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1、第七章 动物实验概论,一、生物安全概述,生物技术：一切利用有机体的操作技术。现代生物技术：以基因工程为核心，综合利用现代生物学、化学和工程学手段，直接或间接地利用生物体、生命体系和生命活动过程，生产有用物质的一门高级应用技术科学。,1、生物技术、生物危害和生物安全,第一节 动物实验中的生物安全,生物危害：是指包括病毒、细菌、原虫、昆虫和其他有害动植物等在内的生物因素对人类及其生存环境的危害。,生物安全：,狭义的生物安全是指防范由现代生物技术的开发和应用所产生的负面影响，即对生物多样性、生态环境和人体健康可能构成的危险或潜在风险。,广义的生物安全包括更广泛的内容，大致分为3方面：,人类的健康安全
2、；人类赖以生存的农业生物的安全；与人类生活息息相关的生物多样性即环境生物安全。,2、生物安全的基本内容,生物安全分级：对生物危害进行正确评估的依据；生物安全屏障：对生物危害进行有效遏制的方法。,1）生物安全原理,2）病原微生物危害性的分级,按照病原微生物对人或动物致病性的强度进行分类，既是生物安全评估的依据，也是制定生物危害防制对策的根据。,病原微生物危害性的分级应考虑以下因素,微生物的致病性程度；传染方式和宿主范围；是否具有有效的预防措施（包括免疫预防、使用抗血清、卫生措施）；是否有有效的治疗措施（被动免疫、应急接种并考虑出现耐药性的可能性）。,3）生物安全控制：指通过一系列的完整而行之有效
3、的措施，对生物危害进行遏制和封闭。,物理控制生物控制,物理控制实验操作规程；特殊操作要求；封闭设备；封闭实验室及相应设施；,生物控制：针对具有潜在危害的重组DNA，具有特定的载体或媒介物（质粒或病毒），同时，能够限制载体或媒介物在环境中的传播和生存，使它们在特定的人工条件下，在实验室外部几乎没有生存、繁殖和转移的可能，从而达到控制的目的。,生物安全技术主要解决:生物技术从研究、开发、生产到实际应用整个过程中的安全性问题，使危害性降低到可以接受的程度，以保障人类的健康和环境的安全。,3、动物实验研究中引入生物安全的必要性,微生物学质量不合格的动物，可能在繁育和实验中通过各种途径感染工作人员和其他
4、动物。一些野生动物携带对自身不致病，但对人却有致命危害的病原微生物，如来源于灵长类和啮齿类野生动物的埃博拉(Ebola)病毒，由于人类对这些微生物所知甚少，故而缺乏有效的防范手段，容易导致严重的感染事故。,1）实验动物（医学生物学实验研究的第一要素）可能存在的危害：,2）设施设备（医学生物学实验研究的第二要素）可能引发的危害：,与实验动物生产和实验研究的要求不相适应的设施，污染就会扩散。设施设备的使用不当、维护和检查不力等也是导致生物危害因素泄漏的重要原因。,3）操作程序可能引发的危害：,4）基因因素可能导致的危害：,人类对基因工程技术的使用与控制尚不成熟；对基因工程产物的认识受到现有科学技术
5、水平的限制，没能充分认识这些新技术、新物种的潜在危害。,随着现代生物技术的发展，在基因水平开展对实验动物及动物实验的研究方兴未艾，转基因和克隆动物的相继问世使“基因安全”随之成为新的生物安全问题。,如若对这些新技术、新物种控制不当，极可能造成对现有生态和遗传平衡的破坏，进而给人类的生存带来无法估计的严重影响。,生物安全的最终目的：就是通过正确的评估和适当的防范，在保障人类健康和环境安全的同时，推动生物技术的发展，使之为人类创造最大利益。,二、实验动物和动物实验研究中的生物危害,外源性人兽共患病病原体；实验性病原体（感染试验）。,1、对动物实验研究人员的危害,感染途径：呼吸道、口腔、创伤或黏膜接
6、触、昆虫媒介。感染的严重程度则受到病原体的量、对人体的致病性和感染途径三个方面因素的影响。,生物危害的来源：,2、对实验动物的危害,外源性病原微生物；试验性病原微生物：不同实验的动物管理混乱，隔离不当，或感染动物逃逸等也会导致动物间的交叉感染；患有某类疾病的试验人员在操作时，也会将病原体传染给实验动物；其他因素如饲育密度过高、环境控制不达标、实验操作等也会直接或间接引发生物危害。,3、对实验动物设施周边环境的危害,动物饲育和实验中的“三废”，即污染的空气、动物尸体、污染垫料、注射器、手套、污水等。管理疏漏导致实验动物的逃逸，或实验动物未经完全处死即弃置，待其苏醒后逃逸。,实验动物设施内的危害因
7、素向外扩散，就会引起设施周边环境的污染，甚至导致这些区域的生物灾害，引发社会安全问题。,三、实验动物与动物实验中生物危害的防制,1、防制的一般原则：生物危害的防制，须依据研究工作所涉及生物安全的等级，设定不同的生物安全水平。,2、加强对人的生物安全教育,对研究过程中危害性认识；操作及管理规程的遵守；动物及各类设施设备的正确选择和使用；对实验动物的质量控制；对各类隐患的防范等。,科研活动的主体研究人员的生物安全意识直接影响生物安全管理目标的实现。,加强安全知识的普及与教育工作，促进实验研究人员的安全知识水平、安全防护能力以及事故处置措施得到提高，才能更好的防范动物实验工作中的生物危害。,3、使用
8、标准化合格的实验动物,4、与研究工作相适宜的动物设施和管理,5、具备规范、娴熟的操作技术,6、良好的卫生习惯及正确的个人防护,7、正确处理生物危害“三废”,第二节 动物实验准备与实施,一、动物实验的概念,动物实验：根据研究目的，恰当地选用标准的并符合实验要求的实验动物，在设计的条件下，进行各种科学实验，观察、记录动物的反应过程或反应结果，以探讨或检验生命科学中未知因素的专门活动。,二、动物实验前的准备,掌握基本知识，熟悉生物学特性和解剖生理特点，熟练掌握基本操作技能。了解管理法规和制度，并遵照执行。取得上岗资格证书。,1、动物实验前的理论准备,1）了解有关实验动物方面的基础知识：,2）选题立项
9、与设定假设,选题应遵循的基本原则：科学性的原则：目的性的原则：创新（造）性的原则：可行性的原则：伦理原则：,3）实验研究计划与方案的制订,对动物实验研究中涉及的各项基本问题的合理安排。提高实验研究水平和技巧对动物实验研究具有十分重要的意义。,4）实验方法的选定：,可靠性优越性（先进性或协同性）创造性,所选定的实验方法必须保证：,2、动物实验前的条件准备,购入前：饲养设备、场所（实验操作、实验后动物饲养、观察、护理）、饲养室卫生与消毒；领取时：动物遗传背景和微生物质量资料，以及动物品系、年龄、体重、胎次等；饲料和垫料的准备；动物长途运输时，考虑运输中各种环境因素的影响；对清洁级以上的动物，要注意
10、运输设备过滤器的严密性。,条件准备包括：仪器、药品、试剂和实验动物。条件准备要求：尽可能使实验手段和实验方法标准化。,实验动物的准备应注意以下几个方面的问题,实验动物条件包括实验人员的资质。,三、动物实验设计,支持研发项目：保证研发产品安全、有效和质量可控。支持产品生产：用于产品出厂前的安全性质量检验。抗原与抗体的产生：在动物体内制备抗原与抗体。支持商务活动：,1、动物实验的目的：,在动物实验设计中,实验对象、处理因素和实验效应是实验设计的三要素:,相似性原则：相匹配原则：易化性原则：差异性原则：易获性原则：,实验对象选择的原则：,2、实验设计的几个要素：,处理因素：注意区别处理因素和非处理因
11、素，非处理因素必须标准化，但处理因素不宜设得过多。,实验效应：考虑对实验效应指标的选择与观察。实验效应指标的选择按客观性、合理性、灵敏性和精确性的原则进行。,3、实验设计的原则：,对照性原则：实验中设立可与实验组比较，借以消除各种非实验因素影响的对照组。对照应在同时、同地、同条件下进行。一致性原则：实验组与对照组除了处理因素不同外，非处理因素基本保证均衡一致。重复性原则：同一处理要设置多个样本数。目的是减少试验误差，提高精确度。随机性原则：机遇均等的原则。客观性原则：观测指标尽可能便于定性定量，结果判断要以客观数据为依据。3R原则：结束后使用安乐死方法结束动物生命。,鸡传染性支气管炎活疫苗三批
12、制品通过眼鼻途径对靶动物接种的效力试验试验设计,主要操作 动物饲料 分组及跟踪 免疫/攻毒 免疫接种/攻毒后观察试验期间动物死亡剖检 特殊事件,时间（日期)D0(8/11)D7(15/11)D28 D33 D40,分组 G1 G2 G3 Ga,免疫接种 G1 G2 G3,攻毒（20只、组）G1 G2 G3 Ga,剖检与观察：气管、肺脏、肾脏 G1 G2 G3 Ga,气管采样：研磨接种9-10日龄鸡胚，做病 分离毒。5/样。G1 G2 G3 Ga,鸡胚病毒分离结果读取 G1 G2 G3 Ga,鸡传染性支气管炎活疫苗三批制品通过眼鼻途径对靶动物接种的效力试验,四、预实验,预实验是动物实验开始之前的
13、初步实验.目的在于检查各项准备工作是否完备，实验方法和步骤是否切实可行，测试指标是否稳定可靠。可初步了解实验结果与预期结果的距离，从而为正式实验提供补充、修正、完善的意见和经验，是动物实验的重要环节。,五、动物实验的实施,动物实验的实施就是动物实验按照整个实验设计的技术路线付诸行动的工程。必须根据实验设计对实验过程进行控制。,六、实验记录与资料整理,检查资料：对原始资料仔细检查，以确认资料的完整性、准确性、及时性，对于存在缺失和错误的资料，应当给予补充、修正以及合理的剔除。设计分组：不同性质的资料必须分开分析。表格整理：把原始实验数据整理归组，要把各个项目之间的相互关系表达出来，以清楚表达实验
14、资料为前提。统计分析：统计分析的目的是分析不同处理后所观察的结果。,动物实验报告是描述动物实验过程，记录动物实验结果的材料，是表达研究成果的一种形式。试验结果具备真实性、可重复性和可操作性。动物实验报告一般包括实验目的、实验材料和方法、统计学方法、实验结果和实验结论。,七、动物实验报告与论文撰写,动物实验论文中关于实验动物和动物实验的描述包括：,品种、品系名称必须准确、规范，如SD大鼠不要写成SD大白鼠，昆明种小鼠应写成“KM小鼠”。背景资料：何处获得，遗传学、微生物等级，供应单位的生产许可证编号及合格证情况。性别和规格（数量、年龄、体重等）。动物实验条件：使用许可证编号，饲养方式，实验观察环
15、境的级别。动物的处理方式：麻醉（麻醉剂种类、剂量与方法等）、处理（途径、剂量、来源、方法等）、标本采集、动物处死方式等。,医学论文中有关实验动物描述的要求,品种、品系描述清楚强调来源交待遗传背景微生物学质量明确等级明确饲养环境和实验环境明确性别质量合格证,对饲养的描述：饲料类型、营养水平、照明方式、温湿度要求动物数量详细描述动物的健康状况对动物实验处理的方式有单独清楚的交代全部由对照,第四节 影响动物实验结果的因素,要想获得正确可靠的动物实验结果，就必须了解影响动物实验结果的各种因素。尽可能排除各种影响实验结果的干扰因素。,第四节 影响动物实验结果准确性的因素,遗传因素,品 质控 制,人为因素
16、：设施、饲养、管理、调教和实验处理等,生物因素：各种病原体（细菌、病毒、寄生虫等）,气候因素:温度、湿度、气流、光照、噪声、笼具、垫料、饲养密度。,理化因素：饮水、饲养、空气、臭气（NH3、H2S）、杀虫剂、消毒剂、有害物质。,动物因素,一、动物因素,对同一致病因素的易感性不同。基础代谢率相差很大。对药物的反应有明显差异。进行的实验结果有较大的差异。,1、种属:不同种属的哺乳动物的生命现象，特别是一些最基本的生命过程，有一定共性，这是医学研究中应用动物实验的基础。但不同种属的动物在对各种实验施加因子的反应上，又各有不同。,2、品种、品系：由于自然选择和人工定向培育的结果，同一种属动物，也有不同
17、品种、品系。不同品种、品系动物均有各自的品种特征、品系特点，它们对同一刺激的反应程度不一样，对实验因子的耐受性不一样，实验结果也不一样。,3、年龄、体重及性别：动物的解剖生理特征和反应随年龄增加而有明显的变化。,幼年动物比成年动物敏感,成年动物较幼年动物的反应性稳定;年龄与体重成一定的正比关系;某些实验只能局限于某个性别。,实验时应根据实验目的和要求选择不同体重和年龄的实验动物。,对无性别限制要求的实验则应尽可能雌雄性别均选用。有时可能也有某些性别上的差异。,4、生理状态：处于不同生理状态下(如发情、怀孕、哺乳期)的动物对实验的反应性不一样，一般实验研究中应尽量避开这些时期。,5、健康状况 一
18、般来说，健康动物对药物的耐受量、对应激反应的耐受性比有病动物要大得多。动物潜在感染，对实验结果影响较大。,周围环境对实验动物生理功能、行为方式、健康状况、刺激反应均有一定影响。应尽可能保持环境的恒定，对取得正确可靠的实验结果是非常必要的。,气候因素理化因素营养因素居住因素同种动物因素异种动物因素,二、环境因素,1、气候因素：,环境温度可影响动物的新陈代谢；环境温度可影响动物的脏器重量；环境温度可影响动物的生殖机能；环境温度可影响动物机体的抵抗力；环境温度可影响动物的实验反应性。,1）温度：恒温动物具有体温调节机能。在一定的温度范围内，具有自我调节使之适应环境的能力。,为提高动物实验的准确性、可
19、靠性和可重复性，动物的饲养环境和实验环境须控制在要求的范围内。,环境因素对实验动物的影响,不同环境温度时戊巴比妥钠给药更导致大鼠死亡的比较,环境温度（）给药动物数（只）死亡动物数（只）死亡率（%）,12 20 20 100,14 20 20 100,16 20 20 100,30 20 11 55,26 20 6 30,18 20 10 50,20 20 10 50,22 20 10 50,24 20 10 50,26 20 7 35,32 20 16 80,温度对三种药物LD50的影响,药物名称,LD50(mg/kg),15.5 27,本异丙胺 197 90,盐酸脱氧麻黄碱 111 33.2
20、,麻黄碱 477.1 565,2）湿度：空气湿度的大小对动物的散热有显著影响。,高温高湿：动物体表热量蒸发受到抑制，易引起代谢紊乱，导致动物抵抗力下降，发病率增加；低温低湿：散热量大，产热量增加，摄食量和活动量增加；高湿：有利于病原微生物和寄生虫的生长繁殖与发育，也易引起垫料和饲料发生霉变，影响动物健康，进而影响动物实验结果的准确性；低湿：导致粉尘飞扬，对动物的上呼吸道刺激加强。,一些国家对实验动物设施内湿度的要求,实验动物设施内的相对湿度（%）,美国AR OECD 日本 中国,动物,大鼠 40-70 30-70 45-55 40-70,小鼠 40-70 30-70 45-55 40-70,仓
21、鼠 40-70 30-70 40-70,猴 30-60 55-65,犬 30-70 45-55,猫 30-70 45-55,兔 40-70 30-70,豚鼠 40-70 30-70 45-55 40-70,3）气流与风速：气流大小与动物机体热量散发有关。和其他动物相比，实验动物体表面积与单位体重的比值较大，故对气流更加敏感。,气流速度过小，空气流通不良，缺氧，室内有害气体浓度升高，散热困难，易产生疾病；气流速度过大，动物体表散热增加，也危及动物的健康。,2、理化因素:,影响动物的繁殖生长；影响动物的神经系统；影响动物其他生理状态。,1)声音:噪音对动物的影响程度与噪音的性质、动物种类、体重、年
22、龄、性别以及生理和心理状态有关。,2）照明：影响动物实验结果的照明因素包括：照度、波长和照明时间。,照明时间对动物的繁殖有影响；波长和灯光颜色也影响动物的特性。,光照强度对肉鸡的影响：,早期：增加采食训练，减少骨骼和代谢异常；减少大鸡的活动（强度增加，鸡的活动性随日龄的增加而减少）,强光照：普遍认为：增强活动性；,弱光照：,减少站立和行走；减少打斗；减少啄癖,3)气味：动物室内的臭气包括：氨气、硫化氢等。,氨气：浓度增加可刺激动物粘膜而产生异常或炎症；硫化氢：含量增加会使动物妊娠率下降。性信息素：,性信息素对小鼠的繁殖有三个方面的效应：,Lee-Boot效应：小鼠群养时常常发生假性妊娠和发情周
23、期混乱的现象；Whitten效应：雄性动物分泌的信息素促使雌性动物的发情周期出现有规律的现象；Bruce效应：怀孕初期的雌性小鼠与交配对象以外的雄性接近或同居时产生中止妊娠反应。,3、营养因素 饲料：营养供给是维持动物健康和提高实验结果准确性的重要因素。,饲料:营养成分的消化、吸收必导致血液与某些脏器、组织中该营养成分含量的而改变，继而对与之相关的生理生化指标造成影响；微量元素的缺乏对免疫系统和机能有显著的影响；抗营养因子、毒素或农药残留、重金属污染均可对实验结果产生直接或间接地影响。,水：失水可导致食欲减退甚至丧失，消化机能减弱甚至丧失，机体免疫力和抵抗力显著下降。,4、居住因素：包括建筑设
24、施、饲养设备、铺垫物、饮水设备等。,群体达到一定密度时，增殖的速度受到抑制；高密度比低密度的动物对疾病和感染的抵抗力低应激增多；传染病的发生率随密度增大而增加隐性化的传染病显著化。,1)饲养密度：,5、同种动物间因素：,2)社会因素和势力范围：,6、异种动物间的因素,共患疫病；环境温度要求不同；气味不同影响其习性。,1）其他动物：,2）人：,饲养管理；实验处理；技术操作过程。,动物实验质量管理的主要任务是通过严格执行国家关于动物实验的各项标准获得可在国际上广泛交流和公认的稳定、正确和可重复的结果。,第五节 动物实验的质量管理,一、质量管理的基本程序,质量监督管理机构的建立质量管理的内容和职责质
25、量管理的组织实施质量监督的综合评价质量监督报告的审批,1、动物实验条件的控制和要求,研究生毕业论文，省部级正式的科学实验和正规的生物检验必须应用清洁级或以上级别实验动物。国家级课题和国际合作项目必须使用SPF或以上级别的动物。动物实验的设施应与实验动物等级相匹配。隔离环境用于无菌动物、悉生动物或SPF级动物实验。凡从事动物实验的单位和个人，必须取得国家或地方省级实验动物管理机构统一颁发的等级动物实验设施许可证。所需用的动物饲料，应根据动物种类、级别和不同生理阶段饲喂相应的全价饲料。,二、动物实验条件的控制,2、人员管理,从事动物实验的各类人员，包括管理人员必须取得所在地实验动物管理机构颁发的实
26、验动物从业人员上岗证。实行动物实验的全面质量管理，建立完善各项标准化的技术操作规范，定期组织技术培训和考核。,三、动物实验的文件、资料的管理,资料记录(凭证)：完整、真实的实验操作记录、结果记录；标准动物、饲料的卡片、凭证、试剂、消耗物品、仪器设备购入或维修记录；动物实验设施实际运行状态的记录。,三、动物实验的文件、资料的管理,1、动物实验文件资料：指一切涉及动物实验的书面文字、符号，诸如各类标准、规程、岗位SOP、表格、实验设计等实验的全部记录。,2、资料记录：完整、真实的实验操作记录、结果记录；标准动物、饲料的卡片、凭证、试剂、消耗物品、仪器设备购入或维修记录；动物实验设施实际运行状态的记
27、录。,3、实验结果报告书,标题和实验意义。实验设施名称和所在地及实验条件级别等。实验的起止日期。施加因素的名称、方法、批号、含量、效价、纯度等。受试对象的名称、种(品)系、年龄、体重范围、来源、级别、饲养条件和级别等。给药途径、方法、剂量、次数和时间等。,第六节 实验观察动物的饲养管理,动物实验的成功与否，不仅与实验设计的处理有关，而且处理后的护理及各种情况的及时处理至关重要。实验处理可使平衡的机体、机能状态发生一系列的变化，饮食功能也会受到不同程度的影响。,一、普通级动物实验过程中的饲养管理 对普通级动物实验过程中动物管理要满足以下两条要求：第一，动物来源和背景资料要清楚；第二，实验饲养环境
28、要符合普通级标准并严格防疫管理。,1、实验观察动物的饲养管理要求,动物的接收健康检查日常观察对新环境的适应情况等做好记录,1）实验前，根据实验目的、实验要求，将新购入的具有合格证的实验动物放到标准化的普通级动物实验室内，适当观察一定时间。,2）实验动物实验期间的日常管理,饲养密度；每天保证足够的自由采食饲料，但不宜过多；每天检查饮水装置，以防漏水和管道阻塞。保持清洁干燥的环境。在一批实验结束后，实验室应彻底清洗消毒。保持室内整齐，清洁卫生。每天做好实验记录：饲料食用量，排便排尿情况，饲养室内温度、湿度，有无异常，如遇动物死亡或有明显异常情况，应立即向实验动物室负责人和该实验负责人报告。,对非人
29、灵长类动物实验前必须注意以下几点：,妊娠鉴别结核菌试验胸部透视诊断;胸部X线检查可确诊结核、肺炎和胸膜炎等疾病。常规体检:肝功能化验检查，血液指标检查。检查体外有无外伤，呼吸、体温有无变化，口唇和口腔有无疱疹，行动有无异常。粪便和寄生虫检查:,2、SPF级动物实验过程中的饲养管理,进入SPF级动物实验室的各类人员都要同进入SPF级繁育室一样，经过一更、淋浴、二更，穿着无菌服，按固定路线进入SPF屏障环境，严格按SPF级动物实验室的操作规程进行工作。并按固定线路将动物实验废弃物包装后一并带出。,SPF级动物实验室,清洁级环境中设SPF级隔离器、层流柜或IVC,人员进入按操作规程经一更、二更，换上
30、全身隔离服，风淋后进入清洁级动物室。实验所有用品、用具、器械、饮水具、食具、垫料等都应经过灭菌处理后，传入SPF级设施中。采用在清洁级设施中加隔离器或层流柜的饲养方式，灭菌的物品应有双层包装，即进入清洁级动物室实验应除去一层包装，进入隔离器或层流柜时再除去一层包装。,3、无菌级动物实验过程中的饲养管理,饲养和实验必须在无菌隔离器内完成。饲料、垫料、饮水、各种用具、器械都必须严格消毒后，按规程传入隔离器，实验过程中应定期进行动物和环境的无菌检测，检测结果要保存并记入实验报告中。实验记录与SPF级动物实验的记录基本相同。每次实验完成后应彻底消毒隔离器和动物实验环境，更换隔离器的高效过滤器，通过测漏检查隔离器和高效过滤器的密封情况。,
