实验设计的原理和方法分析ppt课件.ppt

实验设计的原理与方法实验设计的原理与方法 张贺鸣张贺鸣新乡医学院药学院药理学教研室新乡医学院药学院药理学教研室2010.09 “凡事预则立凡事预则立 ，不预则废，不预则废” 引言引言u实验设计的目的实验设计的目的 1.1.有目的、有计划、有步骤地进行实验。有目的、有计划、有步骤地进行实验。 2.2.最大限度地减少实验误差。最大限度地减少实验误差。 3.3.节省时间、样本、经费开支，减少人力物力节省时间、样本、经费开支，减少人力物力财力，获得较高的效率。财力，获得较高的效率。 一、实验设计的目的与任务一、实验设计的目的与任务u实验设计的任务：实验设计的任务：合理安排三要素合理安排三要素 1.1.受试因素受试因素（处理因素、施加因素、干扰因素）（处理因素、施加因素、干扰因素） 要抓住实验中的主要问题要抓住实验中的主要问题 要确定处理因素与非处理因素要确定处理因素与非处理因素 处理因素必须指标化处理因素必须指标化 多因素的交互作用多因素的交互作用 2.2.受试对象受试对象 病人、动物、组织、器官、细胞等。病人、动物、组织、器官、细胞等。 3.3.受试效应受试效应 选择指标选择指标指标选择要注意：指标选择要注意： 指标的关联性指标的关联性 指标的客观性指标的客观性 指标的灵敏性指标的灵敏性 指标的精确性指标的精确性 指标的特异性指标的特异性 二、实验设计原则二、实验设计原则 对照原则对照原则 随机原则随机原则 重复原则重复原则 1.1.对照原则（对照原则（controlcontrol） 例：某医师为了研究某中药煎剂的利尿作用，例：某医师为了研究某中药煎剂的利尿作用，随机抽取随机抽取1010名健康人进行研究，结果名健康人进行研究，结果1010名健康人服名健康人服药药2 2小时内较未服药前平均增加小时内较未服药前平均增加100ml/100ml/小时，因此小时，因此认为该中药煎剂有利尿作用。你认为该结论正确吗？认为该中药煎剂有利尿作用。你认为该结论正确吗？并说明理由；你认为应如何设计？并说明理由；你认为应如何设计？意义：意义：鉴别处理因素与非处理因素的差异。鉴别处理因素与非处理因素的差异。 减少实验误差，避免产生错误的结论。减少实验误差，避免产生错误的结论。要求：要求：均衡均衡: :即组间一致，除处理因素外，对照即组间一致，除处理因素外，对照组具备与实验组对等的非处理因素。组具备与实验组对等的非处理因素。同步：同步：对照组与实验组在整个研究进程中，对照组与实验组在整个研究进程中，始终处于同一空间和时间。始终处于同一空间和时间。专设：专设：为相应的实验组专门设立对照。不为相应的实验组专门设立对照。不得借用文献上记载或以往的结果或其他得借用文献上记载或以往的结果或其他研究资料作为本研究的对照。研究资料作为本研究的对照。 对照的几种形式对照的几种形式 空白对照空白对照 实验对照实验对照 安慰剂对照安慰剂对照 标准对照标准对照 弱阳性对照弱阳性对照 自身对照自身对照 相互对照相互对照 阴性对照阴性对照阳性对照阳性对照空白对照空白对照 对照组不加任何处理因素的对照。对照组不加任何处理因素的对照。 实验对照实验对照 实验对照：实验对照：指给对照组施加与实验组操作条件一指给对照组施加与实验组操作条件一 致的干扰因素。凡是对实验结果有影响的操作、溶媒、致的干扰因素。凡是对实验结果有影响的操作、溶媒、试剂等都应该设立实验对照。试剂等都应该设立实验对照。 常用的实验对照有：常用的实验对照有： 假处理对照假处理对照:给对照组施加与实验组条件一致的给对照组施加与实验组条件一致的操作称为操作对照，假处理对照在于控制操作影响产操作称为操作对照，假处理对照在于控制操作影响产生的误差。生的误差。 药物溶媒对照药物溶媒对照:以性状相同的溶媒作对照可防止以性状相同的溶媒作对照可防止误将溶媒的作用当作药物的作用，得出假阳性结果。误将溶媒的作用当作药物的作用，得出假阳性结果。安慰剂对照安慰剂对照 安慰剂安慰剂: :是指外观等与受试药物相同且无药是指外观等与受试药物相同且无药理活性的物质，在临床研究中用来替代受试药物。理活性的物质，在临床研究中用来替代受试药物。安慰剂应该在剂型、包装、颜色、大小、形状、安慰剂应该在剂型、包装、颜色、大小、形状、气味等外观上完全与处理组受试药物一样，使病气味等外观上完全与处理组受试药物一样，使病人不能分辨，否则导致安慰剂的失效和实验的失人不能分辨，否则导致安慰剂的失效和实验的失败。败。 安慰剂效应安慰剂效应: :安慰剂产生与药物相似的药理安慰剂产生与药物相似的药理作用。包括产生主观感觉和客观指征的变化。作用。包括产生主观感觉和客观指征的变化。安慰剂对照的设立安慰剂对照的设立o给对照组受试者使用无药理活性的安慰剂称安给对照组受试者使用无药理活性的安慰剂称安慰剂对照。慰剂对照。o原则是在不损害病人健康的前提下使用。危重、原则是在不损害病人健康的前提下使用。危重、病情发展迅速的病人，不得使用安慰剂。病情发展迅速的病人，不得使用安慰剂。o安慰剂对照与双盲法同时实施效果更好。安慰剂对照与双盲法同时实施效果更好。o对受精神因素影响较大的慢性疾病，应尽量对受精神因素影响较大的慢性疾病，应尽量采用安慰剂对照；采用安慰剂对照；o新药和老药新用治疗慢性病的临床试验最好新药和老药新用治疗慢性病的临床试验最好设立安慰剂对照；设立安慰剂对照；o轻度精神忧郁、癔病可以使用安慰剂作为心轻度精神忧郁、癔病可以使用安慰剂作为心理治疗的一部分；理治疗的一部分；o诊断已确定不需要药物治疗的病人可作安慰诊断已确定不需要药物治疗的病人可作安慰剂对照剂对照。标准对照标准对照o标准对照又称有效对照，要注意选择疗效被标准对照又称有效对照，要注意选择疗效被公认或肯定的药物或疗法，而且与所试验的公认或肯定的药物或疗法，而且与所试验的药物或疗法是属于同一类型的。药物或疗法是属于同一类型的。o不能用安慰剂对照时，可用标准对照。即用不能用安慰剂对照时，可用标准对照。即用公认的标准疗法公认的标准疗法( (或常规疗法或常规疗法) )作对照。作对照。o例如：例如：试验人参皂甙的抗心肌缺血作用，可试验人参皂甙的抗心肌缺血作用，可用已知的有效药物普萘洛尔或长效硝酸酯类用已知的有效药物普萘洛尔或长效硝酸酯类作对照。作对照。弱阳性对照弱阳性对照 即以药效较弱的老药作对照，则可以即以药效较弱的老药作对照，则可以肯定新药的价值。肯定新药的价值。 自身对照自身对照 即在同一个体上观察给药前后比较，即在同一个体上观察给药前后比较，这样可以减小个体差异的影响。这样可以减小个体差异的影响。 相互对照：相互对照：几种处理几种处理( (或水平或水平) )互为对照。互为对照。 2.2.随机原则（随机原则（RandomizationRandomization）概念：概念：随机抽样随机抽样: :总体中每个个体有相同的机会被抽到样总体中每个个体有相同的机会被抽到样本中来本中来随机分组随机分组: :每个实验对象分配到不同处理组的机会每个实验对象分配到不同处理组的机会相同。相同。随机实验顺序：每个实验对象接受处理先后的机随机实验顺序：每个实验对象接受处理先后的机会相同会相同目的：目的：在于克服偏性，避免人为因素的主观影响在于克服偏性，避免人为因素的主观影响和其他因素。和其他因素。方法：方法：抽签法抽签法( (简单随机、半随机、单纯随机抽样简单随机、半随机、单纯随机抽样) )随机数目表法、随机排列表：随机数目表法、随机排列表：分两组、分三组分两组、分三组随机数目表法随机数目表法o分两组随机方法分两组随机方法o分三组或三组以上的随机法分三组或三组以上的随机法动物号动物号1 12 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212131314141515随机数随机数33333535727267674747777734345555454570708 81818272738389090除除3 3余数余数0 02 20 01 11 12 21 11 10 01 12 20 00 02 20 0分分 组组A AC CA AB BB BC CB BB BA AB BC CA AA AC CA A随机数目表法随机数目表法初步结果初步结果 A组：组：1、3、9、12、13、15（6)6) B组：组：4、5、7、 8、10 （5 5） C组：组：2、6、11、14 （4 4）最后结果最后结果 A组：组：1、3、 9、13、15 B组：组：4、5、 7、 8、10 C组：组：2、6、11、14、12 3.3.重复原则（重复原则（ReplicationReplication）o意义：意义：实验的样本量要足够大实验的样本量要足够大经得起重复实经得起重复实验的考验。验的考验。“一个不可重复的研究是没有科学性一个不可重复的研究是没有科学性的的”。o设计样本数时要考虑的因素设计样本数时要考虑的因素 处理的效果处理的效果 实验误差：实验误差： 资料性质：等级分组资料性质：等级分组 计数资料计数资料 计量资料计量资料的样本量的样本量 显著性水平：样本量显著性水平：样本量a0.01a0.01大于大于a0.05a 随机区组设计随机区组设计 配对设计配对设计 拉丁方拉丁方设计设计o样本大小的估计样本大小的估计 一般情况下预定样本的大小一般情况下预定样本的大小 动物实验：动物实验： 大动物（犬、猫）大动物（犬、猫）5-155-15只只 中等动物（兔、豚鼠）中等动物（兔、豚鼠）10-2010-20只只 小动物（大鼠、小鼠）小动物（大鼠、小鼠）15-3015-30 临床：难治愈的病，疗效显著时：临床：难治愈的病，疗效显著时：5-105-10例，例， 急性病死亡率高的：急性病死亡率高的：30-5030-50例，例， 一般慢病：一般慢病：200-300-500200-300-500例例用计算法估计用计算法估计了解基本数据了解基本数据确定条件：确定确定条件：确定P P值；确定把握度；确定值；确定把握度；确定是单侧还是双侧是单侧还是双侧计算样本大小的公式与举例计算样本大小的公式与举例 三、实验设计的三大要素三、实验设计的三大要素 明确实验目的明确实验目的 实验设计时，首先要明确实验的目的，要实验设计时，首先要明确实验的目的，要解决什么中心问题，做到有的放矢。如要研究一解决什么中心问题，做到有的放矢。如要研究一个药物是否具有降压作用，可以通过观察两组动个药物是否具有降压作用，可以通过观察两组动物一组给药、一组不给药后血压的变化情况表现物一组给药、一组不给药后血压的变化情况表现药物的作用，通过给药前、后血压的变化观察药药物的作用，通过给药前、后血压的变化观察药物的作用效果。物的作用效果。 确定实验方法和指标确定实验方法和指标 根据实验目的和实验条件确定实验方法和根据实验目的和实验条件确定实验方法和观察指标。例如，观察一个药物是否具有镇痛作观察指标。例如，观察一个药物是否具有镇痛作用，观察方法很多，有化学刺激法、热刺激法、用，观察方法很多，有化学刺激法、热刺激法、电刺激法、机械刺激法等。无论何种方法，都有电刺激法、机械刺激法等。无论何种方法，都有一定的观察指标。一定的观察指标。 设计一些好的观察指标是体现实验的先进设计一些好的观察指标是体现实验的先进性和创新性的重要环节。观察指标是反映实验对性和创新性的重要环节。观察指标是反映实验对象在经过处理前后发生生理或病理变化的标志。象在经过处理前后发生生理或病理变化的标志。它包括计数指标它包括计数指标( (定性指标定性指标) )和计量指标和计量指标( (定量指定量指标标) )，主观指标和客观指标等。，主观指标和客观指标等。 客观性客观性：最好选用各种仪器检测的客观指：最好选用各种仪器检测的客观指标，如体温、心电图、血气分析、瘤重、标，如体温、心电图、血气分析、瘤重、体重、血红蛋白含量、溃疡面积的大小、体重、血红蛋白含量、溃疡面积的大小、平滑肌收缩的长度等。平滑肌收缩的长度等。 指标的选定须符合以下原则指标的选定须符合以下原则 特异性：特异性：指标能特异地反映观察现象的指标能特异地反映观察现象的本质，不会与其他现象相混淆。如高血压中本质，不会与其他现象相混淆。如高血压中的血压的血压( (尤其是舒张压尤其是舒张压) )可作为高血压病的特可作为高血压病的特异指标；血气分析中的血氧分压和二氧化碳异指标；血气分析中的血氧分压和二氧化碳分压可作为呼吸衰竭的特异指标。分压可作为呼吸衰竭的特异指标。 重现性：重现性：在相同条件下指标所测在相同条件下指标所测的结果可以重现。重现性高的指标的结果可以重现。重现性高的指标一般意味着偏性小，误差小，能较一般意味着偏性小，误差小，能较真实地反映情况。真实地反映情况。 灵敏性：灵敏性：是由实验方法和仪器的灵是由实验方法和仪器的灵敏度共同决定的。敏度共同决定的。 选取实验样本选取实验样本 医学实验对象包括人和动物。为了避免实验医学实验对象包括人和动物。为了避免实验给人带来损害或痛苦，除了一些简单的观察，如给人带来损害或痛苦，除了一些简单的观察，如血压、脉搏、呼吸、尿量的实验可以在人体进行血压、脉搏、呼吸、尿量的实验可以在人体进行以外，主要的实验对象应该是动物以外，主要的实验对象应该是动物( (包括正常动包括正常动物、麻醉动物及病理模型，既有整体动物，也有物、麻醉动物及病理模型，既有整体动物，也有离体器官、组织和细胞等离体器官、组织和细胞等) )，选择合适的实验动，选择合适的实验动物对实验的成功有重要的意义。物对实验的成功有重要的意义。 实验样本选择的条件实验样本选择的条件要选择接近于人类而又经济的动物：要选择接近于人类而又经济的动物：灵长类动物灵长类动物最接近人，但价格昂贵。一般常选择的实验动物最接近人，但价格昂贵。一般常选择的实验动物为家兔、大鼠、小鼠、青蛙（蟾蜍）。为家兔、大鼠、小鼠、青蛙（蟾蜍）。动物年龄、体重、性别最好一致。动物年龄、体重、性别最好一致。根据实验目的、方法和指标而定：根据实验目的、方法和指标而定：如小白鼠是实如小白鼠是实验室常用动物，适用于药物初筛，半数致死量验室常用动物，适用于药物初筛，半数致死量(LD50)(LD50)测定。由于其繁殖能力强、妊娠期短，也测定。由于其繁殖能力强、妊娠期短，也常用于避孕药的筛选；家兔体温恒定，适于解热常用于避孕药的筛选；家兔体温恒定，适于解热药、热原试验。药、热原试验。 四、学生自行设计实验四、学生自行设计实验 neostigmine,pilocarpine,acetylcholine neostigmine,pilocarpine,acetylcholine的鉴别实验的鉴别实验 药品：药品：0.01%0.01%新斯的明溶液新斯的明溶液(A)(A)；1%1%毛果芸香毛果芸香碱溶液碱溶液(B)(B)；0.1%0.1%乙酰胆碱溶液乙酰胆碱溶液(C)(C) 1. 1.三种药物的基本作用和生物学特性三种药物的基本作用和生物学特性 新斯的明新斯的明(neostigmine)(neostigmine)：易逆性抗胆碱酯酶易逆性抗胆碱酯酶药，可抑制药，可抑制AChEAChE活性而发挥完全拟胆碱作用，即活性而发挥完全拟胆碱作用，即兴奋兴奋M M、N N胆碱受体，其对骨骼肌及胃肠道平滑肌胆碱受体，其对骨骼肌及胃肠道平滑肌作用较强，对腺体、眼、心血管及支气管平滑肌作用较强，对腺体、眼、心血管及支气管平滑肌作用弱。因此，用药后有肌肉震颤，唾液腺、泪作用弱。因此，用药后有肌肉震颤，唾液腺、泪腺分泌增加，大小便失禁，中枢兴奋等症状。腺分泌增加，大小便失禁，中枢兴奋等症状。 毛果芸香碱毛果芸香碱(pilocarpine)(pilocarpine)：能直接作用于副能直接作用于副交感神经交感神经( (包括支配汗腺的交感神经包括支配汗腺的交感神经) )节后纤维支节后纤维支配的效应器官的配的效应器官的M M胆碱受体，尤其对眼和腺体作用胆碱受体，尤其对眼和腺体作用较明显。因此，用药后有缩瞳，唾液腺、泪腺分较明显。因此，用药后有缩瞳，唾液腺、泪腺分泌增加，大小便失禁等症状。无肌肉震颤作用。泌增加，大小便失禁等症状。无肌肉震颤作用。 乙酰胆碱乙酰胆碱(acetylcholine, ACh)(acetylcholine, ACh)：为胆碱能为胆碱能神经递质，其性质不稳定，极易被体内乙酰胆碱神经递质，其性质不稳定，极易被体内乙酰胆碱酯酶水解，且其作用广泛，选择性差，故无临床酯酶水解，且其作用广泛，选择性差，故无临床实用价值，可在研究中作为工具药实用。实用价值，可在研究中作为工具药实用。 鉴别实验方法鉴别实验方法 小鼠腹腔注射小鼠腹腔注射(ip)(ip)法法：每组取每组取3 3只小鼠，只小鼠，称重，标记。分别称重，标记。分别ipip三种药物溶液三种药物溶液0.1ml/10g0.1ml/10g体重，观察小鼠反应，初步判断体重，观察小鼠反应，初步判断ABCABC各为何药。各为何药。 【注注】 新斯的明：小鼠肌肉震颤，唾液腺、泪新斯的明：小鼠肌肉震颤，唾液腺、泪腺分泌增加，大小便失禁，中枢兴奋，惊厥最后腺分泌增加，大小便失禁，中枢兴奋，惊厥最后可能死亡；可能死亡； 毛果芸香碱溶液后，唾液腺、泪腺分泌增毛果芸香碱溶液后，唾液腺、泪腺分泌增加，大小便失禁，无肌肉震颤作用；加，大小便失禁，无肌肉震颤作用； 乙酰胆碱溶液后，小鼠出现扭体反应，无乙酰胆碱溶液后，小鼠出现扭体反应，无其它反应其它反应( (使用的为氯化乙酰胆碱，使用的为氯化乙酰胆碱，pHpH为为3 35 5，酸，酸性引起的疼痛扭体性引起的疼痛扭体) )。 家兔滴眼家兔滴眼( (缩瞳缩瞳) )实验法：实验法：每组取白色家兔每组取白色家兔2 2只，确定三只眼睛并分别测量瞳孔直径，分别将只，确定三只眼睛并分别测量瞳孔直径，分别将ABCABC三种药物溶液三种药物溶液3 3滴滴入三只家兔眼内（方法：滴滴入三只家兔眼内（方法：将下眼睑拉成杯状，滴入药液，提起眼睑与角膜将下眼睑拉成杯状，滴入药液，提起眼睑与角膜接触并轻轻揉动接触并轻轻揉动1 1分钟），观察三只眼睛瞳孔直分钟），观察三只眼睛瞳孔直径有何变化，判断径有何变化，判断ABCABC可能各为何药。可能各为何药。 家兔除点眼外不得进行其它操作，尤其是家兔除点眼外不得进行其它操作，尤其是耳缘静脉注射。耳缘静脉注射。 【注注】 新斯的明点眼，缩瞳作用不明显；新斯的明点眼，缩瞳作用不明显； 毛果芸香碱点眼，缩瞳作用明显；毛果芸香碱点眼，缩瞳作用明显； 乙酰胆碱点眼，缩瞳作用不明显。乙酰胆碱点眼，缩瞳作用不明显。 根据实验过程中出现的现象和实验结果，根据实验过程中出现的现象和实验结果，对设计的质量提出评论并提出需要注意的一对设计的质量提出评论并提出需要注意的一些事项，对药物的作用给予进一步的讲解以些事项，对药物的作用给予进一步的讲解以加深对理论课内容的理解与掌握。加深对理论课内容的理解与掌握。 五、实验总结五、实验总结