医学生物学研究中实验动物的选择和应用培训课件.ppt
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1、医学生物学研究中实验动物的选择和应用蛙的大脑不发达,不可作为高级神经活动的实验,但蛙的脊蛙的大脑不发达,不可作为高级神经活动的实验,但蛙的脊髓具有最简单的发射中枢,做神经发射弧实验,简单、直观、髓具有最简单的发射中枢,做神经发射弧实验,简单、直观、明确、容易分析。明确、容易分析。2医学生物学研究中实验动物的选择和应用必要的预实验有助于选择与本课题必要的预实验有助于选择与本课题相适应的实验动物相适应的实验动物动物预实验的作用:动物预实验的作用:l初步观察动物是否适宜于本项目的研究初步观察动物是否适宜于本项目的研究l熟悉动物的生物学特性及饲养管理熟悉动物的生物学特性及饲养管理l检测与动物实验配套的
2、实验条件、方法是否初步到位检测与动物实验配套的实验条件、方法是否初步到位3医学生物学研究中实验动物的选择和应用充分利用与人具有某种相似性的实验动物充分利用与人具有某种相似性的实验动物尽量选择生物学特性及解剖生理特点等与人类似的实验动物;尽量选择生物学特性及解剖生理特点等与人类似的实验动物;实验动物愈高等,进化程度愈高,其机能、代谢、结构愈复杂,实验动物愈高等,进化程度愈高,其机能、代谢、结构愈复杂,反应就愈接近人类。但在实验动物中,并非仅灵长类动物在生反应就愈接近人类。但在实验动物中,并非仅灵长类动物在生物学特性、解剖生理特点等方面与人类具有相似。物学特性、解剖生理特点等方面与人类具有相似。4
3、医学生物学研究中实验动物的选择和应用 猴、犬、大鼠与人在药物代谢方面的相似性 与人相似性 动物 很相似 相似 有些相似 猴 12 15 4 31 犬 6 12 14 32 大鼠 1 13 17 31时像或年龄状态与人的相似性5医学生物学研究中实验动物的选择和应用群体分布的相似性群体分布的相似性在以群体为对象的研究课题有时要考虑到选择与人群基因在以群体为对象的研究课题有时要考虑到选择与人群基因型及表现型分布类型相似的动物类别。主要是一些封闭群型及表现型分布类型相似的动物类别。主要是一些封闭群动物,如:动物,如:KM小鼠,小鼠,Wistar大鼠,比格犬等。大鼠,比格犬等。群体分布相似性群体分布相似
4、性6医学生物学研究中实验动物的选择和应用生态或健康状况的相似性生态或健康状况的相似性在正常生命过程的研究中,找到与人类生态情况相似的替代在正常生命过程的研究中,找到与人类生态情况相似的替代模型非常重要。现有的不同微生物学质量级别的普通动物、模型非常重要。现有的不同微生物学质量级别的普通动物、清洁级动物、清洁级动物、SPF动物及无菌及悉生动物分别代表着不同的微动物及无菌及悉生动物分别代表着不同的微生态模式并具有不同特点,适用于不同研究目的。生态模式并具有不同特点,适用于不同研究目的。7医学生物学研究中实验动物的选择和应用疾病特点的相似性疾病特点的相似性实验动物有许多自发或诱发性疾病,能局部或全部
5、反映与人类实验动物有许多自发或诱发性疾病,能局部或全部反映与人类类似的疾病过程及特点,可用于研究相关的人类疾病。类似的疾病过程及特点,可用于研究相关的人类疾病。操作实感的相似性操作实感的相似性外科手术性的操作模型中或教学试教中,常选择体型较大的动物。外科手术性的操作模型中或教学试教中,常选择体型较大的动物。差异性原则差异性原则由于物种的差异,各种动物之间存在基因型、组织型、代谢型等方面的差由于物种的差异,各种动物之间存在基因型、组织型、代谢型等方面的差别,这种差异有时可作为研究课题所需的一种指标或特殊条件。别,这种差异有时可作为研究课题所需的一种指标或特殊条件。8医学生物学研究中实验动物的选择
6、和应用易化原则易化原则进化程度高或结构机能复杂的动物有时会给实验条件的控制进化程度高或结构机能复杂的动物有时会给实验条件的控制和实验结果的获得带来难以预料的困难。应依据易化原则选和实验结果的获得带来难以预料的困难。应依据易化原则选择那些结构功能简单而又反映研究指标特质的动物。择那些结构功能简单而又反映研究指标特质的动物。果蝇果蝇Fruit Fly(Drosophila melanogaster)9医学生物学研究中实验动物的选择和应用相容或匹配原则相容或匹配原则l所用动物的标准化品质应与实验设计、技术条件、实验方所用动物的标准化品质应与实验设计、技术条件、实验方法等条件相适应。在设计实验时不但要
7、了解实验仪器精度和法等条件相适应。在设计实验时不但要了解实验仪器精度和灵敏性。了解试剂的品质、性能以及试剂和仪器之间的匹配灵敏性。了解试剂的品质、性能以及试剂和仪器之间的匹配性能,也要了解动物或动物模型对实验手段的反应能力。性能,也要了解动物或动物模型对实验手段的反应能力。l避免应用高精仪器、试剂和低品位动物或低反应性能匹配,避免应用高精仪器、试剂和低品位动物或低反应性能匹配,或用低性能测试手段与高反应性动物不匹配的现象。或用低性能测试手段与高反应性动物不匹配的现象。10医学生物学研究中实验动物的选择和应用易获性原则易获性原则虽然猫、犬、猪及灵长类动物居于较高进化水平,各有其研究价值,虽然猫、
8、犬、猪及灵长类动物居于较高进化水平,各有其研究价值,尤其是灵长类动物在许多方面有不可替代的优越性,然而这些大动物尤其是灵长类动物在许多方面有不可替代的优越性,然而这些大动物则往往由于其较长生殖周期,低繁殖率或产仔率等弱点而影响其易获则往往由于其较长生殖周期,低繁殖率或产仔率等弱点而影响其易获性,因而亦影响其被选用,故通常不作首选。性,因而亦影响其被选用,故通常不作首选。11医学生物学研究中实验动物的选择和应用一定的基因型产生一定的表现型和演出型。因此选择基因一定的基因型产生一定的表现型和演出型。因此选择基因型一致或相似是保障重现性和稳定性的重要措施。一般情型一致或相似是保障重现性和稳定性的重要
9、措施。一般情况下近交系动物的生物稳定性、实验重复性都叫封闭群好,况下近交系动物的生物稳定性、实验重复性都叫封闭群好,F1代杂交群在一定程度上兼有近交系和封闭群的特点。封代杂交群在一定程度上兼有近交系和封闭群的特点。封闭群动物虽然能较好地代表自然群体,但群与群之间有时闭群动物虽然能较好地代表自然群体,但群与群之间有时存在差异,因而在重现性上较其他品系的动物差。存在差异,因而在重现性上较其他品系的动物差。重复性、均一性原则重复性、均一性原则12医学生物学研究中实验动物的选择和应用发育环境developmental周围环境与发育环境是影响实验动物表现型、演出型的重要因素。周围环境与发育环境是影响实验
10、动物表现型、演出型的重要因素。营养因素对胚胎影响、不同微生态环境、动物的疾病状态等等都会营养因素对胚胎影响、不同微生态环境、动物的疾病状态等等都会影响实验反应的稳定性,故也是选择实验动物的重要指标。影响实验反应的稳定性,故也是选择实验动物的重要指标。周围环境proximate13医学生物学研究中实验动物的选择和应用选用与实验要求相适应的实验动物选用与实验要求相适应的实验动物l年龄:实验动物的年龄不同,其生物学特性也不同。年龄:实验动物的年龄不同,其生物学特性也不同。l体重:实验动物的体重与年龄有一定的相关性,在正常营养状态体重:实验动物的体重与年龄有一定的相关性,在正常营养状态 及饲养条件下,
11、也可根据体重加以选择,发育正常、体重符合要及饲养条件下,也可根据体重加以选择,发育正常、体重符合要 求的实验动物。求的实验动物。l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,对实验结果的影响不同。一般来说,无特殊要求宜选用雌雄致,对实验结果的影响不同。一般来说,无特殊要求宜选用雌雄 各半的动物。各半的动物。14医学生物学研究中实验动物的选择和应用尽量选择研究对象的功能、代谢、结构尽量选择研究对象的功能、代谢、结构及疾病性质与人类相似的动物及疾病性质与人类相似的动物l组织结构方面:组织结构方面:猪的皮肤组织结构与人类相似,
12、它的上猪的皮肤组织结构与人类相似,它的上皮再生、皮下脂肪层、烧伤后的内分泌及代谢等也类似人类,因此皮再生、皮下脂肪层、烧伤后的内分泌及代谢等也类似人类,因此常选用小型猪做烧伤实验研究。常选用小型猪做烧伤实验研究。15医学生物学研究中实验动物的选择和应用l系统功能方面系统功能方面u犬具有发达的血液循环和神经系统,在毒理方面的反应和人类也犬具有发达的血液循环和神经系统,在毒理方面的反应和人类也比较接近,适于做实验外科学、营养学、药理学、毒理学、行为学比较接近,适于做实验外科学、营养学、药理学、毒理学、行为学等方面的研究。等方面的研究。u两栖类的蛙和瞻蜍,大脑很不发达,当然不能用于高级神经活动两栖类
13、的蛙和瞻蜍,大脑很不发达,当然不能用于高级神经活动的研究,但在做简单的反射弧实验时,则很合适,因为最简单的反的研究,但在做简单的反射弧实验时,则很合适,因为最简单的反射中枢位于脊髓,而两栖类脊髓已发展到合乎实验要求的程度,且射中枢位于脊髓,而两栖类脊髓已发展到合乎实验要求的程度,且其结构简单明了,易于分析。其结构简单明了,易于分析。16医学生物学研究中实验动物的选择和应用l生理特性方面生理特性方面u许多哺乳类动物与人类一样,其心率、呼吸频率、体温三者成正比关许多哺乳类动物与人类一样,其心率、呼吸频率、体温三者成正比关系。发热时,心率和呼吸频率都增加。系。发热时,心率和呼吸频率都增加。u鸟类的体
14、温比哺乳类的高。恒温动物的体温昼夜有一定变动范围,变鸟类的体温比哺乳类的高。恒温动物的体温昼夜有一定变动范围,变动情况与行为类型有关,一般夜间活动的动物凌晨动情况与行为类型有关,一般夜间活动的动物凌晨2时至时至3时是一日的时是一日的峰值。由于动物的临床生理观察指标随动物种类、年龄以及周围环境变峰值。由于动物的临床生理观察指标随动物种类、年龄以及周围环境变化而有所差异,因此正常参考值有较大的变动范围,实验时应按照实际化而有所差异,因此正常参考值有较大的变动范围,实验时应按照实际情况具体考虑。情况具体考虑。17医学生物学研究中实验动物的选择和应用l繁殖特性方面繁殖特性方面u主要考虑哺乳类动物的性成
15、熟、妊娠期和寿命及它们的比例。寿命主要考虑哺乳类动物的性成熟、妊娠期和寿命及它们的比例。寿命越长,妊娠期越长,性成熟越晚。其次看是繁殖季节和胎产仔数。多越长,妊娠期越长,性成熟越晚。其次看是繁殖季节和胎产仔数。多胎动物中近交系产仔数比封闭群少。这些都是在选择动物时要予以注胎动物中近交系产仔数比封闭群少。这些都是在选择动物时要予以注意的。意的。18医学生物学研究中实验动物的选择和应用l体液成分方面体液成分方面u血液血液:动物血液性状与人类一样,包括形态和功能两个方面。:动物血液性状与人类一样,包括形态和功能两个方面。u尿液:尿液:除鸟类粪便和尿液汇合于泄殖腔一同排出体外,而哺除鸟类粪便和尿液汇合
16、于泄殖腔一同排出体外,而哺乳类都有各自的排泄孔道。尿液的排泄量和浓度与水的摄入量有关乳类都有各自的排泄孔道。尿液的排泄量和浓度与水的摄入量有关。水分供给少的动物尿液以尿酸为主要成分,水分供给充足的动物。水分供给少的动物尿液以尿酸为主要成分,水分供给充足的动物尿液以尿素为主要成分,而水中生活的动物尿液则以氨为主。尿液以尿素为主要成分,而水中生活的动物尿液则以氨为主。19医学生物学研究中实验动物的选择和应用l解剖特性生方面解剖特性生方面u骨骼构成:骨骼构成:不同种类动物间椎骨有很大差异。哺乳动物和人不同种类动物间椎骨有很大差异。哺乳动物和人类颈部外观有长短之差,但颈椎都是类颈部外观有长短之差,但颈
17、椎都是7个。灵长动物中,原猴类椎骨很个。灵长动物中,原猴类椎骨很小。真猿类的椎骨差异很大,从外观体型上即可一目了然。齿式与动物小。真猿类的椎骨差异很大,从外观体型上即可一目了然。齿式与动物的食性有密切关系,草食类臼齿上面扁平而且稍有一点凹状,而肉食类的食性有密切关系,草食类臼齿上面扁平而且稍有一点凹状,而肉食类与此相反,呈凸状,面积小。草食类中,反刍动物没有上颚切齿,而兔与此相反,呈凸状,面积小。草食类中,反刍动物没有上颚切齿,而兔的切齿外突,十分独特。杂食类动物,如猪的齿式与人类的情况一致。的切齿外突,十分独特。杂食类动物,如猪的齿式与人类的情况一致。20医学生物学研究中实验动物的选择和应用
18、u脏器构成:脏器构成:脑的重量与神经系统的发达程度成正比。消化脑的重量与神经系统的发达程度成正比。消化系统的器官重量各种动物之间以及与人类之间没有很大差异,而呼系统的器官重量各种动物之间以及与人类之间没有很大差异,而呼吸、循环系统的器官重量差异较大,运动量越大的动物越重。鸟类吸、循环系统的器官重量差异较大,运动量越大的动物越重。鸟类越是在上空飞翔的,呼吸器官越重。肠道各部分长度与食性有密切越是在上空飞翔的,呼吸器官越重。肠道各部分长度与食性有密切关系。由于草食类日粮中粗纤维含量高而肉食类日粮中粗纤维含量关系。由于草食类日粮中粗纤维含量高而肉食类日粮中粗纤维含量很低,所以草食类比肉食类肠道长得多
19、,特别是盲肠。盲肠长度也很低,所以草食类比肉食类肠道长得多,特别是盲肠。盲肠长度也与肠内菌群有关。同种动物中,无菌动物盲肠较大。与肠内菌群有关。同种动物中,无菌动物盲肠较大。21医学生物学研究中实验动物的选择和应用u脏器形态脏器形态p消化道消化道各部分不仅大小因动物种类不同而不同,其形状、构造也因动物种类不各部分不仅大小因动物种类不同而不同,其形状、构造也因动物种类不同而有显著差异。反刍动物有复胃,由多个胃构成。单胃动物之间胃的形状类似同而有显著差异。反刍动物有复胃,由多个胃构成。单胃动物之间胃的形状类似,但胃食管部,但胃食管部(前胃部前胃部)所占比例不同。所占比例不同。p肝肝的分叶方式也存在
20、差异。啮齿类动物肝的构成最为复杂。马和大鼠肝的特征的分叶方式也存在差异。啮齿类动物肝的构成最为复杂。马和大鼠肝的特征是缺少胆囊。是缺少胆囊。p肺肺的形态因呼吸方式不同也有所不同。哺乳类和鸟类之间差异显著。肺的分叶的形态因呼吸方式不同也有所不同。哺乳类和鸟类之间差异显著。肺的分叶情况因动物种类不同而有很大差别。情况因动物种类不同而有很大差别。22医学生物学研究中实验动物的选择和应用u脏器形态脏器形态p脑的形态脑的形态方面,越是低等动物嗅球所占比例越大,越是高等动物嗅球功能越弱方面,越是低等动物嗅球所占比例越大,越是高等动物嗅球功能越弱。鸟类和哺乳类的脑活动中,睡眠与觉醒是不断交替的,前者睡眠有深
21、睡眠和动。鸟类和哺乳类的脑活动中,睡眠与觉醒是不断交替的,前者睡眠有深睡眠和动眼睡眠之分。一般来说,睡眠方式与行为类型有关穴居生活的动物深睡眠期较眼睡眠之分。一般来说,睡眠方式与行为类型有关穴居生活的动物深睡眠期较长。脑的新皮质与旧皮质的关系也因动物种类不同而不同。长。脑的新皮质与旧皮质的关系也因动物种类不同而不同。p乳腺、乳房分布乳腺、乳房分布的位置也存在差异,单胎动物在局部,而多胎动物在胸腹部,的位置也存在差异,单胎动物在局部,而多胎动物在胸腹部,分布较广。分布较广。23医学生物学研究中实验动物的选择和应用u脏器形态脏器形态p心脏心脏形态方面,脊椎动物的心脏构成随等级提高逐渐完全,鱼类只有
22、形态方面,脊椎动物的心脏构成随等级提高逐渐完全,鱼类只有l个心房个心房和和1个心室,两栖类、爬行类有个心室,两栖类、爬行类有2个心房和个心房和1个心室个心室(不完全不完全),鸟类、哺乳类有,鸟类、哺乳类有2个个心房和心房和2个心室个心室(完全心完全心)。血液循环系统也逐渐向闭锁系统进化。完全心室、心。血液循环系统也逐渐向闭锁系统进化。完全心室、心室壁的特殊心肌的分布因动物种类不同而不同,心电图可显示出不同的波形特征室壁的特殊心肌的分布因动物种类不同而不同,心电图可显示出不同的波形特征。在形态和功能上,与人的心脏最类似的动物是犬。在形态和功能上,与人的心脏最类似的动物是犬。24医学生物学研究中实
23、验动物的选择和应用l疾病特点方面疾病特点方面u 实验动物有许多自发或诱发性疾病,能局部或全部地反映人类类似疾病过程与特实验动物有许多自发或诱发性疾病,能局部或全部地反映人类类似疾病过程与特点,用于研究相关的人类疾病。如突变系点,用于研究相关的人类疾病。如突变系SHR大鼠,其自发性高血压的变化与人类相大鼠,其自发性高血压的变化与人类相似,并伴有高血压性心血管病变,如脑血栓、梗死等症状。猫是弓形虫的宿主,是弓似,并伴有高血压性心血管病变,如脑血栓、梗死等症状。猫是弓形虫的宿主,是弓形虫研究中是一个很好的材料。形虫研究中是一个很好的材料。u 同时,在研究白化病、关节炎、骨质疏松症等方面,也较为理想。
24、非人灵长类实同时,在研究白化病、关节炎、骨质疏松症等方面,也较为理想。非人灵长类实验动物,可感染其他动物不可复制的人类传染病,如脊髓灰质炎、脑炎、肝炎、麻疹验动物,可感染其他动物不可复制的人类传染病,如脊髓灰质炎、脑炎、肝炎、麻疹、痢疾、疟疾等。、痢疾、疟疾等。25医学生物学研究中实验动物的选择和应用注意有关国际规范和动物福利注意有关国际规范和动物福利l动物实验达到实验室操作规范(动物实验达到实验室操作规范(Good laboratory practice,GLP)l标准操作程序(标准操作程序(Standard operating procedure,SOP)l3R原则原则 Reduction
25、 Replacement Refinement 26医学生物学研究中实验动物的选择和应用27医学生物学研究中实验动物的选择和应用临床前药物代谢动力学研究临床前药物代谢动力学研究l 进行临床前药物代谢动力学研究,目的在于了解新药在动物体内动态进行临床前药物代谢动力学研究,目的在于了解新药在动物体内动态变化的规律及特点,为临床合理用药提供参考。所以,选择动物时,变化的规律及特点,为临床合理用药提供参考。所以,选择动物时,必须选用成年健康的动物,常用的有大必须选用成年健康的动物,常用的有大 鼠、小鼠、兔、豚鼠、犬等。首选动物鼠、小鼠、兔、豚鼠、犬等。首选动物 及其性别应尽量与药效学或毒理学研究及其性
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