实验动物的选择与动物实验的设计

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。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（Goodlaboratorypracitice，GLP）和标准操作程序（Standardoperatingprocedure，SOP）。同时国际上广泛宣传3R原则。ReductionReplacementRefinement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自发性肿瘤模型如：AKR的自发性白血病，C3H的自发性乳腺癌诱发性肿瘤模型用γ射线、二甲基苯蒽（DMBA）、黄曲霉素等诱发大小鼠、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①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(spontaneouslyhypertensionrat)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，是高血压研究的最佳模型。1.5~2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。②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。③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①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；②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；③男性避孕药物研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