实验设计的原理和方法实用教案

1、 “凡事预则立凡事预则立 ，不预则废，不预则废” 引言(ynyn)第1页/共41页第一页，共41页。u实验设计的目的实验设计的目的(md)(md)u 1. 1.有目的有目的(md)(md)、有计划、有、有计划、有步骤地进行实验。步骤地进行实验。u 2. 2.最大限度地减少实验误差。最大限度地减少实验误差。u 3. 3.节省时间、样本、经费开支，节省时间、样本、经费开支，减少人力物力财力，获得较高的效率。减少人力物力财力，获得较高的效率。 一、实验设计的目的一、实验设计的目的(md)与任务与任务第2页/共41页第二页，共41页。u实验设计的任务：合理安排三要素实验设计的任务：合理安排三要素u 1

2、. 1.受试因素（处理因素、施加因素、受试因素（处理因素、施加因素、干扰因素）干扰因素）u 要抓住实验中的主要问题要抓住实验中的主要问题(wnt)(wnt)u 要确定处理因素与非处理因素要确定处理因素与非处理因素u 处理因素必须指标化处理因素必须指标化u 多因素的交互作用多因素的交互作用u 2. 2.受试对象受试对象 病人、动物、组织、器病人、动物、组织、器官、细胞等。官、细胞等。u 3. 3.受试效应受试效应 选择指标选择指标第3页/共41页第三页，共41页。指标指标(zhbio)(zhbio)选择要注选择要注意：意： 指标指标(zhbio)(zhbio)的关的关联性联性 指标指标(zhbi

3、o)(zhbio)的的客观性客观性 指标指标(zhbio)(zhbio)的的灵敏性灵敏性 指标指标(zhbio)(zhbio)的的精确性精确性 指标指标(zhbio)(zhbio)的的特异性特异性第4页/共41页第四页，共41页。 二、实验设计原二、实验设计原则则(yunz) 对照原则(yunz) 随机原则(yunz) 重复原则(yunz)第5页/共41页第五页，共41页。 1.对照原则（对照原则（control） 例：某医师为了研究某中药煎剂的利尿作用，随机抽取例：某医师为了研究某中药煎剂的利尿作用，随机抽取10名健康人进行研究，名健康人进行研究，结果结果(ji gu)10名健康人服药名健康

4、人服药2小时内较未服药前平均增加小时内较未服药前平均增加100ml/小时，因此小时，因此认为该中药煎剂有利尿作用。你认为该结论正确吗？并说明理由；你认为应如何设认为该中药煎剂有利尿作用。你认为该结论正确吗？并说明理由；你认为应如何设计？计？意义：意义：鉴别处理因素与非处理因素的差异。鉴别处理因素与非处理因素的差异。 减少实验误差，避免产生错误的结论。减少实验误差，避免产生错误的结论。第6页/共41页第六页，共41页。要求：要求：均衡均衡: :即组间一致，除处理因素即组间一致，除处理因素外，对照组具备与实验组对等的外，对照组具备与实验组对等的非处理因素。非处理因素。同步：对照组与实验组在整个研同

5、步：对照组与实验组在整个研究进程中，始终处于同一空间和究进程中，始终处于同一空间和时间。时间。专设：为相应的实验组专门设立专设：为相应的实验组专门设立对照。不得借用文献上记载或以对照。不得借用文献上记载或以往的结果或其他研究资料往的结果或其他研究资料(zlio)(zlio)作为本研究的对照。作为本研究的对照。第7页/共41页第七页，共41页。 对照的几种形式 空白对照 实验对照 安慰剂对照 标准对照 弱阳性对照 自身(zshn)对照 相互对照 阴性阴性(ynxng)对照对照阳性阳性(yngxng)对对照照第8页/共41页第八页，共41页。空白对照空白对照 对照组不加任何(rnh)处理因素的对照

6、。 第9页/共41页第九页，共41页。实验实验(shyn)(shyn)对照对照 实验对照：指给对照组施加与实验组操作条件一 致的干扰因素。凡是对实验结果有影响的操作、溶媒、试剂等都应该设立实验对照。 常用的实验对照有： 假处理对照:给对照组施加与实验组条件一致的操作称为操作对照，假处理对照在于控制(kngzh)操作影响产生的误差。 药物溶媒对照:以性状相同的溶媒作对照可防止误将溶媒的作用当作药物的作用，得出假阳性结果。第10页/共41页第十页，共41页。安慰剂对照安慰剂对照(duzho)(duzho) 安慰剂安慰剂: :是指外观等与受试药物相同且无是指外观等与受试药物相同且无药理活性的物质，在

7、临床研究中用来替代受试药药理活性的物质，在临床研究中用来替代受试药物。安慰剂应该在剂型、包装、颜色、大小、形物。安慰剂应该在剂型、包装、颜色、大小、形状、气味等外观上完全与处理组受试药物一样，状、气味等外观上完全与处理组受试药物一样，使病人不能分辨，否则导致安慰剂的失效使病人不能分辨，否则导致安慰剂的失效(sh (sh xio)xio)和实验的失败。和实验的失败。 安慰剂效应安慰剂效应: :安慰剂产生与药物相似的药安慰剂产生与药物相似的药理作用。包括产生主观感觉和客观指征的变化。理作用。包括产生主观感觉和客观指征的变化。第11页/共41页第十一页，共41页。安慰剂对照的设立安慰剂对照的设立给对

8、照组受试者使用无药理活性的安慰剂称安慰剂对照。给对照组受试者使用无药理活性的安慰剂称安慰剂对照。原则是在不损害病人健康的前提原则是在不损害病人健康的前提(qint)(qint)下使用。危重、病情发展迅速的病人，下使用。危重、病情发展迅速的病人，不得使用安慰剂。不得使用安慰剂。安慰剂对照与双盲法同时实施效果更好。安慰剂对照与双盲法同时实施效果更好。第12页/共41页第十二页，共41页。 对受精神因素影响较大的慢性疾病，应尽量采对受精神因素影响较大的慢性疾病，应尽量采用用(ciyng)(ciyng)安慰剂对照；安慰剂对照； 新药和老药新用治疗慢性病的临床试验最好设新药和老药新用治疗慢性病的临床试验

9、最好设立安慰剂对照；立安慰剂对照； 轻度精神忧郁、癔病可以使用安慰剂作为心理轻度精神忧郁、癔病可以使用安慰剂作为心理治疗的一部分；治疗的一部分； 诊断已确定不需要药物治疗的病人可作安慰剂诊断已确定不需要药物治疗的病人可作安慰剂对照。对照。第13页/共41页第十三页，共41页。标准标准(biozhn)(biozhn)对照对照 标准对照又称有效对照，要注意选择疗效被公认标准对照又称有效对照，要注意选择疗效被公认或肯定的药物或疗法，而且与所试验的药物或疗或肯定的药物或疗法，而且与所试验的药物或疗法是属于同一类型法是属于同一类型(lixng)(lixng)的。的。 不能用安慰剂对照时，可用标准对照。即

10、用公认不能用安慰剂对照时，可用标准对照。即用公认的标准疗法的标准疗法( (或常规疗法或常规疗法) )作对照。作对照。 例如：试验人参皂甙的抗心肌缺血作用，可用已例如：试验人参皂甙的抗心肌缺血作用，可用已知的有效药物普萘洛尔或长效硝酸酯类作对照。知的有效药物普萘洛尔或长效硝酸酯类作对照。第14页/共41页第十四页，共41页。弱阳性对照弱阳性对照(duzho)(duzho) 即以药效较弱的老药作对照(duzho)，则可以肯定新药的价值。 自身自身(zshn)(zshn)对照对照 即在同一个体上观察给药前后比较，这即在同一个体上观察给药前后比较，这样可以减小个体差异的影响。样可以减小个体差异的影响。

11、 相互对照：相互对照：几种处理几种处理( (或水平或水平) )互为对照。互为对照。 第15页/共41页第十五页，共41页。2.2.随机随机(su j)(su j)原则原则（RandomizationRandomization）概念概念(ginin)(ginin)：随机抽样随机抽样: :总体中每个个体有相同的机会被抽到样本中来总体中每个个体有相同的机会被抽到样本中来随机分组随机分组: :每个实验对象分配到不同处理组的机会相同。每个实验对象分配到不同处理组的机会相同。随机实验顺序：每个实验对象接受处理先后的机会相同随机实验顺序：每个实验对象接受处理先后的机会相同第16页/共41页第十六页，共41页

12、。目的：在于克服偏性，避免人为因素的主观影响和目的：在于克服偏性，避免人为因素的主观影响和其他因素。其他因素。方法：方法：抽签法抽签法( (简单随机、半随机、单纯随机抽样简单随机、半随机、单纯随机抽样) )随机数目表法、随机排列随机数目表法、随机排列(pili)(pili)表：分两组、表：分两组、分三组分三组第17页/共41页第十七页，共41页。随机随机(su j)数目表法数目表法 分两组随机分两组随机(su j)方法方法 分三组或三组以上的随机分三组或三组以上的随机(su j)法法动物号动物号1 12 23 34 45 56 67 78 89 910101111121213131414151

13、5随机数随机数33333535727267674747777734345555454570708 81818272738389090除除3 3余数余数0 02 20 01 11 12 21 11 10 01 12 20 00 02 20 0分分 组组A AC CA AB BB BC CB BB BA AB BC CA AA AC CA A第18页/共41页第十八页，共41页。随机随机(su j)数目表法数目表法初步结果(ji gu) A组：1、3、9、12、13、15（6) B组：4、5、7、 8、10 （5） C组：2、6、11、14 （4）最后结果(ji gu) A组：1、3、 9、13、

14、15 B组：4、5、 7、 8、10 C组：2、6、11、14、12 第19页/共41页第十九页，共41页。3.3.重复重复(chngf)(chngf)原则原则（ReplicationReplication） 意义：实验的样本量要足够大经得起重复实验的意义：实验的样本量要足够大经得起重复实验的考验。考验。“一个不可一个不可(bk)(bk)重复的研究是没有科学重复的研究是没有科学性的性的”。 设计样本数时要考虑的因素设计样本数时要考虑的因素 处理的效果处理的效果 实验误差：实验误差： 资料性质：等级分组资料性质：等级分组 计数资料计数资料 计量资料的计量资料的样本量样本量第20页/共41页第二十

15、页，共41页。 显著性水平：样本量a0.01大于a随机区组设计配对设计拉丁方设计第21页/共41页第二十一页，共41页。样本大小的估计样本大小的估计 一般情况一般情况(qngkung)(qngkung)下预定样本的大小下预定样本的大小 动物实验：动物实验： 大动物（犬、猫）大动物（犬、猫）5-155-15只只 中等动物（兔、豚鼠）中等动物（兔、豚鼠）10-2010-20只只 小动物（大鼠、小鼠）小动物（大鼠、小鼠）15-3015-30 临床：难治愈的病，疗效显著时：临床：难治愈的病，疗效显著时：5-105-10例，例， 急性病死亡率高的：急性病死亡率高的：30-5030-50例，例， 一般慢病

16、：一般慢病：200-300-500200-300-500例例第22页/共41页第二十二页，共41页。用计算法估计用计算法估计了解基本数据了解基本数据确定确定(qudng)(qudng)条件：确定条件：确定(qudng)P(qudng)P值；确定值；确定(qudng)(qudng)把把握度；确定握度；确定(qudng)(qudng)是单侧还是双侧是单侧还是双侧计算样本大小的公式与举例计算样本大小的公式与举例第23页/共41页第二十三页，共41页。 三、实验设计的三大(sn d)要素 明确实验目的明确实验目的 实验设计时，首先要明确实验的目的，要解决什么中心问题，做到有的放实验设计时，首先要明确实

17、验的目的，要解决什么中心问题，做到有的放矢。如要研究一个药物是否具有降压作用，可以矢。如要研究一个药物是否具有降压作用，可以(ky)(ky)通过观察两组动物一通过观察两组动物一组给药、一组不给药后血压的变化情况表现药物的作用，通过给药前、后血压的组给药、一组不给药后血压的变化情况表现药物的作用，通过给药前、后血压的变化观察药物的作用效果。变化观察药物的作用效果。 第24页/共41页第二十四页，共41页。 确定实验方法和指标确定实验方法和指标 根据实验目的和实验条件确定实验方法和观察指标。例如，观察一个药物根据实验目的和实验条件确定实验方法和观察指标。例如，观察一个药物是否具有镇痛作用，观察方法

18、很多，有化学刺激法、热刺激法、电刺激法、机械是否具有镇痛作用，观察方法很多，有化学刺激法、热刺激法、电刺激法、机械刺激法等。无论何种方法，都有一定的观察指标。刺激法等。无论何种方法，都有一定的观察指标。 设计一些设计一些(yxi)(yxi)好的观察指标是体现实验的先进性和创新性的重要环好的观察指标是体现实验的先进性和创新性的重要环节。观察指标是反映实验对象在经过处理前后发生生理或病理变化的标志。它包节。观察指标是反映实验对象在经过处理前后发生生理或病理变化的标志。它包括计数指标括计数指标( (定性指标定性指标) )和计量指标和计量指标( (定量指标定量指标) )，主观指标和客观指标等。，主观指

19、标和客观指标等。 第25页/共41页第二十五页，共41页。 客观性：最好选用各种仪器检测的客观指标，如体温、心电图、血气分析、瘤重、体重、血红蛋白含量(hnling)、溃疡面积的大小、平滑肌收缩的长度等。 指标的选定须符合指标的选定须符合(fh)(fh)以以下原则下原则 第26页/共41页第二十六页，共41页。 特异性：指标能特异地反映观察(gunch)现象的本质，不会与其他现象相混淆。如高血压中的血压(尤其是舒张压)可作为高血压病的特异指标；血气分析中的血氧分压和二氧化碳分压可作为呼吸衰竭的特异指标。第27页/共41页第二十七页，共41页。 重现性：在相同条件下指标所测的重现性：在相同条件下

20、指标所测的结果可以结果可以(ky)(ky)重现。重现性高的重现。重现性高的指标一般意味着偏性小，误差小，能指标一般意味着偏性小，误差小，能较真实地反映情况。较真实地反映情况。第28页/共41页第二十八页，共41页。 灵敏性：是由实验灵敏性：是由实验(shyn)(shyn)方法和仪器的灵敏度共同决定的。方法和仪器的灵敏度共同决定的。第29页/共41页第二十九页，共41页。 选取选取(xunq)(xunq)实验样本实验样本 医学实验对象包括人和动物。为了避免实验给人带来损害或痛苦，除了一些简单的观察，如血压、脉搏、呼吸、尿量的实验可以在人体进行以外，主要的实验对象应该是动物(包括正常(zhngch

21、ng)动物、麻醉动物及病理模型，既有整体动物，也有离体器官、组织和细胞等)，选择合适的实验动物对实验的成功有重要的意义。 第30页/共41页第三十页，共41页。 实验样本选择(xunz)的条件要选择接近于人类而又经济的动物：灵长类动物最接近人，但价格昂贵。一般常选择的实验(shyn)(shyn)动物为家兔、大鼠、小鼠、青蛙（蟾蜍）。动物年龄、体重、性别最好一致。根据实验(shyn)(shyn)目的、方法和指标而定：如小白鼠是实验(shyn)(shyn)室常用动物，适用于药物初筛，半数致死量(LD50)(LD50)测定。由于其繁殖能力强、妊娠期短，也常用于避孕药的筛选；家兔体温恒定，适于解热药、

22、热原试验。第31页/共41页第三十一页，共41页。 四、学生四、学生(xu sheng)自行设计实验自行设计实验 neostigmine,pilocarpine,acetylcholine neostigmine,pilocarpine,acetylcholine的鉴别的鉴别(jinbi)(jinbi)实验实验 药品：药品：0.01%0.01%新斯的明溶液新斯的明溶液(A)(A)；1%1%毛果芸香碱溶液毛果芸香碱溶液(B)(B)；0.1%0.1%乙酰胆碱溶液乙酰胆碱溶液(C) (C) 第32页/共41页第三十二页，共41页。 1. 1.三种药物的基本作用三种药物的基本作用(zuyng)(zuy

23、ng)和生物学特性和生物学特性 新斯的明新斯的明(neostigmine)(neostigmine)：易逆性抗胆碱酯酶药，可抑制：易逆性抗胆碱酯酶药，可抑制AChEAChE活活性而发挥完全拟胆碱作用，即兴奋性而发挥完全拟胆碱作用，即兴奋M M、N N胆碱受体，其对骨骼肌及胃肠胆碱受体，其对骨骼肌及胃肠道平滑肌作用较强，对腺体、眼、心血管及支气管平滑肌作用弱。因道平滑肌作用较强，对腺体、眼、心血管及支气管平滑肌作用弱。因此，用药后有肌肉震颤，唾液腺、泪腺此，用药后有肌肉震颤，唾液腺、泪腺(lixin)(lixin)分泌增加，大小分泌增加，大小便失禁，中枢兴奋等症状。便失禁，中枢兴奋等症状。第33

24、页/共41页第三十三页，共41页。 毛果芸香碱毛果芸香碱(pilocarpine)(pilocarpine)：能直接作用于：能直接作用于副交感神经副交感神经( (包括支配汗腺的交感神经包括支配汗腺的交感神经) )节后纤维节后纤维(xinwi)(xinwi)支配的效应器官的支配的效应器官的M M胆碱受体，尤其胆碱受体，尤其对眼和腺体作用较明显。因此，用药后有缩瞳，对眼和腺体作用较明显。因此，用药后有缩瞳，唾液腺、泪腺分泌增加，大小便失禁等症状。无唾液腺、泪腺分泌增加，大小便失禁等症状。无肌肉震颤作用。肌肉震颤作用。第34页/共41页第三十四页，共41页。 乙酰胆碱乙酰胆碱(acetylcholi

25、ne, ACh)(acetylcholine, ACh)：为胆碱：为胆碱能神经递质，其性质不稳定，极易被体内乙酰胆能神经递质，其性质不稳定，极易被体内乙酰胆碱酯酶水解，且其作用广泛，选择性差，故无临碱酯酶水解，且其作用广泛，选择性差，故无临床实用价值，可在研究中作为工具床实用价值，可在研究中作为工具(gngj)(gngj)药药实用。实用。第35页/共41页第三十五页，共41页。 鉴别实验鉴别实验(shyn)(shyn)方法方法 小鼠腹腔注射小鼠腹腔注射(ip)(ip)法：每组取法：每组取3 3只小鼠，称重，标记。分别只小鼠，称重，标记。分别(fnbi)ip(fnbi)ip三种三种药物溶液药物溶液0.1ml/10g0.1ml/10g体重，观察小鼠反应，初步判断体重，观察小鼠反应，初步判断ABCABC各为何药。各为何药。第36页/共41页第三十六页，共41页。 【注】【注】 新斯的明：小鼠肌肉震颤，唾液腺、泪腺新斯的明：小鼠肌肉震颤，唾液腺、泪腺分泌增加，大小便失禁，中枢兴奋，惊厥最后可能分泌增加，大小便失禁，中枢兴奋，惊厥最后可能死亡；死亡； 毛