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实验动物是通过人工饲养控制其携带的微生物，具有明确的遗传背景或来源清楚，用于科学研究、教育、生产等科学实验的动物。动物实验是在生命科学领域中观察、记录人为改变环境条件下实验动物的反应和表现，探索其发生机理和发展规律，解释客观规律的行为，是医学研究的基本方法之一。动物实验会引起实验动物不同程度的疼痛并造成伤害。随着人类文明的进步和社会的发展，人们对动物的保护已经形成共识，但对动物实验的看法仍然存在分歧。因此，保护动物和进行科学实验之间的矛盾，是一个亟待解决的现实问题。在医学科学研究中，必须科学、合理、人道地使用实验动物。动物实验应运用科学精神，同时权衡对动物的潜在伤害和实验产生的潜在收益，以尽量减少伤害，获得最大化收益。如果动物实验是科学研究的一部分，为了人类的共同利益，并且是科学研究所必需的，那么它就具有一定的合法性。如果只是满足好奇心，并没有明显的收益或实际意义，那么不必要的重复实验则有悖于伦理。
动物福利指应该合理、人道地使用动物，尽量保证动物在生理、精神上享有最基本的权利，如给予一定的居住设施、食物和饮水，免受疼痛、惊吓、不安和恐惧等，当必须处死时采取合适的处死方式和措施等。国际上普遍提倡动物福利，以保障动物处于舒适、健康、快乐等自然生活状态的五项自由，包括免于饥渴的自由，生活舒适的自由，免于痛苦、伤害和疾病的自由，免受恐惧和焦虑的自由，表达天性的自由。因此，医学科学研究人员必须善待动物，尊重生命，在可能的条件下为实验动物提供更多福利。
3R原则即替代（replacement）、减少（reduction）、优化（refinement）原则，由1959年英国动物学家William Russell和微生物学家Rex Burch首先提出，逐渐得到广泛采用。
替代指使用其他实验材料替代动物或使用低等动物替代高等动物，并获得相同的实验效果的方法。如使用转基因小鼠替代猴，用细胞芯片替代有生命的动物等。
减少指使用较少量的动物获取同样多的实验数据或使用同等数量的动物以获得更多数据的方法。可以通过合理设计实验方案和实验数据的统计分析、重复使用动物、提高实验成功率、使用高质量的实验动物等方法实现减少原则。
优化指对必须使用的实验动物尽量减少非人道程序的使用频率和危害程度的方法。可通过改进或完善实验程序，避免、减少或减轻给动物造成的疼痛及不安，或为动物提供适宜生活条件，保证动物康乐，保证实验结果可靠性和提高实验动物福利。
善待实验动物是指采取有效的关爱措施，保障实验动物的福利权益，避免不必要的伤害。我国科技部于2006年发布的《关于善待实验动物的指导性意见》，对实验动物饲养管理过程、使用过程和运输过程中如何善待实验动物提出了具体的意见。饲养管理过程和使用过程中善待实验动物的指导性意见如下。
实验中需要为实验动物提供清洁、舒适、安全的生活环境。饲养室的内环境指标不得低于国家标准。
实验动物笼具、垫料质量应符合国家标准。笼具应定期清洗、消毒；垫料应灭菌、除尘，定期更换，保持清洁、干爽。各类动物所占笼具最小面积应符合国家标准，保证笼具内每只动物都能实现自然行为，包括转身、站立、伸腿、躺卧、舔梳等。笼具内应放置供实验动物活动和嬉戏的物品。孕、产期实验动物所占用笼具面积，至少应达到该种动物所占笼具最小面积的110%以上。对于非人灵长类实验动物及犬、猪等天性喜爱运动的实验动物，应设置运动场地并定时遛放。运动场地内应放置适于该种动物玩耍的物品。
饲养人员不得戏弄或虐待实验动物。在抓取动物时，应方法得当，态度温和，动作轻柔，避免引起动物的不安、惊恐、疼痛和损伤。在日常管理中，应定期对动物进行观察，若发现动物行为异常，应及时查找原因，采取有针对性的必要措施予以改善。饲养人员应根据动物食性和营养需要，给予动物足够的饲料和清洁的饮水。其营养成分、微生物控制等指标必须符合国家标准。应充分满足实验动物妊娠期、哺乳期、术后恢复期对营养的需要。对实验动物饮食、饮水进行限制时，必须有充分的实验理由，并报实验动物伦理委员会批准。实验犬、猪分娩时，宜有兽医或经过培训的饲养人员进行监护，防止发生意外。对出生后不能自理的幼仔，应采取人工喂乳、护理等必要的措施。
实验动物应用过程中，应将动物的惊恐和疼痛减少到最低程度。实验现场避免无关人员进入。在符合科学原则的条件下，应积极开展实验动物替代方法的研究与应用。
在对实验动物进行手术、解剖或器官移植时，必须进行有效麻醉。术后恢复期应根据实际情况，进行镇痛和有针对性的护理及饮食调理。保定实验动物时，应遵循“温和保定，善良抚慰，减少痛苦和应激反应”的原则。保定器具应结构合理、规格适宜、坚固耐用、环保卫生、便于操作。在不影响实验的前提下，对动物身体的强制性限制宜减少到最低程度。处死实验动物时，须按照人道主义原则实施安死术。处死现场不宜有其他动物在场。确认动物死亡后，方可妥善处置尸体。在不影响实验结果判定的情况下，应选择“仁慈终点”，避免延长动物承受痛苦的时间。灵长类实验动物的使用仅限于非用灵长类动物不可的实验。除非因伤病不能治愈而备受煎熬者，猿类灵长类动物原则上不予处死，实验结束后单独饲养，直至自然死亡。
动物实验开始实施之前，研究计划应交由实验动物伦理委员会审查批准。2018年我国发布《实验动物福利伦理审查指南》国家标准（GB/T 35892-2018），指南中规定了如下伦理审查原则。
实验动物的饲养、使用和任何伤害性的实验项目应有充分的科学意义和必须实施的理由为前提。禁止无意义滥养、滥用、滥杀实验动物。禁止无意义的重复性实验。
对确有必要进行的项目，应遵循3R原则，给实验动物以人道保护。在不影响项目实验结果的科学性情况下，尽可能采取替代方法、减少不必要的动物数量、降低动物伤害使用频率和危害程度。
尽可能保证善待实验动物。实验动物生存期间包括运输中应尽可能多地享有动物的五项福利自由，保障实验动物的自然生活及健康快乐。各类实验动物管理和处置，要符合该类实验动物规范的操作技术规程。防止或减少动物不必要的应激、痛苦和伤害，采取痛苦最少的方法处置动物。
尊重动物生命和权益，遵守人类社会公德。制止针对动物的野蛮或不人道的行为；实验动物项目的目的、实验方法、处置手段应符合人类公认的道德伦理价值观和国际惯例。实验动物项目应保证从业人员和公共环境的安全。
应以当代社会公认的道德伦理价值观，兼顾动物和人类利益，在全面、客观地评估动物所受的伤害和人类由此可能获取的利益基础上，负责任地出具实验动物项目福利伦理审查结论。
审查和监管工作应保持独立、公正、公平、科学、民主、透明、不泄密，不受政治、商业和自身利益的影响。
项目目标、动物来源、设施环境、人员资质、操作方法等各个方面不应存在任何违法违规或违反相关标准的情形。
福利伦理审查应遵循国际公认的准则和我国传统的公序良俗，符合我国国情，反对各类激进的理念和极端的做法。