作為恒溫動(dòng)物的小鼠和人類(lèi)都要維持體溫恒定，環(huán)境溫度低時(shí)通過(guò)產(chǎn)熱，環(huán)境溫度高時(shí)通過(guò)散熱，來(lái)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(kāi)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(guò)產(chǎn)生或散發(fā)熱量就可以維持體溫恒定的溫度值。當環(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)熱主要靠細胞代謝形成的熱量，因此與有機體的體積正相關(guān)（體積越大細胞數越多）；而散熱則與機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(lái)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(lèi)的15倍（0.3 vs 0.02）[1]。因此，雖然小鼠與人類(lèi)具有相似的核心體溫都處在36-37°C范圍內，但小鼠的熱中性溫度約為30°C，要遠高于人類(lèi)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的設施內，小鼠的體感最佳。

然而，為了方便實(shí)驗人員和管理人員開(kāi)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施內。如，我國實(shí)驗動(dòng)物環(huán)境設施國家標準GB14925就將小鼠飼養設施的環(huán)境溫度范圍定在了20到26℃之間。在國標的指導下，各設施管理者通常會(huì )將環(huán)境溫度控制在22℃左右。這恰好是輕便著(zhù)裝人類(lèi)的熱中性溫度，故設施內的工作人員感覺(jué)會(huì )非常舒適。當然，只要食物充足、外加有可以筑巢的材料和適應的時(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 )對小鼠的身體狀態(tài)（福利）和實(shí)驗結果產(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的設施內，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(zhù)心率上升，血壓也會(huì )隨之升高。此外，環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，動(dòng)物會(huì )通過(guò)增強交感神經(jīng)活性以促進(jìn)代謝來(lái)適應寒冷的環(huán)境。交感神經(jīng)系統激活時(shí)能量會(huì )從免疫系統挪走用于生產(chǎn)熱量，因此會(huì )對免疫系統產(chǎn)生抑制作用。盡管這種反應有利于生物體適應短期的寒冷暴露，但交感神經(jīng)系統長(cháng)期激活則最終會(huì )導致免疫系統的運作方式發(fā)生改變。表現為，在冷應急狀態(tài)下，免疫細胞代謝減少和通過(guò)提高體溫調定點(diǎn)（發(fā)燒）來(lái)抵御入侵的外來(lái)病原的能力減弱。由此可見(jiàn)，22°C的設施環(huán)境溫度設置顯然會(huì )對小鼠的健康和福利產(chǎn)生了不利的影響。

有趣的是，人類(lèi)的心率主要受迷走神經(jīng)調節。但在22°C冷應急環(huán)境下飼養的小鼠中，卻無(wú)法觀(guān)察到迷走神經(jīng)對其心率有任何調控作用。只有把小鼠飼養設施的溫度提高到30°C時(shí)，迷走神經(jīng)對其心率的調控作用才會(huì )顯現出來(lái)[3]。在現代世界中，人類(lèi)大部分時(shí)間都是在接近熱中性的溫度下度過(guò)的，而作為探索人類(lèi)疾病使用最多的實(shí)驗動(dòng)物——小鼠卻生活在遠低于其熱中性溫度的環(huán)境設施中。過(guò)低的環(huán)境溫度顯然也會(huì )對以小鼠為實(shí)驗對象開(kāi)展的藥物臨床前評估實(shí)驗結果產(chǎn)生干擾。例如，與22°C的室溫條件相比，在30°C下飼養的高脂飲食小鼠會(huì )獲得更多的脂肪組織，肝細胞會(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(shuō)，當下有關(guān)小鼠的研究結果是其處在冷應激下的展示，將這樣的研究結果外推到處于舒適生活下的人類(lèi)顯然缺少合理性。

總之，當下小鼠所處的設施環(huán)境溫度遠低于其熱中性（最適）溫度，這使得它們長(cháng)期處于冷應急狀態(tài)，不得不以激活交感神經(jīng)系統、提升心率和血壓，進(jìn)而燃燒更多的能量為代價(jià)來(lái)維持其體溫恒定。這種環(huán)境溫度設置顯然既降低了小鼠的福利，也影響著(zhù)以其作為人類(lèi)替難者而開(kāi)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施溫度過(guò)低問(wèn)題卻面臨著(zhù)如下兩個(gè)障礙。首先，將設施溫度從22°C提高到30°C會(huì )面臨著(zhù)巨大的投入和運行成本增加（需要更多的取暖設備和能源花費）；其次， 30°C室溫對動(dòng)物設施內的工作人員來(lái)說(shuō)相當具有挑戰性，在某些情況下甚至可能是危險的。

顯然，在實(shí)驗動(dòng)物福利和科學(xué)研究結果有效性與經(jīng)濟成本增加和從業(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(wèn)題還沒(méi)有解決方案，或許我們可以從籠器具的設計上尋找突破口，比如開(kāi)發(fā)可單獨控溫的籠器具或者籠盒。

參考文獻

1.Seeley, R.J. and O.A. MacDougald, Mice as experimental models for human physiology: when several degrees in housing temperature matter. Nat Metab, 2021. 3(4): p. 443-445.

2.Gordon, C.J., The mouse thermoregulatory system: Its impact on translating biomedical data to humans. Physiol Behav, 2017. 179: p. 55-66.

3.Swoap, S.J., et al., Vagal tone dominates autonomic control of mouse heart rate at thermoneutrality. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2008. 294(4): p. H1581-8.