实验动物学重点.doc

实验动物是指经人工培育、对其携带的微生物和寄生虫实行控制、遗传背景明确或者来源清楚的，用于科学研究、教学、生产、检定以及其他科学实验的动物。实验动物学是研究有关实验动物和动物实验的一门新兴学科1）以实验动物本身为对象，专门研究它的育种、保种、生物学特性、繁育、管理以及疾病的诊断和预防等，以期达到培育标准的实验动物。2）以实验动物为材料，采用各种方法在动物身上进行实验，研究动物实验过程中实验动物的反应、表现及其发生发展规律等，着重解决实验动物如何科学应用的问题。3）实验动物科学应该服务于整个生命科学领域和有益于一切生物。实验用动物是指用于科学实验的各种动物，包括实验动物、经济动物、观赏动物和野生动物。但是，经济动物、观赏动物和野生动物没有严格的质量控制，存在较大的个体差异和群体差异，实验很难有可比性和重复性。实验动物区别于其他动物的特点与其他动物相比，实验动物具有以下特点：、是遗传限定的动物(genetically defined animals)。从遗传学角度看，实验动物必须是经人工培育，遗传背景明确或来源清楚。在人工控制的条件下， 实验动物经过连续的近亲繁殖,可以达到遗传基因几乎完全的纯合，而这点在野生动物则是无法做到的。、对其携带的微生物、寄生虫实行人工控制。所有的实验动物， 在繁育过程中，对其微生物和寄生虫进行严格的监控。根据其微生物控制的程度，目前，我国把实验动物划分成四个等级，即普通动物（conventional animal）； 清洁动物（clean animal）；无特殊病原体动物（specific pathogen free animal,SPF）；无菌动物（germ free animal）。. 实验动物是经专门人工饲养的，培育的目的是用于科学实验。因此，在育种方向上不同于经济动物那样，偏重于经济价值，也不同于观赏动物注重其观赏价值，而是利用遗传学原理和科学手段，培育出多种用于各种科学研究的品系动物、免疫缺陷动物、人类疾病动物模型等等实验动物标准化的研究内容主要包括： 实验动物的遗传学质量控制；实验动物的微生物及寄生虫学质量控制；实验动物环境控制和营养学控制等。 目前国际上普遍认可的动物福利是“五项基本福利”又称为“5个F”。 1. 为动物提供适当的清洁饮水和保持健康和精力所需要的食物，使动物不受饥渴之苦(生理福利)； 2. 为动物提供适当的房舍或栖息场所，能够舒适的休息和睡眠，使动物不受困顿不适之苦(环境福利)； 3. 为动物做好防疫、预防疾病和给患病动物及时诊治，使动物不受痛苦、伤害和疾病之苦(卫生福利)； 4. 保证动物拥有良好的条件和处置（包括宰杀过程），使动物不受恐惧和精神上的痛苦(心理福利)； 5. 为动物提供足够的空间、适当的设施以及与同类动物伙伴在一起，使动物能够自由表达正常的习性(行为福利)。 “3R”（减少、替代、优化）原则： 减少（Reduction）：是指如果某一研究方案中必须使用实验动物，同时又没有可行的替代方法，则应把使用动物的数量降低到实现科研目的所需的最小量。 替代(Replacement)：是指使用低等级动物代替高等级动物，或不使用活着的脊椎动物进行实验，而采用其它方法达到与动物实验相同的目的。优化(Refinement)：是指通过改善动物设施、饲养管理和实验条件，精选实验动物、技术路线和实验手段，优化实验操作技术，尽量减少实验过程对动物机体的损伤，减轻动物遭受的痛苦和应激反应，使动物实验得出科学的结果。实验动物管理条例是我国实施实验动物许可证制度的法律依据。 依据实验动物遗传基因纯合的程度,常把实验动物划分为近交系(inbred strain) 、突变系(mutant strain)、杂交一代(hybrid F1)和封闭群(closed colony)四大类群。英国的“人道主义者”马丁再次提出该法案“马丁法案”。这是世界上第一部反虐待动物法。近交系 经至少连续代的全同胞兄妹交配培育而成，品系内所有个体都可追溯到起源于第代或以后代数的一对共同祖先，该品系称为近交系。 近交系命名原则1.一般使用1-4个大写英文字母,尽量简短。2.可以在大写字母中间加一些阿拉伯数字。3.用大写字母“F”表示近亲交配的代数4.品系名称后面加“/”再加上一些数字或符号表示亚系。5.已经被国际广范共知的非正规命名,可以沿用。6.在品系名称后面加一个小写英文字母,以表示经人工处置所形成的支系。近交系特性1基因纯合性。在一个近交品系内所有动物的基因位点都应该是纯合子，这样的个体与该品系中任何一个动物交配所产生的后代也应该是纯合子，在这些动物中没有暗藏的隐性基因。2同基因性。由于近交系动物是相同基因型的动物，因而任何可遗传的体征都完全一致。 3遗传稳定性。已建立的近交系动物在遗传上具有高度稳定性，个体遗传变异仅发生在少量残留杂合基因和基因突变上，而这种机率非常低4个体性。 就整个近交系小鼠而言，每个品系在遗传上都是独特的，几乎每个近交品系都建立了各自的遗传概貌，用遗传监测方法，可将两个外貌近似的品系分辨出来。有些品系可能自发某些疾病，成为研究人类疾病理想的动物模型。5分布的广泛性。近交系动物个体具备品系的全能性，任何个体均可携带该品系全部基因库，引种非常方便，仅需12对动物。6背景资料可查性 。由于近交系动物在培育和保种的过程中都有详细记录，加之这些动物分布广泛，经常使用，已有相当数量的文献记载着各个品系的生物学特征，这些基本数据对于设计新的实验和解释实验结果提供了便利条件。封闭群动物特点 封闭群动物具有杂合特性并避免了近交，从而避免了近交衰退的出现，所以，其生活、生育力都比近交系强，具有繁殖率高，疾病抵抗力强，故封闭群可以大量生产，供应量充足。 封闭群在整体上由于没有引进新的血缘，其遗传特性及其反应性能保持相对稳定，但就群内个体间而言，因其有杂合性，所以个体间的反应性具有差异，某些个体反应性强，某些个体反应性弱，因此，个体间的重复性和一致性不如近交系动物好。 杂交F1特性与应用 杂交F1代有许多优点，在某些方面比近交系更适用于研究。 (一)遗传和表型上的一致性：就某些生物学的特征而言，F1代比近交系动物具有更高的一致性，不容易受环境因素变化的影响，广泛适用于营养、药物、病原和激素的生物评价。 (二)杂交优势：F1代具有较强的生命力，对疾病的抵抗力强，寿命较长，容易饲养，适用于携带保存某些有害基因和长时间的慢性致死实验，也可作为代乳动物以及卵、胚胎和卵巢移植的受体。 (三)具有同基因性：杂交F1代虽然具有杂合的遗传组成，但其可接受不同个体乃至接受两个亲本品系的细胞、组织、器官和肿瘤的移植，适用于免疫学和发育生物学等领域的研究。 (四)作为某些疾病研究的模型杂交F1命名： F1代小鼠命名的方法是把亲代母系符号写在前边，亲代父系名称居后，以大写英文字母“X”相连表示杂交。将以上部分用括号括起，再在其后标明上F1，即为F1代的命名。近交系小鼠常用的品系有一些缩写标记，也可将两个亲本的近交品系缩写标记按雌雄的顺序写在一起，再加“F1”即为F1代动物的标准命名。 裸鼠特性：裸小鼠的主要特征表现为无毛(hair less)和无胸腺(athymus)。缺乏成熟T细胞的辅助，抑制其杀伤功能，因而细胞免疫力低下。幼鼠(34周龄)的NK细胞活性低下。近交系动物繁殖方法：(1)平行线法(2)单线法(3)选优法： 悉生动物的概念 悉生动物（gnotobiotic animal）即已知菌动物或已知菌丛动物，是无菌动物培育成功之后相继出现的，悉生动物体内外所携带的其他生物是已知的。 悉生动物的培育 悉生动物，通常是在无菌动物的基础上经人工植入已知菌。根据研究需要，常给无菌动物植入单菌或多种菌。当向无菌动物植入一种细菌时叫单菌动物（monognotoxenic），两种细菌叫双菌动物（dignotoxenic），三种以上细菌叫多菌动物（polygnotoxenic）。 准备特定的微生物材料，传入隔离器，严防其它微生物进入，隔离器内授入无菌动物体内即可。饲养管理与无菌动物相同。悉生动物的生物学特点 悉生动物与体内的已知微生物形成共生关系。其肠道内存在能合成某些维生素和氨基酸的微生物，如维生素B、K，可以补充饲料中高压灭菌后维生素的不足。 活力较无菌动物强，抵抗力高，易于饲养管理。可用作无菌动物的代用动物。 由于体内微生物的刺激，免疫系统发育正常，可以发生迟发性过敏反应。而无菌动物不发生迟发性过敏反应。营养动物从外界摄取维持自身生命所必需的物质及其消化、吸收和排泄的过程。营养素分类 ：水，碳水化合物，蛋白质，脂肪，维生素，矿物质实验动物所需的营养素，就其主要功能可分为以下三类： 作为能量来源：脂肪、碳水化合物、蛋白质； 作为身体构成成分：蛋白质、矿物质； 调节身体功能：维生素、矿物质。饲料营养素对动物实验的影响任何一种营养素（碳水化合物、蛋白质、脂肪、矿物质、维生素）过量或不足均可对实验动物产生影响，这些影响往往是首先表现为代谢和基因水平方面的变化，然后才出现在机体外部表现方面的变化 影响动物采食量而影响实验结果。例如：某些实验的药物是掺在饲料中给予的，如果动物采食量发生变化，动物摄入药物的量也就会发生变化，最终影响实验结果。 影响动物生长发育而影响实验结果。在生物医学研究中，常采用动物生长发育状况（包括体重、体型和组织器官）为指标。如果饲料中各营养素水平过高或过低，势必影响动物的生长发育情况，从而影响实验结果。例如：SD大鼠饲料蛋白水平低于14%时，可极显著降低其肝脏重量。 影响动物生理生化指标而影响实验结果。饲料营养素水平的变化必然对与之相应的生理生化指标产生影响，造成动物亚临床水平的营养不良。当这种改变加深或持续时间较长时，就会造成动物对该种营养素的缺乏或中毒。 影响动物免疫功能而影响实验结果。动物营养状况的好坏会对其免疫系统和机能产生影响，如饲料中的维生素A、E，微量元素锌、锰、硒等。研究表明，达到最佳免疫反应的营养需要高于正常。 对动物疾病的发生、发展和转归的影响。某些营养素与癌症、心血管、创伤等疾病的关系密切，如家兔骨折实验中，使用全价饲料的家兔骨骼如期愈合，而饲喂大麦青菜的家兔骨骼愈合速度较慢。 对动物麻醉反应的影响。据报道，采食全价饲料的家兔在麻药注射后约10分钟，绝大部分反射虽受到不同程度的抑制，但眼球活动、瞳孔大小与麻醉前无显著变化，且术后复苏快；而采食营养失衡饲料的家兔，在麻药注射后10分钟左右，绝大部分都处于深度抑制状态。各种常用实验动物的营养需要特点 小鼠营养需要特点 近交系小鼠对养分不足更敏感；小鼠喜食含糖量高的饲料； 泌乳期小鼠喜食含脂类高的饲料；小鼠对维生素A和D需要量较高；但同时对维生素A的过量也很敏感，特别是妊娠小鼠，过量的VA会造成胚胎畸形。 . 大鼠营养需要特点 生长期的大鼠易发生脂肪酸缺乏，饲料中必需脂肪酸的含量应占总能量的1.3%；生长期后，大鼠对蛋白质的需要量锐减，可适当减少饲料中蛋白质含量，以延长其寿命；大鼠能合成B族维生素和维生素K，但需补充维生素A；大鼠对钙、磷的缺乏有较大的抵抗力，但对镁的需要量较高，应注意补充。豚鼠营养需要特点 豚鼠饲料中应保证一定比例的粗纤 维（1015%），若粗纤维不足，会发生排便较粘和脱毛现象；豚鼠对某几种必需氨基酸需要量较高，尤其是精氨酸；豚鼠自身不能合成维生素C，对维生素C缺乏特别敏感，缺乏时可引起坏血病、生殖机能下降、生长不良、抗病力降低，最后导致死亡。兔营养需要特点 应保证饲料中的粗纤维在10%以上，粗纤维含量6%时兔出现腹泻；精氨酸对兔特别重要，是第一限制性氨基酸；兔肠道微生物可以合成维生素K和大部分B族维生素，并通过食粪行为（夜间，软粪）而被自身所利用，但繁殖兔仍需补充维生素K。犬营养需要特点 犬属于肉食动物，要求供给足量的脂肪和蛋白质；狗能耐受高水平的脂肪，并要求脂肪中有一定水平的不饱和脂肪酸；对维生素A的需要量较大；尽管肠道内微生物可合成B族维生素，但仍需补充维生素B12。饲料消毒方法干热消毒 高温高压灭菌法 药物熏蒸灭菌法 射线照射灭菌法影响实验动物营养需要的因素1. 遗传因素 食性：一般说来，不同的实验动物，因其消化系统结构和机能的差异，摄取食物有不同的习性，人们把这种习性称为食性。动物的食性是由遗传因素所决定的。根据它们摄取主体食物的种类，可以把动物大致分为三类：草食动物、肉食动物和杂食动物。各种动物都有与其食性相适应的消化器官、消化酶和分泌机能。2. 动物的生理状态不同食性的动物对饲料的要求不同，即使同一种实验动物，在不同的生理状态下，其营养需要也存在着差别。动物的生理状态可分为维持状态、生长状态和繁殖状态。实验动物环境泛指实验动物机体周围客观存在的，与实验动物相互依存、相互作用、相互影响、协调发展的所有外部事物的有机体系。 具体来讲，实验动物环境是指实验动物设施、设备以及由此营造出来的实验动物周围的温度、湿度等环境因素的总和。影响实验动物的环境因素 1、温度2、湿度3、气流4、静压差5、噪声6、光照度7、微生物、粉尘等环境因素对实验动物的影响 有利之处：一些环境因素是动物生存的必要条件，动物通过新陈代谢与周围环境进行物质和能量交换，同时接受外界环境刺激产生免疫反应增强体质、促进生长，如饲料、饮水、垫料。 有害之处：一些环境因素可能对动物产生毒害作用，造成动物的疾病甚至死亡，如噪声、致病菌、臭气等。实验动物设施的分类 实验动物设施可分为普通环境、屏障环境和隔离环境三种类型。 1.普通环境（General Environment） 适用于饲育教学等用途的普通级实验动物； 符合动物居住的基本要求； 要求维持对环境条件的基本要求，对温度、湿度、噪声、照度、换气次数等进行一定范围的控制； 饲料、垫料、饮水等无污染； 工作服定期更换、消毒。2. 屏障环境（Barrier Environment） 适用于饲育清洁级及无特定病原体（SPF）实验动物； 对温度、湿度、噪声、照度、换气次数、粉尘和落下菌等环境因素进行严格的控制； 利用空气静压差防止污染，即清洁区域空气压力要大于污染区域；空气洁净度达到7级。 严格控制人员、物品和环境空气的进出。3. 隔离环境（Insulation Environment） 适用于饲育无菌及悉生动物。 以隔离器(Isolator)为主体及其附属装置组成的饲养系统。 隔离装置内的空气、饲料、饮水、垫料等均为无菌:送入隔离器的空气需经超高效过滤，洁净度达到5级；饲料、饮水、垫料、笼具等物品都应高温高压或辐照灭菌， 移入须通过灭菌渡舱；工作人员通过隔离器上组装的无菌手套进行操作，不直接接触动物。动物饲养室空气中粉尘的来源主要有两个途径，其一为室外空气未经过滤处理直接带入；其二是动物体表被毛、皮屑、饲料和垫料等材料的碎屑被气流携带或动物活动扬起而在空气中悬浮形成粉尘颗粒物。动物饲养室空气中粉尘的影响这些颗粒物可引起实验动物或饲养人员的变态反应或哮喘病（40%），颗粒物还是各种病原微生物的载体。氨气的来源和危害氨气作为一种刺激气体，它既是粪便的直接产物，也是粪便在细菌作用下的间接产物。它的产生与实验动物饲养密度成正比，与笼内垫料更换次数成反比关系。 当饲养室内氨浓度增高时，可刺激动物眼结膜、鼻腔粘膜和呼吸道粘膜而引起流泪、咳嗽，严重者甚至产生急性肺水肿而致动物死亡。长期处于高浓度氨的环境中，实验动物上呼吸道可出现慢性炎症，使其失去使用价值。 常用物品的消毒灭菌方法 1、干热灭菌；2、高压蒸汽灭菌；3、气体灭菌； 4、过滤除菌； 5、辐射灭菌；6、其他灭菌方法：煮沸灭菌、化学药物灭菌等方法。空气、人员、物品、动物等进出屏障环境的基本要求： 外界空气初效 机房中效 送风管高效 饲养室人员 一更衣室 二更衣室 风淋室 饲养室物品（饲、水）高压、灭菌 清洁物品储存室 饲养室外来动物外包装消毒 隔离检疫室 饲养室 近交系小鼠保种方法：四代繁殖法； 性周期 在激素的作用下雌鼠出现明显的动情周期称为性周期。培育生产出高品质、标准化实验小鼠以及获得准确实验研究结果的重要条件：来源清楚的种子动物、良好的环境控制、标准化的饲料和科学化的管理动物实验研究中动物选择的基本原则一、相似性原则 二、标准化原则 ： 遗传学质量标准化 微生物学质量标准化 实验条件标准化 三、特异性原则 四、适宜规格的原则 五、经济易获性原则 六、借鉴与法规人类疾病动物模型 是指医学研究中建立的具有人类疾病模拟表现的动物实验对象和相关材料，是研究人类疾病的常用手段和最为有效的实验材料。 人类疾病动物模型的分类（一）按发生原因