人类疾病动物模型

人类疾病的动物模型及应用南方医科大学实验动物中心王玉珏一、人类疾病动物模型概念animalmodelofhumandiseases指医学科学研究中所建立的具有人类疾病模拟性表现的动物实验对象和材料。人类疾病动物模型是现代生物医学研究中极为重要的实验方法和手段。通过各种动物的生物特征和疾病特点与人类疾病进行比较研究，有助于更方便、更有效地认识人类疾病的发生、发展规律和研究防治措施。二、动物模型的现实意义1.动物作为人类的替难者2.临床上少见的疾病可随时进行复制3.缩短研究周期,加速研究成果的出现,减少患者的痛苦4.可以严格控制实验条件，实验结果可比性强5.可根据需要随时采集样品6.有助于全面认识疾病的本质二、动物模型的现实意义1.动物作为人类的替难者三氯乙烯职业危害动物模型主要用于实验生理学、实验病理学和实验治疗学（包括新药筛选）研究。二、动物模型的现实意义2.临床上少见的疾病可随时进行复制白化病白血病遗传病传染病代谢性疾病内分泌疾病血液性疾病二、动物模型的现实意义3.缩短研究周期,加速研究成果的出现,减少患者的痛苦临床上发病率低、潜伏期长和病程长的疾病4.可以严格控制实验条件，实验结果可比性强5.可根据需要随时采集样品6.有助于全面认识疾病的本质疾病的复杂性，病人的多样性三、动物模型的设计原则(一）相似性（二）重复性（三）可靠性（四）适用性和可控性（五）易行性和经济性三、动物模型的设计原则（一）相似性复制人类疾病模型目的在于从中找出可以外推,得到可以应用于病人的有关规律。所以，复制的模型应尽可能近似于人类疾病的情况。尽量寻找与人类疾病相同的动物自发性疾病。自发性疾病动物模型种类有限，因此疾病动物模型需要加以复制。必需选择合适的动物。（二）重复性理想的动物模型应该是规范化的，能够准确重复再现。为了增强动物模型复制时的重复性，必须在动物品种、品系、年龄、性别、体重、健康情况；实验方法步骤；药品生产厂家、批号、纯度规格、给药剂型、剂量、途径、方法；麻醉、镇静、镇痛等用药情况；仪器型号、灵敏度、精确度；实验者操作技术熟练程度等等方面保持一致，因为一致性是重现性的可靠保证。三、动物模型的设计原则（三）可靠性复制的动物模型要求可靠地反映人类疾病，即可特异地、可靠地反映某种疾病或某种机能、代谢、结构变化，具备该种疾病的主要症状和体征，经一系列方法得到证实。（四）适用性和可控性复制时应尽量考虑到今后临床应用和便于控制其疾病的发展，以利于研究的开展。三、动物模型的设计原则（五）易行性和经济性灵长类动物与人在许多方面最相似，疾病动物模型效果好，但其来源较困难，且价格昂贵。小鼠、大鼠等遗传背景明确，微生物等级可控，模型性状显著且稳定，年龄、性别、体重容易保持一致，价格低来源数量有保证，便于饲养管理等优点，故应尽量选用。四、动物模型的设计的注意事项(一)注意模型要尽可能再现所要求的人类疾病（二）注意所选用动物的实用价值（三）注意环境因素对模型动物的影响(四)不能盲目地使用近交系动物,不然会导致不能控制的因素进入实验（五）动物进化程度高并不意味着所有器官和功能接近于人的程度（六）正确地评估动物疾病模型四、动物模型的设计的注意事项(一)注意模型要尽可能再现所要求的人类疾病从研究目的出发,充分了解所需动物模型的全部信息:诱发条件、宿主特征、疾病表现和发病机制，由此分析是否得到预期的结果。诱发动脉粥样硬化时，草食类动物兔需要的胆固醇剂量比人高得多，而且病变部位不出现在主动脉弓。病理表现为纤维组织和平滑肌增生为主，可有大量泡沫样细胞形成斑块，这与人类的情况差距较大。要避免选用与人类对应器官相似性很小的动物疾病作为模型材料。为了增加所复制动物疾病模型与人类疾病的相似性，应尽量选用各种敏感动物与人类疾病相应的动物模型。四、动物模型的设计的注意事项（二）注意所选用动物的实用价值模型应适用于使用，容易复制，实验中便于操作和采集各种标本。同时首选较熟悉而便于饲养的动物作研究对象，这样无需特殊的饲养设施和转运条件，经济上和技术上容易得到保证。动物来源必须充足，选用多胎分娩的动物对扩大样本和重复实验是有益的。尤其对慢性疾病模型来说，动物须有一定的生存期，便于长期观察使用，以免模型完成时动物已频于死亡或毙于并发症。复制模型时必须注意动物种群的选择，要了解各类动物种群的特点和对复制动物的影响。四、动物模型的设计的注意事项（三）注意环境因素对模型动物的影响复制模型的成败往往与环境的改变有密切关系。拥挤、饮食改变、过度光照、噪音、屏障系统的破坏等，任何一项被忽视都可能给模型动物带来严重影响。除此以外，复制过程中固定、出血、麻醉、手术、药物和并发症等处理不当，同样会产生难以估量的恶果。因此，要求尽可能使模型动物处于最小的变动和最少的干扰之中。氨气增多，引起呼吸道疾病、鼻炎、中耳炎等。动物机体生理现象周期发生改变产仔率↓，泌乳量↓，或听源性痉挛国外常用两种近交系的杂交一代（F1）作为模型。优点：个体间均一性好，实验的耐受性强，弥补了近交系的不足；缺点：不一定保持原近交系所有的特性。除近交系、杂交一代外，封闭群动物（远交系）的遗传特性及反应性也相对稳定,其生活力强,繁殖率高、抗病力强、可以大量生产，但个体间的重复性和一致性没有近交系和F1代动物好。四、动物模型的设计的注意事项(四)不能盲目地使用近交系动物,不然会导致不能控制的因素进入实验近交系特点:遗传物质纯合度高，稳定。四、动物模型的设计的注意事项（五）动物进化程度高并不意味着所有器官和功能接近于人的程度复制动物模型时，在条件允许的情况下，应尽量考虑选用与人相似、进化程度高的动物作模型。但不能因此就认为进化程度越高等的动物其所有器官和功能越接近于人。例如，非人灵长类诱发动脉粥样硬化时，病变部位经常在小动脉、即使出现在大动脉也与人类分布不同。而有报道用鸽作这类模型时，胸主动脉出现的黄斑面积可达10%，镜下变化与人也比较相似，因此也广泛被研究者使用。四、动物模型的设计的注意事项（六）正确地评估动物疾病模型1.没有一种动物模型能完全复制人类疾病真实情况，动物毕竟不是人体的缩影。2.模型实验只是一种间接性研究，只可能在一个局部或几个方面与人类疾病相似。因此，模型实验结论的正确性只是相对的，最终必须在人体身上得到验证。3.复制过程中一旦出现与人类疾病不同的情况，必须分析其分岐范围和程度，找到相平行的共同点，正确评估哪些是有价值的。五、疾病模型复制前的准备工作1、提前预定实验动物。购买的动物必须符合实验要求（品种、品系、性别、年龄、体重和数量等）。2、必须留出必要的检疫期以确定动物的健康状况。3、实验前要做充分的准备：如试剂的购买，实验技术联系，预实验等。不同物种不同给药途径下常用给药量(最大给药体积)皮下腹腔大鼠小鼠猕猴绒(美洲产小型长尾猴)不同物种重复静脉给药体积(最大给药体积)实验动物循环血量取血量上限及恢复时间不同实验动物血液总量表不同实验动物多次采血方法举例食蟹猴颈静脉股动脉前肢外侧静脉六、动物模型的分类按产生原因分类自发性动物模型（Spontaneousanimalmodel）诱发性动物模型（experimentalanimalmodel）阴性动物模型（negativeanimalmodel）孤立动物模型（orphananimalmodel）按系统范围分类疾病的基本病理过程动物模型各系统疾病动物模型按模型种类分类按中医药体系分类指实验动物未经任何人工处置，在自然条件下所发生的疾病或由于基因突变的异常表现通过遗传育种保留下来的动物疾病模型。自发性动物模型以肿瘤和遗传疾病居多。自发性动物模型概念：优点：疾病的发生、发展与人类相应的疾病很相似，均是在自然条件下发生的疾病，应用价值很高。举例：自发性高血压大鼠中国地鼠自发性真性糖尿病小鼠各种自发性肿瘤山羊家族性甲状腺肿诱发性动物模型（一）指用物理的、化学的或生物的致病因素作用于动物,造成动物组织、器官或全身一定的损害，出现某些类似人类疾病引起的功能、代谢或形态结构方面的病变，即人为地诱发动物产生类似人类某种疾病。概念：优点：制作方法简便,实验条件比较简单,其它因素容易控制,在短时间内可以复制大量的动物模型。缺点：诱发动物模型与人类自然产生的疾病在某些方面存在差异。生物因素物理因素化学因素用细菌、细胞、病毒和寄生虫等作为致病原。了解动物与人在疾病易感性和临床表现方面的差异。通过机械力、气压变动、温度变化或放射线复制相应动物模型。参照模型设计要求，注意不同对象应采用不同刺激强度、频率和作用时间。采用直接或间接方法致动物组织器官或全身损害。诱发性动物模型（二）诱发性动物模型（三）烧伤动物模型制作方法：选用5kW的溴钨灯，直径15cm的聚焦镜，灯心与烧伤部位距离70cm，使用犬或大鼠烧伤时，烧前先预热灯丝20s，然后再进行烧伤。注意再预热期间需要石棉板屏蔽烧伤野，烧伤完毕后立即去掉石棉板。原理：利用溴钨灯焦点热源，模拟核爆炸情况下的光辐射烧伤。闪光灯作用时间（s）光冲量（J）烧伤程度病理变化和转归3~58.786~14.225I度烧伤伤及表皮层，局部红斑，无水肿，软，无痂皮形成。4～6天红斑消失而痊愈。5~714.225~20.88浅II度烧伤伤及真皮浅层，形成白色透红的痂皮，软，有水肿，无水泡，4天内水肿消退，6天开始痂皮溃破脱落，液体渗出，创面淡红湿润呈细筛状，9天出现新生上皮生长，15天左右痊愈。10~1528.45~43.09深II度烧伤伤及真皮深层，痂皮为黄白色，牛皮纸样感，明显水肿。2～3天水肿消退，8天出现小脓炮，10天痂皮开始溃破脱落，创面鲜红湿润呈粗筛状，18天左右创缘长出新生上皮。15~3043.09~85.77III度烧伤伤及真皮深层，焦痂为灰黄或灰黑色，呈皮革样感，痂下水肿明显，10天痂皮开始溃破脱落，创面呈淡红。可观察到烧伤皮肤收缩现象不同烧伤程度动物模型制作的方法的比较阴性动物模型（negativeanimalmodel）指不能复制某些疾病的动物品系或品种。也就是说一定的刺激或处理对一些实验动物产生效应，但对另外的实验动物却没有反应，这些对刺激或处理不起反应的动物称为阴性动物模型。在某些研究领域，这种非致敏机制很具有试验和研究价值。孤立动物模型（orphananimalmodel）指某种疾病最初在一些动物身上发现并被研究，但到目前为止在人类体内无法证实。如哺乳动物上皮乳头瘤和Mareks病按中医药体系分类独特的理论体系：“辨证论治”；独特的评价标准：证、病、症；独特的处置措施：中药、针灸、养生措施；独特的观察指标：舌、脉、汗、神、色；独特的认识特色：审证求因。自然病态性动物模型或证候纯系动物模型自然衰老肾虚状态模型等。单纯的中医证候动物模型脾虚证动物模型、肾阳虚证动物模型、血瘀证动物模型等。病证结合的动物模型肝郁型胃溃疡动物模型、肾血管性高血压血瘀证动物模型、溃疡性结肠炎脾虚证动物模型等。状态反应性动物模型中医“怒伤肝”动物模型、“恐伤胃”动物模型非啮齿类动物啮齿类动物常见的动物模型心肌梗塞动物模型高血压病动物模型高血脂和动脉粥样硬化动物模型支气管哮喘动物模型糖尿病动物模型肺水肿动物模型心肌梗塞动物模型正常人心脏示意图心肌梗塞后心脏示意图原理心肌梗塞的范围取决于阻塞动脉的大小和侧支循环的状况。一般来说，左冠状动脉阻塞引起左室侧壁和近心尖的左室前壁、心室间隔前部和前外乳头肌的梗塞；左回旋支的阻塞引起左室侧壁和近心底部左室后壁的梗塞；右冠状动脉的阻塞引起心室后底部、心室间隔后部和房室结的梗塞。心肌梗塞动物模型方法种类动物要求优缺点结扎法成年犬家兔能确切闭塞冠脉，缺血部位和面积及其表现，与人类发病情况很类似。适用于急性心肌梗塞发展和转归，常用于心泵衰竭的发生；心源性休克的发生发展；心律失常的出现；缩小梗塞范围的药物治疗；外科手术治疗心肌梗塞；局部心肌的代谢、血流、心电变化和心肌力学等研究。堵塞法微珠堵塞法家犬克服开胸结扎法造成创伤大、死亡率高的缺点，方法简便，手术创伤少，定位也十分准确，动物处于较少的生理扰乱下，实验动物恢复迅速，死亡率少于10%。能在阻断冠状动