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动物实验设计实验动物中心何萍一、动物实验设计三大要素实验对象处理因素实验效应•选择合适本课题研究的动物的种属、品种品系、等级、年龄、性别、体重等•确定分组情况、每组的样本量和受试对象总数实验对象：实验动物处理因素•实验研究的特点之一是研究者人为设置处理因素。•处理因素包括：物理因素，如电刺激、温度、外伤和手术化学因素，如药物、毒物、缺氧等，生物因素，如细菌、真菌、病毒等。确定处理因素注意事项1.抓住实验的主要因素按所提出的假设目的和可能性确定单因素或多因素。2.确定因素的强度处理因素的强度是因素的量的大小，如电刺激强度、药物剂量等，处理因素的强度应适当。同一因素有时可以设置几个不同的强度，如一个药设几个剂量3.处理因素的标准化处理因素在整个实验过程中应保持不变，否则会影响实验结果的评价。例如电刺激的强度（电压、持续时间、频率等）、药物的质量（纯度、纯度、生产厂家、批号、配制方法等）应一致。4.重视非处理因素的控制非处理因素（干扰因素）可能会影响实验结果，应加以控制，如动物的年龄、性别、体重等。实验效应是指处理因素作用于受试对象后所起的作用，它通过实验指标来实现，也与实验方法有关。实验效应实验指标选择的基本条件：特异性：客观性：灵敏度：精确度：可行性：认可性：处理因素：二氢杨梅素脑缺血再灌注损伤受试对象：小鼠实验效应：行为学评分脑含水量脑梗死率病理改变抗氧化指标二氢杨梅素对小鼠脑缺血再灌注损伤的保护作用及机制研究二、动物实验设计原则对照性原则随机性原则重复性原则一致性原则客观性原则定义：是要求在实验中设立可与实验组比较的对照组，用于消除各种无关因素影响。种类阴性对照阳性对照模型对照自身对照对照性原则阴性对照包括空白对照、正常对照组、溶媒/辅料对照、假处理组等阳性对照（标准对照）使用已知的能达到预期阳性结果的处理因素作用于动物，其余非处理因素应与其它组一致。如已知有效药物、公认标准疗法、机制相同或相似药物等阳性对照的作用•1）检验试验体系是否正确，如果阳性对照未出现阳性结果，就应该检查试验体系的哪个环节出现问题•2）以阳性对照作为参照物，比较和评价实验组的阳性结果是高于还是低于阳性对照模型对照实验对照组是指在研究过程中，给对照组施加部分处理因素，但不是被研究的处理因素。例如：研究药物对某一种病种或症候的治疗作用，常常采用一定的疾病动物模型。对动物模型的处理方法实验组和实验对照组完全相同，但是治疗组给予药物，而实验对照组不给予药物。自身对照。•同一个体身上观察实验处理前后某种指标的变化•同一动物在施加实验因素的一侧与不施加实验因素的另一侧作左右的对照。•自身对照可有效减少个体差异对试验处理反应的影响。凡可进行自身对照设计的实验尽尽量加以采用剂量对照组•在药理学和毒理学试验中，实验组还进一步分层多个剂量组，以此观察不同剂量的量效关系。不同剂量组也可视为剂量对照组。随机性原则定义：随机性原则就是按照机遇均等的原则来进行分组。其目的是使一切干扰因素造成的实验误差尽量减少，而不受实验者主观因素或其他偏性误差的影响。方法动物实验一般采用完全随机分配或分层随机分配完全随机分配选定同源的动物群体，生物特性一致的动物将动物编号后采用抽签法，或利用随机数字表或计算机程序随机分组分层随机分配在随机分组前对可能明显影响实验的一些因素如性别、病情等先加以控制，这就是分层随机（均衡随机）。例如将30只动物雌雄各半分为3组，可先把动物分为雌15只、雄15只，再将它们随机分为3组。重复性原则定义：重复性原则是指同一处理要设置多个样本数•重复的作用是降低实验误差和增强代表性，提高实验结果的精确度，体现实验结果的真实性•应该在保证实验结果具有一定可靠性（检验效能）的基础上确定最少的样本例数最少样本数的确定一般估测方法动物计量资料计数资料小动物（大小鼠、蛙、鱼）*≥10≥30中等大小动物（豚鼠、家兔）≥6≥20大动物（猫、犬、猪、羊、猴等）≥6（5？）≥10注：*在按剂量分3-5个剂量组实验时，每组动物可8例，但每个药物的动物种属仍不应少于30例一致性原则定义：是指在实验中实验组和对照组除了对照因素不同外，非处理因素基本保证均衡一致。•均衡一致是处理因素据具有可比性的基础非处理因素包括•实验对象：动物品系、体重、年龄、性别•实验条件：饲料和饲养方式•实验环境：实验室温度、湿度、气压、季节•实验时间：•药品：药物厂商、批号、纯度、剂型、注射容量和速度、酸碱度、温度、给药途径和给药顺序•仪器设备：仪器种类、型号、灵敏度、精确度、零点漂移、电压稳定性•操作人员：操作步骤熟练程度客观性原则•动物实验设计中要避免主观偏性干扰。•选择指标时，不用或尽量少用带主观成分的指标。•结果判断要客观，不能以主观的意愿去判断结果，更不能以主观的意愿对结果或数据作任意的改动和取舍。如中医辨证“气虚”症状为面色苍白，头晕目眩、少气懒言，神疲乏力，甚则晕厥。在大小鼠中可用自发活动仪记录小鼠的自发活动情况、舌苔颜可用拍照和与标准色卡对比记录，并与正常对照组比较。三动物实验药物剂量的设计和换算1.药物剂量的表达•动物实验所用的药物剂量，如以mg/kg体重或g/kg体重表示。•植物药粗制剂的剂量多按生药折算：g生药/kg体重表示。•1)根据有关文献、实验教材、实验参考书提供的药物剂量。由于药物批号不同、动物、环境条件的差异，必要时通过预备实验调整用药剂量。•2)根据临床常用有效剂量换算成实验动物剂量。•3)以小鼠中毒剂量或致死剂量的1/5或1/10作为试用剂量。•4)参考结构和作用相似的已知药物剂量作为试用剂量•2.给药剂量的确定•5）按等比关系设立至少3个剂量组进行动物实验6）考虑动物种属，年龄，给药途径调整给药剂量。•用大动物进行实验时，开始的剂量可采用给鼠类剂量的1/15-1/2，以后可根据动物的反应调整剂量。•一般说确定的给药剂量是指成年动物的，如是幼小动物，剂量应减少。•因给药途径不同，所用剂量也不同，以口服量为100时，灌肠量应为100-200，皮下注射量30-50，肌肉注射量为25-30，静脉注射量为25。3.剂量的换算1）一般可按下列比例换算：•如人用药量为1，小鼠为12～20倍；大鼠、豚鼠为6～12倍；兔为3～6倍、犬为2～3倍。小鼠大鼠豚鼠兔猫猴犬人公斤体重剂量折算系数8.56.025.263.182.552.741.781.00举例：某胶囊人用量100mg/片，每天3次。用于小鼠灌胃，考虑剂量是多少？人（60kg）日剂量：5mg/kg推荐小鼠剂量：50mg/kg药物配制：50mg/10ml/kg，ig2.按体表面积折算：用mg/kg表示剂量时，不同种类动物的剂量相差很大；而用mg/m2表示时，不同种类动物的剂量很接近。按体表面积计算（Meeh-Rubner公式）A=K×(W2/3/10000)A：体表面积（m2）；W：体重(g);K：体表面积系数小鼠大鼠豚鼠家兔猫犬猴人K9.19.19.810.19.811.211.810.6(上列K值各家报道略有出入)。例如：某药大鼠剂量为250mg/kg，问犬的给药剂量？（假设一般实验大鼠0.2kg，实验犬10kg）①算大鼠体表面积：A=0.031m2②将mg/kg剂量换算为mg/m2剂量：（250mg/kg×0.2kg）/0.031m2=1608mg/m2③算犬体表面积：A=0.5198m2④算犬给药剂量：1608mg/m2×0.5198m2/10kg=84mg/kg3）按mg/kg折算mg/m2转换因子计算：即按甲动物剂量(mg/kg)×甲动物转换因子/乙动物转换因子计算。mg/kg折算mg/m2的相应转换因子为：如上例：犬灌胃给药的剂量=250X6（大鼠转换因子）/19（狗转换因子）=79mg/kg。小鼠大鼠豚鼠家兔猫狗人368121419364）按每kg体重占有体表面积相对比值计算：各种动物的“每kg体重占有体表面积相对比值(简称体表面积比值)”例子同上。（甲动物剂量/甲动物体表面积比值）X乙动物体表面积比值计算解：犬的适当试用剂量（250/0.47）×0.16=85mg/kg。小鼠大鼠豚鼠家兔猫狗人10.470.400.240.220.160.08