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1、实验动物的特点及作用实验动物的特点及作用山东省实验动物中心王可洲王可洲一、实验动物的特点一、实验动物的特点 根据实验动物的定义和科学研究的要求，根据实验动物的定义和科学研究的要求，实验动物具有以下特点：实验动物具有以下特点：（一）经过人工培育，遗传背景清楚（一）经过人工培育，遗传背景清楚（二）质量实行控制（二）质量实行控制（三）环境实行控制（三）环境实行控制（四）应用范围明确（四）应用范围明确实验动物的特点实验动物的特点 （一）经过人工培育，遗传背景清楚（一）经过人工培育，遗传背景清楚 未经人工培育（如野生动物）或不同遗传背景的实验动物其遗传物质有较大差异，表现出不同的生物学特性，因而对实验处
2、理的反应也不尽相同，这样可能会影响实验结果的准确性和可靠性。因此实验动物必须是经过人工培育，使其遗传特性均一，背景明确。只有这样，才能保证实验动物对实验处理反应的一致性和实验结果的可靠性。根据实验动物的遗传学特点，将实验动物分为近交系（Inbred strain）、封闭群（Closed Hybrid colony）和杂交群（Hybrid colony）。（二）质量实行控制（二）质量实行控制 实验动物在生产过程中和动物实验过程中的质量也直接影响实验结果的可靠性，因此，无论是在在实验动物生产繁育过程中还是在动物实验过程中，必须对实验动物质量即其携带的微生物和寄生虫实行控制。根据对实验动物微生物和寄
3、生虫的控制程度，我国目前将实验动物划分为4个等级：普通级动物（Conventional animal，CV）；清洁级动物（Clean animal，CL）；无特定病原体动物（Specific pathogen free animal，SPF）；无菌动物（Germ free animal，GF），其中包括悉生动物（Gnotobiotics animal，GN）。实验动物的特点实验动物的特点 （三）环境实行控制（三）环境实行控制 为保证实验动物质量，实验动物必须饲养于达到一定要求的环境中，即要对实验动物的环境实行控制。实验动物生产繁育设施以及动物实验设施环境的优劣，直接影响实验动物质量和动物实验结
4、果。不同等级的实验动物必须饲养于与之相适应的环境设施中。目前我国按国标（GB149252001）将实验动物环境设施分为3类：普通环境、屏障环境和隔离环境。实验动物的特点实验动物的特点 （四）应用范围明确（四）应用范围明确 实验动物是用于科学研究、教学、生产、检定以及其他科学实验的动物，其应用领域广泛，包括医学、药学、产品质量检验、生物制品、轻工业、食品工业、农业、畜牧兽医、环保、国防、航空航天、乃至实验动物科学本身等。在研究人类生命现象方面，实验动物作为人类的“替身”和“活的精密仪器”，为科学发展、人类的生存和健康服务。实验动物的特点实验动物的特点 实验动物与试验用动物和其他动物不同，一般来说
5、，凡是以研究、实验、教育、药品生产等为目的而使用的动物通称为实验用动物（Animal for research），包括实验动物、野生动物、经济动物、观赏动物等。实验动物与其他动物的区别实验动物：是专门供医学、药学、生物学、兽医学等领域的科研、教学、医疗、检定、诊断、生物制品的需要而驯养、繁殖、育成的动物。其遗传背景清楚、质量和环境实行控制。经济动物经济动物:（Economical animal）：是指作为人类社会生活需要（肉、乳、蛋、皮毛用等）而驯养、培育、繁殖生产的动物。野生动物野生动物:（Wild animal）：是指作为人类需要从自然界捕获的未经人工繁殖饲养的动物。观赏动物观赏动物:（E
6、xhibiting animal）：是指供人类玩赏（宠物）和游人玩赏而饲养的动物，如犬、猫等。实验动物与其他动物的区别 由于经济动物、野生动物以及观赏动物与实验动物相比其生物学特性、遗传背景、质量控制和环境控制等都有一定的不确定性，因此应用这些动物进行科学实验其结果往往出现较大误差而降低实验结果的准确性和可靠性。所以在科学实验中经济动物、野生动物以及观赏动物要慎用。实验动物、野生动物、经济动物、伴侣动物的区别见下表。实验动物与其他动物的区别实验动物与其他动物的区别 各类动物的区别各类动物的区别动物动物人工培育人工培育繁殖繁殖遗传背景遗传背景物种来源物种来源微生物寄生虫微生物寄生虫用途用途实验动
7、物实验动物严格严格人工人工明确明确明确明确人工控制人工控制科学实验科学实验野生动物野生动物未经未经自然自然不明确不明确不明确不明确自然选择自然选择生态保护生态保护经济动物经济动物一定程度一定程度人工人工一般一般一般一般一般一般发展经济发展经济观赏动物观赏动物一定程度一定程度人工人工一般一般一般一般一般一般观赏观赏二、实验动物在生物医学中的地位及作用二、实验动物在生物医学中的地位及作用 实验动物是生命科学研究的基础和重要实验动物是生命科学研究的基础和重要支撑条件。目前，几乎所有的生命科学领域的支撑条件。目前，几乎所有的生命科学领域的科研、教学、生产、检定、安全评价和成果评科研、教学、生产、检定、
8、安全评价和成果评定都离不开实验动物，实验动物被称为定都离不开实验动物，实验动物被称为活的活的仪器仪器，有着不可替代的作用。在现代科学的，有着不可替代的作用。在现代科学的带动下，实验动物学已发展成为一门综合性的带动下，实验动物学已发展成为一门综合性的新兴学科，其发展和应用程度被作为衡量一个新兴学科，其发展和应用程度被作为衡量一个国家、一个地区、一个部门或行业，特别是生国家、一个地区、一个部门或行业，特别是生物医学发展水平的重要标志。物医学发展水平的重要标志。二、实验动物在生物医学中的地位及作用二、实验动物在生物医学中的地位及作用 21世纪将是高科技激烈竞争的年代，现代医世纪将是高科技激烈竞争的年
9、代，现代医学及生物高科技已成为时代竞争的热点和制高点，学及生物高科技已成为时代竞争的热点和制高点，因此，实验动物科学倍受重视。发达国家每年都因此，实验动物科学倍受重视。发达国家每年都投入大量资金，以促进实验动物学的发展。实验投入大量资金，以促进实验动物学的发展。实验动物在科学研究中占有重要地位，如美国生物科动物在科学研究中占有重要地位，如美国生物科学课题投资的学课题投资的40%涉及实验动物，涉及实验动物，60%的生物学的生物学课题需要实验动物。美国肿瘤研究中心，每年的课题需要实验动物。美国肿瘤研究中心，每年的研究经费为亿美元，而需要利用实验动物进行研研究经费为亿美元，而需要利用实验动物进行研究
10、的课题占亿美元。有人统计，我国生物医学科究的课题占亿美元。有人统计，我国生物医学科研课题的研课题的60%以上需要实验动物。由此可见实验以上需要实验动物。由此可见实验动物在科学研究中所占的重要位置。动物在科学研究中所占的重要位置。（一）生物医学乃至生命科学（一）生物医学乃至生命科学 的发展离不开实验动物的发展离不开实验动物 回顾生物医学发展的历史不难发现，许多具有里程碑回顾生物医学发展的历史不难发现，许多具有里程碑式的或划时代的研究成果，往往与实验动物及动物实验密式的或划时代的研究成果，往往与实验动物及动物实验密切相关。生理学家巴甫洛夫曾经指出，切相关。生理学家巴甫洛夫曾经指出，“没有对活动物进
11、没有对活动物进行实验和观察，人们就无法认识有机世界的各种规律，这行实验和观察，人们就无法认识有机世界的各种规律，这是无可争辩的是无可争辩的”，“整个医学，只有经过实验的火焰，才整个医学，只有经过实验的火焰，才能成为它所应当成为的东西能成为它所应当成为的东西”，“只有通过实验，医学才只有通过实验，医学才能获得最后的胜利能获得最后的胜利”。这些论点，已经并且正在被医学发。这些论点，已经并且正在被医学发展的历程所证实。展的历程所证实。（一）生物医学乃至生命科学（一）生物医学乃至生命科学 的发展离不开实验动物的发展离不开实验动物 根据国际上有的部门统计，世界上生物医学研究论根据国际上有的部门统计，世界
12、上生物医学研究论文的文的60%以上是采用实验动物来进行的，半数左右的诺贝以上是采用实验动物来进行的，半数左右的诺贝尔医学奖项目成果的取得离不开实验动物。以实验性科学尔医学奖项目成果的取得离不开实验动物。以实验性科学为主的学科如生理学、病理生理学、药理学等绝大部分论为主的学科如生理学、病理生理学、药理学等绝大部分论文是使用实验动物来完成的。由此可见，离开实验动物和文是使用实验动物来完成的。由此可见，离开实验动物和动物实验，很难设想生物医学的发展。由此可见，近代生动物实验，很难设想生物医学的发展。由此可见，近代生物医学与现代生物医学的发展，始终离不开实验动物。物医学与现代生物医学的发展，始终离不开
13、实验动物。2007年，美国科学家马里奥年，美国科学家马里奥卡佩基、奥利弗卡佩基、奥利弗史密斯史密斯和英国科学家马丁和英国科学家马丁埃文斯。他们的一系列突破性发现埃文斯。他们的一系列突破性发现为为“基因靶向基因靶向”技术的发展奠定了基础，使深入研究单个技术的发展奠定了基础，使深入研究单个基因在动物体内的功能并提供相关药物试验的动物模基因在动物体内的功能并提供相关药物试验的动物模型成为可能。型成为可能。基因打靶技术 小鼠胚胎干细胞技术(二二)实验动物已成为支撑生命科学发展的要素实验动物已成为支撑生命科学发展的要素 人们经过长期实践总结出支撑生命科学发展人们经过长期实践总结出支撑生命科学发展的四大要
14、素，即的四大要素，即AERI：A是是实验动物实验动物（Animal），），E是是设备设备（Equipment），），R是是试剂试剂（Reagent），），I是是信息信息（Information）。当今由于科学技术的）。当今由于科学技术的发展，要获得高、精、尖的仪器设备，纯度高的发展，要获得高、精、尖的仪器设备，纯度高的试剂，必要的文献信息，已是容易办到的事。随试剂，必要的文献信息，已是容易办到的事。随着生命科学的发展，实验动物也得到了重视。着生命科学的发展，实验动物也得到了重视。（三）实验动物在许多领域得到了广泛应用（三）实验动物在许多领域得到了广泛应用1生命科学研究方面生命科学研究方面2制药
15、及生物制品方面制药及生物制品方面3化学工业和重工业方面化学工业和重工业方面4畜牧科学方面畜牧科学方面5农业科学方面农业科学方面6健康相关产品方面健康相关产品方面7环境保护方面环境保护方面8国防、航空航天、军事科学方面国防、航空航天、军事科学方面9国际贸易方面国际贸易方面10其他方面其他方面应用领域应用领域 1生命科学研究方面生命科学研究方面 生命科学中，人类的健康和福利研究离不开应用实验生命科学中，人类的健康和福利研究离不开应用实验动物。在对人的各种生理现象和病理机制及疾病的防治研究动物。在对人的各种生理现象和病理机制及疾病的防治研究中，实验动物是人的替难者。譬如，癌症是威胁人类健康的中，实验
16、动物是人的替难者。譬如，癌症是威胁人类健康的最大疾病，由于在肿瘤的移植、免疫、治疗等研究中使用了最大疾病，由于在肿瘤的移植、免疫、治疗等研究中使用了裸鼠、悉生动物和无菌动物，对各种恶性肿瘤的致癌原因，裸鼠、悉生动物和无菌动物，对各种恶性肿瘤的致癌原因，尤其是化学致癌物质、病毒致癌、肿瘤的病毒、免疫、治疗尤其是化学致癌物质、病毒致癌、肿瘤的病毒、免疫、治疗等方面和研究有了极大的进展，计划生育研究有相当大的工等方面和研究有了极大的进展，计划生育研究有相当大的工作是在动物身上作的。各种疾病，如高血压、动脉硬化、心作是在动物身上作的。各种疾病，如高血压、动脉硬化、心脏病等发病、治疗与痊愈的机制及其生理
17、、生化、病理、免脏病等发病、治疗与痊愈的机制及其生理、生化、病理、免疫等各方面的机理，都经过动物实验加以阐明或证实。有许疫等各方面的机理，都经过动物实验加以阐明或证实。有许多课题的研究离开了实验动物就寸步难行。目前，对于生物多课题的研究离开了实验动物就寸步难行。目前，对于生物学的研究已进入分子水平，而这一领域大部分研究材料也是学的研究已进入分子水平，而这一领域大部分研究材料也是来自实验动物。来自实验动物。2制药及生物制品方面制药及生物制品方面 新的药品必须通过大量的动物实验来进行严格的安全新的药品必须通过大量的动物实验来进行严格的安全性有效性评价，其中包括动物急性、亚急性及慢性试验，三性有效性
18、评价，其中包括动物急性、亚急性及慢性试验，三致试验（致畸、致癌、致突变），包括以啮齿动物、犬或猴致试验（致畸、致癌、致突变），包括以啮齿动物、犬或猴等不同进化程度的动物进行试验，证明对人体安全可靠后，等不同进化程度的动物进行试验，证明对人体安全可靠后，方能报有关部门审批，申请生产批号。药品在正常生产过程方能报有关部门审批，申请生产批号。药品在正常生产过程中，产品也要通过动物实验进行安全性检验，以保证产品的中，产品也要通过动物实验进行安全性检验，以保证产品的安全性。如安全性。如1962年，西德某药厂生产一种反应停年，西德某药厂生产一种反应停（Thalidomide），推广给孕妇使用，结果在若干年
19、内发现），推广给孕妇使用，结果在若干年内发现畸胎发生率增高，究其原因就是与孕妇服用畸胎发生率增高，究其原因就是与孕妇服用Thalidomide有有关。关。实验动物不仅是生物制品安全性有效性评价的必不可实验动物不仅是生物制品安全性有效性评价的必不可少的工具，也是其生产的原料，如牛体制备牛痘苗，猴肾制少的工具，也是其生产的原料，如牛体制备牛痘苗，猴肾制备小儿麻痹症疫苗、以地鼠肾制备乙脑及狂犬疫苗，以备小儿麻痹症疫苗、以地鼠肾制备乙脑及狂犬疫苗，以SPF鸡胚制备麻疹疫苗以及以兔生产各种免疫血清、马体制备白鸡胚制备麻疹疫苗以及以兔生产各种免疫血清、马体制备白喉、破伤风或气性坏疽等血清等。喉、破伤风或气
20、性坏疽等血清等。应用领域应用领域 被反应停夺去胳膊的孩子们 反应停致短肢畸形 3化学工业和重工业方面化学工业和重工业方面 化工等工业的劳动卫生措施，特别是各种职化工等工业的劳动卫生措施，特别是各种职业性中毒（如铅、苯、汞、锰、矽、酸、一氧化业性中毒（如铅、苯、汞、锰、矽、酸、一氧化碳、有机化合物等）的防治方法，在重工业上，碳、有机化合物等）的防治方法，在重工业上，对有害物的鉴定和防治都必须选用实验动物进行对有害物的鉴定和防治都必须选用实验动物进行各种动物实验后才能确定。各种动物实验后才能确定。应用领域应用领域应用领域应用领域 4畜牧兽医科学方面畜牧兽医科学方面 兽药的研发和鉴定、兽医生物制品的
21、安全性检验、兽药的研发和鉴定、兽医生物制品的安全性检验、效力检验等，都要使用标准化的实验动物。特别是在效力检验等，都要使用标准化的实验动物。特别是在畜禽传染病的研究工作中，常需要有合格的实验动物畜禽传染病的研究工作中，常需要有合格的实验动物进行实验。如进行实验。如1981年，我国某兽医生物制品厂生产的年，我国某兽医生物制品厂生产的猪瘟疫苗混有猪瘟强毒，结果注射后引起大批猪死亡，猪瘟疫苗混有猪瘟强毒，结果注射后引起大批猪死亡，造成国家经济的很大损失，其原因是由于制苗所用的造成国家经济的很大损失，其原因是由于制苗所用的仔猪带毒，而安全检验用的动物数量和质量又不符合仔猪带毒，而安全检验用的动物数量和
22、质量又不符合要求所引起的。目前在兽医科学研究上，实验动物必要求所引起的。目前在兽医科学研究上，实验动物必须符合要求。目前大多数禽用生物制品是用须符合要求。目前大多数禽用生物制品是用SPF鸡胚鸡胚制备的，使用制备的，使用SPF鸡胚制备的生物制品，其质量得到鸡胚制备的生物制品，其质量得到了保证。了保证。应用领域应用领域 5农业科学方面农业科学方面 新的优良品种的确立除要做物理的、化学的分析以外，新的优良品种的确立除要做物理的、化学的分析以外，利用实验动物进行生物学的鉴定是十分重要和有意义的。化利用实验动物进行生物学的鉴定是十分重要和有意义的。化学肥科、农药的残毒检测，粮食、经济作物品质的优劣等，学
23、肥科、农药的残毒检测，粮食、经济作物品质的优劣等，最后也还是要通过利用实验动物来确定。最后也还是要通过利用实验动物来确定。化肥和农药是提高农业生产的重要材料，由于未经严化肥和农药是提高农业生产的重要材料，由于未经严格的动物实验而发生的问题很多。在合成的多种新农药化合格的动物实验而发生的问题很多。在合成的多种新农药化合物中，真正能通过动物试验对人体和动物没有危害的只占物中，真正能通过动物试验对人体和动物没有危害的只占1/30，000，其余都因发现对人的健康有危害而禁用。，其余都因发现对人的健康有危害而禁用。70年年代，我国从瑞士某公司进口杀虫眯的生产流水线，但就是因代，我国从瑞士某公司进口杀虫眯
24、的生产流水线，但就是因为忽略了动物的安全性试验而造成了很大损失。因为投产后，为忽略了动物的安全性试验而造成了很大损失。因为投产后，才从国外知道消息，杀虫眯能致癌，国外已经不用。由此可才从国外知道消息，杀虫眯能致癌，国外已经不用。由此可见，用实验动物进行的安全性试验对农药、化肥等生产极为见，用实验动物进行的安全性试验对农药、化肥等生产极为重要。重要。应用领域应用领域 6健康相关产品方面健康相关产品方面 与人们健康密切相关的吃穿用的健康相关产品，与人们健康密切相关的吃穿用的健康相关产品，包括化妆品、消毒产品、涉水产品，还有保健食品包括化妆品、消毒产品、涉水产品，还有保健食品等，上市销售，都要求必须
25、先经国家指定的机构采等，上市销售，都要求必须先经国家指定的机构采用实验动物进行安全性试验，以证明其对人体无急用实验动物进行安全性试验，以证明其对人体无急慢性毒性，且无致癌、致畸、致突变作用，才能供慢性毒性，且无致癌、致畸、致突变作用，才能供应市场。应市场。应用领域应用领域 7环境保护方面环境保护方面 在环境保护，包括废物的、气体的、光辐射的、声干扰的、电磁辐射的等各方面的研究中，实验动物都是监测的前哨和研究防治措施的标样。（如炼钢厂废水排放）（如炼钢厂废水排放）山东青啤麦芽厂污水处理实现山东青啤麦芽厂污水处理实现三级在线监测三级在线监测-废水池里能养鱼废水池里能养鱼 经过处理之后的废水，里面养
26、了五十多经过处理之后的废水，里面养了五十多条鲤鱼，目的就是检验水质是否达到了条鲤鱼，目的就是检验水质是否达到了水生生物生存的要求水生生物生存的要求.包钢污水处理包钢污水处理 8国防、航空航天、军事科学方面国防、航空航天、军事科学方面 各种武器杀伤效果，化学、辐射、细菌、激光武器的各种武器杀伤效果，化学、辐射、细菌、激光武器的效果和防护，以及在宇宙、航天科学试验中，实验动物都效果和防护，以及在宇宙、航天科学试验中，实验动物都作为人类的替身而取得有价值的科学数据。如我国的神州作为人类的替身而取得有价值的科学数据。如我国的神州五号宇宙飞船遨游太空之前，就用实验动物进行了大量的五号宇宙飞船遨游太空之前
27、，就用实验动物进行了大量的科学实验。在宇宙飞船首次遨游太空时，代替人类受试作科学实验。在宇宙飞船首次遨游太空时，代替人类受试作生理试验的是实验动物。通过动物实验，研究人体在太空生理试验的是实验动物。通过动物实验，研究人体在太空条件下，失重、辐射和天空环境因素对机体生理状态的影条件下，失重、辐射和天空环境因素对机体生理状态的影响。在核武器爆炸的试验中，实验动物被予先放置在爆炸响。在核武器爆炸的试验中，实验动物被予先放置在爆炸现场，以观察光辐射、冲击波和电离辐射对生物机体的损现场，以观察光辐射、冲击波和电离辐射对生物机体的损伤，此外，在战伤外科的研究中，在防军事毒剂和细菌武伤，此外，在战伤外科的研究中，在防军事毒剂和细菌武器损伤的研究中，实验动物均被用来代替人类作为战争中器损伤的研究中，实验动物均被用来代替人类作为战争中的受难者，从而研究对各种战伤的有效防治措施。的受难者，从而研究对各种战伤的有效防治措施。应用领域应用领域 9国际贸易方面国际贸易方面 进出口商品检疫、检验离不开标准化进出口商品检疫、检验离不开标准化的实验动物，在进出口商品的检疫、检验的实验动物，在进出口商品的检疫、检验过程中使用的实验动物标准必须与国际接过程中使用的实验动物标准必须与国际接轨，否则会直接影响着对外贸易的数量、轨，否则会直接影响着对外贸易的数量、质量和信誉。质量和信誉。应用领域应用领域