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1、第九章人类疾病动物模型 第一节概述第二节诱发性疾病动物模型第三节自发性疾病动物模型第四节免疫缺陷动物模型第五节中医证候动物模型与辨证论治 2020 6 11 1 2020 6 11 2 第一节概述 一 定义模型 Model 动物模型 Animalmodels 人类疾病动物模型 Animalmodelsofhumandiseases 是指为生物医学研究和阐明人类疾病的病因 发病机理 建立预防 诊断和治疗方法而制作的具有人类疾病模拟表现的实验动物 3 为什么要在动物身上进行试验 在人身上进行试验存在的问题受伦理学的制约 许多实验不能直接在人体上进行试验以人本身作为实验对象来推动医学发展是缓慢的 靠
2、临床所积累的经验在时间和空间上都存在着局限性 2020 6 11 4 二 疾病动物模型的发展史人类用动物进行试验 最初主要是通过观察 比较动物与动物之间以及动物与人之间在解剖结构和功能上的共同点和差异点来认识人类自身 健康 的动物实际上充当了 健康 的人类模型 疾病动物模型的发展可追溯到 18世纪 英国医生詹纳 EdwardJenner 通过实验发现并证实了给人接种牛痘可使之获得免疫来预防天花 1876年 德国医生郭霍 RobertKoch 从病牛的脾脏中得到了致炭疽病的细菌 并把它接种到大鼠身上 使大鼠相互感染 最后又重新从大鼠身上分离获得相同的杆菌 1884年 法国化学家和生物学家巴斯德
3、LouisPasteur 研制出狂犬病病毒疫苗后成功地在狗身上进行了试验 2020 6 11 5 肿瘤病毒的发现 1911年 美国病理学家劳斯 F P Rous 用鸡肉瘤的无细胞滤液注射到健康鸡皮下 结果在接种部位出现新生肿瘤 从而发现这种肿瘤具有 传染性 随后的研究发现这种肿瘤是由病毒引起的 这是病毒引起肿瘤理论的最早研究 1966年诺贝尔生理学或医学奖致癌剂致癌的理论 1914年 日本科学家山极和市川用沥青长期涂抹家兔耳朵成功诱发皮肤癌 进一步研究发现沥青中的3 4 苯并芘为化学致癌物 从而证实了化学物质可以致癌的理论 库鲁病病原的发现 20世纪50年代中期 美国科学家加德赛克 Danie
4、lCarletonGajdusek 对发生在巴布亚新几内亚土著部落的库鲁 Kuru 病进行研究 发现库鲁病是一种类似于人类克雅氏病的传染病 美国科学家普鲁西纳 StanleyB Prusiner 对库鲁病的病原体作了进一步的研究 发现变异的普里昂蛋白 prionprotein 才是库鲁病的病原体 从而揭示了本病由朊蛋白 prion 感染因子所引起的本质 这一发现对其他神经系统疑难杂症的解决提供了新的途径 1976年和1997年诺贝尔生理学或医学奖 2020 6 11 6 20世纪60年代 动物模型开始作为专题进行开发研究 目前 疾病动物模型已经成为现代医学特别是药效学 肿瘤学 免疫学以及临床实
5、验医学深入发展不可缺少的工具 且有良好的发展前景和很高的实用价值 可以说 一个好的疾病动物模型的建立可极大地促进该疾病发病机理 诊断 预防及治疗研究的进展以及相关新药开发的进程 而一种疑难病 烈性传染病如无相应的动物模型 则是限制该病深入研究的瓶颈 2020 6 11 7 三 应用疾病动物模型的意义减少了在人身上进行实验所带来的风险 缩短实验研究周期 便于实验样品的收集 便于研究结果分析 可提供稀缺疾病的材料 全面认识疾病的本质 2020 6 11 8 四 疾病动物模型的制作原则制作一个好的动物模型除了模拟人的相应疾病表现外 还应掌握以下原则 1 确定性 能通过各种观察指标得到明确诊断 2 完
6、整性 能显示某种疾病从发病到转归的整个变化过程 3 可重复性 相近条件下 能够复制和再现 最好能在两种以上不同种属动物上得到证实 4 规范性 在研制与复制过程中有基本同一的操作规程 技术参数与观察指标等 5 实用性 可应用于药物药效学和毒理学检测 对药物疗效和安全性评价有实用价值 或可应用于医学实验研究 对临床诊治工作有理论指导意义等 6 易行性 能充分保障所需动物和试剂的来源 并做到制作方法简便 仪器设备普及 造模价格适中 在同等条件下优先使用标准化实验动物 2020 6 11 9 动物模型评价的注意点动物体毕竟不是人体的真实摹本 没有一种动物模型能完全复制人类疾病的状况 模型实验只是一种间
7、接性研究 只可能在局部或几个方面与人类疾病相似 对动物模型实验结果的评价应是相对的 不可绝对外推的人身上 因此 模型实验结论的正确性只是相对的 最终必须在人体上得到验证 即最标准的终极 模型 只能是患者本身 复制过程中如出现与人类疾病不同的情况 必须分析其差异的性质和程度 找出相平行的共同点 正确评估哪些是有价值的内容 2020 6 11 10 五 人类疾病动物模型的分类 一 按疾病动物模型制作方法的分类诱发性疾病动物模型突变系疾病动物模型1 自发性疾病动物模型2 人工致突变疾病动物模型遗传工程动物疾病模型 基因修饰动物疾病模型 2020 6 11 11 不同人类疾病动物模型的比较 2020
8、6 11 12 二 按照各系统疾病动物模型的分类可分为呼吸系统疾病动物模型 消化系统疾病动物模型 等 三 按照疾病基本病理过程动物模型的分类可分为发热 炎症 休克 电解质紊乱 酸碱平衡障碍 呕吐 腹泻动物模型 等 四 按照所用动物进行分类例如小鼠模型 大鼠模型等 五 中医证候动物模型的分类利用中医 辨证论治 独特理论体系 在实验动物身上复制不同的临床证候 以不同的证型表现出来 如八纲辨证 脏腑辨证 气血津液辨证 六经辨证 六淫辨证 卫气营血辨证动物模型等 2020 6 11 13 第二节诱发性疾病动物模型 一 定义诱发性疾病动物模型 experimentalanimalmodel 又称为实验性
9、动物模型 指通过运用物理 化学 生物等致病因素人为作用于实验动物 造成其组织 器官或全身的一定损害 出现某些类似人类疾病的行为活动 体表症状 功能指标 形态结构以及新陈代谢等方面的变化 2020 6 11 14 1 物理因素机械力所致颅脑损伤 骨折气压变化所致高原病 潜水病温度改变所致烧伤 冻伤 中暑放射线所致免疫功能抑制手术破坏或切除某些器官脏器模型应用前必须预先摸索条件 应用时必须标准化 统一实验因素 使模型具有重复性 2020 6 11 15 2 化学因素强酸强碱 重金属有毒药物 环磷酰胺 庆大霉素等化学致癌剂 二乙基亚硝胺 DEN 二甲基胆蒽 黄曲霉素等营养素的过量或缺乏 维生素 甘油
10、三脂 胆固醇等注意剂量的选择3 生物因素接种细菌 病毒 寄生虫 肿瘤组织注意动物的易感性和临床表现的差异 2020 6 11 16 优点 制作方法简便 实验条件可人工控制 且重复性好 从而可在短期内获得大量疾病模型样品 缺点 这类模型与自然发生的动物疾病以及人类疾病本身仍存在某些差异 另外 尚有不少人类疾病至今未能用人工方法复制 需进一步研究 应用 诱发性疾病动物模型在医学研究中应用较广 适用于对各类疾病病因和发病机制的研究 候选药物活性的筛选 特别在药理学 肿瘤学和临床各学科已广泛被研究者所接受 2020 6 11 17 诱发性疾病动物模型介绍1 大鼠心肌梗死模型制作 大鼠麻醉后固定 连接人
11、工呼吸机和心电记录装置 开胸暴露心脏及大血管根部 切开心包 挤出心脏 在左冠脉前降支起始部缝针 回纳心脏入胸廓 收线打结 止血后逐层关胸 分别于开胸后 缝针后 结扎后和关胸后四个点记录 导联心电图变化 术后2 6周 进行心电图 心功能以及组织病理学检查 模型特征 ST段弓背向上抬高 QRS波群幅度降低 心功能显著下降 左室前壁形成大量边界清楚的圆形梗死灶 梗塞区心肌大量坏死 坏死心肌结构紊乱 部分梗塞区出现肉芽组织 心梗面积在冠脉结扎后6周时较2周时明显增加 模型特点 该模型制作方法简单 成模动物心电图变化与临床相似 可作较长时间观察 但大鼠冠脉侧枝循环丰富 模型变异性较大 实验所需标本量较多
12、 2020 6 11 18 2 四氯化碳 CCl4 致肝纤维化模型模型制作 成年雄性大鼠 按3ml kg体重的剂量sc60 CCl4溶液 首剂加倍 每周2次 共9周 造模期间 每日观察动物的一般情况 每周称重一次 造模过程中 动态抽取全血制备血清作生化检测 造模毕 处死动物 摘取肝 脾等脏器称重 计算脏器系数 并作组织形态学检查 模型特征 注射CCl4后 模型动物活动逐渐减少 精神萎糜 毛发蓬乱无光泽 进食量减少 体重增长减慢 在造模1周时 血清丙氨酸氨基转移酶 ALT 升高 3周时 肝脏开始肿大 肝细胞出现大面积的脂肪变性 5周时 ALT 天冬氨酸氨基转移酶 AST 透明质酸 HA 同时升高
13、 血清总蛋白 TP 白蛋白 ALB 下降 球蛋白 GLO 增高 肝脏明显肿大 质较硬且脆 油腻感较重 肝实质内大量炎症细胞浸润 胶原纤维从汇管区升始向实质延伸 7周时 肝细胞约半数细胞发生坏死 小部分视野中出现纤维包裹形成假小叶 9周时 肝脏仍肿大变硬 但增大程度和肝重指数上升程度稍有下降 肝细胞大部分发生变性坏死 胶原纤维包裹肝组织形成假小叶 模型特点 首选雄性大鼠作为受试动物 皮下注射法虽成模率有所提高 且受干扰因素影响相对较少 但成模时间较长 该模型致模机理明确 病变典型 操作简便 但造模周期过长 动物死亡率较高 且停药后有一定自然恢复趋势 2020 6 11 19 3 型糖尿病模型制作
14、方法 成年大鼠 用含20 蔗糖和10 猪油的高糖高脂饲料饲养 4周后按30mg kg体重的剂量一次性ip或iv链脲佐菌素 STZ 溶液 模型特征 注射STZ后7 14 21d时 模型动物体重增长曲线 血清胆固醇 TC 甘油三酯 TG 低密度脂蛋白 LDL 空腹和餐后血糖 Glu 糖化血红蛋白 HbAlc 水平均明显升高 其中空腹血糖均值高于6 78mmol L 模型特点 该模型表现为胰岛素抵抗 高血糖等 型糖尿病的特征 但有时高胰岛素 RI 并不明显 故不适宜于胰岛素增敏剂的研究 2020 6 11 2020 6 11 20 定义 自发性疾病动物模型是指在自然情况下正常染色体上的基因发生突变
15、或在繁育过程中隐性致病基因的暴露或多疾病基因的重新组合 从而出现具有某种遗传缺陷或某种遗传特点的动物 通过合理的遗传育种和检测手段加以定向培育 保持其遗传性状 培育出有研究价值的突变系动物 自发性疾病动物模型是突变系疾病动物模型中的一种 后者还包括人工用物理 化学方法致基因突变 导致动物出现异常疾病表现 通过定向培育而保留下来的疾病模型 第三节自发性疾病动物模型 21 优点 在一定程度上减少了人为的因素 因此更接近于自然发病的人类疾病 缺点 自发突变自然发生率低 目前所有的自发性疾病动物模型数量有限 发现和验证基因突变需要专业知识 培育费时 专业性强 有的疾病动物难以饲养繁殖 有的疾病没有自发
16、性疾病动物模型应该指出 很多自发性疾病动物在饲育过程中往往被当作为患病劣质动物而淘汰 这是很可惜的 通过分析和定向培育 保留其疾病特征 人们可能从中获得更多的疾病材料 2020 6 11 22 自发性疾病动物模型介绍 一 自发性糖尿病 spontaneousdiabetesmellitus 动物模型世界卫生组织 WHO 于1985年将糖尿病分为胰岛素依赖型 insulindependentdiabetesmellitus IDDM 和非胰岛素依赖型 noninsulindependentdiabetesmellitus NIDDM 目前已培育出上述两种类型糖尿病的动物模型 其中以NIDDM动物模型居多 1 db db Diabetes 小鼠是由近交系C57BL KS小鼠单隐性基因突变后培育而成 属NIDDM糖尿病模型 该模型具有肥胖 胰岛素抵抗 高血糖 高胰岛素血症 高甘油三酯血症等特征 临床症状包括肥胖 高血糖 糖尿 蛋白尿 烦渴 多尿 最后可因酮尿而死亡 2 ob ob Obese 小鼠常染色体隐性遗传 纯合子动物 表现肥胖 高血糖和高胰岛素血症 属NIDDM糖尿病模型 该小鼠因L
