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Henk van Wilgenburg
Institut für Pharmakologie, Universität Amsterdam, Niederlande

Alternativen zu Alternativen

Tiere als Modelle für den Menschen

Das Interesse an der Erforschung von Anatomie und Physiologie geht zurück bis Leonardo da Vinci (1452-1529) und in noch frühere Zeiten. Dass Tiere benutzt werden konnten, um noch ungeklärte Prozesse verstehen zu können, wurde klar, als der Holländer Jan Swammerdam (1637-1680) anhand eines Tieres bewies, dass bei Kontraktion eines Muskels dessen Volumen nicht durch Zufluss von Fluidum anwächst, wie zu dieser Zeit geglaubt wurde. Stattdessen zeigte er in einem Experiment mit einem in Wasser getauchten isolierten Froschmuskel, dass das Muskelvolumen gleich bleibt, da der Wasserspiegel sich bei Kontraktion des zunächst schlaffen Muskels nicht veränderte. Darwins Veröffentlichung von On the Origin of Species (Über die Entstehung der Arten) im Jahr 1859 führte zur Entstehung der Disziplinen ‚Komparative Anatomie' und ‚Komparative Physiologie'. Seitdem sind Tiere nicht nur Objekte von Untersuchungen, sondern werden regelrecht als Modelle für die menschliche Anatomie und (Patho-)Physiologie betrachtet. In anderen Worten: Tiere werden als Alternativen zum Menschen genutzt.

Neue Modelle für Tiere

Alles kann als Modell für etwas anderes dienen, solange zwischen beiden irgendeine Gemeinsamkeit vorhanden ist. In der Wissenschaft dienen Modelle verschiedenen Zwecken. In der Grundlagenforschung ist die Verwendung von Forschungsmodellen üblich. In der eher praktischen, angewandten Forschung ist die Verwendung von Prädiktionsmodellen weit verbreitet, um vom Modell auf die reelle Situation übertragen zu können. In der biomedizinischen Forschung werden zur Untersuchung patho-physiologischer Prozesse und der Auswirkungen neuer Medikamente sehr oft Tiere benutzt. In der Lehre und zur Weitergabe von Wissen allgemein kommen schließlich Verdeutlichungsmodelle zum Einsatz. Ein Schema an einer Tafel, Praxisunterricht an Tieren, ein Computerprogramm - alles das sind Beispiele für solche Verdeutlichungsmodelle. 

Auch wenn an einigen Instituten noch immer Tiere als Modelle für die Lehre benutzt werden, sollte es klar sein, dass dies angesichts der heute verfügbaren modernen Technik kaum noch zu rechtfertigen ist. Auch zur Aneignung spezifischer praktischer Fertigkeiten sind viele tierverbrauchsfreie Mittel verfügbar, insbesondere wenn es um Erhalt und Auswertung von Daten geht. Um beispielsweise pharmakodynamische Auswirkungen, also die Interaktion einer Substanz mit einem Rezeptor zu verstehen, benutzen Studierende der Biomedizin oft das Ileumgewebe eines Meerschweinchens im Praxisseminar. Zu diesem Zweck wird extra ein Meerschweinchen getötet, ein Stück seines Darmes (Ileum) isoliert und in ein Organbad gegeben. Die Wirkung verschiedener Medikamenten-Konzentrationen - sowohl Agonisten als auch Antagonisten - werden von der Kontraktionsgeschwindigkeit des Ileum abgelesen. Die Kontraktionen werden aufgezeichnet und gemessen, um anschließend weiter verarbeitet zu werden, d.h. zur grafischen Darstellung der Ergebnisse und zur Berechnung verschiedener Parameter. Üblicherweise präpariert ein Assistent das isolierte Ileum, während die Studierenden lediglich das Medikament in das Organbad geben und die Daten ablesen. Für diese Fertigkeiten ist jedenfalls kein Tier nötig, da zur Generierung solcher Daten sehr realistische Simulationen verfügbar sind. Wir könnten uns sogar fragen, ob es überhaupt notwendig ist, Tierversuche zu simulieren, da ja auch die Tiere wie bereits dargelegt nur als Modelle für den Menschen benutzt wurden, und schließlich können wir mit der heutigen Technik direkt die jeweiligen Prozesse im Menschen simulieren. Wir können also schlussfolgern, dass mit den heutigen Möglichkeiten der alte Ansatz, Tiere als Alternativen für den Menschen zu benutzen, durch neue ‚Alternativen' ersetzt werden kann. Diese neuen ‚Alternativen' ersetzen also die überholten Alternativen, die Tierversuche, anstatt diese unbedingt simulieren zu müssen. 

Akzeptanz und Implementierung tierverbrauchsfreier Lehrmethoden: Pro und Kontra

Obwohl tierverbrauchsfreie Lehrmethoden inzwischen breit verfügbar sind und bereits viele Tierversuche ersetzt haben, scheint die Anzahl der für die Lehre benutzten Tiere nur langsam zu sinken. Viele Faktoren tragen zur steigenden Akzeptanz tierverbrauchsfreier Methoden bei, aber die Akzeptanz ist erst der Anfang. Einige Herausforderungen müssen angegangen werden, bevor die neuen Lehrmethoden tatsächlich eingeführt werden können. Für eine erfolgreiche Einführung tierverbrauchsfreier Lehrmethoden sollten die folgenden Schritte berücksichtigt werden: Bewusstsein für tierverbrauchsfreie Methoden; Bedarfsanalyse; Erwerb der geeigneten Lehrmittel; Vorbereitung von Personal, Hilfskräften und Ort der Implementierung; die Implementierung selbst; und schließlich die erste Auswertung. 

Abb. 1: Ablaufschema der notwendigen Schritte zur Einführung tierverbrauchsfreier Lehrmethoden

Bewusstsein

Das Bewusstsein, dass die Einführung tierverbrauchsfreier Lehrmethoden notwendig ist, kann auf verschiedenen Ebenen entstehen, und nicht unbedingt bei den Lehrenden selbst. Oft sind es zuerst die Studierenden, die Alternativen zu Tierversuchen fordern, und in einigen Ländern haben Studierende inzwischen ein gesetzliches Recht auf tierverbrauchsfreies Lernen. Druck von außen kommt außerdem von der Gesellschaft und durch politische Richtungsweisungen. Auch Faktoren, die nicht direkt mit der Vermeidung von Tierversuchen aus ethischen Gründen zu tun haben, können den Anstoß für deren Ersetzung geben - wie z.B. die Einführung von computergestütztem Unterricht vor dem Hintergrund von Personalkürzungen. 

Einige Lehrende wehren sich jedoch gegen Veränderungen und müssen erst von den Vorteilen tierverbrauchsfreier Lehrmethoden überzeugt werden. Skeptische Haltungen sollten unbedingt aufgegriffen und angesprochen werden.

Typische Meinungen sind:

o ‚Praktische Übungen an Tieren sind Teil des Lernparadigmas und garantieren Qualität und Authentizität in der Ausbildung'
o ‚Technik in der Bildung ist eine Sackgasse im modernen Prozess der Aufklärung'
o ‚Technik bedeutet einen Schritt zurück - Tierversuche sind am besten'
o ‚Neue Lernmodelle basieren auf der Annahme, dass die Studierenden wissbegierig seien und selbständig aktiv würden, und zudem die sozialen Fähigkeiten und eine Rücksichtnahme zeigen würden, die für eine Teamarbeit notwendig sind'

Weitere Hindernisse sind z.B. die folgenden:

o Lehrende, die verärgert oder gekränkt reagieren, wenn andere ihnen sagen, was sie im Unterricht tun oder nicht tun sollten
o Lehrende, die von verschiedenen Seiten mit Material überschüttet werden, jedoch ohne eine deutliche und ausgewogene Interpretation der Informationen
o Die Neigung, an Althergebrachtem festzuhalten, basierend auf Annahmen wie z.B. dass Anatomie verglichen mit anderen interessanten Bereichen wie z.B. Zellbiologie von ungleich größerer Bedeutung sei
o Das Vorurteil, dass tierverbrauchsfreie Methoden minderwertig seien
o Lehrbücher, Labors etc. sind noch immer auf Tierversuche ausgerichet
o Die Schulung von Dozenten ist aufgrund von zeitlichen Restriktionen sehr schwierig
o Eine Schulung von Dozenten ist zwecklos, wenn diese die Notwendigkeit dazu nicht sehen

Bedarfsanalyse

Oft ist es nicht möglich, bei einem Tierversuch einfach das Tier durch ein tierverbrauchsfreies Modell zu ersetzen. Stattdessen benötigt das neue Modell eine ganz andere Umgebung oder Betreuung und erfordert eine ganz andere Art des Lernens. Die Einführung tierverbrauchsfreier Lehrmethoden anstelle von Tierversuchen zu akzeptieren, bedeutet oft, dass neue Techniken wie z.B. computergestütztes Lernen zum ersten Mal in die Lernumgebung eingeführt werden. 

Dies kann auch das Verhältnis zwischen Dozenten und Studierenden ganz neu definieren. So eröffnen die neuen technischen Möglichkeiten neue Wege zu lernen, z.B. durch:

o die Simulation von lebensechten Umgebungen
o die Möglichkeit, mit der selbstgewählten Geschwindigkeit zu lernen
o verbesserte Eins-zu-eins-Interaktion
o den gleichzeitigen Zugriff auf weitere Informationen
o die Ermöglichung von situationsgerechtem und ‚Just-in-time'-Lernen, von zeitunabhängigem und selbstbestimmtem Lernen
o die Anregung der Wissbegierde, Kreativität und Teamarbeit
o die Unabhängigkeit von den engen Grenzen des Seminarraums, durch Einbeziehung des persönlichen Lebens- und Arbeitsstils und Vernetzung mit der Welt außerhalb der Universität

Alte Bildungsparadigmen werden sich verändern. Zum Beispiel:

Alte Modelle Neue Modelle
Klassenunterricht im Seminarraum Individuelle Erforschung
Passives Aufnehmen Praktisches Erlernen
Einzelarbeit Lernen im Team
Dozent als allwissende Autorität Dozent als anregender Leiter
Starre Inhalte Dynamische und sich ändernde Inhalte
Homogenität Diversität

Lernziele müssen neu definiert werden und neue Lernziele kommen hinzu. Damit die Lehrenden die richtige Wahl treffen können, müssen sie die richtigen Informationen erhalten, einschließlich umfassender Beschreibungen des Lehrmaterials, der Hardwarevoraussetzungen, unabhängiger Kritiken und Nachweisen der pädagogischen Effizienz. Die Lernziele und der jeweilige pädagogische Kontext sollten immer die Leitlinien darstellen, wenn neue Lehrmethoden eingeführt werden. Mit diesem Hintergrund kann die Entscheidung für das jeweils geeignete Medium erleichtert werden.

Implementierung

Nach der ausführlichen Bedarfsanalyse und der Feststellung der Merkmale, die das Lehrmittel für die jeweilige Lehraufgabe erbringen muss, ist der nächste Schritt die Implementierung der Lehrmethode. Dazu gehört die eventuelle Anpassung der Lernumgebung sowie der Erwerb von Programmen und/oder die Eigenerstellung tierverbrauchsfreier Lehrmittel. 

Der klassische Seminarraum kann weiterhin als Lernumgebung dienen. Nur die Praxiskurse finden nicht mehr im Labor, sondern im Computerraum statt. Restriktionen wie eine begrenzte Anzahl an Computern oder die begrenzte zeitliche Verfügbarkeit des Computerraums können die Nutzung computergestützter Lehrmittel behindern. Hier ist eine Möglichkeit, dass die Studierenden in ihrer frei verfügbaren Zeit öffentliche Lernzentren oder Einzelplatzcomputer nutzen. In diesem Fall sollten die Lernmodule sehr gut strukturiert sein. Manche Institute bieten ihren Studierenden bereits Laptops mit Internetverbindung. Dafür muss das Unterrichtsmaterial - gut geschützt - im Internet verfügbar sein. Bei der Implementierung von computergestützten Lehrmethoden sollte generell über die verschiedenen verfügbaren Computertypen nachgedacht werden. Einen Raum mit Computern auszustatten ist teuer, weshalb die Hardware viele Jahre lang genutzt wird. Da das Unterrichtsmaterial dem neuesten Stand der Technik entspricht, wird es mit veralteter Hardware nicht richtig genutzt werden können. 

Zwar sind tierverbrauchsfreie Lehrmethoden breit verfügbar, jedoch kann es schwierig sein, die richtige Software zu finden. Computergestütztes Unterrichtsmaterial ist oft recht teuer. Die Inhalte des Unterrichtsmaterials sollten vor allem den Lehrzielen des Dozenten entsprechen.

Kosten und versteckte Kosten

In machen Fällen haben technische Lehrmittel riesige Investitionen verschlungen, ohne jedoch später die erwartete Rendite zu erbringen. Versteckte Kosten werden verursacht, wenn die Software nicht dem spezifischen Bedarf gerecht wird, die Hardware nicht richtig in die Lernumgebung passt, oder kein ausreichender technischer Support gewährleistet ist. Im etablierten System ist der Support mit einbezogen, sodass die Reife des Systems als Maß für die versteckten Kosten dient. 

Eine goldene Regel ist, dass maximal 50 % für die Hardware, 30 % für die Software, und mindestens 20 % für den Support aufgebracht werden sollten.

Computergestützte tierverbrauchsfreie Lehrmethoden

Computergestützte tierverbrauchsfreie Lehrmethoden, die Tierversuche unnötig machen, sind für die meisten üblichen Praxiskurse erhältlich. Informationen dazu werden auf verschiedenen Webseiten und zahlreichen anderen Quellen angeboten. Die meisten dieser Programme sind interaktive und multimediale Produkte, darunter Lernprogramme mit Feedback an die Studierenden, Simulationen von realistischen oder theoretischen Situationen, Datenbanken mit gesammelten Informationen oder Fragen (‚Question Banks') - oder Kombinationen aus diesen Funktionalitäten. 

Um den Erfolg der computergestützten tierverbrauchsfreien Lehrmethoden sicherzustellen, sollten auch die Studierenden selbst bei die Wahl der Lehrmittel mit einbezogen werden. Darum sollten auch die Studierenden Kenntnisse zu tierverbrauchsfreien Lehrmethoden und Zugang zu entsprechenden Informationen haben. Auch sollte beachtet werden, dass Studierende sich mit Computerprogrammen möglicherweise nicht anfreunden werden, wenn die Benutzersprache nicht ihre Muttersprache ist. Überdies ist es empfehlenswert, wenn Dozenten sich an der Entwicklung solcher Programme beteiligen, da die Lehrziele der bereits verfügbaren Unterrichtsprogramme nicht immer mit den Lehrzielen jedes einzelnen Dozenten übereinstimmen. Die Nutzung kooperativ erstellter Software ermöglicht es den Lehrenden, mit Mitgliedern anderer Fakultäten, der eigenen Universität oder weltweit, zusammenzuarbeiten, um gemeinsam einen neuen Lehrplan zu entwickeln und auszugestalten. 

Microlabs: Tierversuche ohne Versuchstiere

Replacement, Reduction, Refinement - die 3 R's

Microlabs ist eine Programmreihe aus computerbasierten Modulen, dessen vorrangiges Ziel es ist, den Gebrauch von Tieren im Studium zu ersetzen, indem die Auswirkungen von Medikamtenten auf isolierte Gewebeproben in vitro sowie die Auswirkungen von Medikamenten auf das ganze Tier in vivo simuliert werden. Einige Module zielen auf die Reduzierung der Anzahl der in Versuchen benutzten Tiere und auf die Verbesserung der Methoden - z.B. in den Bereichen Toxikologie und Pharmakologie. Aus den Simulationen gewonnene Daten können beispielsweise in einem Programm zur Berechnung von Quantitativen Struktur-Wirkungs-Beziehungen (QSAR) analysiert werden. Auf diese Weise wird den Studierenden bewusst, dass viele Tierversuche auf theoretischer Basis ausgeschlossen werden können.

Das Microlabs-Paket enthält die folgenden Programme:

o Pharmakokinetik/Pharmakodynamik, anhand der Simulation der Verteilung, Ausscheidung und Wirkung von Medikamenten in vivo bei Mensch und Tier
o Probitanalyse, anhand der Simulation der gequantelten Reaktion von Medikamenten in vivo
o Versuchsaufbau
o Narkotisierung der Ratte
o Das Verhalten der Maus - eine Animation
o Herzfrequenz und Blutdruck in vivo
o Simulation der Wirkung von Agonisten und Antagonisten in vitro anhand des Ileum des Meerschweinchens 
o Vas deferens der Ratte in vitro
o Musculus rectus abdominis des Frosches in vitro
o Präparat des Nervus phrenicus/Zwerchfells in vitro
o Präparat des Nervus ischiadicus/Musculus tibialis anterior in vitro
o Pharmakokinetik und Fallstudien am Menschen
o Medikamententwicklung
o Tierverhalten: Digitalvideo (auf CD-ROM) zum medikamenteninduzierten Verhalten von Mäusen, Ratten und Kaninchen
o Eine mit dem Programm verlinkte Medikamentenliste mit Informationen zu den verwendeten Medikamenten

Das Verhältnis zwischen Dozent und Entwickler

Wie bereits dargelegt, ist es für die Dozenten wünschenswert, in die Entwicklung tierverbrauchsfreier Lehrmethoden einbezogen zu sein, damit die Lehrziele letztlich ihren Vorstellungen entsprechen. Für die Studierenden wiederum ist es wichtig, dass die Module und Anweisungen in ihrer Muttersprache vorliegen. In den meisten Microlabs-Modulen sind die Daten und der Text in MS-Access-Datenbanken gespeichert, sodass sie hinsichtlich Inhalt und Sprache sehr leicht geändert werden können. Im Allgemeinen enthalten die Module Simulationen und sind die Anweisungen und Übungen - wie für den Praxisunterricht an Tieren - in einem Übungsbuch zu finden. Der Studierende wählt eine Spezies oder ein Tierpräparat, eine Versuchsprozedur, das Medikament, die Dosis bzw. Konzentration, sowie Art und Weg der Zuführung. Der Studierende wird durch den Versuch geleitet und die Versuchsdaten können zur weiteren (statistischen) Ausarbeitung in einem Übungsheft aufgezeichnet werden. Ein Beispiel für ein solches Übungsheft, das problemlos individuell angepasst werden kann, wird im ASCII-Textformat vorgestellt.

Microlabs wurde für Windows 95 oder höhere Versionen entwickelt und kann gegen Porto als CD-ROM vom Autor angefordert werden.

Fazit

Eine breite Palette tierverbrauchsfreier Modelle für die biowissenschaftliche Lehre ist heute verfügbar. Der Schlüssel zu einer erfolgreichen Einführung einer neuen Lehrmethode ist ein maximales Hineinpassen des ausgewählten Mediums in die pädagogischen Anforderungen und in den Kontext, in dem die Lehrmethode eingesetzt werden soll. Der Erfolg einer Ersetzung von Tierversuchen durch neue Lehrmethoden ist abhängig von der sorgfältigen Vorbereitung bei jedem einzelnen zur Implementierung notwendigen Schritt. 


Quellen

Bates, A. W. (Hrsg.) (1990). Media and Technology in European Distance Education. Proceedings of the European Association of Distance Teaching Universities (EADTU) workshop on Media, Methods and Technology.
ECVAM Workshop Report 33 (1999): Alternatives to the Use of Alternatives in Higher Education.
Reinhardt, A. (1995) New ways to learn. Byte 20 (3), 51-73.
van Wilgenburg, H. (1997). Computer simulations in education. In Animal Alternatives, Welfare and Ethics. (Hrsg. L. F. M. van Zutphen & M. Balls), 469-475. Amsterdam, The Netherlands: Elsevier.
Vervest, P. & Sherwood, P. (1992). A report for the Commission of the European Communities: Task Force Human Resourses, Education Training and Youth. Technology Options for Distance Education.



Über den Autor

Henk van Wilgenburg ist ausgebildeter Biologe und derzeit Leiter des Pharmakologischen Instituts an der Universität Amsterdam in den Niederlanden. Seit die ersten Computer für Lehrzwecke verfügbar sind, erstellt er Computersimulationen, die Tierversuche in Praxiskursen ersetzen. Mit finanzieller Unterstützung durch die niederländische ‚Plattform für Tierverbrauchsfreie Lehrmethoden' sowie die EU hat er gemeinsam mit Kollegen die Programmreihe Microlabs for Pharmacologists - Animal experiments without experimental animals (Microlabs für Pharmakologen - Tierversuche ohne Versuchstiere) entwickelt. Diese stetig wachsende Kollektion von tierverbrauchsfreien Lehrmaterialien ist zum Selbstkostenpreis beim Autor erhältlich.



Henk van Wilgenburg, Dr. phil.
Universität Amsterdam
Pharmakologisches Institut, AMC J01 155
Meibergdreef 15
1105 AZ Amsterdam
Niederlande
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E-Mail: h.vanwilgenburg@amc.uva.nl