动物实验设计和实施

动物实验设计及实施 动物实验的定义是指以实验动物为材料 采用各种方法在实验动物身上做试验 研究动物在实验过程中的反应 表现及发生 发展规律和有关技术问题 2 弄清动物实验的目的及必要性做好动物实验的设计选择适宜的实验动物做好实验操作和实验条件保障工作搞好动物实验结果的统计 分析和资料的整理 归档工作 3 如何做好动物实验 一 动物实验前的准备 一 理论准备 二 条件准备 三 预备实验 1 了解实验动物方面的基础知识动物实验人员应掌握实验动物科学基本知识和基本技能 必须了解国家 省 市及所在单位实验动物机构有关实验动物和动物实验的管理法规和制度 并能够切实遵照执行 参与动物实验的人员都必须参加实验动物从业人员上岗培训 并取得上岗资格证书 5 一 动物实验前的理论准备 2 正确选题立项和设定假设选题的一般原则 科学性 即选题应具有明确的理论意义和实践意义 符合科学性的原则 应当在理论学习 技能掌握 文献检索 研究积累的基础上提出假说 设计新的实验 创新性 创新性是科学的灵魂 选题能够探索生命科学中的未知事物或未知过程 或能揭示已知事物中的未知规律 或提出新见解 新技术 新方法 可行性 选题应切合研究者的学术水平 技术水平 具备开展实验的条件 能够顺利得以实施 6 一 动物实验前的理论准备 2 正确选题立项和设定假设选题的一般原则 伦理原则实验动物同样是生命体 同样需要考虑伦理问题 动物实验设计应按照 R 原则进行评估和设计 在满足研究需要的前提下 尽可能少用实验动物 或寻找替代方法 实验应当在动物没有痛苦的条件下进行 需要手术或其他损伤性实验时 应当给动物麻醉或镇静 实验后的动物应给予很好的护理 7 一 动物实验前的理论准备 2 正确选题立项和设定假设设定假说 假说是预先假定的答案或解释 即实验的预期结果 假说是实验研究设计的前提 如果没有假说 实验和观察就会失去目标 假说关系着实验研究的目的性 计划性和预见性 假说必须根据实验情况及时加以修正 8 一 动物实验前的理论准备 3 实验研究计划和方案的制订是指对动物实验研究中涉及的各项基本问题的合理安排 尽可能做到周密合理 切实可行 9 一 动物实验前的理论准备 4 实验方法的选定要求 可靠性 优越性 创造性 10 一 动物实验前的理论准备 内容 实验仪器 药品 试剂 实验动物等 要求 实验手段和实验方法标准化 11 二 动物实验前的条件准备 1 实验场所必须持有实验动物使用许可证 必须是标准化的条件 规范化的管理 2 仪器 药品 试剂仪器要校准 好用 会用 药品 试剂要提前预定 按照说明书进行配制 特别注意的是 生物试剂要在确认有合格的实验动物和其它条件都具备的情况下才可配制 各种实验器械要消毒 配套 12 二 动物实验前的条件准备 3 实验动物实验动物是特殊的材料 是有生命的物质 实验前应了解实验动物品种 品系 等级 许可证 动物质量合格证情况 进一步提交详细的使用计划 对本单位不能提供的实验动物 则必须联系购买 购买的程序 要求 运输等都要认真考虑 13 二 动物实验前的条件准备 检查各项准备工作是否完善实验方法和步骤是否切实可行测试指标是否稳定可靠可初步了解实验结果与预期结果的距离 从而为正式实验提供补充 修正 完善的意见和经验 14 三 预实验 二 动物实验的设计 1 处理因素人为施加不同试验条件 给受试对象以各种物理 化学或生物学刺激 以揭示生物体的内在规律 控制处理水平 如剂量 时间 强度 频率等 在合理的范围 2 试验对象选择合适的实验动物或动物组织和细胞等 必须保证试验对象的一致性 试验对象应当对处理因素敏感 并且反应稳定 3 试验效应的观察采用适当的观察指标 包括定量指标 定性指标和半定量指标 观察动物对各种试验施加因子的反应 选择指标时应当考虑到指标的关联性 客观性 灵敏度和可用性 以提高效应观察的敏感性和特异性 16 实验设计的几个因素 1 对照性原则同体对照 即同一动物在施加实验因素前后所获得的不同结果和数据各成一组 作为前后对照 或同一动物在施加实验因素的一侧与不施加实验因素的另一侧作左右对照 异体对照 即实验动物均分为两组或多组 一组不施加实验因素 另一组或几组施加实验因素 没有对照组的实验结果往往是难以令人信服的 对照应在同时同地同条件下进行 17 一 动物实验设计的基本原则 2 一致性原则是指在实验中 实验组与对照组除了处理因素不同外 非处理因素基本保证均衡一致 这是处理因素具有可比性的前提 18 一 动物实验设计的基本原则 3 重复性原则是指同一处理要设置多个样本例数 重复的作用是估计试验误差 降低试验误差 增强代表性 提高精确度 重复的目的就是要保证实验结果能在同一个体或不同个体中稳定地再现 为此 必须有足够的样本数 样本数过少 实验处理效应将不能充分显示 样本数过多 又会增加工作量 也不符减少实验动物用量的原则 19 一 动物实验设计的基本原则 4 随机性原则按照机遇均等的原则来进行分组 其目的是使一切干扰因素造成的实验误差尽量减少 防止实验者的主观因素或其他偏性误差造成的影响 如抽签 投硬币法等形式 但最好的方法是使用随机数字表或计算器 20 一 动物实验设计的基本原则 5 客观性原则是指所选择的观测指标尽可能不带有主观成分 所有观测指标尽可能便于定性定量 结果判断要以客观数据为依据 23 一 动物实验设计的基本原则 如何选择实验动物 1 相似性原则是指利用动物与人类某些机能 代谢 结构及疾病特点的相似性选择实验动物 尽量选择研究对象的结构 功能 代谢及疾病性质与人类相似的动物 25 二 选择实验动物的基本原则 2 特殊性原则利用不同种系实验动物机体存在的特殊构造或某些特殊反应选择解剖 生理特点符合实验目的和要求的动物 如 犬 猴 猫对呕吐反应敏感 适宜做呕吐实验 家兔对致热物质十分敏感 可用于发热 解热和致热源的研究 同种属不同品系的动物对同一刺激的反应有很大的差异 如 DBA 2小鼠100 可发生听源性癫痫 C3H小鼠乳腺癌发病率为97 NOD小鼠易发糖尿病 26 二 选择实验动物的基本原则 3 标准化原则是指动物实验中选择和使用与研究内容相匹配的标准化的实验动物 标准化动物 是指遗传背景明确或来源清楚的 对其携带的微生物和寄生虫实行控制 模型性状显著且稳定的动物 27 二 选择实验动物的基本原则 4 规格化原则是指选择与实验要求一致的动物规格 由于不同动物对外界刺激的反应存在着个体差异 选择时 除了注意动物的种类及品系外 还应考虑到动物的年龄 体重 性别 生理及健康状况等 符合规格 这也是保证实验结果可靠性和可重复性的一个重要环节 28 二 选择实验动物的基本原则 1 年龄与体重一般动物实验应选用成年动物 慢性实验可选择幼龄动物 有些特殊实验如老年病学的研究 则考虑用老龄动物 动物实验时要注意 天文学时间 和 生物学时间 的区别 实验动物年龄与体重一般呈正相关性 可按体重推算年龄 一般来说 实验动物年龄 体重应尽可能一致 相差不得超过10 29 二 选择实验动物的基本原则 1 小鼠日龄与体重的关系 2 大鼠日龄与体重的关系 32 不同种属实验动物的寿命与人类具有很大差异 犬与人的年龄对应关系1岁的犬15岁的人 2岁的犬24岁的人 5岁的犬36岁的人 8岁的犬48岁的人 10岁的犬56岁的人 12岁的犬64岁的人 14岁的犬72岁的人 16岁的犬80岁的人 2 动物性别不同性别的动物对同一药物的敏感程度是有差异的 如实验无特殊要求应选择雌雄各半做实验 以避免因性别差异所造成的结果误差 33 二 选择实验动物的基本原则 3 生理及健康状态特殊的生理状态下 如发情 妊娠及哺乳期 机体对实验的反应性发生改变 应选择健康动物用于实验研究 34 二 选择实验动物的基本原则 5 经济性原则是指尽量选用容易获得 价格便宜和饲养经济的动物 在不影响整个实验质量的前提下 尽量做到方法简便和降低成本 选用易于获得 最经济和最易饲养管理的实验动物 35 二 选择实验动物的基本原则 单组比较设计是指在同一个体上观察实验处理前后某种观测指标的变化 此法优点是能消除个体间生物差异 但不适合在同一个体上多次进行实验 配对比较设计是指实验前将动物按性别 体重或其他有关因素加以配对 以基本相同的两个动物为一对 配成若干对 然后将一对动物随机分配于两组中 此法优点可以减少误差及动物间的个体差异 随机区组设计将全部动物按体重 性别及其他条件等分为若干组 每组中动物数目与拟划分的组数相等 体质条件相似 再将每个区组中的每一只随机分配到各组 36 三 动物实验设计方法介绍 完全随机设计是将每个实验对象随机分配在各组 并从各组实验结果的比较中得出结论 通常用随机数字表法进行完全随机化分组 拉丁方设计是指由拉丁字母所组成的正方形排列 在同一横行与同一纵列中都没有重复的字母 正交设计 37 三 动物实验设计方法介绍 三 动物实验数据的收集整理和分析 实验数据的来源动物实验过程中获取的原始资料或各种数据 实验数据的记录清晰 准确 规范 实验数据的贮存记录本 硬盘 光盘等 注意保存 做好备份实验数据的记录 39 一 实验数据的记录和贮存 计数资料指用计数方式而获得的资料 如 产仔数 成活数 鸡产蛋数等 计量资料指通过直接计量而得来的以数量为特征的资料 如产奶量 体长 体重等 质量性状资料指一些能观察到而不能直接测量的性状资料 又称属性性状资料 如 毛色 性别 生死等 40 二 实验数据的分类 算术平均数一般简称平均数或均数 它是统计学中最常用的表示一组观察值 或变量 的集中趋势 中心位置或平均水平的指标 公式 方差是衡量一组数据的波动情况 方差越大说明数据的差异越大 公式 标准差表示一组变量值离散程度的指标 均数与标准差结合能更全面地说明一组变量的分布情况 公式 41 三 实验数据的统计描述 对定量资料的分析用t检验 F检验 方差分析 等 对定性资料的分析用卡方 2 检验等 42 四 实验数据的分析 统计学上P 0 05 表示差别有统计学意义 P 0 05 表示差别无统计学意义 过去习惯上称差别有 显著性 不能理解为差异很大 也不能理解为医学上有显著的价值 差别的统计学意义是统计结论 而差别的实际意义则是对应的专业结论 统计结论必须和专业结论有机的结合 才能得出符合客观实际的最终结论 43 正确理解P值与差别有无统计学意义 例如 临床上用某药治疗高血压患者45名 另以45名患者服用某常用抗高血压药作为对照 分别测定两组病人的服药后舒张压 得两组舒张压下降值之差的平均数为2 5mmHg 经统计学检验P 0 05 有统计学意义 但两组高血压病人服药后舒张压下降之差较小 不足有临床意义的差值5mmHg 故并没有实际的临床意义 44 正确理解P值与差别有无统计学意义 t检验是用来比较两组不同数据的平均值 看它们之间的差异是随机差异还是本质上的差异 单样本t检验独立样本t检验配对样本t检验 45 t检验 ttest 单样本t检验就是检验一个观测的样本平均值是否来自已知平均值的总体 也就是说比较的是一个样本的平均值与某个指定的值的差异 46 t检验 ttest 例如 观察高海拔地区饲养的兔子的红细胞数是否高于兔子的正常红细胞数 47 t检验 ttest 配对样本t检验就是将实验对象按某些重要特征相近的原则配成对子 每对中的两个个体随机地给予两种处理 称为随机配对设计 同一受试对象实验前和实验后的结果比较 同一受试对象 分别接受两种不同处理的结果比较 两组受试对象配成对子 分别接受两种处理的结果比较 48 t检验 ttest 例如1 测定糖尿病小鼠治疗前后血糖指标的差异 例如2 将某疫苗腹腔免疫小鼠 间隔两周 共免疫两次 测定一免后一周与二免后一周血清IgG差异 例如3 将小鼠分别按性别 体重 年龄配成对子 然后将每对中的小鼠分别给予两种不同的降压药 每天测定血压 并统计两种降压药是否有差异 49 配对样本t检验 两独立样本t检验是指将试验单位完全随机地分成两组 各实施一试验处理 所得的两个样本观察值相互独立 必须具备两个假设条件 两个总体都呈正态分布 两个总体具有相同的方差 即齐性方差 若Levine sTestforEqualityofVariances检验的显著性概率 Sig 大于0 05 就说明两组的方差是相等的 用t检验 若小于0 05 则用校正t检验 50 t检验 ttest 51 t检验 ttest 例如 用高蛋白和低蛋白两种饲料饲养一月龄大鼠 在3个月时测定两组大鼠体重 试问两组大鼠体重是否有差异 52 两独立样本t检验 F检验 亦称方差分析 是检验两个以上样本均数间差别有无统计学意义的方法 单因素方差分析 完全随机设计方差分析 多因素方差分析 随机区组设计方差分析 53 F检验 方差分析 单因素方差分析是一种将研究对象随机地分配到处理因素各水平组的单因素设计方法 其研究目的是推断处理因素不同水平下的实验结果的差异是否有统计学意义 例如 为了解某新疫苗对小鼠淋巴细胞增殖效果 将小鼠随机分成三组 疫苗组 阳性对照组 阴性对照组 免疫后观察三组淋巴细胞增殖情况是否有差异 54 F检验 方差分析 多因素方差分析两个或两个以上处理因素间 以及各个因素不同水平间实验结果的差异是否有统计学意义 55 F检验 方差分析 例如 探讨某中药有效成分在不同温度 85 95 和不同试剂 甲醇 乙醇 条件下提取浓度的比较 56 多因素方差分析 多个样本均数的两两比较用方差分析对多组均数作显著性检验 如果差异有显著性意义 只说明总起来说各组均数之间有显著性差异 并不意味着任意两两之间的均数差异有显著性意义 常用的统计方法是StudentNewmanKeuls检验 简写为NK或SNK 也可用LeastSignificantDifferenceTest 简写为LSD 57 F检验 方差分析 卡方检验是一种用途比较广泛的假设检验方法 常用于对两个 或多个 分类计数资料之间的差别是否有统计学意义进行检验 58 卡方检验 2检验 EXCEL SPSS SAS等 59 常用统计学软件 四 动物实验报告与论文的撰写及注意事项 动物实验报告是描述动物实验过程 记录动物实验结果的材料 是表达研究成果的一种形式 61 1 真