動物實驗設(shè)計

動物實驗設(shè)計第1頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月動物實驗設(shè)計概論Forscientific,ethicalandeconomicreasons,itisimportanttodesignanimalexperimentswell,toanalyzethedatacorrectly,andtousetheminimumnumberofanimalsnecessarytoachievethescientificobjectives第2頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月動物實驗設(shè)計概論一般來說，動物實驗的研究工作應(yīng)該明確描述：：研究的目的和/或者需要驗證的假說。選擇特定動物模型的原因。動物種、品系、來源和類型。每個獨立實驗步驟的詳細描述，包括研究設(shè)計和使用動物數(shù)量。數(shù)據(jù)分析所用的統(tǒng)計學(xué)方法。第3頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月動物實驗設(shè)計的意義一、正確的動物實驗設(shè)計對提高科學(xué)研究質(zhì)量、發(fā)表高水平的學(xué)術(shù)論文非常重要二、目前許多動物實驗質(zhì)量不高1、動物質(zhì)量不高,低級別動物給實驗結(jié)果的科學(xué)性帶來影響。2、實驗設(shè)計和統(tǒng)計學(xué)分析能力有限三、一個好的實驗設(shè)計，對統(tǒng)計學(xué)分析來說幫助很大，可以使問題變得更加容易解決四、一個不正確的實驗設(shè)計，導(dǎo)致結(jié)果信息無用。動物實驗設(shè)計概論第4頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月動物實驗設(shè)計概論動物實驗的分類1、確證性的實驗：用一種最大可能,正確解答問題的系統(tǒng)方法，收集有關(guān)處理實施后動物反應(yīng)的科學(xué)數(shù)據(jù)。2、探索性的實驗：為產(chǎn)生新的假說提供素材。這兩類實驗都涉及在實驗人員的控制下，對動物施加一定的處理或操作，來發(fā)現(xiàn)是否處理在實驗對象上引起一定的反應(yīng)，或者對這種反應(yīng)進行定量。3、檢驗性實驗：是觀察性的實驗，用于發(fā)現(xiàn)科研人員不能控制的變量之間的聯(lián)系。這種聯(lián)系可能是暫時的也可能是長期的。第5頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗設(shè)計的主要目的一是保證所測變量的任何差異是由處理造成的，而不是其他非對照變量引起；另一個目的是通過控制確定的變量在盡可能小的范圍內(nèi)，減少所測反應(yīng)的變異性，這樣對處理效應(yīng)的評介更準(zhǔn)確。第6頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月動物模型應(yīng)用的重要步驟一、動物實驗通常是研究某種類、品系或性別動物的生物學(xué)特性，并間接推斷人或其他研究對象的相關(guān)方面。二、3個重要方面1、基于對研究對象和模型（候選）動物中疾病發(fā)展方面掌握的已有知識2、進行一個或多個實驗，觀察模型對所實施的處理如何反應(yīng)3、考察模型實驗的結(jié)果與研究對象物種的相關(guān)性動物實驗設(shè)計概論第7頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月3R原則一、減少NO.1Reduction二、替代NO.2Replacement三、優(yōu)化NO.3Refinement動物實驗設(shè)計概論第8頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月差異的控制進行動物試驗設(shè)計時，需要考慮的一個重要控制因素就是實驗中的非研究目的差異。1、遺傳引起表型差異(遺傳學(xué)質(zhì)量控制）2、其他原因，例如：分組因素、飼養(yǎng)條件微小變化3、在實驗中引入了太多的‘背景噪音’第9頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月差異的控制一、概述有機體的形態(tài)行為特征要適應(yīng)環(huán)境，正是這種適應(yīng)的不同導(dǎo)致有機體產(chǎn)生個體之間的差異，因而，動物的適應(yīng)性的傾向?qū)σ粋€精確的實驗設(shè)計來說是不可回避的挑戰(zhàn)。生物學(xué)的觀察是在一個可變背景上進行的1、生命形成的化學(xué)過程復(fù)雜2、生命適應(yīng)環(huán)境不停的變化，穩(wěn)定性差（差異大，所用數(shù)量多）差異的來源1、實驗者2、動物固有3、動物所處環(huán)境相互作用產(chǎn)生的差異第10頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月差異的控制二、實驗者帶來的差異1、實驗過程的實施實驗操作的一致性、準(zhǔn)確性、完整性：A:每只動物更換注射器B:注射器容量，精確C:根據(jù)稱重給藥（吸入藥品后注射器重量-空注射器重量=劑量）D:良好的操作技術(shù)（避免給藥時，藥物溢漏）實驗操作的小心，減少動物緊張情緒：A:代謝B:血流（影響血流速度，從而影響藥物的吸收率）第11頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月差異的控制二、實驗者帶來的差異2、不準(zhǔn)確的測量

A：盡管現(xiàn)在的測量手段越來越先進，但是有些方法本身就存在缺陷。例如：凝膠電泳（點和帶的遷移率、密度、大小受很多微妙因素影響）；光密度掃描（色彩的飽和度可以使結(jié)果呈現(xiàn)非線性）B:觀察動物自然行為的測量，控制更困難。例如：采用多個不同觀察人員，數(shù)據(jù)交換分析數(shù)據(jù)。一個連續(xù)的時間點，重復(fù)觀測。第12頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月差異的控制二、實驗者帶來的差異2、不準(zhǔn)確的測量

C:動機狀態(tài)觀察專業(yè)觀察人員，采用同一標(biāo)準(zhǔn)。行為類型被分解成更加數(shù)量化的組分。動物不同行為分解為元素，采用同一打分系統(tǒng)。

D:整體動物進行實驗時，行為學(xué)和生態(tài)學(xué)觀測的差異是可以控制的

GLP(goodlaboratorypractice)，最根本的基礎(chǔ)是實驗中得到的數(shù)據(jù)和信息的可信性是通過人員的工作質(zhì)量來保證和實現(xiàn)的。實驗觀察的每一個步驟，必須按照SOP（standardoperatingprocedure)的文本執(zhí)行。第13頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月差異的控制三、固有動物之間的差異動物之間除了遺傳組成的差異外，許多其他方面的影響也能增加動物間的差異，是我們進行試驗設(shè)計時需要加以重視和考慮的差異來源。1、動物來源不同2、動物飼養(yǎng)管理的差別3、動物生活環(huán)境的不同：4、動物健康狀況溫度：排氣口的溫度高3~4度濕度：排氣口濕度高5%~10%光線：不同層面，感受光線不同聲音：20~40HZ,交配推遲，產(chǎn)仔低墊料：松木和桉木可以引起大動物肝臟酶活性和細胞毒效應(yīng)的物質(zhì)。第15頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月差異的控制四、動物與環(huán)境之間相互作用引起的差異1、動物對環(huán)境應(yīng)激或應(yīng)激的生理反應(yīng)、行為反應(yīng)和生化反應(yīng)使用環(huán)境豐富物，增加生存環(huán)境的復(fù)雜性，減少應(yīng)激。2、群居群居體重差異小，等級明顯，豐富物（改善還是惡化）第16頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月差異的控制四、動物與環(huán)境之間相互作用引起的差異3、動物與實驗操作過程之間相互作用誘發(fā)產(chǎn)生的差異是存在的動物對不同飼養(yǎng)者表現(xiàn)不同，人員保持一致實驗時間和飼養(yǎng)程序的之間的關(guān)系：更換籠盒前后給藥不同效果，給藥順序不同，同樣引起差異動物發(fā)出信號控制這類差異最有效的方法：

A:確保操作人員的熟練程度

B:開始實驗前動物適應(yīng)過程

C:給動物獎勵第17頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月動物實驗設(shè)計的內(nèi)容和步驟一、實驗設(shè)計的最初步驟1、查閱文獻A:明確研究焦點B：明確方法C：明確模型D：評估實驗2、科研方法A：觀察和描述科研中的現(xiàn)象B：系統(tǒng)的陳述問題和解釋問題的假說C：利用假說預(yù)測新的觀察結(jié)果D：驗證假說第18頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月動物實驗設(shè)計的內(nèi)容和步驟一、實驗設(shè)計的最初步驟3、問題的陳述、研究的目標(biāo)和提出假說問題提出：實驗將說明的問題是什么，意義研究目標(biāo)：總目標(biāo)，特殊問題假說：對每一個至少給出兩個預(yù)計結(jié)果第19頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月動物實驗設(shè)計的內(nèi)容和步驟一、實驗設(shè)計的最初步驟４、動物模型的確定使用系統(tǒng)發(fā)育水平最低的動物，符合３Ｒ原則使用的動物具有研究要求種屬或品系專一特點，特定研究目的必須特點實驗期間動物模型維持條件動物模型來源渠道最終確定動物模型前征詢實驗動物獸醫(yī)意見第20頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月動物實驗設(shè)計的內(nèi)容和步驟一、實驗設(shè)計的最初步驟５、實驗合作者的確定在研究的過程中，明確應(yīng)用的試驗技術(shù)操作，并確認具有相應(yīng)操作專長的人員來完成。讓合作者了解實驗：設(shè)計、計算、樣品收集．．．．實驗動物中心可以提供動物實驗有關(guān)技術(shù)操作培訓(xùn)及昂貴設(shè)備服務(wù)第21頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月動物實驗設(shè)計的內(nèi)容和步驟二、動物實驗設(shè)計１、研究方案根據(jù)問題、目標(biāo)、假說，提出實驗操作安排的計劃并文字化考慮的方面：A：動物模型持續(xù)時間B:模型中預(yù)期疾病的進程（決定測定的最適時間點）Ｃ：人員參加的時間，實驗花費Ｄ：給藥方法Ｅ：風(fēng)險評估Ｆ：統(tǒng)計學(xué)方法選定第22頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月動物實驗設(shè)計的內(nèi)容和步驟二、動物實驗設(shè)計２、實驗單元可以是一個動物，也可以是一組動物群體３、Ｎ因子；實驗組別的動物只數(shù)將適當(dāng)數(shù)量的動物分配到每一個實驗組別每一個實驗組別動物數(shù)量是通過預(yù)期各組接過差異的可能程度和采用統(tǒng)計學(xué)的方法計算出來的一個標(biāo)準(zhǔn)籠盒能夠容納動物的數(shù)量第23頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月動物實驗設(shè)計的內(nèi)容和步驟二、動物實驗設(shè)計４、對照過多的變量（如遺傳、環(huán)境、感染因子）對動物試驗的結(jié)果產(chǎn)生影響，因此為消除這些外來變量或可能存在的未知變量的影響而設(shè)置對照動物。對照種類：陽性對照陰性對照空白對照媒介物對照比擬物對照第24頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月動物實驗設(shè)計的內(nèi)容和步驟二、動物實驗設(shè)計陽性對照：一般在陽性對照組希望有變化作用：作為一個標(biāo)準(zhǔn)，測量各實驗組間差異的程度。例如：毒物試驗，動物給予毒物作為對照，結(jié)果是產(chǎn)生損傷或變化陰性對照：期望有正常狀態(tài)不產(chǎn)生變化作用：保證未知變量對實驗組動物引起相反的效應(yīng)不存在，即排出假陽性第25頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月二、動物實驗設(shè)計空白對照模擬處理組的過程而實際上沒有給予動物以受試物或處理。移植或損傷媒介物對照在測試化合物溶于一種媒介時，這種媒介需要對照作用：觀察溶劑是否引起反應(yīng)比擬物對照與陽性對照性質(zhì)一樣，使用一個已知的處理來對比待測的處理例如：藥物治療，使用一種已知臨床藥物，對比實驗藥物。動物實驗設(shè)計的內(nèi)容和步驟第26頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月二、動物實驗設(shè)計５、動物分組的隨機化動物實驗時必須把動物隨機分配到實驗各組，以確保研究的變量在每一組中不會導(dǎo)致偏差數(shù)據(jù)。必須在選擇的時候選定同源的動物群體，生物學(xué)特性一致的動物方法:A：每一只動物一個編號，1第一組，2第二組………暗箱抽取

B:動物多可以利用數(shù)字隨機或計算機程序隨機動物實驗設(shè)計的內(nèi)容和步驟第27頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月三、實驗設(shè)計的最后考慮實驗設(shè)計完成后要進行進一步的確認和審查，并在正式實驗前進行小規(guī)模的預(yù)實驗，初步檢驗設(shè)計的合理性，并為進一步的完善提供依據(jù)。1、實驗步驟地確定實驗開始前必須通過IACUC和實驗動物倫理委員會的確認。包括動物飼養(yǎng)管理和使用的具體操作方法按照相關(guān)法律提供申請書時，需要相關(guān)證明實驗涉及到危險品，還需要其他委員會的批準(zhǔn)動物實驗設(shè)計的內(nèi)容和步驟第28頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月三、實驗設(shè)計的最后考慮2、人員必須有相關(guān)培訓(xùn)人員才能承擔(dān)實驗我國由省級科技主管部門進行培訓(xùn)動物實驗設(shè)計的內(nèi)容和步驟第29頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月三、實驗設(shè)計的最后考慮3、小規(guī)模的預(yù)實驗小規(guī)模的預(yù)實驗是使用少量的動物得到預(yù)示性的數(shù)據(jù)或通過預(yù)實將操作和技術(shù)固定并完善，以便于進行大規(guī)模的正式實驗通過預(yù)實驗確定實驗動物用量證明實驗合理性預(yù)實驗同樣需要經(jīng)過IACUC同意動物實驗設(shè)計的內(nèi)容和步驟第30頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月三、實驗設(shè)計的最后考慮4、數(shù)據(jù)的輸入和分析實驗設(shè)計時應(yīng)該規(guī)定在數(shù)據(jù)分析前，制定保證數(shù)據(jù)質(zhì)量的措施和程序，確保實驗后數(shù)據(jù)收集或輸入發(fā)生的錯誤能被及時辨別出來。5、討論實驗設(shè)計完成后廣泛征求意見動物實驗設(shè)計的內(nèi)容和步驟第31頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月樣本大小的確定在實驗設(shè)計中確定樣本大小十分重要A：滿足科學(xué)研究需求B：符合實驗動物法律法規(guī)C：符合3R原則由于科研目的的不一樣，采用的實驗動物種類也不一樣，計算實驗樣本大小的方法也就不一樣。第32頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月樣本大小的確定一、小規(guī)模預(yù)實驗原因：實驗前缺乏資料信息或?qū)嶒灣晒κ欠衲軌虬盐沼行嶒灍o法計算樣本大?。ㄞD(zhuǎn)基因動物實驗）一般實驗，復(fù)雜的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計都可以簡化成一個重要事件的比較樣本量足夠大可發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)的結(jié)果檢查所要進行實驗的必備條件第33頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月樣本大小的確定二、基于目標(biāo)成功或失敗的實驗由于實驗中成功的機會相當(dāng)不穩(wěn)定，因此這類實驗所用的動物數(shù)量很難確定例如：轉(zhuǎn)基因動物DNA整合率移植后受精卵的著床率整合位置和表達效果假定每個步驟地效率5%根據(jù)公式這需要50只動物，如果1%則需要300只動物。第34頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月樣本大小的確定三、驗證假說的正式實驗大多數(shù)實驗屬于檢驗一個假說的正式實驗，一般使實驗都可以得到一些有用的信息，可以用來計算實驗所需要的動物數(shù)量。在這類實驗中，一般科研人員可以測定三種類型的變量：Ａ：二分變量：表現(xiàn)為是／否的結(jié)果百分率，比如死亡率。Ｂ：連續(xù)變量：某一物質(zhì)在體液中濃度或生理功能（如血流速或尿量）Ｃ：一個事件的發(fā)生時刻：疾病或死亡出現(xiàn)的時間。第35頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月樣本大小的確定１、確定檢驗的假說假說可以簡單的歸結(jié)成一個或幾個問題，兩組或幾組數(shù)據(jù)的比較組間差異越小或群體變異越大，觀察到顯著性差異的樣本量肯定越大第36頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月樣本大小的確定２、效應(yīng)大小、標(biāo)準(zhǔn)誤差、力度和顯著性水平計算樣本大小需要３－４個已知因素：Ａ：效應(yīng)大小：一般為兩組之間的差別Ｂ：對連續(xù)性變量而言的群體標(biāo)準(zhǔn)誤差（ＳＤ）Ｃ：測定假定效應(yīng)的期望力度Ｄ：顯著水平第37頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月樣本大小的確定為避免偏差假定動物被隨機分配到不同的測試組，飼養(yǎng)在相同的環(huán)境中，這時實驗的力度是指實驗效應(yīng)被測出的概率，一般為０．８或０．９，即科研人員在假定效應(yīng)存在的情況下，有８０％或９０％機會發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)意義上的結(jié)果。１減去力度（β）得到的是假陽性結(jié)果的概率，即不能拒絕否定一個不真實無效假說或不能測得某特定處理效應(yīng)的概率。陽性結(jié)果的規(guī)定概率即顯著性水平（α），一般為０．０５或０．０１。換句話說，科研工作者錯誤表明差別“差別”的機會不大于５％或１％一旦力度值和顯著性水平選定，統(tǒng)計學(xué)模型選定，然后根據(jù)研究者期望效應(yīng)和群體ＳＤ因子，就可以計算出實驗所用樣本的大小。第38頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月樣本大小的確定３、二分變量數(shù)據(jù)的樣本大小計算比較兩組某特定變量的百分率，只要給出力度值、顯著性水平和想測出的差別。Pc:對照組中某事件發(fā)生的百分率Pe:實驗組中某事件發(fā)生的百分率qc=1-Pcqe=1-Ped=Pc&Pe之間的差別C：一個常數(shù)，根據(jù)βα而定，查表可得

α

0.050.010.87.8511.680.910.5114.88.第39頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月例：某一品系大鼠老年時腫瘤發(fā)生率20%。實驗時經(jīng)某種化學(xué)物質(zhì)處理后了老年時腫瘤發(fā)生率增加到50%。探測到這種增加的概率為80%，測試是在P=0.05的顯著水平進行（即力度為0.8,a=0.05),查得常數(shù)等于C=7.85Pc=0.2Pe=0.5qc=1-0.2qe=1-0.5d=0.3C=7.85第40頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月樣本大小的確定4、連續(xù)變量數(shù)據(jù)的樣本大小計算有很多實驗是需要測量連續(xù)變量，可以通過比較變量平均值的差別達到比較組間差別的目的。這種情況下給定：力度，顯著性水平，平均值差別的大小，群體變異性或群體平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差，就可以計算出樣本大小。S:變量群體的標(biāo)準(zhǔn)誤差值d：研究者的期望得到的效應(yīng)水平（期望得差別）Ｃ：常數(shù)第41頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月例：大鼠在某一年齡的平均體重400g，SD=23g，某一減少食欲的化學(xué)物質(zhì)試驗后大鼠體重減少20g，并且有90%具有此現(xiàn)象，顯著水平為5%，查得常數(shù)為10.51。第42頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月樣本大小的確定如果實驗是在同一只動物身上處理前后和處理后的值，可用以下公式計算第43頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月樣本大小的確定５、單組實驗樣本大小計算如果實驗是確定一個事件是否已經(jīng)發(fā)生，比如：一個病原體在動物群體中是否存在β：選擇的力度（通常為０．０５和０．１）Ｐ：是非感染動物的百分率第44頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月樣本大小的確定例如：如果３０％動物被感染，并且研究者希望有９５％的把握檢測出感染，那么所需要的動物樣本量是：即總共需要９只動物做實驗，就有９５％的把握在一個３０％動物感染的群體中檢測出感染。如果感染流行低，如果只有１０％，那么根據(jù)公式大約需要３０只動物。第45頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月樣本大小的確定６、給某一事件定時的樣本大小計算兩種方法：Ａ：利用在兩組某固定時刻事件發(fā)生的百分率來估算樣本大小，然后將時間對應(yīng)事件轉(zhuǎn)換成二分量Ｂ：將事件對應(yīng)發(fā)生的事件作為連續(xù)變量處理第46頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月樣本大小的確定７、關(guān)于樣本大小計算中的注意事項網(wǎng)站：/hyperstst/power.htmlwww.zoology.ubc.ca/krebs/power.html/rlench/power/index.html.uk/hbook14.htm７、關(guān)于樣本大小計算中的注意事項網(wǎng)站：/hyperstst/power.htmlwww.zoology.ubc.ca/krebs/power.html/rlench/power/index.html.uk/hbook14.htm第47頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月動物實驗設(shè)計、分析和解釋中輔助變量的應(yīng)用在動物實驗過程中除了實驗者特定研究的主要反應(yīng)變量外，也常常記錄許多其他變量。如年齡、幾個時間段的體重、食物和水消耗、血液學(xué)特征及臨床生化特征等。這些附加的變量在動物實驗的設(shè)計和解釋中具有特殊和重要的作用，在設(shè)計和分析中可以增加實驗的精確度和力度。第48頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月動物實驗設(shè)計、分析和解釋中輔助變量的應(yīng)用這里的輔助變量與統(tǒng)計學(xué)中的輔助變量不一樣，一般是指除實驗中限定或目標(biāo)反應(yīng)變量外，可以收集的其他變量的總稱。第49頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月動物實驗設(shè)計、分析和解釋中輔助變量的應(yīng)用一、實驗設(shè)計中輔助變量的應(yīng)用動物實驗中所用動物都是相似的，那么動物數(shù)量從1到最大隨機分配處理就可以達到實驗設(shè)計的主要目的（保證所測變量的任何差異是由處理造成而不是其他非對照變量引起）但是實驗動物已知或從外觀特征（如年