第二讲 实验设计

实验设计的四个基本原则
重复(replication)、对照(control)、随 机(randomization)和均衡（balance)四个 基本原则。 1。重复原则 1）重复的必要性及其意义 重复性, 指在相同的条件下, 实验结果能 够重复出来。 重复数, 即样本数 多大样本才合理？
单纯随机抽样：所有个体（病人或动物）按完 全随时机原则（随机数字表或抽签）抽样分配。 均衡随机 ：又称分层随机、裂区随机。其原则 是将易于控制且对实验影响较大的因素，人为 地使实验组与对照组达到均衡一致。至于一些 次要因素则按随机处理。 均衡顺序随机：主要用于临床或动物病理模型 的抽样分组。首先将研究者认为重要的病情， 年龄或性别等因素进行均衡处理， 其它次要因 素（体重、体质、职业、身高等）记录， 不作 为分组依据， 然后根据病人的就诊顺序依次均 衡的层次交替进行分组。
第二章 实验设计
1 实验设计的任务 任务: 使实验结果能够准确地回答要研究的问 题。 1) 有效地减弱或控制干扰因素 , 实出主要因素。 2) 尽可能地节省人力、物力和时间等。 3) 保证实验数据的精密性、重复性、稳定性、 可靠性和可比性。 4) 从实验中获取更多的信息, 得到具有充分代 表性的数据。 5)选用先进的实验设计。

区组随机实验设计方案及结果表达
区 组 1 2 3 . i . m 1 x1n x21 x22 x23 „ x2n x31 x32 x33 „ x3n · xi1 xin · xmn 列合计 · · „ · „ · xm1 xm2 xm3 „ xmj „ · xi2 · „ · xij „ „ · xi3 „ x3j „ x2j „ 处 2 3 理 „ i x1j 组 „ „ 行合 n 计 x11 x12 x13 „
3. 随机原则 总体, 样本与个体 研究对象的全体, 称总体, 而把总体中每个 基本单元称为个体。
只能从总体中抽出一小部分个体加以研究, 这个 过程, 称为抽样。将抽出的个体集合称为样本。 研究：样本推论总体。 要能够保证从样本结果准确地对总体进行推断？
代表性, 即样本中每个分量Xi与总体X具有相同 的分布。 独立性, 要求样本中每个分量相互独立。 随机化 保证样本代表总体规律的方法。 各个受试对象在完全均等的机会条件下被抽取 或分配, 而不受任何固定的因素的影响, 被抽取 机会均等, 总体少的抽到机会少, 反之亦然, 所 得到的样本最能代表总体规律, 其间尚有差异, 仅是机遇造成的 , 在以后的统计分析中是可以 估计到的。
保证随机化效果: 从总体方面增加随机效果 , 如对实验动物尽量 保证动物种属、饲养条件、体重、年龄等一致 性。 在抽样分配前预先定型的随机方法。 注意事项 ①防止随机化破坏 , 也就是说在实验间防止引 起随机破坏的因素出现。 ②在实验中, 为了提高实验的精密度, 往往把因 素限制在一定范围内。 ③随机不是随便。
实验指标
1. 生物反应类型 量反应、时Байду номын сангаас应 和质反应
1) 量反应 所得资料为量反应资料或计量资料。 参数 均数、例数(n), 标准差(s)和可信限 等;
在一定条件下,质反应与量反应可以互相 转换。 量反应所获得信息比质反应多.通常用量 反应指标, 有时只能用质反应指标, 毒性试验。
4）样本大小的估计 在经验或预试验基础上进行, 考虑三个问题：。 第一, 显著性水平 即愿意以多大程度,犯假显 著(假阳性)的危险。p值小, 样本数大。 第二, 考虑两组差别多大才有 意义, 即对实验 鉴别能力的要求。 差别大, 样本数少,反之, 样 本数大, 过大的样本, 要考虑其实际意义。 第三, 实验成功的把握度（power）。所谓把握 度, 即指当两组真正的差别的确达到显著时,要 求实验能表现显著的可能性, 也就是说再次实 验, 结果表现显著的可能性。
1）对照反应值比较稳定, 此时仍用反应 增减值表示。如血钙浓度。 2）对照反应差别大, 但与反应增减值比 较不是太大, 也不是太小, 这种情况一般 用反应增减的相对值表示。 3）对照水平与用药后的反应值比起来很 大或很小, 这种情况下仍用反应增减值 表示为妥, 而不宜用相对值表示。
第二种类型 反应的增减值与对照水平 相反, 即对照水平高, 药物的反应小, 反之 药物反应值高,多数能增加生理病理反应 水平的药物属于此类。一般用反应的增 减值表示。 对于质反应指标,对照反应与用药反应的 差别勿用相对值表示。
2。对照原则 设立对照组, 用对照组与用药组 的比较消除无关因素的影响,从而得出正确的 结论。 1）对照应遵循的原则 ①“齐等可比”原则, 即对照组除要研究的因 素外, 其它一切条件应与用药组相同。 ②对对照应能产生“监控条件变化”作用, 即 阳性对照应按要求产生阳性反应, 阴性对照应 产生阴性反应。 目的：一方面提供对比标准, 另一方面有利于控 制实验条件, 保证实验的可靠性。
② 临床试验研究 临床试验研究例数：疾病性质，药物试 验阶段： a, 对于公认难以治愈的疾病如狂犬病, 艾 兹病等, 5～10例可以说明问题, 有时1例 也意义。 b, 对于危急生命的疾病如急性心肌梗塞等, 30～50例有意义。 c, 一般情况, 需要100～500例, 对于创新 药物以及避孕药物, 所需要临床例数更多。

2）影响实验样本数的因素 药效方面 生物差异 实验技术 统计学处理 A,两组例数相等时, 实验效率高。 B, 计量资料比计数资料的实验效率高。 C, 同体实验比分体实验效率高。 D,采用特殊的实验设计如拉丁方,交叉实验及 正交设计。
3）药理实验的基本例数 ①实验动物 a, 小动物如小白鼠、大白鼠等, 每组动物数为 10～30只。计数资料每组不应少30只, 计量资 料每组不应少于10只。 b, 中等体型动物 如兔、豚鼠等, 每组动物数 为8～20只, 计数资料每组不应少于20只, 计量 资料每组不应于8只。 c, 大动物如狗、猴等 每组动物数为5～15只, 计数资料每组不应少于15只, 计量资料每组不 应少于5只。

小白鼠 来源广, 繁殖能力强, 价廉。 药物作用的筛选； LD50的测定以及避孕药物的初选 ED50? 特殊：基因缺陷小鼠，转基因小鼠

大白鼠 体形大小适中, 小白鼠用途 关节炎、降血压和抗胃溃疡试验。 无胆囊, 利胆试验。
一些特性与人相似, 大白鼠是在新药研究 中最常用的一种动物. 慢性毒性试验, PK 基因缺陷动物

豚鼠: 对组胺敏感, 平喘药和抗过敏药物 对结核杆菌敏感, 抗结核药物的研究 兔: 体温稳定,解热药物研究热原检查 雌兔避孕药物研究。 猫: 血压稳定, 循环系统药物研究。 猫、狗、猴等有呕吐反射 , 可用作镇吐药物研 究。 鸽用:镇吐药物研究, 对洋地黄类药物敏感,效价测定。 鹌鹑:动脉粥样硬化研究。 蒙古沙土鼠:脑缺血药物研究。
2. 配对随机实验设计 若进行A和B两种 处理, 可先将性别, 体重等相近的受试 对象配成对子 , 再随机将对子中其中一 个接受A处理, 另一个接受B处理。 实验结果比较对子中两个差异, 分析方法 可采用配对t检验或配对检验等。
3. 区组随机实验设计 将多方面条件相 同或相近的受试对象构成配伍组如窝别、 体重等。每个配伍组由两个或以上的受 试对象构成,各配伍组的受试对象数目等 于处理组数。这种实验设计各配伍组受 试对象数目不仅相等, 而且生物学特性也 均衡, 这样既缩小了组间差别, 又可同时 分析处理组和配伍组两因素, 因此, 实验 效率高。
3）对比的类型 ①自身对照 即在同一个体上观察用药前后某 种指标的变化或者两种药物交叉比较。这样可 以减少个体差异。但本法不适用于不能在同一 体身上进行多次实验与观察的实验。 ②配对对比 将各种因素相近的对象配成对子, 然后分别给予两种处理或药物 , 观察每对动物 接受两种不同处理的反应强度。由于配对动物 条件相近, 可以减少实验误差。 ③组间对比 在实验中设若干组, 进行组间对 比。实验分组一般至少有阴性对照、阴性对照 组和实验组。实验组根据要求又分若干组。这 种比较是最常用的一种比较方法。
③对照应考虑精神因素的影响 2）对照的类型 ①阳性对照 采用疗效肯定的疗的药物 作为阳性对照直行实验, 应呈现阳性结果, 其目的在于一方面提供对比标准, 另一方 面考察方法的准确性。 ②阴性对照 不含要研究的因素为对照, 一般为溶媒或生理盐水代替药物。实验 结果呈阴性, 其目的在于消除诸如溶媒, 手术等非要研究因素的影响。
动物实验条件、环境要求：温度、湿度、 光照、洁净度、饲养条件。 动物伦理

动物种属差异,质和量 组胺: 猫、狗血压降低, 兔 血压升高。 丁苯氧酸: 人,狗 强效利尿药, 大鼠 无利尿作用。 药效学研究需要用两种或以上种属动物, 其中一种为啮齿类, 另一种为非啮齿类动 物, 这样结论才可靠？遗传特性相差大。
药物作用的表示方法 用药前后反应值与对照反应值的差值, 即反 应增减值; =Rtest-Rcontrol 药物所致反应增减值与对照反应值之比值, 即反应增减相对值 %=(Rtest-Rcontrol)/ Rcontrol100%
药物反应值性质不同, 不同表示方法 . 第一种: 药物反应值的增减程度不受对 照水平的影响。用反应的增减值直接表 示。 第二种 药物反应值的增减程度受对 照反应水平的影响。几种类型： 第一种类型 药物反应值的增减程度 与对照反应水平方向相同, 即对照水平 高时同反应的增减值大。 对照水平情况不同，表示方法不同。
2) 时反应 3) 质反应 反应资料或计数资料。 参 数 : 例 数 ( n), 阳 性 例 数 ( r) 和 阳 性 率 p(p=r/n)。
2 实验指标的选择 专业方面和统计学方面 专业方面：1)针对对要研究的问题,反映研 究问题的本质, 往往与实验方法联系。 2)尽可能选用客观指标。
2: 考虑的因素
1）明确、实出目的：中心！ 2）确定实验方法 观察指标 实验方法? 观察指标? 模型？ 实验指标：量反应和质反应 要求：专一性强、稳定和客观。

3）合适的实验标本 在体 in vivo 离体 in vitro 在体：治疗、预防给药？ 离体：组织、器官、细胞、亚细胞、分 子 在体：动物？小白鼠、大白鼠、豚鼠、 兔、猫、狗和猴 因素？
随机化方法 随机化方法有多种 （1） 抽签法（抽卡片法） 用带数字的 卡片（或纸牌）来代替签牌或骰子。 (2) 随机数表法
常见的实验设计
1.完全随机化实验设计 即把动物完全随机地 分配各实验组中去。 分析方法可采用两均数比较的t检验, 检验和单 因素方差分析等。 这是最简单的实验设计, 也最常用。 优点：计算简单, 动物数也不必相等 缺点：从结构上来说不能把误差减少到最小 , 是所有定型实验设计中效率最差的一种。
统计方面考虑, 对指标选择有几点要求: 1）指标的同质范围要宽； 2）同剂量各次反应间差异要小
RSD s 100% x
3）反应度随剂量灵敏地变化,即灵敏度高， “因变系数CC”

4）同剂量各反应的差异, 应服从或近似服从 一定的数学分布律, 便于统计分析。
3 量反应指标表示方法 反应本身的性质 第一种情况 反应值与机体其它生理指标 无关系。这种情况用反应数值表示。 第二种情况 反应值随机体的另一生理指 标变化而变化, 应把反应值与该指标联系起 来, 用相对值表示。