实验动物的选择

实验动物选择,The Choice of Experimental Animal,选择实验动物的基本原则试验动物选择其他影响因素常用动物实验中实验动物的选择,选择实验动物基本原则,相似性原则差异性原则易化性原则相容或相匹配原则可获性原则重复性和均一性原则,绝大多数生物学与医学研究的最终目的是要为人类服务的。因此在实际可能的情况下，尽量选择那些机能、代谢、结构、疾病特点等与人类类似的实验动物。,一、相似性原则,一般来说，实验动物愈高等，进化程度愈高、其机能、代谢、结构愈复杂反应就愈接近人类，猴、狒狒、猩猩、长臂猿等灵长目动物是最近似于人类的理想动物。但实验动物中，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。,灵长类动物： 从整体的相似性来讲，最接近于人类，为各学科研究首选动物。 很多传染性疾病，有较强感染种属特异性，如人类乙型肝炎病毒(HBV)，在自然情况下只感染人和黑猩猩。SARS恒河猴,整体相似性,灵长类动物：优点：1、猕猴的生殖生理与人类非常接近，性周期为28d，是研究人类生殖生理的理想动物。2、猕猴还能发生各种形态上和生物学性质上与人的肿瘤相似的病变。缺点：1、较难获得，价格昂贵，濒危保护动物。2、遗传和微生物控制困难。,整体相似性,树鼩： 外形似松鼠，体小，体重20250g，其新陈代谢过程比啮齿类动物与人相似，解剖和生理功能也与其它灵长类相似。 用途：乙型肝炎、睡眠生理、疱疹病毒等研究,蛙：不能选作研究高级神经活动，但蛙的脊髓合适做简单的反射弧实验，用蛙的脊髓作这方面的试验，简单、直观、明确、容易分析。猪：小型猪的皮肤组织结构与人类很相似（毛发的疏密，表皮厚薄，表皮形态学和增生动力学，烧伤皮肤的体液和代谢变化机制等 ）,局部相似性,2.年龄的相似性,幼年动物：慢性实验或观察动物的生长老年医学研究：老龄动物24月龄大鼠,在以群体为对象的研究课题,有时要考虑到选择与人群基因型及表现型分布类型相似的动物类别。主要是一些封闭群动物，如：KM小鼠、Wistar大鼠、毕格犬等。,人类,封闭群动物,群体分布相似,3.群体分布的相似性,4.生态或健康状况的相似性 在正常生命过程的研究中，找到与人类生态情况相似的替代模型非常重要。 不同微生物学质量级别的无菌及悉生动物、SPF动物、清洁动物、普通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。,外科手术性的操作模型中或教学示教中，常选择体型较大的动物。 例：模拟人类心脏移植,6.操作实感的相似性,各种动物之间存在基因型、表现型、演出型、易感性等方面的差别也是实验可比性内容，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。尽量选用不同种系存在的某些特殊反应或刺激敏感的动物。阿托品,二、差异性原则,进化程度高、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。尽量选择那些结构功能简单而又反映研究指标特质的动物。果蝇：寿命短（37d）、染色体少（4对）,三、 易化性原则,所谓“相容”或“匹配”是指所用动物的质量等级要与实验设计、技术条件、实验方法等条件相适应。避免应用高精仪器、先进的技术方法、高纯度的试剂与低质量、非标准化、反应性能低的动物相匹配，或利用低性能的测试手段、非标准化的实验设施与高质量、高反应性能的动物相匹配。,四、相容或匹配原则,五、可获性原则 猫、狗、猪及灵长动物居于较高进化水平各有其研究价值，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。 啮齿类实验动物因其繁殖周期短、多胎性、饲养繁殖容易、遗传和微生物控制方便，得到广泛应用。,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。应选用标准化实验动物。近交系、F1代动物、突变系动物具有良好的遗传均质性SPF级动物排除一切疾病影响的健康动物。,六、重现性、均一性原则,增强动物模型复制时的重复性（一致性）动物品种、品系、年龄、性别、体重、健康情况、饲养管理；实验及环境条件，季节、昼夜节律、应激、室温、湿度、气压、消毒灭菌；实验方法步骤；药品生产厂家、批号、纯度规格、给药剂型、剂量、途径、麻醉、镇静、镇痛等用药情况；仪器型号、灵敏度、精确度；实验者操作技术熟练程度因为一致性是重现性的可靠保证。,试验动物选择其他影响因素,1、年龄、体重2、性别3、生理状态与健康情况4、品系、等级5、其他注意事项,1、年龄、体重,实验动物的机体反应性随年龄而有所变化。幼年动物往往较成年动物敏感，而老年动物代谢功能降低，反应不灵敏。 成年动物大多数实验都选择 老年动物多用于老年医学研究中 幼年动物慢性实验或长期毒性实验（实验周期长）,不同种属实验动物的寿命长短不一，但多比人的寿命短。选择实验动物时必须了解有关动物的寿命，并安排与人的某年龄时期相对应的动物进行实验研究。,动物的体重 年龄与体重一般呈正相关性。同一实验中，动物的体重应尽可能一致，一般不应超过10%，若相差悬殊，则易增加动物反应的个体差异，影响实验结果的正确性。 实验动物年龄和体重一般呈正比，啮齿类动物可根据体重推算年龄。,2、动物的性别,许多实验证明，不同性别的动物对同一药物的敏感性差异较大，对各种刺激的反应也不尽一致，雌性动物在性周期不同阶段和怀孕、哺乳时的机体反应性有较大的改变，因此科研工作汇总一般选择雌雄各半进行试验。,医学研究中，通常选择实验动物应雌雄各半。若发现有明显的性别差异，则应分别测定不同性别实验动物的结果。,3、 生理与健康状况,生理状况： 实验动物处在特殊的生理状态如怀孕、哺乳时，其体重及某些生理生化指标将有所不同，对外界环境因素作用的反应亦与非怀孕、非哺乳的实验动物有着较大差异。,健康状况： 患病动物对药物的耐受性较健康动物小，因而患病动物容易在实验过程中中毒死亡。,4、动物品种品系 同物种内的不同品种、品系，由于生物学特性的差异，对相同试验反应结果存在差异。同品系的各亚系之间差异可相当于不同品系。 例如： 1、DBA小鼠会发生听源性癫痫发作，而C57BL小鼠根本不出现这种反应。 2、C57BL小鼠对肾上腺皮质激素的敏感性比DBA小鼠高12倍。,常用动物实验中实验动物的选择,药效学实验动物选择毒理学实验动物选择肿瘤学研究中实验动物的选择和应用心血管系统疾病研究中的选择消化和呼吸系统疾病研究中的选择神经系统疾病研究中的选择,一、药效学实验动物选择,（一）临床前药物代谢动力学研究 进行临床前药物代谢动力学研究，目的在于了解新药在动物体内动态变化的规律及特点，为临床合理用药提供参考。所以，选择动物时，必须选用成年健康的动物，常用的有大鼠、小鼠、兔、豚鼠、犬等。首选动物及其性别应尽量与药效学或毒理学研究所用动物一致。,做药物动力学参数测定，最好使用犬、猴等大动物，这样可在同一动物上多次采样，而使用小动物可能要采用多只动物的合并样本，应尽量避免。做药物分布试验时，一般选用大鼠或小鼠较为方便。做药物排泄试验时，一般也首选大鼠。,促智药研究一般使用健康成年小鼠和大鼠。镇静催眠药研究一般选用健康成年小鼠，便于分组实验。镇痛药研究均需在整体动物上进行，常用成年小鼠、大鼠、兔，必要时也可用豚鼠、犬等。,（二）作用于神经系统的药物研究,解热药研究首选家兔，因为家兔对热原质极敏感。家兔的品种、年龄、实验室温度、动物活动情况等不同，都对发热反应的速度和程度有明显影响，应按我国药典中有关规定进行。,(三)作用于呼吸系统的药物研究,镇咳药筛选的首选动物是豚鼠，豚鼠对化学刺激或机械刺激都很敏感，刺激后能诱发咳嗽，刺激其喉上神经亦能引起咳嗽。猫在生理条件下很少咳嗽，但受机械刺激或化学刺激后易诱发咳嗽，故可选用猫用于刺激喉上神经诱发咳嗽，在初筛的基础上进一步肯定药物的镇咳作用。,(四) 作用于消化系统的药物研究催吐或止吐药一般选用犬、猫等，而不选用家免、豚鼠、大鼠，因为这些动物无呕吐。1% CuSO4或AlSO4溶液50 mL给犬灌胃，约23min后开始呕吐(五) 作用于泌尿系统的药物研究利尿药物或抗利尿药物的研究一般以雄性大鼠或犬为佳。小鼠尿量较少，家兔为草食动物，实验结果不理想。,(六) 计划生育药物研究 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、家兔、猫。 筛选口服避孕药的实验动物常使用啮齿类实验动物，具有规律的动情周期，排卵时有明显的指标。,二、毒理学试验动物选择,药物安全性评价是涉及亿万人的健康和安全、新药走向临床过程的重要一步。为了保证所获结果的正确、可靠，许多国家政府都制定了实验室管理准则(GLP)和标准操作规范(SOP)，以保证新药的安全性评价试验在高标准、统一规范下进行。,20世纪60年代的“反应停”事件反应停（Thalidomide）是西德一家制药公司50年代末期生产的一种镇静催眠药，具有止吐作用。孕妇在怀孕一二个月时，往往会产生强烈的妊娠反应，服用这种药后，能暂时减轻妊娠反应。1959-1962年，欧洲19国和日本相继出生了12000多名手脚异常的畸形婴儿。这种婴儿手脚比正常人短，形状如海豹甚至根本没有手脚。伦兹博士对这种怪胎进行了调查，于1961年发表了“畸形的原因是催眠剂反应停”的结论，使人们大为震惊，并引起各国政府相关部门的高度重视。,反应停引起的肢体畸形,二硝基酚事件,上世纪30年代的美国（35-37年），使用加速脂肪代谢的减肥药二硝基酚的患者，发生白内障或骨髓抑制，177人死亡，经调查该药物能对视觉和骨骼系统造成极大损害，1937年在美国禁用。,实验室管理准则（GLP）目的,为了提高药品毒理学研究的质量，确保实验资料的真实性、完整性和可靠性，最大程度排除由于偶然的误差带来的影响，尽早发现和改正这类错误，并在事后纠正和追究其原因。GLP的基本精神在于怎样减少人为误差，以得到可信性高的实验数据，以保障人类用药安全。,对药物在动物身上表现出来的毒性要有正确认识。如果动物表现出药物的毒性反应，通常认为至少在一部分人群中将会出现毒性；如果动物不表现出药物毒性反应的结果，并不能保证药物在临床上不会出现毒性反应。药物安全性评价试验包括急性毒性、长期毒性、生殖毒性、致突变、致癌、刺激过敏等。不同的试验要用不同的实验动物，试验要求也不完全一致。,急性毒性试验通常是观察一次给药后所产生的急性毒性反应和死亡情况，如果仔细观察，常能发现该药的可能靶器官及其特异性作用。注意点：急性毒性是一个简单的试验，但是如果动物质量欠佳，体重不准，组间体重差异大或者有不良的外环境影响(例如室温过高或过低)，均可产生不正确的数据，导致错误的结论。,急性毒性试验测定,选用小鼠，体重18-22g，雌雄各半，每次20-40只给药：灌胃或尾静脉注射一定剂量药液观察：有无不良反应或死亡。一般观察7天。,半数致死量简称LD50，是指引起实验动物半数死亡的剂量。由于个体差异，同一剂量药物给同种异体的动物，可以出现死亡或不死亡一般以每Kg多少mg表示(药物剂量/体重)。由小剂量到大剂量逐步试用至不能耐受为止。做药物的LD50，常用小鼠和大鼠，而且最常用的是封闭群的动物，如KM小鼠，SD或Wistar大鼠。,半数致死剂量LD50测定,实验动物：常选用小鼠，体重18-22g，每次实验需动物30-60只，分5-6组，每组6-10只给药途径：口服、腹腔注射、静脉注射、观察：给药后有无中毒反应，一般观察7天。,（二）长期毒性试验,由于长期毒性试验持续时间一般较长，而且实验动物的高、中剂量组是给予中毒剂量的药物，如要获得真正的药物毒性作用结果，就必须保证动物的质量和适宜的环境。长期毒性试验需要两种以上的动物，才能比较正确地预示受试药物在临床上的毒性反应，常用的一种是啮齿类的大鼠，另一种是狗、猴或小型猪。,长期毒性测定方法,实验动物：常用大鼠，体重80-100g，雌雄各半，每次120-140只，给药途径：与临床给药途径相同，时间为3-6个月观察：实验动物有无不良反应，实验结束后，观察动物组织病理切片，血液指标等。对大型动物进行尿液检查和心电图检测。,（三）生殖毒性试验,一般生殖毒性试验目的是判断雄性、雌性动物在连续用药后，一般生殖行为和生育力的变化。雄性的特征和生育力，雌性的交配力及受孕率。致畸敏感期毒性试验 围产期毒性试验,（四）致突变及致癌试验,长期致癌试验对实验动物的要求甚高。通常用F344大鼠及A系小鼠，但是供应的大、小鼠繁殖场必须提供5年内该品系大、小鼠的癌自发率的数据，否则，致癌试验的数据难以进行可靠的比较，很难得出正确的结果。,（五）其他毒性试验,药物毒理试验的原则之一是给药途径必须与将采用的临床给药途径相一致，如果受试物将来是作为外用药，或是栓剂通过直肠给药，则毒理试验时，也必须通过外用，或通过直肠给药。,一、实验动物的肿瘤学特点（一）不同种属动物 1灵长类动物 2大型实验动物（包括家畜） 3小型实验动物 (二)不同类型的实验动物 1近交系动物 2、无胸腺裸小鼠和大鼠,三、肿瘤学研究中实验动物的选择和应用,四、心血管系统疾病研究中的选择,心血管系统的疾病在人类普遍发生，给人类带来严重的后果。由于在病人体内进行各项试验研究是十分有限的。而且对病变的广度和深度也无法进行活体定量检测，因此，人们广泛利用相应的动物模型来进行研究。,（一） 动脉粥样硬化症研究,早期选用的实验动物是鸡和兔。兔在饲料诱发的极度高血脂下可发生粥样硬化病灶，但病变局部解剖学情况与人类不同。另外，兔作为草食动物，与人类的胆固醇代谢不完全一致。小型猪发病特点与人类似，最理想的试验动物。,（二）高血压研究,对于