实验动物学概论

Department

of

Zoological

and

Developmental

Biology

SchoolofLifeSciencesCentral

South

Universityzhangjianxiang@实验动物学概论1前言：一、课程简介：性质和任务、目地、要求二、实验动物学的基本概念：三、实验动物的分类四、实验动物在医学中的应用五、实验动物发展趋势六、实验动物的法令、法规：2前言21世纪是生命科学的新时代。人们期望借助生命科学研究揭示生命本身的奥秘。《实验动物学》是20世纪80年代初引入国内的一门综合性新兴边缘学科，它是现代生命科学技术的重要组成部部分，同时，又具有自身完整独特的理论体系。实验动物是生命科学研究的重要基础和支撑条件，因此，实验动物学在现代高等医学、药学和生物科学教育中占有重要的地位。3

(一)、课程的性质和任务《实验动物学》是中南大学专门为医学8年制及生物学专业等开设的专业基础课程。它是培养适应生命科学领域研究的需要，使学生掌握生命科学研究中有关实验动物学的基础理论、基本技能。《实验动物学》旨在掌握生命科学研究有关动物实验的基本内容。包括实验动物的基本概念、动物实验的基本技术和方法、实验动物遗传质量控制、实验动物环境控制及动物实验技术新进展。一、实验动物学课程简介：4

(二)、实验动物学课程教学目的是使学生:了解实验动物科学与医学之间相互促进的关系：

掌握医学实验动物学的基本概念、基本知识以及动物实验的基本技能；熟悉常用的实验动物的生物学特点，能根据科学研究目的选择合适的实验动物，进行正确的动物实验设计和动物实验操作，树立严谨的科学研究作风，努力培养符合二十一世纪生命科学发展要求、具有较高科研水平的高级生命科学研究的专门人才。5(三)、学习要求1、基本理论对难点、重点问题要结合相关学科知识以及个人专业特点进行横向学习。有意识的查询本学科的最新前沿、最新理念、最新方法、最新动态等，充分发挥主观的积极性，扩展知识，开拓科研思路，科学思维。2、基本技能实习课应该认真对待基本技能的训练内容，加强对基本理论和基本知识的理解。应养成分析问题、解决问题的能力和实事求是的严谨科学态度。63、内容要求(1).了解实验动物学在医学发展中的地位和作用。(2).掌握实验动物病原生物学质量控制、遗传学质量控制及环境和营养标准化的理论基础。(3).掌握人类疾病动物模型的复制原则的方法及模型动物的培育和应用。(4).掌握动物实验的基本操作方法。(5).了解动物实验技术的新进展。(6).了解实验室生物安全相关原理和方法。7二．实验动物学的基本概念：

一、实验动物科学的定义实验动物科学(laboratoryanimalscience)是研究实验动物培育、应用和动物实验方法的一门综合性、应用性学科。8

(一)．实验动物(Laboratoryanimal)

经人工培育，来源清楚，遗传背景明确，对其所携带微生物实行控制，可用于科学试验、药品、生物制品的生产和检定及其它科学研究的动物。实验动物是以实验动物本身为对象，研究实验动物的遗传育种、保种（培育新品种、保持原有品系的遗传特性）、生物学特性（包括解剖、生理、生化、生殖及生态等特点）、繁殖生产、饲养管理以及疾病的诊断、治疗和预防，以达到如何提供标准化的实验动物等。

9实验动物一般具有三大特点：1.遗传学上要求必须经人工培育，遗传学背景明确，来源清楚。2.对其携带的微生物、寄生虫实行人工控制，所有实验动物的微生物、寄生虫都是在人工严格监控之下繁育的。3.所有实验动物的主要目的都是为了科学试验。10

实验动物必须具备满足科学实验的四项基本要求：1.对实验处理表现出极高敏感性2.对实验处理的个体反应表现出极强的均一性3.模型性状具有遗传上的稳定性4.动物来源具有易获得性。11(二)、内容和范畴1、实验动物学任务：实验动物学是研究实验动物培育和应用的科学。它的任务是研究怎样以优质的实验动物和精确的实验方法，使动物经实验处理后，能获得良好的反应重复性。2、

范畴：包括实验动物和动物实验两大部分。3、实验动物与医学研究.12

实验动物的地位、作用和发展趋势

1、地位作用：实验动物是医学生物学研究的重要手段。直接影响各领域课题研究成果的确立和发展水平，对提高和发展推动医学生物学的发展；在医学发展史上发挥了重要作用，是现代医学生物学研究的重要条件。它的发展为医学的发展开辟了广阔的前景。实验动物在医学各领域有广泛的应用。2、发展趋势：以标准化为中心，加强新技术的应用。优化实验动物，有效的研究使用实验动物。

133．实验用动物:(experimentalanimal):一切可以用于实验的动物。包括实验动物（laboratoryanimals）：DBA/2.Wistarrats

经济动物(economicalanimals)：猪、马、牛、鱼等

野生动物（wildanimals）：蛙、蛇、鱼、猴等

观赏动物(exhibitinganimals)：犬、猫、金鱼、鸟14实验、野生、经济和观赏动物的区别动物人工培育遗传背景物种来源微生物寄生虫用途实验动物严格明确人工控制科学实验野生动物未经不明确自然选择生态平衡与发展经济经济动物一定程度一般优择劣汰发展经济观赏动物一定程度一般优择劣汰观赏宠物15164．动物实验是以实验动物为实验对象的科学实验(研究),是科学研究的一种手段或方法。包括以实验动物整体水平的综合性反应为评价指标的实验，以实验动物为材料来源的局部器官及系统的实验，以实验动物的各种表现参数为权衡尺度的实验。17以生命科学而言，动物实验结果的可靠性、精确性和可重复性，与实验动物的选择、动物实验的条件、动物实验的技术方法有直接关系。18(三)实验动物学的分支科学实验动物遗传育种学实验动物生物学实验动物微生物与寄生虫学实验动物解剖学与生理学实验动物生态学实验动物营养学实验动物医学实验动物饲养管理学动物实验方法学19三．实验动物的分类主要包括：大鼠、小鼠、豚鼠、兔、犬、猪、马等20

1.实验动物在动物学的分类

界(kingdom，regnum)动物界门(phylum，phylum)脊索动物门纲（class，classis）哺乳纲目order，ordo)食肉目科(family，familia)犬科属(genus，genus)犬属种(species，species)家犬种

如：灵长目猴科猕猴属猕猴食肉目猫科虎属

东北虎啮齿目鼠科大鼠属大鼠

212.按遗传学控制原理分类（在遗传学控制章节讲述）近交系(Inbreedstrain:Chimaera;Recombinant)

实验动物

封闭群（Outbreedstock）杂交群（Hybrids:F1Hybrids;F2Hybrids）3.按微生物学控制原理分类普通动物(Conventionalanimal,CVA)清洁动物（Cleananimal，CLA）

实验动物无特定病原体动物(SPFA)

无菌动物(Germfreeanimal,GFA);

悉生动物(Gnotophoricanimal，GNPA)224.根据对环境控制分类（在环境控制章节中讲述）隔离系统动物(Isolationsystemanimal);

屏障系统动物(Barriersystemanimal);

开放系统动物(Opensystemanimal)。

23按微生物学控制原理分类：⑴.无菌动物：(germfreeanimalGFA）⑵.悉生动物(Gnotobioticanimal,GN)⑶.无特定病原体动物：

(specificpathogen-freeanimalSPFA)

⑷.清洁级动物：(cleananimalCL)

⑸.普通动物：(conventionalanimalCVA)24无菌动物(Germfreeanimal,GF)指用现有的实验手段检测，动物的体表、体内不携带任何微生物和寄生虫的实验动物。方法：在无菌条件下取仔，一切操作在无菌隔离器内进行。

特点：

⑴.在动物体内外任何部位均检不出任何细菌、真菌、原虫、内外寄生虫。⑵.费用高。25悉生动物(Gnotobioticanimal,GN),也称已知菌动物或已知菌丛动物(AnimawithKnownBacterialFlora)，是指用与无菌动物相同的方法取得饲养(剖腹取胎，在隔离器内饲养)、但明确动物体内所给予的已知微生物的动物，即凡含有已知的单菌(Monoxenie)、双菌(Dixenie)、三菌(Trixenie)或多菌(Polyxenie)的动物。特点：⑴.微生物特点：体内携带有已知微生物⑵.来源：无菌动物植入微生物

⑶.饲养管理：必须饲养在温湿度恒定的空气净化的隔离系统中，实行严格的微生物控制。⑷.GN动物是动物与微生物的共生复合体。肠道存在能合成维生素和氨基酸的细菌，不会出现维生素缺乏症。生活力、抵抗力明显增强，易于饲养。26无特定病原体动物(Specificpathogenfreeanimal，SPF)指不携带特定病原体(细菌、病毒、寄生虫)，但带有未知的微生物群的动物。

特点：⑴.微生物特点：SPF动物除一、二级动物应排除的病原体外，不携带主要潜在感染或条件致病和对研究实验干扰大的病原。⑵.来源：SPF动物来源于无菌动物或剖腹产动物。⑶.饲养管理：SPF动物必须饲养在温湿度恒定的空气净化的屏障系统中，实行严格的微生物控制。⑷.与悉生动物比较相同点：1）体内无病原微生物，实验结果准确可靠。2）带有非致病的其他微生物。不同点：1）悉生动物带有的微生物是已知的，SPF动物所带微生物情况不清楚。2）悉生动物饲养在隔离环境中，SPF动物饲养在屏障环境内。

27清洁动物(Cleananimal,CL)—微生物控制级别介于SPF动物和普通动物之间的动物。特点：⑴.微生物特点：清洁级动物比普通级动物比较微生物和寄生虫少，但比SPF动物多。清洁级动物除肉眼观察无病外，尸体解剖时，主要脏器、组织无论是肉眼观看还是组织切片均应无病变。血清病毒抗体检测可检测出一定滴度的抗体。⑵.来源：清洁动物来源于SPF动物、无菌动物、悉生动物或剖腹产动物。⑶.饲养管理：清洁级动物饲养于温湿度恒定的空气净化的屏障系统中。其所用的饲料、垫料、饮用水、笼器具等都经过消毒灭菌处理。工作人员需换灭菌工作服、鞋、帽、口罩等进入动物室进行操作。

28普通动物(Conventionalanimal,CV)——不携带人兽共患病和动物烈性传染病的病原体。特点：⑴.微生物学特点：要求不携带所规定的人兽共患病病原和动物烈性传染病的病原。是微生物控制要求最低。⑵.饲养管理：饲养于开放系统。但仍然对温度，湿度，饲料，垫料，饮水，卫生等有一定控制。⑶.生理学特点：外观健康，饮食排泄正常，无异常分泌物，无临床症状，脏器无眼观病灶。29四、实验动物在医学中的应用1.实验动物是现代医学生物学研究的重要支撑条件，进行生命科学实验研究所必需的4个条件：AEIR四个基本要素：A（Animal)，E（Equipment)，I（Information)，R（Reagent)。实验动物是医学生物学研究的四大支撑条件之首。302.人类的替难者

实验动物的主要作用是它能反映人类的各种生命现象，通过功能、形态、介质和生物放大系统，从宏观到微观来表达生命。它常常作为人的替身去代替人类去进行各种实验，甚至是致命的实验。最先进入太空的是猴子和老鼠。

通常在实验动物身上研究各种人类疾病和生命现象，进而推用到人类，如致癌、致突变、致畸实验。因此，实验动物是人类的替难者；在医学研究中的作用无可替代。313.综合研究能力的标志：实验动物的研究水平常常被认为是评价一个国家或者是一个地区的生命科学研究水平高低的一个标志。32实验动物应用领域（1）医学生物学方面：胎儿期：用实验动物来研究：环境、食品与药物等对配合子发生、发育的影响；人类不孕不育；环境、食品与药物等对胚胎发育的影响(致畸、致突变)性别控制；遗传性疾病防控等。33（2）生物制品方面

实验动物不仅是生物制品安全性有效性评价的必不可少的工具，也是其生产的原料。如地鼠、豚鼠的肾制备乙脑和狂犬疫苗，猴肾制备小儿麻痹症疫苗，SPF鸡胚制备麻疹、甲流疫苗及用兔生产各种免疫血清等。生物制品—疫苗卡介苗(结核)麻、腮、风三联苗脊灰糖丸(小儿麻痹症)乙肝苗百日咳、白喉、破伤风三联苗甲肝苗乙脑苗流感苗狂犬苗……34（3）制药工业方面：

药物的研究和生产药品安全问题：安徽华源生物的欣弗事件；广州佰易药业生产的丙球；全国每年5000多万住院人次中与药物不良反应有关的可达250多万人，其中死于药物不良反应的有近20万人。新药开发与药物安全：

一种药物从最初的实验室研究到最终的销售平均需要花费12年。进行临床前试验的5000种化合物中只有5种能进入到后续的临床试验，而仅其中的1种化合物可以得到最终的上市批准(1/5000)。药物的有效性和生物活性、作用机理研究安全性试验毒性试验（急性、亚急性、慢性）三致试验（致畸、致癌、致突变）药物的副作用和长期使用的不良反应

35（4）食品工业方面安全性、有效性评价食品安全问题：吊白块（又称雕白粉，化学名称为次硫酸氢钠甲醛或甲醛合次硫酸氢钠，毒性：大鼠经口LD50＞2克/Kg。致癌，使肝、中枢神经受损。面粉、粉丝、豆腐等）。苏丹红（致癌、致遗传变异等，辣椒酱、番茄酱等。2005年，30家生产企业的88种食品及添加剂含有苏丹红）。激素（动物、水产养殖，生长激素、避孕药）、镇静剂瘦肉精（盐酸克伦特罗，是一种肾上腺类神经兴奋剂，原用于治疗支气管哮喘。够促进蛋白质合成，加速脂肪的转化和分解，提高猪肉的瘦肉率）漂白剂、增白剂、双氧水、明矾、福尔吗林（防腐、漂白）、保鲜剂、催熟剂、甜蜜素、香精、工业盐、滑石粉、石蜡、硼砂、尿素、氨水....甚至敌敌畏、剧毒农药1605和3911等36（5）轻工业人类吃穿用的轻工业产品，包括食品、食品添加剂、保健品、饮料、化学制品（如化妆品）、玩具等的有害、有毒成分，必须用实验动物去测试。农药、化肥、重金属等在植物食品中的残留激素、疫苗、抗生素等在动物食品中的残留工业废水、农业废水对饮水的污染等。37（6）人类的健康和福利研究离不开实验动物

在对人的各种生理现象和病理机制及疾病的防治研究中，实验动物是人的替难者。60％以上的生物医学研究需要实验动物作为研究材料。人类疾病动物模型、器官移植–脑研究–营养与健康研究–遗传与健康研究–不良生活习惯（吸烟、酗酒等）–……–老年性疾病的研究（早衰老、AD等）38（7）国防和军事科学方面

辐射、核武器、激光武器、生化武器等各种武器杀伤效果，以及在宇宙、航空、航天科学试验中。（8）环保和地震监测等方面实验动物都是监测的前哨和研究防治措施的工具。39动物实验结果与环境因素关系式R＝动物实验结果可靠性A＝种的共同反应B＝品系特有反应C＝个体反应(差异)D＝环境影响E＝实验误差ABC＝属于遗传因素，D＝与结果呈正相关R=(A+B+C)D+E40基因型（genotype）

↓

←发育环境（Developnentalenvironment）表现型（Phenotype）

↓←生存环境（Livingenvironment）演出型（Dramatype）

↓

←实验环境（Experimentenvironment）实验结果(Result)影响动物实验结果主要因素之间关系41动物的性状表现决定于遗传和环境因素的综合作用。尽管遗传因素是决定生物性状的物质基础，但个体发育过程中，基因作用的表现离不开环境的影响。42不重视环境的惨痛教训(内部资料)

例1.南方某省药检所：测检“水解蛋白注射液”做过敏试验中，发现对照组豚鼠也出现类过敏现象。邀请全国15个单位会检，并与其它地区的制品对比，结果又发现了类过敏反应；最后又在四个地区进行交叉试验，其它省区均为阴性，说明实验动物有问题。此次事件造成直、间接损失300余万元。43举例2.哈尔滨医科大学

XX副校长去日本交流“克山病”的论文引起了日本医学界的重视。但了解到所用的动物来历不清，动物实验条件的不可控性，该学术论文被认为是：“实验结果的科学性不够”。（黑龙江克山县被发现的一种地方性心肌病，以心脏呈不同程度的扩张，严重时呈球形，心肌有散在不同程度的坏死灶及斑痕区为主要表现的心肌病。)

举例3.原第一军医大学88年，休克微循环专家赵克森教授以及博士、硕士论文投寄到国外在犬、羊、兔等品种(系)上屡屡受歧视。

44举例4.某生物制品所

我国自行生产的鸡马立克氏病弱毒疫苗出口，但因我们的疫苗生产污染有鸡白血病病毒，而不被对方接受。举例5.中科院XX动物研究所十多年前是中国最大的恒河猴养殖出口基地，但由于经费紧张，环境条件无法改善，出口恒河猴被查出有eblar、EB等病毒等。而顺德实验动物灵掌类实验动物中心则由科委主管的小企业一跃成为我国最大的恒河猴出口基地之一。45举例6.XX市口岸药检所

92年，送检样品合格，抽检不合格→法律上受指控→损失（600-800万/年）.举例7.化工部新农药研制：

实验动物不标准、实验条件不规范，使得可重复性差，LD50(半数致死量)结果有2～3倍之差，因而无法进行结构与毒性关系的深入研究。有些药物如“多菌灵”虽然是高效低毒，但不能向外国专利局申请登记。46举例8.影响较大的是80年代初，航天医学模拟人在失重和飞行器中的生物学研究，在北京市郊买的不合格的狗，成果出来后在国际上知名杂志上发表文章，结果被拒。造成极大损失和浪费。47类似的例子还有许多，举例的目的是使大家清楚，没有合格的实验动物，不在标准化的环境中从事动物实验，医学生命科学研究就无从谈起。近年来，国家科技部、卫生部、农业部、化工部、解放军总后卫生部、国家中医药管理局等单位重申：申请部级（含省级）单位科研项目时，在形式审查过程中要求大小鼠必须使用SPF级以上动物。481.发展方向:对实验动物质量要求越来越高，动物保护运动和福利组织的日益全球化。美国的实验动物发展方向是:动物模型－→转基因动物－→计算机模拟.(一).国外实验动物发展趋势五、实验动物发展趋势49全球实验动物和动物实验的发展主流是:减少(reduction)：要求动物实验中尽可能少用动物，替代(replacement)：能用别的方法代替的尽量用代替的方法，优化(refinement)：对实验动物的饲养管理尽量以最佳条件善待动物，使动物实验的设计、操作做到最佳的方案。简称“3R”502.实验动物多样化和转基因动物的普及

多样化：常规动物，野生动物。

转基因动物：具有针对性强，使用量少，实验结果准确。目前在国外被广泛应用。3.实验动物保种，生产供应一体化已形成一定格局。

有很多具有一定规模的实验动物的大公司，从事专业化的实验动物生产供应，有的还提供优越的动物实验环境与优质服务。514.实验动物的饲养设施和笼器具要求越来越高。动物管理人员素质要求越来越高，自动环境监测记录，自动加料喂养等。从事实验动物的科研人员大多是兽医博士，科研带头人多为博士后人员担任，一般管理人员大学以上毕业。美国实验动物经费占生命科学研究经费的50%左右。52(二)、我国实验动物发展趋势1.实验动物质量监控标准化：检测方法标准化，饲料生产标准化，环境设施及监控标准化。2.转基因实验动物的开发与研究。3.人类疾病模型的建立：重大疾病模型的建立，转基因动物和克隆技术在疾病动物模型中的应用。4.建立国家实验动物种子中心。53六、实验动物的法令、法规：(一)、国际实验动物组织及法规1、实验动物科学委员会（ICLAS）。2、美国食品药品管理局（FDA）的药物安全性评价工作质量管理原则（GLP）。3、美国实验动物科学学会（AALAS）4、JacksonLaboratory54二、我国实验动物政策法规及管理条例

１、1988年科委2号令《实验动物管理条例》2002年修订。２、1989年卫生部55号令《医学实验动物管理实施细则》３、1997年1月1日实施《北京市实验动物管理条例》55四、参考教材与参考书1、《实验动物学技术》傅江南等主编，科技文献出版社出版，1993年，第一版。2、《实验动物学》郝光荣主编，第二军医大学出版社出版，2002年，第二版。3、《医学实验动物学》方喜业主编，人民卫生出版社出版，1995年，第一版。4、《实验动物学》卢耀增主编，北京医科大学中国协和医科大学联合出版社出版，1995年，第一版。56实验动物科学网站（1）AAALAC

CouncilmemberreceivesleadershipawardCongratulationstothesenewlyaccreditedinstitutions!NIH

releasesreportonbehavioralresearchwithanimalsCouncilonAccreditationmemberawardedLegionofMerit(03/02)AAALACCouncilonAccreditationelectsnewofficersandmembers(02-02)Congratulationstothesenewlyaccreditedinstitutions!(12-01)FormerAAALACchair,RonaldMcLaughlin,winsCharlesA.GriffinAward(11-01)AAALAC

Consultant,MaryLouJames,receivestheGeorgeR.Collinsaward(11-01)Newvideoavailableon"WorkingwiththeLaboratoryDog"(11-01)NonhumanprimatesafetyvideonowavailableinSpanish(11-01)SixnewACLAM

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