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实验动物的选择与应用Chapter8医学实验动物学教程东南大学出版社主编邵义祥本章主要内容实验动物选择的基本原则肿瘤学研究中实验动物的选择和应用基础医学实验研究中实验动物的选择药物安全性评价试验中实验动物的选择临床医学研究中实验动物的选择中医中药研究中实验动物的选择其他研究中的选择第一节实验动物选择的基本原则一、尽量选择研究对象的功能、代谢、结构及疾病性质与人类相似的动物（一）组织结构方面猪的皮肤组织结构与人类相似，它的上皮再生、皮下脂肪层、烧伤后的内分泌及代谢等也类似人类，因此常选用小型猪做烧伤实验研究。（二）系统功能方面1.犬具有发达的血液循环和神经系统，在毒理方面的反应和人类也比较接近，适于做实验外科学、营养学、药理学、毒理学、行为学等方面的研究。2.两栖类的蛙和瞻蜍，大脑很不发达，当然不能用于高级神经活动的研究，但在做简单的反射弧实验时，则很合适，因为最简单的反射中枢位于脊髓，而两栖类脊髓已发展到合乎实验要求的程度，且其结构简单明了，易于分析。（三）生理特性方面许多哺乳类动物与人类一样，其心率、呼吸频率、体温三者成正比关系。发热时，心率和呼吸频率都增加。鸟类的体温比哺乳类的高。恒温动物的体温昼夜有一定变动范围，变动情况与行为类型有关，一般夜间活动的动物凌晨2时至3时是一日的峰值。由于动物的临床生理观察指标随动物种类、年龄以及周围环境变化而有所差异，因此正常参考值有较大的变动范围，实验时应按照实际情况具体考虑。（四）繁殖特性方面主要考虑哺乳类动物的性成熟、妊娠期和寿命及它们的比例。寿命越长，妊娠期越长，性成熟越晚。其次看是繁殖季节和胎产仔数。多胎动物中近交系产仔数比封闭群少。这些都是在选择动物时要予以注意的。（五）体液成分方面1.血液动物血液性状与人类一样，包括形态和功能两个方面。2.尿液除鸟类粪便和尿液汇合于泄殖腔一同排出体外，而哺乳类都有各自的排泄孔道。尿液的排泄量和浓度与水的摄入量有关。水分供给少的动物尿液以尿酸为主要成分，水分供给充足的动物尿液以尿素为主要成分，而水中生活的动物尿液则以氨为主。(六)解剖特性生方面1．骨骼构成方面不同种类动物间椎骨有很大差异。哺乳动物和人类颈部外观有长短之差，但颈椎都是7个。灵长动物中，原猴类椎骨很小。真猿类的椎骨差异很大，从外观体型上即可一目了然。齿式与动物的食性有密切关系，草食类臼齿上面扁平而且稍有一点凹状，而肉食类与此相反，呈凸状，面积小。草食类中，反刍动物没有上颚切齿，而兔的切齿外突，十分独特。杂食类动物，如猪的齿式与人类的情况一致。2．脏器构成方面脑的重量与神经系统的发达程度成正比。消化系统的器官重量各种动物之间以及与人类之间没有很大差异，而呼吸、循环系统的器官重量差异较大，运动量越大的动物越重。鸟类越是在上空飞翔的，呼吸器官越重。肠道各部分长度与食性有密切关系。由于草食类日粮中粗纤维含量高而肉食类日粮中粗纤维含量很低，所以草食类比肉食类肠道长得多，特别是盲肠。盲肠长度也与肠内菌群有关。同种动物中，无菌动物盲肠较大。3．脏器形态方面消化道各部分不仅大小因动物种类不同而不同，其形状、构造也因动物种类不同而有显著差异。反刍动物有复胃，由多个胃构成。单胃动物之间胃的形状类似，但胃食管部(前胃部)所占比例不同。肝的分叶方式也存在差异。啮齿类动物肝的构成最为复杂。马和大鼠肝的特征是缺少胆囊。肺的形态因呼吸方式不同也有所不同。哺乳类和鸟类之间差异显著。肺的分叶情况因动物种类不同而有很大差别。脑的形态方面，越是低等动物嗅球所占比例越大，越是高等动物嗅球功能越弱。鸟类和哺乳类的脑活动中，睡眠与觉醒是不断交替的，前者睡眠有深睡眠和动眼睡眠之分。一般来说，睡眠方式与行为类型有关．穴居生活的动物深睡眠期较长。脑的新皮质与旧皮质的关系也因动物种类不同而不同。乳腺、乳房分布的位置也存在差异，单胎动物在局部，而多胎动物在胸腹部，分布较广。心脏形态方面，脊椎动物的心脏构成随等级提高逐渐完全，鱼类只有l个心房和1个心室，两栖类、爬行类有2个心房和1个心室(不完全)，鸟类、哺乳类有2个心房和2个心室(完全心)。血液循环系统也逐渐向闭锁系统进化。完全心室、心室壁的特殊心肌的分布因动物种类不同而不同，心电图可显示出不同的波形特征。在形态和功能上，与人的心脏最类似的动物是犬。(七)疾病特点方面实验动物有许多自发或诱发性疾病，能局部或全部地反映人类类似疾病过程与特点，可用于研究相关的人类疾病。如突变系SHR大鼠，其自发性高血压的变化与人类相似，并伴有高血压性心血管病变，如脑血栓、梗死等症状。猫是弓形虫的宿主，是弓形虫研究中是一个很好的材料。同时，在研究白化病、关节炎、骨质疏松症等方面，也较为理想。非人灵长类实验动物，可感染其他动物不可复制的人类传染病，如脊髓灰质炎、脑炎、肝炎、麻疹、痢疾、疟疾等。二、选用解剖、生理特点符合实验目的要求的实验动物选用解剖生理特点符合实验目的要求的实验动物做试验，是保证试验成功的关键。实验动物具有的某些解剖生理特点，为实验所要观察的器官或组织等提供了很多便利条件。狗的甲状旁腺位于两个甲状腺端部的表面，位置比较固定，而兔的甲状旁腺分布得比较散，位置不固定，因此，做甲状旁腺摘除试验选狗而不用兔，而做甲状腺摘除试验则选兔更合适。狗是红绿色盲，不能以红绿色信号作为条件刺激来进行条件反射试验。家兔颈部交感神经、迷走神经和减压神经是分别存在、独立行走的，而人、马、牛、猪、狗、猫这些神经不单独行走，混合行走于迷走交感于或迷走神经之中。胸腔结构与其他动物不同，当开胸和打开心包胸膜，暴露心腔进行实验操作时，只要不弄破纵隔膜，动物不需要人工呼吸，给实验操作带来很多方便，很适合于做开胸和心脏试验。体温变化十分灵敏，最易产生发热反应且反应典型、恒定，而小鼠、大鼠的体温调节不稳定，所以，我们选择家兔做发热和检查致热原的实验研究。小鼠体型小，性情温顺，易于饲养管理、操作和观察。对外来刺激、多种毒素和病原体均很敏感，所以，各种药物的毒性试验，微生物、寄生虫的研究，半数致死量的测定都选用小鼠。大鼠无胆囊，不能选做胆囊功能的研究，而适合做胆管插管收集胆汁，进行消化功能研究。中国地鼠易产生真性糖尿病。血糖可比正常高出2～8倍，胰岛退化适合于糖尿病的研究。豚鼠体内缺乏合成维生素C的酶，因而，对维生素C的缺乏很敏感，适合于维生素C的实验研究。豚鼠易于致敏，适于做过敏性研究。鸽子、家犬、猴和猫呕吐反应敏感，适合做呕吐试验；家兔、豚鼠等草食动物呕吐反应不敏感，小鼠和大鼠无呕吐反应，就不宜选用。兔和猫属典型的刺激性排卵动物，只有经过交配刺激，才能排卵。因此，兔和猫是避孕药研究的常用动物。三、根据实验动物不同品种、品系的特点选择动物不同种系实验动物对同一因素的反应有其共同的一面，但有的也会出现特殊反应。如何充分利用这些特殊反应，选用对实验因素最敏感的动物，对实验研究也十分有价值。如在猪瘟细胞苗的效力检验中，白兔比灰兔敏感，而长毛兔的反应最敏感，发热反应最典型。用仙居鸡作安全检验合格的鸡新城疫I系苗，注射纯种肉鸡、蛋鸡时并不安全，不仅反应重，而且有死亡。不同药物或化合物，在不同种系动物上引起的反应是有很大差异的。如雌激素能终止大鼠和小鼠的早期妊娠，但不能终止人的妊娠；吗啡对家犬、兔、猴和人的主要作用是中枢抑制，而在小鼠和猫则是中枢兴奋；家兔对阿托品极不敏感；苯胺及其衍生物对犬、猫、豚鼠和人产生相似的变性血红蛋白等病理变化，在兔则不易发生，在大、小鼠等啮齿类则完全不发生等。这些在选择实验动物时必须加以注意。四、根据对实验质量的要求选择标准化的实验动物现代生命科学研究要求动物实验结果精确可靠，重复性好并具有可比性，即不同的人在不同的时间、不同的空间，做相同的动物实验，能得到完全一样的实验结果。这就要求我们要选用标准化的实验动物，在标准的条件下进行实验。近交系动物由于遗传纯合度高，个体差异小，特征稳定，对实验反应一致性好，实验结果精确可靠。而且，不同品系具有各自独特的特性，适合不同课题的研究需要。以群体为对象的研究课题，如人类遗传研究、药物筛选和毒性试验中，要选择与人群基因型及表现型相似的动物类别。封闭群动物则更为合适。许多基因突变系动物具有与人类相似的疾病模型特征，如自然发生高血压大鼠，青少年型糖尿病大鼠，裸豚鼠，肌肉萎缩症小鼠等，是研究人类疾病很好的工具。转基因小鼠、可调控基因表达的小鼠、基因敲除小鼠、基因定点整合小鼠、特定组织或器官基因敲除小鼠等遗传工程小鼠是遗传精密度更高的实验动物。随着2l世纪生命科学的发展，这些遗传工程小鼠将会逐渐取代常规实验动物，成为21世纪生物医药研究的首选动物。微生物等级动物的选择：一般而言，普通动物用于研究所获得的实验结果的反应性差，故主要用于生物医学示教或为某项研究进行探索方法的预试验。清洁动物是目前国内科研工作主要要求的标准实验动物，适用于大多数科研实验。无特定病原体动物是理想的健康动物，用它来研究，可排除疾病或病原的干扰，适用于所有科研实验、生物制品生产及检定，是国际公认的标准实验动物。涉及具有国际交流意义的重大课题，最好选用无特定病原体动物。在精确试验中，鉴于动物体内外的寄生虫与微生物会干扰试验的结果，最好选择无菌动物或悉生动物，至少也应使用SPF级动物。此外，还应考虑所选用的动物类别或级别要与实验条件、实验技术、方法及试剂等相匹配。既要避免用高精密度仪器、先进的技术方法、高纯度的试剂与低品质、非标准化、反应性能低的动物相匹配，又要防止用低性能的测试方法、非标准化的实验设施与高级别、高反应性能的动物相匹配，造成不必要的资源浪费。五、符合实验动物选择的一般原则1.年龄与体重年龄是一个重要的生物量，动物的解剖生理特征和对实验的反应性随年龄的不同而有明显变化。一般而言，幼龄动物较成年动物敏感，而老龄动物的代谢、各系统功能较为低下，反应不灵敏。因此，一般动物实验应选用成年动物。但不同实验对年龄要求不尽相同，需根据课题的内容而定。一些慢性实验因周期较长，可选择幼龄动物。有些特殊实验如老年病学的研究，则考虑用老龄动物。由于不同种类实验动物的生活周期差别很大，动物实验时还要注意“天文学时间”和“生物学时间”的区别。对不同动物而言，经过相同的天文学时间在生物学上却有不同的意义。例如，用犬做试验经过一年观察期和用大鼠做实验经过相同的观察期，其生物学意义是完全不同的。同样，用犬做试验从1岁到2岁的一年观察期和从12岁到13岁的一年观察期，其生物学意义也不同。考虑生物学时间，特别是在与老化有关的实验研究中很有意义。不同种属实验动物的寿命与人类具有很大差异。在发育上，有的以日、月计龄，有的以年计龄。所以，选择动物时应注意到各种实验动物之间、实验动物与人类之间的年龄对应，以便进行分析比较。动物年龄对应/年狗12345678910111213141516人15242834364044485256606468727680实验动物年龄与体重一般呈正相关，可按体重推算年龄。例如KM小鼠6周龄时雄性约为32g，雌性28g；Wistar大鼠雄性约为180g，雌性160g。但体重大小常受每窝哺育仔数、饲养密度、营养、温度等环境条件所限，有时不一定准确，提供部门应有动物出生日期的记录以备查考。一般来说，选择的实验动物年龄、体重应尽可能一致，相差不得超过10％。若相差悬殊，则易增加动物反应的个体差异，影响实验结果的准确性。2．动物性别不同性别动物对同一药物的敏感程度是有差异的，如在猪瘟疫苗的效力实验中，雌兔比雄兔表现出较好的热反应，雌性小鼠对四环素毒素的耐受力低于雄鼠。有人分析149种毒物对不同性别大小鼠的毒性，发现雌性的敏感性稍大于雄性，如雄性敏感性LD50为1，则雌性LD50大鼠和小鼠分别为(0.88±0.036)与(0.92±0.085)，如实验无特殊要求，应选择雌雄各半做实验，以避免因性别差异所造成的结果误差。3．生理状态与健康状况处于怀孕、哺乳等生理状态时，动物对外界刺激的反应常有所改变，如无特殊目的，一般应从实验组中剔除，以减少个体差异。健康动物对各种刺激的耐受性比有病的动物要大，实验时应剔除瘦