动物实验设计

提出问题
具体工作程序
专业和统 计学设计
预实验 正式实验
数据处理 统计分析
确定题目
实验设计
实验观察
实验结果
调整设计
分析结果 做出结论
写出论文
动物实验设计的内容和步骤
明确研究焦点 明确方法 明确模型 评估实验
在观察记录实验相关信息并进行分析和归类的基 础上提出假设
——观察到的现象和可能发生的现象之间关系的 推测
3、率：表示一定条件下某种现象实际发生数与可能发生数的 比。
4、构成比：又称构成指标，表示事务或现象内部各构部分的 比重。常称百分比。
动物实验数据的统计处理
• T 检验
• 一种常用的对计量资料（记数资料）进行假设检验的 统计方法
• 主要检验两组均值之间的比较
• 方差分析
• 方差也称均方，是标准差的平方，是表示组内个体间 或各组间发生变异的量；
• 毒素实验：不给于毒素处理，一般用生理盐水或
PBS缓冲液替代
• PCR：不含模板，一般加水做替代，不应扩增出
条带
空白对照
• 模拟处理组的过程而实际上没有给予动物以受试
物或处理。
• 例如：假手术，因为有些处理可引起动物的反应，
如应激反应，为了消除组间差异，需要做相同的 处理
媒介物对照
• 在测试化合物溶于一种媒介时，这种媒介需要对
动物品种品系
• 同物种内的不同品种、品系，由于生物学特性的差异，
对相同试验反应结果存在差异。同品系的各亚系之间差 异可相当于不同品系。
• DBA小鼠会发生听源性癫痫发作，而C57BL小鼠根本不出现这种反 应。
• BALB/c AnN小鼠对放射线极敏感，而C57BL/CdJN小鼠对放射线 却有抵抗力
动物的体重
• 年龄与体重一般呈正相关性。同一实验中，动物的体重
应尽可能一致，一般不应相关10%，若相差悬殊，则易增 加动物反应的个体差异，影响实验结果的正确性
动物的性别
• 许多实验证明，不同性别的动物对同一药物的敏感性差
异较大，对各种刺激的反应也不尽一致，雌性动物在性 周期不同阶段和怀孕、哺乳时的机体反应性有较大的改 变，因此科研工作汇总一般选择雌雄各半进行试验
• 除原始记录外，原始数据需录入计算机保存 • 录入格式便于统计分析 • 录入后需要核对——准确性和真实性核查
实验数据的统计描述
1、算术平均数：表示一组观察值（或变量）的集中趋势、中 心位置或平均水平的指标。
2、标准差：表示一组变量值离散程度（dispersion）的指标， 均数与标准差结合能更全面地说明一组变量的分布情况。
• 这两类实验都涉及在实验人员控制下对动物施加一定的处理或操作， 来发现是否处理在实验对象上引起一定的反应，或者对这种反应进 行定量。
• 检验性实验：是观察性的实验，用于发现科研人员不能控制的变量之间
的联系。这种联系可能是暂时的也可能是长期的。
一、实验设计的基本原则
• 创新性和先进性； • 科学性和重复性； • 易行性和可控性； • 经济性和有用性 ；
• C57BL小鼠对肾上腺皮质激素的敏感性比DBA小鼠高12倍 • DBA小鼠对雌激素较C57BL小鼠敏感
动物的年龄和体重
• 实验动物的机体反应性随年龄而有所变化。幼年动物往
往较成年动物敏感，而老年动物代谢功能降低，反应不 灵敏
• 成年动物—大多数实验都选择 • 老年动物—多用于老年医学研究中 • 幼年动物—慢性实验或长期毒性实验（实验周期长）
精确度越高。但是会增加成本。
• 样本含量与置信概率有关，样本含量越大，置信概率越
高。要求抽样误差小的，样本含量要大些。
• 样本含量：抽样研究中主要参数。要求明确总体的同质
范围，有足够的代表性，遵循随机抽样，有足够的观察 单位数。
• 精确度：从抽取样本的结果来推测总体的结果概率 • 抽样误差：由于随机抽样所造成的样本统计量与总体参
6、对照的设置
对照：过多的变量（如遗传、环境、感染因子）对动物 试验的结果产生影响，因此为消除这些外来变量或可能 存在的未知变量的影响而设置对照动物。
对照种类：
• 阳性对照 • 阴性对照 • 空白对照 • 媒介物对照 • 比拟物对照
阳性对照：
• 一般在阳性对照组希望有变化 • 作用：作为一个标准，测量各实验组间差异的程
越大
14、实验数据的收集和整理
实验数据的记录 • 详细：包括动物实验数据、试剂、实验环境条
件 • 原始记录 • 精确、准确 • 便于归类和分析-----记录表
一
实验记录的主要内容
项目名称
实验目的
研究内容
实验日期
实验条件
参考文献
实验材料
实验设计原理和方法
实验过程
实验结果
实验讨论及记录者签名
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• 数据保存
不能计算样本量的情况
• 探索性实验——前期信息缺乏或成功与否不确定
• 例如转基因动物的制作需要大量动物 • 基因片段整合率 • 移植后受精卵着床率 • DNA注入而造成的损伤可使许多受精卵在中途停止发育 • 随机整合，基因表达与整合位置和拷贝数相关
• 不能计算样本量时可先做小规模预实验位正式实验提供
照
• 作用：与非处理组对比，观察溶剂是否引起反应
比拟物对照
• 与阳性对照性质一样，使用一个已知的处理来对
比待测的处理
• 例如：药物治疗，使用一种已知的公认的临床药
物，对比实验药物，来确定新药是否有作用。
7、动物实验的样本量
• 样本量既要满足有效性的需要，又要符合法规对数量的
限制
• 样本含量（样本大小）与精确度有关，样本含量越大，
的确认。
• 包括动物饲养管理和使用的具体操作方法 • 按照相关法律 • 提供申请书时，需要相关证明 • 实验涉及到危险品，还需要其他委员会的批准
动物实验设计的内容和步骤
10、讨论
实验设计完成后广泛征求意见。 很重要！！
11、小规模的预实验
• 小规模的预实验是使用少量的动物得到预示性的数
据或通过预实将操作和技术固定并完善，以便于进 行大规模的正式实验
假说提出的一般过程： 1、观察和记录所有相关的信息（包括研究者已开展的初步实验结果） 2、分析和归类这些信息 3、在这些信息的基础上提出假说
3、动物模型的确定
• 使用系统发育水平最低的动物，符合３Ｒ原则 • 使用的动物具有研究要求种属或品系专一特点，
特定研究目的必须特点
• 实验期间动物模型维持条件 • 动物模型来源渠道
选择合适的动物和动物模型 实验方法的选择 人员，实验花费 给药方法 风险评估 统计学方法选定
二、动物实验的设计及实施过程
1、选择研究题目（What，Why） 查阅文献 明确研究目标 提出问题：实验将说明的问题是什么，意义
2、提出假说
假说是实验研究设计的前提，如果没有假说，实验和观察就失去目 标。假说关系着实验研究的目的性、计划性和预见性。 对假说既应努力加以验证，又应适时加以抛弃，重新建立新的假说， 再加以验证。这样才有可能使正确的假说上升为结论、原理和学说。 研究者开展动物实验前，应在熟悉有关实验动物理论知识和动物实 验技能的基础上，积极进行逻辑思维，结合实际条件，提出创新性 课题和大胆的假说。
常用的动物实验设计类型
• 完全随机化设计（简单随机抽样） • 配对设计
完全随机化设计
• 随机分组：先将动物按顺序编号，再用随机化工
具，将动物分组，分为实验组和对照组。
• 优点：方法简单，容易操作，灵活，统计分析也
比较简单，信息损失较小。
• 缺点：对非实验因素缺乏有效控制，只能靠随机
化方法平衡有关因素的影响。结果精确度降低， 误差往往偏高。所以一般适用于实验对象同质较 好的实验设计。
度；检查工作体系的可行性；
• 例如：毒物试验，动物给予毒物作为对照，结果
是产生损伤或变化，结果可重复，说明动物对毒 素的反应是可检测的。
• PCR实验：加含有目的基因的序列，其余与实验
组一致，应扩增出条带
阴性对照：
• 期望有正常状态不产生变化 • 作用：保证未知变量对实验组动物引起相反的效
应不存在，即排除假阳性
样本量依据
• 例如：研究X因子在炎症小鼠中升高情况 • 可先用10只小鼠预实验，分别在诱发炎症前后测定X因子浓 度，如果得到的数据标准差较小，再如果诱发炎症后X因子 浓度增加了2倍（明显提高），说明X因子的变化很容易检测 出来，继续实验得到阳性结果的可能性非常大
8、实验动物的分组
• 动物实验时必须把动物随机分配到实验各组，以确保
数的差异；特点是由于个体差异引起，不可避免的，抽 样误差可以控制并有一定的规律性。
• 置信概率：习惯上，将P≤0.05或≤0.01的事件称为小概率
事件，表示某事件发生的可能性很小。那么置信区间为 95%或99%
样本量计算
• n=2σ2(tα+tβ)2/δ2 • n：样本数 • σ：标准差 • tα：α=0.05时的t分布值，tα=1.96。 • tβ：无显著性的分布值，tβ=0.842 • 1-β：实验检验能力，一般为80%，1-80%
第六章 动物实验设计
主要内容
• 动物实验设计的基本原则 • 动物实验设计和实施的基本过程 • 实验动物的选择
动物实验设计的意义
➢ 正确的动物实验设计对提高科学研究质量、发表高
水平的学术论文非常重要
➢ 目前许多动物实验质量不高，低级别动物给实验结
果的科学性带来影响
➢ 一个好的实验设计，可以使问题变得更加容易解决 ➢ 一个不正确的实验设计，导致结果信息无用。
• 通过预实验确定实验动物用量 • 证明实验合理性 • 预实验同样需要经过IACUC同意
12、验证假说的正式实验
大多数实验属于检验一个假说的正式实验，一 般实验都可以得到一些有用的信息，至少重复三 次。
13、确定检验的假说
• 假说可以简单的归结成一个或几个问题，两组或
几组数据的比较
• 组间差异越小，观察到显著性差异的样本量肯定
动物实验的分类
• 探索性的实验：从事开创性的研究工作时，为探寻未知事物或现象的性
质以及规律所进行的实践活动。为产生新的假说提供素材。
• 验证性的实验：验证性实验是指对研究对象有了一定了解,并形成了一
定认识或提出了某种假说,为验证这种认识或假说是否正确而进行的一 种实验。强调实验操作和观察。收集有关处理实施后动物反应的科学数 据。
• 组间均方表示均数间（实际上是组间）的变异程度； 组内均方表示组内个体的变异程度，也称误差
论文中动物实验的描述
❖ 品种、品系的名称 ❖ 微生物质量 ❖ 来源 ❖ 合格证号 ❖ 性别 ❖ 年龄 ❖ 体重 ❖ 数量 ❖ 实验和饲养环境 ❖ 动物实验处理方式
三、实验动物的选择
• 实验动物种类众多，如何依据不同的实验目的来正确地
选择动物，是作好一项研究工作的第一步
• 严格地说，实验动物选择的正确与否，不仅影响到经费
支出、工作进展，还会影响到实验结果的正确性与可靠 性，以及整个实验的顺利完成。
美国科研中所用动物
选择内容
动物品种品系 年龄与体重 性别 生理与健康状况 动物实验结果分析
Strain of breed Age & Weight Sex Physiological character & Health Analysis of experimental results
4、实验合作者的确定
• 在研究的过程中，明确应用的试验技术操作，并
确认具有相应操作专长的人员来完成。
• 让合作者了解实验：设计、计算、样ຫໍສະໝຸດ Baidu收集．
5、研究方案
• 根据问题、目标、假说，提出实验操作安排的计划并
文字化。
• A：动物模型持续时间 • B: 模型中预期疾病的进程（决定测定的最适时间点
）
• Ｃ：人员参加的时间，实验花费 • Ｄ：给药方法 • Ｅ：风险评估 • Ｆ：统计学方法选定
研究的变量在每一组中不会导致偏差数据。
• 必须在选择的时候选定同源的动物群体，生物学特性
一致的动物
• 方法:
A：每一只动物一个编号，1第一组，2 第二组 ………暗箱抽取
B: 动物多可以利用数字随机或计算机程序随机
9、人员及法规
• 必须有相关培训人员才能承担实验 • 我国由省级科技主管部门进行培训 • 实验开始前必须通过IACUC和实验动物伦理委员会
配对设计
• 实验动物个体之间的差异较大时，可采用配对设
计。选择个体差异较小的动物配成对，然后随机 分配给处理组和对照组。主要用于封闭群大型实 验动物，如狗、猫、猴，个体差异大，不易获得 较大数量的相似个体，一般采用配对设计。
科研工作基本程序
提出假说、确定题目 安排实验、验证假说 数据处理、完成论文
• 药物反应中性别不同效果尤为不同。
例如：5-6周的雄性大鼠给药角新碱，可见镇痛效果，但 是雌性则没有镇痛效果。