实验设计的要素

1、实验研究的基本要素实验研究的基本要素李海斌李海斌新乡医学院公共卫生学院新乡医学院公共卫生学院 某研究者欲了解自己发明的一种减肥药的疗效，某研究者欲了解自己发明的一种减肥药的疗效，进行了如下试验：通过刊登广告找到进行了如下试验：通过刊登广告找到1010名体重指数名体重指数超过标准的志愿者参加该项试验，在试验前测量了超过标准的志愿者参加该项试验，在试验前测量了这些自愿者的体重，以后自愿者每天按规定服用这这些自愿者的体重，以后自愿者每天按规定服用这种减肥药，连续服用种减肥药，连续服用1 1周后，再测量这些自愿者的周后，再测量这些自愿者的体重，发现平均减轻了体重，发现平均减轻了2 2公斤，故认为该减肥

2、药有公斤，故认为该减肥药有显著减肥作用。显著减肥作用。u通过较少的观察例数，获取尽可能丰富的信息。通过较少的观察例数，获取尽可能丰富的信息。u控制误差，使研究结果保持较好的稳定性。控制误差，使研究结果保持较好的稳定性。u合理分组，合理安排研究因素，提高研究质量。合理分组，合理安排研究因素，提高研究质量。 根据研究者根据研究者是否是否能主动地能主动地对研究对象施加对研究对象施加干预干预，医学研究分为两大类：，医学研究分为两大类：实验性研究（实验性研究（experimental studyexperimental study）观察性研究（观察性研究（observational studyobser

3、vational study）实验性研究实验性研究 人为的施加人为的施加处理因素于处理因素于受试对象；受试对象；受试对象受试对象能能随机分组；随机分组；能在实验中能在实验中控制控制一些非一些非处理因素对实验结果的处理因素对实验结果的影响；影响；目的：目的：评价干预措施的评价干预措施的作用。作用。观察性研究观察性研究只能只能客观地客观地观察和记录观观察和记录观测对象的观测指标；测对象的观测指标；观测对象观测对象不能不能随机分组；随机分组；影响观测指标的因素影响观测指标的因素无法无法控制控制；目的：目的：找出有意义的观测找出有意义的观测指标。指标。赖氨酸可以促进生长发育吗？赖氨酸可以促进生长发育吗

4、？课间餐添加赖氨酸课间餐添加赖氨酸正常课间餐正常课间餐身高？体重增加？身高？体重增加？身高？体重增加？身高？体重增加？ 将一组随机抽取的实验对象随机分配到将一组随机抽取的实验对象随机分配到两种或多种处理组，观察比较不同处理因素两种或多种处理组，观察比较不同处理因素的效应（或结果），这种研究称为的效应（或结果），这种研究称为实验研究实验研究。研究者能研究者能人为设置处理因素人为设置处理因素；受试对象接收何种处理因素或水平是由随受试对象接收何种处理因素或水平是由随机分配而定的。机分配而定的。n动物实验动物实验animal experimentalanimal experimentaln临床实验临床

5、实验clinical trialclinical trialn社区干预实验社区干预实验 community intervention trialcommunity intervention trial(quasi-experiment)(quasi-experiment)持续的时间一般不长，多在一年以内。持续的时间一般不长，多在一年以内。 通常局限在患病人群中，持续通常局限在患病人群中，持续时间可以较长，目的是了解某种治时间可以较长，目的是了解某种治疗措施的疗效。疗措施的疗效。 往往在某个地区的所有往往在某个地区的所有人群中进行，持续时间一般人群中进行，持续时间一般较长，目的是通过干扰某些较长

6、，目的是通过干扰某些危险因素或施加某些保护性危险因素或施加某些保护性措施，了解它们在人群中产措施，了解它们在人群中产生的预防效果。生的预防效果。如用某种传统西药或中成药治疗缺铁性贫血病人，如用某种传统西药或中成药治疗缺铁性贫血病人，观察比较两组病人血红蛋白的上升趋势，观察比较两组病人血红蛋白的上升趋势，该研究中所用的两种药物称为该研究中所用的两种药物称为处理因素处理因素，缺铁性，缺铁性贫血病人称为贫血病人称为受试对象受试对象，血红蛋白称为，血红蛋白称为实验效应实验效应。如何正确选择三大要素是科研中专业设计的关键如何正确选择三大要素是科研中专业设计的关键问题。问题。降压药降压药高血压病人高血压病

7、人血压值变化血压值变化处理因素处理因素受试对象受试对象实验效应实验效应非处理因素非处理因素混杂效应混杂效应情绪、饮食等情绪、饮食等血压值变化血压值变化研究者根据研究目的，研究者根据研究目的，欲施加或预观察欲施加或预观察的能的能作用于受试对象作用于受试对象并并引起引起直接或间接直接或间接效应的因效应的因素。素。处理因素一般是主动施加的某种外部干预或处理因素一般是主动施加的某种外部干预或措施。措施。处理因素处理因素把握实验研究中的把握实验研究中的主要因素主要因素，明确处理因素，明确处理因素的性质、数量和水平。的性质、数量和水平。处理因素的数目及水平不宜过大。处理因素的数目及水平不宜过大。区分处理因

8、素和非处理因素。区分处理因素和非处理因素。处理因素必须标准化。处理因素必须标准化。处理因素处理因素( (1)1)生物因素：细菌、病毒、寄生虫等；生物因素：细菌、病毒、寄生虫等；(2)(2)物理因素：温度、紫外线、手术术式物理因素：温度、紫外线、手术术式( (某些术某些术式与预后的关系式与预后的关系) )等；等；(3)(3)化学因素：药物疗效、毒物、营养物等；化学因素：药物疗效、毒物、营养物等；(4)(4)研究对象本身具有的特性：性别、年龄、心研究对象本身具有的特性：性别、年龄、心理、遗传、不良行为等。理、遗传、不良行为等。处理因素处理因素处理因素通常分为处理因素通常分为单因素单因素和和多因素多

9、因素。单因素研究是每次临床研究只观察一个研究因素的单因素研究是每次临床研究只观察一个研究因素的效应，包括：效应，包括：单因素一个水平和单因素多个水平单因素一个水平和单因素多个水平。单因素一个水平的单因素一个水平的优点优点是目的明确、单一，相对来是目的明确、单一，相对来说容易操作、执行，其研究条件容易控制。说容易操作、执行，其研究条件容易控制。缺点缺点是能是能说明的问题少，研究的效率低。如果有多种因素有待说明的问题少，研究的效率低。如果有多种因素有待探讨，则研究速度缓慢，浪费了对照组。探讨，则研究速度缓慢，浪费了对照组。单因素多个水平研究时，研究因素虽然单一，但一单因素多个水平研究时，研究因素虽

10、然单一，但一个因素有不同水平或称不同等级。个因素有不同水平或称不同等级。处理因素处理因素与处理因素同时出现，也能使受试对象产与处理因素同时出现，也能使受试对象产生效应的因素。生效应的因素。当非处理因素夸大或缩小了处理因素与实当非处理因素夸大或缩小了处理因素与实验效应间的真实联系时，称为验效应间的真实联系时，称为混杂因素混杂因素（confounding factorconfounding factor）。）。处理因素处理因素评价元参钩藤汤治疗高血压效评价元参钩藤汤治疗高血压效果：果：8080名患者连服名患者连服1515天，血压天，血压值平均下降值平均下降21mmHg21mmHg。处理因素：处理因

11、素：元参钩藤汤元参钩藤汤非处理因素：非处理因素：休息、心理作用、服用其休息、心理作用、服用其它药物、季节因素、年龄等它药物、季节因素、年龄等处理因素处理因素受试对象受试对象是指研究人员施加处理因素的是指研究人员施加处理因素的对象，可以是人或动物，也可以是指其对象，可以是人或动物，也可以是指其他的材料等。他的材料等。受试对象的选择受试对象的选择在医学实验中十分重要，在医学实验中十分重要，它对实验结果有着极为重要的影响。它对实验结果有着极为重要的影响。对象选择对象选择在医学科研中，作为受试对象的前提是所选在医学科研中，作为受试对象的前提是所选对象必须同时满足四个基本条件：对象必须同时满足四个基本条

12、件：敏感性；敏感性；特异性；特异性；稳定性；稳定性；可行性。可行性。对象选择对象选择 所选择的受试对象对所施加的处理因所选择的受试对象对所施加的处理因素比较敏感，容易产生因处理因素而引起素比较敏感，容易产生因处理因素而引起的实验效应。的实验效应。 受试对象对处理因素有较强的特异性，受试对象对处理因素有较强的特异性，可以消除非处理因素对研究结果的干扰和可以消除非处理因素对研究结果的干扰和影响。影响。 受试对象对处理因素所产生的实验效受试对象对处理因素所产生的实验效应有良好的稳定性，以便有效地控制实验应有良好的稳定性，以便有效地控制实验误差，减少偶然现象所产生的错误结论。误差，减少偶然现象所产生的

13、错误结论。 设计中应考虑在整个科研阶段能否选设计中应考虑在整个科研阶段能否选择足够、符合条件的受试对象，并且经济择足够、符合条件的受试对象，并且经济上是否能够负担。上是否能够负担。病例筛选表病例筛选表 一一 入选标准入选标准 是是 否否 1 同意参加本临床研究并签署书面知情同意书者； 2 年龄 1865 岁，性别不限； 3 根据临床症状和体征，临床诊断为感冒者； 4 症状发生于 48 小时之内者； 5 本次发病以来未使用其它感冒药者； 6 育龄妇女开始实行治疗前 48 小时内尿妊娠试验阴性，同意在研究期间采取有效避孕措施。 上述所有问题回答为“是”时，该病例方能纳入研究。上述所有问题回答为“是

14、”时，该病例方能纳入研究。 二二 排除标准排除标准 是是 否否 1 对本品及对照药过敏或有严重过敏史者； 2 有严重的心脏病、高血压、慢性支气管炎、哮喘、青光眼、甲状腺疾病、糖尿病、血液系统疾病、恶性肿瘤及免疫低下等基础疾病者； 3 肝功能检查异常(ALT 及 AST 超过正常值上限 1.5 倍)或肾功能不全（Cr2mg/dl 或177umol/l）者； 4 根据症状、体征和实验室检查，疑有细菌感染者； 5 合并使用其它解热镇痛或感冒药的患者； 6 需服用镇静药、抗高血压药及两周内服用过单胺氧化酶抑制剂的患者； 7 妊娠期和哺乳期妇女； 8 驾驶车、船及高空作业者； 9 有饮酒嗜好者； 10

15、精神不正常或其他原因不易合作者； 11 近三月内参加其它药物临床研究的患者。 上述问题任一回答为“是”时，该病例不能纳入研究。上述问题任一回答为“是”时，该病例不能纳入研究。 评价评价某药物某药物治疗感治疗感冒冒的有效性和安全的有效性和安全性性的的期临床试验期临床试验如何选择试验对象如何选择试验对象在设计阶段就应加以规定在设计阶段就应加以规定，而，而不是在试验过程中随意选择。不是在试验过程中随意选择。试验对象必须对病人总体有较好的试验对象必须对病人总体有较好的代表性代表性，即能，即能够反映不同病情、不同性别和年龄等各种特征的病够反映不同病情、不同性别和年龄等各种特征的病人的情况。抽样要遵循随机

16、化原则。人的情况。抽样要遵循随机化原则。疾病的诊断应按照疾病的诊断应按照严格、统一的标准严格、统一的标准进行，以防进行，以防止假阳性病人混入。止假阳性病人混入。对是否采用危重病人、年龄过大的病人和孕妇等对是否采用危重病人、年龄过大的病人和孕妇等作研究对象应持慎重的态度。作研究对象应持慎重的态度。对象选择(1)(1)入选的研究对象应能从科研中入选的研究对象应能从科研中受益受益，尽可能获得，尽可能获得最大效应。最大效应。(2)(2)在考虑入选研究对象的在考虑入选研究对象的代表性代表性的同时还要考虑研的同时还要考虑研究对象的均衡性问题。究对象的均衡性问题。 (3)(3)入选研究对象的入选研究对象的病

17、情病情在设计时应予以考虑。在设计时应予以考虑。(4)(4)是否以是否以志愿者志愿者为研究对象应引起重视。为研究对象应引起重视。 (5)(5)研究对象的研究对象的依从性依从性。20062006年在伦敦年在伦敦NorthwickNorthwick医院进行了医院进行了TGN1412 TGN1412 I I期临床试验期临床试验(CD28(CD28人源化单克隆抗体人源化单克隆抗体) )。作用机制：与作用机制：与T T细胞上细胞上CD28CD28受体结合，并能够受体结合，并能够单独激活单独激活T T细胞，使细胞，使T T细胞增殖分化，进一步细胞增殖分化，进一步激活体内免疫系统。激活体内免疫系统。临床应用：

18、类风湿性关节炎和多发性硬化等临床应用：类风湿性关节炎和多发性硬化等自身免疫性疾病及白血病的治疗。自身免疫性疾病及白血病的治疗。试验纳入了试验纳入了8 8名健康志愿者名健康志愿者( (每人可得每人可得20002000英镑英镑) )，其中其中2 2人随机分配到安慰剂组。人随机分配到安慰剂组。试验组：试验组：6 6名志愿者注射药物后名志愿者注射药物后9090分钟内出现严分钟内出现严重的全身炎症反应，在输注药物后重的全身炎症反应，在输注药物后12-1612-16小时内小时内病情加重，出现多器官功能衰竭和弥散性血管病情加重，出现多器官功能衰竭和弥散性血管内凝血，转入内凝血，转入ICUICU接受治疗。接受

19、治疗。经抢救，无死亡，但后果非常严重。一名志愿经抢救，无死亡，但后果非常严重。一名志愿者的脑袋甚至肿成了平时的者的脑袋甚至肿成了平时的3 3倍大，看上去就像倍大，看上去就像电影中恐怖的电影中恐怖的“大象人大象人” ” 。 21 21岁的志愿者瑞安岁的志愿者瑞安弗拉纳根描述说：弗拉纳根描述说：“我的头我的头开始变得沉重起来，就像里面塞满了石头，很快出开始变得沉重起来，就像里面塞满了石头，很快出现了幻觉。各种颜色不断地闪过，当时好像在与一现了幻觉。各种颜色不断地闪过，当时好像在与一个想象中的人聊天，讨论一个非常美好的世界个想象中的人聊天，讨论一个非常美好的世界”。人类对免疫系统的认识还存在很多盲点

20、，而人类对免疫系统的认识还存在很多盲点，而动动物实验和临床试验经常出现相左的结果物实验和临床试验经常出现相左的结果。时间太仓促时间太仓促，未能根据动物试验估测出一个用，未能根据动物试验估测出一个用于人类的安全剂量于人类的安全剂量 。英国英国政府政府为了吸引医药公司到英国进行临床研为了吸引医药公司到英国进行临床研究，究，放宽了药物临床研究的审批放宽了药物临床研究的审批。研究者和志愿者皆未充分的研究者和志愿者皆未充分的认识认识到可能发生的到可能发生的危险，应对措施危险，应对措施不足不足。第一章第一章 总总 则则第六条第六条 根据卫生部医学实验动物质量标准，医学实验动物和根据卫生部医学实验动物质量标

21、准，医学实验动物和实验动物设施分为四级：实验动物设施分为四级：一级为普通级；二级为清洁级；三级一级为普通级；二级为清洁级；三级为无特定病原体（为无特定病原体（SPFSPF）级；四级为无菌级（包括悉生动物）。）级；四级为无菌级（包括悉生动物）。第三章第三章 医学动物实验的应用医学动物实验的应用第十二条第十二条 医学实验与研究应当根据不同目的，选用相应合格医学实验与研究应当根据不同目的，选用相应合格的医学实验动物，的医学实验动物，并在合格的相应级别动物实验环境设施内并在合格的相应级别动物实验环境设施内进进行。行。普通实验动物（一级）只能用于教学实验和某些科研工作普通实验动物（一级）只能用于教学实验

22、和某些科研工作的预实验。卫生部级课题及研究生毕业论文等科研实验必须应的预实验。卫生部级课题及研究生毕业论文等科研实验必须应用用二级以上二级以上的实验动物。的实验动物。1 1、充分查阅与课题相关的实验动物与动物实验两充分查阅与课题相关的实验动物与动物实验两方面的文献方面的文献 通过查阅文献，可了解本领域、本项目以往通过查阅文献，可了解本领域、本项目以往使用的实验动物情况及其研究结果，有利于充分使用的实验动物情况及其研究结果，有利于充分利用前人的研究成果、研究思想从而确定深入研利用前人的研究成果、研究思想从而确定深入研究计划并可避免重复研究。究计划并可避免重复研究。2 2、尽量选择与人类相似的实验

23、动物尽量选择与人类相似的实验动物（1 1）结构和功能的相似性）结构和功能的相似性（2 2）时象或年龄状态的相似性）时象或年龄状态的相似性（3 3）群体分布的相似性）群体分布的相似性（4 4）生态或健康状况生态或健康状况的相似性的相似性（5 5）疾病特点疾病特点的相似性的相似性（6 6）解剖特点解剖特点的相似性的相似性 3 3、选用解剖、生理特点符合实验目的要求的实验选用解剖、生理特点符合实验目的要求的实验动物动物 家兔颈部的交感神经、迷走神经和主动脉减家兔颈部的交感神经、迷走神经和主动脉减压神经是独立行走的，如要观察减压神经对心脏压神经是独立行走的，如要观察减压神经对心脏等作用时，须选用家兔；

24、等作用时，须选用家兔； 家兔对体温变化十分灵敏，适于发热、解热家兔对体温变化十分灵敏，适于发热、解热和检查致热原等实验研究；和检查致热原等实验研究； 4 4、根据实验动物不同品种、品系的特点选择、根据实验动物不同品种、品系的特点选择 吗啡对兔、犬、猴起中枢抑制，而小鼠和猫是吗啡对兔、犬、猴起中枢抑制，而小鼠和猫是中枢兴奋。中枢兴奋。 津白津白1 1号为低癌系而津白号为低癌系而津白2 2号为高癌系。号为高癌系。v豚鼠豚鼠易于致敏，适于作过敏性实验研究。同时易于致敏，适于作过敏性实验研究。同时由于其体内不能合成维生素，必须从食物中由于其体内不能合成维生素，必须从食物中摄取，故作维生素缺乏症的研究非

25、常适合。摄取，故作维生素缺乏症的研究非常适合。v兔和猫兔和猫属典型的刺激性排卵动物，只有经过交属典型的刺激性排卵动物，只有经过交配刺激才能排卵，因此兔和猫是避孕药研究的配刺激才能排卵，因此兔和猫是避孕药研究的常用动物。常用动物。5 5、根据课题研究的目的、内容、水平，选用相、根据课题研究的目的、内容、水平，选用相匹配的标准化动物匹配的标准化动物品系品系近交系近交系动物动物封闭群封闭群动物动物杂种杂种F1代动物代动物突变系突变系动物动物*近交系动物近交系动物具有基因的高度纯合性、同源性，因而具有基因的高度纯合性、同源性，因而表现出反应的高度均一性。在涉及组织细胞或肿瘤表现出反应的高度均一性。在涉

26、及组织细胞或肿瘤移植的实验中，对个体间的组织相容性有较高的要移植的实验中，对个体间的组织相容性有较高的要求，近交系动物成为不可缺少的实验动物。求，近交系动物成为不可缺少的实验动物。*突变系动物突变系动物是带有突变基因的动物，在研究人类的是带有突变基因的动物，在研究人类的一些代谢病、分子病和肿瘤等时，突变系动物往往一些代谢病、分子病和肿瘤等时，突变系动物往往有其独特的使用价值。有其独特的使用价值。*封闭群动物封闭群动物由于具有一定的遗传差异，对各种刺激由于具有一定的遗传差异，对各种刺激反应的均一性不如近交系动物，但这类似于人体，反应的均一性不如近交系动物，但这类似于人体，群体遗传异质性的遗传组成

27、，多应用于人类遗传研群体遗传异质性的遗传组成，多应用于人类遗传研究、药物筛选、毒物试验等方面。究、药物筛选、毒物试验等方面。*一般情况下，近交系动物、突变系动物、杂种一般情况下，近交系动物、突变系动物、杂种1 1 代动物的生物反应稳定性和实验重复性都较封闭群代动物的生物反应稳定性和实验重复性都较封闭群好。好。动物品系6 6、选用与实验要求相适应的实验动物规格、选用与实验要求相适应的实验动物规格（1 1）年龄：应选择个体成熟的青壮年动物为宜。）年龄：应选择个体成熟的青壮年动物为宜。（2 2）体重：实验动物体重与年龄间有一定的相关）体重：实验动物体重与年龄间有一定的相关性，选择发育正常、体重符合要

28、求的实验动物。性，选择发育正常、体重符合要求的实验动物。（3 3）性别：同一品种（系）动物不同性别对许多）性别：同一品种（系）动物不同性别对许多外界刺激的反应不一致。外界刺激的反应不一致。（4 4）生理状况：不同生理状态对外界的刺激的反）生理状况：不同生理状态对外界的刺激的反应不一致。应不一致。 教学示范选用普通级动物，清洁级动物是国教学示范选用普通级动物，清洁级动物是国内科研工作要求的标准动物，适合于大多数科研内科研工作要求的标准动物，适合于大多数科研课题，而课题，而SPFSPF动物则是国际标准的实验动物，对动物则是国际标准的实验动物，对于一些具有国际交流意义的重大课题，最好选用于一些具有国

29、际交流意义的重大课题，最好选用SPFSPF动物，但无菌及悉生动物为非常规动物，仅动物，但无菌及悉生动物为非常规动物，仅在特殊课题需要时才选用。在特殊课题需要时才选用。7 7、经济性原则经济性原则 实验效应实验效应是指受试对象接受处理因素后所出是指受试对象接受处理因素后所出现的实验结果，通常由各项指标来反映。现的实验结果，通常由各项指标来反映。 处理因素作用于实验对象的反应和结果，通处理因素作用于实验对象的反应和结果，通过观察指标来表达。主要效应指标过观察指标来表达。主要效应指标1-21-2个，次要个，次要效应指标若干个。效应指标若干个。 客观性强：客观性强： 1. 1. 硬指标（如实验室的生理、生化指标；硬指标（如实验室的生理、生化指标；易于标准化、量化；死亡、生存）易于标准化、量化；死亡、生存） 2. 2. 软指标：病人主述、主观指标软指标：病人主述、主观指标特异性高特异性高的指标不易受非处理因素