试验动物的选择与动物试验的设计

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1、实验动物的选择和动物实验的设计第一节 实验动物选择基本原则一、根据课题研究的目的、内容、水平选用相匹配的标准化动物 一切动物实验都是为科学研究服务的， 选择实验动物首要的就是要根据研究的内 容来选择实验动物。蛙的大脑不发达， 不可作高级神经活动的实验。 但蛙的脊髓具有最简单的发射中枢， 做神经反射弧实验，简单、直观、明确、容易分析。二、必要的预试验有助于选择与本课题相适应的实验动物 动物预试验的作用在于：1. 初步观察动物是否适宜于本项目的研究2. 熟悉动物的生物学特性及饲养管理3. 检查与动物实验配套的实验条件、方法是否初步到位三、充分利用与人具有某种相似性的实验动物绝大多数生物学与医学研究

2、的最终目的是要为人类服务的。因此在实际可能的情 况下尽量选择那些生物学特征及解剖生理特点等与人类类似的实验动物。一般来说，实验动物愈高等，进化程度愈高、其机能、代谢、结构愈复杂，反应 就愈接近人类。猴、拂拂、猩猩、长臂猿等灵长目动物是最近似于人类的理想动物。1. 结构功能的相似性2. 时象或年龄状态的相似性3. 群体分布的相似性在以群体为对象的研究课题， 有时要考虑到选择与人群基因型及表现型分布类型相似的动物类别。主要是一些封闭群动物，如：KM小鼠，Wistar大鼠，毕格犬等。4. 生态或健康状况的相似性在正常生命过程的研究中， 找到与人类生态情况相似的替代模型非常重要。 现有 的不同微生物学

3、质量级别的普通动物、清洁动物、 SPF 动物、无菌及悉生动物分别 代表着不同的微生态模式并具有不同特点，适用于不同研究目的。5. 疾病特点的相似性实验动物有许多自发或诱发性疾病能局部或全部地反映与人类类似的疾病过程 及特点，可用于研究相关的人类疾病。6. 操作实感的相似性 外科手术性的操作模型中或教学示教中，常选择体型较大的动物。犬为首选。四、除利用与人具有的相似性以外的实验动物选择原则1. 特殊性原则由于物种之差异，各种动物之间存在基因型、 组织型、 代谢型、易感性等方面的 差别，这种差异有时可作为研究课题所需的一种指标或特殊条件。2. 易化原则 进化程度高或结构机能复杂的动物有时会给实验条

4、件的控制和实验结果的获得 带来难以预料的困难。应依据易化原则选择那些结构功能简单而又反映研究指标特 质的动物。例如：在遗传研究中， 用寿命短、 繁殖快的果蝇取得了丰硕的成果， 而同样方法 若改用灵长目动物其难度是很难设想的。有时为了删除系统作用背景对某器官或某功能进行研究，可用离体方法进行。3. 相容或匹配原则 所谓“相容”或“匹配”是指所用动物的标准化品质应与实验设计、技术条件、 实验方法等条件相适应。在设计实验时不但要了解实验仪器精度和灵敏性能。了解 试剂的品质、性能以及试剂和仪器之间的匹配性能，也要了解动物或动物模型对实 验手段的反应能力。4. 易获性原则 易获性是理想的实验动物条件之一

5、。虽然猫、狗、猪及灵长动物居于较高进化水平，各有其研究价值，尤其是灵长类动 物在许多方面有不可替代的优越性。然而这些大动物则往往由于其较长生殖周期， 低繁殖率、低产仔率等弱点而影响其易获性，因而亦影响其被选用，故通常不作首 选。5. 重现性、均一性原则重现性和均一性为实验结果质量品质所在。 若实验结果不能再现或不稳定， 则该 结果的可靠性便成了问题。周围环境与发育环境是影响实验动物表现型的重要因素。 营养因素对胚胎影响、 不同微生态环境、动物的疾病状况等等，都会影响实验反应稳定性，故也是选择实 验动物的重要指标。五、动物实验结果的外推 大多数生物学与医学研究的最终目的是要为人类服务的。因此动物

6、模型和动物实验 结果都要外推到人身上去，这就是动物实验结果的外推（ extrapolation ）。六、选用与实验要求相适应的实验动物规格1. 年龄 实验动物的年龄不同，其生物学特性也不同。2. 体重实验动物的体重与年龄有一定的相关性， 在正常营养状态及饲养条件下， 也可根 据体重加以选择，发育正常、体重符合要求的实验动物。3. 性别许多实验证明， 同一品种 （系）动物不同性别对许多外界刺激的反应不一致， 对 实验结果的影响不同。一般来说，无特殊要求宜选用雌雄各半。七、实验动物的选择和应用要注意有关国际规范和动物福利国际上普遍要求动物实验达到实验室操作规范（ Good laboratory p

7、racitice ，GLP 和标准操作程序（Standard operating procedure , SOP。同时国际上广泛宣传3R原则。Reduction Replacement Refinement第二节 医学研究中实验动物的选择一、肿瘤研究肿瘤疾病是目前危害人类生命健康最严重的疾病之一。肿瘤学主要研究肿瘤的病因 和发病机制、肿瘤细胞的生物学特性、肿瘤和宿主的相互关系、肿瘤的诊断预防和 治疗等。在实验肿瘤学研究中，其主要研究对象和材料是实验动物。正是通过选用 实验动物进行动物实验，创立了实验肿瘤学，发现了化学致癌物质和致癌病毒，推 动了肿瘤学的研究，为肿瘤的防治开辟了广阔的前景。不同种

8、属实验动物应用特点 :（1）小型实验动物小鼠有各种高癌和低癌品系被广泛应用于实验肿瘤学研究。自发性肿瘤常用小鼠。（2）大型实验动物主要是指家畜，其肿瘤发病率因种属而异。例如：雌犬常发生乳腺肿瘤，属于混合型的，包括上皮性成分、骨和软骨等组织，与人乳腺癌的 表现不同；猪常发生肾母细胞瘤，家犬、家猫、马、羊、牛等则不常发生；羊和牛 则会发生肝癌；家犬、马和牛的黑色素瘤。（3）鸟类 病毒性肿瘤引人注目，特别是造血系统和间叶组织的肿瘤。疱疹类 病毒引致的鸡马立克氏病 （鸡白血病） 可与人类的 Burkitt 氏淋巴瘤、 猴的淋巴瘤、 蛙的Lucke氏肾癌等相类比。鸡等鸟类SPF化对肿瘤病毒的研究具有极高

9、的实用价 值。（4） 两栖类实验动物由于细胞和体液免疫独特特征，适宜研究免疫抑制状态 肿瘤（如淋巴网状系统肿瘤）发生；无毛而光滑的皮肤适宜建立皮肤肿瘤的发生和 发展的研究模型。（5） 鱼类 硬骨鱼类自发性肿瘤并不少见。鱼类对化学致癌物颇为敏感，例如 黄曲霉素或二甲基亚硝胺可引发鱼（尤以鳟鱼）的肝脏肿瘤和肾母细胞瘤。因此， 鱼是测试环境致癌因素的敏感对象。（6）爬行类 各类爬行动物肿瘤发现率有差异， 反映了肿瘤生物学基础以及种类 与寿命的关系。爬行类未见原发性中枢性神经肿瘤，但有未见于哺乳动物的色素细 胞瘤、黄色素细胞瘤和虹膜肉瘤。（7）灵长类动物 与人类的亲缘关系最近， 其肿瘤形态发生和生物学

10、性质上与人 的肿瘤病变相似。非人灵长类动物的肿瘤发病率与其种属、性别、年龄及饲养时间 相关。原生灵长目动物对肿瘤性疾患的敏感性，特别是对化学致癌物的敏感性，较 之类人猿种属为高。在实验室条件下，猕猴的自发性肿瘤发病率较高，而在动物园 内则发生率低（约为 1%）。老年灵长类动物最常见上皮性肿瘤和恶性淋巴瘤，脑肿 瘤则少见。中子或质子射线照射可引发猕猴的颗粒细胞性白血病。肿瘤研究中常选择以下 3 种类型的动物模型：1. 自发性肿瘤模型2. 诱发性肿瘤模型3. 移植性肿瘤模型自发性肿瘤模型女口： AKR勺自发性白血病，C3H的自发性乳腺癌诱发性肿瘤模型用丫射线、二甲基苯蒽(DMB)黄曲霉素等诱发大小

11、鼠、兔等发生癌症。移植性肿瘤模型通常是接种一定数量的肿瘤细胞，或者是一些可致癌的病毒滤液，成功率接近 100%是最常用的抗肿瘤药筛选模型。二、药理学研究药理学研究中的选择：心血管系统药理学研究 实验性高血压电刺激高血压常用大鼠和猴；神经反反射性隔离性高血压常用小鼠、大鼠；去抵制性高血压常用兔或犬；肾性高血压常用犬、兔或大鼠，试验 性高血压模型常对动物给予加压物质或进行手术结扎肾动脉制备；内分泌性高血压 常用犬、大鼠或家兔；SHR(spontaneously hypertension rat)是日本人 okamoto 用 Wistar 近交系交配 逐代选育而成。其发病表现与人原发性高血压极为相似

12、，是高血压研究的最佳模型。1.52月龄就开始出现病变。血压高、心脏肥大、出现脑梗死、心肌梗死、动脉肥 厚等。繁殖正常。它和人类自发性高血压有很多相近之。如：都是遗传因素占主要 地位、病程相似、血压随年龄增加而增加、高血压早期有高血流特征、刺激和大量 摄入食盐加重病情、发生继发性心血管损害。 抗心肌缺氧药物研究脑垂体后叶素试验选用兔；异丙肾上腺素试验选用豚鼠、家兔或犬；结扎左冠状 前支动脉试验选用豚鼠、家兔、猫、犬、猴、猪等；心肺灌流试验常用犬或猫；研 究强心苷可用豚鼠；心肌耐缺氧宜选用大鼠、狗、猪、兔、大鼠、猫。狗心脏解剖和人类似，冠状血管容易操作，心脏抗紊乱能力强，狗容易驯服。 猪的冠状循环

13、和血液动力学和人类似，侧枝循环比狗少，容易造成心肌缺血。 兔开胸手术不需要人工呼吸，若做开胸和心脏实验 兔是首选动物。 动脉粥样硬化症研究 早期选用鸟类（鸡和鸽）和兔。但兔病变的局部解剖学与人类不同。兔是草食动 物，胆固醇代谢与人不完全一致。目前常用大鼠、小型猪、狗、鸽、非人灵长类。恒河猴可以广泛的主动脉和各个动脉的粥样硬化。 猪在高脂饲料诱导下形成的动脉粥样硬化病变和分布与人很相似，又较猴便宜。 消化系统疾病研究狗有发达的消化系统，而且有与人相似的消化过程，适宜作消化系统的慢性实验 猕猴适合做人痢疾杆菌病大鼠肝再生能力强，适合肝切除术维生素C缺乏症选择豚鼠胃溃疡多选择大小鼠给以寒冷刺激、醋酸

14、烧灼、幽门螺旋杆菌感染等方法 选用犬、猫或鸽做催吐和镇吐试验；厌食试验一般选用大鼠，也可选用犬、猫、 小鼠。呼吸系统疾病研究：镇咳药首选动物是豚鼠， 豚鼠对化学刺激或机械刺激都很敏感。 狗也是咳嗽的良好动物 模型，狗的咳嗽在反复刺激时变异小，故特别适合观察镇咳作用持续时间。一般不 用大小鼠，因为它们喷嚏和咳嗽动作很难区别。也不用兔。支气管哮喘 最常用的是大鼠、豚鼠、狗。豚鼠的支气管平滑肌对致痉剂和药物反应敏感 祛痰药研究选用雄性小鼠、兔或猫大鼠可以用做实验性肺纤维化、矽肺、肺水肿研究 豚鼠可用做结核杆菌、白喉杆菌研究 神经系统疾病研究镇痛药一般用大鼠或小鼠，但热板法一般不用于雄性动物，因为雄性

15、动物阴囊对热敏感研究神经传导首选猫沙鼠因为 Willis 动脉环不完整， 结扎一侧总动脉， 沙鼠出现脑梗塞。 沙鼠还可以 作为自发性癫痫模型家兔颈部减压神经、迷走神经、交感神经独立行走，可以用来研究减压神经对心 脏的作用研究吗啡的时候注意，吗啡对小鼠和猫表现为中枢兴奋作用，而对犬、兔、猴、 大鼠、人表现为中枢抑制灵长目用于行为学研究树鼩的神经系统有特色，对它进行脑外科手术，无须麻醉树鼩也可以忍受切割皮 肤、肌肉等引起的疼痛。仅表现为流口水，不挣扎抗焦虑药研究一般选用成年健康小鼠、大鼠、兔等。长期实验应选用耐受性强的 雄性动物为好。抗抑郁药可选用小鼠、大鼠，其次为狗、猪。内分泌系统药理学研究肾上

16、腺皮质激素类药物试验：可选用大鼠或小鼠，雌雄均可；H1受体激动药物或阻断药物试验：首选是豚鼠，其次是大鼠，雌雄各半；有关代谢试验：宜选用雄性动物，便于收集尿样。计划生育药物研究注意动物生殖生理特点繁殖周期：狗春秋二季季节性单发情；猫春秋二季季节性多次发情；大小鼠、豚鼠、家兔常年多次发情；猕猴有月经周期排卵方式：兔、猫、骆驼诱导排卵；其他自发排卵发情周期：发情前期、发情期、发情后期、发情间期 终止中期妊娠药物或子宫收缩药物研究学用雌性大鼠、 豚鼠、家兔、猫，并根 据实验要求造势适当性周期和妊娠状态的动物； 女性避孕药物研究 常用雌性大鼠、 地鼠、家兔及猴， 要尽量选用近交系动物； 男性避孕药物研

17、究 常用雄性近交系大鼠或猴。急性毒性试验指动物一次或 24 小时内多次给予大剂量药物后，观察中毒表现、时间过程、涉 及的组织和靶器官、中毒死亡原因和药物剂量等内容。长期毒性试验反复多次给药于动物， 观察动物用药后的亚急性、 慢性或终生毒性反应， 一般连 续给药 14天以上，通常在 3个月以内，特殊情况可在 3 个月以上。特殊毒性实验 包括：致突变实验、致癌实验、生殖毒性实验 致癌实验一般选择小鼠或大鼠。长期致癌试验对实验动物要求很高，必须提供动物 饲养场 5 年内该品系大、小鼠的癌症自发率数据。对环境要求也很高，动物应饲养在 SPF环境中，要排除一切其它致癌因素。基因敲除小鼠，如抑癌基因P53

18、和lats基因敲除小鼠，对致癌物质更为敏感，作为 长期致癌试验的实验动物将有更大的应用前景。其他安全性评价1、全身过敏反应：豚鼠皮肤局部过敏反应：白色豚鼠2、热原质检查：家兔3、异常毒性实验：小鼠4、降压物质检查：猫5、药物依赖性试验：大、小鼠、猴6、栓剂药物毒性试验：兔、大鼠7、眼科刺激试验：兔8、滴鼻剂或吸入剂药物毒性试验：大鼠、豚鼠、家兔三、细菌学研究 人类在生物学上与动物有不同程度的亲缘关系， 对多种传染病， 人类和动物 存在一定的共性， 又有不同程度的感受性； 同时人类传染病不仅在人与人之间传播， 而且可以在人与动物、动物与动物之间传播。因此，实验动物广泛适用于细菌学研究，为人类作出

19、贡献。四、病毒学研究实验动物在病毒学研究中， 主要用作分离病毒、 研究发病机制、 抗病毒药物 筛选、疫苗效果及完全性鉴定、制备诊断用品等。五、寄生虫学研究重度联合免疫缺陷小鼠的应用重度联合免疫缺陷(severe combined immunodeficiency disease, SCID 小鼠是一种因 scid 基因突变从而导致其胸腺、 淋巴组织发育不全以及免疫球蛋白缺乏的 小鼠。SCID小鼠适宜进行寄生虫学研究，用于阐明寄生虫与宿主的相互关系，对于 探索寄生虫病的发病与传播机制、研制新型疫苗及化疗药物和疗法具有重要意义。 用SCID小鼠已建立疟疾、利什曼病、血吸虫病、丝虫病、隐抱子虫病、阿

20、米巴病、 贾第虫病、弓形虫病、泰勒犁形虫病、盘尾丝虫病和卡氏肺孢子虫病模型，用于这 些疾病研究。六、营养学研究1. 食谱需要中种的变化2. 营养的增效与拮抗作用3. 饥饿和营养不良的动物模型4. 动物在碳水化合物、蛋白质、脂肪及其相关代谢中的应用5. 维生素及矿物质与之相关疾病的研究6. 无菌动物在营养代谢研究中的应用糖尿病是一种与遗传、自身免疫及环境因素有关的复合病因引起以慢性高血糖为 特征的代谢紊乱疾病。建立糖尿病动物模型的方法： 手术切除胰腺：高糖饮食，常用犬、猫、大鼠 化学药物诱导：链脲佐菌素腹腔注射或四氧嘧啶静脉注射，小鼠、大鼠、家兔、犬 自发性糖尿病： BB( Biobreedin

21、g )大鼠、 NOD( non-obesitydiabetes )小鼠、 LETL 大鼠转基因技术：MKR、鼠、MODY小鼠、GK/IRS-1双基因剔除小鼠、IRS-2-/-小鼠七、免疫学研究裸小鼠、裸大鼠、裸豚鼠和遗传性无脾症小鼠， T 淋巴细胞缺陷动物疾病模型动 物，用于T、B NK细胞功能研究、组织和异种肿瘤移植研究、肿瘤免疫治疗研究及 BALB/c 裸小鼠用于单克隆抗体生产研究等，是 DiGreorge 综合症、无胸腺综合证疾 病模型。八、神经与精神病学研究1. 行为学研究：啮齿类、猫、狗，灵长类在中的应用。2. 神经机能病：精神病、躁狂 -抑郁症、精神分裂症、精神迟钝、酒精中毒、 帕

22、金森症、癫痫等的动物模型3. 脑血管疾病： 局灶性脑缺血模型、 全脑缺血模型、 脑出血模型、 蛛网膜下腔 出血模型九、创伤学研究1. 烧伤 猪、犬、家兔、大鼠、小鼠、豚鼠等。其中猪由于与人的皮肤相似，是最为 理想的动物。需要建立一系列的动物模型来进行实验。2. 冲击伤犬、兔、豚鼠或大小鼠。大动物为宜。3. 高速投射物致伤犬、猪4. 撞击伤兔、犬和猪 十、放射学实验研究 常选用大小鼠、沙鼠、犬、猪、猴等，不使用兔。因为兔对放射线非常敏感，照 射后常发生休克样死亡。小鼠常用品系有 C57BL/6 、 LACA、 C3H 、 RF 、 SJL 十一、休克试验研究1. 失血性休克：大多用狗或山羊做为模

23、型动物，也有用猫和猴的。兔、啮齿类效果较差。2. 感染性休克：狗作感染性休克模型， 优点很多。 猫和啮齿类常有较大的耐受性。 兔极不稳定。3. 创伤性休克：需要使用较多数量的动物，以满足统计需要。所以选择啮齿类等 中小型动物比较适宜。一般常用大鼠、兔，狗等大动物只偶尔使用。 十二、老年病研究老年病模型老年性白内障：犬、家免、大鼠、小鼠和猴 老年性耳聋：猴、犬、灰鼠、大鼠、小鼠 牙龈炎与牙周炎：犬、大鼠、小鼠、猴骨质疏松：犬、猫、大鼠、小鼠肺气肿：家免、大鼠、小鼠 、猴、豚鼠、犬 动脉粥样硬化：家免、大鼠、小鼠、猪、犬、鸡、火鸡、鸽子、猴 肥胖症： Zucker 肥胖大鼠、蒙古沙鼠第三节 影响动

24、物实验结果的因素一、动物本身对实验结果的影响种属和品系年龄和体重性别健康和生理状态动物病原体感染二、动物饲养环境和营养因素对实验结果的影响环境温度、湿度 环境的空气流速、清洁度 环境的光照、噪声饲养密度动物饲料及营养、实验技术因素对实验结果的影响 不同动物或不同方法制备模型 实验季节和昼夜的影响 麻醉药、麻醉浓度和麻醉方法的影响 手术技巧和方法的影响 实验药物的影响实验对照的影响第四节 动物实验的设计 一般来说，动物实验的设计包括： 研究的目的和 / 或者需要验证的假说 选择特定动物模型的原因 动物品种、品系、来源和类型 每个独立实验步骤的详细描述，包括研究设计和使用动物数量 数据分析及所用的

25、统计学方法。一、动物实验的分类1、确证性的实验： 用一种最大可能， 正确解答问题的系统方法， 收集有关处理实施 后动物反应的科学数据。2、探索性的实验：为产生新的假说提供素材。 这两类实验都涉及在实验人员的控制下，对动物施加一定的处理或操作，来发现处 理在实验对象上是否引起一定的反应，或者对这种反应进行定量。3、检验性实验：是观察性的实验，用于发现科研人员不能控制的变量之间的联系。 这种联系可能是暂时的，也可能是长期的。二、动物实验的选题 1 、选题原则： 科学性：科学理论、实验基础 目的性：理论意义、实践意义 创造性：创新、补充 可行性：学术、技术、实验条件2 、设定假设：目的、计划、预见三

26、、动物实验的设计实验设计的主要目的：一是保证所测变量的任何差异是由实验处理造成的，而不是其他非对照变量引起； 二是通过控制确定的变量在尽可能小的范围内，减少所测反应的变异性，这样对处 理效应的评价更准确。设计原则：对照性原则一致性原则重复性原则随机性原则客观性原则3）科研方法实验动物：品种（系） 、雌雄比、个数等 实验过程：模型建立、样本采集、处理方法 给药方式饲养管理科研经费4）动物模型的确定 为实验选择最适当的动物模型，有以下几点建议：1. 使用系统发育水平最低的动物2. 使用的动物具有想要的种属或品系专一的特点或者具有特定研究目的必需的特点3. 考虑在实验期间得到和维持动物模型所需要的花

27、费4. 充分查阅文献，与同一领域的同事讨论，与供应商或动物模型资源库联系确定动 物模型可能的来源渠道5. 在最终决定动物模型前征询实验动物专家的意见2、正式设计阶段1）研究方案2）动物样本量的确定3）对照1）研究方案 针对提出的问题、研究目标和假说，进行实验中所有操作及安排，应细心地 计划并记录在案。方案中应包括针对可控实验变量的实验操作、适合测定的 变量参数（即得到准确测定实验变量控制的效应） 、获得样品和产生实验数据 的最适方法。项目的所有实物和数据收集、测定的时间安排都应这时确定。随机化需要讨论的实际操作包括： 动物模型持续的时间 （慢性研究），模型中预期 疾病的进程（决定测定的最适时间

28、点） ，人员参加项目的时间和岗位， 实验花费。已 知和潜在的危害因子也必须明确，最小危害因子风险适当预防措施也必须在方案中 明确。所有实验操作步骤应通过 SOP羊细规定。3 ）对照由于过多的变量 （如遗传、 环境、感染因子等） 对动物实验的结果产生影响， 因此设置对照动物消除这些外来变量或可能未知的变量带来的影响。每一个 实验都应使对照组动物与实验组动物有一个直接对应的关系。对照的种类很多，包括，阳性对照、阴性对照、空白对照、媒介物对照、比 拟物对照。阳性对照 阳性对照的作用是作为一个标准，测量各实验组间差异的程度，另一个是用来证明 动物反应是可探测的，为实验方法提供质量控制。阴性对照阴性对照

29、是期望正常状态不产生变化。阴性对照的目的是保证未知变量对实验组动 物引起相反的效应不存在，即排除假阳性结果。空白对照是模拟处理组过程而实际上没有给予受试物或处理。媒介物对照在测试化合物溶于一种媒介时，这种研究要使用媒介物对照，与给测试物的方法 样，只给予媒介物。当与非处理的对照比较时，溶媒对照将确定溶剂是否会引起什 么效应。比拟物对照 属于阳性对照，用一个已知的的处理来对比待测处理。以此来确定新的药物或处理 是否有改善和提高。4）随机化动物分组时必须将动物随机分配到实验各组，以确保研究的变量在各组中不 会导致偏差数据。为达到随机化，必须在开始时将动物群体限定好。随机化的方法常用： 1 每 一只动物有一个固定的编号，进行“暗箱”抽数，并随机分配它们到不同组 中。 2 利用随机数字表或计算机随机程序。3、设计后阶段 1）实验操作步骤的确认2）人员的确认3）小规模预实验4）数据的输入和分析