实验动物_2014

实 验 动 物(Laboratory animals),魏 伟病理生理教研室,一、实验用动物（Animals for research） 实验用动物是指能够用于科学实验所有动物，实验用动物不仅包含了标准化的实验动物，而且还包括野生动物、经济动物和家畜等。由于野生动物和经济动物及家畜与实验动物相比其生物学特征、遗传背景、微生物控制状态等都有一定的不确定性，因此应用这些动物进行科学实验其结果往往出现较大差异，降低了实验结果的可信程度。,二、 实验动物（Laboratory animals） 指人工饲养、繁育，对其携带的微生物及寄生虫实行控制、遗传背景明确或者来源清楚，而应用于科学研究、教学、生产和检定以及其他科学实验的动物。 实验动物是生命科学研究最重要的和不可替代的实验材料。实验动物和动物实验是研究包括人类在内的生命活动及其疾病防治规律的基本手段。,果蝇作为研究经典遗传学的重要试验材料突出的贡献有目共睹。,我们可以通过解剖小鼠认识哺乳动物的内脏结构。,获得诺贝尔生理医学奖的三位科学家用线虫研究发育生物学和神经生物学,（一）实验动物的种类。,蟾蜍（Toad）,蟾蜍属两栖动物，其一些基本生命活动与哺乳动物近似，其离体组织和器官所需的生理环境比较简单 (无须供氧和恒温)。 蟾蜍常用于神经生理、肌肉生理、心脏生理，微循环、水肿等实验。,小鼠（Mouse ),小鼠被广泛的用于生物学、医学、兽医学、生理学、遗传学、药理学、毒理学、肿瘤学、衰老、放射性、食品、生物制品等的科研、生产和教学。 生命周期短，易于饲养；性情温顺，胆小易惊；,大鼠（Rat ),大鼠应用于生理学、药理学、免疫学，内分泌学、神经生理、营养学、传染病、肿瘤和肝外科等的研究。 夜间活动；性情凶猛；垂体肾上腺系统发达，对应激反应敏感；无胆囊；不能呕吐；,豚鼠（Guinea pig ),常用于免疫学、微生物学、传染病学、听觉生理、实验性坏血症等研究。 胆小，性情温顺；抗缺氧能力强；血中富含补体，易于免疫致敏，耳蜗对声音敏感，缺乏合成维生素C的酶；,家兔 (Rabbit ),常用于免疫学、肿瘤、实验生理学、生殖生理、遗传性疾病等的方面的研究，制造生物制品。 颈部交感神经、迷走神经与减压神经分别存在，独立行走；胸腔分左右两室，互不相通，打开心包不会造成气胸；甲状旁腺位置分布较分散；体温反应敏感；饲喂高脂食物易致动脉粥样硬化；耳廓大，血管清晰；,猫（Cat）,猫的神经系统和循环系统较发达，与人很相似。常用于神经、循环和呼吸方面的实验。 呕吐反应敏感；对强心甙敏感；,犬 (Dog ),常用于基础医学、药理、毒理学、实验外科学、行为学、肿瘤学等方面研究。 循环、消化、神经系统发达；皮肤无汗腺；天生红绿色盲，甲状旁腺位置固定 ；呕吐反应敏感；,在以犬为实验动物的研究成果中，只有应用Beagle犬才能被国际公认。,猪 (Pig),皮肤结构与人相似，常应用于皮肤烧伤、肿瘤学、免疫学、心血管及糖尿病、遗传性和营养性疾病、移植、外科手术等方面的研究 。,猴 (Monkey),主要用于传染病学、药理学和毒理学、生殖生理、口腔医学、营养、代谢、行为学和高级神经活动研究及老年病、器官移植、眼科、内分泌病和畸胎学、肿瘤学,解剖结构、生理功能和生化代谢与人较相近。 雌性猕猴有与人相同的28天月经周期； 缺乏合成维生素C的酶；,几种常用的成年动物的年龄、体重和寿命关系-动物 小鼠 大鼠 豚鼠 兔 犬-天龄 65-90 85-110 90-120 120-180 250-360体重g 20-28 200-280 350-600 2000-3500 8000-15000寿命y 1-2 2-3 2 5-6 13-17-,（二）实验动物的分类,近交系 (inbred strain animals) 近交系一般是指采用20代以上全同胞兄弟妹妹或亲子（子女与年青的父母）进行交配，而培养出来的遗传基因纯化的品系。（F98.6% ）,系统杂交动物 (hybrid animals) 由两个近交系杂交产生的子一代称为杂交一代，又称 F1 动物。它既有近交系动物的特点，又获得了杂交优势。,封闭群动物（Closed colony），又称远交动物（outbred animals) 。指在同一血缘品系内，不以近交方式，而进行随机交配繁衍，经五年以上育成的相对维持同一血缘关系的种群。,1.按遗传学特征分类,突变品系 (mutant strain animals) 在育种过程中，由于单个基因的突变，或将某个基因导入，或通过多次回交“留种”，而建立一 个同类突变品系，此类个体中有具同样遗传缺陷或病态。 如：肥胖症小鼠、侏儒症小鼠、糖尿病小鼠、 高血压大鼠、白内障大鼠、裸鼠等,普通杂种动物 (mungrel animals) 即一般任意交配繁殖的杂种动物。杂种动物具有旺盛的生命力，适应性强，繁殖率高，生长快，易于饲养管理。个体差异大，反应性不规则，实验结果的重复性差。但其中包含有最敏感的与最不敏感的两种极端的个体。,普通动物（Conventional animals, CV） 又称一级动物，是微生物学控制要求中最低的一个级别的动物，要求不带有动物烈性传染病和人畜共患病原体 。,清洁动物（Clean animals, CL） 又称二级动物，除不带有普通动物应排除的病原体外，还不应携带对动物危害大和对科学实验干扰大的病原体。,2. 按微生物学的控制程度分类,无特殊病原体动物（Specific pathogens free animal，SPF animals） SPF动物又称三级动物，除不带有普通动物、清洁动物应排除的病原体外，还应排除有潜在感染或条件性致病的病原体，以及对实验干扰大的病原。,无菌动物（Germfree animals，GF animals）和悉生动物（Gnotobiotic animals，GN animals） 四级动物。无菌动物是指采用当前的技术手段无法在动物体表、体内检出一切其他生物体。,悉生动物（Gnotobiotic animals）又称已知菌动物，人为将特定的微生物菌群植入无菌动物体内培育而成，可分单菌、双菌、三菌和多菌等不同类型。,依据GB14922-2001实验动物微生物学等级及监测划分的实验动物等级，并与寄生虫学等级对应，将实验小鼠和大鼠的微生物等级分为清洁级、无特定病原体级（SPF）和无菌级三个级别，普通级的实验小鼠和大鼠原则上不再使用；豚鼠、地鼠和兔分为普通级、清洁级、SPF级和无菌级四个级别。犬和猴分为普通级和SPF级二个级别。,例如，过敏反应或变态反应的研究宜选用豚鼠，因为豚鼠易于致敏。因家兔体温变化灵敏，故常用于发热、热原检定、解热药和过热的实验。狗、大鼠、 家兔常用于高血压的研究。,实验动物的种属选择 应注意影响动物实验效果的各种因素。尽可能选择其结构、功能和代谢特点接近于人类的动物，不同种属的动物对于同一刺激的反应也不同。,实验动物品系的选择 同一种属动物的不同品系，对同一刺激的反应也有很大差异。,（三）实验动物的种、系选择。,例如：DBA2小鼠100的可发生听源性癫痫发作；而C57BL小鼠根本不出现这种反应。,实验动个体的选择 同一品系的实验动物，对同一刺激物反应存在着个体差异。年龄、体重、性别、生理状态和健康情况不同，往往导致对同一刺激的不同结果。,敏感性：幼年老年成年,1028周龄小鼠老年小鼠,有些犬因饥饿、创伤等原因尚未正式做休克实验时，即已进入休克,氯丙嗪,血糖升高,血糖降低,56周龄的雄性大鼠56周龄的雌性大鼠,麦角新碱,有镇痛效果,无镇痛效果,动物血压高动物血压低,降压药,降压,不降压,三、动物实验 即科学合理的使用实验动物，有效地进行各类科学实验，通过科学的动物实验、研究、探讨生命现象本质以及各类相关学科领域疑难课题。实验动物科学的研究内容 实验动物学是研究实验动物、培育和应用的科学。其研究内容涉及领域较宽，概括起来主要包括四个方面内容： 实验动物 动物实验 实验动物医学 比较医学,动物实验研究的优越性,（1）有许多实验如果在人体或病人身上进行，会危害健康或加重病情，给病人带来痛苦，但利用动物则可较少受限制（2）平时不易遇到的疾病，依靠临床观察，进展太慢，成效不大，而用动物复制疾病模型，则随时可以进行实验观察，不受病例限制，加速实验进程 。（3）动物实验容易控制条件，可以设立严格的对照观察，尤其是在实验治疗中，可以设立空白对照，在临床上却难以办到。,(1)动物作为人的替代品，避免了在人身上进行实验所造成的危害,如外伤、中毒。(2)临床上平时不易见到的疾病可用动物随时复制出来，如放射病、中毒、烈性传染病。(3)人类某些疾病潜伏期长，病程长和发病率低，如动脉硬化，慢性气管炎和白血病等。(4)可以严格控制实验条件，增强实验材料的可比性，可只研究单一因素对疾病的影响。(5)简化实验操作和样品收集，容易分期、分批采集样品，甚至于处死动物。(6)反映人的整体性，疾病过程的阶段性，病因的多因素性需要在活体上模拟人的疾病。过分依赖体外实验会造成误导。,动物实验不足之处：,（1）动物在生理机能、形态结构和物质代谢特点上，与人体存在较大的差别。（2）动物对处理因素的感受性与人体存在相当的差异。 （3）用动物复制的疾病模型，与人类在自然条件下所发生的疾病，有比较大的差别，不能完全等同起来。有些疾病尚无法复制疾病模型。（4）动物无法模拟心理和社会因素对人类健康的影响。,（一）实验动物的基本操作1、动物的捉拿、固定蟾蜍,小 鼠,小鼠的捉拿法,大鼠、豚鼠家兔,2、常用给药方法经消化道给药法自动摄取法喂药法灌胃给药法经直肠给药,小鼠灌胃法,注射给药法皮下注射腹腔注射,小鼠腹腔注射方法,注射给药法肌肉注射静脉注射,兔耳缘静脉注射法,（二）实验动物的适应 由于环境改变和某些实验因素可引起应激反应，有时会严重影响实验结果，因此实验动物需要适应。这些影响因素包括： 运输过程的拥挤、颠簸和噪音 生活环境的改变，新的饲养条件，如笼具、照明、饮水、饲料、温度等。 原有社会结构被打乱，新的社会结构重新组合 实验室环境和实验操作,实验动物因环境改变致某些生理因素的改变 动物环境改变反应指标恢复正常所需天数 小鼠重新编组嗜酸球计数4 7 运输体重 4 大鼠重新编组肾上腺重量6 10 家兔发热实验的体温反应 实验操作应采取措施尽量减少对实验动物的应激反应 正确捉拿持握 尽可能保持清醒，无约束状态 采用正确的体位必要时镇静、麻醉 如需重复使用应有足够长的恢复时间,（三）实验动物的处死方法蟾蜍：剪去头部大白鼠、小白鼠：脊椎脱臼法 断头法 打击法豚鼠、兔等：空气栓塞法 急性放血法 药物法 处死时应隔离活的动物，避免应激,四、人类疾病动物模型分类:1.自发性动物模型(spontaneous animal model)2.诱发性动物模型(induced animal model)3.基因工程动物(genetically engineering animal),1、自发性动物模型（spontaneous animal model）（1） 指动物未经有意义的人工处置，在自然情况下所发生的疾病（2） 由于基因突变异常，通过遗传育种保留下来成为具有特定遗传性状的突变系。 如：自发性高血压大鼠 中国地鼠自发性真性糖尿病。 这类模型应用价值高，但来源较困难，自发地成模不易控制，发病时间不集中。,2、诱发性动物模型（induced animal model） 指用物理的、化学的和生物的致病因素作用于动物，造成动物组织、器官或全身一定的损害，出现了某些类似人类疾病的功能、代谢或形态结构方面的损害。 如:结扎动物冠状动脉复制急性心肌梗死模型 链脲佐菌素损伤胰岛细胞形成I型糖尿病。优点：（1）可以任意复制（时间、数量），保证重现（2）实验条件易控制；局限性： （1）种属差异，如诱发的肿瘤和自发的肿瘤对药物的敏感性不同，所得结论不能马上用于临床，还需要临床验证。 （2）有些人类疾病尚不能复制。,3.基因工程动物(genetically engineered animal)主要是基因工程小鼠，原因:(1)小鼠基因组了解的很清楚，与人基因相同最多(95%以上)，在疾病表现型上小鼠与人类也十分相似。(2)小鼠生命周期短，繁殖快，喂养花钱少，操作方便。分类：(1)转基因小鼠 (transgenic mice） (2)基因敲除小鼠 (gene knockout mice） (3)基因替换小鼠（gene knockin mice）,最早报道是1980年，使一小鼠受精，将外来的基因转导入小鼠胚胎细胞内，时间为3.5天的胚胎的胚泡，外来基因在其基因组内稳定地整合，再移植到一假孕小鼠子宫，长成的小鼠体细胞内的外来基因就可能会表达，并能遗传给后代。根据经典遗传学的孟德尔定律进行一定方式的交配，结合基因水平的监测手段（再取RNA作Northern 或/和取蛋白质作West blotting），建立一个稳定的品系。再来研究小鼠会有什么变化，也就知道这一特定的外源性基因的作用， “正面地”研究外源基因活动规律和表达产物的意义。,（1）转基因小鼠 (transgenic mice）,使小鼠基因组中特定的内源基因不转录。 首先构建和克隆变异的一段DNA结构(有感兴趣基因的同源序列, 一个基因有缺陷的反义寡核苷酸),导入小鼠胚胎干细胞，导入利用导入基因和内源基因的同源重组 (homologouse recombination) 原理，进行定点整合，又称为基因打靶（gene targeting）。 现在美国已有专门的公司Jackson Laboratory，按客户需要敲除基因。养到所需要的周龄，平均7080美元一只。另外还许需付运费，办理进口手续的费用等。 网址：,(2)基因敲除小鼠 (knockout mice),(3)基因替换小鼠 (knockin mice) 利用同源基因重组原理,也进行ES细胞工程.主要不同点在于在一个基因编码区被去除的同时,替换上另一个相关基因的编码区的拷贝, 看看两个基因的产物是否具有同样的生物学功能。譬如： 敲除myfs基因小鼠无肋骨,替换上myosenin基因编码区的拷贝，肋骨发育正常，说明myosenin基因产物完全可以取