动物模型的设计原则和注意事项.doc

动物模型的设计原则和注意事项一、设计原则生物医学科研专业设计中常要考虑如何建立动物模型的问题，由于很多阐明疾病及疗效机制的实验不也许或不应当在病人身上进行。常要依赖于复制动物模型，但一定要进行周密设计，设计时要遵循下列一些原则。（一）相似性在动物身上复制人类疾病模型。目的在于从中找出可以推广（外推）应用于病人的有关规律。外推法（Extrapolation）要冒风险，由于动物与人到底不是一种生物。例如在动物身上无效的药物不等于临床无效，反之也然。因此，设计动物疾病模型的一个重要原则是，所复制的模型应尽也许近似于人类疾病的情况。可以找到与人类疾病相同的动物自发性疾病当然最佳。例如日本人找到的大白鼠原发性高血压就是研究人类原发性高血压的抱负模型，老母猪自发性冠状动脉粥样硬化是研究人类冠心病的抱负模型；自发性狗类风湿性关节炎与人类幼年型类风湿性关节炎十分相似，也是一种抱负模型，等等。与人类完全相同的动物自发性疾病模型毕竟不可多得，往往需要人工加以复制。为了尽量做到与人类疾病相似，一方面要注意动物的选择。例如，小鸡最适宜做高脂血症的模型，因它它的血浆甘油三酯、胆固醇以及游离脂肪酸水平与人十分相似，低密度和极低密度脂蛋白的脂质构成也与人相似。另一方面，为了尽也许做到模型与人类相似，还要在实践中对方法不断加以改善。例如结扎兔阑尾血管，固然也许使阑尾坏死穿孔并导致腹膜炎，但这与人类急性梗阻性阑尾炎合并穿孔和腹膜不同样，假如给兔结扎阑尾基部而保存本来的血液供应，由此而引起的阑尾穿孔及腹膜炎就与人的情况相似，因而是一种比较抱负的方法。假如动物型与临床情况不相似，在动物身上有效的治疗方案就不一定能用于临床，反之也然。例如，动物内毒性性休克（Endotoxin Shock，单纯给动物静脉输入细菌及其毒素所致的休克）与临床感染性（脓毒性）休克（Septic Shock）就不完全同样，因此对动物内毒素性休克有效的疗法长期以来不能被临床医生所采用。现在有人改向结扎胆囊动脉和胆管的动物胆囊中注入细菌，复制人类感染性休克的模型，认为这样动物既有感染又有内毒素中毒，就与临床感染性休克相似。为了鉴定所复制的模型是否与人相似，需要进行一系列的检查。例如有人检查了动物压、脉率、静脉压、呼吸频率、动脉血pH、动脉氧分压和二氧化碳分压、静脉血乳酸盐浓度以及血容量等指标，发现一次定量放血法导致的休克模型与临床出血性休克十分相似，因此认为些法复制的模型是一种较抱负的模型。同理，按中医理论用大黄喂小鼠使其出现类似人的“脾虚症”，假如又按中医理论用四君子汤把它治好，那么就有理由把它当作人类“脾虚症”的动物模型。（二）反复性抱负的动物模型应当是可反复的，甚至是可以标准化的。例如用一次定量放血法可百分之百导致出血性休克，百分之百死亡，这就符合可反复性和达成了标准化规定。又如用狗做心肌梗死模型照理很合适，由于它的冠状动脉循环与人相似，并且在实验动物中它最适宜做暴露心脏的剖胸手术，但狗结扎冠状动脉的后果差异太大，不同狗同一动脉同一部位的结扎，其后果很不一致，无法预测，无法标准化。相反，大小白鼠、地鼠和豚鼠结扎冠脉的后果就比较稳定一致，可以预测，因而可以标准化。为了增强动物模型复制时的反复性，必须在动物品种、品系、年龄、性别、体重、健康情况、饲养管理；实验及环境条件，季节、昼夜节律、应激、室温、湿度、气压、消毒灭菌；实验方法环节；药品生产厂家、批号、纯度规格、给药剂型、剂量、途径、方法；麻醉、镇静、镇痛等用药情况；仪器型号、灵敏度、精确度；实验者操作技术纯熟限度等等方面保持一致，由于一致性是重现性的可靠保证。（三）可靠性复制的动物模型来应当力求可靠地反映人类疾病，即可特异地、可靠地反映某种疾病或某种机能、代谢、结构变化，应具有该种疾病的重要症状和体征，经化验或X光照片、心电图、病理切片等证实。若易自发地出现某些相应病变的动物，就不应加以选用，易产生与复制疾病相混淆的疾病者也不宜选用。例如铅中毒可用大白鼠做模型，但有缺陷，由于它自身容易患动物地方性肺炎及进行性肾病，后者容易铅中毒所致的肾病相混淆，不易拟定该肾病是铅中毒所致还是它自身的疾病所致。用蒙古沙土鼠就比较容易拟定，由于一般只有铅中毒才会使它出现相应的肾病变。（四）合用性和可控性供医学实验研究用的动物模型，在复制时，应尽量考虑到此后临床应用和便于控制其疾病的发展，以利于研究的开展。如雌激素能终止大鼠和小鼠的初期妊娠，但不能终止人的妊娠。因此，选用雌激素复制大鼠和小鼠终止初期妊娠的模型是不合用的，由于在大鼠和小鼠筛选带有雌激素活性的药物时，经常会发现这些药物能终止妊娠，似乎也许是有效的避孕药，但一旦用于人则并不成功。所以，假如知道一个化合物具有雌激素活，用这个化合物在大鼠或小鼠观测终止妊娠的作用是没故意义的。又如选用大小鼠作作实验性腹膜炎就不合用，由于它们对革兰氏阴性细菌具有较高的抵抗力，很不容易导致腹膜炎。有的动物对某致病因子特别敏感，极易死亡，也不合用。如狗腹腔注射粪便滤液引起腹膜炎不久死亡（80%24小时内死亡），来不及做实验治疗观测，并且粪便剂量及细菌菌株不好控制，因此不能准确反复实验结果。（五）易行性和经济性在复制动物模型时，所采用的方法应尽量做到容易执行和合乎经济原则。灵长类动物与人最近似，复制的疾病模型相似性好，但稀少昂贵，即使猕猴也不可多得，更不用说猩猩、长臂猿。幸好很多小动物如大小鼠、地鼠、豚鼠等也可以复制出十分近似的人类疾病模型。它们容易作到遗传背景明确，体内微生物可加控制、模型性显著且稳定，年龄、性别、体重等可任意选择，并且价谦易得、便于饲养管理，因此可尽量采用。除非不得已或一些特殊疾病（如痢疾、脊髓灰白质炎等）研究需要外，尽量不用灵长类动物。除了在动物选择上要考虑易行性和经济性原则外，并且在模型复制的方法上、指标的观测上也都要注意这一原则。 二、注意事项研究者的设计动物模型时除了要了解掌握上述一些原则外，还要注意下列一些问题： （一）注意模型要尽也许再现所规定的人类疾病复制模型时必须强调从研究目的出发，熟悉诱发条件、宿主特性、疾病表现和发病机理，即充足了解所需动物模型的所有信息，分析是否能得到预期的结果。例如诱发动脉粥样硬化时，草食类动物兔需要的胆固醇剂量比人高得多，并且病变部位并不出现在积极脉弓。病理表现为纤维组织和平滑肌增生为主，可有大量泡沫样细胞形成斑块，这与人类的情况差距较大。因此规定研究者懂得，各种动物所需的诱发剂量、宿主年龄、性别和遗传性状等对实验的影响，以及动物疾病在组织学、生化学、病理学等方面与人类疾病之间的差异。要避免选用与人类相应器官相似性很小的动物疾病作为模型材料。为了增长所复制动物疾病模型与人类疾病的相似性，应尽量选用各种敏感动物与人类疾病相应的动物模型，可参考表9-1。表91各种敏感动物与人类相似的疾病模型动物模型动物种类相应人类的疾病阿留申（Aleutian）病水貂类多发性骨髓瘤淀粉样变性北京鸭淀粉样变性动脉粥样硬化松鼠、猴、鸽、狒狒黑猩猩 Aoudad动脉粥样硬化房中隔缺陷黑猩猩房间隔缺损自家免疫性疾病新西兰黑色小鼠散播性红斑狼疮Sjogren氏综合征Waldenstrom氏巨球蛋白症脱发症/雄鼠模型猕猴肢末脱发症/男性心血管疾病土拔鼠心血管疾病白内障海豹、海狮子、沙鼠白内障小脑发育不全雪貂小脑发育不全脑血管疾病土拔鼠脑血管疾病Chastek氏麻痹症（一种维生素B1缺少症）水貂维生素B1缺少病染色体畸变蛙染色体畸变先天性红细胞血卟啉症狐、松鼠先天性红细胞血卟啉症多尿症黑色类人猿多尿症糖尿病中国地鼠、沙鼠糖尿病二糖（乳糖）运用差海狮子二糖运用差眼病非洲绿猴、狒、狒、海貂、海狮动脉瘤分叶动脉瘤火鸡暴死Diving反映海貂、海狮Ehlers-Danlos氏征候群Ehlers-Danlos氏症候群（原始胶原缺少）水貂椭园红细胞病椭园红细胞病红褐色美洲驼脑病、类羊搔痒病水貂Kurn Crentzfeidt-Jakob自发性高血压黑猩猩综合征家族性贫血Basenje遗传性球形红细胞症有规律地形成兄弟双胞胎狨猴双胞胎真菌感染蝙蝠真菌感染胃肠道寄生虫和治疗白鲢、猴、Leaf寄生虫病悉生动物研究兔、猪、大鼠、炎鸡鸡、羔羊、猫、狗、猴疾病的发病机理Grand-mal癫痫发作Gerbil癫痫内芽肿病Boxer溃疡性结肠炎结肠炎狗肠炎中暑Coypu中暑肝炎黑猩猩病毒性肝炎病毒性肝炎火鸡、北京鸭病毒性肝炎肝癌虹鳟、真鳟肝癌遗传性耳聋水貂耳聋遗传性脑白质营养不良水貂家族异染性的脑白质营养不良遗传性脑白质黑变病水貂Chediak-Higashi综合征遗传性肌萎缩北京鸭、火鸡肌萎缩遗传性球形红细胞症鹿、小鼠球形红细胞症两性畸形水貂两性畸形疱疹火鸡疱疹感染疱疹诱发性淋巴瘤火鸡淋巴瘤脑积水水貂脑积水多骨质骨肥厚乌龟，长尾小鹦鹉多骨性骨肥厚非溶血性高胆红素血症Gunn大鼠Crgler-Najjar综合征炎症悉生动物炎症流行性感冒雪貂流感实验性家族遗传性中枢神经系统变性病黑猩猩家族遗传性中枢神经系统变性病脂肪血症蒙古沙土鼠脂肪血症巨噬细胞“泡沫状”脂沉积症乌龟、长尾小鹦鹉脂肪贮藏性疾病李司忒氏菌病Lemming李司忒氏菌病淋巴瘤沙土鼠淋巴瘤淋巴肉瘤蟾蜍、蝾螈、Boxer狗Hodgkin氏病吸取障碍综合征（灰色便）水貂吸取障碍疟疾北京金丝雀疟疾母亲和胎儿血循环矮山羊母亲和胎儿血循环接触传染性软疣黑猩猩接触传染性软疣增生物鉴别犰狳（九条纹）、真鳟杂核单卵性变胎肌营养不良火鸡、小鸭肌营养不良肿瘤病土拔鼠、小鼠、Mulei-mammate肿瘤骨软化鼯鼠骨软化寄生虫感染蝙蝠寄生虫感染色素沉着肝病吼猴肝细胞黑色素沉着浆细胞增多症水貂浆细胞增多症脊髓灰质炎Lemming脊髓灰质炎多尿症中国地鼠糖尿病肺腺瘤灰鼠肺腺瘤狂犬病吸血蝙蝠（鼠蝠）、蝙蝠狂犬病肾脏腺肉瘤蛙肾脏腺肉瘤生殖生物学狒狒、蛙、蟾蜍、蝙蝠生殖类风湿病因素吼猴类风湿病因素肉瘤花金属SPP肉瘤性染色体异常水貂、狨猴性染色体异常体内红细胞镰状细胞素变质白尾鹿镰状细胞贫血躯体分离（抗体形成）鸟、鱼、Pesomyscus、SPP躯体分隔（抗体形成）弓形体病地松鼠、鼠猴、猫弓形体病兔热病Lemming兔热病溃疡性结肠炎黑猩猩溃疡性结肠炎尿失禁水貂尿结石病毒性诱发网状组织疾病美国阿留申群岛水貂新西兰小鼠网状组织病 （二）注意所选用动物的实用价值模型应合用于多数研究者使用，容易复制，实验中便于操作和采集各种标本。同时应当首选一般饲养员较熟悉而便于饲养的动物作研究对象，这样，就无需特殊的饲养设施和转运条件，经济上和技术上容易得到保证。此外，动物来源必须充足，选用多胎分娩的动物对扩大样本和反复实验是有益的。特别对慢性疾病模型来说，动物须有一定的生存期，便于长期观测使用，以免模型完毕时动物已频于死亡或毙于并发症。野生动物在自然环境中观测有助于对的评价自然发病率和死亡率。但记录困难，在实验条件下维持有一定难度，且对人和家畜有直接和间接的威胁，使用时要特别加以注意。因此，复制模型时必须注意动物种群的选择，要了解各类动物种群的特点和对复制动物的影响。用于生物医学研究的动物种群，可按其遗传成分和其环境被研究人员控制的限度，分为三种基本类型：实验室类型，它们可提供最大限度的遗传和环境操作；家养类型，不管是乡村或城市饲养的，人类对其干扰的限度不同，且动物环境与人类环境可为能极为接近；自然生态类型。几乎没有人为的干扰。也许某种动物（啮齿目、食肉目、兔形目）可按所有三类类型进行研究，这就增长了对环境和遗传因素作比较研究的也许性。在选用三类动物种群复制动物模型时，必须了解它们各自的优点和缺陷，可参考表9-2。表92不同类型的动物种群的优点和缺陷优点缺点（一）实验室种群1连续饲养和记录1生活于人工环境2观测迅速2标准日粮3个体众多3宿主体型大小和疾病的急性本质不太合用于临床或研究4生命周期短4一般涉及人工诱发的疾病5标化的环境和/或遗传组成：近交、小鼠、大鼠、豚鼠、鸡6在癌症研究领域中可用于传播性和移植性肿瘤7有基本的生化、生理、病理资料（二）家养动物种群1生活于与人类相似或相同的环境1.饲养：空间、价格、管理、安全2发病率常可比较2.实验对象损失：屠宰3可研究自然途径感染的自发性疾病3.疾病记录和报导极有限4短时间内经历疾病的全过程4.可用的免疫学资料有限5很适于临床研究6有无限制的生前和死后标本7也许进行传播研究8在种群中疾病频率既有升高也有减少（三）野生动物种群1允许估计自然条件下疾病的频率1疾病记录和报告极有限2揭示自然条件下的正常周期（非偶尔的）2关于模型动物的基本资料有限3允许测定自然条件下的因素：3难以在实验条件下饲养（1）预后（2）监测4带有对家畜和人有潜在危险性的人畜互传疫病原（三）注意环境因素对模型动物的影响复制模型的成败往往与环境的改变有密切关系。拥挤、饮食改变、过度光照、噪音、屏障系统的破坏等，任何一项被忽视都也许给模型动物带来严重影响。除此以外，复制过程中固定、出血、麻醉、手术、药物和并发症等解决不妥，同样会产生难以估量的恶果。因此，规定尽也许使模型动物处在最小的变动和最少的干扰之中。(四)不能盲目地使用近交系动物,不然会导致不能控制的因素进入实验例如自发性糖尿病大鼠(BB、Wistar)除具有糖尿病临床特性外，还发现多种病理变化（外周神经系统严重病变、睾丸萎缩、甲状腺炎、胃溃疡、恶性淋巴瘤等）。因此要有目的地选择。半个世纪以来，近交系的开发不断提供着新的动物模型材料，大、小鼠疾病作为模型在医学使用量已高达7090%。运用近交系作动物模型时还必须结识到：1.动物形成亚系后不应当再视为同一品系。要充足了解新品系的特性和背景材料。2.即使作为已形成模型的品系，由于不适当的育种方法和环境改变，还可发生新的基因突变和遗传漂变；即存在着变种甚至断种的危险。3国外经常取用二种近交系的杂交一代（F1）作为模型。其个体之间均一性好，对实验的耐受性强，又多少克服了近交系的缺陷。但盲目引进F1代动物对复制所规定的模型是缺少意义的。（五）动物进化的高级限度并不意味着所有器官和功能接近于人的限度复制动物模型时，在条件允许的情况下，应尽量考虑选用与人相似、进化限度高的动物作模型。但不能因此就认为进化限度越高等的动物其所有器官和功能越接近于人。例如，非人灵长类诱发动脉粥样硬化时，病变部位经常在小动脉、即使出现在大动脉也与人类分布不同。据报导用鸽（White Gameau Pigeon）作这类模型时，胸积极脉出现的黄斑面积可达10%，镜下变化与人也比较相似，因此也广泛被研究者使用。（六）对的地评估动物疾病模型应当懂得没有一种动物模型能完全复制人类疾病真实情况，动物毕竟不是人体的缩影。模型实验只是一种间接性研究，只也许在一个局部或几个方面与人类疾病相似。因此，模型实验结论的对的性只是相对的，最终必须在人体身上得到验证。复制过程中一旦出现与人类疾病不同的情况，必须分析其分岐范围和限度，找到相平行的共同点，对的评估哪些是有价值的。总之，动物疾病模型这门新兴的科学正吸引着各个领域专业人员投身于这项开发工作。无论医学家、兽医学家还是生物学家，要复制动物模型还必须学习有关知识，精于选用已知的各种模型和开发新的模型，这也应当是研究者的一项基本技能。