动物疾病模型11.19

人类疾病的动物模型辽宁医学院实验动物教研室2023/10/24本章主要内容人类疾病动物模型概述肿瘤学研究的实验动物模型心血管病研究的实验动物模型呼吸系统研究的实验动物模型消化系统研究的实验动物模型2023/10/24第一节概述1.定义:

人类疾病动物模型(animalmodelofhumandiseases)

指医学研究中建立的具有人类疾病表现的动物实验对象和相关材料2023/10/24

人类疾病动物模型的研究本质:比较医学

研究人员可利用各种动物的生物特征和疾病特点与人类疾病进行比较研究。生物医学研究的进展常常依赖于使用动物作为实验假说和临床假说的基础。

人类各种疾病的发生发展是十分复杂的，疾病的发病机制和预防、治疗机制是不可能也不允许在人体上试验研究的，但可以通过应用动物复制出人类疾病的动物模型，对其生命现象进行研究，进而推论到人类，以便探索人类生命的奥秘，控制人类的疾病和衰老，延长人类的寿命。2023/10/24动物模型是现代医学认识生命科学客观规律的实验方法和手段。通过动物模型的研究，进而有意识地改变那些自然条件下不可能或不容易排除的因素，更能准确地观察模型的实验结果.我们将研究结果推及于人类疾病，从而更有效地认识人类疾病的发生、发展规律并研究防治措施。2023/10/242.应用人类疾病动物模型意义避免人体实验造成的危害

动物可以作为人类的替难者，可在人为设计的特定实验条件下反复实验研究。使用动物模型除了能克服在人类研究中经常遇到的伦理和社会道德限制外，还能采用某些不能应用于人类研究的方法和途径，甚至为了实验目的需要还可以损伤动物组织、器官以至处死。2023/10/24(2)应用动物模型可研究平时不易见到的疾病

平时临床很难见到放射病、毒气中毒、烈性传染病、战伤等疾病，根据实验要求能复制该疾病的动物模型，供研究使用。(3)可提供发病率低，潜伏期和病程长的疾病的动物模型

有些疾病如代谢性、内分泌等疾病在临床上发病率低，肿瘤、动脉粥样硬化、遗传病、类风湿等疾病发生发展速度缓慢，潜伏期长，病程也长，而大多动物由于生命周期比较短，在短时间内进行一代或几代的观察就显得十分容易．应用动物模型来研究就克服了以上不足。

2023/10/24(4)克服复杂因素，增加方法学上的可比性临床上许多疾病是十分复杂的：病人并非患有一种疾病，有的几种疾病同时并存，即使某单一疾病，由于病人的年龄、性别、体质、遗传以及社会因素对其疾病发生发展都会有影响，产生不同的效果。用动物复制的疾病模型，就可以选择相同品种、品系、性别、年龄、体重、健康状态以及在相同的环境因素内进行观察研究，这样对该疾病及其发展过程的研究就可以排除其他影响因素，使得到的结果更加准确，也可单一变换某一因素，使实验研究的结果更加深入，增加了因素的可比性。2023/10/24(5)样品收集方便，实验结果易分析

动物模型作为研究人类疾病的“代替品”，便于实验操作人员按时采集所需各种样品，及时或分批处死动物收集样本，以便更好地了解疾病过程，完成实验目的，这点在临床是不易办到的。(6)有利于更全面地认识疾病的本质

有些病原体不仅引起人类发生疾病，也可引起动物感染，其临床表现各有特点，通过对人畜共患病的比较，可观察到同一病原体在不同的机体引起的损害，更有利于全面地认识疾病的本质。2023/10/243.动物模型的分类人类疾病动物模型经过近30年的开发研究，现已累积2000多个动物模型在医学发展中占有极其重要的地位。为了能更好地应用、开发和研究动物模型，人们将其进行了分类.2023/10/24按照疾病发生原因按系统范围按模型范围按中医药体系诱发性动物模型自发性动物模型抗疾病型动物模型生物医学动物模型疾病基本病理过程模型各系统疾病动物模型整体动物模型离体器官和组织细胞株传统医学▼2023/10/24自发性动物模型(spontaneousanimalmodel)

指实验动物未经任何人工处置，在自然条件下自发产生或由于基因突变的异常表现通过遗传育种手段保留下来的动物模型。自发性动物模型以肿瘤和遗传疾病居多，可分为代谢性疾病、分子性疾病和特种蛋白合成异常性疾病等。应用自发性动物模型的最大优点是其完全在自然条件下发生的疾病，排除了人为的因素，疾病的发生、发展与人类相应的疾病很相似，其应用价值很高，如自发性高血压大鼠、肥胖症小鼠、脑中风大鼠等。★2023/10/24诱发性动物模型(experimentalanimalmodel)

又称为实验性动物模型。是指研究者通过使用物理的、化学的、生物的和复合的致病因素作用于动物，造成动物组织、器官或全身一定的损害，出现某些类似人类疾病时的功能、代谢或形态结构方面的病变，即为人工诱发出特定的疾病动物模型。★2023/10/24抗疾病型动物模型(negativeanimalmodel)

是指特定的疾病不会在某种动物身上发生，从而可以用来探讨为何这种动物对该疾病有天然的抵抗力。如哺乳动物均易感染血吸虫病，而居于洞庭湖流域的东方田鼠却不能复制血吸虫病，因此将之用于血吸虫病的发病机制和抗病机制的研究。★2023/10/24生物医学动物模型(biomedicalanimalmodel)

指利用健康动物生物学特征来提供人类疾病相似表现的疾病模型。沙鼠缺乏完整的基底动脉环，左右大脑供血相对独立，是研究中风的理想动物模型；鹿的正常红细胞是镰刀形的，多年来被供作镰刀形红细胞贫血研究；兔胸腔的特殊结构用于胸外手术研究比较方便；但这类动物模型与人类疾病存在着一定的差异，研究人员应加以分析比较。★2023/10/244.动物模型的设计原则及注意事项

生物医学科研专业设计中常要考虑如何建立动物模型的问题，因为很多阐明疾病及疗效机制的实验不可能或不应该在病人身上进行。常要依赖于复制动物模型，但一定要进行周密设计，设计时要遵循下列一些原则。2023/10/24(1)相似性

在动物身上复制人类疾病模型。目的在于从中找出可以推广（外推）应用于病人的有关规律。外推法（Extrapolation）要冒风险，因为动物与人到底不是一种生物。例如在动物身上无效的药物不等于临床无效，反之也然。因此，设计动物疾病模型的一个重要原则是，所复制的模型应尽可能近似于人类疾病的情况。大鼠原发性高血压就是研究人类原发性高血压的理想模型猪自发性冠状动脉粥样硬化是研究人类冠心病的理想模型；自发性狗类风湿性关节炎与人类幼年型类风湿性关节炎相似2023/10/24(2)重复性

理想的动物模型是可重复的，甚至是可以标准化的

例如:用一次定量放血法可百分之百造成出血性休克，百分之百死亡，这就符合可重复性和达到了标准化要求。狗的冠状动脉循环与人相似，做心肌梗死模型照理很合适，但狗结扎冠状动脉的后果差异太大，不同狗同一动脉同一部位的结扎，其后果很不一致，无法预测，无法标准化。相反，大小白鼠、地鼠和豚鼠结扎冠脉的后果就比较稳定一致，可以预测，因而可以标准化。2023/10/24（3）可靠性

复制的动物模型应该力求可靠地反映人类疾病即可特异地、可靠地反映某种疾病或某种机能、代谢、结构变化，应具备该种疾病的主要症状和体征，经化验或X光照片、心电图、病理切片等证实。

若易自发地出现某些相应病变的动物，就不应加以选用，易产生与复制疾病相混淆的疾病者也不宜选用。

例如铅中毒可用大白鼠做模型，但有缺点，因为它本身容易患动物地方性肺炎及进行性肾病，后者容易与铅中毒所致的肾病相混淆不易确定该肾病是铅中毒所致还是它本身的疾病所致。用蒙古沙土鼠就比较容易确定，因为一般只有铅中毒才会使它出现相应的肾病变。2023/10/24（4）适用性和可控性

供医学实验研究用的动物模型，在复制时，应尽量考虑到今后临床应用和便于控制其疾病的发展，以利于研究的开展。

如雌激素能终止大鼠和小鼠的早期妊娠，但不能终止人的妊娠。因此，选用雌激素复制大鼠和小鼠终止早期妊娠的模型是不适用的，因为在大鼠和小鼠筛选带有雌激素活性的药物时，常常会发现这些药物能终止妊娠，似乎可能是有效的避孕药，但一旦用于人则并不成功。所以，如果知道一个化合物具有雌激素活性，用这个化合物在大鼠或小鼠观察终止妊娠的作用是没有意义的。2023/10/24（5）易行性和经济性

在复制动物模型时，所采用的方法应尽量做到容易执行和合乎经济原则。

灵长类动物与人最近似，复制的疾病模型相似性好，但稀少昂贵，即使猕猴也不可多得。而大小鼠、地鼠、豚鼠等也可以复制出十分近似的人类疾病模型。除非不得已或一些特殊疾病（如痢疾、脊髓灰白质炎等）研究需要外，尽量不用灵长类动物。2023/10/24

动物疾病模型这门新兴的科学正吸引着各个领域专业人员投身于这项开发工作。无论医学家、兽医学家还是生物学家，要复制动物模型还必须学习有关知识，精于选用已知的各种模型和开发新的模型，这也应该是研究者的一项基本技能。2023/10/24第二节肿瘤学研究的实验动物模型肿瘤动物模型(animalmodelsoftumor)在肿瘤病因学、发病机制及防治等方面的研究上具有重要意义自发性动物肿瘤诱发性动物肿瘤可移植肿瘤人体肿瘤的异种移植性肿瘤模型2023/10/24一、自发性肿瘤模型

是一类不经有意识的人工处置而自然发生的肿瘤模型,其发病类型、发病率均随着实验动物的品种、品系等不同而不同。优点：从肿瘤发生率看，与人类肿瘤相比更相似，实验结果更易推用于人，更有可能被发现影响肿瘤发生、发展的原因。缺点：肿瘤发生时间参差不齐，实验时间长，所需动物较多，耗费大。2023/10/24二、诱发性肿瘤动物模型

指使用致癌因素(carcinogens)在实验条件下诱发动物发生肿瘤的动物模型，它是进行实验肿瘤学研究的常用方法。优点：用化学致癌物质、物理因子，如射线、病毒等均可在某种动物中诱发出不同种类的肿瘤，因此作为病因学研究或者作为预防性药物的研究具有独特的价值。缺点：诱发癌的过程通常很长，个体潜伏期差异大，成功率不能达到100％。肿瘤细胞的形态特征变化也比较大。2023/10/241.诱发肿瘤的原理利用外源性致癌因素引起细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性，形成肿瘤。致癌因素主要有化学性、物理性及生物性致癌物。而化学性致癌物(chemicalcarcinogens)最常见，已确知的多达一千余种二甲基苯蒽（DMBA）可诱发乳腺癌二苯芘可诱发纤维肉瘤黄曲霉可诱发大鼠肝癌N甲基N硝酸－亚硝基胍（MNNG）诱发大鼠胃癌二乙基硝胺（DEN）诱发小鼠肺癌2023/10/242.诱发方法：原位诱发——指将致癌物直接与动物靶组织或靶器官接触而诱发该组织或器官发生肿瘤，接触方法可通过涂抹、灌注、喂养或埋置等；异位诱发——将与致癌物接触后的动物组织或器官埋置于该动物或另一正常动物皮下而产生的该组织或器官的肿瘤，具有易于观察和取材的优点。2023/10/243.给药的基本途径（1）涂抹法将致癌物涂抹于动物背侧及耳部皮肤，主要用于诱发皮肤肿瘤(如乳头状瘤、鳞癌等)。常用的致癌物有煤焦油、3，4-苯并芘及20-甲基胆蒽等。（2）经口给药法本法是将化学致癌物溶于饮水或以某种方式混合于动物食物中自然喂养或灌喂动物而使之发生肿瘤。食管癌、胃癌、大肠癌等肿瘤常用此方法。2023/10/24（3）注射法注射法是将化学致癌物制成溶液或悬浮物，经皮下、肌肉、静脉或体腔等途径注入体内而诱发肿瘤。本法亦常用，其中皮下和静脉注射又最常用。（4）气管灌注法常用于诱发肺癌。将颗粒性致癌物制成悬浮液直接注入或用导液管注入动物气管内。多使用金仓鼠和大鼠为实验动物。2023/10/24（5）穿线法适用于将多环芳烃类致癌物直接置于某特定部位或器官，如宫颈、食管和腺胃等。方法是将一定量的致癌物放置于无菌试管内，加热使致癌物升华，吸附于预制的线结上；将含有致癌物的线结穿入靶器官或靶组织而诱发肿瘤。（6）埋藏法将致癌物包埋于皮下或其他组织内，或将经致癌物作用过的器官、组织移植于同种或同种系动物皮下进行肿瘤的诱发实验。2023/10/244常见的几种肿瘤模型的制作（1）肺癌(carcinomaofthelung)★二乙基亚硝胺(DEN)诱发小鼠肺癌模型采用小白鼠每周皮下注射l%DEN水溶液一次(剂量为56mg/kg体重，总剂量为868mg)。观察时间100天左右。此模型诱发率约40％。若将DEN总剂量增到1176mg时，半年诱发率可达90％以上。2023/10/24（2）鼻咽癌(nasopharyngeal

carcinoma)

★二甲基胆蒽(DMC)诱发大鼠鼻咽癌模型将结晶DMC置于锥形塑料管中，使塑料管尖端进入并长期留置鼻咽腔。DMC循小孔缓慢溢出，至半年以上，取材。诱发率可达60％以上。2023/10/24（3）食管癌(carcinomaoftheesophagus)

★

甲基苄基亚硝胺(MBNA)诱发大鼠食管癌模型将MBNA溶于饮水中，并掺人饲料，喂养Wistar大鼠(体重100g以上)，使之每日摄入量达0.75～1.5mg/kg体重，经3个月左右可诱发食管癌。亦可用0.2％或0.005％MBNA水溶液给大鼠经口灌喂，每天1次(1mg/kg体重)，经11个月可使诱发率达53％。2023/10/24（4）胃癌(carcinomaofthestomach)

甲基胆蒽(MC)诱发小鼠胃癌模型用细线打结后，使MC加温液化并渗入线结中；小鼠(体重20g左右)腺胃粘膜面穿挂含MC的线结。埋线后4～8个周可成功地诱发胃癌。MC的浓度为0.5～0.1g20-甲基胆蒽浸入10～20根线。

（5）大肠癌(carcinomaofthelargeintestine)二甲基苄肼（DMH）诱发大肠癌模型经皮下注射给4周龄雄性Wistar大鼠，每次剂量21mg/kg体重，每周1次，连续21周；最后一次给药后l～4周处死动物。2023/10/24（6）肝癌(carcinomaoftheliver)

★二乙基亚硝胺(DEN)诱发大鼠肝癌模型灌胃(按10mg/kg体重)，每周7d用0.025％DEN水溶液让其自由饮用。约4个月即可诱发出肝癌，5～6个月诱癌率达80％以上。亦可用0.005％DEN的饮水喂养8个月诱发。★4-二甲基氨基偶氮苯(DAB)诱发大鼠肝癌模型使用含有0.06％DAB的饲料喂养大鼠，同时控制饲料中维生素B2含量(不超过1.5～2mg/kg体重)。经4～6个月可诱发成功。★黄曲霉素诱发大鼠肝癌在大鼠饲料中加入黄曲霉素，含0.011～0.015mg/kg，喂养6个月，诱发率达80％。2023/10/24三、移植性肿瘤模型目前抗癌药物研制中实用最多的一类肿瘤模型是用于筛选和药效学研究的主要类型该类肿瘤最初是诱发或者自发肿瘤，经过不断的移植而形成特定的动物模型，通常是接种一定数量的肿瘤细胞（如皮下、腹腔、静脉、颅内等），甚至是无细胞滤液（病毒性肿瘤）优点：使一群动物在几乎相同的时间内患同样的肿瘤，其成功率接近100％。肿瘤形态、生长率、对药物的敏感性、死亡时间等非常相近，作为药物筛选的模型非常合适。2023/10/24第三节心血管病研究的实验动物模型（一）动脉粥样硬化模型

动脉粥样硬化可能是人类最常见、最重要的动脉疾患，它侵害大动脉和中等动脉。冠状动脉受累而导致心肌梗死。血脂代谢的紊乱与动脉粥样硬化是关系密切的两类疾病，防治动脉粥样硬化，常从调节血脂代谢着手，而调节血脂的药物对预防动脉粥样硬化也有明显的效果。

常选用兔、猪、大鼠、犬等动物。除田鼠和地鼠外，一般温血动物只要用适当的方法，都能形成动脉粥样硬化的斑块病变。

2023/10/241．高胆固醇、高脂肪饲料喂养法(最常用)

特点：死亡率低，可长期观察。缺点：