实验动物科学在生物医学发展中的作用

第二节实验动物科学在生物医学发展中的作用生物医学研究的主要任务是预防与治疗人类的疾病，保障人民健康。它是通过临床研究和实验室研究两个基本途径来实现的，而不论临床研究还是实验室研究均离不开使用实验动物。特别是医学科学从“经验医学”发展到“实验医学”阶段，动物实验就显得更加重要。实验医学的主要特点是不仅对正常人体或病人（在不损害病人的前提下），而且利用实验室条件，进行包括试管内，动物离体器官、组织、细胞的实验，尤其是整体动物的实验研究。动物实验方法的采用及发展，促进了医学科学的迅速发展，解决了许多以往不能解决的实际问题和重大理论问题。因此，那些认为医学的发展主要靠临床观察，动物实验可有可无，认为中医发展所走的道路就是一个有力证明的看法是得不全面的，动物实验不是可有可无，而是和临床观察一样，是医学科学发展的一个重要手段和基本途径，是缺一不可的，又是互相促进的。在一定意义上说，只有经过严格的、系统的动物实验才能把医学置于真正的科学的基础上。生理学家巴甫洛夫（И。Π。Π。aBлOB）曾经指出：“整个医学，只有经过实验的火焰，才能成为它所应当成为的东西。”“只有通过实验，医学才能获得最后的胜利。”这些论点，已经并且正在被医学发展的历程所证实。一、近代医学发展与动物实验的关系有人把医学的发展大体分为四个阶段，玄学阶段、经验医学即描述医学阶段，实验医学阶段和理论医学阶段。当然这只能说是概括的划分，其间的重叠交叉是难免的，不能绝对化。由于人类早期对自然现象认识能力的限制，最初医学只能是玄学的，而经验医学延伸的时间很长。在人类发展的早期就存在一个如何与疾病斗争的问题。最初在既无医又无药的情况下，除了一些迷信方法外，人们最早尝试的方法可能是利用天然存在的各种动、植物资源来治病，有些可能成功，有些可能失败，由于当时人们活动局限于某一地区，所以这时医学完全是建立在经验的基础上。当时医学发展只能靠师承口授，在这个阶段，人类为医学发展是付出了代价的，有一些人在治疗过程中因中毒而死亡。随着人类文化发达就要求系统地辩认哪些动植物可以用来治疗病，哪些是有毒的，于是我国就出现了“神农尝百草”的故事。从神农到李时珍，他们研究的方法基本类似，或是根据以往的临床实践或是亲身试验。他们积累了大量的宝贵经验，为医药的发展做出了杰出贡献。但这种实验方法是手工业式的，它既费事又危险。从我国秦汉的“神农本草”记载的369种药物到李时珍“本草纲目”的1892种药物耗费了一千多年的时间。现在世界上一年新合成的化合物近十万种。即使可以找到这么多自愿受试者，它的代价也高得令人不能接受。一些剧毒化合物，它们仅需要几十微克就足以迅速致命，谁也不会主张人们试尝一下，这种局面就强迫我们不得不用动物来代替人进行试验。事实上，不论在中国或西欧，人们早就用动物来试验一些药物的毒性。这可以看做是基础医学发展的第一个阶段——被迫发展与不自觉发展的阶段。自二、三世纪起，盖凌（Calen）的学说统治欧洲医学一千多年，其错误和问题很多，但一直拖到中世纪还没有完全改正和解决。中国医学则从纪元前几个世纪即开始了经验医学，并影响到整个中国及远东地区。祖国医学因有自己的理论，自成体系而流传不衰，但缺乏实验研究的推动，所以发展速度也就比较慢。随着文化发展，人们认识到要治疗疾病，除了研究药物外，还必须对人体有所认识，因此在16、17世纪开创了实验医学，近代医学才逐渐发展起来。在西欧促进了解剖学的发展，安·维萨列斯（AndreasVesalius）根据人体解剖的直接观察，出版了《人体解剖》巨著，对解剖学作出了不可磨灭的贡献，从而使人们能从人体实际结构来认识、治疗疾病，比以前大大进步了。长期零散的实验也使人们认识到不同动物、同一动物在不同情况下对某一药物反应很不一样，这就促进了人们根据试验的目的，有意识地控制试验条件，以便对实验的结果进行合理的分析，得出正确结论。17世纪初期威廉·哈维（WilliamHarvey）和斯蒂芬·哈尔（StephenHale）用蛙、蛇等动物进行了血液循环的研究，第一次证明循环系统是一个密闭的系统，把动物实验提高到成为一门科学的水平，为生理学创建了实验方法及性质。以后随着化学、物理、显微镜及其它工具的发明创造；动物实验在医学各个领域中的广泛应用，实验医学得到了更快的发展。其中最著名的实验医学家如法国的克罗德·班纳（C•Bernard）、麦仁地（Majendie）的生理学药理学实验、德国的斯奈登（S•Chleiden）和斯旺（Schwann）的细胞观察、法国的路易·巴斯德（L•Pasteur）和德国的罗伯德·柯霍（R•Koch）的细菌、病毒及疫苗的发明和维尔啸（R•Virchow）的细胞病理学。他们的基础医学研究为今日临床医学奠了基，做出了决定性的贡献。19世纪末期至本世纪50年代，医学科学工作者利用其它科学成就，努力创造新的技术与理论，形成了基础医学的繁荣昌盛时期，也即是医学逐渐上升为理论阶段的时间。50年代之后，世界上许多临床医生、医疗单位都把注意力及科研力量投入到基础理论研究中去，因而临床及基础的分科得以越来越细，学科间互相渗透，互相交叉，导致了边缘学科和新学科的出现。例如内科分出了心血管、内分泌、呼吸、神经精神病等，外科分出了血管、心脏、泌尿、脑系、创伤、烧伤等；药理学分出了神经药理、生化药理、酶药理、多肽药理、分子药理、膜受体药理等等。分出的学科往往是多学科的交叉，不但理论互相渗透，实验技术更是彼此不分，互相借助。以神经生理学为喻：除微电极、显微操纵器及微电位记录和测定为其本身的特点外，利用电子显微镜、萤光染色显影、放射自显影以观察形态；利用放射免疫法、同位素示踪法、微电泳法、气相质谱仪等以测定各种化学变化；利用药物的膜受体原理及各种刺激、各种药物、神经阻断剂、受体兴奋剂等以探测神经细胞的冲动传导和递质及营养物质的运输和储藏。这里必须明确指出，凡此种种实验方法和尖端技术绝大部分是通过在实验动物身上来进行医学各个领域不同方面问题研究的。特别是50年代后发展了近交系、突变系、F1动物、无菌动物、悉生动物、SPF动物等后，实验动物在医学研究中应用更加深入广泛。根据国际上有的部门统计，世界上生物医学研究论文的60%以上是采用实验动物来进行的。以实验性科学为主的学科如生理学、病理生理学、药理学等绝大部分论文是采用动物实验来完成的。由此可见，动物实验在医学的发展过程中起着极其重要和推动性的作用。二、医学上许多重大发现与动物实验的关系只要查阅一个医学发展史，就可清楚地看到，医学上许多重大的发现均和动物实验紧密相关。特别是那些具有划时代意义的、里程碑式的、开拓一个新的领域、导致医学的某一方面突飞猛进的革命性发现，哪一个不是通过实验，首先在实验室发现的呢？举例说：各种显微镜的发明和应用、免疫现象、镭和X-射线、化学治疗、抗菌素的发现、核酸与染色体的结构与功能、肝癌病鼠AFP（α-Fetoprotein），比比皆是。它们都是实验研究的成果。特别是医学上几个划时代的成就，如传染病病原发现，预防接种，抗生素，麻醉剂，人工循环，激素的使用，脏器移植，肿瘤的病毒病原和化学致癌物的发现等都不开动物实验。下面我们举一些例子，进一步说明动物实验在医学发展中所取的作用：1．通过动物实验，发现了大量的人类疾病起因于传染原，证明微生物在传染病发病中的作用，并发展了细菌菌苗，抗毒血清等，在防治传染病的流行上起了重大作用。用从病人体内分离出的微生物在实验动物上产生类似那些人类疾病的疾病，只有这一事实才确立了这些微生物和人类疾病的关系。直接的成果是：公共卫生方法应用于预防疾病（如在伤寒病），预防免疫法的发现（如在白喉的破伤风），以及治疗传染病有效的抗血清的制备（如白喉、脑膜炎和肺炎）。随后，发现用化疗药物和抗菌素可以治愈实验性受感染动物，这就立即使这些药物在人类疾病上得到应用，使治疗前景大为改观，挽救了无数人的生命。如果离开动物实验，人类至今不可能宣布天花已从地球上消灭。2．通过动物实验，发现了抗原抗体反应，了解了免疫性紊乱疾患的本质和补体的作用，推动了变态反应性疾病的研究。动物注射传染原后会产生有保护作用的抗体，这一发现立即引出了料想不到的发展方向。人们发现，动物产生出一些不对抗活的微生物体，但对抗它们的特异的高分子的抗体。我们对免疫性紊乱的疾患如哮喘，枯草热、血清病和过敏性休克等的现代概念，直接来自对动物模型的观察。对抗体产生过程的了解形成了关于人类不同个体有不同血型的知识基础，首先导致输血法的应用成功，后来又引出对胎儿成红血细胞增多症的病因与治疗的知识，这种“Rh婴儿”疾病是新生儿死亡的一个主要原因。循另一条途径进行的一实验构成了把一个人的组织或器官移植到另一个人身上的现代尝试基础。对诸如风湿热和播散性红斑狼疮等疾病的了解，大部分得自从动物实验发展起来的免疫学理论。一个新近的例子是，遗传性血管神经性水肿是一种罕见但致命的疾病，对它的本质了解是以补体的研究为根据。补体是增强免疫性的一些蛋白质的奇妙复合体，最初因它存在于豚鼠血清里面而终为人们所认识。3．通过动物实验，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。通过大量的动物实验，创立了实验肿瘤学，标志着人类与肿瘤作斗争的过程跨进了一个新阶段，从此，人体肿瘤的错综复杂的现象，可以在被控制和条件下进行探索。在17-18世纪，人们成功地移植了动物肿瘤，为实验肿瘤学的创立奠定了基础。20世纪初，用煤焦油涂抹兔耳诱发现皮肤癌后，相继用一些多环碳氢化合物、偶氮染料、亚硝胺以及致瘤病毒或放射线等，几乎可以在动物中复制出所有与人类肿瘤相应的动物模型，为肿瘤研究提供了极为有利的条件。近二、三十年来世界各国对诱发性、移植性动物肿瘤的建立与利用有了新的发展，在肿瘤的生长特性、宿主反应、病因与发病原理、机体免疫性以及抗癌药物的筛选等重要领域中，作出了许多成绩。动物身上移植人类肿瘤的成功，更为实验肿瘤的研究创造了优越的条件。4．通过动物实验，认清了一些多发病的基本性质，对根除和控制这些疾病趁着极大作用。具有深远意义的是使用动物去确定那些广泛流行疾病的基本性质，象脚气病、糙皮病和坏血病是营养缺乏的后果。曾使用各种实验动物来研究实验性的不完善饮食的影响，使维生素及其在疾病的预防与治疗上的重要性的得以发现。用加有多种维生素的面包治疗佝偻病、坏血病和干眼病儿童，用维生素K治疗黄疸病的成人，因冠状动脉疾患而作抗凝血治疗的病人，均证明与动物实验结果完全一致。在认识了糙皮病相当于狗的“黑舌病”之后仅几年，这种在美国南部死因占首位达三十年之久的疾病就得到了根除。对缺铁的狗身上的影响的研究，经过迂回曲折的过程，导致了对曾是致命的恶性贫血的控制。5．通过动物实验，创立了“应激学说”，对临床上广泛应用激素疗法起了重要的指导作用。1936年到40年代，Selye的实验室作了一系列的动物实验，发现给动物各种有害刺激（如注射亚致死量的肾上腺素、甲醛、吗啡、阿托品、肌肉运动、脊髓横断、过冷、过热等等），都可引起一系列与刺激物的药理性质及其他特性关系不大的症候群，称之为“全身适应症候群”（generaladaptationsyndrome），并证明垂体一肾上腺皮质的变化在全身适应症候群中起主要作用，其意义在于提高机体对有害刺激的抵抗力。从而创立了“应激学说”。机体受到强烈刺激，处于“紧急状态”时，出现以交感神经兴奋和肾上腺皮质分泌增多为主的一系列神经内分泌反应，并由此而引起各种功能和代谢的改变。这种应激反应对临床实践具有指导意义。应激时的神经内分泌变化及功能代谢的改变，是我们理解各种疾病的全身性非特异性反应的理论基础。在临床实践中应当着眼于消除或减少应激元的作用，减轻应激反应，以避免或减少应激反应带来的并发症；努力减轻应激反应带来的损害；对急性肾上腺皮质功能不全（如肾上腺出血、坏死）或慢性肾上腺皮质功能不全的病人，受到应激元的侵袭时，由于不能产生应激反应，病情危急，应立即大量补充肾上腺皮质激素。6．临床医学的许多重大技术的创造和发展也与动物实验息息相关。外科医生在研究新的