医学生物学研究中实验动物的选择与应用

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发布时间:2010年08月13日 点击数: 字体:

实验动物选择的基本原则  

一、尽量选用与人体结构、机能、代谢及疾病特征相似的实验动物。

医学研究根本目的:探索人类疾病的发病机制,寻找预防及治疗方法。

通过动物实验,对人类的疾病、病理生理进行推断和探索。

动物的物种进化程度在选择时,应是优先考虑的问题。在可能的情况下,尽量选择结构、功能,代谢方面与人类相近的动物。

实验动物和人类的生活环境不同,生物学特性存在许多相同和相异之处,选择时应充分了解各种动物的生物学特性,与人类之间特性进行比较;充分利用相似之处做出恰当的选择。

(一) 组织结构方面:

哺乳动物之间有许多组织结构上的相似点,其生命功能基本过程也很相似。除体型比例方面差异外,身体各功能系统构成是相似的,各生命功能基本过程亦相似。

小型猪烧伤实验研究

(二) 系统功能方面:

许多动物各系统的功能与人类相似。

(三) 生理特性方面:

哺乳动物与人类一样,其心率、呼吸频率、体温三者成正比关系。

动物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。正常参考值有较大变动范围,实验时按实际具体考虑。

(四) 繁殖特性:

哺乳动物与人一样,性成熟、妊娠期和寿命一般成比例。

寿命长——妊娠期长——性成熟晚

许多动物有一定的繁殖季节,实验动物在人工饲养条件下有的已发生改变。

(五) 体液成分方面:血液性状与人一样:形态和功能两个方面,与功能有关的指标之间有一定联系:红细胞数目高——血球压积,血红蛋白含量也高。

(六) 解剖方面:

1、 骨骼构成:不同种类动物,椎骨有很大差异。

人、哺乳类:颈部有长短之差,颈椎都是7块。

2、 齿式:与食性有关:草食类:臼齿上面扁平而稍有一点凹状。

肉食类:凸状,面积小。

草食中:反刍类无上颚切齿,而兔切齿外突,十分独特。

杂食类:猪齿式与人类情况一致。

3、脏器构成:脑重与神经系统的发达程度成正比。

消化系统:各种动物器官重量的比例与人之间差异不大。

呼吸、循环系统:重量差异较大,运动量大的动物越重。

肠道各部分长度:与食性密切相关。

3、 脏器形态:

消化道:各部大小、形状构造因种类不同而差异显著。

反刍:胃为复胃。分化复杂

单胃动物:形态类似,但食管部(胃前部)所占比例不同。

肝胆:种类不同分叶方式不同。啮齿类肝构成复杂。

小鼠:四叶:中叶、左叶、尾叶、右叶。

大鼠:左外叶、左中叶、中间叶、右叶、尾状叶、一个盘状乳突。

马、大鼠:缺少胆囊。

肺:形态因呼吸方式不同而不同。

心脏:形态随进化而逐渐完全。 大鼠无ST段。

形态和功能上,犬心脏最类似人。

(七) 疾病特点方面:

有自发或诱发疾病,能局部或全部地反映类似疾病过程与特点,可用于相关疾研究。

二、选用解剖生理特点符合实验目的要求的实验动物.

是保证试验成功地关键。

实验动物具有某些解剖生理特点,为实验所要观察的器官或组织等提供了很多便利条件。

三、注意人与动物对同一刺激的反应差异,选用具有明显反应的动物。(品种品系选择)

各实验动物在基因型、组织型、代谢型、易感性等方面存在着差别。不同种动物对同一因素反应虽然有相似性,但也会出现特殊的反应。有共同性亦有特殊性。实验中选用对实验因素最敏感的动物作为实验对象。

注意不同药物在不同种系动物中反应差异。同种不同品系动物:对同一刺激反应差异很大。

四、根据课题研究的目的、内容、水平、技术条件、实验方法等选用相适应的标准化动物。

科学实验要求结果准确性、重要性好、并具有可比性

动物的标准化是重要条件,并在标准条件下进行实验。

合格证明在论文发表成果鉴定时是一个重要地证明材料和基本条件。

近交系:由于遗传的均一性,实验结果的精确可靠,被广泛应用。不同品系具有独特的特性,适合不同的课题。

封闭群:以群体为对象的课题:遗传、药物筛选、毒性试验,要选择与人群基因型及表型相似的封闭群动物。

杂交F1动物:兼有近交系及封闭群特点

基因突变动物: 具有鲜明人类疾病模型特征。

多物种实验:一般实验,使用一个品种或品系即可。

多数情况下,只能建立对多个物种实验的基础上,才能将结果推用于人。

微生物等级选择:据各等级动物特点,应用范围,课题水平。选择相匹配的微生物级别动物。动物级别,类别要与实验条件,实验技术、方法、试剂等相匹配。

五、符合实验动物选择的一般原则:

在对种类和品系选择的同时,即考虑到动物的年龄、性别、体重等因素。

1. 年龄和体重:年龄不同其解剖生理特征及对实验反应性有明显变化。

慢性实验:周期长——幼龄

老年病学——老龄动物

急性——标准体重

体重与年龄有一定的相关性。

不同类型动物生命周期差别较大

2. 性别:不同性别对同一药物的敏感有差异。一般选择雌雄各半。

3. 生理状态与健康:怀孕、哺乳等生理状态,对外界刺激反应有所改变。如无特殊目的应从实验组中剔除、减少个体差异。营养不良亦应除去。

六、充分查阅与本课题相关的实验动物与动物实验两方面的文献,并进行必要的预实验。

查阅文献:了解本领域、本项目以往的研究结果和使用动物情况。利于充分利用前人的成果。确定深入研究计划,避免重复。

科研,检验和生产传统应用的动物是科学工作者长期实践经验积累,各专业各课题都有自己常用的动物品种品系。

应强化查阅文献和加强与实验动物工作者交流。有效地充分利用研究成果,从而使实验动物选择及应用更有效更准确更好地使实验动物科学为自身课题服务。使研究更简洁,有效,更具有特色和创新。

如:三军大烧伤所:人体烧伤后肠源性感染观察的确立在临床实践及理论上都是一个突破。

裸鼠:60年代出现对人体肿瘤地异种移植成为可能。迅速在微生物、免疫、寄生虫、遗传和临床种广泛应用解决了其它动物难以解决的问题。

预实验:通过自己直接观察和了解动物是否适应本课题研究。选择的可靠方法

预实验作用:1、初步观察动物是否适宜于本项目研究。

2、熟悉动物地生物系统性及饲养管理。

3、检查与实验动物配套的实验条件、方法是否到位。

七、经济性原则

在不影响实验质量的前提下选择易获得,经济、易饲养管理的动物,尽量作到方法简便降低成本。

慢性实验:节约饲养费

啮齿类:繁殖周期短,多胎性、易饲养、管理和微生物控制方便。年龄、性别、体重、可任意选择,量大价廉,来源充足。

非人灵长类:进化程度高,与人类最接近,在许多研究中有不可代替优点。但来源稀少,繁殖周期长,饲养困难,不能普及和大量使用.特殊研究时选用。

八、应注意有关国际规范

国际上普遍要求动物实验达到:实验室操作规范(GLP);标准操作规程(SOP)

要求实验动物选择和应用,实验室条件、工作人员素质、技术水平和操作方法都标准化。所有药物的安全评价试验都必须按规格规范进行。

3R原则: Reduction(减少) Refinement(精细) Replacement(替代) 反映了实验动物科学由技术上的严格要求转向人道主义管理,提倡实验动物福利与动物保护。

常见动物实验中实验动物的选择  

一、药理学研究中的选择

1、 临床药物代谢动物学研究:

首选动物及性别,应尽量与药效量或毒理学研究所用动物一致。

药物动力学参数测定:最好使用犬、猴子等大动物,可在同一动物上多次采样。

药物分布实验:大、小鼠较方便。

药物排泄试验:一般首选大鼠,胆汁采集可在乙醚麻醉,胆管插管引流。

2、 一般药理研究

主要药效作用以外广泛药理作用的研究。

动物:小鼠、大鼠、猫、犬等性别不限。

3、 作用于神经系统的药物研究:

促智药:成年大小鼠一般应用幼年、老年鼠。

镇静催眠药:成年小鼠 便于分组。

抗痛药:成年大小鼠,以雄性为宜。

镇痛药:需在整体动物上进行,常用成年小鼠、兔,也可用豚鼠、犬等,雌雄兼用。

中枢性肌松药:小鼠、猫。

解热药:首选兔。兔:品种、年龄、室温、动物活动情况等不同,对发热反应速度和程度有明显影响,应按药典规定进行。

神经节传导阻滞影响药物:首选猫,最常用的是颈神经节,因其前后部易于区分。

4、 心血管系统的药物研究:

抗心肌缺血药:狗、猫、兔、大小鼠。

抗心率失常药:豚鼠。小鼠不便操作。

降压药:狗、猫、大鼠。不宜用兔:外周循环对外界环境刺激极敏感,血压变

化大。

治疗心功能不全药:狗、猫、豚鼠、兔。一般不用大鼠。

降血压药:大鼠、兔。模型动物:遗传性高脂血症WHHL兔。

抗动脉粥样硬化药:一般用兔、鹌鹑。

抗血小板聚集药、抗凝血药:大鼠、兔,个别也可用小鼠。

5、 呼吸系统药物:

镇咳药筛选:首选豚鼠,对化学刺激或机械刺激都很敏感。猫:生理条件下很少咳嗽,可用于刺激喉上神经诱发咳嗽,在初筛基础上进一步肯定药物的镇咳作用。

犬:适用于观察药物的镇咳作用持续时间。

兔:对化学、电刺激不敏感。大小鼠:实验可靠性差。

支气管扩张药:常用豚鼠:气道平滑肌对致痉剂药物反应敏感。大鼠:某些免疫和药理学特点与人类较近。

祛痰药:一般用雄性小鼠,兔、猫。

6、 消化系统药物:

胃肠解痉药:大鼠、豚鼠、家兔、犬等,雌雄均可。

催吐、止吐:犬、猫、鸽等。兔、豚鼠、大鼠,无呕吐反射,故不选用。

7、泌尿系统药物:
利尿、抗利尿药:雄性大鼠或犬为好。
8
、内分泌系统药物:

肾上腺皮质激素类药物:大小鼠,雌雄均可。
9
、计生药:

终止中期妊娠药,子宫收缩药:雌性大鼠、豚鼠、兔、猫。
女用避孕药:雌性大鼠、仓鼠、兔、猕猴。

男用避孕药:雄性近交系大鼠,猕猴。

10、精神药物:抗焦虑药:成年大小鼠、兔。

抗抑郁药:大小鼠,其次为犬、猪。

二、药物安全性评价试验

(一) 急性毒性

大多为半数致死量(LD50)实验。也有不少国家对一部分药不再要求做LD50。可节约大量的动物和药品。

如药物毒性很小,则进行耐受剂量实验。

常用大鼠、小鼠,最常用为封闭群动物

(二) 长期毒性试验

观察连续给予受试药物。

需两种以上的动物才能较正确地预示受试药物在临床上的毒性反应,

常用:一种为啮齿类大鼠,另一种为犬、猴、小型猪。

大鼠:封闭群 大动物:Beagle

(三)生殖毒性实验:1.一般生殖毒性试验
3
个独立试验 2.致畸敏感期毒性试验

3.围产期毒性试验
不同种属动物对药物敏感性不同至少应用二种以上动物。

啮齿类:小鼠、大鼠、仓鼠

非啮齿类:兔、犬、灵长类。

(四)致突变及致癌试验

长期致癌:1对动物要求高。常用:F344大鼠,A系小鼠,基因剔除小鼠。

2对环境要求高;

3排除一切其它致癌因素;

(五)药物依赖性试验

观察期一般较长,项目较多。都采用大、小鼠及猴。

(六)其他毒性试验

药物毒性试验及原则之一,给药途径必须与将采用的临床给药途径相一致。

外用药毒性 :皮肤给药。(无论急性、长期)一般用兔、豚鼠、大鼠。

外用药的刺激过敏试验,豚鼠(过敏)(大鼠皮肤不适宜);兔,(刺激)

栓剂:年轻兔、大鼠

滴鼻剂、吸入剂:考照临床给药途径,用大鼠、豚鼠、兔。眼科以兔为宜。

生物制品,生物工程产品:有较为严格种属特异性。

三、心血管疾病

1、 动脉粥样硬化:

鸟类和兔:早期选用,能自发动脉粥样硬化

兔:饲料诱发的极度高血脂可发生粥样硬化病灶。

能用的动物:大小鼠、鸽、猪、犬、火鸡、非人灵长类。

恒河猴:可发生广泛的主动脉粥样硬化。

小型猪:可自发动脉粥样硬化。高脂饲料诱发可加速粥样硬化形成。

2、 高血压:

常用犬、大鼠

犬:与人类高血压相似较多。

对于神经精神性高血压,犬最为合适。

大鼠:饲养、繁殖、手术、血压测定较为方便,药物反映与人类相似。

兔:血压不够稳定,一般不用。

SHR大鼠:高血压,病理、生理、药理研究。与人类自发性高血压有诸多相似。

实验性诱发:刺激中枢神经系统反射性而成,或注射加压物质以及分次手术结扎肾动脉,诱发肾源性高血压。

3、 心肌缺血

冠心病,心肌梗塞:犬、猪、猫、兔、大鼠。都可进行冠状动脉阻塞。

犬:心肌缺血良好的模型动物。

猪:心脏侧枝循环和传导系统血液供应类似于人的心脏。

兔:开胸冠状动脉结扎不需人工呼吸。

大鼠:测试心肌耐缺氧实验

4、 心率失常

常用大鼠、豚鼠、兔、猫、犬、猴、猪等。

大小鼠:心电图无ST段,有的导联也不见T波。

豚鼠:血管反映敏感,出血症显著,适合观察出血和血管通透性变化。

细胞培养:犬、兔、豚鼠、大小鼠、鸡等胚胎、新生或成年心肌。

四、消化和呼吸疾病

选择动物正确与否直接关系到结果的准确性。

兔、羊、豚鼠:草食动物,与人类消化系统迥然不同,不能选择。

犬:消化系统发达,与人类消化过程相似,宜于慢性实验。

猪:呼吸、泌尿、血液系统与新生人相似,适于营养不良症,铁、铜缺乏。

大鼠:无胆囊,适宜收集胆汁实验(马同),及肝切除。

胰腺炎:可用幼年雌性小鼠造成胆碱缺乏,诱发出血性胰腺炎。

兔:甲状腺功能研究。

犬:甲状旁腺位置固定,位于甲状腺表面。甲状旁腺切除,而保留甲状腺功能。

呕吐实验:常用猫、犬、雪貂、鸽、猴等。

草食动物不易发生呕吐反射。

维生素C研究:豚鼠。

慢支:猴最合适,气管腺数量较多,且至三级支气管中仍有存在。

豚鼠:适于结核和白喉研究,对结核杆菌、白喉杆菌很敏感。

大鼠:肺水肿,肺纤维化,矽肺。

鸭:人乙肝模型,用于药物筛选和药效学研究。

五、神经系统:

据动物神经系统特有的特性而选择。

沙鼠:基底动脉环后交通枝缺损。

DBA/2N35日龄,听源性癫痫发病率100%

C57BL/KalWN:先天性脑积水。

吗啡:高原鼠、兔不敏感,可用于神经系统方面研究

小鼠、猫:中枢兴奋

犬、兔、猴、大鼠、人:中枢抑制

兔:减压神经对心脏等的作用。

犬、猫:神经系统发达。

六、泌尿和内分泌疾病:
糖尿病:大鼠、兔、犬等,人工摘除胰腺复制。

老年A系小鼠:肾脏病多发 可进行相关疾病研究

SWR系小鼠:610月龄常发糖尿病 可进行相关疾病研究

七、 放射学实验研究:常用大小鼠、沙鼠、犬、猪、猴等。不同动物对射线敏感程度差别大

八、 微生物:动物种类较多小鼠、大鼠、沙鼠、豚鼠、地鼠、兔、犬、猴、猫等。
A
系小鼠:对麻疹病毒非常敏感。
兔:对许多病毒和致病菌非常敏感(狂犬病、天花、脑炎等)。
裸鼠:易感染细菌、病毒、寄生虫。感染免疫机制研究。

九、 老年病:以哺乳类为主,大鼠、小鼠、豚鼠、兔、狗、猪、猴等。
以大鼠为最多,应用广泛。以细胞生化,消化器,激素,酶等为主。
选择标准:1.寿命期限明确,变化应很小
2.
对传染病感染具有抵抗力,尤其死亡率高,发病率高的传染病。
3.
与人类有解剖、生理学上的相似性,尤其疾病相似性。
4.
食谱和营养类似于人类。
5.
染色质,组型,干细胞,免疫系统资料清楚。
6.
来源容易,便于管理,维持费用低。
7.
得到的资料可以推断到人类。

十、 行为学
行为遗传学:小鼠应用广泛。
杂交F1代动物:行为差异介于双亲行为之间,有时表现为杂交优势。

同一种,不同品种、品系对于相同的处置有不同的反应。

大鼠:常用于迷宫学习,身体特征和心理特征之间的功能关系及母性行为等。
犬:应用广泛,易于操作、管理,高度进化,高度群居性动物。富有行为表现。

非人灵长类:异常行为研究,具有比其他动物更多的优点,更接近人类。

十一、 遗传学
主要为遗传性疾病领域。各种动物都有遗传性疾病发生,一些可作为人类遗传病模型。

十二、 环境污染研究:
啮齿类:大小鼠、豚鼠,广泛应用于空气污染评价。
重金属污染:大鼠、狗、猫等。某些野生动物、鱼类也是较好模型。
农药污染:小鼠、大鼠、豚鼠、狗及某些鸟类。
微生物环境:各种动物,家畜、啮齿类、灵长类、鱼、昆虫、鸟类等

十三、 营养学
注意:每种动物在营养需要及代谢方面,都有自身独有特性,

营养与代谢特性及感染,免疫反应常用动物:大鼠、豚鼠、狗、猪、非人灵长类等。
无菌动物及悉生动物:在营养代谢研究中有独特的作用。

十四、 肿瘤研究:
实验肿瘤学:病因、发病机制,抗癌药筛选及防治方法研究。
新的抗癌药研制:大小鼠、豚鼠、仓鼠、猪、兔、鸟、鱼、灵长类。
小鼠:封闭群、近交系、突变系,遗传工程小鼠等不同类型。
肿瘤模型:自发性、诱发性、移植性及人体肿瘤异种移植动物模型。

十五、 中医中药研究
中医证候动物模型:阳虚、阴虚、脾虚、脉微欲绝、血虚、血瘀、肝郁、寒证、热证、温病、里实等11
造模方法思路:选择一些造成与临床证型相仿的致病因素,作用于动物机体产生类似临床某些证的模型。
动物:常用大,小鼠、金黄地鼠、兔、猫、犬等。

关键词:实验动物
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