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第6章 实验动物的选择与人类疾病的动物模型

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第六章 实验动物的选择 与人类疾病的动物模型

第一节 实验动物的选择
一切实验动物应具有个体间的均一性、遗传的稳 定性和容易获得三个基本要求。 选择的原则: 1、选择与人体结构、机能、代谢及疾病特征相 似的动物 2、根据要求达到的精确度选择实验动物 3、符合实验动物的一般原则

原则一: 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。医学研究的根本目的 是要探索人类疾病的发病机制,寻找预防及治 疗方法。因此,动物的物种进化程度在选择实 验动物时应该是优先考虑的问题。在可能的条 件下,应尽量选择结构、功能、代谢方面与人 类相*的动物做试验。由于实验动物和人类的 生活环境不同,生物学特性存在许多相同和相 异之处,研究者在选择动物用于实验之前,应 充分了解各种实验动物的生物学特性。通过实 验动物与人类之间特性方面的比较,做出恰当 的选择。

一般来说,动物所处的进化阶段愈高,其功能、结构、 反应也愈接*人类,如猩猩、猕猴、狒狒等非人灵长 类动物是最类似于人类的。他们是胚胎学、病理学、 解剖学、生理学、免疫学、牙科学和放射医学研究的 理想动物。我国南方和印度生产的猕猴有很多特性与 人相似,可用于细菌、病毒和寄生虫病的研究。例如 脊髓灰质炎、麻疹、疱疹病毒感染、弓形虫病、阿米 巴脑膜炎、南美锥虫病、间日疟和恶性疟,以及自发 性类风湿因子,奴卡氏菌病、病毒性肝炎等,对痢疾 杆菌和结核分枝杆菌也较敏感。猕猴的生殖生理非常 *似于人,月经周期也是28天,可用于生殖生理、计 划生育及避孕药研究。但实际中,非人灵长类动物属 稀有动物,来源很少,又需特殊饲养,选择有很大困 难。另一方面,也并非只有非人灵长类动物与人具有 相似性。许多哺乳类实验动物在某些功能、代谢、结 构及疾病特点方面也与人类*似。

可从如下几方面将不同实验动物与人进行比较, 以便充分利用其相似之处为科研服务。 (一)组织结构方面 哺乳动物之间,有许多组织结构上的相似 点,因而其生命功能基本过程也很相似。如猪 的皮肤组织结构与人类相似,其上皮再生、皮 下脂肪层、烧伤后的内分泌及代谢等也类似人 类,故选用小型猪做烧伤实验研究较为理想。

(二)系统功能方面 许多动物各系统的功能与人类是相似的,如 犬具有发达的*循环和神经系统,在毒理方 面的反应和人类也比较接*,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。两栖类的蛙和蟾蜍,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。

(三)生理特性方面 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。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 2时至3时是一日的峰值。了解这些与人类的细 微差别对具体研究是十分有益的。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,实验时应按照实际情况具体考虑。

(四)繁殖特性方面 哺乳类动物与人类一样,性成熟、妊娠期和 寿命一般是成比例的。寿命越长,妊娠期越长, 性成熟越晚。许多实验动物有一定的繁殖季节, 但有的在人工饲养条件下已发生改变。单胎动 物比多胎动物产仔数少,多胎动物中*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。

(五)体液成分方面 动物*性状与人类一样,包括形态和功能两个方 面。一般来说,与功能有关的各种指标之间都有一定 联系,如若红细胞数目高,那么红细胞压积和血红蛋 白含量都会高。体内的排出物有粪便、汗和尿液。鸟 类粪便和尿液汇合于泄殖腔一同排出体外,而哺乳类 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。饮水多时,尿多而淡;反之,则少而浓。一 般来说,淡水中生活的动物尿液是低渗的,海水中生 活的动物尿液是等渗的,陆地上生活的动物尿液是高 渗的,特别是沙漠中生活的动物,这种倾向性更明显。 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。尿液的酸碱度因动物食性不同而 有差异。草食类动物尿液呈碱性、粘度高,而肉食类 动物尿液呈酸性,且有特殊的臭味。

(六)解剖特性生方面 1.骨骼构成方面 许多动物与人类一样,形成躯干 的椎骨有颈椎、胸椎;腰椎、荐椎、尾椎。不同种类 动物间椎骨有很大差异。哺乳类动物椎骨以胸椎和尾 椎较大。尽管哺乳动物和人类颈部外观有长短之差, 但颈椎都是7个。灵长类动物中,原猴类几乎都是在 树上生活,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。齿式与动物的食性有密切关 系,草食类和肉食类差异最为显著。草食类的臼齿上 面扁*而且稍有一点凹状,而肉食类与此相反,呈凸 状,面积小,这可能与咀嚼方式有关。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。

2.脏器构成方面 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,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。 3.脏器形态方面 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(前胃部)所占比 例不同。动物种类不同,肝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。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。肺的分叶情况因动物种类 不同而有很大差别。

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。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长。脑的新皮质与旧皮质的 关系也因动物种类不同而不同。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l个心 房和1个心室,两栖类、爬行类有2个心房和1个心室 (不完全),鸟类、哺乳类有2个心房和2个心室(完 全心)。*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。在形态和功能 上,与人的心脏最类似的动物是犬。单胎动物和多胎 动物的子宫形态也存在明显差异。多胎动物中不同动 物种间也有差异。不同动物的乳腺分布和乳房的位置 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。

(七)疾病特点方面 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,可用 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。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、痢疾、 疟疾等。因此,可作为研究这些疾病发生、发 展过程及疫苗研制的理想动物。

原则二: 选用解剖生理特点符合实验目的要求的实验动物 做试验,是保证试验成功的关键。实验动物具有的 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。本书前面已介绍了各种常 用实验动物的解剖生理特点,熟悉这些特点,根据 这些特点选择实验动物能简化操作,使实验易于成 功。 狗的甲状旁腺位于两个甲状腺端部的表面,位置比 较固定,而兔的甲状旁腺分布得比较散,位置不固 定,因此,做甲状旁腺摘除实验选狗而不用兔,而 做甲状腺摘除实验则选兔更合适。狗是红绿色盲, 不能以红绿色信号作为条件刺激来进行条件反射试 验。

家兔颈部的交感神经、迷走神经和减压神经是分别 存在、独立行走的,而人、马、牛、猪、狗、猫这些 神经不单独行走,混合行走于迷走交感于或迷走神经 之中;如观察减压神经对心脏的作用时,则必须选用 兔,这3根神经中,白色、最粗者为迷走神经,切断 迷走神经,可立即造成肺水肿的动物模型。 家兔的胸腔结构与其他动物不同,当开胸和打开心 包胸膜,暴露心腔进行实验操作时,只要不弄破纵隔 膜,动物不需要人工呼吸,给实验操作带来很多方便, 很适合于做开胸和心脏试验。 家兔体温变化十分灵敏,最易产生发热反应且反应 典型、恒定,而小鼠、大鼠的体温调节不稳定,所以, 我们选择家兔做发热和检查致热原的实验研究。

小鼠体型小,性情温顺,易于饲养管理、操作和观察。对 外来刺激、多种毒素和病原体均很敏感,所以,各种药物 的毒性试验,微生物、寄生虫的研究,半数致死量的测定 都选用小鼠。 大鼠无胆囊,不能选做胆囊功能的研究,而适合做胆管 插管收集胆汁,进行消化功能研究。 中国地鼠易产生真性糖尿病。血糖可比正常高出2~8倍, 胰岛退化适合于糖尿病的研究。豚鼠体内缺乏合成维生素 C的酶,因而,对维生素C的缺乏很敏感,适合于维生素C 的实验研究。豚鼠易于致敏,适于做过敏性研究。 鸽子、家犬、猴和猫呕吐反应敏感,适合做呕吐试验; 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,就不宜选用。 大多数实验动物,猴、犬、大鼠、小鼠等按一定周期排 卵,而兔和猫属典型的刺激性排卵动物,只有经过交配刺 激,才能排卵。因此,兔和猫是避孕药研究的常用动物。

根据品种品系选择 不同种系实验动物对同一因素的反应有其共同的一面, 但有的也会出现特殊反应。如何充分利用这些特殊反应, 选用对实验因素最敏感的动物,对实验研究也十分有价值。 如在猪瘟细胞苗的效力检验中,白兔比灰兔敏感,而长毛 兔的反应最敏感,发热反应最典型。用仙居鸡作安全检验 合格的鸡新城疫I系苗,注射纯种肉鸡、蛋鸡时并不安全, 不仅反应重,而且有死亡。 值得注意的是不同药物或化合物,在不同种系动物上引 起的反应是有很大差异的。如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;吗啡对家犬、兔、猴和 人的主要作用是中枢抑制,而在小鼠和猫则是中枢兴奋; 家兔对阿托品极不敏感;苯胺及其衍生物对犬、猫、豚鼠 和人产生相似的变性血红蛋白等病理变化,在兔则不易发 生,在大、小鼠等啮齿类则完全不发生等。这些在选择实 验动物时必须加以注意。

同种但不同品系的动物,对同一刺激的反应差异很大。 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, 闻电铃声可出现特殊的阵发性痉挛,甚至死亡,而 C57BL小鼠根本不会出现这种反应。DBA/2及C3H小 鼠对新城疫病毒(Newcastle病毒)的反应和DBA小 鼠完全不同,前者引起肺炎而后者引起脑炎。C57BL 小鼠各种肿瘤的发病率低,但A系小鼠80%的繁殖母 鼠均患乳腺癌;津白1系小鼠为低癌系而津白2系为高 癌系。对仙台病毒的敏感性,DBA系比C57BL/6J系 相差百倍。地鼠的一个品系(LHC/LAK系)对慢病毒 感染敏感,绵羊痒病、疯牛病、传染性貂脑病和人类 的C-J病都能在此系动物群里传播。

根据实验质量选择 现代生命科学研究要求动物实验结果精确可靠,重复性好并具有可 比性,即不同的人在不同的时间、不同的空间,做相同的动物实验, 能得到完全一样的实验结果。这就要求我们要选用标准化的实验动物, 在标准的条件下进行实验。 选择何种遗传群动物,应根据不同的课题内容而定。*交系动物由 于遗传纯合度高,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,因而越来越广泛地应用于医学生物学的各个领域。 而且,不同品系具有各自独特的特性,适合不同课题的研究需要。以 群体为对象的研究课题,如人类遗传研究、药物筛选和毒性试验中, 要选择与人群基因型及表现型相似的动物类别,封闭群动物则更为合 适。许多基因突变系动物具有与人类相似的疾病模型特征,如自然发 生高血压大鼠,青少年型糖尿病大鼠,缺少T细胞的裸大鼠、裸小鼠、 裸豚鼠,肌肉萎缩症小鼠等,是研究人类疾病很好的工具。 转基因小鼠、可调控基因表达的小鼠、基因敲除小鼠、基因定点整 合小鼠、特定组织或器官基因敲除小鼠等遗传工程小鼠是遗传精密度 更高的实验动物。随着2l世纪生命科学的发展,这些遗传工程小鼠将 会逐渐取代常规实验动物,成为21世纪生物医药研究的首选动物。

选择何种微生物等级的实验动物,也应根据各级动物 的特点,结合课题研究的水*、内容及目的而定。一 般而言,普通动物用于研究所获得的实验结果的反应 性差,故主要用于生物医学示教或为某项研究进行探 索方法的预试验。清洁动物是目前国内科研工作主要 要求的标准实验动物,适用于大多数科研实验。无特 定病原体动物是理想的健康动物,用它来研究,可排 除疾病或病原的干扰,适用于所有科研实验、生物制 品生产及检定,是国际公认的标准实验动物。涉及具 有国际交流意义的重大课题,最好选用无特定病原体 动物。无菌动物是一种非常规动物,仅适用于特殊研 究目的,如微生物与宿主、微生物间的相互作用,免 疫发生发展机制,放射医学等方面的研究。由于无菌 动物体内无任何可检出的微生物,使实验简洁明确, 给课题研究带来极大方便。

在精确试验中,鉴于动物体内外的寄生虫与微生 物会干扰试验的结果,最好选择无菌动物或悉 生动物,至少也应使用SPF级动物。此外,还 应考虑所选用的动物类别或级别要与实验条件、 实验技术、方法及试剂等相匹配。既要避免用 高精密度仪器、先进的技术方法、高纯度的试 剂与低品质、非标准化、反应性能低的动物相 匹配,又要防止用低性能的测试方法、非标准 化的实验设施与高级别、高反应性能的动物相 匹配,造成不必要的资源浪费。

原则三:符合一般原则 1.年龄与体重 年龄是一个重要的生物量,动物的解剖生理特征和对实 验的反应性随年龄的不同而有明显变化。一般而言,幼龄 动物较成年动物敏感,而老龄动物的代谢、各系统功能较 为低下,反应不灵敏。因此,一般动物实验应选用成年动 物。但不同实验对年龄要求不尽相同,需根据课题的内容 而定。一些慢性实验因周期较长,可选择幼龄动物。有些 特殊实验如老年病学的研究,则考虑用老龄动物。 由于不同种类实验动物的生活周期差别很大,动物实验 时还要注意“天文学时间”和“生物学时间”的区别。对 不同动物而言,经过相同的天文学时间在生物学上却有不 同的意义。例如,用犬做试验经过一年观察期和用大鼠做 实验经过相同的观察期,其生物学意义是完全不同的。同 样,用犬做试验从1岁到2岁的一年观察期和从12岁到13 岁的一年观察期,其生物学意义也不同。考虑生物学时间, 特别是在与老化有关的实验研究中很有意义。

值得注意的是,不同种属实验动物的寿命与人类具有 很大差异。在发育上,有的以日、月计龄,有的以年 计龄。所以,选择动物时应注意到各种实验动物之间、 实验动物与人类之间的年龄对应,以便进行分析比较。 实验动物年龄与体重一般呈正相关,可按体重推算 年龄。例如KM小鼠6周龄时雄性约为32g,雌性28g; Wistar大鼠雄性约为180g,雌性160g。但体重大小常 受每窝哺育仔数、饲养密度、营养、温度等环境条件 所限,有时不一定准确,提供部门应有动物出生日期 的记录以备查考。一般来说,选择的实验动物年龄、 体重应尽可能一致,相差不得超过10%。若相差悬殊, 则易增加动物反应的个体差异,影响实验结果的准确 性。

2.动物性别 不同性别的动物对同一药物的敏 感程度是有差异的,如在猪瘟疫苗的效力实验 中,雌兔比雄兔表现出较好的热反应,雌性小 鼠对四环素毒素的耐受力低于雄鼠。有人分析 149种毒物对不同性别大小鼠的毒性,发现雌 性的敏感性稍大于雄性,如雄性敏感性LD50 为1,则雌性LD50大鼠和小鼠分别为 (0.88±0.036)与(0.92±0.085),如实验 无特殊要求,应选择雌雄各半做实验,以避免 因性别差异所造成的结果误差。

3.生理状态与健康状况 处于怀孕、哺乳等生 理状态时,动物对外界刺激的反应常有所改变, 如无特殊目的,一般应从实验组中剔除,以减 少个体差异。健康动物对各种刺激的耐受性比 有病的动物要大,实验时应剔除瘦弱、营养不 良的动物。 4.实验条件 实验条件对动物实验结果有很大 影响,应给相应级别的动物有相应级别的环境 条件,寒冷、炎热、通风不良、噪声或营养不 良均会严重干扰动物实验的结果。

经济性原则 经济性原则是指尽量选用容易获得、价格便宜和饲 养经济的动物。实际工作中,选择实验动物还必须考 虑课题经费有限性这一因素。在不影响整个实验质量 的前提下,尽量做到方法简便和降低成本。这就涉及 选用易于获得、最经济和最易饲养管理的实验动物。 许多啮齿类实验动物,如小鼠、大鼠、地鼠、豚鼠等, 繁殖周期短,具多胎性,饲养容易,遗传和微生物控 制方便。而且这些动物的年龄、性别、体重可任意选 择,量大价廉,来源充足。猴、狒狒、猩猩等非人灵 长类动物,其进化程度高,与人类最接*,在许多疾 病研究方面有着不可替代的优越性。但由于来源稀少, 加之繁殖周期长,饲养管理困难,不能得到普及使用。 除非不得已或某些特殊的研究需要外,应尽量避免选 择此类动物。

第二节 人类疾病的动物模型
定义: 人类疾病动物模型(Animal models of human diseases)是指为阐明人类疾病的发生机理 及建立预防、诊断和治疗方法而制作的具有人 类疾病模拟表现的动物实验对象和相关材料。

意义:
人类的替难者,避免了在人身上进行实验所带来 的风险; 可按研究者的需要获得实验材料; 缩短研究周期; 可控制各种实验条件,结果可比性强,重复性好; 可提供发病率较低的疾病材料 有助于更全面认识疾病的本质 药物的药效学研究和安全性评价 为教学服务,提供直观生动的教学效果

一个好的动物模型应具有以下特点:
1、相似性:动物模型应与相应的人类疾病有类似之处,尽可能再现所 要研究的人类疾病的病理变化。 2、重复性:理想的模型应是可重复、可标准化的。标准的动物、标准 的环境、标准的饲养管理、标准的实验器材、标准的实验操作。 3、可靠性:复制模型应特异地、可靠地反映该种疾病或某种机能、代 谢、结构变化,同时应具备该种疾病的主要症状和体征,并经受一系 列检测得以证实。

4、适用性:复制模型应尽量考虑今后临床能应用和便于控制其疾病 的发展,动物背景资料要完整,生命史能满足实验需要。 5、易行性和经济性:动物经济而来源充足,便于转运,易于关养。 在同等条件下,优先使用标准化的实验动物。 6、安全性:动物模型应不对实验人员和其它人员的生命安全产生威 胁。

动物模型分类:
按产生原因分类
1、诱发性动物模型(experimental animal model) 2、自发性动物模型(spontaneous animal model) 3、抗疾病型动物模型(negative animal model) 4、生物医学动物模型(Biomedical animal model)

诱发性动物模型(experimental animal model) 又称为实验性动物模型,指通过使用物理、化学、 生物等致病手段,人为制造的疾病模型。
物理因素诱发:如手术致骨折、放射线致免疫抑制 化学因素诱发:如高油脂饲料致兔动脉粥样硬化、化学 毒物中毒 生物因素诱发:如微生物感染 复合因素诱发:如豚鼠慢支用致病菌加寒冷或加SO2 生物技术制作的动物模型:如嵌合体动物、转基因动物、 克隆动物等

优点:制作方法简便,实验条件比较简单,其他 因素容易控制,短时间内可大量复制。 缺点:诱发的疾病模型与自然产生的疾病在某些 方面有所不同。而且有些人类疾病不能用人工 方法诱发出来。

2、自发性动物模型(spontaneous animal model)指不加任何人工诱发,在自然条件下 动物自然产生的疾病,或者由于基因突变的异 常表现通过遗传育种保留下来的动物疾病模型。 以肿瘤遗传性疾病居多。 优点:是在一定程度上减少了人为的因素,更接 *自然的人类疾病。 缺点:种类有限,疾病动物饲养条件要求高,发 病率低,发病时间长。自发肿瘤模型因动物种 系、品种不同,其肿瘤所发生的类型和发病机 制有差异。

自发性动物模型应用价值很高,特别是在遗传性 疾病、免疫缺陷病、肿瘤等的研究上得到了广 泛应用。*几十年来科学界十分重视自发性动 物模型的开发。 如与人类疾病相似的心脏病的加拿大犬;与儿童 碳水化合物、氨基酸代谢失调相似的猫;自发 性高血压和脑中风大鼠;青光眼兔;自发性糖 尿病地鼠;肥胖症小鼠;裸鼠:肺癌、淋巴肉 瘤、白血病等等。

3、抗疾病型动物模型(negative animal model) 是指特定的疾病不会在某种动物身上发生。 因此可借以探讨为何该种动物对该疾病有天然 的抵抗力。 如哺乳类动物均感染血吸虫病,而洞庭湖流 域的东方地鼠却不能复制血吸虫病,故可用于 血吸虫感染和抗病的研究。

4、生物医学动物模型(biomedical animal model)是指利用健康正常的动物生物学特征 来提供人类疾病相似表现的疾病模型。 如沙鼠缺乏完整的脑基底Willis动脉环,动脉环 后交通支,可用来结扎一侧颈动脉制备脑梗塞、 脑缺血模型 鹿的正常红细胞是镰刀形的,多年来一直用于镰 刀形红细胞贫血研究。

按模型对象分:整体动物模型、离体组织器官模 型、细胞株模型、数学模型 按中医药体系分:中医证候动物模型:阴虚、阳 虚、气虚、血虚、脾虚、肾虚动物模型,厥脱 症动物模型

影响动物模型的因素 1、致模因素 ①研究目的 ②人类疾病的致病因素,临床症状和发病机理 在动物上的区别 2、动物因素(种类、品系、年龄、性别、生理 状态等) 3、实验技术因素(昼夜、麻醉深度、手术技巧、 给药途径、对照组) 4、环境和营养因素(温度、湿度、噪音光照、 饲料等)

常见人类疾病动物模型
肿瘤动物模型
一、诱发性肿瘤模型
诱发性肿瘤模型是使用致癌因素 (Carcinogens)在实验条件下诱发动物发生肿 瘤的动物模型,原理是利用外源性致癌因素引 起细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增 殖活性,形成肿瘤。

外源性致痛因素主要有化学性、物理性及生物性致癌物, 其中化学性致癌物(Chemical carcinogens)最常见。 化学性致癌物(Chemical carcinogens):苯并芘(benzpy rene),甲基胆蒽(MC),联苯胺(benzidine ),亚硝胺类 (nitrosamine ),黄曲霉素类(aflatoxin) 物理性方法主要是放射性物质致瘤,用放射线照射或局部 注射放射性同位素。 生物学方法是用能诱发动物肿瘤的病毒致癌,如:小鼠白 血病病毒(Murine leukovirus,MLV),Rous鸡肉瘤病 毒,SV40病毒。以及用转基因的方法诱发动物产生肿 瘤,可根据启动子类型的不同选择不同的发瘤器官,如 用乳球蛋白启动子的SV40T抗原的转基因小鼠,可诱发 乳腺癌或胰腺癌。MMTV-Wnt-1转基因小鼠高发乳腺癌。

用于诱发实验性肿瘤的动物种类很多,以啮齿动 物的使用最多、应用最广,包括各种大鼠、小 鼠、豚鼠等

(一) 诱发方法
诱发性动物肿瘤的诱发方式包括原位诱发和 异位诱发。 原位诱发是指将致癌物直接与动物靶组织 或靶器官接触而诱发该组织或器官发生肿瘤。 异位诱发是将与致癌物接触后的动物组织 或器官埋置于该动物或另一正常动物皮下而产 生的该组织或器官的肿瘤。 1.涂抹法(皮肤癌);2.经口给药法(消化道 或消化腺);3.注射法;4.气管灌注法(肺 癌);5.穿线法;6.埋藏法

(二) 常见的诱发性肿瘤动物模型
1.肺癌(Carcinoma of the lung)
[简述]:在实验功物身上诱发肺癌,要比诱发其他肿瘤困 难得多,诱癌率低,呼吸道给药的方法常常诱发多种肺 外肿瘤而不是肺肿瘤。 [方法]:①二乙基硝胺(DEN)诱发小鼠肺癌:小鼠每周皮 下注射1%DEN水溶液1次,每次剂量为56mg/kg;②乌 拉坦诱发肺腺癌:小鼠(A系,1-1.5月龄)每次每只腹腔 注入马拉坦生理盐水液0.1-0.3ml,间隔3-5日再注,共 注2-3个月每只小鼠用量约为100mg [特点]:①DEN总量达868mg,观察时间为100天,发癌 率可达40% ,DEN总量达1176mg,观察时间为半年时, 发癌率可达94% ,其中支气管鳞状细胞癌占41%。 ②乌拉坦注后3个月肺腺癌发生率为100%,且多数为 多发性,诱发肺肿瘤的部位和组织分型与人类肺肿瘤 相*似。

2.食管癌(Carcinoma of esophagus)
[简述]:亚硝胺在体内经过代谢,产生重碳烷,使核酸 或其他分子发生烷化而致癌.不对称亚硝胺口服或胃 肠外给药,均能诱发大鼠食管癌。 [方法]:①甲基苄基亚硝胺(MBNA)诱发食管癌:将1% MBNA溶液加在少量的粉末状饲料中,搅拌均匀,出1 月龄以上Wistar大鼠自由摄食.结药量每天0.75~ 1.5mg/kg②二烃黄樟素诱发大鼠食管癌模型:在大鼠 饲料中加入微量(1/2500~1/10000)黄樟素喂养大 鼠诱发率达20%一70% [特点及应用]:MBNA诱发的食管癌可见食管鳞状细胞癌 的组织,但很少发生转移;亚硝胺致癌性较强,大剂 量1次给药,即可致癌。

3.肝癌(Carcinoma of the liver)
[简述]:常用口服致肝癌的物质有乙基亚硝胺(DEN), 4-2甲基氨基偶氮苯(DBA)、2-乙酰氨基酸(2AAF).亚 胺基偶氮甲苯OAAT和黄曲霉素。 [方法]:①DEN诱发大鼠肝癌:取体重250g左右的封闭 群大鼠给与0.25%DEN水溶液0.25-1mL灌胃或稀释 10倍放在饮水瓶中自由饮水,剂量为每天2-10ml/kg, 喂养半年左右②黄曲霉素诱发大鼠肝癌:每月饲料中 含0.001~0.015mg/kg混入饲料中喂6个月左右。 [特点及应用]:DEN诱发大鼠致癌率为70%.DBA诱癌率 为60%,黄曲霉素诱发大鼠肝癌发生率为80%,此种 方法从病因学角度分析,与人体肿瘤较为*似,故此 类模型常用于肿瘤特点的深入研究。

4.宫颈癌(Carvical carcinoma) 用穿线法将附有0.1mg二甲基胆蒽(DMC)的棉 沙线结穿入雌性小白鼠的宫颈部,并固定缝线。 观察半年左右处死动物,取宫颈组织。

二、动物自发性肿瘤模型及移植瘤株
(一)各类动物自发瘤 (1)小鼠肿瘤 ①小鼠乳腺肿瘤:在各品系小鼠中,C3H系雌性 小鼠乳腺肿瘤发生率最高,达99%~100%;A 系经产雌鼠乳腺肿瘤发生率约为60%~80% 参照Dunn分类,小鼠乳腺肿瘤分为A、B 、C三型: A型为典型乳腺腺瘤。B型包括乳头状囊腺瘤、 单纯瘤及导管内瘤等。C型又称纤维瘤和腺纤 维瘤。

②小鼠肺肿瘤:小鼠自发性肺肿瘤主要见于18月 龄以上的A系、SWR系小鼠其肺自发瘤发生率分 别达90%和80%。经产PRA小鼠发生率也很高 (77%)。 病理学类型主要是腺瘤,有良性和恶性之分。 ③小鼠白血病:C58、AKR 、Afb等品系小鼠的白 血病多发,8~9月龄的AKR小鼠白血病发生率 高达80%~90%。形成的白血病以淋巴细胞性 白血病为主。

(2)其它动物自发瘤 ①大鼠内分泌肿瘤和恶性淋巴瘤,跟品系和年龄有关。 ②金黄仓鼠是实验性肿瘤研究中常用的一种动物,自发 瘤发生率的(0.5%~17%),主要发生于神经系统 和膀胱以外的组织和器官。 ③兔类自发瘤发生率很低,仅为0.8%~2.6%,以乳头 状瘤和子宫腺瘤最为常见。 ④两栖类自发瘤:以蛙的实验性肿瘤最常用。如豹蛙肾 肿瘤(发生率约2.7%) ⑤鸟类的自发性肿瘤也比较常见,特别是鸡肿瘤最常见, 发身率约10%~20%,且多属恶性,以肌原性肉瘤和 白血病为多。如发生上皮源性肿瘤,则几乎均为鳞状 上皮瘤。

(二)动物移植瘤 动物自发瘤可移植性肿瘤就是将动物自发性肿瘤 移植到同系、同种或异种动物体内生长并经传 代后组织学类型稳定,生长特性(包括接种成 活率、生长速度、自动消退率、宿主寿命与宿 主反应等)已趋稳定,其侵袭和转移的生物学 特性.以及对化疗药物的敏感程度均已确定; 能在同种或异种动物体内继续传代形成可移植 性肿瘤即瘤株。 1.小鼠可移植性乳腺癌;2.小鼠可移植性肺腺 癌;3. 小鼠可移植性肝癌;4.小鼠可移植性 宫颈癌;5. 小鼠可移植性淋巴造血系肿瘤

三、人体肿瘤的免疫缺陷动物移植模型 Rygaard和Povlson1969年首次将人结肠癌在裸鼠 上移植成功。迄今为止,世界上建立的人体肿 瘤免疫缺陷动物移植模型达400种以上。

各系统疾病动物模型
一、消化系统疾病动物模型 (1)四氯化碳肝硬化(hepatocirrhosis)动物模型: Wistar或SD大鼠,皮下注射40%~50%四氯化碳 (CCl4),同时饲以玉米面(混入0.5%胆固醇) (2)胆石症病动物模型(Animal model of cholelithiasis) ①食饵法:选叙利亚仓鼠、大鼠、犬或猴,食饵配方为 蔗糖74%,酪蛋白21%,食盐4.4%,胆碱0.1%,鱼 肝油0.5%,数月内形成结石,成石率高达100% ② 感染法:兔或大鼠,无菌条件下剖腹,露出十二指肠, 从十二指肠乳头逆行插入一塑料管进入胆囊,从中注 入蛔虫卵或大肠杆菌悬液。③胆总管结扎法④切除迷 走神经干(食管下端)法⑤异物植入法(蛔虫碎片、 线结、橡皮等)

(3)溃疡病动物模型(Animal model of peptic ulcer) 应激法:用饥饿、刺激寒冷等方法造成溃疡,大 小鼠采用水浸法造成的胃溃疡模型较为稳定。 幽门结扎法:大鼠较为适宜,结扎幽门18小时后 使用。 乙醇损伤法:大鼠禁食48小时后灌服无水乙醇 药物法:可给大鼠或小鼠,注射一定量的组胺、 皮质激素、利血*或水杨酸等 根据不同的要求选择不同的方法。

二、呼吸系统疾病动物模型 (1)慢性支气管炎动物模型(Animal model of chronic bronchitis) 二氧化硫吸入法:选择小鼠,SO2 2%,每天10S 烟雾吸入法:选择大鼠,强、弱,香烟吸入法 (2)肺气肿动物模型 给予水解酶类(猪胰弹性蛋白酶、木瓜蛋白酶) ①雾化吸入法 ②气管内滴入法

(3)支气管哮喘模型(Animal model of bronchial asthma)一般使用豚鼠,氯化乙酰胆碱和磷酸组胺 溶液混合,喷雾吸入,可用鸡蛋白先行致敏。犬多 次暴露于过敏源,也可引起哮喘。 (4)肺炎动物模型(Animal model of pneumonia) 微生物接种兔或豚鼠的气管和肺部 大肠杆菌;克雷伯杆菌;支原体(金黄地鼠);仙台 病毒(小鼠);腺病毒 (5)肺结核动物模型(Animal model of pulmonary tuberculosis) 注射弗氏佐剂后感染结核杆菌(采用雾化吸入的方 法),常用动物是豚鼠

三、心血管系统疾病动物模型
(1)动脉粥样硬化动物模型(Animal model of atheromatous) 在动物饲料中加入过量的胆固醇和脂肪,饲养一 段时间后,其主动脉及冠状动脉内逐渐形成粥 样硬化斑块,常用大小鼠、兔和小型猪。小型 猪是最理想的模型。

(2)心肌缺血和心肌梗塞动物模型( Animal model of myocardial ischemia and infarction) ①电刺激法:雄性家兔,用不锈钢钢针定向插入右侧下 丘脑背侧核,以强弱电流分别刺激,每次5min,间隔 1~3min ②药物法:大鼠和家兔注射异丙基肾上腺素,犬注射麦 角新碱。 ③冠状动脉阻断法: 闭胸式选择性冠状动脉插管法(犬颈动脉插管注入汞) 开胸结扎冠状动脉法 离体心脏灌注冠状动脉结扎缺氧法 冠状动脉血栓法

(3)高血压动物模型( Animal model of hypertension) ①自发性高血压大鼠(Spontaneous hypertensive rat,SHR)由日本学者Okamoto 培育的突变系大鼠,该鼠自发性高血压的变化 与人相似,是目前应用最广泛的高血压模型, 它可产生脑血栓、梗塞、出血、肾硬化、心肌 梗塞和纤维化等变化。

四、泌尿系统疾病动物模型
(1)IgA肾炎动物模型(Animal model of IgA nephritis) ①小鼠口服牛γ球蛋白,同时口服环磷酰胺和雌 二醇 ②小鼠口服乳白蛋白,同时以胶状碳封闭小鼠的 单核-巨噬系统 ③口服BSA,加部分肝切除 结扎大鼠胆管

(2)慢性肾功能衰竭动物模型(Animal model of chronic renal failure) ①用物理方法减少或破坏肾组织,部分肾切除 液氮冷冻、电热灼伤、或结扎肾动脉分支以造成大部 分肾单位损毁 ②用肾毒性药物破坏肾组织 常用的肾毒性药物有嘌呤霉素(Puromycin)、阿霉 素(Adriamycin)和重金属盐类 ③用免疫方法破坏肾组织 用含有针对肾脏组织的抗体的血清或蛋白,注射大鼠 或小鼠 ④自发性慢性肾衰模型(Amimal model of spontaneous CRF) 老龄大鼠和FH大鼠比较明显

五、神经系统疾病动物模型
(1)脑血管疾病动物模型( Animal model of cerebral vascular disorders) ①局灶性脑缺血模型( Animal model of regional cerebral ischemia) 沙鼠结扎一侧颈总动脉 家兔阻断大脑中动脉法 犬大脑中动脉栓塞法 ②全脑缺血动物模型( Animal model of whole cerebral ischemia) 沙鼠结扎双测颈总动脉 大鼠4血管关闭法

(2)癫痫动物模型(Animal model of epilepsies) ①大鼠部分简单性癫痫模型:电极在脑皮层表面,模拟 外伤性癫痫。 ②大鼠复杂部分性癫痫模型:电极在双测海马CA1区, 也可在双侧杏仁核团,属点燃效应模型,术后可自发 癫痫。 (3)Parkinson病(PD)动物模型(Animal model of parkinson disease) ①旋转大鼠模型:利用神经毒剂6-羟基多巴胺破坏黑质 的多巴胺神经原。 ②灵长类动物Parkinson病模型:恒河猴颈动脉注 MPTP

六、造血系统疾病动物模型
(1)再生*云堆锬P停 Animal model of aplastic anemia) ①药物诱发动物再障模型:家兔或小鼠口服马利兰,皮下注 射纯苯。②放射性同位素内照射动物:89sr腹腔注射小鼠, 或32P静脉注射③免疫介导法引起再障模型:BALB/c小鼠经 γ射线亚致死量全身照射后,尾静脉输入取自DBA/2小鼠 胸腺淋巴结混合细胞 (2)白血病动物模型( Animal model of leukemia) ①T淋巴细胞白血病小鼠(L615)动物模型:由白血病病毒 诱发,在615小鼠连续传代,30代后建成的稳定的白血病 模型。②人类急性髓系白血病的小鼠模型(Mice model of human myeloid leukemias):人类胎儿骨片植入SCID 小鼠皮下建立具有人类造血功能的SCID-hu小鼠,再将髓 系白血病患者的骨髓细胞植入SCID-hu小鼠皮下的人类胎 儿骨片

七、内分泌及代谢性疾病动物模型 (1)糖尿病动物模型( Animal model of diabetes mellitus)
1型糖尿病与2型糖尿病的区别 项 目 胰岛素依赖 发病年龄 起病 症状 体重 酮症酸中毒 胰岛素释放曲线 1型糖尿病 Yes <30岁 急 中、重 减轻,消瘦 易发生 低* 2型糖尿病 No 中老年 缓慢 轻、中 不减,肥胖多见 不易发生 大致正常,高峰后移,或 高胰岛素血症

糖尿病是一种常见的慢性疾病,由于遗传因素和 多种环境因素联合作用使胰岛素分泌绝对或相 对分泌不足,引起糖类,蛋白质,脂肪的代谢 紊乱,临床表现为高血糖的一组全身性代谢紊 乱的疾病。 自发性糖尿病模型 KK糖尿病小鼠:2型 NOD/LtJ小鼠: 1型 BBWistar大鼠:1型 肥胖性糖尿病Wistar大鼠:2型 糖尿病地鼠:2型

八、骨骼系统疾病动物模型
(1)长骨干骨折动物模型(Animal model of long bone shaft fracture) (2)长骨干缺损动物模型(Animal model of bone defects) (3)兔膝关节软骨缺损动物模型(Animal model of Articular cartilage defects of the knee) (4)兔激素性股骨头坏死模型( Animal model of steroid-induced osteonecrosis in femoral head of rabbit) (5)大鼠类风湿性关节炎模型( Animal model of rheumatoid arthritis in rat) (6)脊髓损伤动物模型( Animal model of spinal cord injury)

九、皮肤系统疾病
(1)系统性红斑狼疮动物模型( Animal model of systemic lupus exythematousus) (2)银屑病动物模型( Animal model of osoriasis) (3)麻风动物模型( Animal model of leprosy)

传染性疾病动物模型
复制传染性疾病的动物模型可以采用生物、物理和化学 等因素人工诱发,也可利用自然状态下感染的动物即 自发性感染模型。 一、病毒性肝炎动物模型(Animal model of viral hepatitis) (1)狨猴、红面猴、黑猩猩等灵长类动物人工感染人 类肝炎病毒。 (2)用动物肝炎病毒模拟人类肝炎病毒(鸭肝炎病毒 DHBV 、旱獭肝炎病毒WHV) (3)转基因动物模拟人类肝炎

二、SARS感染动物模型 恒河猴和食蟹猴等灵长类动物接种SARS病毒,可 以引起所有实验猴发生间质性肺炎其病理学改 变与人类感染SARS病毒后肺部病变*似,但病 变的严重程度比较人类轻得多
三、禽流感感染动物模型 禽类,其它动物?

创伤动物模型
一、烧伤动物模型( Animal model of burn injury) 实验前准备:选择动物,精确计算 (1)体表烧伤: 沸水或热水浸烫;火焰烧灼;热金属烤灼;电光 源烧伤 (2)吸入性损伤: 蒸汽吸入(小型高压锅);烟雾吸入(发烟材料)

二、辐射伤动物模型 需精确计算辐射量,一般为Co60γ射线照射 光辐射 三、冲击伤动物模型( Animal model of blast injury) (1)常用冲击伤模型 需用激波管,可造成脏器和组织受损 (2)减压或负压伤动物模型 用负压舱和真空泵

四、高速投射物致伤动物模型( Animal model of high velocity projectile injury) 常用犬和猪,用滑膛枪致伤,研究弹丸 对动物的损伤,观察弹道形状特点,测 量生物学数据。 五、撞击伤动物模型( Animal model of impact injury) 用兔、犬、猪等大动物,生物撞击机致 伤,常见部位为颅脑,胸部和脊柱。




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