний период и сменяется на пониженную с началом отопительного сезона.

Бокс с песчанками статистически значимо отличался от помещения других животных, что связано с более узким диапазоном норм для этого вида животных (для песчанок норматив влажности составляет 35–55%, тогда как для хомяков и дегу – 45–65% [13]).

Видовые особенности, влияющие на влажность в помещениях содержания животных

Проводили анализ связи между показателями влажности и видами животных, различающихся по массе тела. Сравнили помещения с морскими свинками, крысами и мышами. Каждый вид животного содержался в отдельном помещении, поделенном на 4 бокса.

Обнаружено статистически значимое различие между показателями влажности в боксах содержания при одинаковых параметрах системы вентиляции и отопления в зависимости от вида животных.

Для анализа причин таких отличий оценили корреляцию между уровнем влажности в летний и зимний периоды от показателей скорости метаболизма животных (табл. 7).

Таблица 7. Скорость метаболизма животных и показатели влажности ( ͞x±S)
 <strong>Таблица 7.</strong> Скорость метаболизма животных и показатели влажности ( ͞<em>x±S</em>)

В результате обнаружена статистически значимая корреляция между влажностью в зимний период и скоростью метаболизма. Коэффициент корреляции Пирсона составил 0,808 (рис. 2).

 <strong>Рис. 2.</strong> Зависимость влажности в помещениях от скорости метаболизма животных
Рис. 2. Зависимость влажности в помещениях от скорости метаболизма животных

Оценка рисков

Для определения допустимых пределов отклонений необхо- димо провести оценку рисков.

Технологические процессы в разных организациях различ- ные, поэтому важно самостоятельно оценивать риски и рассчитывать потенциальные опасности.

Для примера, ниже пред- ставлен расчет категории риска для помещений содер- жания лабораторных грызунов испытательного центра АО «НПО «Дом Фармации» (табл. 8).

Таблица 8. Оценка рисков отклонений от допустимого диапазона влажности в помещениях содержания лабораторных животных
 <strong>Таблица 8.</strong> Оценка рисков отклонений от допустимого диапазона влажности в помещениях содержания лабораторных животных

В помещениях содержания лабораторных грызунов риски признаны «несущественными» или «приемлемыми».

Считается, что угрозу для лабораторных животных больше представляет низкая влажность, чем высокая. Низкая влажность может послужить причиной дерматозов и других заболеваний кожи. За исследованный период понижение влажности менее чем на 10% не выявлено. Однако по результатам анализа объема данных, полученных за 1 календарный год, установлено, что регистрируемые показатели отклонений влажности (как превышенных, так и пониженных) не оказывают негативного влияния на здоровье лабораторных животных.

Заключение

Благоприятные условия содержания способствуют проявлению естественного поведения животных. Как одному из ключевых факторов повышения качества среды содержания лабораторных животных следует уделять особое внимание влажности воздуха.

Из-за отсутствия наблюдаемых клинических признаков влияния непродолжительной повышенной или пониженной влажности в период наблюдения допустимые нормативные значения могут быть расширены на основании проведенной оценки риска на 10–20%.

Однако следует учитывать, что для обеспечения надлежащих условий содержания лабораторных животных в рамах установленных диапазонов влажности инженерные системы должны быть настроены с учетом не только нормативов, но также и физиологических особенностей животных и количества особей, содержащихся в одном помещении.

Благодарности

Работа выполнена без спонсорской поддержки

Вклад авторов

Е.Д. Бондарева – идея, дизайн исследования, сбор данных, анализ данных, написание текста статьи.
С.В. Гущина – анализ данных, статистическая обработка данных, редактирование теста статьи.
В.А Березкин – заключение ветеринарного специалиста

Сведения о конфликте интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

  1. Metz J. A., Finn A. Influenza and humidity–why a bit more damp may be good for you! //Journal of Infection. 2015; 71: 54-58.
  2. Xiong Y., MENG Q., GAO J., TANG X., ZHANG H. Effects of relative humidity on animal health and welfare //Journal of integrative agriculture. 2017; 16 (8): 1653-1658.
  3. Lowen A. C. Anice C Lowen , Mubareka S., Steel J., Palese P. Influenza virus transmission is dependent on relative humidity and temperature //PLoS Pathog. 2007; 3 (10): е151.
  4. Park J. E., Son W.S., Ryu Y., Choi S.B., Kwon O., Ahn I. Effects of temperature, humidity, and diurnal temperature range on influenza incidence in a temperate region //Influenza and other respiratory viruses. 2020; 14 (1): 11-18.
  5. Noti J. D., Blachere F. M., McMillen C. M., Lindsley W. G., Kashon M. L., Slaughter D. R., Beezhold D. H. High humidity leads to loss of infectious influenza virus from simulated coughs //PloS one. 2013; 8 (2): е57485.
  6. Marr L. C., Tang J. W., Mullekom J. V., Lakdawala S. S. Mechanistic insights into the effect of humidity on airborne influenza virus survival, transmission and incidence //Journal of the Royal Society Interface. 2019; 16 (150): 20180298.
  7. Denda M., Sato J., Tsuchiya T., Elias P. M., Feingold K. R. Low humidity stimulates epidermal DNA synthesis and amplifies the hyperproliferative response to barrier disruption: implication for seasonal exacerbations of inflammatory dermatoses //Journal of investigative dermatology. 1998; 111 (5): 873-878.
  8. Sato J., Denda M., Chang S., Elias P. M., Feingold K. R. Abrupt decreases in environmental humidity induce abnormalities in permeability barrier homeostasis //Journal of investigative dermatology. 2002; 119 (4): 900-904.
  9. Barabino S., Dana M. R. Dry eye syndromes //Immune Response and the Eye. 2007; 92: 176-184.
  10. Raut C. G., Gengaje B. B. Ringtail in mice //Indian veterinary journal. 1998; 75 (10): 920-921.
  11. Jacoby R. O., Fox J. G., Davisson M. Biology and diseases of mice //Laboratory animal medicine. 2002; 35.
  12. Hosoi J., Hariya T., Denda M., Tsuchiya T. Regulation of the cutaneous allergic reaction by humidity //Contact Dermatitis. 2000; 42 (2): 81-84.
  13. ГОСТ 33216-2014 «Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила содержания и ухода за лабораторными грызунами и кроликами» [GOST 33216-2014 «Rukovodstvo po soderzhaniyu i ukhodu za laboratornymi zhivotnymi. Pravila soderzhaniya i ukhoda za laboratornymi gryzunami i krolikami» (In Russ.)].
  14. Kleiber M. Body size and metabolic rate // Physiological reviews. – 1947; 27 (4): 511-541.

Вас может заинтересовать