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人类疾病动物模型AnimalModelsofHumanDiseases 人类疾病动物模型 animalmodelofhumandisease 是指医学科学研究中所建立的具有人类疾病模拟性表现的动物实验对象和材料 动物实验对象 以动物整体作为研究对象相关材料 以器官 组织 细胞为研究对象 一 概念 人类疾病动物模型是现代生物医学研究中极为重要的实验方法和手段 通过各种动物的生物特征和疾病特点与人类疾病进行比较研究 有助于更方便 更有效地认识人类疾病的发生 发展规律和研究防治措施 非典病毒 决战非典 人类疾病的发展十分复杂 以人本身为实验对象在时间 空间 道义和方法上的局限性 而动物模型可以克服这些不足 通过对动物模型的研究 可以更准确地观察模型的实验结果 有助于更有效地认识人类疾病的发生 发展规律 研究防治措施 二 动物模型在生物医学中的意义1 避免人体接受实验的风险动物作为人类的替难者 可在人为设计的特定实验条件下反复观察 甚至为了需要可以损伤动物组织 器官乃至处死动物 切尔诺贝利核事故 日本福岛核电站事故 小型猪辐射模型 2 临床上平时不易见到的疾病可用动物随时复制出来 白血病 2 28 10万 利用实验动物白血病进行白血病的病因学 发病学和实验治疗研究 是白血病研究的一个重要方面 通过比较研究为揭示人类白血病的病因 发病机制以及指导临床治疗发挥了很大的作用 制作白血病动物模型的方法有很多 3 可以克服人类某些疾病潜伏期长 病程长和发病率低的缺点另外 临床上如亨廷顿舞蹈症 慢性支气管炎 动脉粥样硬化等疾病 潜伏期长 病程也长 有的可能几年甚至几十年 甚至隔代发病 在人体很难开展工作 潜伏期长 病程长 发病率低 亨廷顿舞蹈症是一种遗传神经退化疾病一般患者在中年发病 逐渐丧失说话 行动 思考和吞咽的能力 病情大约会持续发展15年到20年 并最终导致患者死亡 4 可以严格控制实验的条件 增强实验材料的可比性 疾病的复杂性 病人的多样性 病人年龄 性别 体质 遗传甚至社会因素都可对疾病的发生发展有影响 动物模型 单独研究某个因素的致病机理 排除其他因素的干扰 人类疾病比较复杂 病人的年龄 性别 体重 体质 遗传 甚至社会因素都会影响疾病的发生发展 糖尿病危害很大 若血糖未得到很好控制 则可能产生许多慢性并发症 研究表明 糖尿病发病10年30 40 的患者至少会发生一种慢性并发症 5 可以简化实验操作和样品收集 尽管临床上可以从病人身上获取疾病的相关材料 但在数量和种类上均有局限性 而人类疾病动物模型作为人类疾病的 缩影 和 仿制品 除了能近似地再现人类疾病的各种特征以外 还有利于研究者按实验目的需要随时收集各种与疾病相关的材料和样品 如模型动物的组织 器官 细胞 血液 尿液 染色体 基因等 甚至及时处死动物收集样本 了解疾病模型动物病理反应的全过程 这在临床是难以办到的 6 有助于更全面地认识疾病的本质 在临床上研究疾病的本质难免带有一定局限性 许多病原体除人以外也能引起多种动物的感染 其症状体征表现可能不完全相同 但是通过对人畜共患病的比较 则可以充分认识同一病原体给不同机体带来的各种危害 使研究工作上升到立体的水平来揭示某种疾病的本质 本质 布病是布鲁氏菌病的简称 是由布鲁氏菌属的细菌引起的一种变态反应性人畜共患的传染病 羊 牛 猪是人类布病的主要传染源 人体传染布鲁氏菌可以通过体表皮肤粘膜 消化道 呼吸道侵入 人的感染途径与职业 饮食 生活习惯有关 其症状主要有发热 多汗 疼痛 主要是大关节 肌肉最为明显 乏力等 1 自发性动物模型 2 诱发性动物模型 3 基因工程动物模型 4 抗疾病型动物模型 5 生物医学模型 三 动物模型的分类 一 按产生原因分类 1 自发性动物模型 spontaneousanimalmodel 1 概念指实验动物未经任何人工处置 在自然条件下自发产生或由于基因突变的异常表现通过遗传育种手段保留下来的动物模型 一 按产生原因分类 自发性高血压大鼠 突变系的遗传病 spontaneouslyhypertensiverat SHRRat SHRRat141 203mmHgHeartrate390NormalRat84 121mmHgHeartrate380 裸鼠nudemouse 肥胖症小鼠ob oborobesemouse 1 自发性动物模型 1 自发性动物模型 乳腺肿瘤 肺脏肿瘤 肝脏肿瘤 卵巢肿瘤 胃肠道肿瘤 淋巴性白血病 垂体瘤等 近交系小鼠自发性肿瘤疾病 2 优点 完全在自然条件下发生的疾病 排除了人为的因素 疾病的发生 发展与人类相应的疾病很相似 其应用价值很高 3 缺点 来源困难 种类有限 价格昂贵 饲养条件要求高 1 自发性动物模型 肿瘤 遗传病 2 诱发性动物模型 experimentalanimalmodel 1 概念指通过使用物理 化学 生物等致病手段 人为制造的与人类疾病表现类似的动物模型 一 按产生原因分类 2 诱发性动物模型 一 按产生原因分类 物理因素 机械损伤 手术 冻伤 烧伤等 化学因素 化学致癌剂 化学毒物中毒 强酸强碱烧伤 营养物质过剩 营养物质缺乏等 生物因素 细菌 病毒 寄生虫 生物毒素等 复合因素 2 优点 能在短时间内复制出大量疾病模型 实验条件易控制 重复性好 3 缺点 和自然产生的疾病模型在某些方面存在一定差异 2 诱发性动物模型 3 基因工程动物模型 1 概念指通过基因重组技术 改变动物的基因或基因组 使动物的遗传特性表现与人类疾病表现相似的动物模型 一 按产生原因分类 3 基因工程动物模型 一 按产生原因分类 2 分类 a 转基因小鼠模型 transgenicmice 指用实验的方法将外源基因导入早期胚胎细胞 使之整合于细胞基因组中而建立的动物品系 b 基因敲除小鼠模型 geneknockoutmice 通过同源重组将外源基因定点整合入胚胎干细胞基因组上某一确定的位点 利用修饰的后的干细胞生成嵌合体 再由嵌合体生成基因敲除小鼠 雄原核注射转基因小鼠 基因敲除转基因动物 3 基因工程动物模型 一 按产生原因分类 3 优点 不但能从动物整体水平和组织器官水平上进行研究 而且还可以深入到细胞水平和分子水平 为发病机制 药物筛选和临床医学研究提供了比较理想的实验体系 4 缺点 动物机体基因调控机制十分复杂 目前基因工程动物模型提供的信息还很局限 1 疾病的基本病理过程动物模型 指各种疾病共同性的一些病理变化过程模型 如发热 缺氧 水肿 休克 弥散性血管内凝血 电解质紊乱 酸碱平衡失调等 三 动物模型的分类 二 按系统范围分类 2 各系统疾病动物模型 指与人类各系统疾病相应的人类疾病动物模型 各系统疾病模型分为消化系统疾病动物模型 呼吸 心血管 泌尿 神经 血液与造血 内分泌 骨骼等系统的动物模型 还包括按科分类 如传染病 妇科病 儿科病 皮肤科病 五官科病 外科病 寄生虫病 地方病 维生素缺乏病 物理损伤疾病和职业病等动物模型 三 动物模型的分类 二 按系统范围分类 疾病模型的种类包括整体动物 离体器官和组织 细胞株和数学模型 三 动物模型的分类 三 按模型种类分类 自1960年有人复制小鼠阳虚动物模型至今已有30多年 在此期间中医药动物模型迅猛发展 已形成独特的较完整的体系 以其独特的理论体系 辨证论治 独特的评价标准 证 病 症 独特的处置措施 中药 针灸 养生 独特的观察指标 舌 脉 汗 神 色 独特的认识特色 审证求因 形成中医药动物模型体系 进入了人类疾病动物模型的大家族 成为一支不可缺少的生力军 三 动物模型的分类 四 按中医分类 1 致模因素对动物模型复制的影响 2 动物因素对动物模型复制的影响 野生动物 家养动物 标准化实验动物 3 实验技术因素对动物模型复制的影响 季节 时间 试剂 麻醉 手术方法等 4 环境因素和营养因素对复制动物模型的影响 居住条件 饲料 光照 噪音 温湿度 气流速 氨浓度等 四 影响动物模型质量的因素 1 与人类疾病的可比性 相似性越高越好 动物自发性疾病 制作2 复制动物模型可重复性 品种 品系 年龄 性别 体重 健康状况 饲养环境 管理 实验处理要一致 3 可靠性 特异的 可靠的反映某种疾病 五 动物模型的设计原则 4 适用性和可控性 临床应用和疾病的可控性 利于疾病研究的开展 5 易行性和经济性 制模方便易行 小动物多选用而灵长类少 五 动物模型的设计原则 没有一种动物模型能完全复制人类疾病真实情况 动物毕竟不是人体的缩影 模型实验只是一种间接性研究 只可能在一个局部或几个方面与人类疾病相似 因此 模型实验结论的正确性只是相对的 最终必须在人体身上得到验证 五 动物模型的设计原则 查找文献并咨询动物实验所需动物和条件是否可行 了解前人所积累的经验 避免低水平的重复或缺乏科学依据的盲动所造成人力 物力的浪费 五 动物模型的设计原则 1 自发性动物模型2 诱发性动物模型3 转基因动物模型 六 课程的主要内容 常见人类疾病动物模型及研究进展 第二章自发性动物模型 1 概念是指由于先天性遗传突变或用人工方法造成一种或多种免疫系统组成成分缺陷的动物 一 免疫缺陷动物 造血干细胞 淋巴细胞系 胸腺 腔上囊 类囊组织 T细胞CKCTL B细胞抗体 IgGIgAIgMIgDIgE 粒细胞系 巨噬细胞 AG 免疫缺陷病发生的可能环节 第二章免疫缺陷动物 1 分类 1 先天性免疫缺陷动物 T淋巴细胞免疫缺陷 B淋巴细胞免疫缺陷 NK细胞免疫缺陷 联合免疫缺陷 2 获得性免疫缺陷动物 黑猩猩HIV感染 有蹄动物慢病毒感染 猴AIDS 猫FeLV病毒感染 小鼠AIDS模型 一 免疫缺陷动物 裸小鼠 NudeMice 第11对染色体基因突变 隐性突变 无毛以及胸腺缺陷缺乏成熟T细胞的辅助 抑制及杀伤功能 因而细胞免疫力低下 B淋巴细胞正常 但功能不完善 成年裸小鼠 6 8week 较普通小鼠有较高水平的NK细胞活性 但幼鼠 3 4week 的NK细胞活性低下 SPF环境 生产上一般采用纯合型雄鼠与杂合型雌鼠交配 BALB c nu的胸腺 昆明小鼠的胸腺 胸腺残留一些上皮样细胞 外周血淋巴细胞减少 无接触敏感性 无移植排斥 无移植物抗宿主反应 B细胞数量正常但功能有缺陷 合成的免疫球蛋白主要是IgM 只有少量IgG 粒细胞功能较低 NK细胞活性高 第二章免疫缺陷动物 裸小鼠的应用 广泛应用于肿瘤学 微生物学 免疫学 寄生虫学 毒理学等基础医学和临床医学研究中 品系 NIH nu BALB c nu C3H nu C57BL 6 nu 裸大鼠 NudeMice 基因符号为rnu 具有与裸小鼠基本相似的特征 无胸腺 缺乏功能性T细胞 B细胞功能基本正常 基本无毛 但头部和四肢少量毛 皮肤呈白 黑或黑白相间 优点 个体大 利于试验 起源于CBA N品系 又称CBA N小鼠 由于X性染色体上的基因xid发生突变 使其B细胞功能缺陷 纯合子雌鼠 xid xid 和杂合子雄鼠 xid Y 对非胸腺依赖性 型抗原没有体液免疫反应 血清中IgM和IgG含量较低 对B细胞分裂素 B cellmitogens 缺乏反应 分泌IgM和IgG亚类的B细胞数量减少 其T细胞功能正常 性连锁免疫缺陷小鼠X linkedimmunedeficiencymouse XID 严重联合免疫缺陷小鼠 SeverCombinedImmunodeficientMice SCIDmice 由于第16对染色体隐性基因突变 纯合突变导致淋巴细胞抗原受体基因VDJ区域重排的重组酶活性异常 基因重排时断裂无法正常连接 从而影响B T细胞的正常功能分化 外观体重与普通小鼠相同 对鼠肝炎 巴氏杆菌 卡氏肺囊虫极易感染 感染后易发病死亡 SPF环境没有B T阳性标志细胞 对外来抗原无细胞和体液免疫NK LAK细胞功能正常或增高 Non obesediabeticscidmiceNOD SCID T B NK macrophage缺陷寿命较SCID短 4 6个月适合短期研究移植瘤成功率高 为NK细胞活性缺陷的突变系小鼠 bg是隐性突变基因 位于13号染色体上 纯合鼠 bg bg 被毛完整 但毛色变浅 耳郭和尾尖色素减少 出生时眼睛颜色很淡 纯合bg基因同时还损伤细胞毒T细胞功能 降低粒细胞趋化性和杀菌活性 延迟巨噬细胞调节的抗肿瘤杀伤作用的发生 还影响溶酶体的发生过程 导致溶酶体膜缺损 使有关细胞中的溶酶体增大 溶酶体功能缺陷 由于溶酶体功能缺陷 bg对化脓性细菌感染非常敏感 对各种病原因子也都较敏感 所以要在SPF或无菌环境中才能较好地生存 Beige小鼠 突变基因 me 位于第6对染色体上 出生后2h内即可出现皮肤脓肿 有严重联合免疫缺陷 表现为对胸腺依赖和不依赖抗原均无反应 对T B细胞分裂素的增殖反应严重受损 细胞毒和NK细胞活性减低 纯合型 me me 还伴有自身免疫的倾向 免疫复合物可沉积在肾 肺 皮肤 该系小鼠对判别生命早期免疫功能缺陷和某种自身免疫性疾病发生都是有用的模型 Motheaten小鼠 基因符号为Dh 是显性突变基因 位于1号染色体上 现有品系为B6C6 Dh 纯合子 Dh 缺乏脾脏 其泌尿系统 生殖系统 消化道和骨骼有一定程度的畸形 这种小鼠无需特殊饲养条件 如果将nu基因和Dh基因结合在一起 即可培育出无胸腺和无脾脏的La sat小鼠 显性半肢畸形小鼠dominanthemimeliamice 3SAM小鼠 日本京都大学胸部疾患研究所老化生物研究室 在美国引进的AKR J小鼠 胸腺肿瘤模型小鼠 中发现突变小鼠 用20年时间精心培育成功快速老化模型小鼠 senescenceacceleratedmouse SAM SAM小鼠 SAM系列中在4 6月龄以前与普通小鼠的生长一样 4 6月龄以后则迅速出现老化诸特征 如脑 视器 心 肺 肾 皮肤等器官老化 血液 免疫和抗氧化等系统老化 出现骨质疏松和老化淀粉样变 该小鼠是研究老年病的理想动物模型 也是研究老化肾虚的自发性动物模型 4dwdw小鼠 dwdw小鼠 dwarfmice矮小畸形鼠或称侏儒症鼠 因其缺乏脑下垂体前叶的生长素和促甲状腺素 故生长发育障碍 该鼠两性均不育 所以只能用杂合子将其基因保留下来 该鼠广泛用于内分泌研究 5dydy小鼠 dydy小鼠 常见品系有REJ129 dy 肌萎缩症小鼠或肌失营养症 该鼠表现型为后肢瘫痪 与人类肌萎缩症相似 dydy小鼠出生后 周可见后肢拖地 基本不育 一般保留杂合子 可人工授精或卵巢移植 6dbdb小鼠 糖尿病小鼠 有单隐性突变基因引起 表现型为 年龄时血糖浓度平均31 3mmol L 雌鼠无生殖能力 临床症状 肥胖 高血压 蛋白尿 多尿 最后可因酮尿而死亡 常见品系有 C57BL ksJ db 7obob小鼠 肥胖症小鼠 肥胖小鼠体重可达 克 无生育能力表现为单纯肥胖而无糖尿病 与人类肥胖很相似 利用obob小鼠可以进行许多肥胖症的生理 生化 激素及药物治疗等研究 常见品系有 C57BL 6J ob fafa小鼠 肥胖 同时伴随有糖尿病 受孕率较低 obob小鼠 8W Wv小鼠 W Wv贫血小鼠来自两个品系 C57BL 6J Wv WB ReJ W WWv Wv W 这些突变体均无生育能力 W WV 骨髓衰竭性贫血 可以遗传 不育 显性白班 RBC减少 能活到成年 是研究人类再生不良性贫血的模型 常见品系有 WBB6F1 J W WV WV WV WV 可存活到成年 有白班 黑眼 不育 RBC数目减半 v Viable可存活 W WV小鼠 W W小鼠 W W W 出生后只能存活几天 一般表现为白班 造血干细胞正常 RBC数目减半 是造血微环境发生缺陷的小鼠 w w 正常小鼠 非贫血小鼠 RBC数目正常 Table1 Table2 Table3 Table4 常见人类疾病动物模型及研究进展 第二章自发性动物模型 一 概念是指实验动物未经任何有意识的人工处置 在自然情况下所发生的肿瘤 近交系动物 二 自发性肿瘤动物模型 1 自发性乳腺肿瘤 1 A系小鼠 生育雌鼠高 未生育者低 2 C3H系小鼠 繁殖雌鼠几乎为100 3 DBA系小鼠 DBA经产母鼠60左右 4 DD系小鼠 生产雌鼠63 5 FM系小鼠 生产雌鼠90 以上 二 自发性肿瘤动物模型 二 自发性肿瘤动物模型 二 自发性肿瘤动物模型 二 常见类型 2 自发性肺脏肿瘤 1 A系 达18月龄小鼠发病率为90 2 SWR系 达18月龄小鼠80 3 PBA系 12月龄生产雌鼠77 二 自发性肿瘤动物模型 二 自发性肿瘤动物模型 3 自发性肝脏肿瘤 1 C3H系 C3H Hc达14月龄雄鼠为85 2 CBA系 CBA J雄鼠65 二 自发性肿瘤动物模型 4 自发性淋巴性白血病 1 AKR系 76 90 2 C58系 12月龄内95 97 5 自发性淋巴瘤 淋巴肉瘤 1 PBA系 35周龄鼠100 性别无差异 2 C3H Fg亚系 育成雌鼠96 雄鼠89 二 自发性肿瘤动物模型 7 自发性卵巢瘤 1 R 系 17月龄生产雌鼠60 育成雌鼠50 2 C3H系 C3HeB Fe19月龄生产雌鼠64 3 CE系 雌鼠33 4 RF系 发病率低 4 4 二 自发性肿瘤动物模型 8 自发性胃肠道肿瘤 1 系 胃肿瘤自发率达100 2 BRS 有自发性胃肿瘤现象 或于注入甲基坦蒽后发生 3 NZO系 十二指肠肿瘤雌鼠20 雄鼠15 二 自发性肿瘤动物模型 三 注意问题 2 自发性肿瘤发生的类型和发病率可随实验动物的种属 品系及类型的不同而各有差异 3 一般应当选用高发病率的实验动物肿瘤模型作为研究对象 1 自发性肿瘤动物模型与诱发性肿瘤模型相比 与人类肿瘤的发生更相似 有利于肿瘤病因的研究 4 缺点 肿瘤的发生情况可能参差不齐 观察时间可能较长 实验耗费较大 常见人类疾病动物模型及研究进展 第三章循环系统疾病动物模型 一 心肌梗死动物模型 心肌梗死是发达国家的主要致死因素之一 在我国也随着生活习惯的改变及胆固醇摄取量的增加而不断增加 ComparisonofHeartsizes Dog Rat Mouse CastofCoronaryArteries Whathappenstocoronaryflow Histology Surgicaltechnique 第三章循环系统疾病动物模型 一 心肌梗死动物模型 研究及治疗心肌梗死需要有的动物模型 第三章循环系统疾病动物模型 一 心肌梗死动物模型 1 结扎冠状动脉法 1943年Harris和Roias首次报道开胸结扎犬及猴冠状动脉的前降支 犬 小型猪等采用结扎法复制心肌梗死模型 方法 在开胸直视下分离冠状动脉 结扎点一般选择在LAD第一对角支下方 第三章循环系统疾病动物模型 一 心肌梗死动物模型 1 结扎冠状动脉法 优点 1 有助于对结扎点的识别 2 同时又可保证不同动物间具有相同的梗塞部位 梗塞面积较大 3 人类心肌梗死50 发生于左前降支供血区域 第三章循环系统疾病动物模型 一 心肌梗死动物模型 1 结扎冠状动脉法 缺点 1 手术复杂 创伤大 对动物影响大 2 没有血脂升高 冠状动脉粥硬化病变 第三章循环系统疾病动物模型 一 心肌梗死动物模型 2 介入法 1948年 Roos等过颈动脉穿刺向主动脉根部注射淀粉混悬液来复制心肌梗死模型 此方法对动脉无选择性 而且死亡率较高 未得到广泛应用 应用带球囊导管经颈内动脉插入犬主动脉根部冠脉起始部水平 扩张球囊完全封闭主动脉 然后经导管迅速注入混有不同直径的微球的混悬液 可以使微球随心脏搏动进入冠状动脉 也有报道用血管造影术在家兔旋动脉处放置导致血栓形成的环的方法 以建立起胸腔闭合型心肌梗死动物模型 第三章循环系统疾病动物模型 一 心肌梗死动物模型 2 介入法 优点 与结扎法相比 创伤小 缺点 技术要求高 动物容易死 第三章循环系统疾病动物模型 一 心肌梗死动物模型 3 化学法 方法 对兔 鼠等小动物应用异丙基肾上腺素静脉滴注或腹腔注射 静滴一般取异丙基肾上腺素加入500mL生理盐水 4h内兔耳缘静脉匀速滴入 分别为1mg kg体重 10mg kg体重 30mg kg体重 腹腔注入给药分上 下午两次 直接注入腹腔 剂量分别为10mg kg和20mg kg 即可以造成明显的心肌损害 完成模型复制 第三章循环系统疾病动物模型 一 心肌梗死动物模型 3 化学法 优点 简单方便 缺点 此法复制模型对冠状动脉选择性差 引起心肌弥漫性损伤 而且以心内膜下病变为主 与人类疾病差异大 第三章循环系统疾病动物模型 一 心肌梗死动物模型 4 人工培育的自发性冠状动脉硬化模型 日本神户大学Watanabe研制能够产生高的冠状动脉硬化倾向的WHHL兔子 第三章循环系统疾病动物模型 一 心肌梗死动物模型 从以上模型我们可以看出 心肌梗死动物模型还不够完善 我们期望如果能够建立一种能使生理紊乱降低到最低限度 而且操作简便的心肌缺血 梗塞模型 将会对临床诊治冠心病以及降低其死亡率起到巨大的推动作用 常见人类疾病动物模型及研究进展 第三章循环系统疾病动物模型 二 高血压动物模型 高血压是常见 多发的心脑血管疾病 是冠心病及脑卒中的重要危险因素 是全球范围内的重大公共卫生问题 高血压可引起机体许多器官产生疾病 其中以脑卒中和心肌梗死最为常见 是人类死亡和致残的主要危险因素 号称 人类的第一杀手 第三章循环系统疾病动物模型 二 高血压动物模型 目前 发病原因仍不明 有精神神经源学说 遗传学说 内分泌学说 肾源学说 摄钠过多学说等 第三章循环系统疾病动物模型 二 高血压动物模型 为更好地研究高血压的发病机制及治疗方法 动物实验已成为其研究的重要手段 这一领域的发展十分迅速 国内外已成功复制出犬 大鼠 兔 猫等多种高血压动物模型 第三章循环系统疾病动物模型 二 高血压动物模型 1 神经源性高血压动物模型方法 在影像成像技术指导下利用球囊固定法 在延髓左侧腹外侧舌咽神经 迷走神经根入脑干区 REZ 形成神经血管压迫来建立了犬神经源性高血压动物模型 本动物模型为高血压的病因研究提供了接近生理状态的动物模型 但是需要先进的设备和技术 第三章循环系统疾病动物模型 二 高血压动物模型 2 应激性高血压动物模型方法 采用电 声波等慢性刺激中枢神经系统可引起动物高级神经活动高度紧张 导致血压明显升高 噪音 冷刺激 热刺激等等 第三章循环系统疾病动物模型 二 高血压动物模型 3 肾性高血压动物模型原理 肾脏缺血 导致肾脏合成和分泌肾素增加 进而增加血管紧张素 引起血压升高 第三章循环系统疾病动物模型 二 高血压动物模型 3 肾性高血压动物模型方法 两肾一夹法用丝线或银夹狭窄左侧肾动脉 狭窄程度在50 一80 之间 此方法复制率高 术后2周血压开始升高 至4 5周可形成稳定高血压 并长期维持下去 第三章循环系统疾病动物模型 二 高血压动物模型 3 肾性高血压动物模型方法 一肾一夹法用丝线或银夹狭窄一侧肾动脉 过10d左右 切除另一侧肾 此法难度较大 动物死亡率高 双肾双夹法用丝线或银夹同时将两肾动脉狭窄 肾外包扎法高血压模型 肾外形成一层纤维鞘膜 使得肾脏缺血 第三章循环系统疾病动物模型 二 高血压动物模型 肾源性高血压在高血压的发病中占有比例相当高 且肾素血管紧张素系统的激活引发高血压中的发病机制已得到举世公认 实验性肾动脉狭窄 能非常相似地复制出高血压模型 为临床高血压的研究奠定了基础 自发性高血压大鼠 突变系的遗传病 spontaneouslyhypertensiverat SHRRat SHRRat141 203mmHgHeartrate390NormalRat84 121mmHgHeartrate380 第三章循环系统疾病动物模型 三 高脂血症模型 由于体内脂质代谢紊乱 使血液中一种或几种脂质含量高于正常的症状成为高脂血症 可表现为高胆固醇血症和高甘油三酯血症或两者兼有 混合型高脂血症 第三章循环系统疾病动物模型 三 高脂血症动物模型 病因 原发性 遗传 饮食继发性 糖尿病 肝病 肾病 甲状腺疾病 肥胖 胰脏疾病 高脂血症的病因学 预防和治疗为目前的研究热点 而动物模型研究也越来越广泛 一 高脂血症模型 一 高脂血症模型 三 高脂血症模型 1 高脂血症动物模型概述目前 高脂血症动物模型主要有先天性 转基因和化学物质诱导3种 化学物质诱导应用最为广泛 它主要包括2类 一类是利用化学试剂通过静脉或腹腔注射一次形成的模型 另一类是利用高脂食饵饲喂或灌胃一段时间后形成的 通过给动物喂食或灌胃高脂食饵来复制高脂动物模型的方法是目前最常用的方法 此法又称喂养法 一 高脂血症模型 三 高脂血症模型 由喂养法形成的高脂动物模型可分为外源性和内源性两类 外源性高脂模型主要是直接给动物饲喂含有高胆固醇 高甘油三酯的高脂食饵引起动物脂代谢紊乱从而使动物血清中的胆固醇和甘油三酯升高 内源性的高脂模型通过在食物中加入能促进肝脏合成胆固醇或甘油三酯的物质而产生高脂表现 一 高脂血症模型 一 高脂血症模型 一 高脂血症模型 三 高脂血症模型 加入25 的酪蛋白经两个月后可使家兔形成高胆固醇症 再如给动物饲喂高糖膳食形成的高甘油三酯血症 都是内源性的高脂模型 因此 要复制单纯的高胆固醇或高甘油三酯血症的动物模型 可采用内源性的高脂模型复制方法 若需要混合型的模型 一般采用饲喂高脂饲料或灌胃脂肪乳的方法 三 高脂血症模型 高脂饲料主要由基础饲料 胆固醇 蛋黄粉 猪油按一定比例配制而成 三 高脂血症模型 2 高脂血症动物模型的制作2 1高脂饲料诱发高血脂症动物模型造模机制 1 动物饲料中加入过量的胆固醇和脂肪 饲养一定时间后 并出现高血脂症 2 高胆固醇和高脂饮食 加入少量胆酸盐 可增加胆固醇的吸收 如再加入甲状腺抑制药 甲基硫氧嘧啶或丙基硫氧嘧啶可进一步加速高血脂的形成 三 高脂血症模型 家兔 选用2kg左右体重 每天饲喂高脂饲料 一般4周左右即可形成高脂血症 是复制高脂血症最常用动物 评价 1 家兔对高脂饲料敏感 能在短期内便能出现高脂血症 模型稳定 采血方便 较为理想的高脂血症模型 2 成本高 3 兔为草食动物 其脂代谢与人类差异较大 三 高脂血症模型 造模机制方法 大鼠 选用150 200g左右体重的SD大鼠 每天饲喂高脂饲料 连续饲喂2 4周 可形成高血脂症大鼠模型 评价 1 饲养方便 抵抗力强 食性与人相近 2 大鼠对高脂肪 高胆固醇饮食具有耐受性 对外源胆固醇吸收率低 饲喂高脂饲料必须加入胆酸盐和抗甲状腺药 甲基硫氧嘧啶或丙基硫氧嘧啶 三 高脂血症模型 小鼠 选用18 22g左右小鼠 饲喂高脂饲料或者灌服脂肪乳 饲喂或灌服1周以上 评价 容易饲养和节省药品等优点 但是取血不便 金黄地鼠 选用雄性50 70g的金黄地鼠 连续饲喂高脂饲料5周 评价 1 金黄地鼠尤其雄性在脂质代谢方面与人相似 能够较好反应胆固醇代谢和调节 目前 国际上血脂代谢的研究应用比较广泛 2 金黄地鼠血少 性情不大温顺 三 高脂血症模型 表面活化剂法 给大鼠腹腔注射TritonWRl339300mg kg体重 评价 给药9h后可使血清胆固醇升高3 4倍 20h后雄性大鼠血清胆固醇仍为正常的3 4倍 而雌性大鼠却为6倍左右 用药后24h左右升脂作用达最高点 48h左右恢复正常 三 高脂血症模型 2 2非饲喂高脂饲料诱发高血脂症的动物模型 高血脂模型动物的选用 猴 猪 兔 鸡 大鼠 小鼠 地鼠药物筛选为例 调脂 调脂蛋白的药物 快速 简捷 经济 三 高脂血症模型 第三章循环系统疾病动物模型 四 动脉硬化动物模型 动脉硬化是动脉的一种非炎症性病变 可使动脉管壁增厚 变硬 失去弹性和管腔狭小 Histology 第三章循环系统疾病动物模型 三 动脉硬化动物模型 病因 高血脂症是动脉硬化发生的重要原因 原发性 遗传 饮食继发性 糖尿病 肝病 肾病 甲状腺疾病 肥胖 胰脏疾病 造模方法 1 小型猪 选用Gottigen系小型猪较为理想 用1 2 高脂食物饲喂6个月即可形成动脉粥样硬化病变 评价 形成动脉粥样硬化病变特点及分布都与人类近似 2 猴 选用3 5 10 5kg 3 6岁的恒河猴饲喂高脂饲料 50 麦粉 8 玉米粉 8 麦麸 1 胆固醇 8 蛋黄 8 猪油 17 白糖及适量的小苏打和食盐 1个月后造成猴的实验性高血脂症 血清胆固醇较正常时升高3 1 3 2倍 评价 猴的胆固醇代谢 血浆脂蛋白组成及高脂血症与人相似 是较理想的模型 四 动脉硬化动物模型 3 兔 选用2kg左右体重 每天胆固醇0 3g 4个月后形成主动脉粥样硬化斑块 剂量增至0 5g 3个月出现斑块 增至1 0g 可缩为2个月 在饲料中加人15 蛋黄粉 0 5 胆固醇和5 猪油 3周后 将胆固醇减去再喂3周 可使斑块发生率达100 评价 对喂饲胆固醇非常敏感 在短期内便能出现明显的病变 因为兔对外源性胆固醇的吸收率可高达75 90 对高血脂的清除能力低 静脉注射胆固醇后 高脂血症可持续3 4天 但兔作模型不够理想 家兔为草食动物 且病变分布与人的病变也有差异 四 动脉硬化动物模型 造模机制方法 鸡 4 8周的莱克亨鸡 在饲料中加入1 2 胆固醇或15 蛋黄粉 再加5 10 猪油 经过6 10周 胸主动脉斑块发生率达100 评价 鸡为杂食动物 仅在普通饲料中加入胆固醇 就可形成动脉粥样硬化斑块 病变发生较快 在斑块中有时伴有钙化和形成溃疡 四 动脉硬化动物模型 大鼠 大鼠对高脂肪 高胆固醇饮食具有耐受性 对外源胆固醇吸收率低 饲喂高脂饲料必须加入胆酸盐和抗甲状腺药才能复制 评价 短时间饲喂能出现高脂血症和主动脉壁胆固醇含量增高 但鲜有粥样斑块 长时间饲喂在主动脉内膜可形成早期粥样硬化病变 四 动脉硬化动物模型 2 2非喂养法诱发动脉硬化模型造模方法 1 免疫法 将大鼠主动脉匀浆给兔注射 可引起血胆固醇 脂蛋白及甘油三酯升高 给兔注射马血清10ml kg 次 共4次 每次间隔17天 评价 动脉内膜损伤率为88 冠状动脉亦有粥样硬化的病变 若同时给予高胆固醇饲料 病变更加明显 四 动脉硬化动物模型 2 儿茶酚胺法 给兔静脉滴注去甲肾上腺素lmg 天 时间为30min 一种方法是先滴15min 休息5min后再滴15min 另一种方法是每次点滴5min和休息5min 反复6次 评价 持续两周 均可引起主动脉病变 呈现血管壁中层弱性纤维拉长 劈裂或断裂 病变中出现坏死及钙化 四 动脉硬化动物模型 3 半胱氨酸法 给兔皮下注射同型半胱氨酸硫代内酯 每天20 25mg kg 以5 葡萄糖溶液配成lmg ml的浓度 连续20 25天 评价 成年兔及幼兔均可出现动脉粥样硬化的典型病变 冠状动脉管腔变窄 动脉壁内膜肌细胞增生 纤维状异物质 如同时在饮料中加入20 的胆固醇 则出现显著的动脉粥样硬化病变 四 动脉硬化动物模型 体型较大的动物实验期要求较长 难以用于高脂血症与动脉粥样硬化的快速研究 四 动脉硬化动物模型 动脉硬化动物模型 诱食 小型猪 猴 兔 鸡 大鼠 非饲喂法 免疫法 儿茶酚胺法 半胱氨酸法 四 动脉硬化动物模型 四 动脉硬化动物模型 心力衰竭是泛指心脏在有适量静脉血回流的情况下 心脏排出血量不足 以致组织灌注量减少 以循环障碍为主的综合征 五 心力衰竭动物模型 心力衰竭是泛指心脏在有适量静脉血回流的情况下 心脏排出血量不足 以致组织灌注量减少 以循环障碍为主的综合征 五 心力衰竭动物模型 左心室 LV 右心室 RV 左心房 LA 右心房 RA Pulmonaryartery vein Pulmonarycirculation Systemiccirculation 五 心力衰竭动物模型 左心室 LV 右心室 RV 左心房 LA 右心房 RA Pulmonaryartery vein Pulmonarycirculation Systemiccirculation 五 心力衰竭动物模型 造模方法 1 手术法 1 手术方法造成主动脉狭窄 2 手术方法造成肺动脉狭窄 3 手术方法造成房间隔缺损 主动脉与前腔静脉相通等 五 心力衰竭动物模型 27gauge 评价 手术方法在3周左右即能形成稳定的心衰 与临床心衰十分相似 便于研究药物干预的病理模型 五 心力衰竭动物模型 心率失常是指心脏激动的起源 频率 节律 传导速度和传导顺序的异常 原因 生理性 窦房结性心律失常和期前收缩 一般无明显的血流动力学改变 器质性的心脏病 心肌缺血 缺氧 炎症 损伤 坏死等 其中缺血性心脏病 心力衰竭 心源性休克等可引发严重的心率失常 六 心率失常动物模型 分类 过速型 缓慢型 传导型等 六 心率失常动物模型 六 心率失常动物模型 心脏的传导 Pwave AtrialDepolarisationQRSPRintervalSTsegmentTwave T 六 心率失常动物模型 造模方法 1 药物诱发 乌头碱 毒毛花苷G 氯仿 强心苷 氯化钡等 2 电刺激诱发 3 结扎冠状动脉 六 心率失常动物模型 造模方法 1 静脉注射乌头碱诱发大鼠心率失常模型体重200g大鼠 用3 戊巴比妥钠 30mg kg 腹腔注射麻醉 仰卧 安装心电导联 记录正常心电图 经舌下静脉一次注入乌头碱30 g kg 机制 乌头碱能加速心肌细胞钠离子内流 促进细胞膜除极 诱发心在异位节律 导致心律失常 六 心率失常动物模型 评价 1 模型为急性实验 没有心脏形态改变 2 可用于抗心律失常药物的实验研究 六 心率失常动物模型 造模方法 2 甲醛诱发家兔窦性心律不齐模型机制 窦房结部位浅表 当其表面接触甲醛后 对组织造成损害 都窦房结功能起到抑制作用 六 心率失常动物模型 六 心率失常动物模型 Pwave AtrialDepolarisationQRSPRintervalSTsegmentTwave T 六 心率失常动物模型 造模方法 2 甲醛诱发家兔窦性心律不齐模型方法 成年雄兔 用10 水合氯醛500mg kg耳缘静脉注射麻醉 仰卧 安装心电导联 记录正常心电图 常规打开胸腔 暴露心脏 用少量40 甲醛前腔静脉根部与右心房交界处 1min即出现心电图改变 可持续5h 评价 本模型属于缓慢型心律失常模型 与临床窦综合症有一些类似 模型较稳定 重复性好 可用于药物筛选 六 心率失常动物模型 造模方法 3 无水乙醇诱发犬房室传导阻滞模型机制 在犬心脏房室结部位注射一定量的无水乙醇可损害心脏传导组织 从而造成传导阻滞 方法 15kg左右的犬 呼吸麻醉机麻醉 仰卧固定 安装心电图装置 常规打开胸腔 暴露心脏 用普通注射器将无水乙醇注入房室结 六 心率失常动物模型 3 无水乙醇诱发犬房室传导阻滞模型评价 模型损伤小 动物交易耐受 成功率高 六 心率失常动物模型 第三章循环系统疾病动物模型 七 休克动物模型 休克是一组复杂的 危及生命的症候群 以血压降低和微循环障碍和器官功能障碍为特征 可分为 心源性休克 感染性休克 低血容量性休克 过敏性休克 神经源性休克等 七 休克动物模型 1 低血容量性休克 失血 急性失血20 30 时 便可达到休克 犬 总血量为体重的8 股动脉放血造急性出血性休克 可用于休克的教学实验 也可应用于抗休克药物的筛选实验 七 休克动物模型 2 心源性性休克结扎冠状动脉主要分支 造成心肌梗死 心排量明显减少而致休克 可用于观察急性心肌梗死的病程转化和治疗措施的的效果 七 休克动物模型 3 感染性休克注射内毒素 细菌脂多糖 或内毒素合并半乳糖胺 肝毒性药物 后 动物发生类似人细菌感染性休克 方法 将内毒素按一定浓度缓慢静脉注射 内毒素不同动物敏感性不同 应做预实验 参考剂量 大鼠10 25mg kg 兔 猫5mg kg 犬2 5mg kg 七 休克动物模型 4 过敏性休克用抗原物质致敏动物 2周后再次注入相通抗原 可发生急性I性变态反应 出现过敏性休克 最易致敏 最常用的动物为豚鼠 方法 给豚鼠皮下注射马血清0 1 0 2mL 2周后静脉注射马血清1mL 约2min后 可出现休克症状 第三章循环系统疾病动物模型 小结 1 心肌梗死动物模型 2 高血脂动物模型 3 高血压动物模型 4 动脉硬化动物模型 5 心力衰竭动物模型 6 心律失常动物模型 7 休克动物模型 重点 造模机制 了解先进的技术及仪器设备的使用原理和方法 作业 制作一个自己感兴趣的循环系统疾病的动物模型 第四章肿瘤疾病动物模型 分类 自发性肿瘤 spontaneoustumor 动物模型 指实验动物未经任何有意识的人工处置 在自然情况下发生的肿瘤所形成的模型 诱发性肿瘤 inducedtumor 动物模型 是使用致癌因素在实验条件下诱发动物发生肿瘤的动物模型 移植性肿瘤 transplanttumor 动物模型 指将动物或人体肿瘤移植同种或异种动物连续传代而培养出的模型 一 诱发性肿瘤动物模型诱发性肿瘤动物模型的基本方法 1 经口给药 2 注射法 3 涂抹法 4 气管注入法 5 埋藏法等 第四章肿瘤疾病动物模型 一 诱发性肝癌动物模型1 造模机制用外源化学致癌物引起动物发生肝脏肿瘤 二乙基亚硝胺 DEN 二甲基偶氮苯 DBA 亚胺基偶氮甲苯 OAAT 黄曲霉素 第四章肿瘤疾病动物模型 2 造模方法 1 二乙基亚硝胺 DEN 诱发大鼠肝癌选用体重250g左右的SD大鼠 饲喂普通饲料 随意饮水 给予0 25 DEN水溶液0 25 1mL灌胃 半年可诱发肿瘤70 2 亚胺基偶氮甲苯 OAAT 诱发小鼠肝癌用l OAAT溶液涂于动物两肩胛间皮肤上 隔日1次 每次2 3滴 一般涂100次 7个月以上诱发肝肿瘤约55 3 黄曲霉素诱发大鼠肝癌在大鼠饲料中加入黄曲霉素 含0 011 0 015ppm 喂养6个月 诱发率达80 一 诱发性肝癌动物模型 二 诱发性肺癌动物模型1 造模机制诱发肺癌的致癌物很多 常用亚硝胺 2 操作方法和结果二乙基亚硝胺 DENA 诱发小鼠肺癌 小鼠每周注射1 DENA水溶液56mg kg1次 实验161d肺癌发生率为81 其中支气管鳞癌站41 一 诱发性肿瘤动物模型 三 诱发性胃癌动物模型1 造模机制甲基硝基亚硝基胍和甲基胆蒽为常用致癌物 2 操作方法和结果甲基硝基亚硝基胍 MNNG 诱发大鼠胃癌 体重100g作用的雄性Wistar大鼠 自由饮用30 100 g mL的MNNG水溶液 不给予其他饮水 持续6个月以上 其发生率在80 左右 以高分化腺癌为主 一 诱发性肿瘤动物模型 四 诱发性结肠癌动物模型1 造模机制动物结肠癌自然发生率很低 目前常用的致癌物以二甲基苄肼较好 即可口服又可注射 2 操作方法和结果二甲基苄肼 DMH 诱发大鼠结肠癌 选6周雄性Wistar大鼠 将MMNG用33 的乙醇配成0 67 的醇溶液 用导尿管由肛门插入7 8cm深 相当于结肠左曲部 注入MMNG0 3mL 每周2次 共25次 于实验12 13个月处死动物 诱发的结肠癌主要发生在肠壁粘膜面 多为腺癌和混合癌 一 诱发性肿瘤动物模型 诱发性肿瘤动物模型的注意问题 必须适当选择 致瘤方法 动物种系 致癌物种类与溶剂 给药剂量与途径及观察时间等尽量简便可行 有较好的重复性 并有利于与人肿瘤比较 早期应预防动物感染 特别是肺部感染 注意环境污染 一 诱发性肿瘤动物模型 诱发性肿瘤动物模型的评价 约80 的人类癌症是由环境引起 实验动物诱发性肿瘤的病因与人类癌症的情况相近 诱发性肿瘤动物模型最大的缺点是诱癌时间长 动物之间的个体差异大 一 诱发性肿瘤动物模型 二 移植性动物模型 第四章肿瘤疾病动物模型 1 移植性肿瘤动物模型的概念是指将动物或人肿瘤移植到同种或异种动物体内连续传代而形成的肿瘤 目前 临床上常用的抗肿瘤药大多是首先经动物移植性肿瘤筛选而发现的 2 动物选择大 小鼠 地鼠3 肿瘤细胞选择肿瘤细胞株是指通过选择法或克隆法从原代培养物或细胞系中获得的具有特殊遗传 生化性质的细胞群 原代培养细胞经首次传代成功后即为细胞系 瘤株在组织形态和生长特性方面趋于稳定 并能在同系 同种或异种动物体内移植并连续传代 二 移植性动物模型 3 肿瘤细胞选择目前 动物移植性实验肿瘤 实体瘤 腹水瘤和白血病 种类很多 常用有40多种 多为小鼠肿瘤 瘤株的选择应尽量考虑与临床拟研究的肿瘤性质 部位相近 二 移植性动物模型 4 移植方法 1 一般要求整个过程应在无菌条件下进行 对实体瘤应用灭菌的手术器械切取 对腹水瘤应用注射器抽吸 常接种的部位 实体瘤可接种腋窝皮下 肌肉接种用大腿肌 腹水瘤接种于腹腔 二 移植性动物模型 2 接种操作接种的基本过程冻存的瘤株移入宿主体内获得瘤块 瘤源动物 制备瘤块给动物接种 7 10d 二 移植性动物模型 A 实体瘤瘤块接种法 肿瘤细胞皮下接种 7 10d处死荷瘤动物 选择生长良好 无坏死液化的瘤组织 2 3mm3 生理盐水或其它营养液 无菌套管针抽吸 接种同种受体动物右前腋窝皮下 二 移植性动物模型 瘤细胞悬液接种法 接种动物较多无菌取出瘤块 将瘤块剪成小块 放入玻璃匀浆器中 加无菌生理盐水研磨后 经80 100目网筛过滤 加生理盐水稀释成1 3 1 4 肿瘤g 生理盐水mL 的单细胞悬液 用胎盘蓝染色法计数 用1mL注射器注射到接种部位 每点接种0 2mL 含1 106 107个细胞 每只动物可有多个接种点 二 移植性动物模型 培养细胞接种法 将对数生长期细胞用0 25 胰蛋白酶消化脱壁后 用PBS以1000r min离心10min 洗涤2次 用胎盘蓝染色计数 生理盐水稀释 用1mL注射器注射到接种部位 每点接种0 2mL 含1 106 1 107个细胞 每只动物可有多个接种点 二 移植性动物模型 B 腹水瘤 1 抽取腹水选择接种后5 7d的瘤源动物 脱臼致死 腹部消毒 打开腹腔 用注射器抽吸腹水 抽出的腹水 另取少量腹水 置于加有肝素的试管内 用于细胞计数 用生理盐水将腹水稀释至适当浓度 每只鼠腹腔注射0 1 0 2mL 含1 106 1 107个细胞 二 移植性动物模型 一 兔VX2肝癌模型1 造模机制VX2瘤株性质稳定 增殖迅速 短期内即可发生广泛坏死 并形成肝 肺转移 故VX2肿瘤