1、动物实验研究,医学院 流行病学教研室,第一节 动物实验简史,一、动物实验的产生（公元前4世纪至公元3世纪） 亚里士多德 解剖动物尸体，展示各种动物的内在区别。 埃拉西斯特拉塔 活体动物实验，创始人。盖伦 对猪、猴等多种动物进行了解剖检查，研究动物活体损伤、毁坏或切除某一器官后产生的后果，以推断器官功能。 总结前人做过的若干实验，,二、动物实验的低谷（公元3世纪至16世纪初） 西方中世纪教条主义 基督教会禁止对动物进行解剖 科学研究经历了漫长的黑暗时代,三、动物实验的辉煌时期（公元16世纪初至19世纪末） 韦留斯：利用犬和猪进行公开的解剖示范教学，用活体解剖实验证明解剖学与生理学的一致性。 哈维
2、：证实了血液循环。 Fontana：开创了药理学实验研究的先河。 Darwin：物种起源。 Coch：发现结核杆菌，指出了细菌与疾病的关系。 Pasteur：制造出禽霍乱疫苗，后又开发了狂犬病疫苗、破伤风抗毒素、白喉抗毒素等，开辟了传染与免疫治疗的新途径。,四、动物实验突飞猛进发展的时期（20世纪初至今） 1907年，Little在casetle指导下，建立了世界上第一株近交系DBA小鼠； 1946年，Reyniers等育成无菌大鼠； 50年代，无菌兔、猫、犬、猪、羊、牛、驴、猴等培育成功； 60年代以来，通过实验外科的研究，器官移植、显微血管吻合等方面取得了关键性突破;通过动物实验，确立了微
3、循环学说。 1980年，Cordon转基因小鼠培育成功。 1997年，Wilmut克隆绵羊“多利”诞生。,五、动物实验研究现状(一)国外的研究现状 美国每年用于动物实验研究的非人灵长类动物、犬、猫、豚鼠、兔、地鼠约150200万只；大鼠、小鼠和禽鸟类，估计每年约有1 700万只；猫和犬的数量正在下降，逐渐被猪、小牛和其他家畜取代。 加拿大每年使用的动物数徘徊在200万只左右，但在许多领域，特别是毒理学方面，鱼已取代了哺乳动物。 英国每年医学研究使用的实验动物263万只。 荷兰100万只左右。,(二)我国的研究概况 1980年和1988年：实验动物管理条例 1989年卫生部制定并颁布了医学实验动
4、物管理实施细则 1992年进一步修改了细则 1994年由国家技术监督局制定和发布了我国实验动物国家标准。 目前我国大陆地区实验动物生产单位有2 100多家，已形成许多地区性生产基地，大鼠、小鼠的生产在数量上基本满足了科学研究的需要。,第二节 实验与观察,一、概念 （一）实验 人们为了在更有利的条件下对事物进行观察研究而主动复制或变革研究对象的操作或活动。 主动高级的科学研究方法。 作用：简化、强化、模拟 科学实验：科学理论、可重复性,（二）观察 观察是对自然或社会所发生的现象和过程进行有计划、有目的考察。 科学观察是在一定的科学理论指导下，用各种科学方法对研究对象进行观察。 特点：客观性、系统
5、性、精确性,二、实验的类型 （一）预备实验 概念：指进行正式实验前，为确证实验操作方法或获得某些基础数据，以便为正式实验提供科学依据所进行的小规模的模拟实验。 分类：1）导向性实验2）观测性实验3）筛选性实验,（二）决定性实验 正式实验前所做的一个总括性、关键性实验，用以验证假说的正确性。 （三）正式实验 在明确的研究目的和良好的实验设计指导下进行正式实验。,三、实验研究的基本要素 （一）实验对象（受试对象） 概念：研究者施加处理的对象。 种类：1人 2动物 3. 植物 要求：符合实验目的 同质性要好,（二）处理因素（研究因素） 根据研究目的确定的欲施加或欲观察的，并能引起受试对象直接或间接效
6、应的因素。 既可以是生物的，也可以是化学的的或物理的 既可以是主动施加的某种外部干预措施，也可以是客观存在的某种因素。,确定处理因素时应注意的几点： 1处理因素的数量与水平 2处理因素的标准化 3控制非处理因素（混杂因素）,（三）效应指标 指处理因素作用于受试对象的反应 是研究结果的最终体现 是实验研究的核心内容 要求：客观性、特异性、灵敏性、精确性,四、实验误差及其控制,误差 指对事物某一特征的度量值偏离真实值的部分， 即测定值与真实值之差。 分类：系统误差随机误差,1系统误差（systematic error） 指有固定方向和固定大小的误差 来源于对象选取、测量和统计分析等方法学缺陷。,分
7、类： （1）条件误差：由于实验条件不同引起的误差。 （2）非均匀性误差：由于抽样不均匀引起的误差。 （3）顺序误差：由于实验时不改变顺序，总是按一个 固定顺序进行引起的误差。 （4）过失误差：由于实验者的过失引起的误差。 （5）估计误差：对观察结果进行分析和评价时产生的误差。这种误差是研究者心理上的偏向或技术上的原因所引起。,2随机误差（random error） 概念：又称偶然误差，是指在排除了系统误差后仍然存在的误差。 特点：方向不定 大小不定,系统误差控制措施： 1. 随机化 抽样和分组必须随机化。 2. 均衡化 实验组与对照组的非处理因素要均衡一致。 3. 交叉原则 当两名操作者承担两
8、组实验时，两人应各操作每组的一半。 4. 平行试验 测定某指标时，最少取两个平行样，取平均值作为测定管的检测值。,随机误差控制措施： 随机化 增加观察例数,（三）数据质量的检查 1直观检查 2各指标的频数分布 3相关观察指标的散点图 4对观察者或仪器进行分组 5检查是否有缺失数据,第三节 实验动物,概念： 1. 实验动物（Laboratory animal） 是指经人工培育，对其携带微生物实行控制，遗传背景明确，来源清楚，可用于科学实验、药品、生物制品的生产和检定及其他科学研究的动物。 2. 实验用动物 是指一切用于实验的动物，其中除了符合严格要求的实验动物外，还包括家畜（产业家畜和社会家畜）
9、和野生动物，这三类统称为实验用动物（Animal for Research,或Experimental Animal）。,根据对实验动物体内所带 生物体的控制范围分类,根据实验动物的 遗传学特征分类,根据实验动物在 动物学中的种分类,实验动物 分类方法,(一)根据对实验动物体内所带生物体的控制范围分类 1. 普通动物（conventional animal，CV）又称一级动物，是微生物控制要求中最低级别的动物，要求不带有动物烈性传染病和人畜共患病原体。 2. 清洁动物（clear animals，CL）又称二级动物，除不带有普通动物应排除的病原体外，还不应携带对动物危害大和对科学实验干扰大的病
10、原体。清洁动物外观健康无病，主要器官组织在病理组织学上不得有病理改变。,3. 无特殊病原体动物（specific pathogen free animals，SPF）又称三级动物，除不带有普通动物、清洁动物应排除的病原体外，还应排除有潜在感染或条件性致病的病原体，以及对实验干扰大的病原。,4. 无菌动物（germ free animals，GF）和悉生动物（gnotobiotic animals，GN）属四级动物。 无菌动物是指采用当前的技术手段无法在动物体表、体内检出一切其他生物体的动物。 这种动物系在无菌条件下剖腹取出，又饲养在无菌、恒温、恒湿的条件下，食品饮料等全部无菌。 悉生动物又称已
11、知菌动物，是将己知菌植入无菌动物体内，因植入的菌类数量不同可分为单菌动物、双菌动物和多菌动物。,（二）根据实验动物的遗传学特征分类 1近交系（inbred strain） 近交系一般是指采用20代以上全同胞兄弟姐妹或亲子（子女与年轻的父母）进行交配，而培养出来的遗传基因纯化的品系。 因全同胞兄弟姐妹交配较为方便，故多被采用。 2突变品系（mutant strain） 在育种过程中，由于单个基因的突变，或将某个基因导入，或通过多次回交“留种”，而建立的一个同类突变品系。 此类个体中具有同样遗传缺陷或病态。,3杂交一代由两个近交系杂交产生的子一代称为杂交一代。它既有近交系动物的特点，又获得了杂交优
12、势。杂交一代又称系统杂交性动物。 4封闭群（closed colony）在同一血缘品系内，不以近交方式，而是进行随机交配繁衍，经5年以上育成的相对维持同一血缘关系的种群。 5非纯系即一般任意交配繁殖的杂种动物。,（三）根据实验动物在动物学中的种分类 1品种（stock） 品种一般指具有一些容易识别和人们所需要的性状，而且可以基本稳定遗传的动物群体，习惯上把封闭群动物称为品种。 如青紫蓝兔、Wistar大鼠等。 2品系（strain） 是指实验动物中基因高度纯合的动物，称品系动物。习惯上把近交系动物称为品系。 如C57BL/6是近交系动物中的一个品系，属低癌、高补体活性的动物。,三、常用实验动物
13、,其他,小鼠,大鼠,豚鼠,兔,常用实验动物,（一）小鼠,1. 生物学特性 体型小，性情温顺，易于饲养管理。 小鼠是哺乳动物中体型较小的动物，出生时体重.5g，体长20mm左右。成年体重30-40g，体长110mm。 喜黑暗，昼伏夜动。 喜欢群居，雄性好斗。 胆小怕惊，对环境反应敏感，适应性差，汗腺不发达，怕热，高温容易中暑。,2. 解剖学特性 尾巴较长，约等于体长，尾具有平衡、散热和自卫等功能。尾部有四条明显的血管，其背腹面各有一条静脉血管，两侧各有一条动脉血管。 雌鼠受孕后形成阴道栓,3. 在生物医学的主要应用 药物筛选、毒性试验、药物效价比较等 避孕药和营养试验 可用于实验治疗 肿瘤学的研
14、究 血清、菌苗、疫苗等生物制品的生物鉴定 遗传性疾病的研究，如黑色素病、白化病、遗传性贫血、系统性红斑狼疮等 免疫学的研究,（二）大鼠（RAT）,1. 大鼠的生物学特性 群居，喜啃咬，喜黑暗，昼伏夜动，嗅觉灵敏 杂食性动物，特别喜欢吃熟肉。对蛋白质、维生素、氨基酸等营养缺乏敏感 ，VA缺乏时常咬人。 性情较凶猛、抗病力强 ，对新环境的适应力强，但对环境刺激、炎症反应敏感。强烈噪音可引起食仔或抽搐；湿度低于40%易发生环尾巴症。 汗腺不发达，仅抓垫上有汗腺，靠尾和唾液散热，体温调节不稳定。 行为表现多样，情绪反应敏感，易接受通过正负强化进行的多种感觉指令的训练。,2. 解剖学特征 无扁桃体胸腺位
15、于气管的前部。 肝的再生能力很强，如切除60-70%还能再生。 大鼠的胆有胆管、无胆囊。,3. 生理生化特征 大鼠心电图无S-T波，豚鼠以上的较大动物均有明显的S-T段 正常体温39 (38.5-39.5 ) 心率475次分 呼吸频率85.5(66-114)次分 染色体21对。,4. 在生物医学的主要应用 营养学和代谢疾病的研究上，首选的实验动物 免疫学、内分泌学和神经生理学 传染病研究 用于畸胎、多发性关节炎、化脓性淋巴结炎、中耳炎的研究，或筛选抗炎药物等研究。 药理学研究,（三）豚鼠,1. 一般特性 1）食性：草食性，盲肠发达，对霉变饲料敏感 2）喜群居，居住环境干燥清洁 3）性情温顺，很
16、少斗殴 4）机警胆小，嗅觉和听觉发达 5）对抗生素及有毒物质敏感 6）体内不能合成,2. 在生物医学的主要应用 豚鼠对多种病菌和病毒十分敏感，是微生物感染试验中常用的试验动物。尤其是对结核杆菌有高度敏感性。 是研究维生素C生理功能的重要动物模型。 在免疫学中常用豚鼠进行过敏反应的变态反应的研究。 豚鼠的耳蜗特别敏感，可用于内耳疾病的研究。 对于某些药物、毒物非常敏感。,（三）兔,1. 生物学特性 1）夜行性和嗜眠性。 2）草食性动物，对粗纤维的消化能力强，饲料中粗纤维的含量需达到12-15%。 3）有食粪性，被称为半反刍动物。 4）性情温顺但群居性差，同性好斗。,2. 解剖学特点 交感神经、迷
17、走神经和减压神经独立行走。 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，很适合于做开胸和心脏试验。 肠非常长，约为体长的8倍，尤其盲肠发达。回肠与盲肠相连处膨大形成一后壁的圆囊，称为圆小囊，家兔所特有。,(三) 在生物医学研究中的应用 生殖生理研究 遗传性疾病 制造生物制品及各类抗血清制剂 机能实验教学 研究代谢失常 肿瘤疾病和免疫学方面的研究 其他,第四节 实验动物的选择,（一）相似性原则 组织结构：如猪的皮肤 系统功能：如犬的血液和神经系统、蟾蜍的脊髓 生理特性：如哺乳动物的心率、呼吸和体温 体液成分：如血、尿液解剖结构：骨骼构成、脏器构成、脏器形态。
18、 疾病特点：如突变系SHR大鼠的自发性高血压,（二）特殊性原则 1. 家兔 颈部交感神经、迷走神经和减压神经独立行走，可用于观察减压神经对心脏的影响。 适合于做开胸和心脏试验。 体温变化十分灵敏可做发热和检查致热原的实验研究。 2. 小鼠 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。,3. 大鼠 无胆囊，用于消化系统的研究； 肝再生能力强，适于肝脏外科实验； 垂体-肾上腺系统发达，应急反应灵敏，各种内分泌腺易摘除，适合做应激反应和内分泌研究。 踝关节对炎症敏感，适于多发性关节炎和化脓性淋巴结炎的研究。4. 豚鼠 体内缺乏合成维
19、生素C的酶，易于致敏。5. 犬 甲状旁腺位于甲状腺表面，位置固定，多在两个甲状腺相对应的两端，适合甲状旁腺摘除实验。6. 其他 鸽子、家犬、猴和猫呕吐反应敏感，适合做呕吐试验。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）可靠性原则 1. 根据研究内容，选用不同品系、等级分类标准化的动物。 2. 根据实验要求，注意动物个体的规格化 （1）年龄与体重 （2）性别 （3）生理状态 （4）健康状况,（四）经济性原则 保证实验质量 容易获得 价格便宜 饲养经济,第五节 实验动物的发展趋势和福利,总的发展趋势呈下降趋势。 使用动物的数量不断下降 使用
20、动物的质量不断提高 使用动物的种系不断增加 动物实验模型走向商品化 动物替代物和替代方法的应用（3R）,动物福利五大“自由” 免受饥渴的自由 生活舒适的自由 免受痛苦的自由 生活无恐惧感和悲伤感的自由 表达天性的自由,3R原则 减少：指实验中通过反复利用或不同试验连续使用一批动物，相对减少动物的用量，尽量减少实验中动物的痛苦等。 替代：指在保证实验结果可靠的前提下，使用非生命材料代替有生命材料，用低等动物代替高等动物，用动物的部分组织器官代替整体动物等。 优化：指通过优化实验设计，在做动物实验过程中，要做动物实验伦理审查，减少试验使用动物的数量，减少非人道实验程序的影响程序和范围。,Thank you ！,
