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尊重生命，科学、合理、仁道地使用动物是生命科学研究中使用动物的总原则，而“3R”原则就是其在实际工作中的具体体现。
1959年，英国动物学家Russell和微生物学家Burch在《人道主义实验技术原理》一书中第一次全面系统地提出了“3R”理论。“3R”是指替代（replacement）、减少（reduction）、优化（refinement）。其含义是在不影响试验结果的前提下，尽可能用非动物的方法或用低等动物代替高等动物进行科学研究；在获得预期数量和精度的信息基础上尽可能减少动物的使用数量；尽可能完善实验程序和改进实验技术，避免或减轻给动物造成与实验目的无关的疼痛和紧张不安等。目前，“3R”原则已经在世界范围内成为动物实验共同遵守的原则。
替代是指使用其他方法而不用活体动物，或者使用低等动物替代高等动物进行实验，并能获得相同实验结果的科学方法。替代可进一步分为相对替代和绝对替代，前者指应用体外培养的脊椎动物细胞、组织或器官等替代活体动物，或者用进化程度低等的脊椎动物替代高等脊椎动物。后者则是指完全不使用动物，如采用3D打印模型、计算机模型等。根据替代的程度，又可分为部分替代和全部替代，前者指利用替代实验来代替整个动物实验研究计划中的一部分或某一步骤，后者指用新的替代方法取代原有的动物实验方法。对于替代方法，应该有科学的认识和评价。有些实验，应用体外方法不仅能够获得与动物实验一致的结果，而且还可能是最佳的实验方法。有些新的替代方法和技术可作为动物实验研究的补充，有助于减少使用动物的数量。
相对于哺乳类动物，鱼类属于低等脊椎动物，至今，鱼类是否能感知疼痛还存在很大争议，疼痛的意识或感知依赖于大脑皮层特定区域的功能，从解剖结构上看，鱼类还没有哺乳动物相应的感知疼痛的功能区域，可以推测鱼类无法体验到人类理解的疼痛，因此，鱼类的福利伦理要求相对较低。
减少是指在遵循科学原则的基础上，通过合理的实验设计，使用较少量的动物获取同样多的实验数据或使用一定数量的动物获得更多实验数据的方法。减少动物用量的伦理和经济目标是使遭受疼痛和不安的动物数量减至最少，避免动物、药品和实验用品等资源的无谓浪费。一般在保证实验结果科学性的前提下，减少动物用量的途径大致有三种：一是不同的科研实验项目尽可能合用动物；二是使用高质量的实验动物（如SPF动物），以质量代替数量；三是使用合理的实验设计，控制实验中的生物学变异来源。很多科研方案可以选取不同的研究路线来减少动物的使用量，但是，有些动物实验例如药品的法定检验项目，规定的动物数量不允许减少。
优化是指通过改进和完善实验程序，或为动物提供适宜的实验环境，避免或减少实验过程对动物机体造成损伤，减轻动物遭受的痛苦、不安和应激反应的科学方法。疼痛和不安可由实验或非实验因素引起，可通过良好的实验方案设计和改善动物福利得以解决。
优化的研究范围涉及实验动物和动物实验两个方面，总体来说是一个科学化、规范化和标准化的过程。具体内容包括：①实验方案的优化，如实验动物的选择与使用，造模方法和动物模型选择，研究设计与统计分析等；②实验指标的优化，实验指标应该尽量全面，尽可能将实验过程中动物的变化全面记录下来，如体重、饮食、活动、生理生化指标等；③实验技术的优化，如操作技术、麻醉技术、环境指标、仁慈终点的判定、安死术等。优化的原则不但符合伦理学的要求，从实验技术和科研角度出发，优化动物实验过程对动物实验结果的科学性、重复性也非常有价值。
“3R”原则是尊重生命，科学、合理、仁道地使用动物的具体体现。过去人们强调“3R”主要出于对动物福利的考虑，近年来人们逐渐认识到应用“3R”不仅是适应动物保护主义和对动物伦理学负责任的一种需要，也符合生命科学发展的要求，“3R”原则也因此成为各国际组织和各国实验动物法规的重要内容。