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动物实验时应如何分组,实验动物分组的正确做法

2022-05-05 09:58:20
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  实验动物分组时,我们常常碰到以下情况:如有40只皮下荷瘤小鼠需随机分为4组,但每只肿瘤体积大小各异;又如有50只SD大鼠,需要分5组,但性别和体重均不一,该如何将其随机分配呢?对于大多数的我们,很可能会参杂人为因素对动物进行编号,殊不知这并不是一种科学的做法。原来实验分组不像抓阄掷硬币,它需应用专门的随机数字表,还包括完全随机设计、随机区组设计等随机方法。本期就一起看看如何科学分组!

动物实验时应如何分组,实验动物分组的正确做法

  实验动物分组是实验设计中的一个非常重要的环节,美国动物委员会要求投稿时,需要对动物基本信息包括动物来源、品系、生活环境、分组方法等作出说明[1]。然而大多数发表的文章,都未描述实验动物随机分组方法,而被编辑索要原始数据来证明数据的可靠性[2]。可见,分组十分重要。那么实验动物分组讲究哪些原则,又该如何实施呢?

  动物分组一般需要遵循对照和随机的原则,这里主要关乎2个问题,一是如何设计对照组?二是如何保证动物随机地分配到这些组中?

  问题一: 如何设置对照组?

  为了保证能得到科学有效的数据,分组的第一个设计原则便是要设立对照组。一般观察一个药物或者某种外界因素对实验动物的影响需要设置3组对照,空白对照组(负对照组、     )、模型对照组(正对照组)和阳性对照组[2]。

  空白对照组:指不经任何处理的实验动物,目的是为了突出正常动物与疾病动物之间有何差别;如研究某种药物对糖尿病小鼠的治疗效果,该组即为未患有糖尿病的野生型小鼠,必要时可以给予生理盐水或其它药物的溶剂等。

  模型对照组:即疾病动物模型,给予阴性处理;目的是观察与治疗组相比,药效如何及在疾病状态下的动物表现;如要观察某种药物是否对乳腺癌有治疗效果,治疗组动物需要腹腔给药,模型组则是注射同等剂量的不包括药物的溶剂,如生理盐水;

  阳性对照组:通常是给予疾病模型动物已知应该有效的药物或者其他有效因素的处理;目的是对比某受试药物与阳性药物对比,是否有效;举例:已知阿霉素对乳腺癌肿瘤生长有抑制作用,因此我们可以选用阿霉素作为阳性对照,来判断此受试药物的治疗效果。

  那么加上对照组,实验设计一般共需要几组?

  实验设计,除了设置上述对照组外,还需加上处理因素那一组,一般会设置剂量梯度,最好是设计3个以上,以形成剂量效应。综上,建议分组是:①空白组,②模型组,③模型+阳性药物模型,④模型++低剂量药物,⑤模型+中剂量药物,⑥模型+高剂量药物。

  注:如果实验对象是不需要疾病状态,则可不设立模型组;

  注:并非每一个实验都能找到阳性对照药,因此,也不是每一个实验都需要设置阳性对照组;

  注:具体剂量设计,可以参考文末链接(药物浓度的设计)

  问题二: 每组几只合适?

  动物实验设计应遵循实行“3R原则”,包括实验动物的替代、减少和优化原则,其中减少即指尽量减少实验动物的数量。查阅文献,并未发现对实验动物数目有绝对要求,但在减少的同时,一定要满足统计学要求。统计学上要求一般至少每组有6个可用数据,才有意义。

  一般小鼠的每组一般不少于10只;

  一般大鼠每组不少于6只;

  大动物等级越高,价格越贵,根据情况可适当减少,但一般不能少于4-5只。

  问题三: 如何进行随机分配?

  随机分配可以保证数据的科学性,可以保证数据更有说服力,因此实验动物分组应严格按照随机原则进行,使每只动物都有同等机会被分配到各个实验组中去。

  根本不同的实验目的,实验对象,分组时常用的方法有:完全随机设计、随机区组设计等[3-4]。实现随机分组时需要利用随机数字表以及随机数余数分组法。

  什么是随机数表?也称乱数表,由计算机随机生成的从0到9十个数字所组成的数表,每个数字在表中出现的次数概率基本相同。分组时,需要借用这个工具,实现随机分配。

  方法一:完全随机设计

  通过随机数字表或用计算机产生随机数将动物不加区分地随机分组[5];

  适用范围:所有动物必须是“同质”或者近似“同质”。也就是说所有的动物性别、体重及其他相关因素(如荷瘤体积)是一样的,或是近似的。

  操作步骤:

  编号: 将实验动物从1 到N 编号,一般可以可按体重大小编号;

  获取随机数字: 从随机数字表中任意一个数开始,沿同一方向顺序获取N个随机数字;

  求余数: 随机数除以组数求余数,若整除则余数取组数;

  分组: 按余数分组;

  调整: 如不均分,继续按顺序抄下一个随机数,除数变为数目最多的那组的数字a,得到的余数作为被抽的序号(若整除则余数为a),直到调到相等为止。

  举例将15只小鼠分为3组:先按体重大小给动物编号,然后利用随机表连续抄取15个数字,然后以组数3求余数,即除以3,余数1、2、3分别代表进入甲、乙及丙组。然而得甲组多一只(6只),查随机数字表,下一个随机数字为55。55/6余1,因此,将第1 例从甲组调整到丙组中去。

完全随机法分组举例

表:完全随机法分组举例

  优点:操作简单,且能实现随机分配的原则;

  缺点:一是过程比较繁琐,通常一次操作不能使各组的数目相等,需要调整;数目太多不易快速实现分组;且若动物间有较大差异,如体重区间较大,则不适用这种方法。

  方法二:随机区组设计

  然而如果一批小鼠中,小的有18g的,大的有30g的,体重相差比较大,若按上述完全随机方法分配到各组,很可能有的组分到体重特别大的,有的组分到特别小的。这样难以保证平均分配,因此随机区组设计应运而生。

  随机区组设计:叫均衡随机化或限制性随机化,即先将一定数目和比例的动物分为几个区组(block)(一般>3),如体重相近的动物、性别一致的动物等。区组的长度最好为组数的2倍以上,太小易造成不随机,如有4个组,则区组长度最好选择8以上。

  举例:有40只SD大鼠,重量在180-220克之间,需要分为4组,即每组10只(甲乙丙丁),应先将动物按体重配成若干个区组,再把每区组动物随机分配各组。

  首先,进行大鼠称重,按顺序排序;

  分区组:尝试可将这些大鼠按体重分为4个区组(假设180~190g/8只,190-200g/12只,200-210g/16只,210-220g/4只),即4窝,分区时每窝的数量至少大于4;

  编号:依次对这4窝大鼠编号,第一窝1、2、3、4…8,以此类推,编号到40;

  随机分配区组1:将这8只随机分配给4组,每组各2只,分组方法即采用上述随机数字表,按随机数余数分配到每个组;

  随机分配剩余3个区组,方法同上。

  优势:区间分组将保证了实验组间的生物差异减到了最小,遵循了一致性原则与随机性原则,使实验结果更具有统计学意义。

  注:有时候我们会碰到多个因素,则需要依次分区,如:40只体重差异较大的小鼠,雌雄不一,此时我们不能只按照体重区组分配,需要先把雌雄分开,然后各自按体重分层。即它要求随机先按某一因素分成相等的几组,再在组内按另一因素分成几个区。

  注:当数目较少时,我们可以手动计算分组;但是当数目太多时,我们需要借助软件如excel或SPSS,省去了去查阅随机数字表的麻烦,几分钟就可完成一个随机分配过程。

  综上我们可以看到,实验动物分组我们需要遵循对照和随机的原则,这样才可以保证数据更加具有科学性和统计意义,最好不要加入主观因素进行分组。实验动物分组作为实验设计的重要环节,我们必须在实验开始前就必须认真考虑清楚。希望大家通过我们的文章认识到随机分组的重要性,并且可以在实践中学会随机分组。

  参考文献

  [1] National Research Council. 2011. Guidance for the Description of Animal Research in Scientific Publications. Washington, DC: National Academies Press. Available online (http://www.ncbi-nlm.nih.gov/books/NBK84205/)

  [2] Festing M F, Altman D G. Guidelines for the Design and Statistical Analysis of Experiments Using Laboratory Animals[J]. Ilar Journal, 2002, 43(4): 244-258.

  [3] Michael F. W. Festing. Randomized Block Experimental Designs Can Increase the Power and Reproducibility of Laboratory Animal Experiments[J]. ILAR Journal, 2014.

  [4] 赵伟,孙国志. 常用实验动物随机分组方法,实验动物,2009年第4期

  [5]万霞, 刘建平. 临床试验中的随机分组方法. 中医杂志2007 年第48 卷第3 期

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