第四章实验动物的选择和利用精选文档.ppt

第四章实验动物的选择和利用本讲稿第一页，共五十八页 实验动物的选择及应用 实验动物的选择是医学科学研究中首要考虑的问题。选择恰当与否关系到课题质量、经费开支、研究途径及方法的简繁，甚至影响到课题的成败及研究结果正确性。1、实验动物选择的基本原则 2、常见动物实验中实验动物的选择本讲稿第二页，共五十八页实验动物选择的基本原则实验动物选择的基本原则一、充分查阅与课题相关的实验动物与动物实验两方面的文献充分查阅与课题相关的实验动物与动物实验两方面的文献 通过查阅文献，可了解本领域、本项目以往使用的实验动物情况及其研究结果，有利于充分利用前人的研究成果、研究思想从而确定深入研究计划并可避免重复研究。本讲稿第三页，共五十八页二、尽量选择与人类相似的实验动物二、尽量选择与人类相似的实验动物1结构和功能的相似性实验动物中，并非仅灵长类动物在生物学特性、解剖生理特点等方面与人具有相似性。本讲稿第四页，共五十八页2 2时象或年龄时象或年龄状态的相似性状态的相似性3 3群体分布群体分布的相似性的相似性 与与人人群群具具有有相相似似的的自自然然群群体体基基因因的的实实验验动动物物类类别别为为封封闭闭群动物。群动物。本讲稿第五页，共五十八页4生态或健康状况的相似性 现有的不同微生物学质量级别的普通动物、清洁动物、SPF动物、无菌及悉生动物分别代表着不同的微生态模式并具有不同特点，适用于不同研究目的。5疾病特点的相似性实验动物有许多自发或诱发性疾病能局部或全部地反映与人类类似的疾病过程及特点，可用于研究相关的人类疾病。6操作手感的相似性 外科手术性的操作模型中或教学示教中，体型大的动物比体型小者在实践感上更接近人类。本讲稿第六页，共五十八页n1.差异性原则 由于物种之差异，各种动物之间存在基因型、组织型、代谢型、易感性等方面的差别，这种差异有时可作为研究课题所需的一种指标或特殊条件。如：对毒性或抑制机制的敏感性的差异常被利用于药物尤其是抗菌、抗肿瘤药物的研究，这类差异越大则药物特异性越强。利用这一特点，人们可能找对人类毒性小而对病原微生物或肿瘤细胞杀伤力强的药物。又如，免疫缺陷模型在组织排斥反应上的差异，使得同种异体移植或异种异体移植得以实现。另：除利用与人具有的相似性以外的实验动物选择原则本讲稿第七页，共五十八页2.易化原则n 进化程度高或结构机能复杂的动物有时会给实验条件的控制和实验结果的获得带来难以预料的困难。应依据易化原则选择那些结构功能简单而又反映研究指标特质的动物。n例如：在遗传研究中，用寿命短、繁殖快的果蝇取得了丰硕的成果，而同样方法若改用 灵长目动物其难度是很难设想的。有时为了删除系统作用背景对某器官或某功能进行研究，可用离体方法进行。本讲稿第八页，共五十八页n3.相容或匹配原则n 所谓“相容”或“匹配”是指所用动物的标准化品质应与实验设计、技术条件、实验方法等条件相适应。在设计实验时不但要了解实验仪器精度和灵敏性能了解试剂的品质、性能以及试剂和仪器之间的匹配性能，也要了解动物或动物模型对实验手段的反应能力。n避免应用高精仪器、试剂和低品位动物或低反应性能匹配，或用低性能测试手段与高反应性动物相匹配的不相协调的配合。本讲稿第九页，共五十八页n4.易获性原则 易获性是理想的实验动物条件之一。虽然猫、狗、猪及灵长动物居于较高进化水平各有其研究价值，尤其是灵长类动物在许多方面有不可替代的优越性。然而这些大动物则往往由于其较长生殖周期，低繁殖率或产仔率等弱点而影响其易获性，因而亦影响其被选用，故通常不作首选。本讲稿第十页，共五十八页n从Little 1901年育成第一株近交小鼠至今，已有常用近交系小鼠260多系，近交大鼠100多系，30多系近交地鼠，还有近交系鼠和近交兔。此外，还有许多啮齿目封闭群、突变系、杂交系动物可供选择。n这些动物因其繁殖周期短，多胎性等特点，使其非常易获，且又是小型哺乳动物，在进化上比其他纲的脊椎动物要优越，而且有丰富而清楚的背景资料、文献索引、价低、分布又广，故为实验的良好选择。本讲稿第十一页，共五十八页n5.重现性、均一性原则 重现性和均一性为实验结果质量品质所在。若实验结果不能再现或不稳定，则该结果的可靠性便成了问题。n理论上说一定的基因型产生一定的表现型和演出型。因此，选择基因型一致或相似是保障重现性和稳定性的重要措施。一般情况下近交系动物的生物反应稳定性、实验重复性都较封闭群好。F1代杂交群在一定程度上兼有近交系和远交群的特点。n封闭群动物虽然能较好地代表自然群体但群与群之间有时存在有差异。因而在重现性上都有一定问题。本讲稿第十二页，共五十八页n周围环境与发育环境是影响实验动物表现型、演出型的重要因素。营养因素对胚胎影响、不同微生态环境、动物的疾病状况等等，都会影响实验反应稳定性，故也是选择实验动物的重要指标。genotype基因型 发育环境 developmental phenotype表现型 周围环境 proximate dramatype 演出型本讲稿第十三页，共五十八页三、选用解剖、生理特点符合实验目的要求的实验动物三、选用解剖、生理特点符合实验目的要求的实验动物蛙的大脑不发达，不可作为高级神经活动的实验，但蛙的脊髓具有最简单的发射中枢，做神经反射弧实验，简单、直观、明确、容易分析。家兔颈部的交感神经、迷走神经和主动脉减压神经是独立行走的，如要观察减压神经对心脏等作用时，须选用家兔；家兔对体温变化十分灵敏，适于发热、解热和检查致热原等实验研究；本讲稿第十四页，共五十八页四、根据实验动物不同品种、品系的特点选择四、根据实验动物不同品种、品系的特点选择1、吗啡对兔、犬、猴起中枢抑制，而小鼠和猫是中枢兴奋。2、津白1号为低癌系而津白2号为高癌系。本讲稿第十五页，共五十八页五、根据课题研究的目的、内容、水平，选用相匹配的标准化动物五、根据课题研究的目的、内容、水平，选用相匹配的标准化动物 近交系动物遗传的均质性及实验反应的稳定性较封闭群动物好，但生存抵抗力差，封闭群动物能较好地代表自然群体，F1杂交群动物在一定程度上兼有近交系及封闭群的特点。教学示范选用普通级动物，清洁级动物是国内科研工作要求的标准动物，适合于大多数科研课题，而SPF动物则是国际标准的实验动物，对于一些具有国际交流意义的重大课题，最好选用SPF动物，但无菌及悉生动物为非常规动物，仅在特殊课题需要时才选用。本讲稿第十六页，共五十八页八、动物实验结果的外推八、动物实验结果的外推n大多数生物学与医学研究的最终目的是要为人类服务的。因此动物模型和动物实验结果都要外推到人身上去，这就是动物实验结果的外推（extrapolation）。n因为动物与人不是同一种生物，加之不同的动物有不同的功能和代谢特点，所以肯定一个实验结果最好采用两种以上的动物进行观察比较。本讲稿第十七页，共五十八页n所选的实验动物中一种为啮齿类动物，另一种为非啮齿类动物。n常用的实验序列是小鼠、大鼠、狗、猴或小型猪。本讲稿第十八页，共五十八页六、选用与实验要求相适应的实验动物规格六、选用与实验要求相适应的实验动物规格（1）年龄：应选择体成熟的青壮年动物为宜。（2）体重：实验动物体重与年龄间有一定的相关性，选择发育正常、体重符合要求的实验动物。（3）性别：同一品种（系）动物不同性别对许多外界刺激的反应不一致。一般来说，无特殊要求宜选用雌雄各半。（4）生理状况：不同生理状态对外界的刺激的反应不一致。七、经济性原则七、经济性原则本讲稿第十九页，共五十八页九、实验动物的选择和应用应注意有关国际规范九、实验动物的选择和应用应注意有关国际规范 动物实验达到实验室操作规范（good laboratory practice GLP）和标准操作规程（standard operating procedure SOP）；3R原 则（Reduction、Refinement、Replacement）。本讲稿第二十页，共五十八页n十、必要的预试验有助于选择与本课题相适应的实十、必要的预试验有助于选择与本课题相适应的实验动物验动物n动物预试验的作用在于n1.初步观察动物是否适宜于本项目的研究n2.熟悉动物的生物学特性及饲养管理n3.检查与动物实验配套的实验条件、方法是否初步到位本讲稿第二十一页，共五十八页论文中动物实验的描述论文中动物实验的描述v品种、品系的名称v微生物质量v来源v合格证号v性别v年龄v体重v数量v实验和饲养环境v动物实验处理方式本讲稿第二十二页，共五十八页n（一）抗肿瘤药物研究 抗肿瘤药物的研究中常选择以下3种类型的动物模型。1.自发性肿瘤模型 2.诱发性肿瘤模型 3.移植性肿瘤模型一些常用研究中的动物选择本讲稿第二十三页，共五十八页n自发性肿瘤模型如：AKR的自发性白血病，C3H的自发性乳腺癌n诱发性肿瘤模型 用射线、二甲基苯蒽（DMBA）、黄曲霉素等诱发大小鼠、兔等发生癌症。n移植性肿瘤模型 通常是接种一定数量的肿瘤细胞，或者是一些可致癌的病毒滤液，成功率接近100，是最常用的抗肿瘤药筛选模型。本讲稿第二十四页，共五十八页n早期的抗癌药物研究均已动物肿瘤为筛选模型，随着T细胞免疫缺陷的裸鼠以及T、B细胞均缺陷的Scid鼠的发现，人体肿瘤异种移植动物模型得到了极大的发展，为抗癌药物的寻找提供了更好的动物模型。本讲稿第二十五页，共五十八页（二）心血管系统疾病研究1、动脉粥样硬化症研究：早期选用鸟类（鸡和鸽）和兔。但兔病变的局部解剖学与人类不同。兔是草食动物，胆固醇代谢与人不完全一致。目前常用大鼠、小型猪、狗、鸽、非人灵长类。恒河猴可以广泛的主动脉和各个动脉的粥样硬化。猪在高脂饲料诱导下形成的动脉粥样硬化病变和分布与人很相似，又较猴便宜。本讲稿第二十六页，共五十八页2、高血压研究：常用狗和大鼠试验性高血压模型常对动物给予加压物质或进行手术结扎肾动脉制备自发性高血压动物模型有，等大鼠品系 本讲稿第二十七页，共五十八页 SHR(spontaneously hypertensionrat)是日本人okamoto用Wistar交配逐代选育而成。其发病表现与人原发性高血压极为相似，是高血压研究的最佳模型。1.52月龄就开始出现病变。血压高、心脏肥大、出现脑梗死、心肌梗死、动脉肥厚等。繁殖正常。它和人类自发性高血压有很多相近之。如：都是遗传因素占主要地位；病程相似，血压随年龄增加而增加；高血压早期有高血流特征；刺激和大量摄入食盐加重病情；发生继发性心血管损害本讲稿第二十八页，共五十八页3、心肌缺血试验研究：狗、猪、兔、大鼠、猫。狗心脏解剖和人类似，冠状血管容易操作，心脏抗紊乱能力强，狗容易驯服。猪的冠状循环和血液动力学和人类似，侧枝循环比狗少，容易造成心肌缺血 兔开胸手术不需要人工呼吸本讲稿第二十九页，共五十八页4、心率失常试验研究：豚鼠、狗、猪、猴、兔、大鼠、猫。需要注意：小型动物因心脏小，冲动传递通路比较短，心室失常的震颤自发恢复较快。大鼠对强心甙不敏感。大小鼠心电图无ST段。若做开胸和心脏实验，兔是首选动物。本讲稿第三十页，共五十八页（三）消化系统疾病研究:1、狗有发达的消化系统，而且有与人相似的消化过程，适宜作消化系统的慢性实验。2、猕猴适合做人痢疾杆菌病，3、大鼠肝再生能力强，适合肝切除术，4、维生素C缺乏症选择豚鼠。5、胃溃疡多选择大小鼠给以寒冷刺激、醋酸烧灼、幽门螺旋杆菌感染等方法本讲稿第三十一页，共五十八页5、乙肝病毒的研究黑猩猩最适合，但不易获得。雏鸭DHBV感染，土拨鼠WHBV感染和人HBV感染有一定差别。树鼩HBV感染表现为一过性，复制和表达水平不高。近年来HBV转基因小鼠受到重视。本讲稿第三十二页，共五十八页（四）呼吸系统疾病研究:.镇咳药 首选动物是豚鼠豚鼠对化学刺激或机械刺激都很敏感。狗也是咳嗽的良好动物模型狗的咳嗽在反复刺激时变异小，故特别适合观察镇咳作用持续时间一般不用大小鼠，因为它们喷嚏和咳嗽动作很难区别。也不用兔。本讲稿第三十三页，共五十八页2、支气管哮喘 最常用的是大鼠、豚鼠、狗。豚鼠的支气管平滑肌对致痉剂和药物反应敏感3、祛痰药研究选用雄性小鼠、兔或猫。4、大鼠可以用做实验性肺纤维化、矽肺、肺水肿研究5、豚鼠可用做结核杆菌、白喉杆菌研究本讲稿第三十四页，共五十八页 （五）神经系统疾病研究：1、镇痛药一般用大鼠或小鼠，但热板法一般不用于雄性动物，因为雄性动物阴囊对热敏感2、研究神经传导首选猫3、沙鼠因为Willis动脉环不完整，结扎一侧总动脉，沙鼠出现脑梗塞。沙鼠还可以作为自发性癫痫模型。4、家兔颈部减压神经、迷走神经、交感神经独立行走，可以用来研究减压神经对心脏的作用本讲稿第三十五页，共五十八页5、DBA/2N小鼠（35日龄）听源性癫痫发生率为100%。C3H/eN小鼠对脊髓灰质炎病毒Lan-sing 株敏感。C57BL/KalWN小鼠有先天性脑积水。6、研究吗啡的时候注意，吗啡对小鼠和猫表现为中枢兴奋作用，而对犬、兔、猴、大鼠、人表现为中枢抑制。7、灵长目用于行为学研究8、树鼩的神经系统有特色，对它进行脑外科手术，无须麻醉树鼩也可以忍受切割皮肤、肌肉、硬脑膜等引起的疼痛。表现仅为流口水，而不挣扎。本讲稿第三十六页，共五十八页n9、抗焦虑药研究一般选用成年健康小鼠、大鼠、兔等。长期实验应选用雄性动物为好，因为雄性动物耐受性强。抗抑郁药可选用小鼠、大鼠，其次为狗、猪。本讲稿第三十七页，共五十八页（六）内分泌系统疾病研究：有多种基因突变动物1、db：糖尿病基因（diabetes),为4号染色体隐性突变基因。发现于C57BL/KsJ小鼠。纯合子糖尿病伴有肥胖症。多食、多饮、多尿，高血糖，尿糖，胰岛素分泌过多。短寿，纯合子一般不孕。本讲稿第三十八页，共五十八页2、ob：肥胖基因（obese),为6号染色体隐性突变基因。纯合子单纯肥胖，或伴有轻度糖尿病。4周龄就表现肥胖。89月龄可达峰值70g。一度有中高血糖，但随后自行消失。免疫反应水平降低。本讲稿第三十九页，共五十八页n3、NOD/LtJ小鼠 NOD小鼠由日本Aburahi的Shionogi研究实验室培育而成。NOD小鼠在糖尿病形成中所产生的胰岛炎(insulitis)症状，是指胰脏小岛中产生白血球的浸润物。约周龄的母鼠有明显的胰岛素含量降低的现象；而雄鼠则于稍后几周也发生此现象。糖尿病开始时有明显的中度糖尿病症，非禁食期的葡萄糖含量高于250mg/dl。主要用于糖尿病和免疫学方面的研究。本讲稿第四十页，共五十八页 4、dw：矮小基因(dwarf)1929年Snell发现。纯合子脑下垂体前叶缺损，几乎不分泌生长激素，肾上腺素分泌水平很低，睾丸和卵巢发育不正常，雌雄都无繁殖能力。发育到10日龄就明显小于正常小鼠，到20日龄体重不再增加，体重仅为正常小鼠1/3。与之类似还有af(ames dwarf)基因。本讲稿第四十一页，共五十八页5、di：尿崩症基因(diubetes insipidus)3号染色体隐性基因。纯合子下丘脑病变使加压素和抗利尿激素分泌减少。症状为烦渴、多尿、尿渗透压低。是遗传性下丘脑尿崩症良好模型6、fa：肥胖基因(fatty)5号染色体隐性基因。纯合子食欲亢进、胰岛素分泌过多、血浆中脂肪含量是正常的10倍、胆固醇也偏高。3周龄就表现肥胖，40周龄是正常大鼠的2倍。雌雄不育。本讲稿第四十二页，共五十八页n做有关代谢试验是，宜选择雄性动物，因便于收集尿液。肾上腺皮质激素类药物研究可选用大鼠、小鼠。H1受体激动药物或阻断药物研究首选是豚鼠，其次为大鼠，雌雄各半。本讲稿第四十三页，共五十八页 （七）计划生育药物研究 注意动物生殖生理特点n繁殖周期：狗春秋二季季节性单发情；猫春秋二季季节性多次发情；大小鼠、豚鼠、家兔常年多次发情；猕猴有月经周期n排卵方式：兔、猫、骆驼诱导排卵；其他自发排卵n发情周期：发情前期、发情期、发情后期、发情间期本讲稿第四十四页，共五十八页n终止中期妊娠药物或子宫收缩药物的研究常选用雌性大鼠、豚鼠、家免、猫。n女用避孕药常选用雌性大鼠、仓鼠、家兔及猕猴，且尽可能选用近交系动物。男用避孕药常选用雄性近交系大鼠或猕猴。本讲稿第四十五页，共五十八页其它研究中的动物选择n一、创伤学研究n（一）烧伤猪、犬、家兔、大鼠、小鼠、豚鼠等。其中猪由于与人的皮肤相似，是最为理想的动物。需要建立一系列的动物模型来进行实验。本讲稿第四十六页，共五十八页n（二）冲击伤 犬、兔、豚鼠或大小鼠，大动物为宜。（三）高速投射物致伤犬和猪 （四）撞击伤兔、犬和猪本讲稿第四十七页，共五十八页n二、放射学实验研究 常选用大小鼠、沙鼠、犬、猪、猴等，不使用兔。因为兔对放射线非常敏感，照射后常发生休克样死亡。小鼠常用品系有C57BL/6、LACA、C3H、RF、SJL本讲稿第四十八页，共五十八页n三、休克试验研究1.失血性休克：大多用狗或山羊做为模型动物，也有用猫和猴的。兔、啮齿类效果较差。2.感染性休克：狗作感染性休克模型，优点很多，猫和啮齿类常有较大的耐受性。兔极不稳定。本讲稿第四十九页，共五十八页n3.创伤性休克：需要使用较多数量的动物，以满足统计需要。所以选择啮齿类等中小型动物比较适宜。一般常用大鼠、兔，狗等大动物只偶尔使用。本讲稿第五十页，共五十八页n四、微生物实验研究 1.病毒学研究本讲稿第五十一页，共五十八页n2.细菌学研究本讲稿第五十二页，共五十八页n3.微生物实验研究中动物选择的考虑因素 （1）与宿主有关的因素a.基因型b.年龄c.性别d.微生物状态本讲稿第五十三页，共五十八页n（2）与微生物和物质有关的因素a.毒力b.剂量c.接种途径d.营养e.环境本讲稿第五十四页，共五十八页n五、遗传学研究本讲稿第五十五页，共五十八页n六、营养学研究1.食谱需要中种的变化2.营养的增效与拮抗作用3.饥饿和营养不良的动物模型4.动物在碳水化合物，蛋白质，脂肪及其相关代谢中的应用5.维生素及矿物质与之相关疾病的研究6.无菌动物在营养代谢研究中的应用本讲稿第五十六页，共五十八页n七、行为学研究中的应用n1.啮齿类、猫、狗，灵长类在行为学研究中的应用。n2.神经机能病，精神病，躁狂-抑郁症的动物模型，精神分裂症，精神迟钝，酒精中毒的动物模型。本讲稿第五十七页，共五十八页n老年医学研究中的应用小鼠，大鼠，狗，猪本讲稿第五十八页，共五十八页