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第二章 常用实验动物的特点及应用

第一节 小鼠(Mouse;Musculus)

  一、生物学特性和解剖生理特点

  1.小鼠属于脊椎动物门,哺乳纲,啮齿目,鼠科,小鼠属动物。

  2.成熟早,繁殖力强。小鼠6~7周龄时性成熟,雌性35~50日龄,雄性45~60日龄;体成熟雌性为65~75日龄,雄性为70~80日龄;性周期为4~5天,妊娠期为19~21天;哺乳期为20~22天;特别有产后发情(Post Partum Oestrus)便于繁殖的特点,一次排卵10~23个(视品种而定),每胎产仔数为8~15头,一年产仔胎数6~10胎,属全年、多发情性动物,繁殖率很高,生育期为一年。

  3.体形小,易于饲养管理。小鼠是啮齿目实验动物中较小型的动物,一只小鼠出生时1.5克左右,哺乳一月后可达12~15克,哺乳、饲养1.5~2月即可达20克以上,可供实验需要,在短时间内可提供大量的实验动物。饲料消耗量少,一只成年小鼠的食料量为4~8克/天,饮水量4~7毫升/天,排粪量1.4~2.8克/天,排尿量1~3毫升/天,需要的饲养条件也较简单,因个体小,可节省饲养场地。

  4.性情温顺,胆小怕惊。小鼠经长期的培育,在用于实验研究时,性情温顺,易于抓捕,不会主动咬人,但在雌鼠哺乳期间或雄鼠打架时“捉弄”则会咬人,一般很少相互斗架,操作起来很方便,是理想的实验动物。小鼠在罐、盒内饲养时,是很温顺的,但让其到罐外,很快就恢复到处乱窜的野性。雌鼠吃食仔鼠与其胆小怕惊有关。

  5.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。对致癌物质也很敏感,自发性肿瘤多。

  6.便于提供同胎和不同品系动物。可根据实验要求选择不同品系或同胎小鼠做实验,也可选择同一品种(或品系)、同年龄、同体重、同性别的小鼠做实验,由于动物遗传均一,个体差异小,实验结果精确可靠。

  7.喜居于光线暗的安静环境,习于昼状夜动,喜欢啃咬。小鼠白天活动较少,夜间却十分活跃,互相追逐配种,忙于觅食饮水,为此夜间应备有饲料和饮水。

  8.体小娇嫩,不耐饥饿,不耐冷热,对环境的适应性差。对疾病的抵抗力也差,因而遇到传染病时往往会发生成群死亡。如果饲料中断和饮水中断会发生休克,恢复后对体质会带来严重损害。特别怕热,一出汗就易得病死亡,如果饲料温度32℃时,常会造成小鼠死亡。

  9.成雌鼠在动情周期不同级段,阴道粘膜可发生典型变化,根据阴道涂片的细胞学改变,可以推断卵巢功能的周期性变化。成年雌鼠交配后10~12小时阴道口有白色的阴道栓,这是受孕的标志,小鼠较为明显、大鼠和豚鼠不明显。小鼠的动情期往往开始于晚间,最普遍的是在晚10点到晨1点,偶尔在早晨1~7点,很少在白天,大鼠也类似,但较小鼠稍早,一般在下午4~10点。

  10.小鼠面部尖突,嘴脸前部有长长的触手,耳耸立呈半圆形,眼大鲜红,生有较长的尾,尾部有模列并覆有环状角质的小表皮鳞,其数量小于200片。

  11.小鼠发育成熟时体长小于15.5cm,体重雌性为18~40克,雄性为20~49克,双子宫型,胸部有3对乳头,鼠蹊部有2对乳头,有胆囊,胃容量小,肠内能合成维生素C,小鼠的染色体为20对,寿命2~3年。

  12.小鼠的体温38(37~39)℃,呼吸频率163(84~230)次/分,心跳频率625(470~780)次/分,耗氧量1530mm2/g活体重,通气量24(11~36)ml/分,潮气量0.15(0.09~0.23)ml,收缩压113(95~125)mmHg、舒张压81(67~90)mmHg,红细胞总数9.3(7.7~12.5)百万/mm3,血红蛋白14.8(10~19)g/100ml,白细胞总数8.0(6~12)千/mm3,总蛋白4.8(4.2~5.5)g%。

  13.小鼠有多种手色,不能都叫小白鼠,一般通称为小鼠。小鼠手色有白色(albino),鼠灰色(ayouti)、黑色(black)、棕色(brown)、黄色(yellow)、巧克力色(chocolate)、肉桂色(cinnamon)、淡色(dilution)、白斑(piebeld)等。
二、在生物医学研究中的应用

  1.各种药物的毒性实验,如急性毒性试验、亚急性和慢性试验、半数致死量的测定等常常选用小鼠。

  2.适合各种筛选性实验:一般筛选实验动物用量较大,多半是先从小鼠作起,可以不必选用纯系小鼠,杂种健康成年小鼠即可符合实验要求,如筛选一种药物对某一疾病或疾病的某些症状等有无防治作用时,选用杂种鼠可以观察一个药物的综合效果,因杂种鼠中血缘关系有比较近的,也有比较远的,对药物反应可能有敏感的、次敏感的、不太敏感的,通过筛选获得一个药物的综合效果后,再用纯系小鼠或大动物作进一步的肯定。

  3.生物效应测定和药物的效价比较实验:如广泛用于血清,疫苗等生物鉴定工作,照射剂量与生物效应实验,各种药物效价测定(通过供试品和相当的标准品在一定条件下进行比较,以定出供试品的效价)等实验。

  4.微生物、寄生虫病学的研究:因小鼠多种病原体具有易感性,适合于研究感染血吸虫、疟疾、马锥虫、流行性感冒、脑炎、狂犬病等。

  5.肿瘤、白血病研究:目前小鼠已广泛地用于癌、肉瘤、白血病以及其他恶性肿瘤的研究。如常选用小鼠的各种自发性肿瘤作为筛选抗肿癌药的工具,这些小鼠自发肿瘤从肿瘤发生学上来看,与人体肿瘤接近,进行药物筛选比移植性肿瘤可能更为理想。如C3H小鼠自发乳腺癌高达90%,AKR小鼠白血病自发率很高等。另外也常用小鼠诱发各种动物肿瘤模型,进行肿瘤病因学、发病学和防治研究。如常用甲基胆蒽诱发小鼠胃癌和宫颈癌,用二乙基亚硝胺诱发小鼠肺癌等。

  6.避孕药和营养学实验研究:小鼠的繁殖能力很强,妊娠期很短,仅21天,生长速度很快,因此很适合避孕药和营养学实验研究。如常选用小鼠作抗生育、抗着床、抗早孕、中孕和抗排卵实验。

  7.镇咳药研究:小鼠在氢氧化铵雾剂刺激下有咳嗽反应,可利用这个特性来研究镇咳药物。因此,小鼠是研究镇咳药物所必需的动物。

  8.遗传性疾病的研究:如小鼠黑色素病,即Chediak-Higashi综合征,为白发性遗传病,与人相似。还有白化病、家族性肥胖,遗传性贫血、系统性红斑狼疮、尿崩症等。

  9.传染性疾病研究:如钩体病,霉形体病、巴氏杆菌病、沙门氏菌病、淋巴性脉络膜丛脑膜炎、脊髓灰白质炎、日本血吸虫病等。

  10.免疫学研究:如可利用各种免疫缺陷小鼠来研究免疫机理等。

三、主要品种和品系

  小鼠的品种和品系很多,是实验动物中培育品系最多的动物。目前世界上常用的近交品系小鼠约有250多个,均具有不同特征。突变品系小鼠约有350多个。

  1.以色而论,有白色、灰色、棕色、黄色、黑色等。如野生毛色小鼠有C3H、CBA/N等;黑色小鼠有C57BL/6、C57BL/10、C58品系等;灰色小鼠有C57L、DBA/2品系等;白色小鼠有A、AKR、BALB/c、RF、SWR等品系。

  2.以肿瘤研究需要培育的品系很多,有自发瘤品系,如高癌株的C3/H/HCN、A系,津白Ⅱ号等;低癌株的C57BL/6N、C58、津白Ⅰ号等。诱发瘤品系,如乳腺癌小鼠:C3H、A品系等;胸腺癌小鼠:DBA(♀)、R111、BALB/C、C57BR等品系;肺癌小鼠:A、SWR、BALB/C、C57BL等品系;肝癌小鼠:C3H、C3He、C3Hf等品系;白血病小鼠:AKR、C58、C57BL等品系小鼠;卵巢癌小鼠C3H等品系。

  3.为研究各种人类疾病需要培育的品系也很多,如研究心血管疾病的小鼠:DBA等品系;自家免疫性疾病小鼠:NZB/N、NZB×NZW等品系;脑积水病小鼠:C57BL/KaLwN、B10、D2/nSnN等品系;肾盂积水小鼠:C57L/N、STR/N等品系;白内障小鼠L:STAR/N等品系;多尿症小鼠:STR/N、STR/lN等品系;肾脏病A/HeN等品系;腭裂小鼠:A/HeN(自发)、C57BL/6N(诱发)等品系;放射病C57BR/CdJN(有抗力)、BALB/CAnN、LACA(敏感)等品系;毒浆原虫病小鼠:BALB/CAnN等品系;疟疾小鼠:C58/LWN、DBA/1JN(对疟原虫感染有抗力)、C57L/N(疟原虫易感)等品系。

   4.为供药物和代谢等研究需要培育的品系有:矿物油过敏小鼠:BALB/CAnN等品系;免疫球蛋白缺乏小鼠:CBA/N等品系;胰岛素敏感小鼠:C57BR/CdJN等品系;类固醇代谢障碍小鼠:C57BL/10scN;维生素K缺乏小鼠: CBA/CaHN等品系;镇静剂实验小鼠:SJL、NZW等品系。

  在微生物和各种实验研究中,以小白鼠最为普遍,有英国种、法国种、德国种和瑞士种等,而以瑞士种最著名。目前我国各生物制品、医学研究单位繁育的小白鼠为昆明种,该品系为封闭种群,最早在抗日战争时期从缅甸而来,在云南昆明繁殖,经过多年培育繁殖而成,该品系小鼠体型较大,繁殖力强。

  近年来我国广大的医学、实验动物科研工作乾在研究肿瘤方面培育出L615品系小鼠、它系由C57BL品系小鼠与昆明品系杂交,通过二十代兄妹近亲交配培育出来的,对于白血病研究,它是比较好的一个品系;在这个品系基础上我国又培育出几个品系小鼠供白血病研究使用,如L7212、LS783、RS615、AL771、L6565和津638等品系;又如天津医学院培育出的自发瘤高癌系津白—Ⅱ小鼠,低癌系津白—Ⅰ小鼠,医科院培育出的A系小鼠,军科院培育出的Amml小鼠等都已在我国广泛应用。

  5.为不同研究领域所培育的品系还有:供研究肿瘤常用的品系:A、AKR、BALB/C、RF、SWR、C3H、C57BL、C58、C57BR等品系;生理学研究上常用的品系:A、BALB/C、SWR、C3H、C57BL、C57BR等品系;研究辐射损伤常用的品系:RF、SJL、C3H、C57BL等品系;遗传学上常用的品系:C57BL等品系;免疫研究上常用的品系:C3H、C57BL、DBA/2、BALB/C等品系。
第二节 大鼠(Rat;Rattus norregicus)

   一、生物学特性和解剖生理特点

   1.大鼠性哺乳钢,啮齿目,鼠科,大鼠属动物。

   2.繁殖快。大鼠2月龄时性成熟,性周期4天左右,妊娠期20(19~22),哺乳期21天,每天产仔平均8只,为全年、多发情性动物。

   3.喜啃咬、夜间活动、肉食,白天喜欢挤在一起休息,晚上活动大,吃食多,因此白天除实验必须抓取外,一般不要抓弄它。食性广泛,喜吃各种煮熟的动物肉。对光照较敏感。

   4.性情较凶猛、抗病力强。大鼠门齿较长,激恕、袭击抓捕时易咬手,尤其是哺乳期的母鼠更凶些,常会主动咬工作人员喂饲时伸入鼠笼的手。对外环境适应性强,成年鼠很少患病。一般情况下侵袭性不强,可在一笼内大批饲养,也不会咬人。

   5.无胆囊:大鼠、鸽、鹿、马、驴、象等动物没有胆囊,它们的总胆肝管括约肌的阻力很少,肝分泌的胆汁通过总胆管进入十二指肠,受十二指肠端括约肌的控制。

   6.不能呕吐:因此药理实验时应予注意。

   7.垂体一肾上腺系统功能发达,应激反应灵敏。行为表现多样,情绪敏感。

   8.视觉、嗅觉较灵敏,做条件反射等实验反应良好,但对许多药物易产生耐药性。

   9.大鼠血压和血管阻力对药物反应敏感,但对强心甙的作用较猫敏感性低671倍。

   10.肝脏再生能力强,切除60~70%的肝叶仍有再生能力。

   11.对营养、维生素、氨基酸缺乏敏感,可发生典型的缺乏症状。体内可以合成维生素C。

   12.对炎症反应灵敏。它的眼角膜无血管。

   13.生长发育期长,长骨长期有骨骺线存在,不骨化。

   14.成年雌鼠在动情周期不同阶段,阴道粘膜可发生典型变化,采用阴道涂片法(Yaginal Smear Test)来观察性周期中阴道上皮细胞的变化,可推知性周期各个时期中卵巢、子宫状态与垂体激素的变动。

  大鼠、小鼠动情周期阴道涂片的细胞变化特点见下表:

表2-1 阴道涂片的组织学变化

阶段经过时间(小时)卵巢变化细胞变化特点
小鼠大鼠
动情前期(P)

  (Proestrus stage)

1817-21卵泡加速生长全部是有核上皮细胞,偶有少量角化细胞
动情期(E)

  (Estrus stag)

429-15卵泡成熟、排卵全部是无核角化细胞或间有少量上皮细胞
动情后期(M)

  (Metestyus stage)

1210-14黄体生成白细胞、角化细胞、有核上皮细胞均有
动情期间(DI)

  (Ciestrus stage)

48-7260-70黄体退化大量白细胞及少量上皮细胞和粘液

  动情周期:小鼠120~144小时



大鼠96~120小时

  15.大鼠(包括小鼠)心电图中没有S-T段,甚至有的导联也不见T波,如有T波也是与S波紧挨着,或在R波降支上即开始,以致看不到等电线的S-T段。但心电图其他成分稳定,重复性好。豚鼠以上较大的动物均有明显的S-T段,在选择动物品种时应以注意。

  16.大鼠垂体较脆弱地附着在漏斗下部,不需要很大的吸力就可以除去而不破坏鞍膈和脑膜,适宜于制作去垂体模型。大鼠也很适于作肾上腺和卵巢等内分泌腺切除手术。

  17.大鼠肠道较短,盲肠较大,但盲肠功能不发达。不耐饥饿,肠内能合成维生素C。双子宫。胸部和鼠蹊部各有三对乳头。胰腺十分分散,位于胃和十二指肠弯曲处。染色体为21对,寿命3~4年。

  18.大鼠的体温39(38.5~39.5)℃,心跳频率475(370~580)次/分,呼吸频率85.5(66~114)次/分,通气量7.3(5-10.1)ml/分,潮气量0.86(0.6~1.25)ml,耗氧量2000mm3/g体重,麻醉时收缩压116(88~138)mmHg红细胞总数8.9(7.2~9.6)百万mm3,血红蛋白14.8(12~17.5)g/100ml血,白细胞总数:5000~15000/mm3,血小板10~30万/mm3,血容量占体重的7.4%,红细胞比重1.090,总蛋白7.2(6.9~7.6)g%。

二、在生物医学研究中的应用

  1.神经-内分泌实验研究:垂体-肾上腺系统发达,应激反应灵敏,如可复制应激性胃溃疡模型。常用大鼠切除内分泌腺方法,进行肾上腺、垂体、卵巢等内分泌实验。

  2.营养、代谢性疾病研究:大鼠是营养学研究的重要动物,曾用它作了大量维生素A、B、C和蛋白质缺乏等营养代谢研究。还常选用大鼠作氨基酸(苯丙氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、色氨酸、蛋氨酸、赖氨酸和精氨酸)和钙、磷代谢研究。还可进行动脉粥样硬化、淀粉样变性、酒精中毒、十二指肠溃疡,营养不良等研究。

  3.药物学研究:大鼠血压和血管阻力对药物反应敏感,最适合于筛选新药和研究心血管药理。如常选用大量用直接血压描记法进行降压药的研究;灌流大鼠肢体血管或离体心脏进行心血管药理学实验;毒扁豆碱引起的大鼠升压反应实验模型,可用来研究影响肾上腺素能神经递质释放的药物。

  4.肿瘤研究:大鼠可复制成各种肿瘤模型,是肿瘤实验研究最常用的实验动物。它特别易患肝癌,可用二乙基亚硝胺、二甲基偶氮苯(DAB)复制大鼠肝癌动物模型;用甲基苄基亚硝胺诱发复制大鼠食管癌等。

  5.传染病研究:是研究支气管肺炎、副伤寒的重要实验动物。选用幼年大鼠进行流感病毒传代,进行厌氧菌细菌学实验,还可进行假结核、麻疯、霉形体病、巴氏杆菌病、葡萄球菌感染(用激素处理后)、念珠状链杆菌病、黄曲病、烟曲菌等真菌病等研究。

  6.多发性关节炎和化脓性淋巴腺炎等的研究:大鼠足跖浮肿法是目前最常用的筛选抗炎药物的方法。大鼠的踝关节对炎症反应很敏感,常用它来进行关节炎的药物研究。

  7.行为表现的研究:目前,大鼠已广泛应用于高级神经活动的研究。它具有行为情绪的变化特征,行为表现多样,情绪敏感。

  8.中耳疾病和内耳炎的研究。

  9.畸胎学研究和避孕药研究。

  10.放射医学研究常选用大鼠。因其无胆囊,常用它作胆总管插管收集胆汁,进行消化功能的研究。

  11.肝脏外科研究:由于大鼠肝脏的枯否氏细胞90%有吞噬能力,所以肝切除60~70%后仍能再生,常用于肝外科实验。

  12.遗传学研究:大鼠的毛色变型很多,具有很多的毛色基因类,例如野生色(A)突变种[野生色等位基因(a)和白化等位基因(C)]、淡黄色(d)、粉红眼(p)、红眼(r)、银色(S)、沙色(sd)、黄色(e)、白灰色(wb)等,在遗传学研究中常可运用。

三、主要品种和品系

  白化型大鼠在生物医学研究中占据着重要的地位,它是由野生褐家鼠(Rattu Norvegicus)和黑家鼠经驯化后所获得的变种,一般认为它起源于亚洲的温暖地区,特别是Caspina海沿岸的苏联地区,大约在18世纪传到欧洲,在1728~1730年到达英国,在1775年到达美国。开始时,大鼠在欧洲作为一种观察动物在家庭中驯养,大约在1850年前,首先用作营养学实验,1856年首先报告了用大鼠作肾上腺切术的实验观察,在1880年前就已培育出3种隐性毛色基因的纯合子:白化型、黑色非野生色和斑驳色,大约在19世纪末,这些隐性株系即被引进美国加以培育。随着生物医学研究需要,现在全世界已培育出100多个近交品生系(详见大鼠近交品系名称表)。常用的大鼠近交品系有十几个如ACI、BVF、F344、PA、M520、WAB、WAC、WKA、SD、RF等品系。常用的非近交的纯种大鼠有7种,其中以Wistar大鼠用得最多,我国医药研究中应用也比较广泛。此种大鼠白色,相当于小鼠的瑞士(Swiss)种。其他6种大鼠也较常用:Sherman大鼠,为白化鼠;Oshorne-Mendel大鼠,白化鼠;Sprague Dawley大鼠,白化鼠;Long Evans大鼠,应用最广泛,基因型为hh,头部毛斑如包头巾(hooded),基因型若为hhaa,则尾基部有黑色毛,一般黑白色;August大鼠,眼为粉红色,毛斑与hhaa相似,但此鼠基因为hhpp基因有冲淡作用,是淡化基因,此鼠用于药物和还培育了不少突变品系大鼠,在医学的各个领域中也得到了广泛应用,如癫痫大鼠,用玲声响刺激会旋转起舞数秒钟,一侧倒地,发作癫痫,与人类癫痫发作相似,适于研究人类癫痫病。又如高血压大鼠(Hypertension Rat):SHR大鼠由Okamoto和Aoki选育成功,正常大鼠收缩压110~120mmHg,育成后血压高达200mmHg。出生五周龄SHR大鼠血压可达150mmHg,成年后血压平均为170~180mmHg,最高可达200mmHg以上,因此SHR也可称为自发性高血压大鼠(Spontaneously Hypertensive Rat),此鼠除有高血压自发率为100%特点外,还有高血压性心血管病变。适于人类的高血压病研究。目前培育成功的这类遗传性高血压大白鼠鼠种甚多,除上述由Okamoto等培育成功的京都种大白鼠(SHR)外,还有由Smirk等培育成功的新西兰种大白鼠(GHR),由Biachi等培育成功的米兰种大白鼠(MHS),由Dahl等培育成功的Brookhaven种高血压敏感大鼠(HSR)。此外,Okamoto还培育了一些亚系。遗传性高血压大白鼠寿命明显缩短。

  采用大白鼠与家鼠杂交生的大灰鼠比纯种大白鼠较易引起听源性高血压,大灰鼠以选用120天年龄的为宜。大灰鼠长时期处于噪音或钥匙叮噹响声(Key-jingling)刺激造成听源性紧张情况下,可诱发神经源性高血压,它与人的高血压病相类似,适用于降压药物的筛选。
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