動(dòng)物試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果分析和解釋

1、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、結(jié)果分析和解釋 For scientific, ethical and economic reasons, it is important to design animal experiments well, to analyze the data correctly, and to use the minimum number of animals necessary to achieve the scientific objectives 良好的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)提高研究工作質(zhì)量，所寫的論文被高水平的雜志接受發(fā)表都非常重要。目前在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面還存在不少低質(zhì)量的研

2、究工作，一方面是所用動(dòng)物的質(zhì)量不高，級(jí)別低給實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性帶來不小的影響，另一方面研究人員在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方面的訓(xùn)練不足，也是導(dǎo)致研究工作質(zhì)量低下的重要原因。 一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析來說幫助很大，可以使問題變得更容易解決，而一個(gè)不正確的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可能使我們不能從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中提煉出任何有用的信息。 另外通過良好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法也可減少動(dòng)物使用數(shù)量。對(duì)滿足動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的倫理性和經(jīng)濟(jì)性要求也有重要的意義。 一般來說，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的研究工作應(yīng)該明確描述：研究的目的和/或者需要驗(yàn)證的假說。選擇特定動(dòng)物模型的原因。動(dòng)物種、品系、來源和類型。每個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)步驟的詳細(xì)描述，包括研究設(shè)計(jì)和使用動(dòng)物數(shù)量

3、。數(shù)據(jù)分析所用的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。一、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的分類1、確證性的實(shí)驗(yàn)：用一種最大可能,正確解答問題的系統(tǒng)方法，收集有關(guān)處理實(shí)施后動(dòng)物反應(yīng)的科學(xué)數(shù)據(jù)。2、探索性的實(shí)驗(yàn)：為產(chǎn)生新的假說提供素材。這兩類實(shí)驗(yàn)都涉及在實(shí)驗(yàn)人員的控制下，對(duì)動(dòng)物施加一定的處理或操作，來發(fā)現(xiàn)是否處理在實(shí)驗(yàn)對(duì)象上引起一定的反應(yīng)，或者對(duì)這種反應(yīng)進(jìn)行定量。3、檢驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)：是觀察性的實(shí)驗(yàn)，用于發(fā)現(xiàn)科研人員不能控制的變量之間的聯(lián)系。這種聯(lián)系可能是暫時(shí)的也可能是長期的。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要目的一是保證所測變量的任何差異是由處理造成的，而不是其他非對(duì)照變量引起；另一個(gè)目的是通過控制確定的變量在盡可能小的范圍內(nèi)，減少所測反應(yīng)的變異性，這樣對(duì)處理效應(yīng)的評(píng)

4、介更準(zhǔn)確。 有機(jī)體的形態(tài)行為特征要適應(yīng)環(huán)境，正是適應(yīng)導(dǎo)致有機(jī)體產(chǎn)生個(gè)體之間的差異，因而，動(dòng)物的適應(yīng)性的傾向?qū)σ粋€(gè)精確的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來說是不可回避的挑戰(zhàn)。我們知道，生物醫(yī)學(xué)的觀察是在可變的一個(gè)背景上進(jìn)行的，而且，這個(gè)可變的背景比起傳統(tǒng)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)所遇到的要大的多。一方面是由于生命形式的化學(xué)過程（代謝）非常復(fù)雜，另一方面是動(dòng)物對(duì)環(huán)境影響的積極適應(yīng)，從遺傳學(xué)方面講動(dòng)物的穩(wěn)定性也是較差的。一般用一群群體內(nèi)存在較大差異的動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，要檢測到我們感興趣的目的生物學(xué)變化，就必須用大量的動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 二、差異的分類和控制1、實(shí)驗(yàn)者帶來的差異 實(shí)驗(yàn)者帶給實(shí)驗(yàn)的差異主要有兩種。一是，與正確恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)操作有關(guān)，如

5、：注射、灌胃口服、外科手術(shù)等；二是，缺乏準(zhǔn)確的測量手段。 對(duì)第一種原因產(chǎn)生的差異，其控制應(yīng)以確保實(shí)驗(yàn)過程和操作的一致性、準(zhǔn)確性和完整性為目的。對(duì)第二種原因產(chǎn)生的差異，其控制的主要方法就是對(duì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行多次測量。例子：動(dòng)物注射給藥 動(dòng)物的抓取固定操作 外科手術(shù)不準(zhǔn)確的測量測量儀器本身的不準(zhǔn)確觀察的不準(zhǔn)確GLP是1970s FDA制定的實(shí)驗(yàn)操作標(biāo)準(zhǔn)，保證用于藥品登記的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可信準(zhǔn)確。這種基于通過工作質(zhì)量的保證實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息可信準(zhǔn)確的思想，為全球公認(rèn)接受。GLP觀念的引入明顯減少了科學(xué)研究工作中測量方法產(chǎn)生的差異。2、動(dòng)物帶來的差異1）動(dòng)物的來源的差異2）動(dòng)物飼養(yǎng)管理的差異3）生活在不同的環(huán)境4

6、）健康狀況不同5）動(dòng)物之間相互作用引起 的差異1）動(dòng)物來源的差別 由于遺傳漂變可能來源于不同供貨商的動(dòng)物存在遺傳學(xué)的差異，隨后由于飼養(yǎng)的環(huán)境方面的差異造成表型上的差異。 加之，目前還沒有兩個(gè)供貨商是采用完全一樣的飼養(yǎng)管理程序或完全一樣的飼養(yǎng)環(huán)境。而動(dòng)物在產(chǎn)后的發(fā)育階段是行為類型發(fā)育的敏感期，決定成年后保持行為類型和社會(huì)相互關(guān)系。因此有必要把動(dòng)物來源的因素考慮到實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中，并采用適當(dāng)?shù)目刂剖侄螜z查是否還應(yīng)延長時(shí)間讓動(dòng)物適應(yīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。2）動(dòng)物飼養(yǎng)管理的差別動(dòng)物飼養(yǎng)管理方面的微小變化會(huì)對(duì)動(dòng)物的行為、生化和生理產(chǎn)生就巨大的影響。如，在其他環(huán)境條件恒定不變的情況下，只改變飼養(yǎng)人員就可使小鼠的繁殖性能顯

7、著下降。猜想這些影響群體性能的原因與視覺、聽覺或嗅覺有關(guān)。因此明智的做法是保證動(dòng)物在新的環(huán)境和更換飼養(yǎng)人員的情況下，至少讓動(dòng)物適應(yīng)調(diào)整1周，才能開始實(shí)驗(yàn)。3）生活在不同的環(huán)境動(dòng)物對(duì)其生活的環(huán)境是敏感的，一個(gè)微小的變化都可以影響到它們的行為和生理學(xué)。這里我們強(qiáng)調(diào)的是動(dòng)物所占據(jù)的空間微環(huán)境的差別。例如，與進(jìn)風(fēng)口和排氣口的相對(duì)位置不同、垂直位置不同，會(huì)造成物理、化學(xué)和微生物組成的空間差異。這些情況我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)加以考慮。4）動(dòng)物健康狀況臨床疾病會(huì)引起明顯的疾病癥狀，患病的動(dòng)物是不能用來做實(shí)驗(yàn)的。而亞臨床疾病不表現(xiàn)出疾病癥狀，不容易判斷它是否存在。它主要的影響有二。一是，疾病可能影響特定的器

8、官，抑制它們的功能，改變動(dòng)物的生理和生化狀態(tài)。如果這一功能是實(shí)驗(yàn)過程的測定結(jié)果時(shí)，那么實(shí)驗(yàn)結(jié)果很可能產(chǎn)生偏差。二是，亞疾病從廣義上講，對(duì)動(dòng)物的健康造成不利影響，使動(dòng)物對(duì)研究的操作影響變得敏感。感染帶來的更大問題是疾病的嚴(yán)重程度根據(jù)動(dòng)物的體質(zhì)而變化，因此在實(shí)驗(yàn)的整個(gè)動(dòng)物群體中差別被加大。5）動(dòng)物之間相互作用引起的差異A、動(dòng)物是群居還是獨(dú)居要根據(jù)動(dòng)物種屬的行為學(xué)特性而定。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)了解所使用動(dòng)物對(duì)群居的忍耐方式的不同，如，地鼠是獨(dú)居動(dòng)物，在實(shí)驗(yàn)條件下不適合群居生活；而小鼠的大多數(shù)品系獨(dú)居是一種應(yīng)激情形。3-5只小鼠最佳，或獨(dú)居的動(dòng)物給予一定的豐富生活的物品（遮掩物和玩具）可降低應(yīng)激情形。B、動(dòng)物社會(huì)

9、階層的建立，會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)的差異。另外還要考慮動(dòng)物建立社會(huì)等級(jí)的過程中，存在相當(dāng)高的侵略性，群體中因而引起持續(xù)的應(yīng)激和明顯影響動(dòng)物行為學(xué)、生理學(xué)和生化特征的情況。實(shí)驗(yàn)前將動(dòng)物分組群居時(shí)，讓動(dòng)物等級(jí)社會(huì)完全建立穩(wěn)定再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)處理是十分必要的。人員培訓(xùn)的重要性1）了解動(dòng)物飼養(yǎng)管理的基本知識(shí)。2）規(guī)范操作減少動(dòng)物緊張和痛苦水平。3）隨機(jī)化的處理安排減少處理動(dòng)物對(duì)隨后動(dòng)物處理的困難和帶來實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差異。一個(gè)有效減少由于不專業(yè)操作帶來的結(jié)果差異的方法是在單位建立專業(yè)化的中心設(shè)施和部門，由專業(yè)化的操作能手代替研究者進(jìn)行操作。SHEFFIELD大學(xué)進(jìn)行小鼠免疫的例子。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的步驟1、開始階段1）文獻(xiàn)

10、查閱2）科研方法3）陳述問題、目標(biāo)和假說4）動(dòng)物模型的確定5）實(shí)驗(yàn)人員的確定1）文獻(xiàn)查閱查閱的文獻(xiàn)應(yīng)廣泛包括現(xiàn)在和過去的雜志以及網(wǎng)絡(luò)上的信息資源，如，MEDLINE、TOXLINE、PUBMED、NCBI等，目的是了解清楚你所研究的焦點(diǎn)問題都已知道些什么，明確所用的方法、動(dòng)物模型，排除不必要的重復(fù)研究。也是為IACUC審查提供項(xiàng)目不是重復(fù)研究、替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的方法不可行、可能引起動(dòng)物疼痛的操作已得到評(píng)估認(rèn)可的證據(jù)。2）確立科研方法1 觀察和描述實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象，2 系統(tǒng)地提出問題的解釋和學(xué)說，3 利用學(xué)說預(yù)測新的觀察結(jié)果，4 驗(yàn)證學(xué)說。3）問題的提出 明確提出問題、目標(biāo)和可能的結(jié)果十分關(guān)鍵。提出的問

11、題應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)將要說明的問題和它的意義。目標(biāo)應(yīng)該對(duì)總目標(biāo)有一個(gè)概括性的描述，對(duì)特殊的問題加以闡明。應(yīng)對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案有兩個(gè)清晰的可能的結(jié)果（如，一個(gè)無效，一個(gè)預(yù)期）。無效結(jié)果明確兩實(shí)驗(yàn)組間沒有差別，預(yù)期結(jié)果表明在實(shí)驗(yàn)組之間有真實(shí)的差別。例子：提出問題：那種飼料引起大鼠體重增加，是飼料A還是B？無效：各組實(shí)驗(yàn)預(yù)期得到同樣結(jié)果，即大鼠用飼料A和B體重增加相同。預(yù)期：實(shí)驗(yàn)組之間預(yù)期出現(xiàn)不同的結(jié)果。不可檢驗(yàn)：結(jié)果不容易明確或解釋。4）動(dòng)物模型的確定為實(shí)驗(yàn)選擇最適當(dāng)?shù)膭?dòng)物模型，有以下幾點(diǎn)建議：1 使用系統(tǒng)發(fā)育水平最低的動(dòng)物，2 使用的動(dòng)物具有想要的種屬或品系專一的特點(diǎn)或者具有特定研究目的必需的特點(diǎn)，3 考

12、慮在實(shí)驗(yàn)期間得到和維持動(dòng)物模型所需要的花費(fèi)，4 充分查閱文獻(xiàn)，與同一領(lǐng)域的同事討論，與供應(yīng)商或動(dòng)物模型資源庫聯(lián)系確定動(dòng)物模型可能的來源渠道，5 在最終決定動(dòng)物模型前征詢實(shí)驗(yàn)動(dòng)物獸醫(yī)的意見。5）實(shí)驗(yàn)合作者的確定根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)施的操作，決定什么樣專長的人是需要的。在開始項(xiàng)目前，就確定每個(gè)人的職責(zé)和進(jìn)行的工作以及資格。合理地進(jìn)行人員的分工安排，參與計(jì)算、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和樣品收集對(duì)確保所得數(shù)據(jù)的有效性是十分重要的。一般一個(gè)大型研究單位的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心設(shè)施可提供涉及本專業(yè)高技術(shù)含量的操作和昂貴裝備的服務(wù)。2、正式設(shè)計(jì)階段1）研究方案2）實(shí)驗(yàn)單元3）N因子：實(shí)驗(yàn)組別的動(dòng)物只數(shù)4）對(duì)照5）隨機(jī)化1）研究方案針對(duì)提出的問

13、題、研究目標(biāo)和假說，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的所有操作及安排應(yīng)細(xì)心地計(jì)劃和記錄在案。方案中應(yīng)包括針對(duì)可控實(shí)驗(yàn)變量的實(shí)驗(yàn)操作、適合測定的變量參數(shù)（即得到準(zhǔn)確測定實(shí)驗(yàn)變量控制的效應(yīng)）、獲得樣品和產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的最適方法。項(xiàng)目的所有實(shí)物和數(shù)據(jù)收集和測定的時(shí)間安排表都應(yīng)這時(shí)確定。實(shí)際操作的討論包括動(dòng)物模型持續(xù)的時(shí)間（慢性研究），模型中預(yù)期疾病的進(jìn)程（決定測定的最適時(shí)間點(diǎn)），人員參加項(xiàng)目的時(shí)間和崗位，實(shí)驗(yàn)花費(fèi)。已知和潛在的危害因子也必須明確，最小危害因子風(fēng)險(xiǎn)適當(dāng)預(yù)防措施也必須在方案中明確。所有實(shí)驗(yàn)操作步驟應(yīng)通過SOP詳細(xì)規(guī)定。方案中還應(yīng)包括數(shù)據(jù)分析的方法，如果組間差異是通過統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算而得，那么應(yīng)明確所用統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)的方法。

14、由數(shù)據(jù)分析對(duì)最初所提問題作出回答并接受或否決假說，由此得出結(jié)論。2）實(shí)驗(yàn)單元研究的實(shí)體是實(shí)驗(yàn)單元，可以是一個(gè)動(dòng)物個(gè)體，也可以是一組動(dòng)物群體。例如，當(dāng)測試藥物治療和外科手術(shù)時(shí)，一個(gè)大鼠個(gè)體就是一個(gè)實(shí)驗(yàn)單元，當(dāng)測試環(huán)境致畸時(shí)，一整窩大鼠就是一個(gè)實(shí)驗(yàn)單元。3）實(shí)驗(yàn)組別的動(dòng)物只數(shù)將適當(dāng)數(shù)量的動(dòng)物分配到每一個(gè)實(shí)驗(yàn)組別，是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為了得到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的結(jié)果，每一實(shí)驗(yàn)組的動(dòng)物數(shù)量一般是通過預(yù)期各組間結(jié)果差異的可能程度采用特定統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)而決定的。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)籠所能容納動(dòng)物的數(shù)量也是實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物數(shù)量確定的實(shí)際考慮的因素。4）對(duì)照過多的變量（如遺傳、環(huán)境、感染因子）對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生影響，因此設(shè)置對(duì)照動(dòng)

15、物消除這些外來變量或可能未知的變量帶來的影響?？傊恳粋€(gè)實(shí)驗(yàn)都應(yīng)使用對(duì)照組動(dòng)物與實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物有一個(gè)直接對(duì)應(yīng)的關(guān)系。對(duì)照的種類很多，包括，陽性對(duì)照、陰性對(duì)照、空白對(duì)照、媒介物對(duì)照、比擬物對(duì)照。5）隨機(jī)化動(dòng)物分組時(shí)必須將動(dòng)物隨機(jī)分配到實(shí)驗(yàn)各組，以確保研究的變量在各組中不會(huì)導(dǎo)致偏差數(shù)據(jù)。為達(dá)到隨機(jī)化必須在開始時(shí)將動(dòng)物群體限定好。隨機(jī)化的方法常用1 每一只動(dòng)物有一個(gè)固定的編號(hào)，進(jìn)行“暗箱”抽數(shù)，并隨機(jī)分配它們到不同組中。2 利用隨機(jī)數(shù)字表或計(jì)算機(jī)隨機(jī)程序。3、設(shè)計(jì)后階段1）實(shí)驗(yàn)操作步驟的確認(rèn)2）人員的確認(rèn)3）小規(guī)模預(yù)實(shí)驗(yàn)4）數(shù)據(jù)的輸入和分析5）評(píng)價(jià)1）實(shí)驗(yàn)操作步驟的確認(rèn)IACUC對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的確認(rèn)其他委

16、員會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的確認(rèn)2）人員參加研究項(xiàng)目的所有人員必須經(jīng)過培訓(xùn)和資格認(rèn)可。3）小規(guī)模的預(yù)實(shí)驗(yàn)是使用數(shù)量少的動(dòng)物得到預(yù)示性的數(shù)據(jù)，目的1通過預(yù)實(shí)驗(yàn)將操作和使用的技術(shù)固定完善，2 預(yù)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)是申請(qǐng)資助項(xiàng)目方案中證明其合理性的重要依據(jù)，增加中標(biāo)的機(jī)會(huì)。3 估計(jì)變量參數(shù)測定的誤差，為計(jì)算樣本量提供依據(jù)。4）數(shù)據(jù)的輸入和分析研究者對(duì)數(shù)據(jù)的正確收集、輸入和分析負(fù)有完全的責(zé)任。當(dāng)處理的數(shù)據(jù)量很大時(shí)，很容易發(fā)生數(shù)據(jù)輸入的錯(cuò)誤（如組標(biāo)識(shí)調(diào)換、個(gè)體標(biāo)識(shí)調(diào)換），因此數(shù)據(jù)分析前，數(shù)據(jù)質(zhì)量保證程序應(yīng)建立并在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中包含，確保數(shù)據(jù)輸入的錯(cuò)誤能及時(shí)辨別。四、對(duì)照的設(shè)立在實(shí)驗(yàn)中設(shè)立對(duì)照組動(dòng)物，是為了與實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物有一個(gè)直接

17、對(duì)應(yīng)的關(guān)系，以消除過多變量和未知變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響。對(duì)照的種類有以下幾種：1）陽性對(duì)照2）陰性對(duì)照3）空白對(duì)照4）媒介物對(duì)照5）比擬物對(duì)照1）陽性對(duì)照陽性對(duì)照的作用是作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測量各實(shí)驗(yàn)組間差異的程度，另一個(gè)是用來證明動(dòng)物反應(yīng)是可探測的，為實(shí)驗(yàn)方法提供質(zhì)量控制。2）陰性對(duì)照陰性對(duì)照是期望正常狀態(tài)不產(chǎn)生變化。陰性對(duì)照的目的是保證未知變量對(duì)實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物引起相反的效應(yīng)不存在，即排除假陽性結(jié)果。3）空白對(duì)照是模擬處理組過程而實(shí)際上沒有給予受試物或處理。4）媒介物對(duì)照在測試化合物溶于一種媒介時(shí)，這種研究要使用媒介物對(duì)照，與給測試物的方法一樣，只給予媒介物。當(dāng)與非處理的對(duì)照比較時(shí)，溶媒對(duì)照將確定溶劑

18、是否會(huì)引起什么效應(yīng)。5）比擬物對(duì)照屬于陽性對(duì)照，用一個(gè)已知的的處理來對(duì)比待測處理。以此來確定新的藥物或處理是否有改善和提高。五、樣本大小的確定1、小規(guī)模預(yù)實(shí)驗(yàn)2、預(yù)期目標(biāo)成功率低的實(shí)驗(yàn)3、驗(yàn)證假說的實(shí)驗(yàn)1、小規(guī)模預(yù)實(shí)驗(yàn)小規(guī)模預(yù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是為了探索一個(gè)新的研究領(lǐng)域，確定是否能在不同的實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)研究的變量以足夠的精度測得變量值，同時(shí)檢查所要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的必備條件。由于前期資料信息的缺乏或?qū)嶒?yàn)成功的可能不能肯定，有些實(shí)驗(yàn)的樣本大小是無法計(jì)算的；而另一些實(shí)驗(yàn)是將復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)學(xué)設(shè)計(jì)簡化成一個(gè)重要的比較事件，此時(shí)樣本的大小應(yīng)足夠大達(dá)到可以發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的顯著差別。例子：假定一個(gè)科研人員想要確定是否X因子在炎癥模

19、型動(dòng)物中水平升高。實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)有了測定X因子的技術(shù)方法，現(xiàn)在要確定的是在一群小鼠中X因子的差異。研究方案中，該科研人員設(shè)計(jì)10只動(dòng)物在誘發(fā)炎癥前和后測定X因子的濃度。這個(gè)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析可估計(jì)誘發(fā)炎癥前和后X因子濃度的平均值和方差，同時(shí)可估算平均值的區(qū)別。這些估算結(jié)果可以用來為進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)計(jì)算樣本大小。 效應(yīng)大小、標(biāo)準(zhǔn)誤差（SD）、力度和顯著性水平 一般，要計(jì)算樣本大小，必須提供三或四個(gè)已知因素：（1）效應(yīng)大小，一般為兩組之間的差別；（2）對(duì)連續(xù)性變量而言的群體標(biāo)準(zhǔn)誤差（SD）；（3）測定假定效應(yīng)的期望力度；（4）顯著性水平。前兩個(gè)因素對(duì)特定實(shí)驗(yàn)是對(duì)應(yīng)的，而后兩個(gè)因素一般為慣例固定的。效

20、應(yīng)大小是研究者希望檢測效應(yīng)的程度必須以定量的形式陳述表示，研究的目的變量之體標(biāo)準(zhǔn)誤差（SD）可以由小規(guī)模預(yù)試驗(yàn)的結(jié)果得到，也可以由同一實(shí)驗(yàn)室以前的結(jié)果或科研文獻(xiàn)中得到。 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法如雙樣t檢驗(yàn)或通過x2（卡方）比較比率的應(yīng)用是由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的類型決定的。為避免偏差，假定動(dòng)物被隨機(jī)分配到不同的測試組，飼養(yǎng)在相同的環(huán)境中，這時(shí)實(shí)驗(yàn)的力度是指實(shí)驗(yàn)效應(yīng)被測出的概率，一般定為0.8或0.9，即科研人員在假定效應(yīng)存在的情況下，有80%或90%機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的結(jié)果。而此時(shí)1減去力度的符號(hào)表示為是指得到一個(gè)假陰性結(jié)果（false-negative）的幾率，即不能拒絕否定一個(gè)不真實(shí)無效假說或不能測得某特定

21、處理效應(yīng)的幾率。陽性結(jié)果的規(guī)定概率即顯著性水平用表示，一般選擇在0.05或0.01。換句話說，科研工作者錯(cuò)誤表明差別“顯著”（而此時(shí)事實(shí)上不存在差別）的機(jī)會(huì)不會(huì)大于5%或1%。一旦力度值和顯著性水平選定，統(tǒng)計(jì)學(xué)模型（如卡方、t-檢驗(yàn)、差異分析、線性回歸）選定，然后給出研究者期望效應(yīng)的的大小以及群體SD因子，就可以計(jì)算實(shí)驗(yàn)所用樣本（動(dòng)物數(shù)量）的大小。2、預(yù)期目標(biāo)成功率低的實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)過程成功的機(jī)會(huì)不穩(wěn)定（變數(shù)太大），這類實(shí)驗(yàn)所用動(dòng)物數(shù)量的計(jì)算是很困難的。例子：通過基因插入到受精卵或ES細(xì)胞制作轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，需要大量的動(dòng)物。假定所有步驟的成功率都是5%，那么用單組實(shí)驗(yàn)的公式N=log/logp，計(jì)算

22、可得要用50只動(dòng)物，如果成功率為1%，將需要300只動(dòng)物，制作一個(gè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物系。3、驗(yàn)證一個(gè)假說的正式實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假說的實(shí)驗(yàn)是常見的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)類型，可以通過得到相關(guān)的一些有用信息，估算所需要的動(dòng)物數(shù)量。一般來說，有三種類型的變量可以測定1）二分變量，一般表現(xiàn)為是/否結(jié)果的百分率，如，在某給定時(shí)間疾病或生存的發(fā)生，2）連續(xù)變量，如某一物質(zhì)在體液中的濃度或生理功能如血流速度或排尿，3）一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)刻，如疾病或死亡發(fā)生的時(shí)刻。這些變量數(shù)據(jù)之間的顯著性差異現(xiàn)在有許多的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來檢測。一般，要知道或計(jì)算樣本大小，必須提供3或4個(gè)已知因素1）效應(yīng)大?。ㄒ话銥閮山M間的差別）；2）群體標(biāo)準(zhǔn)誤差（SD，對(duì)連續(xù)性

23、變量）；3）測定假定效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)期望力度用表示；4）顯著性水平，用a表示。前兩個(gè)因素對(duì)特定實(shí)驗(yàn)是專一的，而后兩個(gè)因素一般為慣例固定的。一般來說，研究人員希望看到差別的樣本越小或群體變異性越大，觀察到顯著性差異的樣本量一定越大。我們可以從專業(yè)網(wǎng)站上得到計(jì)算樣本量大小的服務(wù)： ,/hyperstat/power.html/rlench/power/index.htmlwww.zoology.ubc.ca/-krebs/power.html.uk/hbook14.htm幾個(gè)計(jì)算公式：1、二分變量（比率或百分率）N=C（PcQc-PeQe）/d2-2/d +22、連續(xù)變量N=1+2C（s/d）2 用于研

24、究比較兩組的平均值 舉例： 二分變量（比率或百分率）這里pc是對(duì)照組中某事件發(fā)生百分率，pe是實(shí)驗(yàn)組中某事件發(fā)生百分率。qc=1pc ，qe=1pe，d是pc和pe之間的差別，以一個(gè)正值表示，C是一個(gè)常數(shù)根據(jù)和選定的值而定，可通過查表而得。舉一個(gè)例子,來說明該公式的應(yīng)用。假如，以前的研究告訴我們，某一品系的大鼠老年時(shí)腫瘤的發(fā)生率是20%，而實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)解決的問題是是否同一品系大鼠經(jīng)某化合物處理會(huì)在老年時(shí)增加腫瘤的發(fā)生率。這時(shí)假定化合物處理動(dòng)物后老年時(shí)腫瘤發(fā)生率增加到50%，探測到這種增加的幾率為80%，測試是在P=0.05的顯著性水平進(jìn)行（即力度為0.8，=0.05）查得常數(shù)C=7.85，用公式1

25、可計(jì)算出實(shí)驗(yàn)每組用動(dòng)物數(shù)為31.07或約32只，總共64只動(dòng)物。 舉例：連續(xù)變量 這里S是變量的群體標(biāo)準(zhǔn)誤估算值，d是研究者期望測得的差別即所說的效應(yīng)水平，C是一個(gè)根據(jù)（顯著性水平）和（力度）查表得到的常數(shù)。舉個(gè)例子,假定在一個(gè)影響體重的實(shí)驗(yàn)中，大鼠在某一個(gè)年齡的平均體重是400克，SD為23克，某一減少食欲的化學(xué)物質(zhì)用來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以了解該化合物是否會(huì)改變大鼠的體重。同時(shí)假定研究人員在處理組和對(duì)照組之間能以90%的力度測得大鼠體重20克的減少，并且顯著性水平為5%，查得常數(shù)C為10.51，用雙側(cè)非配對(duì)t檢驗(yàn)（用雙側(cè)是因?yàn)榛衔镆部赡茉黾芋w重），可根據(jù)公式2計(jì)算出每組所用動(dòng)物數(shù)量為28.8只，即大

26、約整個(gè)實(shí)驗(yàn)需要用60只大鼠（302）。六、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中輔助變量的應(yīng)用1、輔助變量的定義2、輔助變量在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用1）完全隨機(jī)化設(shè)計(jì)2）隨機(jī)化模塊設(shè)計(jì)3、引入統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的輔助變量4、利用輔助變量判斷局外數(shù)據(jù)5、利用輔助變量評(píng)價(jià)隨機(jī)化過程6、利用輔助變量評(píng)價(jià)觀測的一致性7、利用輔助變量解釋實(shí)驗(yàn)之間的差異1、輔助變量的定義除實(shí)驗(yàn)中限定或主要目的反應(yīng)變量外，可以收集的其他變量的總稱，它與目的反應(yīng)變量不一定有直接關(guān)系，包括被記錄但在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中不利用的變量，以及不引入到對(duì)主要實(shí)驗(yàn)反應(yīng)變量正規(guī)分析中的變量。但往往這些記錄的 變量在實(shí)驗(yàn)的分析和解釋時(shí)起到輔助的作用。記錄所有觀察到的變量作為實(shí)驗(yàn)過程的一部

27、分，保存所有動(dòng)物個(gè)體的信息作為實(shí)驗(yàn)記錄的一部分是非常重要的。實(shí)際上，不能確定動(dòng)物及其相關(guān)的個(gè)體信息會(huì)嚴(yán)重限制信息用于實(shí)驗(yàn)的可能性。2、輔助變量在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要目的一是保證所測變量的任何差異是由處理造成的，而不是其他非對(duì)照變量引起；另一個(gè)目的是通過控制確定的變量在盡可能小的范圍內(nèi)，減少所測反應(yīng)的變異性，這樣對(duì)處理效應(yīng)的評(píng)介更準(zhǔn)確。1)完全隨機(jī)化化設(shè)計(jì)完全隨機(jī)化設(shè)計(jì)依賴于用一個(gè)保證每只動(dòng)物有均等可能接受任何處理的過程，將處理分配給實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。處理動(dòng)物的順序也應(yīng)是隨機(jī)化過程的一部分，以保證所有處理動(dòng)物和處理時(shí)間以及反應(yīng)測量之間的差別以均等的幾率散布在所有的處理組中。只有這樣才有可能

28、對(duì)實(shí)驗(yàn)差異和可能的偏差減少到最小，從而得到可靠的結(jié)果。但是如果實(shí)驗(yàn)用的動(dòng)物之間本身差別就比較大，而實(shí)驗(yàn)用的動(dòng)物數(shù)量又較少，那么隨機(jī)化的過程本身就可能在組間引入了不能接受的差別，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)差異可能很大以至于在處理組之間不能探測到什么差別。在這個(gè)時(shí)候輔助變量（性別、體重等）的應(yīng)用可以幫助我們進(jìn)行組別的動(dòng)物分配，達(dá)到完全隨機(jī)化想要達(dá)到的目的。2）隨機(jī)化模塊設(shè)計(jì)分模塊是為了控制一個(gè)或更多獨(dú)立變量，并用來指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行一定操作的方法。這些獨(dú)立的變量可能是實(shí)驗(yàn)用動(dòng)物的特征（如性別、或窩仔）或是實(shí)驗(yàn)的環(huán)境因素（如，籠或架上的有效空間）。實(shí)驗(yàn)者可以將動(dòng)物分成組（模塊），各組（模塊）內(nèi)的動(dòng)物盡可能在這些特征方面一

29、致。這種分組相關(guān)特征的選定，是根據(jù)實(shí)驗(yàn)者對(duì)它可能效應(yīng)的知識(shí)背景而定。一般來說，社會(huì)和環(huán)境效應(yīng)主要來自于群居結(jié)構(gòu)，與動(dòng)物的品系、年齡和性別有關(guān)，并可影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。例如：動(dòng)物可以分成雌性組和雄性組，年輕和年長組，體重大和小組。甚至，如果實(shí)驗(yàn)用的動(dòng)物一開始就是一個(gè)均勻的單一組（如40只小鼠品系一致、年齡一致，體重在有限小的范圍內(nèi)），飼養(yǎng)的每籠數(shù)量有一定限制，如每籠飼養(yǎng)不能多于10只，那么籠盒就成了一個(gè)重要的變量，因?yàn)轲B(yǎng)在一個(gè)籠內(nèi)的小鼠相似的方面比起與別的籠盒內(nèi)的小鼠相似的更多。在同一天的同一時(shí)刻處理所有的動(dòng)物或測量反應(yīng)是不可能辦到的，這種情況下，處理或測量的時(shí)刻就成為可能影響結(jié)果的重要變量，也是實(shí)

30、驗(yàn)者應(yīng)該控制和在設(shè)計(jì)中考慮分模塊的可能因素。 3、引入統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的輔助變量1）協(xié)變量分析指那些可以測量但不容易控制又影響反應(yīng)的變量。在統(tǒng)計(jì)學(xué)分析時(shí)可以采用變形的方式減少它對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。例如，實(shí)驗(yàn)中觀察某個(gè)指標(biāo)的增加情況，可以在統(tǒng)計(jì)學(xué)分析中以增加的百分率形式進(jìn)行比較，可以減少初始值差異對(duì)結(jié)果的影響。2）多次測量在許多實(shí)驗(yàn)中動(dòng)物都是天天觀察和測量。這種多次測量，實(shí)際上可以將測量的錯(cuò)誤“平均掉”，從而增加分析的精確度。許多情況下，簡單地將多次測量的數(shù)據(jù)總和起來就可以了。例如，整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間動(dòng)物體重的增加可將每天動(dòng)物體重增加的數(shù)據(jù)總和，另一些情況，表現(xiàn)為反應(yīng)線的斜率、反應(yīng)峰值時(shí)間、或曲線下的面積?？傊捎枚啻螠y量，得到數(shù)據(jù)的一個(gè)完整集合形成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一部分，并可能通過適當(dāng)?shù)姆治鎏峁┫嚓P(guān)的信息。3）多變量分析在有些動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，每只動(dòng)物測量好幾個(gè)不同的特征。例如，10個(gè)以上的血液特征參數(shù)被同時(shí)測定，在涉及基因微陣列的實(shí)驗(yàn)中，在一個(gè)個(gè)體中幾千個(gè)特征要被測定，那么這時(shí)多變量分析的方法就值得去采用。4、利用輔助變量探測局外數(shù)據(jù)局外數(shù)據(jù)或極端數(shù)據(jù)，對(duì)分析有不利的影響，擾亂統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果，導(dǎo)致產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)論。但不幸的是，對(duì)于這些數(shù)據(jù)的探測和判定和處理還沒有一個(gè)明確的解決辦法。有些局外數(shù)據(jù)是轉(zhuǎn)抄或輸入的錯(cuò)誤，可以通過追查記錄