动物实验方案设计

1、动物实验方案设计动物实验指在实验室内，为了获得有关生物学、医学等 方面的新知识或解决具体问题而使用动物进行的科学研 究。以下小编为你整理了动物实验方案设计，希望对你有所 参考帮助。实验设计就是拟定实验方案，在进行科学研究时，对研 究方案作合理的安排，以减少随机误差的影响。采用适当的 研究实验次数，减少实验的成本并能对数据进行有效的分 析，提高实验研究的可靠性，从而实现研究的目的。4 研究 设计包括专业设计与统计设计两个部分。统计设计主要是依 据研究目的，从研究的现况条件出发，规定研究因素、选择效 应指标、确定研究对象的引入方式方法和规模，拟实施的方 法、方案，及数据收集、整理分析的模式，直至结

2、果的解释, 进行系统的安排，使其消耗最少的人力物力和时间，而获得 可靠的信息与结论。实验设计的基本要素为：实验单位、 处理因素和实验效应。(1)大多数情况下，实验单位等同于实验对象、受试对 象，在动物实验中的动物即为实验单位。4 (2)处理要素:是 研究者根据研究目的施加于实验单位，在实验中需要观察并 阐明其效应的因素，是实验单位分组的标志。而非处理因素 则是指实验中非人为施加的、与处理因素同时存在，同样可 以使受试对象产生实验效应的因素，如实验动物的雌雄、体 重等因素。突出研究因素的主导作用，排除混杂因素的干扰 作用，可以通过相应的实验设计方法，尽量使非处理因素在 各处理组中的分布达到一致或

3、均衡，以便分离出处理因素的 效应。另外，处理因素的施加方法、强度、频率和持续时间 等，在整个实验中应始终保持不变，以保证实验结果评价的 可靠性和稳定性；处理因素作用于受试对象的反应，是研究 结果的最终体现，其基本要求客观性、特异性、灵敏性和精 确性。(3)实验效应：处理因素作用于实验动物后，出现实验效 应，一般是用各种指标来反映的。指标按其性质可分为计数 (含等级)指标和计量指标，计数指标如“是” “否” “有” “无"“阳性”“阴性”，“痊愈”“显效” “好转”“无 效”，“存活” “死亡”等。计量指标指可测量(含间接测 量)的指标，如很多检查和检验指标。4在对指标进行观察 时应注

4、意：4实验效应的观察应避免偏性。研究者的心理往往偏于阳性结果，为了消除或减少测量偏差，设计时常 采用盲法。力应注意处理和效应的关系：处理与效应之间存在一定的关系，如剂量反应曲线。做实验应选择一个合 适的实验剂量。4 实验设计的三大原则即为重复(re plicatio n )、随机化(ran d omiza t i o n)和对照(control), 这是药理实验设计的基本要求。其目的是排除非处理因素的 作用，控制随机误差,避免系统误差，提高实验效率(1) 重复原则（重复稳定性）：能够充分重现的实验，才能称为 可靠的实验。另外，实验研究应有一定数量的重复观测结果， 即实验单位要达到一定数量。避免

5、将个别情况误认为普遍情 况，将偶然误认为必然，将实验结果错误推广，同一实验条 件下、同一观测指标的多次测量会有变异，多次测量才能描 述变异，估计随机误差。实验单位足够多时，才能获得随机 误差比较小的统计量。重复的目的是估计和控制实验中的随 机误差，提高实验结果的可靠性。样本中包含的实验单位数 称为样本含量（样本量）O重复原则的应用就是样本含量的估 计3 首先要考虑实验要有足够的例数,能准确重复再现， 同时尽可能排除对实验的干扰，它包括：动物方面，如品 种、品系、体重、年龄、性别、饲料及饲养环境等;仪器 方面:准确性、稳定性、电压稳定性及操作熟练程度等； 药物方面:性能、批号、纯度、剂量和注射速

6、度等。此外还 有室温、气压、季节等物理因素，甚至实验是在上午还是下 午，动物群养或单养等，均应预先考虑清楚，做好设计。（2 ）随机化原则：其目的是一切干扰因素分配到各组时只 受纯机遇的抽样误差的影响，避免受实验者主观因素的干扰, 减小或避免偏性误差，是实验设计中的重要原则之一。随机 化手段可采取随机数字表或小计算机上的随机数字键。在实验分组时，每个受试对象均有相同的概率或机会被 分配到实验组和对照组。随机化是一种实验设计的分组程序, 而非“随便”、“随意”和“非选择性”。随机化的意义是 保证各种非处理因素在各个实验组和对照组达到均衡，从而 显现处理因素的作用，避免各种主、客观因素可能导致的偏

7、性，减少系统误差，提高研究结果的效度。随机化分组是从 假设检验结果推论因果关系的基础，确定处理因素与实验结 果之间因果关系的前提是随机分组后、施加干预前，所有观 察对象都属于同一个总体。4 (3)对照原则：确定实验 组时，同时设立对照组，即不施加处理因素的实验组，只暴露 于非处理因素。对照组除没有处理因素外，其他对实验结果 可能有影响的因素(已知、可控的非处理因素)都应该与实验 组尽量相同。4 常用的对照形式，分为空白对照(blank control) 实验对照(ex p e r imenta 1 con t r o 1)、标 准对照(s tandard c ontrol) > 相互对照

8、(mutu a 1 contr o 1) > 潜在对照(pot ent ial control)。空白对 照即对对照组不施加干预,对照组的处理因素为“空白”；实 验对照即对照组不施加干预，但施加某种与处理因素有关的 实验因素，用于处理因素的施加需伴随其他因素，而这些因 素又可能影响实验结果时；标准对照组的干预采用现有“标 准”方法或常规方法,主要用于临床试验，当伦理上不允许 对对照组患者采用空白对照或假干预，如新药研究采用目前 疗效确定的药物作为对照药；相互对照则不专门设立对照 组，各实验组间互为对照，如比较几种同类药物的疗效差别: 潜在对照也不用专门设立对照组，以过去的研究结果为对照

9、(历史对照)。另外，当实验组和对照组例数相等时，统计学 证明其统计效率最高,轻视对照或对照较少是错误的和不妥 当的。抽样和分组必须严格遵守随机原则，主要因素要均衡一 致，但抽取哪一只动物。分配到哪一组则按随机数字表或键 而定。如果随意拿取动物，先取到的为第一组，依次递推， 则反应活泼敏捷不易抓到的动物势必集中到最后几组，各组 的条件就有了偏性误差。为此，下面介绍几种主要的分组实 验设计方法。4 完全随机设计(completely r a n d om design)亦称单因素设计，即将受试对象随机分到各处理 组中进行试验观察，或分别从不同总体中随机抽样进行对比 观察。它适用于两个或两个以上样本

10、的比较，各组间样本量 可相等，也可不相等，但是样本相等时统计分析效率较高。例1.将12只动物随机分配到A、B两组。(1)先将12只动物编号为1、212号，然后在随 机数字表内任意确定一个起始点和方向连续取12个随机数 字，并依次抄录于动物编号下。(2)本例从随机数字表第6行第19、20列起向下读取 12个随机数字，取两位随机数字(表41)。(3)将随机数字从小到大顺序排列后得序号R,并规定R二16者为A组，R： 712者为B组。a表4- 112只动物完全随机分两组结果例2.将15只动物随机分成三组。(1)将动物编号如1、215号，然后在随机数字表内 从某行某列起向某方向读取15个随机数字，取两

11、位随机数 字，依次抄录于动物编号下。(2)将随机数字从小到大顺序排列后得序号R。a (3) 规定R=15者为A组，R=6" 1 0者为B组,R=ll15者为C 组。a (4)本例从随机数字表第5行第17、18列起向下 读取15个随机数字(表4- 2 )。表4 - 215只动物完全随机分三组结果注：随机数字06之后随机数字为0 2,但前面已经出现 过，故舍去。随机分组应注意：4 (1)随机数的位数不应小于N的位 数：力(2 )随机数如果有重号数字应舍弃:八 (3)若科 研上需要各组例数不等可利用序号(R)调整各组例数。如在 例2中要求A组6例,B组5例，C组4例，可规定R=6者 为A组

12、,R=711者为B组，R=12r 5者为C组。统计假设检验方法：(1)计量资料:t检验、方差分析或秩和检验等；(2)计数资料:卡方检验等。完全随机设计的优缺点：设计及统计分析简单。但是，实 验效率不高，只能分析单因素。将受试对象按某些特征或条件配成对子，然后分别把每 对中的两个受试对象随机分配到实验组和对照组，再给予每 对中的个体以不同处理，连续实验若干对，观察对子间的差 别有无意义。A配对设计的特征或条件：A 动物实验常以种属、品系、性别相同，年龄、体重相近的两只动物配成 对子；临床疗效观察常将病种、病型、族别、性别相同，年 龄相差不超过23岁，生活习惯、工作环境等相似的患者配 成对子；进行

13、配对设计时应注意不要“配对过头”。例如, 研究高血压与钠盐摄入量的关系，如果将高血压患者与非高 血压患者按饮食习惯配对后比较钠盐摄入量，由于饮食习惯 与钠盐摄入量关系密切，可能会掩盖病例与对照在钠盐摄入 量上的差异；实验者必须在整个研究过程中，始终能辨认属 于同一对子的是哪两只动物，因此动物编号是非常重要的； 记录实验数据应保持每对的一一对应关系，不能错乱或缺 失。计算每对实验数据的差值时，顺序应当一致。例：取20只小鼠，按性别、体重、窝别配成10对，试将 其分配到实验组与对照组中去' 先按配对条件配对,并将 对子编号，如、，然后再在随机数字表上任意指 定行列及查找方向，将随机数字依次

14、抄写在“对子号”下。 丈事先规定，遇单数定为AB顺序，遇双数定为B A顺序。本例：从随机数字表中第46行31、3 2列向右查找随机数字（表4'3）表4- 3 2 0只动物完全随机分三组结果常用统计假设检验方法计量资料：配对t检验、配对符号检验、w i Icox。n符号 秩检验。计数资料:卡方检验、一致性检验等。配对实验设计的优点：配对设计可做到严格控制非处理 因素对实验结果的影响，同时使受试对象间的均衡性增大， 因而可提高实验效率。它与成组的完全随机设计相比较，可 克服受试对象间由于遗传因素的差异所引起的偏差，同时还 可以减少样本含量' 是在自身配对设计基础上发展的双因 素设计

15、，可在同一对象身上观察两种处理的效应，并能减少 误差，提高检验效率。例如:研究A药治疗高血压的疗效，以传统的抗高血压B 药物作对照。经随机化将实验动物分为两组，一组先给A药 后再给B药，另一组先给B药后再给A药。第一、二阶段均 为一个月，一、二阶段之间的间歇期为一周。结果见表4-4： 表4-4 两种药物治疗高血压的交叉实验 析因 设计是一种多因素多水平交叉分组进行全面实验的设计方 法，将两个或多个实验因素的各水平进行实验。4 例如： 2个因素同时进行实验，每个因素取2个水平，实验的总组 合数有2 2 =4个（表4-5）；如果每个因素取3个水平,则总 组合数有32=9个，即这9种组合都要进行实验

16、，故一般采 用简单的析因实验设计。析因设计可以提供三方面的重要信息：各因素不同水平 的效应大小；各因素间的表4-5 2X2析因设计交互作用；通过比较各种组合，找出最佳组合。如果在 一次实验中，当一个因素的水平间的效应随其他因素的水平 不同而变化时，因素间存在交互作用，它是各因素效应间不 独立的表现。正交设计适用于多因素分析，可算出各因素不同水平对 实验的影响，找出最佳组合。现以L4 (23)及L9(3 4)正 交设计结合例子简单介绍(L表示正交设计,4或9表示分4 组或9组,23表示3个因素2个水平，34表示4个因素3个 水平)2 例1 营养液中有三个因素(Ca2+,K+, Mg 2+), 各

17、有2个水平(高浓度、低浓度)，要分析它们对实验的影 响，找出最佳组合，可设计如下表4-6n表4-6 L4(23)正交设计a 表中Ca2+的1水平之和 为十=，K+的1水平之和为+ =。可以看出，C a 2+的差值 绝对值最大，说明Ca 2 +对实验影响最大，且低浓度好。K+ 的影响次之，高浓度好。Mg 2+的影响最小，高浓度好。结论 是以低Ca2+,高K+,高Mg2+为最佳组合。但是，这一组 合在实验中并未出现，但正交设计提示这是最佳组合，可安排复试加以验证。4 例2四种药物各有三个水平，用L9 (34)正交设计,见表4-7:由表中可以看出甲药影响最大，应列为主药，大剂量较 好。乙、丙、丁三药

18、影响较小，可列为辅药，最佳组合为甲 药大剂量，乙药大剂量，丙药小剂量，不用丁药。按理四种 药物各三个水平，应做3 4=81组实验，现在只做9组就找出 了实验中并未出现的最佳组合。力 在正式实验前应充分重 视预试验的重要性，小规模的预试验是使用少量的动物得到 预示性的数据或通过预试验将操作和技术固定并完善，即通 过预试验可了解各因素对实验的影响，找出最适实验对象、 用药剂量和实验条件及检测指标，如温度、刺激强度、营养 液组方等，为正式实验做必要的准备，提高实验的重复稳定 性和灵敏度。为此，预试验中应注意以下问题表4-7 L9 (3 4)正交设计(1)实验稳定性:变异系数越小，说明实验波动越小，实

19、 验的重复稳定性越好。变异系数C V=。a (2)实验灵敏 度：预试验时测定两个有效量(DI、D2),测定其反应强度(E 1、E2)o计算因变系数，因变系数越小，实验灵敏度越好。因变 系数。1=02£1)/(适口2-1 gDl)o筛选是在预试验或既往经验的基础上，用少量动物对多种 药物或造模手段进行实验。一般以p (1)保护性实验(以急 性毒性实验为例)：筛选解毒药时，常将各解毒药与毒剂的半 数致死量(LD50)合用，连用4只非纯品系动物，如无死亡， 表明该药筛选合格(P (2)概率判别实验：本法应用范围更 广，对几只动物用药检测其阳性反应数，就可根据概率论推 算出该药阳性率的大致情

20、况，参见表4-8。表4-8概率判别实验(1 )动物：多用非纯品系动物(能反应个体差异)，如小鼠， 健康雌雄各半,20 ±2g为宜，日龄达到性成熟。八(2)实验 条件：在有控制的室温、光照、饲养和卫生条件下进行。a (3)药物及给药途径：以静脉注射、腹腔注射和灌胃为主， 最好和临床上给药途径相同。小鼠的用药量标准为：灌胃给 药应小于1ml；静脉注射应小于;腹腔注射应小于lmlo另外， 药液pH值及渗透压应在生理范围内。八(4)观察项目和时 间：记录毒性反应的症状、原因以及致死时间、致死药量、 致死动物数量等，当发现组织病变时，应取材做病理切片' 必 要时做组织学检查,整个实验观

21、察7do(5)实验报告：必须说明实验条件，制定LD50值为全面 表达实验结果,应求出力95%可信区间和LD1O来表示误差 限度和量效关系，通过LD5 0和LD1O算出LD5、LD 9 5以及回归系数一 LD5 0测定法:方法很多，有加权机 率单位法(Bliss法)、目测机率单位法、目测图解法、寇氏 法(K。r Ibor)等，对短期内致死药物还可采用序贯法。4 (7 )对于中毒表现和致死原因的分析应给予充分重视。(1)预试验:根据经验或文献找出实验动物0和100%死 亡的剂量，即上下限剂量(Dn、Dm)o对于无毒性参考资料 的药物，一般先配制最大浓度药剂，然后倍比稀释成多个剂 量，方法是每组取4

22、只小鼠，按估计剂量梯度依次给药。如 某组死亡数为4 /4,其前一组为2 / 4或3 / 4则以该组剂量 定为Dm,如前一组是0 / 4或1 / 4,则以该组剂量的倍定为 Dm,同法找出Dn,这样找出的Dm, Dn比较可靠，为正式实验 提供依据。八(2)分组：以49组为宜,各组给药剂量按等 比关系排列。a (3)根据实验结果计算LD50"LD50的9 5%平均可信限LD50±X (LD84 一 LD 1 6) A 其中N' 为5%、95%致死率间动物数。八至少采用两种不同种属的实 验动物，即啮齿类动物(大鼠、小鼠等)和哺乳类动物(犬、 猴等)。一般常采用大鼠和犬两种，

23、雌雄各半，且动物数量 不宜太少，要满足统计学处理的要求。动物的进化程度越高, 对药物的敏感性越强，慢性毒性实验的周期较长，所以要尽 量选用年龄较小的实验动物，而且选用未成年的实验动物在 迅速生长时期，可以发现药物对生长及各组织器官成熟的影 响。a慢性毒性实验开始选择的小鼠年龄最好是23周， 体重810g,而大鼠不超过3周，体重5 0飞0g。但是避孕药 物的毒性实验则要求必须使用性成熟动物，如小鼠应60日 龄以上，大鼠应在120日龄以上。八常用三个剂量组，大动 物可用两个剂量组，并严格按要求设动物对照组。高剂量组 （LD5 0的1 / 101 /4剂量）应有轻微可见的毒性反应（或 者某些化验指标

24、有明确而轻微的变化）o中剂量组按LD 5 0 的1/3 01/1 0定量，最低剂量组应是阈剂量组或是无作用 剂量组，具体剂量依据实验目的而定。最好选择临床试用的给药途径。力最好是临床试用的用 药时间（连续给药）的34倍，临床用药3 0d以上者，动物 给药至少半年。4 包括体征、常规血、尿检查、脏器解剖 及肉眼观察、生化指标检查等（如新药则按其国家规定标准 核查应有项目）。做病理切片进行组织学检查（二十几个脏 器），必要时行骨髓检查、酸碱平衡、水和电解质代谢等。4由 于在慢性毒性实验中，受试药物的给药剂量较低，往往一些 观察指标变化程度较小，因此需注意：在给药前要观察并记 录预计的观察指标，以利

25、于给药后的比较；在给药期间进行 定期指标观察时，对照组需同步观察；实验结束后，主张将 最高剂量组与对照组各留部分动物继续饲养1、2个月，以便 对已出现变化的指标进行追踪观察，有助于探讨受试药物对 实验动物有无后续作用，以及损伤可否恢复。 按观察记 录的结果定论，但不应忽视综合因素及其他因素对结果的影 响。八 其选择动物最重要的依据是对诱发肿瘤的易感性, 所以应考虑物种、品系、年龄和性别。物种的选择对受试物 有特定的靶器官时尤为重要。同时还应考虑选择肿瘤自发率 低、抗病力强且易管理的实验动物,一般多选用大、小鼠，雌 雄各半，100只以上做一组，动物多为近交系的第一代杂交动 物 此点较难,但非常重要，一般使用三个剂量，其中最高 剂量应为最大耐受量，理想的最大耐受量不应致死，也不引 起可能缩短寿命的毒性表现和病理改变，并且与对照组相比 的体重下降不大于10%,中剂量为高剂量的1/41/3,低 剂量最好相当于或低于人类实际可能接触的剂量，同时应设 计好阴性对照组和阳性对照组。体征，一般症状，定期称体重，最主要是密切观察有无肿 瘤发生，如生