生理學實驗指導-第一篇:第二章

第二章  實驗動物

在機能學實驗中，無論急性實驗還是慢性實驗，都應當正確地選擇動物對其進行必要的處理，如手術前麻醉和麻醉意外的處理等。

第一節(jié)  實驗動物的選擇

機能學實驗研究采取用何種動物，是決定研究成功與否的一個重要問題。一般應針對實驗目的，根據(jù)各種實驗動物的特點，逐一考慮下述一系列問題：（1)所要求的疾病模型能否復制成功，成功率大�。唬�2)采用的方法和所觀察指標是否簡單易行，實驗結(jié)果穩(wěn)定一致的程度如何，動物是否便于管理；（3)所獲得的實驗結(jié)果和人的臨床情況相比相似的大小；（4)需耗費的人力、物力、財力等。只有對這些因素進行綜合考慮，比較以后，才能確定采用何種動物較為合適。在教學上，不但要考慮以上這些問題，這應考慮教學效果，才能滿足實驗的目的和要求。

一、動物種類

適合機能學實驗的常用動物有兩大類：一是哺乳動物，如狗、貓、兔、豚鼠、大白鼠、和小白鼠等；二是兩棲動物，如蟾蜍、青蛙等。

（一)犬（Canis  familiaris)

犬的體型較大，血管、輸尿管和消化腺排出管粗大堅韌，便于分離和插管。神經(jīng)系統(tǒng)較發(fā)達，外周神經(jīng)干粗壯易辨認，又具有與人基本相似的消化過程。這些解剖生理特點說明，犬適用于消化系統(tǒng)實驗、尿生成的影響因素實驗、循環(huán)系統(tǒng)中插管測壓實驗以及神經(jīng)系統(tǒng)的部分實驗。

圖2-1  犬 Canis  familiaris

犬還能用于復制許多病理過程和疾病，如：水腫、炎癥、電解質(zhì)紊亂、酸堿平衡紊亂、缺氧、休克、DIC、心律失常、肺動脈高壓、肝淤血 、實驗性腹水和腎性高血壓等。此外，犬易于馴養(yǎng)，經(jīng)訓練后能很好配合，可使犬在清醒狀態(tài)下進行實驗；因而適用于慢性實驗，如高血壓、放射病和神經(jīng)官能癥等。犬還對手術的耐受性較強，體型大，常用于作許多在其他小的實驗動物不適宜作的手術，例如：胃瘺、巴浦洛夫小胃、腸瘺、膀胱瘺、膽囊瘺和頸動脈橋等。待動物從這些手術創(chuàng)傷中恢復，再復制胃炎、腎炎、腸炎、肝炎或高血壓等疾病，以觀察相應器官的機能代謝變化。

（二)家兔（Oryctolagus  cuniculus)

兔品種很多，目前我國實驗用的家兔主要有以下三種。（1)中國本兔：又稱白家兔，毛色多為純白，紅眼睛，是我國長期培育的一種品種，成年兔體重1.5～3.5kg。（2)青紫蘭兔（山羊青兔或金基拉兔)：毛色銀灰色,成年兔體重2.5～3.5Kg。（3)大耳白兔(日本大耳白):毛色純白，紅眼睛，兩耳長而大，血管清晰，便于靜脈注射和采血，成年兔體重4～6Kg。

家兔性情溫和，容易獲得，是機能實驗中最常用的動物。尤其是其頸部迷走、交感和主動脈神經(jīng)（又稱減壓神經(jīng))各自成束，這些解剖特點使其成為血壓的神經(jīng)體液性調(diào)節(jié)和減壓神經(jīng)的傳入性放電觀察最適宜的動物。此外，它適用于呼吸系統(tǒng)、泌尿生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、感官以及血液和循環(huán)系統(tǒng)的實驗。

圖2-2 家兔  Oryctolagus  cuniculus

    

家兔用于復制許多病理過程和疾病，如：水腫、炎癥、電介質(zhì)紊亂、酸堿平衡紊亂、失血、出血性休克、DIC、肺癌、動脈粥樣硬化、高脂血癥、心律失常、慢性肺心病、慢性肺動脈高壓、肺水腫、肝炎、膽管炎、阻塞性黃疸、腎性高血壓、腎小球性腎炎、急性腎功能衰竭等。

(三)大白鼠（Rattus  norvegicus)

大白鼠能用于復制許多病理過程和疾病，如：水腫、炎癥、缺氧、休克、DIC、膽固醇肉芽腫、心梗塞、肝炎、腎性高血壓、各種腫瘤等。

用大白鼠復制疾病模型較用其他實驗動物有以下主要特點：

1.大白鼠和小白鼠相似，便于大量繁殖，對動物實驗同種、純種、性別和年齡的要求，比較容易滿足，生活條件也容易控制，適合于需要用大量動物而小白鼠不能滿足實驗要求時，如：不對稱亞硝胺口服或胃腸道外給藥，能誘發(fā)大白鼠食道癌，而在小白鼠則很小引起食道癌；因而，在這種情況下，采用大白鼠較為合適。

2.大白鼠較小白鼠體大，對需要作較大體型的實驗，用大白鼠較為適合；例如：可用于直接記錄血壓，其血壓反應較家兔為好。大白鼠可用于研究休克、DIC時血液循環(huán)變化。大白鼠后肢可用作肢體血管灌流實驗，其心臟可用作離體心臟實驗。從大白鼠胸導管采取淋巴能研究疾病時淋巴的變化。

3.大白鼠無膽囊，因此，常用大白鼠膽管收集膽汁，進行疾病時膽汁功能研究。

4.大白鼠的垂體—腎上腺系統(tǒng)功能很發(fā)達，常用作應激反應和腎上腺、垂體等內(nèi)分泌功能實驗。大白鼠的高級神經(jīng)活動發(fā)達，因此，也廣泛用于神經(jīng)官能癥的研究。

（四)小白鼠（Mus  musculus)

小白鼠能用于復制許多病理過程和疾病，如：水腫、炎癥、缺氧、多種癌、肉瘤、白血病、多種傳染病、慢性氣管炎、心室纖顫等。

用小白鼠復制疾病模型，較用其他實驗動物具有以下主要特點：

1.小白鼠是實驗室最常用的一種動物，價格低廉，便于大量繁殖，對動物實驗同種、純種、性別和年齡的要求，比較容易滿足，生活條件也容易控制。因而只要符合實驗要求，應盡量采用。它適合于需要大量動物的實驗，容易滿足統(tǒng)計學的要求。例如：胰島素、促腎上腺皮質(zhì)激素的生物效價測定，毒物半致死量的測定。

2.小白鼠對許多疾病有易感性，因而適用于研究這類疾病，例如，血吸蟲病、瘧疾、流感、腦炎等病。小白鼠的純種品系甚多，每系有其獨特的生物特性，對某些疾病易感，例如，C3HA系對癌瘤敏感，C58系則抗癌，因此，純系小白鼠廣泛應用于各種腫瘤的研究。

3.當研究指標主要為組織學特別是電鏡觀察時，應用小白鼠因器官較小，可節(jié)約人力、物力。例如：用于研究慢性氣管炎時肺的變化。

4.小白鼠具有發(fā)達的神經(jīng)系統(tǒng)，能應用于復制神經(jīng)官能癥模型。

5.小白鼠對外界環(huán)境適應性差，不耐冷熱，經(jīng)不起饑飽，比較嬌嫩，因此，做實驗時要耐心細致，動作要輕，不然會干擾實驗結(jié)果。

（五)蟾蜍（Bufo  bufo  gargerizans)和青蛙（Rana nigromaculata)

蟾蜍和青蛙是醫(yī)學上常用的動物之一。有時也用于病理生理學實驗。蛙類的心臟在離體情況下，能有節(jié)奏地搏動很久，因此常用它研究心臟的心理功能和致病因素對心臟的直接作用等。蛙類的腓腸肌和坐骨神經(jīng)，可用來觀察外周神經(jīng)的生理功能，有害因子對周圍神經(jīng)肌肉或神經(jīng)肌肉接頭的作用。蛙的腹直肌可以作為膽堿能物質(zhì)生物測定用，腸系膜和舌可用來觀察炎癥微循環(huán)變化等。

二、實驗動物年齡、健康判定、個體選擇、性別辨認

動物年齡、性別、健康情況及個體差異對實驗結(jié)果往往有直接影響。因此，不同實驗對這些條件有具體的要求，一般來說，最好做到性別相同、年齡一致或接近、個體狀態(tài)大致相同的健康活潑動物作為實驗對象，隨機分配到實驗組和對照組。

（一)哺乳類動物健康的一般判定法

1.一般狀態(tài)  ：喜活動、喜吃食，眼睛有神，反應靈活，發(fā)育良好。

2.毛發(fā)：皮毛柔軟而有光澤，無脫毛、蓬亂現(xiàn)象。

3.腹部：不膨大、無腹瀉（肛門周圍無稀便或分泌物污染)

4.其他：瞳孔清晰、結(jié)膜不充血，鼻端濕而涼，皮膚無破傷、感染等。

（二)動物年齡的判斷

不同的實驗對動物年齡有不同的要求，一般情況下，常采用發(fā)育成熟的青壯年動物。實驗動物只有記錄出生日期，才能準確計算年齡；這在一般實驗室往往做不到，因而必須根據(jù)動物的某些生理特征和體重判定它們的年齡。

1.犬

表2-1  犬的年齡與牙齒特點的關系

年  齡	牙齒特點	年  齡	牙齒特點
2～3周 2～6月 5～8月 8月以后 1歲	僅有乳齒 有切齒及犬齒 生臼齒并換恒齒 全部恒齒長成 牙齒生齊，純白光澤	2歲 3歲 4歲 5歲	下切齒尖銳端消失，牙白色 中切齒尖銳端消失，牙白色 上切齒尖銳端消失 上中齒發(fā)黃

2．兔

表2-2  青紫藍兔年齡與體重的關系

年齡(天)	雄性體重g	雌性體重g	年齡(天)	雄性體重g	雌性體重g
初生 20 45 50	46～50 170～200 620～700 820～950	43～48 153～180 570～650 790～900	120 150 180	2,100～2,300 2,855～3,000 3,150～3,500	1,700～2,000 2,100～2,500 2,900～3,100

表2-3  大耳白兔年齡與體重的關系

年齡(天)	雄性體重g	雌性體重g	年齡(天)	雄性體重g	雌性體重g
30 60 90 120 150 180	530 1,180 1,710 2,380 2,880 2,890	530 1,170 1,790 2,370 2,880 3,150	210 240 270 300 830 360	3,200 3,400 3,500 3,630 3,660 3,730	3,510 3,990 4,240 4,380 4,460 4,550

3.大白鼠

表2-4  大白鼠年齡與體重的關系

年齡(天)	體重g	年齡(天)	體重g
20 40 60 80 100 120	18   40   80   130  165  195	140 160 180 200 320	216 228 240 250 260

4.小白鼠

表2-5  小白鼠年齡與體重的關系

年齡(天)	體重g	年齡(天)	體重g
4 8 14 18 22 24	10 20 30 40 50 60	25 27 28 30 30	70 80 90 100 120

（三)性別

對某些實驗，性別的影響不大，可以雌雄搭配，混合應用。對另些實驗，性別對于實驗結(jié)果有影響，則需要選擇。例如：骨折愈合受雌鼠動情期影響，因此疾病模型選用雄鼠。

1.哺乳類動物

表2-6  哺乳類動物性別的辨認方法

性  別	雄	雌
體  型	體大，軀干前部較發(fā)達	體小，軀干后部較發(fā)達
性  征	撥開生殖孔有性器官突起，有時明顯可見睪丸	乳頭較明顯
其  他	肛門和外生殖器距離較遠	肛門和外生殖器距離較近

２.蟾蜍的性別辯認

用右手拇指及食指挾皮膚提起時，雄的通常會發(fā)出叫聲，而雌的不會叫。另外，可觀察動物前趾蹼上有無棕黑色的小突起（常分布在拇指和食指的蹼上)，如有則為雄，沒有則為雌。提起動物時，前肢作擁抱狀則為雄，前肢呈伸直狀則為雌。

第二節(jié)  實驗動物的生理指標正常值

常用實驗動物的血壓、心率、心輸出量及呼吸頻率正常值見表2-7

表2-7  常用實驗動物血壓、心率、心輸出量及呼吸頻率正常值

 (楊君佑)

第三節(jié) 動物實驗涉及的動物保護問題

一、概述

機能實驗必須使用動物，實驗過程中將給動物造成巨大的痛苦和不安或剝奪其生存權(quán)力，這似乎與善待動物和保護動物的倫理觀念相矛盾。人類如何對待動物的倫理學爭論是從18世紀興起的，由于不同國家和民族的文化背景、宗教信仰不同，人們對待動物的態(tài)度也千差萬別，但基本的主流觀點是：“動物因為有感覺和有趣地生活著而應當有正常的地位，人類應該尊重所有的生命”。從這一基本觀點出發(fā)，形成了兩種對待動物的倫理傾向，即極端的“動物保護主義”和溫和的“3R”原則。

極端的“動物保護主義”認為，人類無權(quán)使用動物進行痛苦的或無痛的實驗，無論實驗本身對人類或動物有多大益處，一律不允許。據(jù)此理念，從20世紀七十年代起，某些國家的激進動物保護主義組織打著人道主jfsoft.net.cn義的旗幟，頻繁聚眾圍攻肉類食品公司、醫(yī)學研究機構(gòu)、高校實驗室和教室，放走動物、搗毀設備、焚燒資料。這一系列的舉動對肉類食品生產(chǎn)、生物醫(yī)學研究和教學秩序造成的強烈沖擊和破壞，使許多對人類或動物有益的工作陷于停頓，因此，極端的“動物保護主義”不利于人類社會的發(fā)展和進步。

比較理性的動物保護主義者從人類和動物的最高利益為出發(fā)點思考動物保護問題，主張進行對人類或動物有益的實驗，同時，又要合理保護動物，以免無必要的痛苦、不安和死亡。1959年W.M.S.Russell和R.L.Burch提出“3R”原則就是這種理性思考的結(jié)果。所謂“3R”，即Replacement(代替) 、Reduction(減少) 和Refinement(優(yōu)化) ，其基本思想是盡可能采用其他手段代替實驗動物，減少實驗動物使用量，設法改進動物實驗方法以減輕動物疼痛和不安。如今，“3R” 原則已被廣泛接受并努力付諸實施。

二、“3R” 原則的實施現(xiàn)狀

(一)代替   

實驗動物替代物的研究從20世紀60年代起步，至今已取得了多方面的進步，例如：

1． 用低等動物代替高等動物。如用果蠅作遺傳學研究和應激反應研究，用兩棲類動物代替哺乳動物研究心臟功能。

2． 用體外培養(yǎng)器官、組織和細胞代替實驗動物。如用體外培養(yǎng)的血管內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞代替活體動物研究動脈粥樣硬化，用雞胚培養(yǎng)病毒。

3． 用免疫學方法代替動物。如用高效單克隆抗體搜醫(yī)學.全在線jfsoft.net.cn尋抗原鑒定病毒的存在，以代替用小鼠接種的方法。

4． 計算機仿真、模擬動物實驗。

替代物研究的最新范例是我國用仿真宇航員代替犬和大猩猩進行有風險的太空飛行實驗。

(二)減少  

為盡量減少實驗動物的使用，主要采取如下措施：

1．用低等動物代替高等動物，減少高等動物的使用量。

2．使用高質(zhì)量動物，以質(zhì)量取代數(shù)量。如使用遺傳質(zhì)量高度均一的“近交系”動物。

3．合用動物。鼓勵不同學科的研究人員盡可能地合用同一批動物進行實驗研究或分別取各自所需的組織與器官。

4． 改進實驗設計與統(tǒng)計方法。例如：有人用同胎、同性別的牛犢研究飼料對乳脂量的影響，僅需兩頭牛，一頭作對照，一頭作實驗，所獲實驗結(jié)果與用110頭的結(jié)果相似。

(三)優(yōu)化 

可通過以下改進動物實驗方法和實驗技術手段的方式減少動物的痛苦、不安和死亡：

1．使用微創(chuàng)傷技術�？蓪⑴R床上常用的微創(chuàng)手術方法移植到動物實驗，如采用內(nèi)窺鏡或?qū)Ч軓膭游矬w內(nèi)取樣檢查組織病變情況，以避免解剖動物取樣。在不造成動物嚴重創(chuàng)傷的情況下，可重復取樣，既減少了動物使用量，又能保證研究的持續(xù)性和重復性。

   2．使用微量分析技術。微量分析技術需要的樣品少，可對動物反復多次取樣，而又不使動物因過多喪失體液或血液產(chǎn)生痛苦或不安。

   3．改進麻醉方法。雖然實驗前對動物進行了麻醉，但在較長時間的實驗過程中還應及時合理的補充麻醉劑或鎮(zhèn)靜劑，以減輕動物的痛苦與不安。

   4．施行安樂死術。實驗結(jié)束后，動物難以存活而必須處死時，應施行安樂死術，以盡人道主義責任。不可將動物棄之不管，任其痛苦的自然死亡或用粗魯?shù)氖侄卧讱⒅��?/p>

三、在機能實驗過程中學生應如何保護動物

國務院1988年批準由國家科委頒發(fā)的《實驗動物管條例》第六章第二十九條規(guī)定：“對實驗動物必須愛護，不得戲弄或虐待”。1998年由衛(wèi)生部頒發(fā)的《醫(yī)學實驗動物管理實施細則》第三章第十六條規(guī)定“進行各種動物實驗時，應當按動物實驗技術要求進行。要善待動物，手術時進行必要的無痛麻醉”。根據(jù)上述國家法規(guī)的基本精神，制定如下動物保護守則：

1．實驗前不得以惡作劇的形式戲弄或虐待動物，如拔除須毛、提拉耳朵、倒提尾巴或后肢、以銳器傷害動物身體和皮毛等行為。

   2．嚴格按要求對動物進行無痛麻醉，在沒有達到麻醉效果前，不能進行實驗。

   3．長時間實驗過程中，如遇麻醉失效，應及時補充麻醉劑。

   4．實驗手術操作要柔和、準確，避免粗魯?shù)膭幼骰螂S意翻弄、牽扯動物內(nèi)臟器官。

   5．實驗結(jié)束后，對能夠存活的動物要給予及時治療和照顧，使之迅速恢復健康。

   6．對于難以存活而必須處死的動物，應以過量麻醉施行安樂死術，不可棄之不管，任其痛苦死亡或以粗魯?shù)氖侄卧讱ⅰ?/p>

（金海燕)