實驗動物的選擇和利用

實驗動物的選擇和利用廣東藥學院實驗動物中心主要內(nèi)容第一節(jié)實驗動物選擇基本原則第二節(jié)論文中動物實驗的描述第三節(jié)醫(yī)藥研究中實驗動物的選擇和應(yīng)用第四節(jié)其它研究中的動物選擇第一節(jié)實驗動物選擇基本原則一、根據(jù)課題研究的目的、內(nèi)容、水平，選用相匹配的標準化動物。一切動物實驗都是為科學研究服務(wù)的，選擇實驗動物，首要的就是要根據(jù)研究的內(nèi)容來選擇實驗動物。蛙的大腦不發(fā)達，不可作為高級神經(jīng)活動的實驗，但蛙的脊髓具有最簡單的反射中樞，做神經(jīng)反射弧實驗，簡單、直觀、明確、容易分析。二、必要的預試驗有助于選擇與本課題相適應(yīng)的實驗動物。動物預試驗的作用在于：1.初步觀察動物是否適宜于本項目的研究2.熟悉動物的生物學特性及飼養(yǎng)管理3.檢查與動物實驗配套的實驗條件、方法是否初步到位三、充分利用與人具有某種相似性的實驗動物絕大多數(shù)生物學與醫(yī)學研究的最終目的是要為人類服務(wù)的。因此在實際可能的情況下，盡量選擇那些生物學特征及解剖生理特點等與人類類似的實驗動物。一般來說，實驗動物愈高等，進化程度愈高、其機能、代謝、結(jié)構(gòu)愈復雜，反應(yīng)就愈接近人類，猴、拂拂、猩猩、長臂猿等靈長目動物是最近似于人類的理想動物。但實驗動物中，并非僅靈長類動物在生物學特性、解剖生理特點等方面與人具有相似性。猴、狗、大鼠與人在藥物代謝方面的相似性1、結(jié)構(gòu)功能的相似性動物與人相似性很相似相似有些相似總體猴1215431狗6121432大鼠11317312、時象或年齡狀態(tài)的相似性3.群體分布的相似性在以群體為對象的研究課題,有時要考慮到選擇與人群基因型及表現(xiàn)型分布類型相似的動物類別。主要是一些封閉群動物，如:KM小鼠,Wistar大鼠,畢格犬等。人類封閉群動物群體分布相似4.生態(tài)或健康狀況的相似性在正常生命過程的研究中，找到與人類生態(tài)情況相似的替代模型非常重要?，F(xiàn)有的不同微生物學質(zhì)量級別的普通動物、清潔動物、SPF動物、無菌及悉生動物分別代表著不同的微生態(tài)模式并具有不同特點,適用于不同研究目的。5.疾病特點的相似性

實驗動物有許多自發(fā)或誘發(fā)性疾病能局部或全部地反映與人類類似的疾病過程及特點，可用于研究相關(guān)的人類疾病。6、操作實感的相似性

外科手術(shù)性的操作模型中或教學示教中,常選擇體型較大的動物。1、差異性原則由于物種之差異，各種動物之間存在基因型、組織型、代謝型、易感性等方面的差別，這種差異有時可作為研究課題所需的一種指標或特殊條件。四、其他實驗動物選擇原則

如：對毒性或抑制機制的敏感性的差異常被利用于藥物尤其是抗菌、抗腫瘤藥物的研究，這類差異越大則藥物特異性越強。利用這一特點，人們可能找對人類毒性小而對病原微生物或腫瘤細胞殺傷力強的藥物。又如，免疫缺陷模型在組織排斥反應(yīng)上的差異，使得同種異體移植或異種異體移植得以實現(xiàn)。2、易化原則進化程度高或結(jié)構(gòu)機能復雜的動物有時會給實驗條件的控制和實驗結(jié)果的獲得帶來難以預料的困難。應(yīng)依據(jù)易化原則選擇那些結(jié)構(gòu)功能簡單而又反映研究指標特質(zhì)的動物。例如：在遺傳研究中，用壽命短、繁殖快的果蠅取得了豐碩的成果，而同樣方法若改用靈長目動物其難度是很難設(shè)想的。有時為了刪除系統(tǒng)作用背景對某器官或某功能進行研究，可用離體方法進行。3、相容或匹配原則

所謂“相容”或“匹配”是指所用動物的標準化品質(zhì)應(yīng)與實驗設(shè)計、技術(shù)條件、實驗方法等條件相適應(yīng)。在設(shè)計實驗時不但要了解實驗儀器精度和靈敏性能．了解試劑的品質(zhì)、性能以及試劑和儀器之間的匹配性能，也要了解動物或動物模型對實驗手段的反應(yīng)能力。避免應(yīng)用高精儀器、試劑和低品位動物或低反應(yīng)性能匹配，或用低性能測試手段與高反應(yīng)性動物相匹配的不相協(xié)調(diào)的配合。4、易獲性原則

易獲性是理想的實驗動物條件之一。雖然貓、狗、豬及靈長動物居于較高進化水平，各有其研究價值，尤其是靈長類動物在許多方面有不可替代的優(yōu)越性。然而這些大動物則往往由于其較長生殖周期，低繁殖率或產(chǎn)仔率等弱點而影響其易獲性，因而亦影響其被選用，故通常不作首選。從Little1901年育成第一株近交小鼠至今，已有常用近交系小鼠260多系，近交大鼠100多系，30多系近交地鼠，還有近交系鼠和近交免。此外，還有許多嚙齒目封閉群、突變系、雜交系動物可供選擇。這些動物因其繁殖周期短，多胎性等特點，使其非常易獲，且又是小型哺乳動物，在進化上比其他綱的脊椎動物要優(yōu)越，而且有豐富而清楚的背景資料、文獻索引、價低、分布又廣，故為實驗的良好選擇。??????5、重現(xiàn)性、均一性原則

重現(xiàn)性和均一性為實驗結(jié)果質(zhì)量品質(zhì)所在。若實驗結(jié)果不能再現(xiàn)或不穩(wěn)定，則該結(jié)果的可靠性便成了問題。理論上說一定的基因型產(chǎn)生一定的表現(xiàn)型和演出型。因此，選擇基因型一致或相似是保障重現(xiàn)性和穩(wěn)定性的重要措施。一般情況下近交系動物的生物反應(yīng)穩(wěn)定性、實驗重復性都較封閉群好。F1代雜交群在一定程度上兼有近交系和遠交群的特點。封閉群動物雖然能較好地代表自然群體，但群與群之間有時存在有差異。因而在重現(xiàn)性上都有一定問題。周圍環(huán)境與發(fā)育環(huán)境是影響實驗動物表現(xiàn)型、演出型的重要因素。營養(yǎng)因素對胚胎影響、不同微生態(tài)環(huán)境、動物的疾病狀況等等，都會影響實驗反應(yīng)穩(wěn)定性，故也是選擇實驗動物的重要指標。genotype基因型

phenotype表現(xiàn)型

dramatype演出型發(fā)育環(huán)境developmental周圍環(huán)境proximate五、動物實驗結(jié)果的外推大多數(shù)生物學與醫(yī)學研究的最終目的是要為人類服務(wù)的。因此動物模型和動物實驗結(jié)果都要外推到人身上去，這就是動物實驗結(jié)果的外推（extrapolation）。因為動物與人不是同一種生物，加之不同的動物有不同的功能和代謝特點，所以肯定一個實驗結(jié)果最好采用兩種以上的動物進行觀察比較。所選的實驗動物中一種為嚙齒類動物，另一種為非嚙齒類動物，如藥物毒性試驗。常用的實驗序列是小鼠、大鼠、狗、猴或小型豬。六、不同規(guī)格實驗動物的選用1、年齡實驗動物的年齡不同，其生物學特性也不同。2、體重實驗動物的體重與年齡有一定的相關(guān)性，在正常營養(yǎng)狀態(tài)及飼養(yǎng)條件下，也可根據(jù)體重加以選擇，發(fā)育正常、體重符合要求的實驗動物。3、性別許多實驗證明，同一品種（系）動物不同性別對許多外界刺激的反應(yīng)不一致，對實驗結(jié)果的影響不同。

一般來說，無特殊要求宜選用雌雄各半。

♂≠♀七、實驗動物的選擇和應(yīng)用要注意有關(guān)國際規(guī)范和動物福利國際上普遍要求動物實驗達到實驗室操作規(guī)范（Goodlaboratorypracitice，GLP）和標準操作程序（Standardoperatingprocedure，SOP）。同時國際上廣泛宣傳3R原則。第二節(jié)論文中動物實驗的描述品種、品系的名稱微生物質(zhì)量來源合格證號性別年齡體重數(shù)量實驗和飼養(yǎng)環(huán)境動物實驗處理方式第三節(jié)醫(yī)藥研究中實驗動物的選擇和應(yīng)用第一部分：藥理學研究中的選擇一、藥效學二、藥物代謝動力學（藥物正常濃度范圍代謝動力學）三、一般藥理學（主要藥效學外的其他藥理作用，又叫安全藥理，現(xiàn)規(guī)到毒理學研究范疇）

一、主要藥效學

《新藥藥效學研究技術(shù)指導原則》（一）總的要求：1、方法體內(nèi)體外兩種以上試驗方法證明主要藥效，其中一種必須是整體的正常動物或模型動物。實驗模型必須能反映藥理作用的本質(zhì)。無法滿足上述動物和模型要求時，應(yīng)予以充分說明理由，改用其它模型。2、指標應(yīng)能反映主要藥效作用的藥理本質(zhì)客觀，能定量或半定量。3、劑量應(yīng)做出量效關(guān)系，盡量求出ED50，或有效劑量范圍。量效關(guān)系不明確的藥物應(yīng)說明原因。4、給藥方法應(yīng)采用擬推薦臨床應(yīng)用的給藥方法。如該法在動物上無法實施時，應(yīng)予說明，改用他法。5、對照應(yīng)有空白對照和巳知標準陽性藥物或治療措施對照。（二）有關(guān)說明：1、動物選擇一般選擇的動物應(yīng)是品系清楚、成年、健康、雌雄各半、符合實驗動物管理要求、且對藥效學反映敏感的動物。但同時要注意對動物年齡、性別、種屬的選擇。2、模型的建立3、分組：單組比較設(shè)計：同一個體的前后觀測指標比較，消除了個體差異。配對比較設(shè)計：將性質(zhì)相同的動物為一對，配成若干對，再將一對動物隨機分配在兩組，取得均衡實驗。減少誤差和個體差異。完全隨機設(shè)計拉丁方設(shè)計：適用于多因素實驗。正交設(shè)計：多因素、多水平的實驗。4、劑量(一)最小有效量：藥物達到開始出現(xiàn)藥效的劑量。

(二)極量：是指安全用藥的極限劑量。

(三)治療量(常用量)：治療量是指臨床常用有效劑量范圍。它比最小有效量要高，又比藥物極限量要低。

(四)最小中毒量：最小中毒量是指藥物已超過極量，使機體開始出現(xiàn)中毒的劑量。

(五)中毒量：中毒量是指大于最小中毒量，使機體中毒的劑量。(六)致死量：致死量是引起機體死亡的劑量。(七)藥物的安全范圍：是指最小有效量與極量之間的范圍。安全范圍廣的藥物，其安全性大；安全范圍窄的藥物，其安全性小。以上是臨床應(yīng)用的各種劑量。此外，在實驗研究中，還要引用統(tǒng)計學計算的兩種劑量：半數(shù)致死量(LD50)及半數(shù)有效量(ED50)。（1）給藥量的確定參考結(jié)構(gòu)和作用相似的藥物劑量作為應(yīng)用劑量或者以小鼠中毒劑量或致死劑量的1/5或1/10作為應(yīng)用劑量按等比關(guān)系設(shè)立至少3個劑量組進行動物實驗考慮動物種屬，年齡，給藥途徑調(diào)整給藥劑量。（2）人與動物及各類動物間藥物劑量的換算按體表面積計算A=K×(W2/3/10000)A：體表面積（m2）；W：體重(g);K：體表面積系數(shù)小鼠大鼠豚鼠家兔貓犬猴人K9.19.19.810.111.211.810.52、支氣管哮喘最常用的是大鼠、豚鼠、狗。豚鼠的支氣管平滑肌對致痙劑和藥物反應(yīng)敏感。3、祛痰藥研究選用雄性小鼠、兔或貓。4、大鼠可以用做實驗性肺纖維化、矽肺、肺水腫研究。5、豚鼠可用做結(jié)核桿菌、白喉桿菌研究。

（五）神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究：1、鎮(zhèn)痛藥一般用大鼠或小鼠，但熱板法一般不用于雄性動物，因為雄性動物陰囊對熱敏感。2、研究神經(jīng)傳導首選貓。3、沙鼠因為Willis動脈環(huán)不完整，結(jié)扎一側(cè)總動脈，沙鼠出現(xiàn)腦梗塞。沙鼠還可以作為自發(fā)性癲癇模型。4、家兔頸部減壓神經(jīng)、、迷走神經(jīng)、交感神經(jīng)獨立行走，可以用來研究減壓神經(jīng)對心臟的作用。5、DBA/2N小鼠（35日齡）聽源性癲癇發(fā)生率為100%。C3H/eN小鼠對脊髓灰質(zhì)炎病毒Lan-sing株敏感。C57BL/KalWN小鼠有先天性腦積水。6、研究嗎啡的時候注意，嗎啡對小鼠和貓表現(xiàn)為中樞興奮作用，而對犬、兔、猴、大鼠、人表現(xiàn)為中樞抑制。7、靈長目用于行為學研究。8、樹鼩的神經(jīng)系統(tǒng)有特色，對它進行腦外科手術(shù)，無須麻醉樹鼩也可以忍受切割皮膚、肌肉、硬腦膜等引起的疼痛。表現(xiàn)僅為流口水，而不掙扎。9、抗焦慮藥研究一般選用成年健康小鼠、大鼠、兔等。長期實驗應(yīng)選用雄性動物為好，因為雄性動物耐受性強?？挂钟羲幙蛇x用小鼠、大鼠，其次為狗、豬。（六）內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病研究：有多種基因突變動物1、自發(fā)性糖尿病小鼠：糖尿病基因（diabetes),為4號染色體隱性突變基因。發(fā)現(xiàn)于C57BL/KsJ小鼠。純合子糖尿病伴有肥胖癥。多食、多飲、多尿，高血糖，尿糖，胰島素分泌過多。短壽，純合子一般不孕。自發(fā)性糖尿病小鼠2、肥胖癥大鼠：肥胖基因（obese),為6號染色體隱性突變基因。純合子單純肥胖，或伴有輕度糖尿病，4周齡就表現(xiàn)肥胖，8~9月齡可達峰值70g，40周齡是正常大鼠的2倍。一度有中高血糖，但隨后自行消失。免疫反應(yīng)水平降低3周齡就表現(xiàn)肥胖。3、Dwarf小鼠：矮小基因(dwarf)1929年Snell發(fā)現(xiàn)。純合子腦下垂體前葉缺損，幾乎不分泌生長激素，腎上腺素分泌水平很低，睪丸和卵巢發(fā)育不正常，雌雄都無繁殖能力。發(fā)育到10日齡就明顯小于正常小鼠，到20日齡體重不再增加，體重僅為正常小鼠1/3。與之類似還有af(amesdwarf)基因。Dwarf小鼠4、尿崩癥大鼠：尿崩癥基因(diubetesinsipidus)3號染色體隱性基因。純合子下丘腦病變使加壓素和抗利尿激素分泌減少。癥狀為煩渴、多尿、尿滲透壓低，是遺傳性下丘腦尿崩癥良好模型。做有關(guān)代謝試驗是，宜選擇雄性動物，因便于收集尿液。腎上腺皮質(zhì)激素類藥物研究可選用大鼠、小鼠。H1受體激動藥物或阻斷藥物研究首選是豚鼠，其次為大鼠，雌雄各半。（七）計劃生育藥物研究注意動物生殖生理特點：繁殖周期：狗春秋二季季節(jié)性單發(fā)情；貓春秋二季季節(jié)性多次發(fā)情；大小鼠、豚鼠、家兔常年多次發(fā)情；獼猴有月經(jīng)周期。排卵方式：兔、貓、駱駝?wù)T導排卵；其他自發(fā)排卵。發(fā)情周期：發(fā)情前期、發(fā)情期、發(fā)情后期、發(fā)情間期。終止中期妊娠藥物或子宮收縮藥物的研究常選用雌性大鼠、豚鼠、家免、貓。女用避孕藥常選用雌性大鼠、倉鼠、家兔及獼猴，且盡可能選用近交系動物。男用避孕藥常選用雄性近交系大鼠或獼猴。第二部分:藥物毒理學及制劑安全性試驗中實驗動物的選擇和應(yīng)用20世紀60年代的“反應(yīng)?！笔录磻?yīng)停（Thalidomide）是西德一家制藥公司50年代末期生產(chǎn)的一種鎮(zhèn)靜催眠藥，具有止吐作用。孕婦在懷孕一二個月時，往往會產(chǎn)生強烈的妊娠反應(yīng)，服用這種藥后，能暫時減輕妊娠反應(yīng)。1959-1962年，歐洲19國和日本相繼出生了12000多名手腳異常的畸形嬰兒。這種嬰兒手腳比正常人短，形狀如海豹甚至根本沒有手腳。倫茲博士對這種怪胎進行了調(diào)查，于1961年發(fā)表了“畸形的原因是催眠劑反應(yīng)停”的結(jié)論，使人們大為震驚，并引起各國政府相關(guān)部門的高度重視。反應(yīng)停引起的肢體畸形一、急性毒性實驗指動物一次或24小時內(nèi)多次給予大劑量藥物后，觀察：LD50、毒性靶器官、中毒表現(xiàn)等。一般選擇小鼠、有時也選擇大鼠。一類新藥，還要求增加犬或猴實驗。小鼠體重18-22g，同次試驗體重相差不超過4g，大鼠體重120-150g，次試驗體重不超過20g；狗用成年狗。雌雄各半。小動物要求4-6組，每組至少10只；狗6條。二、長期毒性實驗指是反復多次給藥于動物，觀察藥物對動物的毒性反應(yīng)，一般是指連續(xù)給藥14天以上，一般在3個月以內(nèi)，特殊情況可在3個月以上。過去將長期毒性試驗分別叫過亞急性毒性試驗、亞慢性毒性試驗、慢性毒性試驗和終生毒性試驗。要求兩種動物，一種為嚙齒類，首選大鼠。另一種為犬，首選Beagle犬。雌雄各半3個劑量組，大鼠每組至少10只，犬每組4只。實驗時間越長，需要動物越多。三、特殊毒性實驗包括：生殖毒性實驗；致突變實驗；致癌實驗生殖毒性實驗包括一般生殖毒性實驗、致畸敏感期實驗、圍產(chǎn)期毒性實驗。不同種屬動物要求至少兩種動物。嚙齒類可用小鼠、大鼠、倉鼠等，非嚙齒類兔、犬及靈長類。常用大鼠和兔。致突變實驗一般用小鼠。現(xiàn)在各國致力于替代實驗。致癌實驗一般選擇小鼠或大鼠，如A系小鼠，F(xiàn)344大鼠。長期致癌試驗對實驗動物要求很高，必須提供動物飼養(yǎng)場5年內(nèi)該品系大、小鼠的癌癥自發(fā)率數(shù)據(jù)。對環(huán)境要求也很高，動物應(yīng)飼養(yǎng)在SPF環(huán)境中，要排除一切其它致癌因素?；蚯贸∈螅缫职┗騊53和lats的基因敲除小鼠，對致癌物質(zhì)更為敏感，作為長期致癌試驗的實驗動物將有更大的應(yīng)用前景。新藥安全性評價中常用的實驗動物

實驗名稱 動物備注急性毒性小鼠、大鼠嚙齒類常用小鼠，有時也可以用非嚙齒類的犬和猴慢性毒性大鼠、犬、猴主要是大鼠和犬，其他動物根據(jù)敏感性選擇安全藥理小鼠、大鼠、犬局部給藥毒性實驗眼刺激家兔皮膚刺激家兔、大鼠過敏實驗豚鼠、大、小鼠大、小鼠通常用于被動過敏實驗，豚鼠用于全身主動過敏實驗血管、肌肉刺激實驗兔子腔道（黏膜）刺激實驗兔子、大鼠、倉鼠光毒性豚鼠、小鼠毒代動力學大鼠、犬依賴性試驗小鼠、大鼠、猴免疫毒性小鼠、大鼠、犬、猴免疫原性也常用家兔和豚鼠生殖毒性大、小鼠、家兔致癌試驗大鼠、小鼠致突變試驗小鼠四、制劑安全性試驗1、過敏實驗：豚鼠2、熱原實驗：家兔3、異常毒性實驗：小鼠4、降壓物質(zhì)檢查：貓，升壓物質(zhì)檢查：大鼠第四節(jié)其它研究中的動物選擇一、創(chuàng)傷學研究（一）燒傷豬、犬、家兔、大鼠、小鼠