動物模型與動物實驗設(shè)計-實驗動物實驗設(shè)計與分析（實驗動物）

項目五、動物模型與動物試驗設(shè)計

任務(wù)一、實驗動物試驗設(shè)計與分析

*任務(wù)實施知識平臺任務(wù)描述5/26/2023任務(wù)描述5/26/2023了解實驗動物實驗設(shè)計的基本原則，掌握動物實驗數(shù)據(jù)記錄的要求與基本處理方法。5

知識平臺5/26/2023知識平臺一、動物試驗設(shè)計原則二、動物實驗設(shè)計方法三、動物選擇與觀測指標(biāo)5/26/2023知識平臺四、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理五、常見人類疾病動物模型六、實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計推斷

*一、動物實驗設(shè)計原則1.動物實驗的基本程序

進(jìn)行動物實驗要經(jīng)過選題、設(shè)計、實驗、收集實驗資料、整理分析實驗資料和撰寫論文幾個階段。5/26/2023

選題是實驗設(shè)計的前提，決定研究的方向和內(nèi)容，是發(fā)現(xiàn)問題和提出問題的過程。

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好的選題應(yīng)具有創(chuàng)新性、科學(xué)性和可行性，需要認(rèn)真查閱大量文獻(xiàn)資料，結(jié)合實驗室的條件、儀器設(shè)備，經(jīng)過科學(xué)思考，找出所要探索研究的內(nèi)容，形成假說，進(jìn)而確立明確的研究題目；5/26/2023

動物實驗設(shè)計是指研究者為了達(dá)到研究目的而制定的動物實驗方案和實施計劃，并用文字記錄表述的過程。動物實驗的結(jié)果能否達(dá)到預(yù)期的效果，很大方面取決于實驗設(shè)計是否科學(xué)嚴(yán)密

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實驗分為預(yù)實驗和正式實驗，前者是對選題進(jìn)行初步實驗，以熟悉實驗技術(shù)，確定正式實驗的各項條件，然后進(jìn)行正式實驗；實驗中應(yīng)準(zhǔn)確操作，認(rèn)真觀察，仔細(xì)記錄各項實驗結(jié)果。

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*學(xué)生主體、教師引導(dǎo)課下教學(xué)

實驗結(jié)束后及時整理實驗資料，統(tǒng)計實驗數(shù)據(jù)，分析實驗結(jié)果，最終作出符合實際的科學(xué)結(jié)論并寫出論文。

*

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（1）處理因素

即所研究問題的作用因素（物理因素化學(xué)因素）處理時，考慮處理因素的性質(zhì)、作用強(qiáng)度或劑量、作用時間等。

*（2）實驗動物的選擇在實驗中十分重要，對實驗結(jié)果有重要影響。選擇適當(dāng)?shù)淖⒁馄鋫€體5/26/2023

（3）實驗效應(yīng)是指處理因素作用于實驗動物后出現(xiàn)的反應(yīng)。通過具體可觀察的實驗指標(biāo)來衡量。

*3.動物試驗設(shè)計原則實驗設(shè)計應(yīng)遵循隨機(jī)、重復(fù)、對照的三大原則，有效的控制干擾因素，保證實驗的可靠性和高效率。5/26/2023

（1）重復(fù)原則

重復(fù)是保證實驗結(jié)果可靠的重要措施之一。重復(fù)具有兩方面的含義，即重現(xiàn)性和重復(fù)數(shù)。

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重現(xiàn)性是指在同樣的條件下，可以得到相同的實驗結(jié)果。重復(fù)數(shù)是實驗要有足夠的次數(shù)或例數(shù)。

在實驗中要有一定的重復(fù)數(shù)，可以減少個體差異和實驗誤差，如只有一次結(jié)果，難以下結(jié)論。5/26/2023

（2）隨機(jī)原則

隨機(jī)化就是在抽取樣本前，要使總體中每只動物都有同等被抽取的機(jī)會，使動物樣本對總體有較好的代表性，并使其抽樣誤差的大小可以用統(tǒng)計方法加以估計。5/26/2023

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隨機(jī)化方法有多種，常用的有隨機(jī)數(shù)字表法。隨機(jī)數(shù)字表可以是動物編號123456789101112隨機(jī)數(shù)目183156443729804366821237歸組BABBAABABBBA動物編號123456789101112歸組BABAAABABBBA5/26/2023

（3）對照原則

在實驗研究中，為準(zhǔn)確表現(xiàn)出特定因素產(chǎn)生的作用，排除各種無關(guān)因素可能產(chǎn)生的影響，必須設(shè)對照。注意其與試驗組的可比性與對照組各因素應(yīng)一致

5/26/2023不同的設(shè)計方案，可有不同的對照形式自身對照組間對照空白對照實驗對照陽性對照

5/26/2023

1.完全隨機(jī)設(shè)計：將全部實驗單位用隨機(jī)化的方法分配到各處理組中，比較各組的實驗效應(yīng)。二、動物實驗設(shè)計方法

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想一想將18只小鼠分為甲、乙、丙三組，分別給予A、B、C三種藥物治療。采用完全隨機(jī)設(shè)計，如何隨機(jī)化分組合理？

5/26/2023

動物編號1

23456789101112131415161718隨機(jī)數(shù)字58

7196302418462334278513992844490979序號13

141785311496162187101215組別丙

丙丙乙甲甲乙甲乙甲丙甲丙乙乙乙甲丙注：規(guī)定1～6為甲組，7～12為乙組，13～18為丙組。5/26/20232.配對設(shè)計配對設(shè)計是將實驗動物按既定條件配成對子，再隨機(jī)分配。每對中的兩只實驗動物接受不同的處理。

5/26/2023想一想將16只兔子按配對設(shè)計隨機(jī)分配到甲、乙兩組，分別給以A、B藥物比較療效?？蓪游锇捶殖砂藢Γ繉幪?、2，從隨機(jī)數(shù)字表連續(xù)抄錄八個數(shù)，奇數(shù)則該對第一只動物入A組，第2只入B組；如為偶數(shù)，則該對第一只動物入B組，第2只入A組。結(jié)果為？

5/26/2023

動物編號1.12.13.14.15.16.17.18.11.22.23.24.25.26.27.28.2隨機(jī)數(shù)25014378處理組別乙甲乙甲乙甲甲乙甲乙甲乙甲乙乙甲5/26/20233.隨機(jī)區(qū)組設(shè)計對三組以上的隨機(jī)設(shè)計，可以采用隨機(jī)區(qū)組法設(shè)計。均衡性好，可分析兩個因素，但是要求各處理組例數(shù)相同，且具有配伍條件，若有缺項，統(tǒng)計分析較麻煩。

5/26/20234.自身比較設(shè)計在某些生物醫(yī)學(xué)試驗中，常就同一動物作比較，稱為同體比較或自身對照。均衡性好，不需要特別的隨機(jī)分配方法，操作簡單。

5/26/20235.交叉設(shè)計（crossoverdesign）交叉設(shè)計是在自身配對設(shè)計基礎(chǔ)上發(fā)展起來的兩因素設(shè)計。

動物動物動物…第一階段ABB…第二階段BAA…5/26/2023

拉丁方設(shè)計拉丁方實驗設(shè)計是三困素、等水平的實驗設(shè)計。

5/26/2023

它是將r個拉丁字母排成r行r列的方陣，使每行每列中的每個字母均只出現(xiàn)次，這樣的方陣稱r階拉丁方，或r*r拉丁方，分別按拉丁字母、行和列安排處理因素及影響因素的試驗（或?qū)嶒灒┓Q拉丁方試驗（或?qū)嶒灒?/p>

5/26/20237.析因設(shè)計析因設(shè)計是將兩個或多個因素的各個水平進(jìn)行排列組合，交叉分組進(jìn)行試驗，用于分析各因素間的交互作用，比較各因素不同水平的平均效應(yīng)和因素間不同水平組合下的平均效應(yīng)，尋找最佳組合。

5/26/2023由于析因設(shè)計是將每個因素的所有水平都相互組合，因此，總的實驗數(shù)是各因素水平的乘積。

5/26/2023

8.正交設(shè)計正交設(shè)計是一種高效、多因素實驗的設(shè)計。它是利用一套規(guī)格化的正交表將各實驗因素、各水平之間的組合均勻搭配，合理安排，大大減少實驗次數(shù)，并提供較多的信息。

5/26/20231.動物選擇（1）動物類別選用哪種動物進(jìn)行實驗要根據(jù)實驗?zāi)康?、動物的生物學(xué)特性以及實驗經(jīng)費、動物的易得性等而定。

三、動物選擇與觀測指標(biāo)5/26/2023藥理學(xué)和毒理學(xué)研究一般選擇封閉群動物，要求用兩種不同種屬的動物，一種是嚙齒類，一種是非嚙齒類。

5/26/2023（2）動物性別不同性別動物可能對藥物有不同的反應(yīng)。在研究中為了避免性別可能對實驗結(jié)果的影響，一般選用雌雄各半。

5/26/2023

（3）動物年齡一般實驗采用生長發(fā)育期的成年動物來進(jìn)行，老齡動物一般用作老年醫(yī)學(xué)研究。5/26/2023一般用于實驗的動物體重為：昆明小鼠18-22g（5-6周齡），Balb/c:16-18g（5-6周齡），SD大鼠：180-220g（5-6周齡），豚鼠：350-650g，兔：2-3kg，貓：1.5-2.5kg，犬：6-15kg。

5/26/2023（4）動物健康與生理狀況購入的實驗動物，應(yīng)進(jìn)行觀察和適應(yīng)性飼養(yǎng)，證實其健康后才開始實驗。

5/26/2023觀察和適應(yīng)性飼養(yǎng)時間一般為3-5天。但是藥物安全性評價有特殊規(guī)定：用于長期毒性試驗大鼠為1周，比格犬2周，獼猴4周。

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（5）動物數(shù)量一般情況下嚙齒類大小鼠實驗分組每組10-20只，雌雄各半即可滿足統(tǒng)計學(xué)分析的要求。

5/26/2023

（6）給藥劑量根據(jù)不同的實驗?zāi)康脑O(shè)計給藥劑量，通過預(yù)試驗摸索。藥物的藥效作用呈不對稱S型的量效關(guān)系曲線。

5/26/2023

（7）給藥途徑包括經(jīng)口給藥法、注射法和其他途徑給藥方法。

5/26/2023注射法有皮下注射、腹腔注射、靜脈注射、肌肉注射以及皮內(nèi)注射、腦內(nèi)注射等。

藥物吸收速度為靜脈注射＞腹腔注射＞肌肉注射＞皮下注射。

5/26/2023

2.動物實驗觀測指標(biāo)動物實驗觀察指標(biāo)應(yīng)根據(jù)實驗?zāi)康拇_定。一般的觀測指標(biāo)有體重、攝食量，根據(jù)實驗的不同目的可包括行為學(xué)、血液學(xué)、生化學(xué)、免疫學(xué)、病理組織學(xué)、分子生物學(xué)等方面的指標(biāo)。

5/26/2023

實驗獲得的原始資料還需進(jìn)一步的整理，才適合于統(tǒng)計分析。資料的整理包括數(shù)據(jù)的錄入和清理、資料的分組、資料的匯總等幾方面的內(nèi)容。

四、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理5/26/2023

1.數(shù)據(jù)的錄入和清理在對數(shù)據(jù)錄入之前，要對數(shù)據(jù)進(jìn)行核實，包括對數(shù)值和度量衡單位的核實。數(shù)據(jù)的錄入和清理是為了防止和減少計算機(jī)錄入的錯誤，進(jìn)一步檢查數(shù)據(jù)存在的問題。

5/26/2023

2.實驗數(shù)據(jù)的分類對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和核對完成后，還需將數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。

5/26/2023

整理數(shù)據(jù)時應(yīng)先區(qū)別原始數(shù)據(jù)是數(shù)量性狀資料（包括連續(xù)性資料即計量資料和不連續(xù)性或間斷性資料即計數(shù)資料），還是質(zhì)量性狀資料。

5/26/2023

不同類型的數(shù)據(jù)采用不同的整理方法。（1）計量資料：指通過直接計量而得來的以數(shù)量為特征的資料，如體重、體長、肺活量等。

5/26/2023（2）計數(shù)資料：指用計數(shù)方式而獲得的資料。必須以整數(shù)表示，在兩個相鄰的整數(shù)間不允許有帶小數(shù)的數(shù)值存在。如產(chǎn)仔數(shù)、成活數(shù)、乳頭數(shù)等。

5/26/2023（3）質(zhì)量性狀資料：指一些能觀察到而不能直接測量的性狀資料，又稱屬性性狀資。

5/26/20231.計量資料的統(tǒng)計描述主要有集中趨勢指標(biāo)和離差趨勢指標(biāo)。常用的描述集中趨勢的指標(biāo)有算術(shù)均數(shù)（簡稱均數(shù)）、幾何均數(shù)及中位數(shù)等。

五、實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計描述5/26/2023（1）平均數(shù)

以算術(shù)均數(shù)最為常用。式中，X1，X2，…，Xn為各觀察值；n為觀察值的個數(shù)，即樣本含量。5/26/2023如果是頻數(shù)表資料或樣本中相同觀察值較多時，可采用加權(quán)法，其計算公式為：

式中，x1,x2,…xk與f1,f2,…fk分別為頻數(shù)表資料中各組段的組中值和相應(yīng)組段的頻數(shù)5/26/2023（2）標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)差(S)

標(biāo)準(zhǔn)差表示的是一組個體變量間的變異(離散)程度的大小。

5/26/2023

S愈小，表示觀察值的變異程度愈小。5/26/2023（3）標(biāo)準(zhǔn)誤標(biāo)準(zhǔn)誤（）表示樣本均數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差，用以說明樣本均數(shù)的分布情況，即各次重復(fù)抽樣結(jié)果之間的差異。

5/26/2023

愈小，表示抽樣誤差愈小，樣本均數(shù)與總體均數(shù)愈接近，樣本均數(shù)的可靠性也愈大。5/26/20232.計數(shù)資料的統(tǒng)計描述計數(shù)資料的常用描述指標(biāo)有率、比等指標(biāo)。（1）率和比

5/26/2023率是一種表示在一定條件下某種現(xiàn)象實際發(fā)生例數(shù)與可能發(fā)生該現(xiàn)象的總數(shù)比，用來說明某種現(xiàn)象發(fā)生的頻率。比是表示事物或現(xiàn)象內(nèi)部各構(gòu)成部分的比重。

5/26/2023

率和比計算公式：5/26/2023（2）率和比的標(biāo)準(zhǔn)誤率和比的標(biāo)準(zhǔn)誤是抽樣造成的誤差，表示樣本百分率和比與總體百分率和比之間的差異，標(biāo)準(zhǔn)誤小，說明抽樣誤差小，可靠性大，反之亦然。

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式中，Sp為率的標(biāo)準(zhǔn)誤，P為樣本率，當(dāng)樣本可靠且有一定數(shù)量的觀察單位時可代替總體率。N為樣本觀察例數(shù)。5/26/2023

六、實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計推斷1.統(tǒng)計推斷的依據(jù)

實驗結(jié)果之間的差異可能是由特定的實驗處理引起，也可能是由抽樣誤差引起。5/26/2023

顯著性檢驗即用于實驗處理組與對照組或兩種不同處理的效應(yīng)之間是否有差異，以及這種差異是否顯著的方法。

5/26/2023

顯著性檢驗即用于實驗處理組與對照組或兩種不同處理的效應(yīng)之間是否有差異，以及這種差異是否顯著的方法。無效假設(shè)5%

5/26/2023

2.計量資料的統(tǒng)計推斷（1）配對設(shè)計資料的t檢驗

理論上如果不同處理的效果沒有實質(zhì)差別，將每對數(shù)據(jù)求差，差值d的總體均數(shù)（）應(yīng)該是0。

5/26/2023

于是可以通過對差值應(yīng)用前述的組樣本資料的t檢驗來分析配對設(shè)計資料。在這種情況下，假設(shè)檢驗為：H0：=0，H1：≠05/26/2023

當(dāng)H0成立時，檢驗統(tǒng)計量服從自由度為n-1的t分布。從而可以按照t分布計算相應(yīng)的P值，進(jìn)行統(tǒng)計推斷。其中n為對子數(shù)。5/26/2023

（2）兩組獨立樣本資料的t檢驗

將受試對象隨機(jī)分配成兩個處理組，每一組隨機(jī)接受一種處理。

5/26/2023

一般把這樣獲得的兩組資料視為代表兩個不同總體的兩份樣本，據(jù)以推斷它們的總體均數(shù)是否相等。

5/26/2023

檢驗假設(shè)為

H0：μ1=μ2，H1：μ1≠μ2當(dāng)H0成立時，檢驗統(tǒng)計量其中，是合并方差。

5/26/2023

（3）方差分析多組之間的相互比較可采用方差分析。

5/26/2023

方差分析的基本原理是認(rèn)為不同處理組的均數(shù)間的差別基本來源有兩個：一是隨機(jī)誤差，如測量誤差造成的差異或個體間的差異，稱為組內(nèi)差異，以組內(nèi)離均差平方和（SS組內(nèi)）表示，二是不同的處理造成的差異，稱為組間差異，

5/26/2023

以組間離均差平方和（SS組間）表示。總離均差平方和（SS總）等于各部分離均差平方和之和，即SS總=SS組間+SS組內(nèi)。

5/26/2023

總變異的離均差平方和為各變量值與均數(shù)（）差值的平方和，計算方法如下：

5/26/2023

自由度df總=N-15/26/2023

df組間=n-kMS組間=SS組間/df組間5/26/2023

組內(nèi)離均差平方和為各處理組內(nèi)部觀察值與其均數(shù)（i）差值的平方和之和，組內(nèi)離均差平方和、自由度和均方計算方法如下：

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df組間=k-1MS組內(nèi)=SS組內(nèi)/df組

定義

F值為MS組間/MS組內(nèi)，用F值與其臨界值比較，推斷各樣本是否來自相同的總體。5/26/2023

3.計數(shù)資料的統(tǒng)計推斷X2檢驗

也稱卡方檢驗，常用于計數(shù)資料的統(tǒng)計。5/26/2023

例如A、B兩組，其對某一藥物的反應(yīng)如下（四格表），比較兩組之間是否有差異：組別有效無