生理学实验指导-第一篇:第二章

第二章  实验动物

在机能学实验中，无论急性实验还是慢性实验，都应当正确地选择动物对其进行必要的处理，如手术前麻醉和麻醉意外的处理等。

第一节  实验动物的选择

机能学实验研究采取用何种动物，是决定研究成功与否的一个重要问题。一般应针对实验目的，根据各种实验动物的特点，逐一考虑下述一系列问题：（1)所要求的疾病模型能否复制成功，成功率大小；（2)采用的方法和所观察指标是否简单易行，实验结果稳定一致的程度如何，动物是否便于管理；（3)所获得的实验结果和人的临床情况相比相似的大小；（4)需耗费的人力、物力、财力等。只有对这些因素进行综合考虑，比较以后，才能确定采用何种动物较为合适。在教学上，不但要考虑以上这些问题，这应考虑教学效果，才能满足实验的目的和要求。

一、动物种类

适合机能学实验的常用动物有两大类：一是哺乳动物，如狗、猫、兔、豚鼠、大白鼠、和小白鼠等；二是两栖动物，如蟾蜍、青蛙等。

（一)犬（Canis  familiaris)

犬的体型较大，血管、输尿管和消化腺排出管粗大坚韧，便于分离和插管。神经系统较发达，外周神经干粗壮易辨认，又具有与人基本相似的消化过程。这些解剖生理特点说明，犬适用于消化系统实验、尿生成的影响因素实验、循环系统中插管测压实验以及神经系统的部分实验。

图2-1  犬 Canis  familiaris

犬还能用于复制许多病理过程和疾病，如：水肿、炎症、电解质紊乱、酸碱平衡紊乱、缺氧、休克、DIC、心律失常、肺动脉高压、肝淤血 、实验性腹水和肾性高血压等。此外，犬易于驯养，经训练后能很好配合，可使犬在清醒状态下进行实验；因而适用于慢性实验，如高血压、放射病和神经官能症等。犬还对手术的耐受性较强，体型大，常用于作许多在其他小的实验动物不适宜作的手术，例如：胃瘘、巴浦洛夫小胃、肠瘘、膀胱瘘、胆囊瘘和颈动脉桥等。待动物从这些手术创伤中恢复，再复制胃炎、肾炎、肠炎、肝炎或高血压等疾病，以观察相应器官的机能代谢变化。

（二)家兔（Oryctolagus  cuniculus)

兔品种很多，目前我国实验用的家兔主要有以下三种。（1)中国本兔：又称白家兔，毛色多为纯白，红眼睛，是我国长期培育的一种品种，成年兔体重1.5～3.5kg。（2)青紫兰兔（山羊青兔或金基拉兔)：毛色银灰色,成年兔体重2.5～3.5Kg。（3)大耳白兔(日本大耳白):毛色纯白，红眼睛，两耳长而大，血管清晰，便于静脉注射和采血，成年兔体重4～6Kg。

家兔性情温和，容易获得，是机能实验中最常用的动物。尤其是其颈部迷走、交感和主动脉神经（又称减压神经)各自成束，这些解剖特点使其成为血压的神经体液性调节和减压神经的传入性放电观察最适宜的动物。此外，它适用于呼吸系统、泌尿生殖系统、神经系统、感官以及血液和循环系统的实验。

图2-2 家兔  Oryctolagus  cuniculus

    

家兔用于复制许多病理过程和疾病，如：水肿、炎症、电介质紊乱、酸碱平衡紊乱、失血、出血性休克、DIC、肺癌、动脉粥样硬化、高脂血症、心律失常、慢性肺心病、慢性肺动脉高压、肺水肿、肝炎、胆管炎、阻塞性黄疸、肾性高血压、肾小球性肾炎、急性肾功能衰竭等。

(三)大白鼠（Rattus  norvegicus)

大白鼠能用于复制许多病理过程和疾病，如：水肿、炎症、缺氧、休克、DIC、胆固醇肉芽肿、心梗塞、肝炎、肾性高血压、各种肿瘤等。

用大白鼠复制疾病模型较用其他实验动物有以下主要特点：

1.大白鼠和小白鼠相似，便于大量繁殖，对动物实验同种、纯种、性别和年龄的要求，比较容易满足，生活条件也容易控制，适合于需要用大量动物而小白鼠不能满足实验要求时，如：不对称亚硝胺口服或胃肠道外给药，能诱发大白鼠食道癌，而在小白鼠则很小引起食道癌；因而，在这种情况下，采用大白鼠较为合适。

2.大白鼠较小白鼠体大，对需要作较大体型的实验，用大白鼠较为适合；例如：可用于直接记录血压，其血压反应较家兔为好。大白鼠可用于研究休克、DIC时血液循环变化。大白鼠后肢可用作肢体血管灌流实验，其心脏可用作离体心脏实验。从大白鼠胸导管采取淋巴能研究疾病时淋巴的变化。

3.大白鼠无胆囊，因此，常用大白鼠胆管收集胆汁，进行疾病时胆汁功能研究。

4.大白鼠的垂体—肾上腺系统功能很发达，常用作应激反应和肾上腺、垂体等内分泌功能实验。大白鼠的高级神经活动发达，因此，也广泛用于神经官能症的研究。

（四)小白鼠（Mus  musculus)

小白鼠能用于复制许多病理过程和疾病，如：水肿、炎症、缺氧、多种癌、肉瘤、白血病、多种传染病、慢性气管炎、心室纤颤等。

用小白鼠复制疾病模型，较用其他实验动物具有以下主要特点：

1.小白鼠是实验室最常用的一种动物，价格低廉，便于大量繁殖，对动物实验同种、纯种、性别和年龄的要求，比较容易满足，生活条件也容易控制。因而只要符合实验要求，应尽量采用。它适合于需要大量动物的实验，容易满足统计学的要求。例如：胰岛素、促肾上腺皮质激素的生物效价测定，毒物半致死量的测定。

2.小白鼠对许多疾病有易感性，因而适用于研究这类疾病，例如，血吸虫病、疟疾、流感、脑炎等病。小白鼠的纯种品系甚多，每系有其独特的生物特性，对某些疾病易感，例如，C3HA系对癌瘤敏感，C58系则抗癌，因此，纯系小白鼠广泛应用于各种肿瘤的研究。

3.当研究指标主要为组织学特别是电镜观察时，应用小白鼠因器官较小，可节约人力、物力。例如：用于研究慢性气管炎时肺的变化。

4.小白鼠具有发达的神经系统，能应用于复制神经官能症模型。

5.小白鼠对外界环境适应性差，不耐冷热，经不起饥饱，比较娇嫩，因此，做实验时要耐心细致，动作要轻，不然会干扰实验结果。

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

蟾蜍和青蛙是医学上常用的动物之一。有时也用于病理生理学实验。蛙类的心脏在离体情况下，能有节奏地搏动很久，因此常用它研究心脏的心理功能和致病因素对心脏的直接作用等。蛙类的腓肠肌和坐骨神经，可用来观察外周神经的生理功能，有害因子对周围神经肌肉或神经肌肉接头的作用。蛙的腹直肌可以作为胆碱能物质生物测定用，肠系膜和舌可用来观察炎症微循环变化等。

二、实验动物年龄、健康判定、个体选择、性别辨认

动物年龄、性别、健康情况及个体差异对实验结果往往有直接影响。因此，不同实验对这些条件有具体的要求，一般来说，最好做到性别相同、年龄一致或接近、个体状态大致相同的健康活泼动物作为实验对象，随机分配到实验组和对照组。

（一)哺乳类动物健康的一般判定法

1.一般状态  ：喜活动、喜吃食，眼睛有神，反应灵活，发育良好。

2.毛发：皮毛柔软而有光泽，无脱毛、蓬乱现象。

3.腹部：不膨大、无腹泻（肛门周围无稀便或分泌物污染)

4.其他：瞳孔清晰、结膜不充血，鼻端湿而凉，皮肤无破伤、感染等。

（二)动物年龄的判断

不同的实验对动物年龄有不同的要求，一般情况下，常采用发育成熟的青壮年动物。实验动物只有记录出生日期，才能准确计算年龄；这在一般实验室往往做不到，因而必须根据动物的某些生理特征和体重判定它们的年龄。

1.犬

表2-1  犬的年龄与牙齿特点的关系

年  龄	牙齿特点	年  龄	牙齿特点
2～3周 2～6月 5～8月 8月以后 1岁	仅有乳齿 有切齿及犬齿 生臼齿并换恒齿 全部恒齿长成 牙齿生齐，纯白光泽	2岁 3岁 4岁 5岁	下切齿尖锐端消失，牙白色 中切齿尖锐端消失，牙白色 上切齿尖锐端消失 上中齿发黄

2．兔

表2-2  青紫蓝兔年龄与体重的关系

年龄(天)	雄性体重g	雌性体重g	年龄(天)	雄性体重g	雌性体重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  大耳白兔年龄与体重的关系

年龄(天)	雄性体重g	雌性体重g	年龄(天)	雄性体重g	雌性体重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  大白鼠年龄与体重的关系

年龄(天)	体重g	年龄(天)	体重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  小白鼠年龄与体重的关系

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

（三)性别

对某些实验，性别的影响不大，可以雌雄搭配，混合应用。对另些实验，性别对于实验结果有影响，则需要选择。例如：骨折愈合受雌鼠动情期影响，因此疾病模型选用雄鼠。

1.哺乳类动物

表2-6  哺乳类动物性别的辨认方法

性  别	雄	雌
体  型	体大，躯干前部较发达	体小，躯干后部较发达
性  征	拨开生殖孔有性器官突起，有时明显可见睾丸	乳头较明显
其  他	肛门和外生殖器距离较远	肛门和外生殖器距离较近

２.蟾蜍的性别辩认

用右手拇指及食指挟皮肤提起时，雄的通常会发出叫声，而雌的不会叫。另外，可观察动物前趾蹼上有无棕黑色的小突起（常分布在拇指和食指的蹼上)，如有则为雄，没有则为雌。提起动物时，前肢作拥抱状则为雄，前肢呈伸直状则为雌。

第二节  实验动物的生理指标正常值

常用实验动物的血压、心率、心输出量及呼吸频率正常值见表2-7

表2-7  常用实验动物血压、心率、心输出量及呼吸频率正常值

 (杨君佑)

第三节 动物实验涉及的动物保护问题

一、概述

机能实验必须使用动物，实验过程中将给动物造成巨大的痛苦和不安或剥夺其生存权力，这似乎与善待动物和保护动物的伦理观念相矛盾。人类如何对待动物的伦理学争论是从18世纪兴起的，由于不同国家和民族的文化背景、宗教信仰不同，人们对待动物的态度也千差万别，但基本的主流观点是：“动物因为有感觉和有趣地生活着而应当有正常的地位，人类应该尊重所有的生命”。从这一基本观点出发，形成了两种对待动物的伦理倾向，即极端的“动物保护主义”和温和的“3R”原则。

极端的“动物保护主义”认为，人类无权使用动物进行痛苦的或无痛的实验，无论实验本身对人类或动物有多大益处，一律不允许。据此理念，从20世纪七十年代起，某些国家的激进动物保护主义组织打着人道主www.lindalemus.com义的旗帜，频繁聚众围攻肉类食品公司、医学研究机构、高校实验室和教室，放走动物、捣毁设备、焚烧资料。这一系列的举动对肉类食品生产、生物医学研究和教学秩序造成的强烈冲击和破坏，使许多对人类或动物有益的工作陷于停顿，因此，极端的“动物保护主义”不利于人类社会的发展和进步。

比较理性的动物保护主义者从人类和动物的最高利益为出发点思考动物保护问题，主张进行对人类或动物有益的实验，同时，又要合理保护动物，以免无必要的痛苦、不安和死亡。1959年W.M.S.Russell和R.L.Burch提出“3R”原则就是这种理性思考的结果。所谓“3R”，即Replacement(代替) 、Reduction(减少) 和Refinement(优化) ，其基本思想是尽可能采用其他手段代替实验动物，减少实验动物使用量，设法改进动物实验方法以减轻动物疼痛和不安。如今，“3R” 原则已被广泛接受并努力付诸实施。

二、“3R” 原则的实施现状

(一)代替   

实验动物替代物的研究从20世纪60年代起步，至今已取得了多方面的进步，例如：

1． 用低等动物代替高等动物。如用果蝇作遗传学研究和应激反应研究，用两栖类动物代替哺乳动物研究心脏功能。

2． 用体外培养器官、组织和细胞代替实验动物。如用体外培养的血管内皮细胞和平滑肌细胞代替活体动物研究动脉粥样硬化，用鸡胚培养病毒。

3． 用免疫学方法代替动物。如用高效单克隆抗体搜医学.全在线www.lindalemus.com寻抗原鉴定病毒的存在，以代替用小鼠接种的方法。

4． 计算机仿真、模拟动物实验。

替代物研究的最新范例是我国用仿真宇航员代替犬和大猩猩进行有风险的太空飞行实验。

(二)减少  

为尽量减少实验动物的使用，主要采取如下措施：

1．用低等动物代替高等动物，减少高等动物的使用量。

2．使用高质量动物，以质量取代数量。如使用遗传质量高度均一的“近交系”动物。

3．合用动物。鼓励不同学科的研究人员尽可能地合用同一批动物进行实验研究或分别取各自所需的组织与器官。

4． 改进实验设计与统计方法。例如：有人用同胎、同性别的牛犊研究饲料对乳脂量的影响，仅需两头牛，一头作对照，一头作实验，所获实验结果与用110头的结果相似。

(三)优化 

可通过以下改进动物实验方法和实验技术手段的方式减少动物的痛苦、不安和死亡：

1．使用微创伤技术。可将临床上常用的微创手术方法移植到动物实验，如采用内窥镜或导管从动物体内取样检查组织病变情况，以避免解剖动物取样。在不造成动物严重创伤的情况下，可重复取样，既减少了动物使用量，又能保证研究的持续性和重复性。

   2．使用微量分析技术。微量分析技术需要的样品少，可对动物反复多次取样，而又不使动物因过多丧失体液或血液产生痛苦或不安。

   3．改进麻醉方法。虽然实验前对动物进行了麻醉，但在较长时间的实验过程中还应及时合理的补充麻醉剂或镇静剂，以减轻动物的痛苦与不安。

   4．施行安乐死术。实验结束后，动物难以存活而必须处死时，应施行安乐死术，以尽人道主义责任。不可将动物弃之不管，任其痛苦的自然死亡或用粗鲁的手段宰杀之。

三、在机能实验过程中学生应如何保护动物

国务院1988年批准由国家科委颁发的《实验动物管条例》第六章第二十九条规定：“对实验动物必须爱护，不得戏弄或虐待”。1998年由卫生部颁发的《医学实验动物管理实施细则》第三章第十六条规定“进行各种动物实验时，应当按动物实验技术要求进行。要善待动物，手术时进行必要的无痛麻醉”。根据上述国家法规的基本精神，制定如下动物保护守则：

1．实验前不得以恶作剧的形式戏弄或虐待动物，如拔除须毛、提拉耳朵、倒提尾巴或后肢、以锐器伤害动物身体和皮毛等行为。

   2．严格按要求对动物进行无痛麻醉，在没有达到麻醉效果前，不能进行实验。

   3．长时间实验过程中，如遇麻醉失效，应及时补充麻醉剂。

   4．实验手术操作要柔和、准确，避免粗鲁的动作或随意翻弄、牵扯动物内脏器官。

   5．实验结束后，对能够存活的动物要给予及时治疗和照顾，使之迅速恢复健康。

   6．对于难以存活而必须处死的动物，应以过量麻醉施行安乐死术，不可弃之不管，任其痛苦死亡或以粗鲁的手段宰杀。

（金海燕)