中医书籍-->西医备考-->实验动物科学-->第八章 生物医学研究中实验动物的选择-->第一节 选择原则和方法
第一节 选择原则和方法
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临床研究和实验室研究是医学科学研究的两个基本途径，它们均离不开实验动物。尤其是实验室研究，实验动物是主要研究对象。因此，选择什么样的实验动物作实验是医学科学研究工作中一个重要环节，不能随便选用一种实验动物来作科学研究，因为在不适当的动物身上进行实验，常可导致实验结果的不可靠，甚至使整个实验徒劳无功，直接关系到科学研究的成败和质量。事实上，每一项科学实验都有其最适宜的实验动物。
医学科学研究工作中实验动物的选择，首先应根据实验目的和要求来选择，其次再参考是否容易获得、是否经济，是否容易饲养和管理等情况。在实验动物选择上必须注意三点，即实验动物的种类（Species）；品种（Breed）或品系（Strain）；质量和实验动物的健康状态。选择时还要注意下列向个方面：
一、选用与人的机能、代谢、结构及疾病特点相似的实验动物
医学科学研究的根本目的是要解决人类疾病的预防和治疗问题。因此，动物的种系发展阶段在选择实验动物时应是优先考虑的问题。在实际可能的条件下，尽量选择那些机能、代谢、结构和人类相似的实验动物作实验。一般来说，实验动物愈高等，进化愈高，其机能、代谢、结构愈复杂，反应就愈接近人类，猴、狒狒、猩猩、长臂猿等灵长类动物是最近似于人类的理想动物。我国广西等地生长的猕猴（M·Mulatta）又叫恒河猴，红面猴（M·Speciosus）和熊猴（M·Assamensis）等已广泛应用于医学科学研究，它们是研究人类脊髓灰白质炎、脑炎、痢疾、肝炎、麻疹等疾病的理想实验动物。它们也是放射医学、牙科学、病毒学、妇产科学、胚胎学、外科学、病理学、生理学、免疫学等实验研究及药物毒理、营养和行为研究的良好动物。如猕猴对人的痢疾杆菌和结核最易感，因此它是复制肠道杆菌病和结核病极好的动物；猕猴的生殖生理和人非常接近，月经周期和人一样约28天左右，是研究人类避孕药的理想动物；猕猴也是制造和鉴定脊髓灰白质炎疫苗的唯一实验动物，但由于灵长类动物价昂难得又需特殊动物房和饲养，因此，在选择时不能盲日追求。在无法搞到猴的条件下可选用家犬等其它动物。
近年来发现一种供医学研究用的、可大量繁殖饲养的原猴类动物树鼩（Tupaia Belangeri Chinensis），又名树瞟鼠、树仙，我国云南吴定等地生长很多，这种动物体小仅120～250克，每隔45天左右繁殖生育一次，其新陈代谢过程远较家犬、鼠类等动物与人的相似，大体解剖和生理功能方面也与其他灵长类相似，尤其在乙型肝炎和睡眠生理研究上有重要用途，树鼩还能自然感染和实验感染人单纯疱疹病毒，适于进行人疱疹病毒的研究。
家犬具有发达的血液循环和神经系统以及基本上和人相似的消化过程，在毒理方面的反应和人比较接近，适于作实验外科学，营养学药理学、毒理学、生理学和行为等研究。猫也具有发达的神经系统和循环系统，血管坚韧，血压稳定，适宜作神经和循环方面的研究。猫是寄生虫中弓形虫的宿主，因此在寄生虫病研究中是一个很好的模型。猫也是研究白化病，聋病，先天性叶吩病，脊杜裂、病毒引起的发育不良，急性幼儿死亡综合征等很多人类病病的良好动物模型。
猪的皮肤组织结构与人相似，上皮再生性、皮下脂肪层及烧伤后内分泌与代谢等也相似，选用小猪作烧伤实验研究是较理想的实验动物。用猪皮作人烧伤后敷盖比常用的液体石腊纱布要好，其愈合速度比后者快一倍，既能减少病人疼痛，又能减少感染，同时又无排斥现象，血管联合也好。猪的心脏瓣膜可以直接植于人体，作为修补人的心脏瓣缺陷之用。
两栖类蛙的大脑很不发达，和人类相差甚远，就不能选它来作高级神经活动的实验，但是如果要作一个简单的神经反射弧的实验，选用蛙就很合适，因为最简单的反射中枢位于脊髓，蛙的脊髓已发展到合乎实验要求的程度，而且越简单的分析时越明确，高等动物的反射弧复杂，反而难于分析。
二、选用遗传背景明确，具有已知菌丛和模型性状显着且隐定的动物
医学科研实验中的一个关键问题，就是怎样使动物实验的结果正确可靠，有规律，从而达到精确判定实验结果，得出正确的结论。因此，要尽量选用经遗传学、微生物学、营养学、环境卫生学的控制而培育的标准化实验动物，才能排除因实验动物带细菌、带病毒、带寄生虫和潜在疾病对实验结果的影响；也才能排除因实验动物杂交，遗传上不均持，个体差异，反应不一致；才能便于把我们所获得的实验研究成果在国际间进行学术交流。
医学实验研究中一般应尽量不选用随意交配而繁殖饲养的杂种动物或在开放条件下繁殖饲养的带菌、带病毒和带寄生虫的普通动物。根据研究的目的要求，可选择采用遗传学控制方法培育出来的纯系动物或称近交系动物；突变系动物；封闭群动物；系统杂交动物即F1动物；或采用微生物控制方法而培育的无菌动物；已知菌动物或称悉生动物；无特定病原体动物。
近交系动物由于存在遗传的均质性，反应的一致性，实验结果精确可靠等优点已被广泛用于医学科学研究各个领域。如可选用各种不同品系的小鼠研究各种肿瘤疾病（见表8-1）；选用不同品系小鼠进行基础和临床各类实验研究（见表8-2）。由于各系纯系动物均具有独特的性质，因此可以适合不同课题的研究需要。
表8-1 供肿瘤研究用的纯系小鼠
表8-2 供种类实验研究用的纯系小鼠
许多突变品系动物具有与人类相似的疾病或缺损，如糖尿病伴肥胖症小鼠、自身免疫症小鼠、肌肉萎缩症小鼠、侏儒症小鼠、高血压大鼠、癫痫大鼠、骨骼硬化症小鼠、青光眼兔、脱鞘症小鼠、少趾症小鼠等具有实验模型性状显著且稳定的特征，是研究人类这些疾症的重要实验模型和动物材料。有些突变系动物如无脾小鼠是研究中医中药的重要动物模型，也是研究血吸虫病的良好实验材料。还培育了供肿瘤的免疫研究的突变品系小鼠，如无T细胞小鼠、无B细胞小鼠、无K细胞小鼠、无T、B细胞小鼠、无T、B、K小鼠、无巨噬细胞小鼠等。此外，还培育了一些专供色素、代谢、皮毛、视觉和造血等特殊医学研究需要的突变品系动物。中国地鼠易产生真性糖尿病，血糖比正常高出2-8倍，胰岛退化，β-细胞呈退行性变，易培育成糖尿病株，适于糖尿病研究。
为了医学和生物学研究需要还培育了各种品系猪，常用的品系有普通猪、辛克莱猪（Sinclair）、荷马猪（Homel）、汗佛特猪（Hanford）、皮特曼——摩尔猪（Pitman-Moore）冯·温里布莱猪（Von Willbrod,可研究血友病），乌克坦猪（Yu-Catan）等，而经过选育后的一种美洲小型猪，其中一个品系有80%可天然地发生黑色素瘤，与人的病变和传播方式完全一样，由于猪没有母体抗体（不能通过胎盘屏障），故很多病毒学研究用猪作实验动物。用猪作动物模型，研究人类疾病的报导日渐增多，如用于心血管疾病、胃肠道疾病、营养性疾病、皮肤病、糖尿病、代谢性疾病、过敏性疾病、牙科病、老年病、酒精中毒、癌、烧伤、肾功能和放射生物学等方?
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饲养繁殖在无菌隔离器中，饲料、饮水经过消毒，定期检验，证明动物体内外均无一切微生物和寄生虫（包括绝大部分病毒）。选用这类动物作实验，可以排除普通动物带有各种微生物和寄生虫影响实验结果的干扰，使实验结果正确可靠。
悉生动物体内所带的微生物是完全明确的。一般是将1～2种以上的已知微生物，人工接种于无菌动物内定居，即明确带有单菌、双菌、三菌、或多菌的动物。此种动物和无菌动物一样是放在隔离器内饲养的，因此选用此种动物作实验，正确性也很高，常用于研究微生物和宿主动物之间的关系，并可按研究目的来选择某种微生物。
无特定病原体动物体内应无特定的微生物和寄生虫，但其他微生物和寄生虫允许存在，是无传染病的健康动物。一般是将无菌动物或悉生动物移到有封闭系统的设施中进行饲养繁殖而成的。SPF动物虽不是完全无菌，但仍保留有无菌动物的基本特点，不携带有影响实验效果的病原微生物和寄生虫，所以选用这类动物作实验正确性高、重复性好。选用时必须注意不同试验有不同要求，只有在了解某项试验中涉及到那些病菌，选用才有意义。
目前无菌动物、悉生动物和无特定病原体动物展开广泛应用于医学科学研究的各个领域。
三、选用解剖、生理特点符合实验目的的要求的动物
选用解剖生理特点符合实验目的要求的实验动物做实验，是保证实验成功的关键问题。很多实验动物具有某些解剖生理特点，为实验所要观察的器官或组织等提供了很多便利条件，如能适当使用，将减少实验准备方面的麻烦，降低操作的难度，使实验容易成功。
家犬的甲状旁腺位于甲状腺的表面，位置比较固定，大多数在两个甲状腺相对应的两端下。家兔的甲状旁腺分布得比较散，位置不固定，除甲状腺周围外，有的甚至分布到主动脉弓附近，因此作甲状旁腺摘除实验，应选用家犬而不能选用兔，但作甲状腺摘除实验，为使摘除甲腺之后，还保留甲状腺的功能，则应选用兔而不能选用家犬。
小鼠、大鼠及豚鼠的气管和支气管腺不发达，只在喉部有气管腺，支气管以下无气管腺，选用这些动物作慢性支气管炎的模型或去痰平喘药的疗效实验就不合适。猴等动物则不然，气管腺的数量较多，直至三级支气管中部仍有腺体存在，选用这种动物就很适宜。
家兔颈部的交感神经、迷走神经和主动脉减压神经是分别存在，独立行走的，而以马、牛、猪、狗、猫、蛙等其他动物的减压神经并不单独行走，而是行走于迷走、交感干或迷走神经中，因此，如要观察减压神经对心脏等作用时，就必须选用家兔。
地鼠口腔内两侧的颊囊是缺少组织相溶性抗原的免疫学特殊区，是进行组织培养，人类肿瘤移植和观察微循环改变的良好区域，适于作免疫学、组织培养、肿瘤学和微循环功能等的实验研究。
乌贼有一条巨大的神经纤维，能允许微电极插入其纤维内，尚保留接近正常的活动机能，常选用它来作神经纤维的膜电位和动作电位的实验。
家兔的胸腔结构与其它动物不同，胸腺中央有一层很薄的纵膈膜将胸腔分为左右两部，互不相通，两肺被肋胸膜隔开，心脏又有心包胸膜隔开，当开胸和打开心包胸膜，暴露心脏作实验操作时，只要不弄破纵膈膜，动物不需要人工呼吸，给实验操作带来很多方便，很适合于作开胸和心脏实验。
家犬的红绿色盲，不能以红绿作为条件刺激物来进行条件反射实验。家犬的汗腺不发达，不宜选作发汗实验，胰腺小，适宜作胰腺摘除手。家犬胃小，相当胃长径的一半，容易作胃导管，便于进行胃肠道生理的研究，家犬的嗅觉特别灵敏，喜近人，易于驯养，经短期训练能很好地配合实验。家犬分成四种神经类型，即强、均衡的灵活性；强、均衡的迟纯型；强、不均衡型和弱型，这对一些慢性实验，特别是高级神经活动实验的动物选择很重要。一般均选用前二种神经类型的家犬作实验。国外常选用一种小猎兔家犬（Beagle）作研究，此种动物由于具有毛短、体形小、性温驯、易于抓捕、毛色为黄、黑、白三色，最适用于毒物学、药物学和生理学研究用，特别适用于长期慢性实验。
猴、家犬、猪、羊、豚鼠、大鼠和小鼠等实验动物按一定性周期进行排卵的，不交配也可正常排卵，而兔和猫属典型的刺激性排卵动物，只有经过交配的刺激，才能进行排卵。如家兔的卵巢几乎连续不断地产生卵子，但成熟的卵泡只有经过雄兔交配后才能排卵，因此可选用成年雌兔来诱发排卵，是观察药物对排卵的影响，进行避孕药研究的常用动物。青紫兰种家兔后肢腘窝部有一个粗大的淋巴结，在体外极易触摸和固定，适于向淋巴结内注射药物或通电，进行免疫功能研究。家兔有食粪癖，晚上吃自己白天的粪便，特别喜欢刚拉下来的软便，因家兔小肠下段肠管能吸收这些粪便中的粗蛋白和水溶性的B族维生素，如选用家兔进行营养实验时，应注意控制其食粪习性，否则会影响实验结果。
一般实验动物均有胆囊，大鼠无胆囊，就不能用它来作胆囊功能的研究，而适合作胆管插管收集胆汁，进行消化功能的研究。豚鼠、家犬、猫、猴等较大的实验动物，正常心电图均有明确的S-T段，但大鼠和小鼠等较小鼠类没有S-T段，甚至有的导联见不到T波，如有T波也是与S波紧挨着，或在R波降支上即开始，经我们实验证明这与大鼠心率快慢无关，可能与啮齿类哺乳小动物心肌复极化过程很缓慢，电动力相互抵消有关。此点在选择动物品种时应注意。
小鼠6-7周龄时性已成熟，性周期短，孕期20天左右，特别有产后发情便于繁殖的特点，它的子宫生长极快，适于作雌激素和避孕药的研究。成年小鼠和大鼠在动情周期不同阶段，阴道粘膜可发生典型的变化，根据阴道涂片的细胞学改变，可进行卵巢功能的测定实验。
雄鸡头上长有很大的红鸡冠，这是雄鸡的重要性特征，适于作雄性激素的研究。
人和实验动物在解剖、生理及代谢方面的比较可参考表8-3。
表8-3 人和实验动物在解剖生理及代谢方面的比较
四、选择不同种系实验动物存在的某些特殊反应
不同种系实验动物对同一因素的反应虽然往往是相似的，即有它共同性的一面，但也往往会出现特殊反应的情况，有它的特殊性，实验研究中常要选用那些对实验因素最敏感的动物作为实验对象，因此不同实验动物存在的某些特殊反应性在选择实验动物时更为重要。
家兔对体温变化十分灵敏，适于发热、解热和检查致热源等实验研究。小鼠和大鼠体温调节不稳定，就不宜选用。
鸽子、家犬、猴和猫呕吐反应敏感，适作呕吐实验，家兔、豚鼠等草食动物呕吐反应不敏感，小鼠和大鼠无呕吐反应，就不宜适用。
金地鼠和豚鼠对各型钩端螺旋体很敏感，最好选用55-75克幼年金地鼠或120-180克幼年豚鼠。小鼠、大鼠等实验动物对钩端螺旋体一般不大敏感。
大鼠垂体——肾上腺系统功能发达，应激反应灵敏，适于作应激反应和垂体，肾上腺、卵巢等内分泌实验研究。大鼠肝脏的枯否氏细胞90%有吞噬能力，肝脏再生能力很强，切除60～70%的肝叶，仍有再生力，适于肝外科实验研究。大鼠对炎症反应灵敏，特别是踝关节对炎症反应更敏感，适于多发性关节炎和化脓性淋巴腺炎的研究，也适于中耳疾病和内耳炎的研究。
豚鼠易于致敏，适于作过敏性实验研究。豚鼠有两种类型的变态反应抗体，即IgG和IgE，适于研究过敏性和速发型过敏反应，在全身的变态反应中，肺是休克器官，肥大细胞是靶细胞，组织胺是主要的药理介质。豚鼠的耳蜗对声波变化十分敏感，适于作听觉方面的实验研究。豚鼠对维生素C缺乏很敏感，可出现坏血症，其症状之一是后肢出现半瘫痪，尤其在冬季易患，补给维生素C则症状消失，这是因为豚鼠体内不能合成维生素C，所需维生素C必须来源于饲料中。灵长类及豚鼠体内缺乏合成维生素C的酶，因此适于维生素C的实验研究。豚鼠和大鼠组织胺的反应相反，豚鼠对组织胺反应十分敏感，适于平喘药和抗组织胺药的实验研究。豚鼠对结核杆菌、布氏肝菌、白喉杆菌、Q热病毒、淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒等很敏感。对青霉素也很敏感，比小鼠敏感1，000倍，用青霉素治疗时应特点注意。
不同实验动物对射线敏感程度差异较大，家兔对射线十分敏感，照射后常发生休克样的特有反应，并有部分动物在照射后立即或不久死亡，其休克的发生率和动物死亡率与照射剂量呈一定的线性关系，不适合于作放射病研究。常选用小鼠、大鼠、狗和猴等实验动物进行这方面研究。不同种系动物发生放射病的明显程度和发生时间差异也很大，小鼠和大鼠几乎完全没有全身性初期反应期，豚鼠表现得不明显，而狗和猴则非常明显。小鼠和大鼠造血系统的损伤出现得最早，豚鼠、狗和猪造血障碍的特点是发展比较缓慢，猴的造血改变与豚鼠、狗和猪相同。出血综合秆在豚鼠表现得最明显，狗也相当显著，猴和家兔中等，而小鼠和大鼠则很少见。
家兔、鸡、鸽和猴食用高胆固醇、高脂肪饲料一定时间后容易形成动脉粥样硬化病变，适于动脉粥样硬化实验研究，而小鼠、大鼠和狗就不容易形成动脉粥样硬化病变。
5岁以上的雌狗常有自发性乳腺肿瘤，如果给雌狗孕激素就很容易诱发乳腺肿瘤，雌激素还容易引起狗发生贫血，这在其它动物是很少见的。
水垤肌或青蛙腹直肌对乙酰胆硷具有极高的敏感性，适宜作乙酰胆硷测定实验。
蚯蚓背纵肌不存在毒蕈碱-乙酰胆硷受体（M-AchR）和烟碱1-乙酰胆硷受体（N1-AchR），仅存在烟碱2-乙酰胆硷受体（N2-AchR），适于胆硷能受体的研究。
蝌蚪缺乏甲状腺素，不能很快变成蛙，如给以适量甲状腺素则可加速变成蛙，因此常用蝌蚪的发育来作甲太腺素的实验。
青蛙和蟾蜍的腓肠肌和坐骨神经易获得和制作，适于观察药物对外周神经、横纹肌或对神经肌肉接头的作用。它们的心脏在离体情况下，仍可有节奏地搏动很久，适于研究药物对心脏的作用。
雌激素能终止大鼠和小鼠的早期妊娠，但不能终止人的妊娠。因此，在大鼠和小鼠筛选带有雌激素活性的药物时，常常会发现这些药物能终止妊娠，似乎可能是有效的避孕药，但一旦用人则并不成功。所以，如果知道一个化合物具有雌激素活性，用这个化合物在大鼠或小鼠上观察终止妊娠的作用是没有应用意义的。吗啡对家犬、兔、猴、大鼠和人主要作用是中枢抑制，而对小鼠和猫主要作用是兴奋。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。驱绦虫及血吸虫的鹤草酚可损害狗的视神经并引起失明，但在猴就没有这些副作用。苯可引起家兔白细胞减少及造血器官发育不全，而对狗却引起白细胞增多及脾脏和淋巴结增生。苯胺及其衍生物对家犬、猫和豚鼠能引起与人相似的病理变化，产生变性血红蛋白，但对家兔则不易产生变性血红蛋白，在鼠则完全不产生。降胆固醇药氯苯氧丁酸乙酯对狗的毒性较大，而对大鼠、猴和人的毒性就不大。性激素可使狗易发生化脓性子宫内膜炎而死于败血症。家兔对阿托品极不敏感。不同品种实验动物存在这些特殊反应，在选择实验动物时必须注意。
不同品系动物，对同一刺激的反应差异很大，在选择时也必须注意。如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。DBA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。DBA/2及C3H小鼠对同一病毒（Newcastle病毒）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。A系小鼠的促性腺激素含量比DBA小鼠低1.5倍。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。A、C3H、津白Ⅱ等品系小鼠易致癌，C57、C58、津白Ⅰ等品系不易致癌，AKR、DBA/2、L615等品系易致白血病。C3H雌鼠乳腺癌自发率达90%，AKR小鼠白血病自发率达65%。
五、选用人畜共患疾病的实验动物和传统应用的实验动物
选择人畜共患疾病的实验动物。有些疾病的病因不仅对人而且对动物也造成相似的疾病。由此提供研究病因学、流行病学、发病机理、预防和治疗的良好动物模型。猴子对痢疾杆菌敏感，其临床过程、病理变化与人类似。用猴子研究痢疾是最好的实验动物。黑热病地区的家犬也感染利朵曼氏原虫发病，犬当然就成为研究黑热病的最好实验动物。克山病病区的马患一种白肌病，其病理变化与人克山病心肌病变相似，兽医师用硒治疗马白肌病，相应地用硒防治人的克山病也取得了良好效果。
选择科研、检验和生产传统用的实验动物。这是科学工作者长期以来实践经验的积累。各个专业、各个课时都有自己常用的品种和品系，如肿瘤研究试验用的小鼠，用那些品系都很明确。C57BL用于Lweis肺癌和B16黑色素瘤。DBA/2作P388和L1210淋巴细胞白血病。
新发现的疾病需要建立动物模型；原来的动物模型不理想；或原来使用的实验动物价值昂贵，不容易获得，必须新建立动物模型。研究麻风长期以来没有合适的实验动物，后来找到犰狳可以形成动物模型，最近报导裸鼠接种麻风杆菌后诱发成功瘤型麻风。猩猩是甲、乙型肝炎的理想实验动物，但来源少，价值昂贵。浙江卫生实验院用肝炎病毒感染红面猴诱发形成甲型肝炎模型。
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