实验动物的选择与应用

第八章实验动物的选择与应用内容提要●实验动物选择的重要性●实验动物选择的原则●不同研究领域中常用实验动物一、实验动物选择的重要性科学实验结果的可靠程度,在一定程度上取决于实验动物的选择,如果选择不当,便会造成人力、物力、财力的浪费,更重要的是浪费了时间,甚至可能因此而失去某些重大发现。如果选择得当,可节约人力、动物和时间,以最小的代价,最大限度地获得可靠的实验结果。实验动物的合理选择是医学科研中的一个有机组成部分，首先必须从观念上将实验动物选择作为实验的一个重要组成部分。它几乎要涉及到实验动物学科所有的知识。实验设计者应在目前国内外普遍认可和接受的“3R”原则下,结合该实验决定选用何种实验动物作为研究标物。二.实验动物选择的原则(一)标准化原则

选择和使用与研究内容相匹配的标准化的实验动物。实验动物满足科学实验的四条基本要求:即对实验处理表现出极高的敏感性；对实验处理的个体反应表现出极强的均一性；模型上的遗传稳定性；动物来源易得性。1、遗传特性选择何种遗传群动物,应该根据不同的课题内容而定。近交系动物由于遗传纯合度,个体差异小,特征稳定,对实验反应一致性好,实验结果精确可靠。不同的品系具有各自的独特特性，可以适合不同研究课题的需要。另外,许多突变品系动物具有与人类相似的疾病或缺陷，如裸鼠、癫痫大鼠等具有实验模型性状显著且稳定的特征，是研究人类相关疾病的重要实验模型。2、选择不同等级微生物学控制的实验动物无菌动物，可以排除普通动物带有各种微生物和寄生虫对实验结果的干扰，使实验结果正确可靠，常用于微生物学和免疫学方面的研究。悉生动物则是所带微生物完全明确，选用此种动物正确性也很高，常用于研究微生物和宿主动物之间的关系，抗体制备研究等。无特定病原体动物适用于所有科研实验、生物制品生产与鉴定。涉及国际交流的重大课题，最好使用SPF级动物。清洁级动物是目前国内科研工作主要要求的标准实验动物，也适用于大多数科研实验。

(二)相似性原则指利用动物与人类某些机能、代谢、结构及疾病特点的相似性选择实验动物。（1）在整体上与人类相近似的动物从进化角度来看,灵长类与人最近似,如猴、长臂猿、猩猩、狒狒等。一般科研单位无条件选用。（2）根据不同种属实验动物的生物学特性,针对不同的实验目的选择实验动物。这些实验动物虽然从整体上与人类并不十分相似,但某些方面却与人类非常近似。(三)差异性原则

指利用不同种系实验动物机体存在的特殊构造或某些特殊反应，选择解剖、生理特点符合实验目的和要求的动物，有时这种选择是保证实验成功的关键。恰当使用具有某些解剖生理特点实验动物，可以大大减少实验准备方面的麻烦，降低操作难度。大鼠垂体—肾上腺系统功能发达,应激反应灵敏,且各种内分泌腺体如垂体、肾上腺、卵巢易于摘除,适于做应激反应和内分泌实验研究。兔对体温变化十分敏感,适于发热、解热和检查致热源的研究。豚鼠易于致敏,适于作过敏性实验研究。大多数实验动物,如猴、犬、大鼠、小鼠等是一定性周期排卵,而兔和猫属典型的刺激性排卵物,只有经过交配刺激才能排卵,因此兔和猫是孕药研究的常用动物。(四)相容或相匹配原则

指在设计动物实验时,所选用的动物质量等级要与实验设计、实验条件、实验者技术与方法、试剂纯度等相匹配。但要避免应用高精仪器、先进的技术方法、高纯度的试剂与低质量、非标准化、反应性能低的动物相匹配。应避免利用低性能的测试手段,非标准化的实验设施与高质量、高反应性能的动物相匹配,例如花费大量资金购买的无菌动物或SPF动物饲养而在普通环境中进行实验,这无疑是一种浪费。(五)易化性原则

动物实验过程中,进化程度高、结构功能复杂的实验动物,有时会给实验条件控制和实验结果分析带来难以预料的困难。所以,在确保研究目标的前提下,可选择结构、功能较简单的实验动物。如选择两栖类进行神经反射弧实验;利用果蝇寿命短、染色体数目少等特点,成功地进行遗传学研究等。(六)可行性原则

在大多数情况下,研究者在进行科研选择实验动物时还必须考虑课题经费、实验场地、饲养动物的条件、实验者的技术水平、测试手段等诸多因素。不可能不顾及诸多因素的限制盲目追求高等级动物(如无菌动物),或者猴、猿、狒狒、猩猩等非人灵长类动物。相反许多啮齿类实验动物如小鼠、大鼠、豚鼠、地鼠等繁殖周期短,具有多胎性,饲养容易,遗传及微生物控制方便且这些动物的年龄、性别、体重可任意选择，量大价廉,来源充足。(七)规格化原则（动物因素）

指选择与实验要求一致的动物规格。由于不同动物对外界刺激的反应存在个体差异，选择时，除了注意动物的种类及品系外，还应该考虑到动物的年龄、体重、性别、生理和健康等符合规定。1.年龄和体重

2.性别

3.生理状态

4.健康状况

三、不同研究领域中常用实验动物（一）药理毒理学研究1.中枢神经系统药理学研究（1）镇静催眠和抗精神病药实验研究动物行为药理学常用的动物有小鼠、大鼠、猫、鸽、猴等。实验时常用两个种属的动物，如小鼠和大鼠；第二种是非啮齿类动物，最好选用猴或猩猩。选择时应注意各种属动物的特点，如：

犬是红绿色盲，不能以红绿为刺激条件进行条件反射实验；其汗腺不发达，不宜选做发汗实验；胰腺小，适宜做胰腺摘除术；胃小，易做胃导管，便于做胃肠生理的研究。大鼠适用于做刺激研究，因为大鼠嗅觉、视觉较灵敏，做条件反射等实验反应良好。猫和犬自然行为多样而稳定，神经系统发达头部表面与脑和各个部位有比较固定的对应关系，常用于神经药理、神经生理以及行为观察的补充实验。猴子和猩猩的功能、代谢、结构与人类更接近，是用于人类疾病的预防和治疗研究的良好实验动物。大鼠和小鼠的活动因夜间比白天多，故研究中枢神经抑制药时在夜间进行比较好。（2）抗精神病药物的行为实验去水吗啡能增强大鼠的舔、咬等定向行为，这是由于药物增强黑质-纹状体脑内多巴胺（DA）能神经功能的缘故。安定剂抑制大鼠定向运动的作用强度与其抑制脑内DA受体功能有关。常选用180~200g大鼠，皮下注射去水吗啡2mg/kg,做定向运动实验。

去水吗啡引起的攀爬行为是动物黑质-纹状体系统的内DA能系统功能增强的表现。Gostentin发现小鼠注射去水吗啡后喜欢吊在曲突铁丝网上，应用安定剂可拮抗去水吗啡引起的小鼠垂吊现象。这一拮抗作用与安定剂作用的强弱有较好的平行关系。（3）镇痛药物实验目前国外筛选镇痛药常用致痛方法，包括物理性（热、电、机械）和化学性刺激法，这些方法各有优缺点，其中以热、电刺激及钾离子皮下透入致痛法使用居多。常用的动物有小鼠、大鼠、豚鼠、家兔、犬、猴等。动物实验中常见的痛反应是嘶叫、舔足、甩尾、挣扎、皮肤及肌肉抽搐等。应用猴子研究镇痛剂的依赖性较为理想，因为其对痛剂的依赖性表现与人类接近，又易于观察，已成为新镇痛剂进入临床试用前必需的实验。（4）解热抗炎药实验发热和炎症都是临床常见症状。实验室常用病毒、细菌产物、内毒素和抗原复合物引起发热，也有用微量前列腺素（PGE）直接注入动物脑室或下丘脑进行致热。常用致炎方法有以血管通透性增加的无菌胸（腹）膜炎、佐剂性关节炎、紫外线红斑法、放射线照射法以及其他无菌性炎症；有观察白细胞游走的羧甲基纤维素囊法、大鼠角膜法、毛细血管法和小室滤膜法；有制造肉芽肿模型的棉球法、纸片法、琼脂法、巴豆油囊袋法和受精鸡卵法等。此外亦有用妊娠大鼠子宫自发收缩为间接指标的间接反应炎症过程的方法。实验性炎症研究对象应该选用哺乳类动物，并根据实验模型的采用不同种属动物。例如足跖浮肿模型须采用大鼠，形成过敏性炎症首选豚鼠，而家兔则最易产生发热反应。（5）解热抗炎药实验发热和炎症都是临床常见症状。实验室常用病毒、细菌产物、内毒素和抗原复合物引起发热，也有用微量前列腺素（PGE）直接注入动物脑室或下丘脑进行致热。常用致炎方法有以血管通透性增加的无菌胸（腹）膜炎、佐剂性关节炎、紫外线红斑法、放射线照射法以及其他无菌性炎症；有观察白细胞游走的羧甲基纤维素囊法、大鼠角膜法、毛细血管法和小室滤膜法；有制造肉芽肿模型的棉球法、纸片法、琼脂法、巴豆油囊袋法和受精鸡卵法等。此外亦有用妊娠大鼠子宫自发收缩为间接指标的间接反应炎症过程的方法。实验性炎症研究对象应该选用哺乳类动物，并根据实验模型的采用不同种属动物。例如足跖浮肿模型须采用大鼠，形成过敏性炎症首选豚鼠，而家兔则最易产生发热反应。2.心血管系统药理实验（1）实验高血压直接刺激中枢神经法中，电刺激大鼠或猴的侧下丘脑防御警觉区，可使血压明显升高，心率加快或心输出量增加。神经反射性隔离性高血压，如采用大鼠隔离饲养，高血压发病率和血压升高程度均不及小鼠显著。大鼠长时间处于因噪声或钥匙叮咚响声刺激造成听源性紧张的情况下，可诱发神经源性高血压，它与人的高血压病相似，适用于降压药的筛选。遗传性高血压，家兔和大鼠遗传性高血压均属多基因遗传病。目前培育成功的遗传性高血压大鼠品种甚多，如由Okamoto等培育成功的SHR大鼠。遗传性高血压大鼠寿命较短。（2）抗心肌缺氧缺血药用豚鼠、家兔或犬连续应用异丙肾上腺素，可形成心肌梗死样变化。

结扎豚鼠、家兔、猫、犬、猴、猪等动物的左冠状动脉前支均可引起心肌梗死，其中选用家兔和犬最多且效果明显。3.消化系统药理实验（1）胃液分泌实验胃液收集常用犬和大鼠。由犬右侧口角插入胃管收集胃液，大鼠则须通过手术方法从幽门处插收集。（2）胰液分泌实验胰液收集可选用犬、兔或大鼠。手术方法插管收集。慢性实验时可选用犬做瘘管手术后收集胰液。（3）胆汁分泌实验胆汁收集可通过给动物做胆囊瘘或胆总管瘘进行，常选用猫、兔和豚鼠，而以犬为最佳。手术方法插管收集。慢性实验时可选用犬做瘘管手术后收集胰液。（4）催吐和镇吐实验常选用犬和猫做实验，给犬皮下注射盐酸阿朴吗啡1mg/kg，注后2~3min就可引起呕吐。用1%硫酸铜或硫酸亚铝液50ml给犬灌胃，约2~3min后也可引起呕吐，但几乎无恶心现象。（5）厌食实验这是防治肥胖症及其并发症的研究内容之一，可以选用犬、猫、大鼠、小鼠等进行实验。猴因有颊囊及有精神因素参与，故选用者不多。犬容易呕吐，也有行为因素，故也不理想。一般多选用大鼠。4.呼吸系统药理实验（1）镇咳药的筛选实验豚鼠对化学刺激或机械刺激都很敏感，刺激后能诱发咳嗽，是筛选镇咳药最常用的动物。犬不论在清醒状态或麻醉条件下，化学、机械、电等刺激胸膜、气管、或颈部迷走神经均能诱发咳嗽，且反复应用化学刺激所引起的咳嗽反应较其它动物变异少，故犬特别适用于观察药物的镇咳作用和持续时间，但考虑经济上和来源上的因素，只能用于进一步肯定药物的镇咳作用，而不用于初筛镇咳药。（2）呼吸道平滑肌实验离体气管法是常用的筛选平喘药的实验方法之一。常用实验动物中，豚鼠的气管对药物的反应较其它动物反应敏感，且接近于人的支气管，因此豚鼠的气管可作为常用标本。药物引喘实验也常选用豚鼠，不少药物以气管法给予豚鼠可引起支气管痉挛、窒息，从而导致抽搐而跌倒。这种动物模型可用于观察药物对支气管平滑肌的松弛作用。目前最常用的引喘药物是组织胺和乙酰胆碱。实验用的豚鼠必须是幼鼠，体重不超过200g,且引喘的潜伏期不超过120s。5.泌尿系统药理实验（1）利尿药及抗利尿药筛选实验要判断所试药物是否有利尿作用，可选用大鼠、小鼠、猫或犬进行实验，其中以大白鼠较为常用。对人体有利尿作用的药物均可在大鼠实验中获得较好的效果，但汞撒利的作用较差。因此，筛选利尿药实验的首选动物虽多采用大鼠，必要时还应再选用另种动物进行实验，加以验证。（2）截流分析实验截流分析是一种分析肾小管各段运转功能的方法，利用这种方法可对利尿药作用部位进行初步分析。截流分析实验常选用10kg以上健康犬进行。6.毒理学研究对新药进行毒理研究实验时，最好选用两种以上不同种属的动物。啮齿类动物用小鼠或大鼠，非啮齿类动物用犬（一级药用Beagle犬，其它可用杂种犬），必要时可用猴或其它大动物。（1）急性毒性实验常选用小鼠，体重18~22g,雌雄各半，每次20~40只，灌胃或尾静脉注射一定剂量药液，观察有无不良反应（如惊厥、四肢瘫痪、步伐不稳、竖毛、呼吸抑制等）或死亡现象。一般观察七d左右。（2）亚急性或慢性毒性实验常选用大鼠，体重80~100g,雌雄各半，每次120~140只，一般要求相同的给药途径，时间为3~6个月。观察动物体重、进食量以及有无不良反应或死亡。实验结束后，观察动物组织病理切片，检测血液生化指标。对大动物（犬、猴）要做尿液检查和心电图检测。（3）半数致死量的测定测定LD50时常选用小鼠，体重18~22g,每次实验需动物30~60只，一般分5~6组，每组6~10只。给药途径与临床用药相同，有口服、腹腔注射、静脉注射。观察一次给药后有无中毒反应症状，如安静、嗜睡、步态颠簸、呼吸抑制、抽搐死亡。一般观察7d左右。（4）皮肤用药毒性实验选择成年家兔、豚鼠或大鼠。家兔体重2kg,豚鼠体重以180~220g为宜。（二）免疫学研究免疫学研究中，常选用以下实验动物。（1）小鼠小鼠的免疫球蛋白有IgM、IgA、IgE、IgG1、IgG2a、和IgG2b。小鼠很少见到典型的迟发型变态反应。通过外界因素能诱发小鼠速发型变态反应，其全身过敏反应的特点是循环不畅、循环性虚脱，常在几小时甚至10~20min内死亡。BALB/c小鼠常用于制备单克隆抗体。（2）豚鼠豚鼠的免疫球蛋白有IgG（IgG1、IgG2）、IgA和IgE。IgG1是变态反应的媒介，IgG2在抗原抗体中起结合补体的作用。豚鼠除作为补体的来源外，还被用于结核杆菌素的皮内试验和接触过敏物质导致迟发型变态反应的研究。（3）兔常用于实验室制备抗体，以及用来做过敏反应的研究。（4）犬犬的免疫球蛋白有IgG、IgM、IgA、IgG1和IgG2。在犬花粉病和各种蠕虫感染中也IgE。成年犬对各种蛋白性抗原只产生少量的循环抗体。除人之外，犬是对气溶胶出现变态反应的唯一实验动物模型，犬是研究人的变态反应和气喘的适宜实验动物模型。犬由豚鼠草花粉致敏后，血液和皮肤中也有IgE抗体。（4）绵羊绵羊的免疫球蛋白有IgG

（IgG1和IgG2）、IgA、IgM和类似IgE。胸腺不仅存在于胸腔内，而且还存在于颈部。适用于研究淋巴循环和淋巴细胞分化。（5）非人灵长类非人灵长类动物主要有四种免疫球蛋白，即IgG

、IgM

、IgA和IgE。非人灵长类动物具有血绒毛膜胎盘，只允许IgG通过。非人灵长类动物在研究人的反应素（IgE）型超敏反应中起重要作用，一些学者证明，非人灵长类动物是人呼吸道变态反应病的动物模型。

（三）肿瘤学研究

1.不同种属动物（1）灵长类动物从种系发育上看，非人灵长类实验动物与人类的亲缘关系最近，它们也会发生各种形态上和生物学性质上与人的肿瘤相似的病变。一般来说，它们的肿瘤发病率与动物的种属、性别、年龄及饲养的时间有关。在实验室条件下，猕猴的自发性肿瘤发病率最高。在老年灵长类动物中，以上皮性肿瘤和恶性淋巴瘤最为常见。原生灵长目动物对肿瘤性疾病的敏感性，特别是对化学致癌物的敏感性，较之类人猿种属为高。（2）大型实验动物这里包括家畜。这些动物的肿瘤发病率随种属而异，例如雌犬常发生乳腺肿瘤，母牛则不常发生。但雌犬所发生的此种乳腺肿瘤与人乳腺肿瘤的表现不同，往往表现为混合型，不仅包含上皮性成分，还包含有骨和软骨等组织。猪常发生肾母细胞瘤，马、羊、牛等则不常发生。马倾向于发生阴茎癌，羊和牛则会发生肝癌等。（3）小型实验动物主要是指啮齿类实验动物。小鼠的肿瘤，无论在组织发生、临床过程以及组织形态学上都与人类的肿瘤有相似之处。在实验中，广泛应用各种高癌和低癌品系小鼠进行研究。大鼠也广泛应用于肿瘤研究的许多领域，它们体型较大，供给组织较多，便于进行手术、注射等实验操作，但大鼠的自发性肿瘤的总体发病率低于小鼠。虽然大鼠的自发性肝肿瘤非常少见，但大鼠的肝脏对于致癌剂的作用却很敏感。（4）鸟类肿瘤以其病毒病因引人注目，特别是造血系统和间叶组织的肿瘤。鸡群中所发生的由疱疹类病毒引起的马立克氏病(鸡白血病)，可与人类的Burkitt淋巴瘤、猴的淋巴瘤等相类比。2.不同类型的实验动物（1）近交系动物应用这一类动物，主要是由于此类实验动物肿瘤方面的遗传性状。不同近交品系动物有着不同的遗传性状，其自发瘤发生率有明显的不同，对同一致癌物质的敏感性也往往不同。因此，为了不同的肿瘤研究的需要，可以选用在肿瘤学上具有不同遗传性状特点的近交系动物进行研究。近交系动物自发瘤的发生率高低不等，有一些高癌系小鼠，只要活到一定的时间，无需任何外加的处理，几乎可以百分之百地自然发生白血病、肺癌或乳腺癌等恶性肿瘤，从而证明癌症是可以遗传的。同样，也可以通过遗传学的方法培育出对致癌因子敏感性高或低的动物品系，说明诱发性肿瘤的发生在相当程度上也取决于动物的遗传组成。这些高癌品系或低癌品系的动物是实验肿瘤学研究的有用工具。（2）无菌动物和悉生动物无菌动物(GF)和悉生动物(GN)与常规带菌动物在结构和功能上有较大的差异，如心、肝和肺脏较小，基础代谢率、心脏输出量以及组织的血供量较低，免疫系统发育不良，肠蠕动和小肠上皮细胞的脱落缓慢，盲肠巨大，结肠内容物和粪便稀软等。在利用GF、GN动物进行肿瘤实验时，要根据这些特点安排实验并估计到它们对实验的影响。在GF、GN小鼠和大鼠中，某些类型的癌的发病率下降，而在普通大鼠中极为少见的前列腺癌，在GF大鼠中却很常见。GF大鼠和小鼠所发生的恶性肿瘤几乎全部发生在内分泌系统或受激素作用的组织中。无菌动物几乎不发生内分泌系统和造血系统以外的肿瘤。这充分说明，存在着环境致癌因子的作用，而采用系统的无菌手术可以除去这些因子，形成防护屏障，使有机个体不受这些因子的危害。癌的病毒病因学说，可以应用无菌动物进行研究。化学致癌过程中，实验动物体内菌群能影响致癌过程。影响包括：产生或破坏致癌物，干扰机体对致癌物的解毒功能，改变致癌物分子结构从而影响它们被机体吸收的过程，以及加快肠道排空速度而影响致癌物的吸收等。人的结肠癌的发生与环境因素密切相关。因此，肠道菌群与进入肠道环境中的物质的关系值得研究。比如：口服苏铁素，对GF大鼠无致癌性，而CV大鼠对这一物质的作用则相反。（3）无胸腺裸体小鼠和大鼠裸鼠已在肿瘤移植术、癌的病因学、癌的实验治疗学、癌的免疫学、癌的病毒学以及化学致癌研究等实验肿瘤学研究的许多领域得到广泛应用。裸鼠是一种独特的纯系动物，其特征为：全身无毛，先天性无胸腺，T淋巴细胞缺失，细胞免疫功能缺陷，对异体移植物几乎无免疫排斥反应，可接受异系、异种肿畜移植等。所以它是实验肿瘤学研究中极有价值的实验材料。（四）中医中药研究

中国医药学有着几千年悠久的历史，对中华民族的繁荣昌盛做出了巨大的贡献，对世界医学的发展也有着深刻的影响。从中医的发展史来看，中医学几千年来研究途径几乎全是通过临床观察方法来认识疾病的发生、发展、变化规律及总结有效的防治措施。动物实验是现代医学的常用方法和手段，中医药学利用动物实验方法，在一定范围内可以揭示更为具体的中医理论本质，有利于中医学科学达到一个新的认识水平。中医证型的动物模型大约有：“阳虚”、“阴虚”、“脾虚”、“脉微欲绝”、“血虚”、“血瘀”、“肝郁”、“寒证”、“热证”、“温病”及“里实”等11种。其造模的思路和方法除个别外，均是选择一些造成与临床证型相仿的致病因素，作用于动物机体使其产生类似临床某些证的模型，而致病因素不外乎物理、化学、生物以及某些内脏损伤或切除等，其造型所用动物主要是小动物(大、小鼠)，也可用金黄地鼠、家兔和猫等。给药途径除喂饲外，还可采用肌肉、皮下、腹腔及耳缘静脉注射的方法。“卫气营血”、“血瘀”模型可选用家兔、大鼠；“寒证”、“热证”模型常选用雌性大鼠：“血虚”、“脾虚”模型常选用雄性大鼠或小鼠；“肝郁”模型常选用大、小鼠；“阳虚”、“阴虚”模型常选用雄性小鼠；“脉微欲绝”模型常选用猫；“气虚”模型可选用家兔；“里实”模型常选用狗来进行。（五）遗传学研究在遗传学研究中，有关动物遗传性