醫學實驗動物學

緒論

一、實驗動物重要在哪？食品安全問題食品安全問題：食品毒理學-研究食品中有毒有害物質的性質、來源及對人體損害的作用機制，評價其安全性并確定這些物質的安全限量以及提出預防管理措施的一門科學。動物實驗是食品毒理學的研究基礎-急性毒理實驗、遺傳毒性實驗、亞慢性毒性實驗、慢性毒性實驗和致畸實驗。物種的選擇、品系、微生物控制、個體選擇（性別、年齡、生理狀態和健康狀態）。激素、色素、防腐劑、蘇丹紅、瘦肉精、漂白劑、增白劑、保鮮劑、催熟劑、甜蜜素、香精、雙氧水、工業鹽、明礬、滑石粉、石蠟、硼砂、尿素、氨水....甚至敵敵畏、劇毒農藥1605和3911等食品安全問題“吃動物怕激素，吃植物怕毒素，喝飲料怕色素，能吃什么心中沒數……”

如瘦肉精：即鹽酸克倫特羅，是一種腎上腺類神經興奮劑，能夠促進蛋白質合成，加速脂肪的轉化和分解，提高豬肉的瘦肉率。但它有很危險的副作用，輕則導致心律不整，嚴重一點就會導致心臟病。FDA規定殘留允許值是豬肉中50ppb（50微克/kg），牛肉中的安全標準則為30ppb。在這個殘留量的標準下，一個50kg的人每天吃1.25kg豬肉or2kg牛肉都是安全的。加拿大和WHO的豬肉標準都是40ppb,而聯合國糧農組織是10ppb。日本和新西蘭該國生產不許使用，但進口豬肉中則允許有小于10ppb。藥品安全問題藥品安全：安徽華源生物的欣弗事件2006：胸悶心悸等、休克、肝腎功能損害等。11人死亡。廣州佰易藥業生產的丙球2007：靜注用人免疫球蛋白，部分患者丙肝抗體陰性。部分產品不能提供有效完整的生產記錄和檢驗記錄，并存在套用正常生產批號上市銷售的現象。《國家藥品不良反應監測年度報告(2014年)》披露，藥品不良反應/事件報告132.8萬余份，比2013年增長0.8%。新的和嚴重藥品不良反應/事件報告34.1萬份，占同期報告總數的25.7%。與2013年比增長了17%。藥品安全問題藥物實驗階段分為體外實驗、動物性實驗和臨床實驗（人體），動物性實驗是藥物應用于人體前的必經階段。藥物進入人體，造成的影響很可能是不可逆的，消極的影響常常帶給人體痛苦甚至危害生命，所以，必須要經過長期大量的動物觀察，我們沒有人愿意當試驗品，所以采用與人體構造、功能相近的動物是非常有道理的。其意義：藥物經過體外實驗，對其穩定性及化學性質形成了認識以后，進入到動物體內試驗，可以有效觀測藥物在動物體內的吸收、輸布及代謝情況，同時，可以及時有效地對實驗體進行解剖，觀察藥物對不同組織臟器造成的影響及作用的途徑（靶點）。藥品安全問題實驗動物多經過嚴格篩選和人工培育，選取的實驗體均是符合特定要求的動物，且樣本量大，可以有效地評估藥品的有效率、安全性等指標。可以幫助確定藥物應用的安全劑量范圍，避免劑量過大造成的損害價格低廉，衛生經濟學好便于集中管理有利于避免或減少藥物在人體內的不良反應發生率，死人和死動物的意義差得就太多了，所以選擇犧牲一些動物是必須的。實驗動物在各領域中的應用生命科學方面-四基本條件之首（設備、信息、試劑）人類的健康和福利研究離不開實驗動物。在對人的各種生理現象和病理機制及疾病的防治研究中，實驗動物是人的替難者。60％以上的生物醫學研究需要實驗動物作為研究材料。腦研究營養與健康研究遺傳與健康研究不良生活習慣（吸煙、酗酒等）老年性疾病的研究（早衰老、AD等）實驗動物在各領域中的應用醫學領域-醫學的任務是預防和治療人類疾病，保證人類健康，延長人類壽命。基礎研究和臨床研究都需要開展動物實驗。疾病動物模型制備各種實驗的檢測工具制備各種生物制品卡介苗（結核）麻、腮、風三聯苗脊灰糖丸（小兒麻痹癥）乙肝苗百（日咳）、白（喉）、破（傷風）三聯苗甲肝苗乙腦苗流感苗狂犬苗…制藥工業和化學工業方面一種藥物從最初的實驗室研究到最終的銷售平均需要花費12年的時間。進行臨床前試驗的5000種化合物中只有5種能進入到后續的臨床試驗，而僅其中的1種化合物可以得到最終的上市批準（1/5000）。藥物的有效性和生物活性安全性試驗毒性試驗（急性、亞急性、慢性）三致試驗（致畸、致癌、致突變）藥物的副作用和長期使用的不良反應各種職業性中毒的防治方法實驗動物在各領域中的應用實驗動物在各領域中的應用輕工業產品，包括食品、食品添加劑、保健品、飲料、化學制品（如化妝品）、玩具等的有害、有毒成分，必須用實驗動物去測試。農業上包括農藥、化肥、重金屬等在植物食品中的殘留；激素、疫苗、抗生素等在動物食品中的殘留。工業廢水、農業廢水對飲水的污染等。實驗動物在各領域中的應用國防建設和軍事科學輻射核武器激光武器生化武器航空航天731部隊二戰期間日軍關東軍防疫給水部，日本以外領土從事生物戰細菌戰研究和人體試驗相關研究的秘密軍事醫療部隊的代稱。二、實驗動物與其他動物區別

——基本概念的理解什么叫實驗動物所謂實驗動物（LaboratoryAnimal）是經人工飼育、對其攜帶的微生物和寄生蟲實行控制、遺傳背景明確或者來源清楚，用于科學研究、教學、生產、檢定以及其他科學實驗的動物。

——《實驗動物管理條例》&GB14925-2010

實驗動物的三大特點遺傳要求-遺傳背景明確，來源清楚

即實驗動物是經人工培育的遺傳限定的動物，包括近交系、封閉群、突變系、雜交群及遺傳工程動物等。微生物寄生蟲要求-對其攜帶的微生物、寄生蟲進行人工控制

即實驗動物是在人工控制其微生物、寄生蟲等條件下繁育與生長。包括CV級、CL級、SPF級、GF級應用要求-科學實驗

實驗動物主要應用目的是為了科學實驗，是人類的替身。什么是實驗用動物？（記）所謂實驗用動物（ExperimentalAnimal,AnimalforResearch）是指一切用于科學實驗的動物。野生動物（WildAnimal）經濟動物（EconomicalAnimal）觀賞動物（ExhibitingAnimal）實驗動物（LaboratoryAnimal）指直接從野外捕獲的動物。這種動物未經人工培育，所攜帶的微生物和寄生蟲受控于其生活的環境及食物，其個體與群體間遺傳基因雜合。對實驗結果敏感性、重復性差

以滿足人類社會生活需要而產生的動物。這些動物在遺傳性狀、微生物學等方面有一定的控制，但與實驗動物相比相差懸殊。

指供人類觀賞和玩耍的寵物，如魚類、鳥類、犬、貓等。但由于與人類的關系，倫理上受限什么是實驗動物化？野生動物或經濟動物經過初期的表型分析和篩選，對具有科學實驗價值的動物，經過嚴格的馴養、微生物凈化、遺傳及飼養環境等因素的控制，按實驗要求進行培育，使之達到實驗動物的標準。我們把這種將野生動物或家畜馴化（Domestication）、培育（breeding）成實驗動物的過程，叫做實驗動物化（LaboratoryAnimalization)。

什么是實驗動物科學？背景這一名詞最早出現于20世紀的50年代，現在已發展成為一門獨立的、綜合性的基礎科學，它是融合生物學、動物學、獸醫學和醫學等學科，并引用了其它自然科學的成就發展起來的。實驗動物科學以相關學科為基礎，結合自身的目標和特點，從理論和實踐兩個方面不斷豐富其內容，使該學科逐漸形成完整的理論體系。隨著近代生物醫學研究的快速進展，更多的動物被用于各種實驗觀察和比較醫學研究，對生命科學的發展起到了巨大的推動作用。定義所謂實驗動物科學（LaboratoryAnimalSciences）是以實驗動物資源研究、質量控制和利用實驗動物進行科學實驗的一門綜合性學科主要包括實驗動物和動物實驗。實驗動物科學內容研究實驗動物-實驗動物標準化

是以實驗動物本身為對象，研究實驗動物的遺傳育種、保種（培育新品種、保持原有品系的遺傳特性）、生物學特性（包括解剖、生理、生化、生殖及生態等特點）、繁殖生產、飼養管理以及疾病的診斷、治療和予防，以期達到如何提供標準的實驗動物等

。研究動物實驗-動物實驗規范化

是以實驗動物為材料，應用各種實驗技術在實驗動物身上進行實驗，研究動物實驗過程中實驗動物的反應、表現及其發生發展規律等問題。以及動物實驗倫理學、動物實驗替代方法學等。簡言之，實驗動物學是專門研究實驗動物的生物學特性、飼養繁殖、遺傳育種、質量控制、疾病防治和開發應用的科學二、實驗動物學研究什么？研究內容包括：實驗動物遺傳育種學實驗動物微生物學與寄生蟲學實驗動物環境生態學實驗動物營養學實驗動物醫學比較醫學實驗動物管理學動物實驗技術動物實驗倫理學動物實驗替代方法學實驗動物福利遺傳育種學研究遺傳育種學的研究內容

是利用遺傳調控原理，研究和控制實驗動物的遺傳特性，不斷開發和改良，培育新的實驗動物品種、品系，以及各種動物模型，使之達到實驗動物化的目的。實驗動物遺傳育種學的研究課題包括：實驗動物遺傳的改良和遺傳控制；家畜和野生動物的實驗動物化研究；實驗動物品種、品系的保存方法研究。GenotypingbyPCRBiochemicalMarkerEs1,esterase-1遺傳育種學研究遺傳改良：近親培育：通過近親交配方式，將某些特殊性狀（如產子數、哺育能力、性成熟等）固定下來。

突變培育：通過回交－互交，或者近交，或者將突變基因導入近交系的方式將某些有用的突變基因保持下來。雜交：為了提高某些性狀，如產子數、體重等，將兩個近交系或近交系與運交群進行雜交。

NormalmutantNormalDermatitis實驗動物微生物學和寄生蟲學研究研究實驗動物微生物和寄生蟲分類學質量控制，制定科學的質量標準快速準確的對實驗動物檢測，并評價指導生產與管理實驗動物生態學研究主要研究實驗動物與所處的環境之間的相互關系。包括：研究外界氣候因素（溫度、濕度、氣流、風速、換氣等）對實驗動物的影響研究理化因素（包括粉塵、臭氣、噪音、照明等）對實驗動物的影響；研究生物因素對實驗動物的影響，包括：同種動物因素，如社會地位、爭斗、收容密度、性別、年齡等異種生物因素，如微生物、人及其他動物。研究營養因素（飼料、水等）對實驗動物的影響；研究居住因素（如設施、設備、籠具、墊料等）對實驗動物的影響環境影響動物－動物影響實驗結果實驗動物營養學研究營養需要：發育階段，生理狀況營養素與動物功能的相互關系飼料配方飼養質量控制營養監測實驗動物醫學研究實驗動物醫學研究，包括研究實驗動物各種疾病（傳染性疾病、營養代謝性疾病、遺傳性疾病等）的：發病機理發病癥狀病理特征診斷方法疾病治療預防措施等。鼠痘鼠肝炎動物疾病嚴重影響實驗結果比較醫學研究比較醫學，指對不同種類動物（包括人）之間的健康和疾病進行類比研究的一門科學包括：比較解剖學比較生理學比較組織學比較免疫學比較流行病學比較藥理學比較病理學比較毒理學比較心理學比較行為學等。《比較醫學》施新猷等主編，陜西科技出版社，2003實驗動物管理學宏觀管理：包括法律、法規、條例或相關的國家標準和規程等。飼養經營管理：飼養、繁殖以及生產經營管理等。動物實驗技術研究包括動物實驗技術、技術規范和動物飼養管理技術等。具體包括：實驗動物的選擇動物實驗技術人類疾病動物模型免疫缺陷動物實驗動物胚胎工程轉基因動物動物實驗倫理學研究前提-保證結果科學可靠目的-從倫理方面保護動物動物實驗替代方法學研究3R原則的具體體現前提-滿足科學實驗最終目的替代-相對替代：低等動物、器官、組織、細胞-絕對替代：不用動物實驗動物福利研究對不良因素控制改善條件，符合動物的自然條件兼顧科學研究基礎上，減少動物的疼痛和痛苦，滿足動物“內心感受”。三、國外實驗動物的現狀與發展趨勢國外實驗動物學發展簡史1909年美國Jacksonlab的Little教授首次培育出DBA近交系小鼠（約1900年，Abbie

ECLathrop建立一個小鼠的農場來飼養寵物鼠，很快很多研究所開始訂購她的小鼠用于實驗）。1950年美國實驗動物協會成立（AALAS）1950s英、法、荷、德、加拿大等相繼設立了實驗動物中心1956年聯合國創立國際實驗動物委員會（ICLAS）實驗動物已發展為一個獨立的行業，實現了實驗動物生產社會化、標準化、商品化美國等一些發達國家的嚙齒類實驗動物在七、八十年代以后基本普及SPF級（無特殊病原體），部分實驗已使用GN級(悉生動物)和GF級(無菌動物)。美國Jackson實驗室和NIH的遺傳資源部已成為實驗動物的遺傳資源中心，CharlesRiver公司目前已是世界上最大的實驗動物供應商。

國外實驗動物學發展趨勢實驗動物使用總量減少而品系（種）增加

自然突變動物、轉基因動物因其針對性強，用量少，實驗結果準確性高等特點而被大量開發和廣泛應用。野生動物資源開發利用倍受重視，是實驗動物天然的基因庫。隨著動物保護運動的興起，高等動物的使用將日益受到限制，低等動物將逐漸替代這些動物。實驗動物呈現商品化和社會化發展趨勢美國Jackson和NIH的遺傳資源部已成為實驗動物的遺傳資源中心，CharlesRiver公司目前已是世界上最大的實驗動物供應商。實驗動物福利和倫理已成為重要研究內容3R原則（替代replacement、減少Reduction和優化Refinement）Jackson

-2014About2.5millionJAXMiceweredistributedin2014.JAX?Micehavebeenshippedtoapproximately20,000investigators(orlaboratories)

inmorethan900institutions,in56countries.Morethan

7,000varietiesareavailableasbreedingmiceor

frozenembryos.TheJacksonLaboratoryMouseRepository:Itcurrentlyfeaturesaportfolioofover4,000targetedand1,600transgenicmutantmouselinesrepresentingmousemodelsformuchofthehumandiseasespectrum.Over600hundredlinesareaddedtothiscollectionannually.四、我國實驗動物的現狀與存在的問題我國實驗動物科學的發展概況朦朧階段：（40-70年代）起步于40年代50-70年代，少數單位飼養，資源少，由于運動多、經濟落后，各單位重視不夠，管理也不規范，整體水平較低。起步階段：（80年代）1982年，第一屆全國實驗動物工作會議（云南）-我國實驗動物的第一個春天；1985年，第二屆全國實驗動物工作會議（北京）。制定了發展規劃，批準建立四個省級實驗動物中心（北京、天津、上海、云南）。1987年，成立中國實驗動物學會。1988年經國務院批準，國家科委頒發了《實驗動物管理條例》，即2號令。法制化和標準化建設階段：（90年代）1994年，國家標準頒布（2001年進行了修訂）；1996年，北京市立法；我國實驗動物科學的發展概況1997年，建立國家嚙齒類實驗動物種子中心（北京、上海）；1998年頒發了《國家實驗動物種子中心管理辦法》和《種子中心引種、供種管理條例》；制定頒布了《實驗動物質量管理辦法》及其配套法規；建立全國實驗動物質量監測體系；出臺了《省級實驗動物質量檢測機構技術審察準則》和《省級實驗動物質量檢測機構技術審察細則》；設立了24個項目108個子項目的九五攻關課題；快速發展階段：（2000年—）2001年，頒布《實驗動物許可證管理辦法》；2002年，立項建立國家遺傳工程小鼠資源庫；2003—2006年，立項建立國家實驗小型豬、兔、禽、犬、猴種子中心或種源基地2006年設立了十一五科技支撐重點項目，開展大規模的基因剔除小鼠的制作和胚胎庫建設工作；2007年，頒布“關于在動物實驗中善待實驗動物的指導性意見”；部分省市設立了實驗動物科研專項。2011年科技部成立國家實驗動物專家委員會我國主要實驗動物設施的分布情況主要的實驗動物設施集中在我國東部的沿海城市：如上海、北京、廣東、江蘇、浙江、山東、遼寧等地。中部地區主要集中在陜西、四川、湖北、云南實驗動物的發展與當地的經濟、文化、教育，尤其是生命科學和生物醫藥的發展水平有關。我國的實驗動物管理體系中央政府的管理部門:

中華人民共和國科學技術部地方政府管理部門:

科學技術委員會或科學技術廳各生產和使用單位：

實驗動物管理與使用委員會

（IACUC）

我國的實驗動物管理體系實驗動物標準化建設內容：實驗動物的微生物及寄生蟲學質量控制、遺傳學質量、環境和營養學控制實施：實驗動物管理法規的建立完善、實驗動物質量標準和管理規范的建立、合格證或許可證制度的實施。實驗動物設施和質量方面設施建設“九五”末期，全國實驗動物清潔級及SPF級設施分別占33%及15%以上。到2002年底已分別達到了45％和25％以上。特別是發達地區，如上海、北京等地已基本普及清潔級以上大鼠和小鼠的飼養與使用。動物質量2001年新版的“實驗動物國家標準”取消了普通級實驗大小鼠，2002年《實驗動物許可證管理辦法（試行）》在全國范圍內開始實施，促進了高品質實驗動物的使用和屏障設施的建設，確保了科學研究結果的準確性和可靠性，保證了從業人員的身體健康和安全。上海、北京、廣東等地已基本普及清潔級以上大鼠、小鼠，全國清潔級動物（大鼠、小鼠）的普及率約在60％以上。實驗動物設施情況(1960、70年代)中科院上海實驗動物中心提供照片實驗動物設施實驗動物規模化、產業化概況年實驗動物生產量：1300萬只，使用量約1000－1100萬只，僅次于美國。其中小鼠占55％左右，大鼠占30％左右，其他動物占15％左右。實驗動物品種與品系：主要品種為小鼠、大鼠、兔、地鼠、豚鼠、狗、獼猴、食蟹猴、小型豬、沙鼠、非洲爪蟾、紅尾箭魚、斑馬魚、線蟲、果蠅等。總品系數約為500個。主要規模化生產單位上海斯萊克（中科院實驗動物中心）：130-150萬只/年，主要品種：SPF級兔、豚鼠、地鼠、大鼠和小鼠。軍科院實驗動物中心：40－50萬只/年，生產品種包括SPF級大鼠、小鼠和普通級狗、猴、豚鼠、兔等。上海BK公司：30－40萬只/年，包括SPF級和清潔級大鼠、小鼠。新建的平臺，設計生產量可達到80-100萬只/年。北京維通利華（包括北醫大）：主要以SPF雞胚生產為主，實驗動物的年生產量40－50萬只，主要生產清潔級大鼠、小鼠；廣東省醫學實驗動物中心：15萬只/年，主要品種：SPF級兔、豚鼠、地鼠、大鼠和小鼠。南京大學模式動物研究所南京大學模式動物研究所-國家遺傳工程小鼠資源庫2001年12月，在國家“十五”科技攻關重點項目的支持下，南京大學啟動建設“國家遺傳工程小鼠資源庫”，并相應成立了南京大學模式動物研究所。資源庫是國家科技部唯一認證的國家級遺傳工程小鼠種子中心。資源庫于2006年10月、2009年10月及2012年10月連續三次獲得了AAALAC實驗動物國際認證NRCMM目前擁有1406個小鼠品系，已經為80余家科研單位提供遺傳工程小鼠10萬余只，其中包括心血管、肥胖、糖尿病、免疫缺陷、老年癡呆、腫瘤等多種動物模型。實驗動物生產和使用情況（2012）實驗動物的應用領域（嚙齒類2012）實驗動物的教育和培訓建立實驗動物情報咨詢、圖書出版與信息網絡系統。加強實驗動物的科學教育與專業訓練工作。現有實驗動物從業人員的繼續教育和培訓。上崗證制度。存在的問題地域發展不平衡，部門或系統之間的差距明顯沿海城市快于中西部地區，經濟發達城市高于不發達地區；長三角地區由于其獨特的地理位置和強大的經濟支撐，已成為國內實驗動物發展最快的地區；從行業來看，衛生、教育、科技、制藥系統實驗動物的使用量占全國的70%以上，實驗設施的整體水平也高于其他行業；實驗動物新資源的匱乏全球共有近萬個實驗動物品系，中國只占其中的5%。尤其是近幾年，如SARS和禽流感等重大傳染病的暴發和國民生活水平的提高，已凸現出相關人類疾病動物模型資源的嚴重匱乏人員整體水平和再教育程度不一發達城市高于中西部地區，沿海城市，尤其是上海已基本形成從業人員再教育體系（專業培訓、管理培訓、技術工人培訓、上崗證書培訓等），實驗動物從業人員的整體素質有了較大的提高。但高級專業實驗動物管理人員和有特殊專長的動物實驗人員奇缺國家的相關法規和標準尚不完善如知識產權的保護、資源的國際、國內間的共享利用尚沒有制定相關的法規，實驗動物的標準有些尚難在實際中真正得到應用，一些標準（墊料、運輸、飲水、籠器具等）尚未制定；各級管理部門或主管單位對實驗動物的重視程度不一高等院校、科研單位、大型醫藥企業、獨資或外資企業、衛生系統相對較好；實驗動物生產的市場化和動物實驗設施的社會化服務程度仍較低國內目前除少部分市場化運作的生產單位外，大部分單位還是自繁自用、小而全的小作坊模式，重復建設、資源浪費現象嚴重。措施和發展重點實驗動物新資源的開發與利用

家畜（禽）、水生和野生動物的實驗動物化研究。模式動物和動物替代研究基因工程動物的開發人類疾病動物模型的研發

血管疾病、糖尿病、神經退行性疾病、免疫缺陷疾病、腫瘤、營養性疾病、人獸共患疾病等動物模型的研發疾病動物模型的鑒定標準和評價體系重大疾病的數字化動物模型庫，并開展比較醫學研究實驗動物支撐條件的建設

實驗動物遺傳、微生物檢測方法的國際標準化，以及快速準確檢測試劑盒及檢測技術研究和商業化供應飼料和墊料的生產、供應及其質量監控技術籠、器具和專用動物實驗設備的研制生產實驗動物從業人員隊伍的建設

實驗動物從業人員分類、分級考核高級管理人員的培訓動物實驗的發展趨勢動物倫理和動物保護觀念將進一步提升

1865年動物實驗的鼻祖、著名生理學家在《實驗醫學研究導論》中指出：“人類是否有權力對動物進行實驗和活體解剖呢？我認為人類完全且絕