動物模型的設(shè)計原則和注意事項

1、.動物模型的設(shè)計原則和注意事項一、設(shè)計原則生物醫(yī)學(xué)科研專業(yè)設(shè)計中常要考慮如何建立動物模型的問題，因為很多闡明疾病及療效機制的實驗不可能或不應(yīng)該在病人身上進行。常要依賴于復(fù)制動物模型，但一定要進行周密設(shè)計，設(shè)計時要遵循下列一些原則。（一）相似性在動物身上復(fù)制人類疾病模型。目的在于從中找出可以推廣（外推）應(yīng)用于病人的有關(guān)規(guī)律。外推法（Extrapolation）要冒風(fēng)險，因為動物與人到底不是一種生物。例如在動物身上無效的藥物不等于臨床無效，反之也然。因此，設(shè)計動物疾病模型的一個重要原則是，所復(fù)制的模型應(yīng)盡可能近似于人類疾病的情況。能夠找到與人類疾病相同的動物自發(fā)性疾病當然最好。例如日本人找到的大白

2、鼠原發(fā)性高血壓就是研究人類原發(fā)性高血壓的理想模型，老母豬自發(fā)性冠狀動脈粥樣硬化是研究人類冠心病的理想模型；自發(fā)性狗類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎與人類幼年型類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎十分相似，也是一種理想模型，等等。與人類完全相同的動物自發(fā)性疾病模型畢竟不可多得，往往需要人工加以復(fù)制。為了盡量做到與人類疾病相似，首先要注意動物的選擇。例如，小雞最適宜做高脂血癥的模型，因它它的血漿甘油三酯、膽固醇以及游離脂肪酸水平與人十分相似，低密度和極低密度脂蛋白的脂質(zhì)構(gòu)成也與人相似。其次，為了盡可能做到模型與人類相似，還要在實踐中對方法不斷加以改進。例如結(jié)扎兔闌尾血管，固然可能使闌尾壞死穿孔并導(dǎo)致腹膜炎，但這與人類急性梗阻性闌尾炎合并

3、穿孔和腹膜不一樣，如果給兔結(jié)扎闌尾基部而保留原來的血液供應(yīng)，由此而引起的闌尾穿孔及腹膜炎就與人的情況相似，因而是一種比較理想的方法。如果動物型與臨床情況不相似，在動物身上有效的治療方案就不一定能用于臨床，反之也然。例如，動物內(nèi)毒性性休克（Endotoxin Shock，單純給動物靜脈輸入細菌及其毒素所致的休克）與臨床感染性（膿毒性）休克（Septic Shock）就不完全一樣，因此對動物內(nèi)毒素性休克有效的療法長期以來不能被臨床醫(yī)生所采用。現(xiàn)在有人改向結(jié)扎膽囊動脈和膽管的動物膽囊中注入細菌，復(fù)制人類感染性休克的模型，認為這樣動物既有感染又有內(nèi)毒素中毒，就與臨床感染性休克相似。為了判定所復(fù)制的模型

4、是否與人相似，需要進行一系列的檢查。例如有人檢查了動物壓、脈率、靜脈壓、呼吸頻率、動脈血pH、動脈氧分壓和二氧化碳分壓、靜脈血乳酸鹽濃度以及血容量等指標，發(fā)現(xiàn)一次定量放血法造成的休克模型與臨床出血性休克十分相似，因此認為些法復(fù)制的模型是一種較理想的模型。同理，按中醫(yī)理論用大黃喂小鼠使其出現(xiàn)類似人的“脾虛癥”，如果又按中醫(yī)理論用四君子湯把它治好，那么就有理由把它看成人類“脾虛癥”的動物模型。（二）重復(fù)性理想的動物模型應(yīng)該是可重復(fù)的，甚至是可以標準化的。例如用一次定量放血法可百分之百造成出血性休克，百分之百死亡，這就符合可重復(fù)性和達到了標準化要求。又如用狗做心肌梗死模型照理很合適，因為它的冠狀動脈

5、循環(huán)與人相似，而且在實驗動物中它最適宜做暴露心臟的剖胸手術(shù)，但狗結(jié)扎冠狀動脈的后果差異太大，不同狗同一動脈同一部位的結(jié)扎，其后果很不一致，無法預(yù)測，無法標準化。相反，大小白鼠、地鼠和豚鼠結(jié)扎冠脈的后果就比較穩(wěn)定一致，可以預(yù)測，因而可以標準化。為了增強動物模型復(fù)制時的重復(fù)性，必須在動物品種、品系、年齡、性別、體重、健康情況、飼養(yǎng)管理；實驗及環(huán)境條件，季節(jié)、晝夜節(jié)律、應(yīng)激、室溫、濕度、氣壓、消毒滅菌；實驗方法步驟；藥品生產(chǎn)廠家、批號、純度規(guī)格、給藥劑型、劑量、途徑、方法；麻醉、鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛等用藥情況；儀器型號、靈敏度、精確度；實驗者操作技術(shù)熟練程度等等方面保持一致，因為一致性是重現(xiàn)性的可靠保證。（三

6、）可靠性復(fù)制的動物模型來應(yīng)該力求可靠地反映人類疾病，即可特異地、可靠地反映某種疾病或某種機能、代謝、結(jié)構(gòu)變化，應(yīng)具備該種疾病的主要癥狀和體征，經(jīng)化驗或X光照片、心電圖、病理切片等證實。若易自發(fā)地出現(xiàn)某些相應(yīng)病變的動物，就不應(yīng)加以選用，易產(chǎn)生與復(fù)制疾病相混淆的疾病者也不宜選用。例如鉛中毒可用大白鼠做模型，但有缺點，因為它本身容易患動物地方性肺炎及進行性腎病，后者容易鉛中毒所致的腎病相混淆，不易確定該腎病是鉛中毒所致還是它本身的疾病所致。用蒙古沙土鼠就比較容易確定，因為一般只有鉛中毒才會使它出現(xiàn)相應(yīng)的腎病變。（四）適用性和可控性供醫(yī)學(xué)實驗研究用的動物模型，在復(fù)制時，應(yīng)盡量考慮到今后臨床應(yīng)用和便于控

7、制其疾病的發(fā)展，以利于研究的開展。如雌激素能終止大鼠和小鼠的早期妊娠，但不能終止人的妊娠。因此，選用雌激素復(fù)制大鼠和小鼠終止早期妊娠的模型是不適用的，因為在大鼠和小鼠篩選帶有雌激素活性的藥物時，常常會發(fā)現(xiàn)這些藥物能終止妊娠，似乎可能是有效的避孕藥，但一旦用于人則并不成功。所以，如果知道一個化合物具有雌激素活，用這個化合物在大鼠或小鼠觀察終止妊娠的作用是沒有意義的。又如選用大小鼠作作實驗性腹膜炎就不適用，因為它們對革蘭氏陰性細菌具有較高的抵抗力，很不容易造成腹膜炎。有的動物對某致病因子特別敏感，極易死亡，也不適用。如狗腹腔注射糞便濾液引起腹膜炎很快死亡（80%24小時內(nèi)死亡），來不及做實驗治療觀

8、察，而且糞便劑量及細菌菌株不好控制，因此不能準確重復(fù)實驗結(jié)果。（五）易行性和經(jīng)濟性在復(fù)制動物模型時，所采用的方法應(yīng)盡量做到容易執(zhí)行和合乎經(jīng)濟原則。靈長類動物與人最近似，復(fù)制的疾病模型相似性好，但稀少昂貴，即使獼猴也不可多得，更不用說猩猩、長臂猿。幸好很多小動物如大小鼠、地鼠、豚鼠等也可以復(fù)制出十分近似的人類疾病模型。它們?nèi)菀鬃鞯竭z傳背景明確，體內(nèi)微生物可加控制、模型性顯著且穩(wěn)定，年齡、性別、體重等可任意選擇，而且價謙易得、便于飼養(yǎng)管理，因此可盡量采用。除非不得已或一些特殊疾病（如痢疾、脊髓灰白質(zhì)炎等）研究需要外，盡量不用靈長類動物。除了在動物選擇上要考慮易行性和經(jīng)濟性原則外，而且在模型復(fù)制的方

9、法上、指標的觀察上也都要注意這一原則。 二、注意事項研究者的設(shè)計動物模型時除了要了解掌握上述一些原則外，還要注意下列一些問題： （一）注意模型要盡可能再現(xiàn)所要求的人類疾病復(fù)制模型時必須強調(diào)從研究目的出發(fā)，熟悉誘發(fā)條件、宿主特征、疾病表現(xiàn)和發(fā)病機理，即充分了解所需動物模型的全部信息，分析是否能得到預(yù)期的結(jié)果。例如誘發(fā)動脈粥樣硬化時，草食類動物兔需要的膽固醇劑量比人高得多，而且病變部位并不出現(xiàn)在主動脈弓。病理表現(xiàn)為纖維組織和平滑肌增生為主，可有大量泡沫樣細胞形成斑塊，這與人類的情況差距較大。因此要求研究者懂得，各種動物所需的誘發(fā)劑量、宿主年齡、性別和遺傳性狀等對實驗的影響，以及動物疾病在組織學(xué)、生

10、化學(xué)、病理學(xué)等方面與人類疾病之間的差異。要避免選用與人類對應(yīng)器官相似性很小的動物疾病作為模型材料。為了增加所復(fù)制動物疾病模型與人類疾病的相似性，應(yīng)盡量選用各種敏感動物與人類疾病相應(yīng)的動物模型，可參考表9-1。表91各種敏感動物與人類相似的疾病模型動物模型動物種類相應(yīng)人類的疾病阿留申（Aleutian）病水貂類多發(fā)性骨髓瘤淀粉樣變性北京鴨淀粉樣變性動脈粥樣硬化松鼠、猴、鴿、狒狒黑猩猩 Aoudad動脈粥樣硬化房中隔缺陷黑猩猩房間隔缺損自家免疫性疾病新西蘭黑色小鼠散播性紅斑狼瘡Sjogren氏綜合征Waldenstrom氏巨球蛋白癥脫發(fā)癥/雄鼠模型獼猴肢末脫發(fā)癥/男性心血管疾病土拔鼠心血管疾病白內(nèi)

11、障海豹、海獅子、沙鼠白內(nèi)障小腦發(fā)育不全雪貂小腦發(fā)育不全腦血管疾病土拔鼠腦血管疾病Chastek氏麻痹癥（一種維生素B1缺乏癥）水貂維生素B1缺乏病染色體畸變蛙染色體畸變先天性紅細胞血卟啉癥狐、松鼠先天性紅細胞血卟啉癥多尿癥黑色類人猿多尿癥糖尿病中國地鼠、沙鼠糖尿病二糖（乳糖）利用差海獅子二糖利用差眼病非洲綠猴、狒、狒、海貂、海獅動脈瘤分葉動脈瘤火雞暴死Diving反應(yīng)海貂、海獅Ehlers-Danlos氏征候群Ehlers-Danlos氏癥候群（原始膠原缺乏）水貂橢園紅細胞病橢園紅細胞病紅褐色美洲駝腦病、類羊搔癢病水貂Kurn Crentzfeidt-Jakob自發(fā)性高血壓黑猩猩綜合征家族性貧

12、血Basenje遺傳性球形紅細胞癥有規(guī)律地形成兄弟雙胞胎狨猴雙胞胎真菌感染蝙蝠真菌感染胃腸道寄生蟲和治療白鰱、猴、Leaf寄生蟲病悉生動物研究兔、豬、大鼠、炎雞雞、羔羊、貓、狗、猴疾病的發(fā)病機理Grand-mal癲癇發(fā)作Gerbil癲癇內(nèi)芽腫病Boxer潰瘍性結(jié)腸炎結(jié)腸炎狗腸炎中暑Coypu中暑肝炎黑猩猩病毒性肝炎病毒性肝炎火雞、北京鴨病毒性肝炎肝癌虹鱒、真鱒肝癌遺傳性耳聾水貂耳聾遺傳性腦白質(zhì)營養(yǎng)不良水貂家族異染性的腦白質(zhì)營養(yǎng)不良遺傳性腦白質(zhì)黑變病水貂Chediak-Higashi綜合征遺傳性肌萎縮北京鴨、火雞肌萎縮遺傳性球形紅細胞癥鹿、小鼠球形紅細胞癥兩性畸形水貂兩性畸形皰疹火雞皰疹感染皰疹

13、誘發(fā)性淋巴瘤火雞淋巴瘤腦積水水貂腦積水多骨質(zhì)骨肥厚烏龜，長尾小鸚鵡多骨性骨肥厚非溶血性高膽紅素血癥Gunn大鼠Crgler-Najjar綜合征炎癥悉生動物炎癥流行性感冒雪貂流感實驗性家族遺傳性中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性病黑猩猩家族遺傳性中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性病脂肪血癥蒙古沙土鼠脂肪血癥巨噬細胞“泡沫狀”脂沉積癥烏龜、長尾小鸚鵡脂肪貯藏性疾病李司忒氏菌病Lemming李司忒氏菌病淋巴瘤沙土鼠淋巴瘤淋巴肉瘤蟾蜍、蠑螈、Boxer狗Hodgkin氏病吸收障礙綜合征（灰色便）水貂吸收障礙瘧疾北京金絲雀瘧疾母親和胎兒血循環(huán)矮山羊母親和胎兒血循環(huán)接觸傳染性軟疣黑猩猩接觸傳染性軟疣增生物鑒別犰狳（九條紋）、真鱒雜核單卵性變

14、胎肌營養(yǎng)不良火雞、小鴨肌營養(yǎng)不良腫瘤病土拔鼠、小鼠、Mulei-mammate腫瘤骨軟化鼯鼠骨軟化寄生蟲感染蝙蝠寄生蟲感染色素沉著肝病吼猴肝細胞黑色素沉著漿細胞增多癥水貂漿細胞增多癥脊髓灰質(zhì)炎Lemming脊髓灰質(zhì)炎多尿癥中國地鼠糖尿病肺腺瘤灰鼠肺腺瘤狂犬病吸血蝙蝠（鼠蝠）、蝙蝠狂犬病腎臟腺肉瘤蛙腎臟腺肉瘤生殖生物學(xué)狒狒、蛙、蟾蜍、蝙蝠生殖類風(fēng)濕病因素吼猴類風(fēng)濕病因素肉瘤花金屬SPP肉瘤性染色體異常水貂、狨猴性染色體異常體內(nèi)紅細胞鐮狀細胞素變質(zhì)白尾鹿鐮狀細胞貧血軀體分離（抗體形成）鳥、魚、Pesomyscus、SPP軀體分隔（抗體形成）弓形體病地松鼠、鼠猴、貓弓形體病兔熱病Lemming兔熱病

15、潰瘍性結(jié)腸炎黑猩猩潰瘍性結(jié)腸炎尿失禁水貂尿結(jié)石病毒性誘發(fā)網(wǎng)狀組織疾病美國阿留申群島水貂新西蘭小鼠網(wǎng)狀組織病 （二）注意所選用動物的實用價值模型應(yīng)適用于多數(shù)研究者使用，容易復(fù)制，實驗中便于操作和采集各種標本。同時應(yīng)該首選一般飼養(yǎng)員較熟悉而便于飼養(yǎng)的動物作研究對象，這樣，就無需特殊的飼養(yǎng)設(shè)施和轉(zhuǎn)運條件，經(jīng)濟上和技術(shù)上容易得到保證。此外，動物來源必須充足，選用多胎分娩的動物對擴大樣本和重復(fù)實驗是有益的。尤其對慢性疾病模型來說，動物須有一定的生存期，便于長期觀察使用，以免模型完成時動物已頻于死亡或斃于并發(fā)癥。野生動物在自然環(huán)境中觀察有助于正確評價自然發(fā)病率和死亡率。但記錄困難，在實驗條件下維持有一定難

16、度，且對人和家畜有直接和間接的威脅，使用時要特別加以注意。因此，復(fù)制模型時必須注意動物種群的選擇，要了解各類動物種群的特點和對復(fù)制動物的影響。用于生物醫(yī)學(xué)研究的動物種群，可按其遺傳成分和其環(huán)境被研究人員控制的程度，分為三種基本類型：實驗室類型，它們可提供最大程度的遺傳和環(huán)境操作；家養(yǎng)類型，不論是鄉(xiāng)村或城市飼養(yǎng)的，人類對其干擾的程度不同，且動物環(huán)境與人類環(huán)境可為能極為接近；自然生態(tài)類型。幾乎沒有人為的干擾?？赡苣撤N動物（嚙齒目、食肉目、兔形目）可按所有三類類型進行研究，這就增加了對環(huán)境和遺傳因素作比較研究的可能性。在選用三類動物種群復(fù)制動物模型時，必須了解它們各自的優(yōu)點和缺點，可參考表9-2。表

17、92不同類型的動物種群的優(yōu)點和缺點優(yōu)點缺點（一）實驗室種群1連續(xù)飼養(yǎng)和記錄1生活于人工環(huán)境2觀察迅速2標準日糧3個體眾多3宿主體型大小和疾病的急性本質(zhì)不太適用于臨床或研究4生命周期短4一般涉及人工誘發(fā)的疾病5標化的環(huán)境和/或遺傳組成：近交、小鼠、大鼠、豚鼠、雞6在癌癥研究領(lǐng)域中可用于傳播性和移植性腫瘤7有基本的生化、生理、病理資料（二）家養(yǎng)動物種群1生活于與人類相似或相同的環(huán)境1.飼養(yǎng)：空間、價格、管理、安全2發(fā)病率?？杀容^2.實驗對象損失：屠宰3可研究自然途徑感染的自發(fā)性疾病3.疾病記錄和報導(dǎo)極有限4短時間內(nèi)經(jīng)歷疾病的全過程4.可用的免疫學(xué)資料有限5很適于臨床研究6有無限制的生前和死后標本7

18、可能進行傳播研究8在種群中疾病頻率既有升高也有降低（三）野生動物種群1容許估計自然條件下疾病的頻率1疾病記錄和報告極有限2揭示自然條件下的正常周期（非偶然的）2關(guān)于模型動物的基本資料有限3允許測定自然條件下的因素：3難以在實驗條件下飼養(yǎng)（1）預(yù)后（2）監(jiān)測4帶有對家畜和人有潛在危險性的人畜互傳疫病原（三）注意環(huán)境因素對模型動物的影響復(fù)制模型的成敗往往與環(huán)境的改變有密切關(guān)系。擁擠、飲食改變、過度光照、噪音、屏障系統(tǒng)的破壞等，任何一項被忽視都可能給模型動物帶來嚴重影響。除此以外，復(fù)制過程中固定、出血、麻醉、手術(shù)、藥物和并發(fā)癥等處理不當，同樣會產(chǎn)生難以估量的惡果。因此，要求盡可能使模型動物處于最小的變動和最少的干擾之中。(四)不能盲目地使用近交系動物,不然會導(dǎo)致不能控制的因素進入實驗例如自發(fā)性糖尿病大鼠(BB、Wistar)除具有糖尿病臨床特征外，還發(fā)現(xiàn)多種病理變化（外周神經(jīng)系統(tǒng)嚴重病變、睪丸萎縮、甲狀腺炎、胃潰瘍、惡性淋巴瘤等）。因此要有目的地選擇。半個世紀以來，近交系的開發(fā)不斷提供著新的動物模型材料，大、小鼠疾病作為模型在醫(yī)學(xué)使用量已高達7090%。利用近交系作動物模型時還必須認識到：1.動物形成亞系后不應(yīng)該再視為同一品系。要充分了解新品系的特征和背景材料。2.即使作為已形成模型的品系，由于不適當?shù)挠N方法