实验动物学第八章实验动物的选择和应用

第八章实验动物的选择和应用第一节实验动物的选择原则第二节实验动物在药理学研究中的应用第三节实验动物在药物安全性评价中的应用第四节实验动物在免疫学研究中的应用第五节实验动物在实验肿瘤学研究中的应用第六节实验动物在遗传学研究中的应用第七节实验动物在病毒学研究中的应用2第一节实验动物的选择原则一、根据与人相似性的原则选择动物1.选用在整体上与人的结构、功能及进化程度相似的实验动物灵长类病原微生物的感染谱猕猴的生殖生理生物药品的长期毒性试验2.选用在局部与人的系统、器官结构、功能相似的实验动物犬、猫的血液循环、神经系统猪的皮肤结构、心血管系统蛙的反射弧实验2020/1/2832020/1/28巴马小型猪皮肤和人皮肤的比较A巴马小型猪，B人42020/1/28猴、犬、大鼠与人在药物代谢方面的相似性动物种类与人相似性强中弱-无合计猴1215431犬5121431大鼠11317312020/1/283.选用群体分布与人相似的实验动物以群体为对象的研究课题，要选择群体基因型、表现型分布与人相似的实验动物。如作药物筛选和毒性试验时，除了应考虑人类与实验动物群体在代谢类型上的差异外，通常以封闭群模拟自然群体基因型，因为封闭群动物既保持其个体基因的杂合状态，又保持其群体基因频率的稳定性。近交系动物由于其基因高度纯合，表型一致，因而对试验刺激也一致。但是对于同一种实验刺激，不同近交系由于其遗传组成不同，因而对实验刺激的敏感性也不同，有的品系高，有的品系低，它不能反映人作为基因杂合状态下对实验刺激的反应，因而一般药物筛选和毒性试验不选用近交系。6封闭群的实验数据：因为群体内个体差异，表现为标准差大，但它反映了种属对刺激的反应。近交系的实验数据：因为群体内个体差异极小，表现为标准差小，但同一刺激对不同近交系反应不同，有的高，有的低，它仅反映某个基因型对刺激的反应。封闭群与近交系实验结果的比较示意图封闭群近交系A近交系B正常组实验组2020/1/2874.选用与人类疾病特点相似的实验动物同一种病因/病原对不同动物（包括人）的致病作用各不相同，有的差异很大，而有的却非常相似。要寻找与人类有关疾病相似或接近的自发或诱发性疾病动物模型，选择合适的疾病动物模型进行实验研究。中国仓鼠易产生自发性糖尿病自发性高血压大鼠（SHR）2020/1/28选用遗传工程动物疾病动物模型的注意点由于人类的许多疾病是多基因遗传，而目前基因修饰技术仅是增加或敲除1个基因，其表型只是部分模拟和类似于人某些疾病的临床表现和病理改变；另外，一个基因产物在体内不同器官的表达会产生不同的生物学效应，增加或敲除1个基因除了产生我们预期的特定疾病的部分临床表现外，还可能产生其它方面的病理改变，这从遗传角度阐明和解释某些疾病的发病机理上有一定的局限性。82020/1/289二、根据解剖和生理学特点选择实验动物1.选用解剖特点符合实验目的和要求的动物兔的胸腔结构兔的减压神经犬和兔的甲状旁腺大鼠、仓鼠无胆囊2.选用生理特点符合实验目的和要求的动物犬的红绿色盲兔对致热原十分敏感犬和猫对呕吐反应敏感豚鼠易于致敏致敏比较：豚鼠兔犬小鼠猫青蛙豚鼠对维生素C缺乏敏感家兔对射线十分敏感2020/1/28103.选用体型和脏器大小符合实验目的和要求的动物动物体型大小决定了脏器的大小。充分考虑获得的样品数量能否满足试验的需要。在药物代谢动力学研究过程中，选择大鼠或犬。为临床操作打基础，应选用与临床操作较接近的动物。如模拟人类心脏移植手术操作的动物实验，由于猪的心脏形态大小与人很接近，常选择猪进行实验；做胎儿围产期实验，用孕羊较好，因羊一胎产仔1～2只，且大小体重与人类相似。2020/1/28114.注意某些药物在不同动物身上有不同反应吗啡：犬、兔、猴、大鼠和人应用吗啡后产生中枢抑制，而小鼠和猫则是兴奋作用。降血脂药安妥明：可使家犬下肢瘫痪，而对猴及其它动物不能引起这样的副作用。苯可引起兔白细胞减少及造血器官发育不全，而对犬却引起白细胞增多及脾脏和淋巴结增生。苯胺及其衍生物对犬、猫和豚鼠能引起与人相似的病理变化，产生变性血红蛋白，但对兔则不易产生变性血红蛋白，在鼠则完全不产生。性激素可使犬易发生化脓性子宫内膜炎而死于败血症。2020/1/2812三、根据标准化的原则选用实验动物野生动物：•不易获得年龄、体重一致的一批动物•遗传背景不清•健康状况有差异•机体反应性不一致标准化实验动物•具有明确的遗传背景•排除细菌、病毒、寄生虫和潜在疾病的影响•排除环境因素的影响•减少实验误差，提高结果的科学性和准确性•能得到国际上的承认2020/1/2813四、选用的动物品系应符合实验要求不同品系代表实验动物的不同遗传基因型，因而具有不同的生物学特性，对同一刺激的反应差异很大，在选择时必须注意。内源性激素：A系小鼠的促性腺激素含量比DBA小鼠低1.5倍。外源性激素：C57BL小鼠对肾上腺皮质激素的敏感性比DBA及BALB/c小鼠高12倍。酶活性：A系小鼠肝脏的β葡萄糖酸活性只有C3H小鼠的十几分之一。用激素超排卵：C57BL/6J属高排卵品系，而BALB/c属低排卵品系。2020/1/2814物理因素：35日龄DBA/2小鼠对音响刺激非常敏感，闻电铃声后可出现特殊的发作性痉挛，甚至死亡，而C57BL小鼠却根本不会出现这种反应。化学试剂：对相同浓度的氯仿，DBA/2雄性小鼠死亡率为75%，DBA/1为51%，C3H为32%，BALB/c为10%。病毒感染：DBA/2及C3H小鼠对新城疫病毒（Newcastlevirus）的反应和DBA/1小鼠完全不同，前者引起肺炎而后者引起脑炎。自发性肿瘤：C57BL/6J、BALB/c等为低发乳腺癌品系，而C3H雌鼠乳腺癌自发率达90%，AKR小鼠白血病自发率达65%。2020/1/2815实验动物种类最长寿命（年）平均寿命（年）猩猩3720狒狒2415猴3010犬2010猫3012家兔158豚鼠75大鼠53小鼠32猪2716山羊189五、选用的动物年龄和体重应符合实验要求选择不同动物的寿命2020/1/2816与人性成熟期相对应的动物年龄2020/1/2817应根据实验目的来选择适龄动物一般实验采用性成熟前后生长发育期的成年动物成年实验动物体重一般为：小鼠：18-22g，大鼠：180-220g，豚鼠：350-650g，兔：2-2.5kg，猫：1.5-2.5kg，犬：6-10kg长期试验选用幼龄动物小鼠：15-18g，大鼠：80-100g，豚鼠：150-200g，兔：1.5-1.8kg，猫：1.0-1.5kg，犬：6-8kg。老龄动物除了用作老年医学研究外，其他学科很少应用2020/1/2818注意事项根据年龄判断体重或根据体重判断年龄要注意品种品系的不同同批动物的年龄、体重尽可能一致，相差不应超过10%。在选择动物时，必须了解所选动物的寿命、怀孕期、哺乳期等一些指标，这些指标对保证研究工作的顺利进行及试验结果的分析是非常有用的。2020/1/28动物敏感性比较药物小鼠雄雌乙醇、氨基比林、氨基喋啶、氯仿、麦角固醇、烟碱大鼠雄雌肾上腺素、麦角、野白合碱、哇巴因、雄雌巴比妥类、印防已毒素、乙基硫氨酸、固醇类激素兔雄雌苯芘比猫雄雌二硝基苯酚犬雄雌地高辛19六、选用的动物性别应符合实验要求在药理学、毒理学实验研究中如无特殊要求，一般宜选用雌雄各半，以避免由性别差异造成的误差。动物性别对药物敏感性的比较2020/1/28下列动物实验可选用单性别1.与性别有关的解剖、生理、病理实验；2.与性别无关的解剖、生理、病理实验；3.已知药物作用与性别无关，如糖尿病、高血压；4.性器官对实验的影响，如热板法筛选镇痛药物时不用雄性小鼠。2020/1/2821七、选用的动物生理状态应符合实验要求动物的特殊生理状态如怀孕、哺乳等对实验结果影响很大。如非专门研究妊娠、哺乳等实验，应去除特殊生理状态的动物，以减少结果的个体差异。健康动物对刺激的耐受性较患病动物高。外购的实验动物，应适应性饲养、观察检疫3-7天，证实其身体健康后才开始实验。饥饿、衰竭、寒冷、炎热情况下，动物实验结果不稳定。应加强饲养管理，控制环境条件。2020/1/2822八、动物的易获得性及动物成本、饲养成本的综合考虑根据科研经费的预算，在宏观上估计不会影响实验结果的前提下，选择最易获得、最经济、最易饲养管理的实验动物进行实验研究。开题前做好调查，以免在实施计划时无法获得所需实验动物。2020/1/2823值得注意的是，在实验设计中，如何科学地选择实验动物应从多方面考虑。在结合上述选择原则和实际科研经费预算基础上，还应结合课题组实验室硬件和软件等条件综合考虑、权衡利弊，充分预计选择的实验动物对实验结果的影响。2020/1/2824第二节实验动物在药理学研究中的应用药理学包括药效学、一般药理学和药物代谢动力学等，除了小部分药效学研究可用体外或离体动物实验外，一般药效学和药物代谢动力学研究离不开整体动物实验研究。大部分药效学研究要使用动物模型选择何种动物，应参考上述的实验动物选择原则和实验的具体要求进行，如对动物进行长时间多次采样，则用小动物是不合适的。为了观察不同种属动物对药物的反应性，最好同时选用两种以上动物。2020/1/2825一、神经系统的药物研究作用于神经系统的药物研究一般使用健康成年的小鼠和大鼠，除非特定需要，一般不选用幼鼠或老年鼠。1.镇痛药研究：小鼠、大鼠、兔2.解热药研究：兔3.神经功能药研究：猫2020/1/2826二、心血管系统的药物研究1.抗心肌缺血和心率失常药物研究：犬、猫、兔、豚鼠2.降压药物研究：犬、猫、大鼠3.治疗心功能不全药物研究：犬、猫、豚鼠4.降血脂药物研究：大鼠、兔5.抗动脉粥样硬化药物研究：兔、鹌鹑6.调心功能药物研究：青蛙、蟾蜍2020/1/2827三、呼吸系统的药物研究1.镇咳药物研究：豚鼠、犬、猫2.支气管扩张药物研究：豚鼠3.祛痰药研究：雄性小鼠、兔或猫四、消化系统的药物研究1.胃肠解痉药物研究：大鼠、豚鼠、兔、犬2.催吐或止吐药物研究：猫、犬、鸽等2020/1/2828五、泌尿系统的药物研究六、内分泌系统的药物研究七、血液系统的药物研究八、精神药物研究九、计划生育药物研究2020/1/2829药物安全性评价是新药在上市前所必须做的一项研究，用以了解药物对各系统、器官脏器的毒性作用单次给药毒性试验多次给药毒性试验安全性药理试验遗传毒性试验生殖毒性试验免疫原性试验致癌试验毒代动力学试验第三节实验动物在药物安全性评价中的应用2020/1/2830（一）急性毒性试验急性毒性试验是通过单次或短时间内多次给药，了解动物所产生的毒性反应及其严重程度，为临床安全用药及监测提供参考。急性毒性试验一般用啮齿类小鼠。一般选用昆明种、ICR或NIH等封闭群，雌雄各半，体重18~22g（约4~5周龄），同批动物体重相差不超过4g。分为4-6个剂量组，各剂量组组距以0.65-0.85为宜。申报一类新药至少必须用两种动物，除了啮齿类动物外，化学药物非啮齿类用比格犬。犬用成年犬，体重8~10kg。2020/1/2831（二）长期毒性试验长期毒性试验是通过连续反复多次给药，观察动物出现的毒性反应，剂量与毒性的关系，主要靶器官是什么，毒性反应的性质和程度以及毒性反应是否可逆等。长期毒性试验要求用两种动物。啮齿类首选大鼠；非啮齿类动物当供试品为化学品时首选比格犬，当供试品为生物药品时，要用猴。大鼠可选用SD或Wistar大鼠，体重要求180~220g（约6~8周龄），体重差异应不超过平均体重的20%。试验周期在3个月以上，可选用120~160g（约5~6周龄）。每组雌雄各半。比格犬一般用6~12月龄，试验前适应观察2周，接种疫苗和驱除肠虫。猴子采用成年猴，3-5岁（3.5-6.5kg），试验前适应观察1个月，必要时需要接种疫苗和驱除肠虫。2020/1/2832一般设定3个剂量组。低剂量组目的是寻找动物安全剂量范围，为临床剂量设计作参考。此剂量下应不出现毒性反应。高剂量组目的是为寻