实验动物学

三项重大突破即：近交系小鼠（1909）、无菌动物（1915）和免疫缺陷动物（1966）的发现和培育成功，为创建实验动物科学奠定了基础。3R”即：替代（Replacement）、减少（Reduction）和优化（Refinement），

实验动物（laboratory animal LA）：指经人工培育，对其携带的微生物进行控制，遗传背景明确，可用于科学实验、药品、生物制品的生产和检定及其它科学研究的动物。人们运用现代手段和方法培育的具有新的生物学特性的动物品种（系）用于科学研究。1.从遗传控制角度来讲：来源清楚、人工培育的、遗传背景明确；2.从微生物控制角度来讲：对其携带的微生物及寄生虫实行控制； 3.从应用角度来讲：用于科学实验、药品、生物制品的生产和检定及其它科学研究。实验动物与实验用动物的区别：遗传控制不同，微生物控制等级不同，培育的形质和目标不同。近交系：连续全同胞交配20代以上的动物称为近交系

特点：1、其基因纯合度达到98.6%，个体差异小，似同卵双生反应一致重复性好，用少量动物即可获得精确度很高的实验结果，个体相互之间可以接受皮肤、器官移植。

2、隐性基因纯合使许多病态性状得以暴露，可获得大量先天性畸形及先天性疾病的动物模型.如高血压、白内障、糖尿病.动物模型。

缺点：出现近交衰退。即 1.增加基因纯合性,固定优良性状2.出现近交衰退

近交系的特征（1）基因纯合性(2）同基因性（3）长期遗传稳定性（4）表型一致性（5）遗传组成独特（6）分布的广泛（7）可识别性（8）繁殖力低，生活力弱。

F1代动物：两个无关近交系杂交形成的后代。

F1代特征（1）遗传性状稳定，表型一致（2）基因相同，杂合子（3）具有杂种优势

特点：虽然基因杂合，但个体之间基因杂合的一致,个体差异小。除具有近交系的优点,还具有生命力强耐受性强,可长期进行观察，个体相互之间可以接受皮肤、器官移植。但是动物机体结构和代谢与人类有较大差异，实验结果不能完全照搬于人。

封闭群动物：以非近亲交配方式繁殖生产的一个实验动物种群，5年以上不从外部引新血缘或至少繁殖四代以上，保持了一定杂合性和群体遗传特征。在人类遗传研究、药物筛选、毒物实验等方面起着不可代替的作用等。

突变系动物：指正常染色体的基因发生了变异，动物具有一种或多种遗传缺陷。例如：无胸腺裸鼠、严重联合免疫缺陷动物SCID小鼠。为肿瘤、免疫疾病的研究提供了理想的材料。

例如：对血压的影响，狗、猫、鼠易复制高血压模型。过敏反应，变态反应：豚鼠。呕吐反应：狗。对皮肤的局部作用：家兔、豚鼠、猪。致热反应：兔，不能用狗（无汗腺或汗腺不发达）。动脉粥样硬化：鸽、鸡、家兔。致癌作用：小鼠、大鼠考虑到品种品系。放射病：狗（不用兔，非常敏感）。免疫：C57BL/6 国际通用小鼠。

微生物等级分类：

普通级动物是指饲养在开放系统中，在微生物控制上要求最低的动物，它要求不携带人畜共患病和动物烈性传染病的病原。来源于清洁动物或SPF动物，在普通环境中饲养。用于教学和科研的预实验。

清洁级动物除不带有普通级动物应排除的病原外，还不应携带对动物危害大和对科学研究干扰大的病原。来源于SPF动物或无菌动物，在屏障环境中饲养。是我国主要的科研用动物无特定病原体动物。

无特定病原体动物（Specific Pathogen Free animal, SPF动物）是指动物体内无特定的微生物和寄生虫存在，但带有非特定的微生物和寄生虫的动物。来源于无菌动物或悉生动物，饲养在屏障环境中是国际上公认的科研用动物。无菌动物是指用现有的检测技术在动物体内外的任何部位均检不出任何活的微生物和寄生虫的动物。来源于剖腹产或无菌卵的孵化，饲养在隔离环境中形态学和生理学在某些方面与常规动物不同。悉生动物是指在无菌动物体内植入已知微生物的动物。

普通级、清洁级和SPF级动物每三个月自检一次。无菌动物每年检测动物一次。每2～4周检查一次动物的生活环境和粪便标本。

人兽共患传染病：

流行性出血热，淋巴细胞脉络丛脑膜炎，狂犬病，B病毒病，弓形体病，钩端螺旋体病结核，沙门氏菌病

动物烈性传染病：鼠痘，小鼠肝炎，仙台病毒感染，兔出血症

生物危害是指在科学实验中，由于工作人员的错误操作，而使有害病原体散播到外界，污染外界环境，并造成周围人及动物感染发病。

动物对实验处理的反应可以用以下公式表示：R=(A+B+C)×D+E

R－动物的反应，也就是动物实验处理的结果。A－动物物种的反应。B－动物品种或品系的反应。

C－个体的反应。D－环境因素和动物种、品系、个体相互作用后对实验结果的影响。E－实验误差。

实验动物环境指实验动物生长发育、繁殖交配、实验处理等赖以生存的所有外部条件的总和。

实验动物的环境因素可分为五个方面：

1.气候因素:温度、湿度、气流、风速等；

2.理化因素：CO2、O2、粉尘、臭味、噪音、照度等；

3.生物因素：饲养密度、微生物、其它动物等；

4.居住因素：房屋、饲养笼具、垫料、食槽等；

5.营养因素：蛋白质、水、维生素、矿物质等。

例如：温度啮齿类动物为18-29℃。喜马拉雅兔在20℃时，耳、尾、鼻和四肢尖端生长白毛，10℃时长黑毛。

相对湿度为40-70%，并以50±5%为最佳。大鼠发生“环尾病”（T:27℃，RH<40%）。

国标规定：换气次数在10-20次/h。风速为0.1～0.2cm/s（屏障系统）

噪声DBA小鼠可发生听源性痉挛；国标要求控制在60分贝以下。

国标要求光照以12h明: 12h暗或10h明: 14h暗为佳。

氨气浓度增高时严重者甚至产生急性肺水肿而致动物死亡。

国家科技部于1994年1月首次发布了《实验动物设施环境国家标准》.2001年正式实施（GB 14925-2001）。

《实验动物管理条例》1988年10月由国务院批准原国家科委颁布。

实验动物设施(Laboratory Animal Facility)：

广义是指进行实验动物生产和从事动物实验设施的总和。狭义指保种、繁殖、生产、育成实验动物的场所。

烈性传染病、致癌、剧毒等实验应在负压系统(P3/P4)或有防护的设备内进行；

实验动物设施的分类：根据微生物控制程度的不同分为三类，即：普通(开放)设施(open facility): 屏障设施（Barrier facility ）隔离设施（Isolation facility）

符合动物居住的基本要求；

不能完全控制传染因子；

适用于饲育教学等用途的普通级实验动物；

该设施内空气与外界环境相通，但有必要的防野鼠、蚊蝇设施。

屏障设施（Barrier facility ）：

适用于饲育清洁级及无特定病原体(SPF)实验动物；

进入系统的空气应经过初、中、高效三级过滤；

空气的洁净度达到万级；

进入设备的动物、饲料、水、垫料、实验用品均需有严格的微生物控制；

人员须经淋浴、更换灭菌服方可进入室内；

洁净级别为万级（空气中>0.5μm的尘埃粒子数<10000个/ft3，相当于353000个/m3）.

隔离设施（Isolation facility）：

采用无菌隔离装置以保证无菌或无外来污染;

隔离装置内的空气、饲料、水、垫料和设备均为无菌，动物和物料的动态传递须经特殊的传递系统;

该设施既能保证与外环境的绝对隔离，又能满足转运动物时保持与内环境的一致;

该设施适用于饲育SPF、悉生及无菌动物。

操作时：

工作人员只能通过隔离器上的橡胶手套进行操作；

物品通过包装消毒后，由灭菌渡舱或传递窗传入；

动物是经由无菌剖腹产的方法进入；

进入隔离器的空气，应经高效过滤，保证隔离器内空气洁净度达100级，无菌并维持正压状态。

改良的屏障设施－－独立供气动物笼系统（Independent ventilation cage，IVC）该系统采用具有先进水平的微型隔离技术，通过在笼子内部输送经过高效过滤的空气以保证动物免受微生物的污染，可以使动物生活在一个相对隔离的环境中。在普通环境下加IVC就可成为一个清洁级的动物房。

生物安全防护水平（Biosofety level，BSL）分为4级（即P1、P2、P3、P4）

实验室BSL-1 BSL-2 BSL-3 BSL-4 动物实验室ABSL-1 ABSL-2 ABSL-3 ABSL-4

人员进出屏障设施的基本要求和程序单向流动，即：更衣-淋浴-更灭菌衣--洁净走廊--动物实验室-污染走廊--洗消室--更衣--外部。国内第一部实验动物管理法规：

营养素（nutrition）―指生物体为了维持生命而从外界以食物形式摄入的必需物质。

实验动物所需营养素的种类：到目前为止已知动物机体所需的各种营养物质达50余种，其中最主要的可划归六大类，即：Protein Lipids、Carbohydrates、Mineral、Vitamin、Water。

例如：必需脂肪酸缺乏症Rat：脱毛、尾坏死、生长停滞、死亡。粗纤维是饲料中最难消化的物质。但它对兔、豚鼠等草食性动物却是必不可少的。无氮浸出物是动物体内能量的主要来源。豚鼠和猴体内不能合成维生素C, 须由饲料供给。水的重要性仅次于氧气，水是动物体内含量最多的营养物质之一（55％～80％）。清洁级及以上级别的实验动物，其饮用水必须经过灭菌处理，亦可应用酸化水（pH2.5-3.0）。

营养需要(nutrient requirement)：为满足动物维持正常生长和繁殖所需的各种营养素的量。

根据动物的品种、年龄及生理状态将其营养需要分为生产、繁殖和维持三种。

例如：大鼠不需要补充维生素K，但要补充维生素A；生长期的大鼠易发生脂肪酸缺乏。维生素A过量可以导致小鼠繁殖紊乱和胚胎畸形。豚鼠体内缺乏左旋葡萄糖内酯氧化酶，对维生素C缺乏特别敏感，对赖AA、蛋AA等EAA的需要量很高。繁殖兔仍需补充VK；灵长类不能合成维生素C。

原料贮存3～6个月、粉状饲料1～2个月、动物性饲料1～3个月、颗粒料不超过3个月。

常用的实验动物有：小鼠、大鼠、地鼠、沙鼠、豚鼠、家兔、实验用犬、实验用小型猪等。

中国实验动物信息网:https://www.360docs.net/doc/f33300819.html,/

小鼠是应用最广泛的哺乳类实验动物，实验中最常用18g～22g的成年小鼠。

小鼠是群居动物，对致癌物敏感，自发性肿瘤多。

小鼠灌胃不能超过（1.0ml) 。运用下颌骨形态的分析技术，可进行近交系小鼠遗传监测。心尖位于近胸骨端第四肋间，此处为小鼠心脏采血的进针部位。腭与咽部无扁桃体。气管、支气管都不发达，不适于进行慢性支气管炎模型及祛痰平喘药的疗效实验。成年小鼠采食量为4－7g/d。雌性为双子宫，呈“Ｙ”型。

新生小鼠赤裸无毛，小鼠开始繁殖一般是在65－90日龄之间。妊娠期19～21d，哺乳期20～22d。交配１０～１２h，雌鼠在阴道口形成一个白色的阴道栓，这是小鼠交配成功的标志。阴道栓的形成：是因为雄鼠生殖器官中有凝固腺，交配后可分泌腺液并凝固于雌鼠阴道和子宫颈内，形成阴道栓。性别鉴定：主要是从肛门与生殖器之间的距离来加以区别。距离短的为雌性，长的为雄性。

已培育500多个近交系、200多个远交群（封闭群）、2000多个突变系

１、近交系：白化（aaBBcc）小鼠，615ＢＡＬＢ／c，Ｃ3Ｈ／Ｈe，Ｃ57ＢＬ／6，

2、封闭群：ＫＭ白化小鼠、昆明小鼠，ＮＩＨ白化小鼠，

3.突变系：ob肥胖小鼠；db糖尿病小鼠；免疫缺陷动物：裸小鼠、Scid鼠及Beige小鼠。

生物医学领域的应用，小鼠因其自身的特点，是用途广泛、使用量最大的哺乳类实验动物。1药物研究：药品毒性和安全评价实验、药物筛选实验、生物效应测定和药物效价的比较实验和药效学研究。2肿瘤学研究；3传染性疾病研究；4遗传学的研究；5老年病学的研究；6计划生育研究；7免疫学研究。

大鼠是仅次于小鼠的最常用的哺乳类实验动物。一般用体重为180g-220g的大鼠做实验。对营养缺乏非常敏感，特别是维生素A和氨基酸供应不足时，可发生典型的缺乏症状。相对湿度低于40%时，易患坏尾病一般饲养室湿度应保持在50%—65%之间。不能用于做催吐实验，药理实验时应注意。胃中有一条皱褶，收缩时会堵住贲门口，这是大鼠不会呕吐的原因。大鼠肝脏共分6叶，再生能力强。切除60%~70%的肝叶，仍有再生能力，无胆囊。雌性子宫为Y型双角子宫，胸部和腹部各有3对乳头。大鼠妊娠期为19-23d，平均21或22d。常用近交系：ACI系，F344 GH系，AGUS系；封闭群：Wistar大鼠、SD（Ｓprague dawley）大鼠

FMMU白化豚鼠血管和免疫反应较好在皮肤急、慢性毒性试验和皮肤刺激反应一定要用白化；豚鼠温度控制在1８～２２℃之间。

人类疾病动物模型是生物医学研究中所建立的具有人类疾病模拟性表现的动物实验对象和材料。

动物实验对象：以动物整体作为研究对象；材料：以器官、组织、细胞为研究对象

动物模型的设计原则1．相似性2．重复性3．可靠性4．适用性和可控性5．易行性和经济性

动物模型的优点及意义：

1.避免了在人类进行实验所带来得风险。

2.临床上平时不易见到的疾病可用动物随时复制出来。例如：放射病、毒气中毒、战伤。

3.可以克服人类某些疾病潜伏期长、病程长和发病率低的缺点。例如：肿瘤、肺心病、再障

4.可以严格控制实验条件，增加实验条件的可比性。

5.可以简化实验操作和样品收集。按时采集所需的各种样本，及时或分批处死动物收集样本，以便更好了解疾病过

程，完成实验目的，这点在临床时办不到的。

6.有助于更全面的认识疾病和疾病本质。

动物模型的分类

自发性动物模型（spontaneous animal model）诱发性动物模型（induced animal model）

阴性动物模型（negative animal model）孤立动物模型（orphan animal model）

动物模型的影响因素1、致模因素2、实验动物的选择3、动物的环境和营养因素4、实验操作技术因素

造模动物的临床检查

A．一般检查内容及方法1.全身状态观察：精神状态，营养状况，发育状况2.体温检查：一般测量直肠温度3.呼吸次数检查:根据胸腹部起伏动作4.背毛和皮肤检查:测定家兔等有4月龄换毛5.粘膜检查—眼角膜为主

B。主系统检查：消化系统检查；呼吸系统检查；循环系统检查

动物实验统计表（数据、标本等）；化验报告；日常工作记录----实验数据-----实验数据储存

遗传工程动物的定义

人为地运用如下技术等有目的地在基因水平改造动物的遗传物质组成，导致动物新性状的出现，并使其能有效地遗传下去，形成新的可供生命科学研究和其它目的所用的动物模型，这类动物可被称为“遗传工程动物(GGeenneettiiccaallllyy mmooddiiffiieedd animals,GMAs)”

制备遗传工程小鼠的常用技术

1. 利用转基因技术制备遗传工程小鼠

2. 利用基因打靶技术制备遗传工程小鼠

3. 利用转基因体细胞核移植技术制备遗传工程动

4. 利用ENU大规模诱变技术制备遗传工程小鼠

1. 转基因技术；

2. 基因打靶技术(包括基因敲入和基因敲除等

3. 转基因体细胞核移植技术；

4. ENU大规模诱变技术；

5. PB转座子转基因和插入突变技术；

6. 其它

遗传工程动物的用途：

1遗传工程动物与基因功能研究；2.与人类疾病动物模型；3.与生物活性物质生产；4.与异种移植器官的生产

利用遗传工程小鼠在活体水平解析基因功能

如何实现基因功能缺失或基因功能获得

1.基因功能缺失(Loss of gene function):

(条件性) 基因敲除(Gene knockout)；(条件性) RNA干涉(RNA interference, RNA)；显负性突变体(Dominant negative mutant) 技术

2. 基因功能获得：目的基因(条件性) 过表达

动物福利是指人为地给动物提供相应的物质条件和采用的行为方式，要保证动物在健康舒适的状态下生存，使动物处于生理和心理愉快的感受状态。简而言之，动物福利即为活的舒适，死的安乐。

动物福利的内涵让动物在健康、快乐的状态下生存。

五大自由

1 、不受饥渴的自由；（生理福利）；2、生活舒适的自由；（环境福利）；3 、不受痛苦伤害、疾病折磨的自由；（卫生福利）；4 、表达天性的自由；（行为福利）；5 、无恐惧、悲伤的自由。（心理福利）

“3R”的推进，将使实验动物的使用量逐渐减少，动物实验结果的准确性和可靠性不断提高。

替代（replacement）：应用单细胞生物、微生物或细胞、组织、器官，亦可用低等动物代替。比如果蝇用于致畸致突变的研究。还可利用植物细胞，甚至电子计算机模拟代替整体动物实验。

减少（reduction）：选用恰当的实验动物进行规范化的动物实验、提高实验动物的利用率，从而减少使用动物数量。优化（refinement）：使用新的有效的镇痛剂、麻醉剂或改进实验程序、优化实验操作，从而减少动物在实验过程中的痛苦。

3R理论的应用

一、体外技术；二、使用低等动物；三、免疫学技术；四、化学－物理方法；五、数学和计算机模型；六、人类模型；七、遥测技术；八、分层分析；九、其它替代方法；十贮存、交换和共享研究数据；十一、教学中的替代方法如何在动物实验过程中体现“动物福利”？

( 1) 动物实验要在符合相关“动物福利”的法律法规下进行( 2) 对物种及非动物的替代方法的选择:( 3) 优化实验设计( 4) 优化实验操作过程( 5) 取材( 6) 尸体处理

动物实验设计应遵循如下原则：

对照；随机化；重复；一致性；弹性；最经济

常用实验动物的选择原则1、相似性2、特殊性3、标准化4、规格化5、经济性

动物模型的设计原则1．相似性2．重复性3．可靠性4．适用性和可控性5．易行性和经济性

医药研究中动物选择的原则：

1.选择与人的机能、代谢、结构及疾病特点相似的实验动物（laboratory animals LA）如：猴、小鼠的NH4OH致咳

2. 选择遗传背景明确，得到良好微生物控制，具有模型性状显著且稳定的LA，如：裸鼠、青光眼兔、糖尿病大鼠

3.选择解剖、生理特点符合实验目的要求的LA。如：家犬的甲状旁腺位于甲状腺表面利于甲状旁腺切除

4 选择靶器官效应好的LA。

5.选择科研、检定及生产中传统使用的LA。

6.选择具有特殊反应性的实验动物品种（系）。

免疫缺陷动物（immunodeficient animal):是指由于先天性遗传突变或用人工方法造成一种或多种免疫系统组成成分缺陷的动物。

分类：1、先天性免疫缺陷动物：

a. T淋巴细胞功能缺陷动物：裸小鼠，裸大鼠

b. B淋巴细胞功能缺陷动物：CBA/N小鼠

c. NK细胞功能缺陷动物：Beige小鼠

d. 联合免疫缺陷动物：SCID小鼠等

2、获得性免疫缺陷动物：猴、小鼠、猫等AIDS模型

裸鼠（无胸腺，Ｔ细胞功能的缺失，Ｂ细胞功能基本正常，成年裸鼠有较高水平的ＮＫ细胞活性，但幼鼠的ＮＫ细胞活性低下）

裸小鼠主要特征

1.无毛（hairless)、裸体（nude）、无胸腺（athymus）。皮肤色素：BALB/C裸体小鼠为浅红色；C3H裸鼠为灰

白色；C57BL裸鼠黑灰色至黑色。

2.随着鼠龄增长，皮肤变薄，头颈部皮肤皱褶，发育迟缓。新生小鼠3周后生长明显迟缓，普遍有肝脏疾病，

死亡率高，寿命在15～26周。

3.细胞免疫力低下：无胸腺，仅有胸腺残迹或异常上皮，不能使T细胞正常分化。

4.几个免疫学反应特性：混合淋巴细胞反应中无有丝分裂反应、不产生细胞毒效应细胞、对刀豆素A或植物

血凝素P无裂原应答；无接触敏感性，无移植排斥。

5.NK细胞活性：6-8周龄成年裸鼠高于普通小鼠，而3－4周龄幼鼠低于普通小鼠。

6.粒细胞数量：比普通小鼠数量少。

7.B淋巴细胞数量正常但功能发挥有所限制：Ig主要是IgM，只含少量IgG。

8.抵抗力差：易患病毒性肝炎和肺炎。SPF或隔离器环境下生存。

9.纯合型雌裸小鼠特征：受孕率低，乳腺发育不良。繁殖方法采用雄性纯合子与雌性杂合子交配获得1/2纯

合型子代。

10.国内常用品系：BALB/C nu/nu, Swiss nu/nu, NC nu/nu

11.实验用裸小鼠年龄的选择：4－8周龄。

联合免疫缺陷动物SCID（severe combined immunodeficiency）小鼠（严重联合免疫缺陷小鼠Ｔ、Ｂ淋巴细胞自身不能分化成特异性功能淋巴细胞）小鼠组织学上表现为淋巴细胞显著缺乏。所有的T和B淋巴细胞功能测试均为阴性。人类肿瘤移植成功率远远高于裸小鼠。

渗漏（leakage）现象：免疫功能重建(几率15%)。机制不明，可能和DNA修复恢复有关，也可能和后天的抗原刺激有关。血清IgG筛选含量低于31.8μg/ml,表明无渗漏现象。

SCID-hu小鼠：人源化SCID(humanized SCID)

由于SCID小鼠缺乏有效的免疫系统，通过移植人免疫组织或免疫细胞，使SCID小鼠具有了人类部分免疫系统，称为SCID-hu小鼠。