功能学科实验教程-常用实验动物简介

第二章　常用实验动物简介

第一节　常用实验动物的生物学特性

功能学科实验以动物实验为主，了解动物的生物学特性对实验的成败具有重要作用。目前用于生物医学科学研究的实验动物种类很多，并且随着生命科学的发展、生物技术水平的提高和野生动物资源被大量开发及其实验动物化，不断培育出新的实验动物品种。据有关资料报道，目前常用于医药卫生、生命科学研究和教学、生产的实验动物主要包括:两栖纲的青蛙、蟾蜍;爬行纲的蛇;鸟纲的鸡、鸭、鸽;哺乳纲啮齿目的小鼠、大鼠、豚鼠、地鼠、长爪沙鼠、棉鼠等;兔形目的家兔;食肉目的猫、狗、雪貂;有蹄目的羊、猪和灵长目的恒河猴、猩猩、狒狒、绒猴、食蟹猴等30余种，其中最常用和用量最大的是哺乳纲啮齿目动物，如小鼠、大鼠、豚鼠等，其次是兔形目的兔和食肉目的狗、猫等。虽然非人灵长类动物在生物进化及解剖结构等方面都与人十分接近，是医学研究领域中理想的实验动物，但由于其数量有限、繁殖较慢、价格昂贵、饲养管理费用高等因素，在使用中受到一定限制。功能学科实验教学中常用的实验动物有小鼠、大鼠、豚鼠、家兔和蟾蜍。

下面就教学实验常用的实验动物，简要介绍它们的生物学特性。

一、小鼠

生命科学研究中常用的小鼠( Mouse，Mus musculus)是野生鼷鼠的变种，在生物分类学上属于脊椎动物门( Phylam vertebrata)，哺乳纲( Mammalia)，啮齿目( Order Rodentia)鼠科( Family Murinae)鼠属( Genus Mus)。小鼠是啮齿目中体型较小的动物。新生小鼠1．5 g左右，周身无毛，皮肤赤红，21天断乳时体重为12～15 g，1．5～2月龄时体重达20 g以上，可供实验使用。小鼠发育成熟时体长＜15．5 cm，成年雌小鼠体重18～35 g，成年雄小鼠体重20～40 g。小鼠成熟早，繁殖力强，每胎产仔数为8～15只。寿命1～3年。一只成年小鼠的食料量为4～8 g/d，饮水量4～7 ml/d，排粪量为1．4～2．8 g/d，排尿量为1～3 ml/d。

小鼠性情温顺、胆小怕惊，易于抓捕，不会主动咬人，操作起来很方便，是理想的实验动物。但在雌鼠哺乳期间或雄鼠打架时捉拿易受到动物的攻击，应小心提防。小鼠在罐、盒内饲养时，是很温顺的，一旦到罐外，很快就会到处乱窜，应予注意。

小鼠对外来刺激极为敏感。对于多种毒素和病原体具有易感性，反应极为灵敏，如百万分之一的破伤风毒素能使小鼠死亡，这是其他实验动物所不能比拟的。

二、大鼠

实验大鼠( Rat，Rattus norvegicus)属脊椎动物门，哺乳纲，啮齿目，鼠科，大鼠属( Genus Rattus)。大鼠个体间遗传学和寿龄较为一致，对实验条件反应也较为近似，常被誉为精密的生物工具。大鼠体型较小鼠大，新生大鼠重5～6 g;成年体重，雄鼠为300～400 g，雌鼠为250～300 g。大鼠性情温顺，行动迟缓，易捕捉，不似小鼠好斗。但受惊吓或捕捉方法粗暴时，也很凶暴，尤以哺乳期母鼠为甚，常会主动咬人。大鼠成熟快、繁殖力强，寿命依品系不同而异，平均为2．5～3年，40～60天性成熟。

图2- 1- 1　大鼠

大鼠对外环境适应能力强，抗病能力强，成年鼠不易患病。不耐饥饿，肠内能合成维生素C。

大鼠无胆囊，肝脏再生能力强，不会呕吐。垂体-肾上腺系统功能发达，因此应激反应性强。大鼠的血管对药物的反应敏感，血压反应灵敏，但对强心苷的作用敏感性较猫明显降低。大鼠肠道较短，盲肠较大，但盲肠功能不发达。大鼠(包括小鼠)心电图中没有S- T段，甚至有的导联也测不到T波。

三、家兔

兔( Oryctolagus cuniculus Rabbits)属兔形目( Lagomorpha)，兔科( Leporidae)。生物医学研究中常用的家兔均为欧洲兔的后代，使用最多的有新西兰兔、大耳白兔、青紫兰兔、荷兰兔、弗莱密西兔。

1．一般特点　家兔为草食性动物，性情温顺，胆小易惊，喜居安静、清洁、干燥、凉爽、空气新鲜的环境，耐冷不耐热，耐干不耐湿，群居性差，成年兔经常发生争斗和咬伤，尤其是公兔，凡3月龄以上的公兔就要及时分群饲养，以利于正常生长。有食粪癖( Coprophagy)，一般情况下，家兔排出两种粪便:一种是在白天排出，呈颗粒状;一种是在夜间排出，呈软团状，这种软粪便一排出就直接被吃掉，因此一般看不到。软粪便较正常粪便中所含的蛋白质和维生素量较多。

图2- 1- 2　家兔

2．解剖学特点　①兔耳大，表面分布有清晰的血管，便于注射和取血。②嘴小，喉部狭窄，气管插管困难，在进行吸入麻醉时易导致喉痉挛。③心脏传导组织中几乎没有结缔组织，主动脉窦无化学感受器，仅有压力感受器。减压神经(即主动脉神经)与迷走神经、交感神经干完全分开，最粗，呈白色者为迷走神经;较细，呈灰白色者为交感神经;最细者为减压神经，位于迷走神经和交感神经之间，属于传入性神经，其神经末梢分布于主动脉弓血管壁内。④胸腔中央由纵隔连于顶壁、底壁及后壁之间，将胸腔分为左右两部分，互不相通，纵隔由膈胸膜和纵隔胸膜两层纵隔膜组成。肺被肋胸膜和肺胸膜隔开，心脏又被心包胸膜隔开。因此，开胸后打开心包胸膜暴露心脏进行实验操作时，只要不弄破纵隔膜，动物不需要做人工呼吸。猫、狗等其他动物开胸后一定要做人工呼吸，才能进行心脏操作。⑤家兔消化道较长，大、小肠为体长的10倍左右，其盲肠粗大发达(长度相当于体长)，呈深灰色蜗牛状，末端连引突(又称阑尾) ;结肠较细。家兔回肠与盲肠相接处形成一膨大壁厚的圆囊，有发达的肌肉组织，呈灰白色，称圆小囊，这是兔特有的，圆小囊内壁呈六角形蜂窝状，囊壁内富含淋巴滤泡，该结构除具有消化吸收功能外，还有类似鸟类腔上囊的功能。兔肠壁薄，对儿茶酚胺类药物和其他药物反应灵敏。猫、狗等肠壁较厚，反应相对迟钝。⑥单乳头肾，易于插导管。⑦家兔后肢膝关节的屈面腘窝部有一个比较大的呈卵圆形的腘淋巴结，长5 mm左右，在体外极易触摸和固定，适于向淋巴结内注射药物或通电。

3．生理学特点　①家兔对体温变化的反应十分灵敏，最易产生发热反应，而且发热反应典型、恒定，小鼠、大鼠和豚鼠恒温功能差，对发热刺激的反应低;家兔体温的正常范围为38．5～39．5℃。②静态时以腹式呼吸为主，呼吸频率51( 38～60)次/分，潮气量21．0( 19．3～24．6) ml，通气率每分钟1 070( 800～1 140) ml，耗氧量640～850 mm3/g。③腮腺及颌下腺的分泌速度比狗、猫、猪、绵羊低。④胃常处于排空状态，不会呕吐;每天胆汁分泌量按体重计算是狗的10倍多，小肠的吸收功能与人、豚鼠一样，不能透过大分子物质;钙、镁的代谢主要通过肾。⑤家兔属于刺激性排卵类型动物，雌兔每两周发情一次，每次持续3～4 d，发情期间，雌兔卵巢内一次能成熟许多卵子，但这些卵子并不排出，只有经雄兔的交配刺激后10 ～12小时才能排出，这种现象称为刺激性排卵。如果不让雌兔交配则成熟的卵子经10～16 d后全部吸收，新的卵子又开始成熟。哺乳动物中家兔和猫都属于这种类型。⑥家兔对射线十分敏感，照射后常发生休克样的特有反应，有部分动物在照射后立即或不久死亡，其休克的发生率和死亡率与照射剂量呈一定的线性关系。

4．免疫学特性　兔分为4个血清型，即α'、β'、α'β'、ο四型。兔的α'、α'β'血清型易产生人血细胞A型抗体，而β'、ο血清型易产生人血细胞B型抗体;根据兔的唾液已确认有两型，即易获得人血细胞A型物质者，称排出型，不易获得人血细胞A型物质者，称非排出型。唾液中有无A型物质与A型抗体产生能力有密切关系，欲使之产生A型抗体，应选用非排出型中的α'、α'β'血清型免。

四、豚鼠

豚鼠( Guinea Pig)，原产于南美洲。在分类学上属哺乳纲( Mammalia)，啮齿目( Rodentia)，豚鼠科( Cavidal)，豚鼠属( Cavia)。实验豚鼠由野生豚鼠驯化而育成，又被称作荷兰猪、天竺鼠、土拨鼠等。

图2- 1- 3　豚鼠

豚鼠属草食动物，喜食纤维素多的禾本科嫩草或干饲料。豚鼠性情温顺、胆小，对外界刺激极为敏感。不会攀登跳跃，一般不伤人，不互相打斗。豚鼠头大、颈短、耳圆、无尾，全身被毛，四肢较短，前肢有四趾，后肢有三趾，有尖锐短爪。喜欢群居，喜欢安静、干燥、清洁的环境，突然的声响、震动可引起四散奔逃，甚至引起孕鼠流产。与大鼠和小鼠相反，它夜间少食少动。嗅觉、听觉较发达，耳蜗管敏感，便于做听力实验，豚鼠对700～2 000 Hz纯音最敏感，如常用2 000 Hz音频来观察新霉素对内耳毒性的研究;豚鼠对各种刺激均有极高的反应，如对音响、气味和气温突变等均极敏感，故在空气混浊和寒冷环境中易发生肺炎，并引起流产。

豚鼠嚼肌发达而胃壁非常薄，盲肠特别膨大，约占腹腔的1/3容积，粗纤维需要量较家兔还要多，但不像家兔那样易患腹泻病。豚鼠食量较大，但对变质的饲料特别敏感，常因此减食或废食，甚至引起流产。

豚鼠对抗生素也特别敏感，尤其是青霉素及杆菌肽、红霉素、金霉素等，投药后容易引起肠炎，重者造成死亡，如使用青霉素，不论剂量多大、途径如何，均可引起小肠和结肠炎，甚至使其发生死亡。对青霉素的敏感性比小鼠高1 000倍，故用青霉素治疗时应特别小心。

豚鼠能耐低氧，抗缺氧能力比小鼠强4倍，比大鼠强2倍。

豚鼠正常体温为38．6( 37．8～39．5)℃，自动调节体温的能力较差，对环境温度的变化较为敏感，饲养豚鼠的最适温度为18～20℃。

豚鼠体内(肝脏和肠)不能合成维生素C，所需维生素C必须来源于饲料中。人、灵长类及豚鼠体内缺乏合成维生素C的酶，因此饲养豚鼠时，需在饲料或饲水中加维生素C或给新鲜蔬菜。当维生素C缺乏时，出现坏血症，其症状之一是后肢出现半瘫痪，冬季尤其易患，补给维生素C，则症状即可消失。

豚鼠属于晚成性动物，即母鼠怀孕期较长，为63( 59～72) d，胚胎在母体发育完全，出生后即已完全长成，全身被毛，眼张开，耳竖立，并已具有恒齿，产后1 h即能站立行走，数小时能吃软饲料，2～3 d后即可在母鼠护理下一边吸吮母乳，一边吃青饲料或混合饲料，迅速发育生长。

豚鼠的生理生化值，常随年龄、品系、性别、环境和测定方法的不同而有很大差异:红细胞指数(红细胞、Hb和MCV)较其他啮齿类低，外周血和骨髓细胞的形态与人相似;白细胞中有一种特化的单核细胞，称为Kurloff细胞，该细胞含有一个由黏多糖组成的胞质内包涵体。正常情况下，Kurloff细胞分布在血管和胸腺中，在妊娠期间或有外来刺激时，胸腺及胎盘中的Kurloff细胞增多。

五、两栖类动物

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图2- 1- 4　青蛙(左)和蟾蜍(右)

两栖类( Amphibia)动物属两栖纲，最常用作实验的是无尾目中的青蛙( Rana nigromaculata，Frog)、蟾蜍( Bufo bufo，Toad)和无尾目的蝾螈( Cynops phrrhogaster)、鲵( Hynobills)。功能学科实验中主要用蟾蜍，蟾蜍俗称癞蛤蟆(蛙科、蟾蜍属)。两栖类为变温动物，心脏有两个心房、一个心室，心房、心室区分不明显，动、静脉血液混合。红细胞为有核细胞，并且体积较大。消化道末端为总泄殖腔，幼年排氨，成年排尿素。蟾蜍形如蛙，体粗壮，体长10 cm以上，雄性较小，皮肤粗糙，全身布满大小不等的圆形瘰疣。头宽大，口阔，吻端圆，吻棱显著。舌分叉，可随时翻出嘴外，自如地把食物卷入口中。舌面含有大量黏液。近吻端有小形鼻孔1对。眼大而突出，对活动着的物体较敏感，对静止的物体迟钝。蛙头部两侧各有一鸣囊，叫声响亮，蟾蜍无鸣囊。背部皮肤有许多疣状突起的毒腺，可分泌蟾蜍毒，眼后的椭圆形耳腺分泌量最多。两栖类动物一般是由野外捕捉后直接供实验室使用，短期可饲养于潮湿地方，几天可以不食，也可喂以草和昆虫如蚊、蝇等，饲养容易。

第二节　常用实验动物的品系

动物的品系主要是指动物遗传背景的特征。许多实验对动物的品系有较高的要求，希望实验结果不受遗传差异的影响，如肿瘤移植实验，希望被移植的肿瘤不受宿主的排斥，故常选用纯种动物，即近交系动物。

一、近交系

近交系是20世纪20年代开始培育的动物品系，是指在全同胞兄弟姐妹之间或亲代与子代之间的交配传代在20代以上的动物品系，交配传代越多，则其异质基因(杂合度)越少，遗传基因纯化度越高。现常用的近交系动物有BALB/c小鼠、C57BL/6黑色近交系小鼠、C3 H/He野生色近交系小鼠、615深褐色近交系小鼠、F344白色近交系大鼠等。近交系动物较一般动物应用于实验的优点:①个体差异小，取得的实验结果可比性好;②个体之间组织相容性抗原相同，无移植排斥反应，是器官移植和肿瘤移植的首选实验对象;③某些近交系动物有特发性的疾病，是疾病研究的理想动物模型;④使用不同近交系动物进行某一因素的研究，可反映该因素是否具有普遍意义。

二、封闭群

封闭群是指在同一杂交群体中，在不引入外来个体的条件下进行随机交配繁殖，封闭性繁殖达4代以上的群体称为一个封闭群。相对于近交系动物，此类动物的特点是其杂合性高，但在群体内又具有相对较高的遗传基因稳定性，其特有的遗传特征不易丢失，繁殖力强，某些发生基因突变的动物机体可发生某些异常或疾病，这些动物便可作为医学研究的模型。

三、杂交一代

杂交一代是指由两个不同的近交系动物杂交产生的第一代动物( F1)。其特点是既具有近交系动物的遗传特点，又获得了杂交优势，其生命力强、繁殖率高、生长快、体质强健、抗病力强等。它与近交系动物有着相同的实验效果。

四、突变品系

由于某些动物的基因位点的突变，或修饰，或某个基因的导入，或通过多次回交“留种”而发生的一个同类突变品系。此类个体中具有同样的遗传缺陷或病症，如侏儒症、无毛、肥胖症、肿瘤、白血病、糖尿病、高血压和裸鼠(无胸腺和无毛)等。这些品系的动物在医学研究中有极大的应用价值。

(杨轶群)

第三节　实验动物保护

一、概述

功能学实验大部分在动物身上进行。实验过程中必然会给动物造成巨大的痛苦，甚至夺取其生命，因而引发了许多争论。事实上，这种争论早在18世纪就开始了。由于不同国家、不同民族的文化背景和不同宗教信仰，人们对待动物的态度也存在很大差异，但主流的观点是:动物是有感觉的生命，它们在自然界里应当有合法的地位，人类要善待动物，要尊重动物的生存权。基于这一观点，形成了两种主要的动物伦理学倾向，即激进的“动物保护主义”和理智的“3R”原则。

激进的“动物保护主义”认为，无论实验本身对人类或动物有多大益处，人类都无权使用动物进行实验。据此理念，从20世纪70年代起，某些国家激进的“动物保护主义”组织打着人道主义的旗帜，频繁冲击医学研究机构和高校实验室，放走动物、捣毁设备、焚烧资料，严重破坏了这些机构的正常秩序，使许多有益于人类和动物的研究工作不能顺利进行。因此，激进的“动物保护主义”是不利于人类社会的进步和发展的。

比较理性的“动物保护主义”者从人类和动物的最高利益出发，认真思考动物保护问题，主张在进行对人类或动物有益的实验的同时，又要合理保护动物，使动物避免不必要的痛苦、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。

二、“3R”原则

3R是指Replacement(替代)、Reduction(减少)和Refinement(优化)。

(一)替代

替代是指以高质量的实验动物替代低质量的实验动物，以小实验动物替代大实验动物，以单细胞动物、细胞、微生物和组织来替代器官和整体动物，以另一品种来替代难以获得或受法律保护的品种，以电子模拟来替代实验的实际进行。

(二)减少

减少是指减少实验动物的使用次数和数量，减少死亡率和伤害性的操作，这就要求提高利用率和成功率。例如:使用遗传质量高度均一的“近交系”动物;在可能的情况下，不同的研究课题合用同一批动物;改进实验设计与统计方法，合理减少实验样本数等。

(三)优化

优化指的是通过改进实验操作技术，以减少对动物机体的损伤和运用麻醉手段或其他手段来减少动物的精神压力与身体痛苦。

三、在功能学实验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《实验动物管理条例》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，学生应做到:

1)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)按要求对动物进行麻醉，在未达到应有麻醉状态前，不能进行手术。

3)实验过程中，如出现麻醉失效，应及时补充麻醉剂。

4)手术操作要准确，避免粗鲁的动作或随意牵扯、翻转动物内脏器官。

5)实验结束后，需处死的动物，应施行安乐死术(通常以过量麻醉剂处死)。

(曹银祥)