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Laboratoryanimalscience实验动物学教程医学主讲实验动物中心张仕斌前言实验动物学是20世纪50年代崛起的一门独立的综合性边缘学科，是现代生命科学前沿领域研究中最为活跃的学科门类之一。从上个世纪初的近交系动物建立开始，到悉生动物、无菌动物的培育；从单一免疫缺陷动物的发现，到复合免疫缺陷等动物模型的建立；从转基因动物、基因敲除动物的出现，到克隆动物的诞生，无一不为人类生命科学的发展翻开了一个又一个新的篇章。实验动物的保障体系还是现代生命科学发展的重要支撑条件，成为医学科学交流、成果鉴定的国际“语言”，尤其在生物医药领域，实验动物被誉为“活的试剂”、“最精密的仪器”。在一定意义上，实验动物科学的发展水平，代表着一个国家或地区生命科学的发展水平。随着现代高等医学教育的发展，实验动物科学已成为医学生和医学研究生知识结构的重要组成部分。医学研究生是动物实验的科技人员而非实验动物专业人员，医学实验动物学教程在全面概述实验动物科学概念的基础上，将课程重点由实验动物转为动物实验，简单介绍实验动物营养学、实验动物环境卫生学、实验动物质量的监控和质量监测等知识，着重讲授实验动物标准化和动物实验一般操作技术、实验动物的选择及应用、动物模型复制技术、影响动物实验效果的因素等内容，使研究生能利用符合要求的实验动物合理地设计与开展动物实验，并获得较为可靠、准确的实验结果。本书主要内容第1章绪论第2章实验动物的基本概念第3章实验动物环境设施第4章实验动物的饲养管理第5章实验动物质量监测第6章常用实验动物的生物学特点及应用第7章动物实验概论第8章实验动物的选择与应用第9章动物实验基本操作技术第10章人类疾病动物模型第11章遗传工程动物模型第12章常见实验动物疾病及控制第一章绪论第一节实验动物科学的概念第二节医学研究与实验动物第三节实验动物科学发展概况第四节实验动物科学发展趋势第五节实验动物从业人员第一节、实验动物科学的概念一、实验动物科学的定义实验动物科学(laboratoryanimalscience)是研究实验动物和动物实验的一门新兴学科。前者是以实验动物本身为对象，专门研究其育种、繁殖生产、饲养管理、质量监测、疾病诊治和预防以及支撑条件的建立等等，即如何培育出标准化的实验动物。后者以实验动物为材料，采用各种手段和方法在实验动物身上进行实验，研究实验过程中实验动物的反应、表现及其发生机制和发展规律，确保动物实验的可靠性、准确性和可重复性。即如何使动物实验合理化、规范化。简而言之，实验动物科学就是关于实验动物标准化和动物实验规范化的科学。实验动物学实验动物标准化（质量控制）动物实验规范化（规程）遗传控制环境控制实验动物选择动物实验基本技术和方法微生物控制营养控制人类疾病动物模型基因工程动物模型二、实验动物科学研究的范围(一)实验动物科学研究的内容实验动物饲养学1.实验动物医学2.动物实验技术4.比较医学3.1．实验动物饲养学(laboratoryanimalfeedingandbreedingscience)主要研究实验动物的生物学特性与解剖生理特点、饲育与管理、育种与繁殖、生长与发育、饲料与营养、环境与设施、生态与行为等内容以及实验动物标准化的各种技术、手段和措施。2．实验动物医学(laboratoryanimalmedicine)研究实验动物各种疾病包括传染性疾病、营养代谢性疾病、遗传性疾病以及劣质环境所致的疾病的病因、症状、病理特征，疾病的发生、发展规律，诊断，防治措施等；研究实验动物微生物质量的等级标准、检测方法、控制措施以及微生物对动物实验的干扰；研究人畜共患病的预防、控制与治疗措施。3．比较医学(comparativemedicine)以实验动物为替身来研究人类、造福人类。通过建立人类疾病的动物模型，进行人与动物的类比研究，探讨人类疾病的病因、发生发展规律、预防控制及治疗措施，最终战胜人类的疾病。比较医学又可分成比较解剖学、比较生理学、比较病理学、比较外科学和比较基因组学等。4．动物实验技术(animalexperimenttechnique)是进行动物实验时的各种实验手段、技术、方法和标准化操作程序，即在实验室内人为地改变环境条件，观察并记录动物的反应与变化，以探讨生命科学中的疑难问题，获得新的认识。探索新的规律。同时也探讨实验动物科学中的减少、替代、优化问题。(二)实验动物科学所涉及的领域2制药工业和化学工业3畜牧科学4农业科学1生命科学5轻工业8商品鉴定和国际贸易9行为科学研究7国防和军事10实验动物科学本身6重工业和环境保护1．生命科学领域在生命科学领域，人类的健康和福利研究是头等重要的事情，离不开应用实验动物。在对人的各种生理现象和病理机制及疾病的防治研究中，实验动物是人的替代者。譬如，癌症是威胁人类健康的最大疾病，由于在肿瘤的移植、免疫、治疗等研究中使用了裸鼠、悉生动物和无菌动物，因而各种恶性肿瘤的致癌原因，尤其是化学致癌物质、病毒致癌、免疫、治疗等方面的研究有了极大的进展，计划生育研究有相当大的工作是在动物身上进行的。人类各种疾病的发生、治疗与痊愈的机制及其生理、生化、病理、免疫等各方面的机制，都要经过动物实验加以阐明或证实。可以说离开了实验动物和动物实验，生命科学研究就寸步难行。2．制药工业和化学工业领域这方面对实验动物的依赖更为明显。药物和化工产品的不良反应，对生命的影响程度包括致癌、致病、致畸、致毒、致突变、致残、致命，都是从实验动物的试验中获得结果。制药和化学工业产品如不用实验动物进行安全评价，包括三致(致癌、致畸、致突变)试验，应用于人类将会造成十分严重的恶果。如1962年，西德某药厂生产的一种叫沙利度胺的安眠药，经孕妇使用，发现畸胎发生率增高，究其原因就是与孕妇服用了该药有关。3．畜牧科学方面疫苗的制备和鉴定、生理试验、胚胎学研究、营养价值的评估、保持健康群体以及淘汰污染动物等工作，都要使用实验动物。特别是在畜禽传染病的研究工作中，必须要有合格的实验动物进行实验。在兽医科学研究上，由于所用实验动物或鸡卵不合乎标准，质量很差，严重影响科研效果，甚至在某些疫病的研究工作中，因无SPF动物和SPF卵，试验无法进行，所制备的疫苗的效果难以保证。如1981年，我国某兽医生物制品厂生产的猪瘟疫苗混有猪瘟强毒，结果注射后引起大批猪死亡，造成国家经济损失。其原因是由于制苗所用的仔猪带毒，而安全检验用的动物数量和质量又不符合要求。4．农业科学方面新的优良品种的确立除要做物理的、化学的分析以外，利用实验动物进行生物学的鉴定是十分重要和有意义的。化学肥料、农药的残毒检测，粮食，经济作物品质的优劣等，最后也还是要通过动物试验来确定。化肥和农药是提高农业生产的重要材料，由于未经严格的动物试验而发生的问题很多。在合成的多种新农药化合物中，真正能通过动物实验对人体和动物没有危害的只占1/30000，其余都因发现对人的健康有危害而禁用。用实验动物进行安全性试验对农药、化肥等生产极为重要。5.轻工业科学方面人们的吃穿用，包括食品、食品添加剂、皮毛及化学纤维、日常生活用品，特别是化学制品有害成分的影响，都要用实验动物去试验。按照规定，食品、食品添加剂、皮毛制品、化妆品等上市销售，都要求必须先经国家指定的机构采用实验动物进行安全性试验，以证明其对人体无急慢性毒性，且无致癌、致畸、致突变作用，才能供应市场。6.重工业和环境保护方面在重工业上，对有害物的鉴定和防治，以及国土的整个环境保护，包括废弃物、气体、光辐射、声干扰等各方面的研究工作中，实验动物都是监测的前哨和研究防治措施的标样。7.国防和军事科学方面各种武器杀伤效果，化学、辐射、细菌、激光武器的效果和防护，以及在宇宙、航天科学试验中，实验动物都作为人类的替身而取得有价值的科学数据。8.商品鉴定和国际贸易方面在进出口商品的检验检疫中，许多商品的质量检验都规定必须进行动物实验鉴定，或直接利用警犬、警鼠担任安全警察，它直接影响着对外贸易的数量、质量和信誉。9.行为科学的研究方面实验动物在行为科学的研究中也占有重要地位。例如，汽车设计中的撞击，土建设计中震动的允许程度，灾难性事故的处理等，国外已经采用实验动物模拟人类。10．实验动物科学本身研究方面在实验动物科学本身的研究中，由于其综合性很强，涉及数学、物理、化学、生物学、动物学、胚胎学、营养学、微生物学、遗传学、解剖组织学、寄生虫学、传染病学、免疫学、血液学、麻醉学、生态学、建筑学等，所以，各个学科与实验动物科学相辅相成，相互渗透。虽然它的直接研究目的是取得适用于各种特殊研究需要的实验动物，但对生命科学的微观领域也进行了更为深入的探索，例如，在遗传学、生殖生理学等学科的基础理论以及实用技术方面，都不断取得突破。实验动物科学作为医学、兽医学和有关生物学的理论研究以及生物药品制造、化学药物筛选、鉴定、环境保护等实现现代化的重要的工具之一，有力地推动着国民经济的发展。三、实验动物科学是现代科学技术的重要组成部分实验动物科学是现代科学技术的重要组成部分，是生命科学的基础和条件。是衡量一个国家、一个地区或一个科研单位科学研究水平的重要标志。这是因为，一方面它作为科学研究的重要手段，直接影响着许多领域课题或成果的确立和水平的高低；另一方面，作为一门科学，它的提高和发展，又会把许多领域课题的研究引入新的境地。作为各种实验的特殊材料的实验动物本身以及利用实验动物去设计、开展各项动物实验手段和方法的建立，成为实验动物科学的核心内容而受到相关研究领域科学家的普遍关注。因此，实验动物科学被赋予了全新的概念，它的存在和发展已经与人们的日常生活，与国民经济建设，与国际交流和合作密不可分，息息相关，成为现代科学技术的组成部分。四、新的科学技术革命更需要实验动物科学进入21世纪，生物技术已成为现代科学技术最重要的组成部分。继人类基因组研究前期工程的完成，意味着后期工程—功能基因组学研究的启动，具有自主知识产权的高新技术产品的研制，太空条件下，失重、辐射和宇宙环境因素对机体生理状态和功能的影响，如何遏制、消除生物恐怖主义的威胁？如何控制世界人口过快增长？如何预防SARS病毒对人类造成的新威胁？这一切都需要实验动物科学的参与并发挥重要作用。实验动物已成为各个相关学科交叉、渗透、综合的最好工具，实验动物科学既作为各个学科各自施展，又作为众多学科互相整合的技术平台，将发挥更加积极的作用。从辩证法的观点看，它能较好地处理自然科学研究中局部与整体、简单与复杂，分析与综合、线性与非线性的关系，从而，也必将更有利于现代科技创新。一、医学研究离不开实验动物据有关资料统计，生物学和医学实验中60％的课题要用到实验动物。我国卫生部所属的基础医学研究所的科研课题的91％及首都医院科研课题的78％要利用实验动物来完成。第二节医学研究与实验动物巴甫洛夫曾指出：“没有对活的动物进行的实验和观察，人们就无法认识有机界的各种规律，这是无可争辩的。”概括地说，实验动物在医学研究中主要应用于以下方面：(1)分离和鉴定病原菌的毒性；(2)鉴定药物的疗效和毒性；(3)生殖生理与胚胎发育的研究；(4)生理现象与病理机制的探讨；(5)制造生物制品；(6)癌症的研究；(7)脏器移植；(8)免疫学研究。此外，实验动物在基础医学教育中还可充当活的“教材”。当然，我们强调实验动物在医学研究上的重要作用，并不因此排除临床观察的重要性，二者是相辅相成互为促进的。二、实验动物科技进步促进医学的发展从活体解剖动物到现代解剖学基础，从动物血液循环到现代生理学的建立，从“神农尝百草”到现代药理学、毒理学的发展，从传染病病原的发现到现代免疫学的成立，从物种起源到细胞的发现再到DNA双螺旋结构的阐明，每一个新的领域，都是一个新的发现，每一个重大进展，无一不是通过动物实验来实现的。临床医学许多重大技术的创新和发展也与动物实验紧密相连。新的手术方法、麻醉方法的确立，体外循环、心脏外科、断肢再植、器官或组织移植、肿瘤的切除与治疗等各项工作的开展也无一不是在动物实验的基础上发展起来的。离开了实验动物科学，医