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1、人体及动物生理实验,董守良、常民、马明,生理学实验概论 生理学常用仪器和设备 动物实验基本操作技术 研究性实验的程序和基本要求,生理实验教学的性质、任务和目的 通过实验获得知识的科学，属于实验科学。生理医学知识来源于科学实验，是一门实践性很强的实验科学。17 世纪初，英国Harvey 首先在动物身上用活体解剖和科学实验的方法研究了血液循环，证明心脏是循环系统的中心，血液由心脏射入动脉，再由静脉回流入心，不断循环。1628 年，Harvey 的著作心与血的运动出版，是历史上第一本基本实验证据的生理学著作，标志着生理学成为一门独立的学科。因此，科学实验创立和发展了生理学理论，是研究生理学的基本方法
2、。要真正学好生理学，必须同时重视理论课和实验课的学习，两者相辅相成，不可分割。,一、生理学实验概论,生理学实验及其方法 生理学实验的方法一般根据动物的组织器官是在整体条件下进行实验，还是将其解剖取下置于人工环境条件下进行实验，可分为在体（in vivo）实验方法和离体（ex vivo）实验方法。也可分为急性动物实验和慢性动物实验。 急性整体动物实验 急性离体实验 慢性动物实验,生理学实验课的教学要求 实验过程中要按程序正确操作、善于观察、认真记录、勤于思考。通过思考去剖析实验中引发的现象，收到观察与思考互为补充，相得益彰之效，不仅可深化认识已知，也将有所发现、有所创新，从而激发求知欲和学习兴趣
3、。,实验报告的写作格式,生理科研论文有其固定的、特有的书写格式。一般由以下几个项目组成：论文题目、论文作者与单位、城市名和邮编、论文摘要（中文和英文）、关键词（中文和英文）、正文、致谢及参考文献。正文包括前言、材料与方法、结果、讨论及结论。学生可查阅相关文章或医学期刊去进一步了解。本教程要求学生尽量按照科研论文的格式学习书写实验报告，通过这样的训练，初步掌握科研论文的写作要求。为了达到这样的目的，本教程在具体的实验项目编写格式上，有意参照科研论文的格式，希望通过这样的编排，潜移默化地使学生掌握医学科研论文的书写格式和要求。因此，一份完整的实验报告应包括：实验题目；作者；摘要；引言；材料和方法；
4、结果；讨论；参考文献。,二、生理学常用仪器和设备,刺激系统,为了引起组织或细胞产生兴奋，通常采用刺激的方法。在各种刺激中，电刺激不易损伤组织，能定时、定量并可重复使用。因此，它是生理学实验中经常使用的刺激方法。 电刺激时以下各重要的参数需要加以考虑： 刺激电流的波形 大致有三种，即正弦波（sine wave）、方波（square wave）和不对称的波形（如感应电波）。其中用的最多的是方波。 刺激强度 可用电压（电位差）或电流的强度来表示。 刺激频率 一般不大于1000 次/s。,电刺激器,刺激伪迹和刺激隔离器,生物体的各种体液的导电性是相当好的。这使生物体成为一个容积导体。当对实验动物同时进
5、行刺激和记录生物电时，刺激器输出和放大器输入具有公共接地线，使得一个部分刺激电流流入放大器的输入端，使记录设备记录到一个刺激电流产生的波形，这不是要记录的生物电，因此叫做刺激伪迹（stimulus artifact）。因为生物电是很微弱的，当刺激电极靠近记录电极时，刺激伪迹往往是远远超过生物电。有时刺激伪迹能使记录系统进入不正常甚至完全阻塞的状态。伪迹过后还有一段时间不能恢复正常，严重地干扰了生物电的记录。,刺激电极,玻璃微电极,玻璃微电极 用单、双、多管，用硬质的毛细玻璃管拉制而成用于细胞内记录时，其尖端需小于0.5m；用于细胞外记录时，其尖端可为15 m.。微电极内常充灌3 mol/L K
6、Cl 溶液，从电极的粗端插入银-氯化银电极丝。,换能系统,换能器（Transducer),张力换能器 压力换能器 其他类型的换能器,压力换能器,信号调节放大系统生物电放大器（bioelectric amplifier）,从生物体各器官引导出的生物电信号特性差异很大，一般在几十微伏到几十毫伏，且记录环境中常常掺杂有同级或更大量级的干扰信号，要得到满意结果必须借助于生物电放大器从中提取微弱的生物信号，再输入示波器或记录仪才能显示、记录。,显示记录系统,生理记录仪（electrophysiolograph）,三、动物实验基本操作技术,常用手术器械及使用方法,实验动物及其选择,实验动物是指根据实验需要
7、，有目的、有计划地进行人工饲养、繁殖及科学培育而成的动物，是用于科学研究、教学、生产、检测等方面的实验对象。实验动物来源于野生，但具有表型一致、种系明确、遗传背景清楚、对实验研究的反应性基本一致等特征。随机选用少量实验动物，就可取得精确的实验测试数据和结果，并具有重复性。,实验动物按遗传学分类有：近交系(inbred strain(实验动物，即纯系动物，是指经连续20 代（或以上）的全同胞兄妹交配（或者亲代与子代交配）培育而成，品系内所有个体都可追溯到起源于第20代或以后代数的一对共同祖先；封闭群(closed colony)动物：以非近亲交配方式进行繁殖生产的实验动物种群，在不从外部引入新个
8、体的条件下，至少连续繁殖4 代以上者，称为一个封闭群，或叫远交群（outbred stock），；杂交一代动物（F1代）：两个不同近交系所生的第一代动物称为杂交一代动物或F1 代。 按微生物被控制程度分级有一级：普通动物（conventional animal，CV）；二级：清洁级动物（clean animal，CL）；三级：无特定病原体动物（specific pathogen free (SPF)animal，SPF）；四级：无菌动物（germ free (GF) animal，GF）。,实验动物的安全防护要求,正确选择实验动物，对所用动物必须了解其整体情况。 保证动物应享有的福利权，在使用
9、动物进行医学或行为学的研究、检验和教学时，要有道德上的职责。要尽量照顾动物，尽量避免给动物带来不必要的痛苦或伤害。 在使用动物进行一些传染性疾病的研究时，必须保护好实验者和周围的环境，防止感染和污染。所以实验人员必须了解动物实验的原则和要求。,实验需要对动物进行手术时，如对动物产生较大的损害，一定要使用适当的镇静、镇痛或麻醉方法，禁止不必要的重复操作。严格实验操作规程，防止发生血液体液外溅和针刺伤，避免生物污染。实验人员在操作时也容易被血液体液污染或被器械、针头刺伤，存在潜在生物污染的威胁，一定注意自我保护，佩戴好护目镜、口罩、手套，穿着专门的实验工作服装。实验完成后对手术后的动物、标本以及所
10、用器具材料等必须按规定程序妥善处置。,常用实验动物的特点,生理实验常用的动物有蛙、蟾蜍、小白鼠、大白鼠、豚鼠、家兔、猫和狗等，不同实验动物的特点各不相同，应根据实验目的和要求选用相应的实验动物。 蟾蜍与蛙（toad and frog） 因蟾蜍和蛙的一些基本的生命活动与恒温动物相似，而且离体组织器官所需的生活条件简单，易于控制和掌握，因此被广泛用于生理学科研和教学中。,家兔（rabbit） 哺乳纲、啮齿目、免科。家免品种很多，常用的有青紫兰兔：体质强壮，适应性强，易于饲养，生长快；中国本地兔（白家兔）：抵抗力不如青紫兰兔；新西兰白兔New Zewland white：是近年引进的大型优良品种，成
11、熟体重可达44.5kg；大耳白兔：耳朵长而大，血管清晰，皮肤白色，但抵抗力较差。家兔性情温顺，灌胃、取血方便。由于兔耳缘静脉浅表，易暴露，是静脉给药的最佳部位。兔的减压神经在颈部与迷走神经、交感神经分开而单独成为一束，常用于心血管反射活动、呼吸运动调节、泌尿功能调节的研究；兔的消化管运动活跃、典型可用于消化管运动及平滑肌特性研究。兔的大脑皮层运动区机能定位已具有一定的雏形，因此兔也常用于大脑皮层功能定位和去大脑僵直、神经放电活动等实验。此外，家兔还用于免疫学、药理学、毒理学、生殖生理学、眼科学及临床疾病的研究。,小白鼠（mouse） 哺乳纲、啮齿目、鼠科。小白鼠体型较小，成熟早，繁殖力强，性情
12、温顺，易于捕捉，操作方便。小鼠实验研究资料丰富，参考对比性强；其实验结果的科学性、可靠性和重复性高，被广泛用于各类科研实验中，如用于生理学小脑功能障碍等实验。另外还应用于药理学、肿瘤学、遗传学、免疫学以及临床疾病的实验研究。,大白鼠（rat） 哺乳纲、啮齿目、鼠科。大白鼠性情不如小白鼠温顺，它在受惊吓或被捕捉的方法粗暴时，表现凶暴、易咬人。但具有小白鼠的其他优点，因此也具有广泛用途。大鼠离体器官可进行大鼠离体静态肺顺应性实验；整体可用于胃酸分泌、胃排空、垂体、肾上腺的研究。大鼠还用于生殖生理、胚胎学、营养学、药理学、毒理学、肿瘤学以及遗传学的实验研究。大鼠大脑各部的生理功能立体定位相当成熟和标
13、准化，是研究中枢神经系统的极好材料。,实验动物的编号、捉拿和固定方法,大动物多用挂牌法或用铝环固定在耳朵上，牌或环上有编号；羊或猪多用耳缺法原则是左个右十、上3 下1，如：右耳下边有两个缺口，左耳上方有两个缺口下方有一个缺口，则编号为27 号。,实验动物的给药方法,经口给药法 口服法 灌服法,注射给药法 淋巴囊注射 皮下注射法 肌肉注射法 腹腔注射法 静脉注射法,动物的麻醉,四、研究性实验的程序和基本要求,生理学不仅是一门理论性很强的基础性学科，而且是实验性很强的学科，它的许多理论都来自科学实验结果。因此，在学生经过了一段时间的生理学理论的学习和一定的实验基本技术操作训练及经典性实验实践之后，
14、进一步进行有关的生理学研究性实验的基本训练是非常必要的。通过实验设计、探索性实验过程，使学生充分认识实验在科学理论产生和发展中的作用，培养学生的创新精神及观察和发现问题的能力、解决实际问题和分析、综合实验结果的能力。通过撰写研究性论文使学生学会用逻辑性语言表达研究结果的能力，为今后独立进行科学研究打下良好的基础。,实验设计,实验设计的基本程序 实验设计（experimental design）是科学研究的一个组成部分，是根据立题而提出的实验方法和实验步骤，这是完成课题的实施方案。实验设计包括立题实验动物选择与分组实验动物处理方案选择观察指标数据收集和分析实验结果的处理和研究报告的撰写。 立题在
15、实验设计中具有第一位重要性，立题时需要注意科学性、先进性、可行性和实用性。科学性是指选题有充分的科学依据；先进性指选题对已知的规律有所发现和创新；可行性指立题时考虑已具备的主、客观条件；实用性指立题有明确的目的和意义。,实验设计的三大要素,实验研究立题后，通常可从题目中反映研究内容最基本的三大要素：即实验对象、处理因素、观察指标。 实验对象的选择在生理医学研究中，实验对象包括动物、离体脏器或游离肢体、分离而得的活细胞成分或在实验室中已长期培养的细胞或细菌。 处理因素 实验中根据研究目的，由实验者人为地施加给实验对象的因素称为处理因素，如药物、某种刺激及手术、某种护理等。 观察指标的选择,实验设
16、计的三大原则,对照（control）原则即设立参照物，使处理因素和非处理因素的差异有一个科学的对比。一般来说，实验都应有实验组（处理组）和对照组，对照组与实验组具有同等重要的意义。这是因为在实验中很难避免非实验因素的干扰而造成误差。用对照组的方法能比较有效地消除各种非实验因素的干扰所造成的误差。 同体对照 异体对照 空白对照 资料对照,随机（randomization）原则随机不是随便而是随机遇而定，也就是指被研究的样本是由总体中任意抽取的，即在抽取时要使每一样本有同等机会被抽取，随机抽样是缩小抽样误差的基本方法。 重复（replication）原则每一实验应有足够数量的例数和重复数，样本所含的数目越大或重复的次数越多，则越能反映机遇变异的客观真实情况，因此重复可反映实验结果的可靠性。但是样本例数很多或实验重复次数很大，非但在实验上有一定困难而且也是不必要的，实验设计就是要使样本的重复次数减少到不影响实验结果的最小限度。,
