实验设计

实验设计 一、概述（一）实验（二）实验设计（三）医学实验研究（四）动物实验二、实验设计课三、具体要求

（一）实验 • 实验的概念(辞海): • 科学上为阐明某一现象,而创造特定的条件,以便观察它的变化和结果的过程 • 社会科学进步需要实验：特区、试点、试行。 • 自然科学发展需要实验研究。 • 恩格斯说：“只要自然科学在发展着，它的发展形式就是假说（hypothesis)” • 实验是科技之母。 • 实验是认识世界的重要源头。

（二）实验设计 • 根据目的和条件，结合统计学要求，针对实验研究的全过程，做出计划安排。(预案） • 好的实验设计较少的人力、物力和时间，获得丰富、可靠资料，把误差减少到最少，保证成果资料正确。

（三）医学实验研究 • 1．重要性 • 医学的实践性很强，必须研究疾病原因、发病机制和治疗方法。 • 2．医学研究分类 • （1）临床研究：对病人进行。美国在80 年代中期报告了对3806例尚无冠心病症状的原发性高胆固醇血症患者平均长达7.4 年的随访研究（double blind method, prospective study)结果, 降胆固醇组与服安慰剂组比较, LDL-C下降20.3%,心绞痛减少20%, 冠脉搭桥术减少21%, 冠心病死亡率下降24%。 • 极少有疾病可以在人身上做深入实验。（Philips 研究肝昏迷） • （2）现场调查研究：如SARS • （3）实验室研究

3．医学实验设计的基本原则 • （1）代表性（representativeness）： • 实验研究的对象能够代表总体特征。 • （2）重复性（replication）： • 实验结果经得起自己或他人的重复验证。 • （3）随机性（randomization）： • 克服系统误差， • （4）可行性（practicality）： • 综合考虑样本数，经费等因素，即符合专业要 • 求，又要切实可行。

4．实验室研究 • （1）动物整体实验： • 在动物身上复制人类疾病模型.在动物身上进行研究。可严格控制条件，进行深入研究。 • 局限性：种属差异（代谢，意识），所得结论不能马上用于临床。还需要临床验证。 • （2）离体实验 • 细胞、组织体外培养。更可严格控制条件，进行深入研究。 • 局限性：人是有神经体液调节的由细胞组成器官，进而系统，进而形成一个有机的整体。

（四）动物整体实验 • 1．人类疾病动物模型分类： • （1）自发性： • 如自发性高血压大鼠，LDL受体缺陷高胆固醇血症家兔。价值高，价格高。 • （2）诱发性： • 可以任意复制（时间、数量），实验条件易控制,，如食饵性动脉粥样硬化动物模型。结扎冠状动脉复制急性心梗模型

食饵性动脉粥样硬化动物模型

（3）基因工程动物 • 转基因（transgenic）动物 • 基因敲除（gene knockout）动物 • 基因替换小鼠（gene knockin）动物

Apolipoprotein E gene knockout mouse

2. 实验动物选择原则： • （1）相似性： • 相似性决定了可靠性。实验动物和人近似最好，愈高等动物、愈进化愈好，尽可能采用灵长类动物。80年代美国华盛顿州大学病理系用pigtail monkey，其血清胆固醇浓度和家族性高胆固醇血症病人相似。

（2）利用种属解剖生理学特点： • 猴、兔、鸡、鸽子、鹌鹑进的胆固醇到LDL内，易长动脉粥样硬化斑块，大鼠、小鼠再高脂喂也不得AS斑块，进的胆固醇到了HDL内成HDL-C。 • 家兔两肺和心脏之间由心包胸膜、纵膈膜分开，开胸作心脏实验不用人工呼吸机。 • 狗消化过程和人类似，胃的解剖学特点易插管，巴甫洛夫用狗作“条件反射”实验看胃液分泌。 • 家兔对致热原敏感，可用于发热研究，大鼠小鼠肯定不行，因体温调节不好。 • 豚鼠对致敏物质反应强度大，用做免疫学研究。 • 组织胺可引起猫或大鼠的血压下降，但致家兔血压升高。

（3）实验动物分组 • 1）实验组： • 如新药治疗作用，根据处理的程度和方法，可再分大、中、小剂量组 • 2）阴性对照组 • 未给予研究对象任何实质性的处理，给安慰剂（外观、方式相同） • 3）阳性对照组 • 用公认的、可靠的处理方法与所研究的处理方法作比较，如用疗效肯定的已知药物

结果分析 • -------------------------------------------------------------------- • 空白对照组阳性对照组实验组结论 • --------------------------------------------------------------------- • 效果 — + — • 效果 — + + • 效果 — — — • 效果 — — + • ----------------------------------------------------------------------

结果分析 • -------------------------------------------------------------------- • 空白对照组阳性对照组实验组结论 • --------------------------------------------------------------------- • 效果 — + — 新药无效 • 效果 — + + 新药有效 • 效果 — — — 实验有误 • 效果 — — + 实验有误 • ----------------------------------------------------------------------

（4）每组动物数量： • 遵守规定，估算法，查表法，经验： • 要争取有显著性差异，数量尽可能少。一般动物体积越大，数量可越少。 • 在AS研究: 小鼠20只以上，大鼠15只，家兔10只、狗 8 只。 • （5）减少个体反应性差异： • 1）纯系（近交系inbred strain animal）动物： • 2）相同性别、体重、年龄。 • 3）健康状况

（6）可行性 • 动物价格: • 胆固醇（Ch）: 1元/g • 高脂喂养,2g Ch/100g食物 • 大鼠吃至少20g食物/天 • 需吃 90天（90X20X2%=36g=36元/大鼠） • 一批至少50只大鼠（50X36=1800元）+损耗

二、实验设计课 • 1.实验课教学的目的 • 2.一种全新的师生关系 • 3.确立研究课题，明确实验研究要达到的目的

1.实验课教学的目的： 实验室是教学的重要基地， • (1)传授知识。 • (2)培养创新能力，提高学生素质： • 培养学生“创新性思维”能力应该是教育的核心任务。 • 实验课教学直观性强，提高学生认识客观事物的能力。创新能力是多种能力的综合，包括观察、分析和解决问题的能力，包括动脑和动手的能力。知识是过“内化”才能升华为素质，实验课教学的过程应该是这一“内化”的过程。 • 培养学生的基本技能. • (3) 实验设计课是培养科研能力，创新能力的最直接、最好形式。

2．一种全新的师生关系 • 在实验设计课上，教师不再是唐朝韩愈所说的：“师者，所以传道受业解惑也”的角色，在学生实验设计进行过程中，教师不知道学生会怎么设计，会出什么结果。师生不仅仅是平等的关系，而真正体现以学生为主体的服务意识，尽量提供实验材料，准备仪器，保障实验时间和条件，要尽量为学生排忧解难。

3．基本要求 • （1）选题有依据，有创新性，先进性 • （2）选题有意义 • （3）可行性

图1 患儿空腹血清外观 （1）选题有依据，创新性，先进性 • 阅读大量文献，掌握有关基础理论，了解国内外在该研究领域取得的成果（目前水平），存在的问题，确立研究课题，明确实验研究要达到的目的本项研究能解决什么问题（目的）。举例： • 1）禹城一54天婴儿乳糜微粒血症（见图），一定是基因突变。（脂蛋白脂酶基因或其激活因子载脂蛋白CⅡ基因突变。

国内外现状 国外研究较多。 • 国内研究较少： ①1998年本人报道一个经酶学诊断和基因分析成人病例； ②2001年香港报道一例高乳糜微粒血症新生儿 ③2003年台湾报道两例LPL缺乏症病人， ④2004年天津穆天翔等报道天津地区一例17岁女性因LPL的Pro207Leu变异致高乳糜微粒血症。

目的：研究中国第2例婴儿病例基因突变，不会是相同突变基因。至少接近国内领先 • 意义：从基因水平阐明该患儿发病机制。有助于明确动脉粥样硬化发病机制，保护人民身体健康。

（2）选题有意义

实验设计举例

意义在于： 通过自己的研究工作，得出的结论（不是被压服）。主动地去获得知识（不是被动接受）。主动学习能力的提高（思考、发现、分析、解决）

加入抑制环氧化酶的消炎痛 加入钙离子通道阻滞剂心痛定

实验设计举例 • 题目“研究阿托品的药理作用” • 研究方案：观察随药物剂量增加，药物作用增大，动物瞳孔越来越大，心率越来越快。

选题无意义，没有先进性。

实验设计举例 • 1题目“动物淡水淹溺致心室纤颤的实验”,参考了7本书，选题有意义 • 立题依据:人或动物掉水后，85%-90%为湿淹溺,大量水进入肺泡; 再入血,因造成低渗导致红细胞破坏,而致高钾血症；在3分钟内血容量增一倍, 钙浓度下降,引起室颤。 • 设想用静注葡萄糖+胰岛素降血钾,注葡萄糖酸钙提高钙浓度进行治疗。 • 拟往兔子气管插管注入蒸馏水复制淹溺动物模型，测心电图,动脉插管测血压。

（3）可行性 • 淹死兔子，测血压、作心电图难度不大，但联系起来分析就发现可行性差。

收获知识和快乐

（4）确定实验方法观察指标 • 1）实验方法要求：反复应用过、完善、可靠、可行。 • 2）要求观察指标： • （A）特异性：特异性地反映观察事物的现象本质，不与其它现象相混淆. • 在“辣椒”实验中：张力传感器引出曲线反映平滑肌细胞收缩特性。不是肌电图。研究酸碱平衡紊乱，用pH. • （B) 客观性：选用仪器测量并显示具体数据或图型，直接进行定量分析. • 如血气分析仪，直接报出pH, HCO3-, PaCO2. 心电图机出来心电图测量电压值。研究降血压药物，不能选“头痛”这一指标。 • （C）灵敏性：保证真实，防止“假阴性结果”。

3）选择恰当的实验动物或标本 • 4）拟定实验记录格式 • 作好原始记录(数据，图形，图片等)。要求及时,完整, 准确。 • 5）拟定统计学处理方法

4、立项申请书格式具体要求 • （1）课题名称 • （2）立项依据 • （3）实验对象、器材及药品 • （4）实验方法和步骤： • （5）观察项目 • （6）预期结果 • （7）注意事项

（1）课题名称： • 1）要求：简捷、鲜明、确切、具体，并有特点。不超过20字。不能加标点符号。 • 2）构成要素：研究对象、目的和意义。 • 好题目： • “醛固酮与高血压病左室舒张功能关系的定量研究”。 • 2000级七年制赵建军同学：“辣椒对离体豚鼠胆囊收缩运动的影响”。 • 不好题目 • “中西医结合治疗肿瘤” • “研究阿托品的药理作用”

（2）立项依据 • 理论依据。 • 国内外研究现状及分析（附主要参考文献目录）。 • 研究意义。 • （3）实验对象、器材及药品列出本实验所需的动物（数量、主要仪器设备及所需试剂和药品。 • （4）实验方法和步骤：包括动物麻醉、固定、手术操作程序，术中给药方法，实验装置的连接和参数设置。

（5）观察项目： • 提出本实验所要观察的指标 • （6）预期结果 • 根据所掌握的知识推测本实验可能出现的实验结果。 • （7）注意事项 • 提前想到实验中可能遇到影响课题成败的问题和解决办法。

在实验设计课上，教师不再是韩愈所说的：“师者，所以传道受业解惑也”的角色，在学生实验设计进行过程中，教师不知道学生会怎么设计，会出什么结果。在实验设计课上，教师不再是韩愈所说的：“师者，所以传道受业解惑也”的角色，在学生实验设计进行过程中，教师不知道学生会怎么设计，会出什么结果。教师尽量提供实验材料，准备仪器，保障实验时间和条件，真正体现以学生为主体的服务意识。 Doing more by yourself, learn more by yourself.

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