實驗動物的選擇與動物實驗的設(shè)計

實驗動物的選擇和動物實驗的設(shè)計第一節(jié)實驗動物選擇基本原則一、根據(jù)課題研究的目的、內(nèi)容、水平選用相匹配的標(biāo)準(zhǔn)化動物一切動物實驗都是為科學(xué)研究服務(wù)的，選擇實驗動物首要的就是要根據(jù)研究的內(nèi)容來選擇實驗動物。蛙的大腦不發(fā)達(dá)，不可作高級神經(jīng)活動的實驗。但蛙的脊髓具有最簡單的發(fā)射中樞，做神經(jīng)反射弧實驗，簡單、直觀、明確、容易分析。二、必要的預(yù)試驗有助于選擇與本課題相適應(yīng)的實驗動物動物預(yù)試驗的作用在于：1.初步觀察動物是否適宜于本項目的研究2.熟悉動物的生物學(xué)特性及飼養(yǎng)管理3.檢查與動物實驗配套的實驗條件、方法是否初步到位三、充分利用與人具有某種相似性的實驗動物絕大多數(shù)生物學(xué)與醫(yī)學(xué)研究的最終目的是要為人類服務(wù)的。因此在實際可能的情況下盡量選擇那些生物學(xué)特征及解剖生理特點等與人類類似的實驗動物。一般來說，實驗動物愈高等，進化程度愈高、其機能、代謝、結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，反應(yīng)就愈接近人類。猴、拂拂、猩猩、長臂猿等靈長目動物是最近似于人類的理想動物。1.結(jié)構(gòu)功能的相似性2.時象或年齡狀態(tài)的相似性3.群體分布的相似性在以群體為對象的研究課題，有時要考慮到選擇與人群基因型及表現(xiàn)型分布類型相似的動物類別。主要是一些封閉群動物，如:KM小鼠，Wistar大鼠，畢格犬等。4.生態(tài)或健康狀況的相似性在正常生命過程的研究中，找到與人類生態(tài)情況相似的替代模型非常重要。現(xiàn)有的不同微生物學(xué)質(zhì)量級別的普通動物、清潔動物、SPF動物、無菌及悉生動物分別代表著不同的微生態(tài)模式并具有不同特點，適用于不同研究目的。5.疾病特點的相似性實驗動物有許多自發(fā)或誘發(fā)性疾病能局部或全部地反映與人類類似的疾病過程及特點，可用于研究相關(guān)的人類疾病。6.操作實感的相似性外科手術(shù)性的操作模型中或教學(xué)示教中，常選擇體型較大的動物。犬為首選。四、除利用與人具有的相似性以外的實驗動物選擇原則1.特殊性原則由于物種之差異，各種動物之間存在基因型、組織型、代謝型、易感性等方面的差別，這種差異有時可作為研究課題所需的一種指標(biāo)或特殊條件。2.易化原則進化程度高或結(jié)構(gòu)機能復(fù)雜的動物有時會給實驗條件的控制和實驗結(jié)果的獲得帶來難以預(yù)料的困難。應(yīng)依據(jù)易化原則選擇那些結(jié)構(gòu)功能簡單而又反映研究指標(biāo)特質(zhì)的動物。例如：在遺傳研究中，用壽命短、繁殖快的果蠅取得了豐碩的成果，而同樣方法若改用靈長目動物其難度是很難設(shè)想的。有時為了刪除系統(tǒng)作用背景對某器官或某功能進行研究，可用離體方法進行。3.相容或匹配原則所謂“相容”或“匹配”是指所用動物的標(biāo)準(zhǔn)化品質(zhì)應(yīng)與實驗設(shè)計、技術(shù)條件、實驗方法等條件相適應(yīng)。在設(shè)計實驗時不但要了解實驗儀器精度和靈敏性能。了解試劑的品質(zhì)、性能以及試劑和儀器之間的匹配性能，也要了解動物或動物模型對實驗手段的反應(yīng)能力。4.易獲性原則易獲性是理想的實驗動物條件之一。雖然貓、狗、豬及靈長動物居于較高進化水平，各有其研究價值，尤其是靈長類動物在許多方面有不可替代的優(yōu)越性。然而這些大動物則往往由于其較長生殖周期，低繁殖率、低產(chǎn)仔率等弱點而影響其易獲性，因而亦影響其被選用，故通常不作首選。5.重現(xiàn)性、均一性原則重現(xiàn)性和均一性為實驗結(jié)果質(zhì)量品質(zhì)所在。若實驗結(jié)果不能再現(xiàn)或不穩(wěn)定，則該狗心臟解剖和人類似，冠狀血管容易操作，心臟抗紊亂能力強，狗容易馴服。豬的冠狀循環(huán)和血液動力學(xué)和人類似，側(cè)枝循環(huán)比狗少，容易造成心肌缺血。兔開胸手術(shù)不需要人工呼吸，若做開胸和心臟實驗兔是首選動物。③動脈粥樣硬化癥研究早期選用鳥類（雞和鴿）和兔。但兔病變的局部解剖學(xué)與人類不同。兔是草食動物，膽固醇代謝與人不完全一致。目前常用大鼠、小型豬、狗、鴿、非人靈長類。恒河猴可以廣泛的主動脈和各個動脈的粥樣硬化。豬在高脂飼料誘導(dǎo)下形成的動脈粥樣硬化病變和分布與人很相似，又較猴便宜。消化系統(tǒng)疾病研究狗有發(fā)達(dá)的消化系統(tǒng)，而且有與人相似的消化過程，適宜作消化系統(tǒng)的慢性實驗獼猴適合做人痢疾桿菌病大鼠肝再生能力強，適合肝切除術(shù)維生素C缺乏癥選擇豚鼠胃潰瘍多選擇大小鼠給以寒冷刺激、醋酸燒灼、幽門螺旋桿菌感染等方法選用犬、貓或鴿做催吐和鎮(zhèn)吐試驗；厭食試驗一般選用大鼠，也可選用犬、貓、小鼠。呼吸系統(tǒng)疾病研究：鎮(zhèn)咳藥首選動物是豚鼠，豚鼠對化學(xué)刺激或機械刺激都很敏感。狗也是咳嗽的良好動物模型，狗的咳嗽在反復(fù)刺激時變異小，故特別適合觀察鎮(zhèn)咳作用持續(xù)時間。一般不用大小鼠，因為它們噴嚏和咳嗽動作很難區(qū)別。也不用兔。支氣管哮喘最常用的是大鼠、豚鼠、狗。豚鼠的支氣管平滑肌對致痙劑和藥物反應(yīng)敏感祛痰藥研究選用雄性小鼠、兔或貓大鼠可以用做實驗性肺纖維化、矽肺、肺水腫研究豚鼠可用做結(jié)核桿菌、白喉桿菌研究神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究鎮(zhèn)痛藥一般用大鼠或小鼠，但熱板法一般不用于雄性動物，因為雄性動物陰囊對熱敏感研究神經(jīng)傳導(dǎo)首選貓沙鼠因為Willis動脈環(huán)不完整，結(jié)扎一側(cè)總動脈，沙鼠出現(xiàn)腦梗塞。沙鼠還可以作為自發(fā)性癲癇模型家兔頸部減壓神經(jīng)、迷走神經(jīng)、交感神經(jīng)獨立行走，可以用來研究減壓神經(jīng)對心臟的作用研究嗎啡的時候注意，嗎啡對小鼠和貓表現(xiàn)為中樞興奮作用，而對犬、兔、猴、大鼠、人表現(xiàn)為中樞抑制靈長目用于行為學(xué)研究樹鼩的神經(jīng)系統(tǒng)有特色，對它進行腦外科手術(shù)，無須麻醉樹鼩也可以忍受切割皮膚、肌肉等引起的疼痛。僅表現(xiàn)為流口水，不掙扎抗焦慮藥研究一般選用成年健康小鼠、大鼠、兔等。長期實驗應(yīng)選用耐受性強的雄性動物為好。抗抑郁藥可選用小鼠、大鼠，其次為狗、豬。內(nèi)分泌系統(tǒng)藥理學(xué)研究腎上腺皮質(zhì)激素類藥物試驗：可選用大鼠或小鼠，雌雄均可；H1受體激動藥物或阻斷藥物試驗：首選是豚鼠，其次是大鼠，雌雄各半；有關(guān)代謝試驗：宜選用雄性動物，便于收集尿樣。計劃生育藥物研究注意動物生殖生理特點繁殖周期：狗春秋二季季節(jié)性單發(fā)情；貓春秋二季季節(jié)性多次發(fā)情；大小鼠、豚鼠、家兔常年多次發(fā)情；獼猴有月經(jīng)周期排卵方式：兔、貓、駱駝?wù)T導(dǎo)排卵；其他自發(fā)排卵發(fā)情周期：發(fā)情前期、發(fā)情期、發(fā)情后期、發(fā)情間期①終止中期妊娠藥物或子宮收縮藥物研究學(xué)用雌性大鼠、豚鼠、家兔、貓，并根據(jù)實驗要求造勢適當(dāng)性周期和妊娠狀態(tài)的動物；②女性避孕藥物研究常用雌性大鼠、地鼠、家兔及猴，要盡量選用近交系動物；③男性避孕藥物研究常用雄性近交系大鼠或猴。急性毒性試驗指動物一次或24小時內(nèi)多次給予大劑量藥物后，觀察中毒表現(xiàn)、時間過程、涉及的組織和靶器官、中毒死亡原因和藥物劑量等內(nèi)容。長期毒性試驗反復(fù)多次給藥于動物，觀察動物用藥后的亞急性、慢性或終生毒性反應(yīng)，一般連續(xù)給藥14天以上，通常在3個月以內(nèi)，特殊情況可在3個月以上。特殊毒性實驗包括：致突變實驗、致癌實驗、生殖毒性實驗致癌實驗一般選擇小鼠或大鼠。長期致癌試驗對實驗動物要求很高，必須提供動物飼養(yǎng)場5年內(nèi)該品系大、小鼠的癌癥自發(fā)率數(shù)據(jù)。對環(huán)境要求也很高，動物應(yīng)飼養(yǎng)在SPF環(huán)境中，要排除一切其它致癌因素?；蚯贸∈螅缫职┗騊53和lats基因敲除小鼠，對致癌物質(zhì)更為敏感，作為長期致癌試驗的實驗動物將有更大的應(yīng)用前景。其他安全性評價1、全身過敏反應(yīng)：豚鼠皮膚局部過敏反應(yīng)：白色豚鼠2、熱原質(zhì)檢查：家兔3、異常毒性實驗：小鼠4、降壓物質(zhì)檢查：貓5、藥物依賴性試驗：大、小鼠、猴6、栓劑藥物毒性試驗：兔、大鼠7、眼科刺激試驗：兔8、滴鼻劑或吸入劑藥物毒性試驗：大鼠、豚鼠、家兔三、細(xì)菌學(xué)研究人類在生物學(xué)上與動物有不同程度的親緣關(guān)系，對多種傳染病，人類和動物存在一定的共性，又有不同程度的感受性；同時人類傳染病不僅在人與人之間傳播，而且可以在人與動物、動物與動物之間傳播。因此，實驗動物廣泛適用于細(xì)菌學(xué)研究，為人類作出貢獻。四、病毒學(xué)研究實驗動物在病毒學(xué)研究中，主要用作分離病毒、研究發(fā)病機制、抗病毒藥物篩選、疫苗效果及完全性鑒定、制備診斷用品等。五、寄生蟲學(xué)研究重度聯(lián)合免疫缺陷小鼠的應(yīng)用重度聯(lián)合免疫缺陷（severecombinedimmunodeficiencydisease，SCID）小鼠是一種因scid基因突變從而導(dǎo)致其胸腺、淋巴組織發(fā)育不全以及免疫球蛋白缺乏的小鼠。SCID小鼠適宜進行寄生蟲學(xué)研究，用于闡明寄生蟲與宿主的相互關(guān)系，對于探索寄生蟲病的發(fā)病與傳播機制、研制新型疫苗及化療藥物和療法具有重要意義。用SCID小鼠已建立瘧疾、利什曼病、血吸蟲病、絲蟲病、隱孢子蟲病、阿米巴病、賈第蟲病、弓形蟲病、泰勒犁形蟲病、盤尾絲蟲病和卡氏肺孢子蟲病模型，用于這些疾病研究。六、營養(yǎng)學(xué)研究1.食譜需要中種的變化2.營養(yǎng)的增效與拮抗作用3.饑餓和營養(yǎng)不良的動物模型4.動物在碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪及其相關(guān)代謝中的應(yīng)用5.維生素及礦物質(zhì)與之相關(guān)疾病的研究6.無菌動物在營養(yǎng)代謝研究中的應(yīng)用糖尿病是一種與遺傳、自身免疫及環(huán)境因素有關(guān)的復(fù)合病因引起以慢性高血糖為特征的代謝紊亂疾病。建立糖尿病動物模型的方法：手術(shù)切除胰腺：高糖飲食，常用犬、貓、大鼠化學(xué)藥物誘導(dǎo)：鏈脲佐菌素腹腔注射或四氧嘧啶靜脈注射，小鼠、大鼠、家兔、犬自發(fā)性糖尿?。築B（Biobreeding）大鼠、NOD（non-obesitydiabetes）小鼠、LETL大鼠轉(zhuǎn)基因技術(shù)：MKR小鼠、MODY2小鼠、GK/IRS-1雙基因剔除小鼠、IRS-2-/-小鼠七、免疫學(xué)研究裸小鼠、裸大鼠、裸豚鼠和遺傳性無脾癥小鼠，T淋巴細(xì)胞缺陷動物疾病模型動物，用于T、B、NK細(xì)胞功能研究、組織和異種腫瘤移植研究、腫瘤免疫治療研究及BALB/c裸小鼠用于單克隆抗體生產(chǎn)研究等，是DiGreorge綜合癥、無胸腺綜合證疾病模型。八、神經(jīng)與精神病學(xué)研究1.行為學(xué)研究：嚙齒類、貓、狗，靈長類在中的應(yīng)用。2.神經(jīng)機能病：精神病、躁狂-抑郁癥、精神分裂癥、精神遲鈍、酒精中毒、帕金森癥、癲癇等的動物模型3.腦血管疾?。壕衷钚阅X缺血模型、全腦缺血模型、腦出血模型、蛛網(wǎng)膜下腔出血模型九、創(chuàng)傷學(xué)研究1.燒傷豬、犬、家兔、大鼠、小鼠、豚鼠等。其中豬由于與人的皮膚相似，是最為理想的動物。需要建立一系列的動物模型來進行實驗。2.沖擊傷犬、兔、豚鼠或大小鼠。大動物為宜。3.高速投射物致傷犬、豬4.撞擊傷兔、犬和豬十、放射學(xué)實驗研究常選用大小鼠、沙鼠、犬、豬、猴等，不使用兔。因為兔對放射線非常敏感，照射后常發(fā)生休克樣死亡。小鼠常用品系有C57BL/6、LACA、C3H、RF、SJL十一、休克試驗研究1.失血性休克：大多用狗或山羊做為模型動物，也有用貓和猴的。兔、嚙齒類效果較差。2.感染性休克：狗作感染性休克模型，優(yōu)點很多。貓和嚙齒類常有較大的耐受性。兔極不穩(wěn)定。3.創(chuàng)傷性休克：需要使用較多數(shù)量的動物，以滿足統(tǒng)計需要。所以選擇嚙齒類等中小型動物比較適宜。一般常用大鼠、兔，狗等大動物只偶爾使用。十二、老年病研究老年病模型老年性白內(nèi)障：犬、家免、大鼠、小鼠和猴老年性耳聾：猴、犬、灰鼠、大鼠、小鼠牙齦炎與牙周炎：犬、大鼠、小鼠、猴骨質(zhì)疏松：犬、貓、大鼠、小鼠肺氣腫：家免、大鼠、小鼠、猴、豚鼠、犬動脈粥樣硬化：家免、大鼠、小鼠、豬、犬、雞、火雞、鴿子、猴肥胖癥：Zucker肥胖大鼠、蒙古沙鼠第三節(jié)影響動物實驗結(jié)果的因素一、動物本身對實驗結(jié)果的影響種屬和品系年齡和體重性別健康和生理狀態(tài)動物病原體感染二、動物飼養(yǎng)環(huán)境和營養(yǎng)因素對實驗結(jié)果的影響環(huán)境溫度、濕度環(huán)境的空氣流速、清潔度環(huán)境的光照、噪聲飼養(yǎng)密度動物飼料及營養(yǎng)三、實驗技術(shù)因素對實驗結(jié)果的影響不同動物或不同方法制備模型實驗季節(jié)和晝夜的影響麻醉藥、麻醉濃度和麻醉方法的影響手術(shù)技巧和方法的影響實驗藥物的影響實驗對照的影響第四節(jié)動物實驗的設(shè)計一般來說，動物實驗的設(shè)計包括：研究的目的和/或者需要驗證的假說選擇特定動物模型的原因動物品種、品系、來源和類型每個獨立實驗步驟的詳細(xì)描述，包括研究設(shè)計和使用動物數(shù)量數(shù)據(jù)分析及所用的統(tǒng)計學(xué)方法。一、動物實驗的分類1、確證性的實驗：用一種最大可能，正確解答問題的系統(tǒng)方法，收集有關(guān)處理實施后動物反應(yīng)的科學(xué)數(shù)據(jù)。2、探索性的實驗：為產(chǎn)生新的假說提供素材。這兩類實驗都涉及在實驗人員的控制下，對動物施加一定的處理或操作，來發(fā)現(xiàn)處理在實驗對象上是否引起一定的反應(yīng)，或者對這種反應(yīng)進行定量。3、檢驗性實驗：是觀察性的實驗，用于發(fā)現(xiàn)科研人員不能控制的變量之間的聯(lián)系。這種聯(lián)系可能是暫時的，也可能是長期的。二、動物實驗的選題1、選題原則：①科學(xué)性：科學(xué)理論、實驗基礎(chǔ)②目的性：理論意義、實踐意義③創(chuàng)造性：創(chuàng)新、補充④可行性：學(xué)術(shù)、技術(shù)、實驗條件2、設(shè)定假設(shè)：目的、計劃、預(yù)見三、動物實驗的設(shè)計實驗設(shè)計的主要目的：一是保證所測變量的任何差異是由實驗處理造成的，而不是其他非對照變量引起；二是通過控制確定的變量在盡可能小的范圍內(nèi)，減少所測反應(yīng)的變異性，這樣對處理效應(yīng)的評價更準(zhǔn)確。設(shè)計原則：對照性原則一致性原則重復(fù)性原則隨機性原則客觀性原則3）科研方法實驗動物：品種（系）、雌雄比、個數(shù)等實驗過程：模型建立、樣本采集、處理方法給藥方式飼養(yǎng)管理科研經(jīng)費4）動物模型的確定為實驗選擇最適當(dāng)?shù)膭游锬Ｐ?，有以下幾點建議：1.使用系統(tǒng)發(fā)育水平最低的動物2.使用的動物具有想要的種屬或品系專一的特點或者具有特定研究目的必需的特點3.考慮在實驗期間得到和維持動物模型所需要的花費4.充分查閱文獻，與同一領(lǐng)域的同事討論，與供應(yīng)商或動物模型資源庫聯(lián)系確定動物模型可能的來源渠道5.在最終決定動物模型前征詢實驗動物專家的意見2、正式設(shè)計階段1）研究方案2）動物樣本量的確定3）對照1）研究方案針對提出的問題、研究目標(biāo)和假說，進行實驗中所有操作及安排，應(yīng)細(xì)心地計劃并記錄在案。方案中應(yīng)包括針對可控實驗變量的實驗操作、適合測定的變量參數(shù)（即得到準(zhǔn)確測定實驗變量控制的效應(yīng)）、獲得樣品和產(chǎn)生實驗數(shù)據(jù)的最適方法。項目的所有實物和數(shù)據(jù)收集、測定的時間安排都應(yīng)這時確定。隨機化需要討論的實際操作包括：動物模型持續(xù)的時間（慢性研究），模型中預(yù)期