《實驗動物科學(xué)》 三、放射生物學(xué)研究中實驗動物的選擇

（一）實驗動物種系的選擇

放射生物學(xué)研究中可選用成年的猴、豬、羊、狗、兔、豚鼠、田鼠、大鼠、小鼠等動物來作實驗。我們認(rèn)為用猴、狗、大鼠和小鼠復(fù)制放射病模型比較理想。BALB/cAnN、A、LACA小鼠和Wistar大鼠對射線敏感，應(yīng)該首選。

（二）實驗動物性別、年齡、體重的選擇

關(guān)于動物性別對放射感染性影響的報導(dǎo)是有爭論的。一些材料證明雌性敏感性較高。而另一些（占多數(shù)）材料則認(rèn)為雄性敏感性高或性別間無明顯差別。性別間無明顯差別在狗的實驗中得到很好的證明。然而，在性周期的不同階段，雌性動物的放射敏感性可能有變化?？紤]到這點以及在實驗中可能混入妊娠的雌性動物，所以在絕大多數(shù)情況下為放射生物學(xué)實驗選擇動物時，應(yīng)該優(yōu)先選用雄性動物。

因為動物的體重和年齡增加，可降低放射生物效應(yīng)。這一點在照射狗時表現(xiàn)得更為明顯。深入研究表明，當(dāng)改變照射的幾何位置時，在死亡率、放射性綜合征的嚴(yán)重程度方面，仍程度不等地存在著這種影響（表10-13）。

表10-13　400倫丙種射線單向和多向照射對不同體重狗＊損傷作用的綜合材料（AkoeB1971）

體　重死亡率（%）平均壽命（天）平均嚴(yán)重程度（相對單位）初期反應(yīng)出血綜合癥放射病多向照射小10016.21.703.003.15中6013.21.503.003.05大8013.61.102.502.90單向照射小4017.01.603.002.55中2016.51.202.802.30大2016.90.902.402.10

*小體重：7.0～11.0公斤，中等體重15.5～22.7公斤，大體重24.0～29.5公斤。

實驗證明兩kg以上家兔比兩kg以下的放射敏感性低，大鼠的體重由180g增加到350g可以引起放射生物效應(yīng)的降低。當(dāng)照射小鼠時未見輻射效應(yīng)與體重之間有密切的關(guān)系。因此注射生物學(xué)實驗所用的動物體重，小鼠18～22g，大鼠180～220g，豚鼠250～300g，家兔2～2.5g，狗10～15kg。對慢性實驗，考慮到實驗的持續(xù)時間長，可選擇體較小的動物。希望實驗所用的各組動物的體重波動在一定范圍內(nèi)，小鼠1～2g、小鼠5～10g、豚鼠15～20g、家兔200～300g。體重的波動范圍可以容許在±5～7%。

（三）實驗動物輻射損傷病變特點的選擇

在相類似的情況下，不同種系動物的放射病明顯程度和發(fā)生時間是不同的。小鼠和大鼠幾乎完全沒有全身初期反應(yīng)，豚鼠表現(xiàn)的不大顯著，而狗和猴則非常明顯。在家兔常?？捎^察到對照射所特有的休克樣反應(yīng)，并有部分動物在照射后立即或不久死亡。

小鼠和大鼠造血系統(tǒng)的損傷出現(xiàn)得最早（表10-14）。豚鼠、狗和豬造血障礙的特點發(fā)展比較緩慢。猴的造血改變與豚鼠、狗和豬相同。

腸放射綜合征在小鼠和大鼠中表現(xiàn)得非常明顯（表10-15），而家兔、豚鼠、狗和猴則明顯。

表10-14　各種動物急性放射病時的造血障礙

（CeMeHOB　1965）

動物種類照射劑量（倫）表現(xiàn)最明顯的時間白細(xì)胞減少貧血骨髓空虛淋巴樣組織再生障礙小鼠40041242～470041243大鼠5004124.51～570041243豚鼠500812-47007～81264狗6007～8-75～6豬400～6005-7-猴550～7007---500～650010以后---500～7008～1015165～6

表10-15　各種哺乳動物急性放射病腸型階段發(fā)展特點（CeMeHOB）

動物種類致死劑量（LD100）650～1100倫超致死劑量（2000～7000倫）腸型死亡時間（天）腸型階段死亡數(shù)(%)腸型死亡時間（天）腸型階段死亡數(shù)（%）小鼠3～4403～4100大鼠3～4303～4100狗5～73～4100豚鼠5～7105～7100猴-6～7100

表10-16　各種動物急性放射病時某些感染并發(fā)癥的發(fā)生率（%）

（CeMeHOB）

動物種類照射劑量（倫）扁桃體壞死性炎癥齒齦炎肺　炎腸　炎結(jié)腸炎小鼠7002020大鼠500～70010～2010～30豚鼠500～7004053狗500～70075～83.311～44.961828猴500～700-1～9.815.2～1616.6～40.735

急性放射病并發(fā)的感染過程在不同種類的動物中各有特點（表10-16）。小鼠和大鼠的特點是發(fā)生肺炎和腸炎。狗的典型感染并發(fā)癥是壞死性咽峽炎和齒齦炎以及發(fā)生率較高的肺炎和發(fā)生率較低的結(jié)腸炎。小鼠、大鼠和豚鼠感染的特點是具有播散的傾向，引起全身敗血癥，而狗和猴的感染過程具有局限性特點。

人的放射病就其表現(xiàn)而言，與豚鼠、狗和猴的病理變化相似，其中與豚鼠相差較遠(yuǎn)，而和猴最為接近。

（四）實驗動物不同季節(jié)和晝夜過程輻射效應(yīng)的選擇

在其它條件相同的情況下，動物在不同季節(jié)和晝夜過程的輻射效應(yīng)有一定差異。因此要求動物預(yù)先適應(yīng)實驗環(huán)境和考慮動物在不同季節(jié)和晝夜的活動規(guī)律。機體內(nèi)環(huán)境功能和季節(jié)性和晝夜性波動通常稱為生物節(jié)律。它們對生物效應(yīng)的影響是由于機體的許多生理機能活動在一晝夜間和一年四季中發(fā)生極其明顯的變化所致?，F(xiàn)已知實驗動物的體溫、血糖、基礎(chǔ)代謝率、內(nèi)分泌腺激素的分泌等均會發(fā)生晝夜明顯的變化。

實驗證明，不同季節(jié)對輻射效應(yīng)有影響。家兔的放射敏感性在春夏兩季升高，秋冬兩季降低。在狗的實驗中，這方面的關(guān)系雖不象家兔表現(xiàn)得那樣明顯，但狗在春、夏兩季照射后的死亡率比秋、冬為高。小鼠的放射敏感性，在冬季和初夏顯著升高，而初春和夏季則降低。大鼠的放射敏感性則沒有明顯的季節(jié)性波動。

動物對照射的敏感性的晝夜間有不同的變化，這種變化見于不同性別、種系和年齡的小鼠和大鼠。白天放射敏感性降低（死亡較少，LD50/30較高，體重下降較少，肝臟損傷較輕），夜間升高。同時，在小鼠和大鼠實驗中，除了夜間21～24點的高峰外，還發(fā)現(xiàn)白天（小鼠9～12點，大鼠15點）損傷加重的情況。下午和后半夜放射敏感染性最低。大鼠與小鼠不同，其放射敏感性雖有晝夜間的明顯波動，但不很劇烈。因此，為了得到有可比性的實驗結(jié)果，所有實驗組動物應(yīng)在同一時間內(nèi)進(jìn)行照射。

因為哺乳動物放射病的急性期于第30天前結(jié)束，所以對小動物照射后觀察30天，對狗（如未較早死亡時）則觀察45天。地慢性放射病實驗動物的觀察，建議不少于12個月。

（五）實驗動物對輻射作用條件的選擇

1．輻射種類

不同種類的輻射所產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)不同，從射線物理特性來看，電離密度和穿透能力對其生物效應(yīng)有重要影響。α射線的電離密度較大，但穿透能力很弱，因此，由外照射時，對機體損傷作用小，而發(fā)射α射線的核素進(jìn)入體內(nèi)時則對機體的損傷作用很大。β射線的電離能力較α射線的小，而穿透力較大，由外照射時可引起皮膚表層的損傷，由內(nèi)照射時亦引起明顯的生物效應(yīng)。X射線和r射線穿透力很強，與體內(nèi)物質(zhì)作用時產(chǎn)生次極電子，后者引起電離效應(yīng)，其電離密度α及β射線的小，但由于能穿透深層的組織，由外照射時易于引起嚴(yán)重?fù)p傷。一般實驗室常選用60Cor射線照射動物進(jìn)行各輻射損傷研究。快中子和各種高能重粒子也都具很大的穿透力，而且在其射程的未端產(chǎn)生極高的電離密度。外照射時可引起比x和r射線更嚴(yán)重的損傷。

2．輻射劑量

輻射劑量與生物學(xué)效應(yīng)之間存在著一定的相依關(guān)系。總的規(guī)律是劑量愈大，效應(yīng)愈顯著，但并不是一個直線關(guān)系。

急性放射病動物模型的復(fù)制方法，關(guān)鍵在于照射劑量的選擇。根據(jù)實驗?zāi)康暮鸵?，選擇好合適的照射劑量，以便復(fù)制程度適中的急性放射病。

現(xiàn)將常用的狗、大鼠、小鼠、家兔和猴的照射劑量與動物存活情況列于表10－17～表10－21供選擇照射劑量時參考。

表10-17　狗所受劑量與動物存活情況

A表

照射劑量
（拉德）劑量率
（拉德/分）動物數(shù)30天內(nèi)存活百分率
%平均存活天數(shù)存活數(shù)死亡數(shù)25078334542.316.72651985214626.314.5275703407426621.815.530033.4～36.2291283.415.038020.48814.4

B表

腹部中心劑量（拉德）頭部劑量（拉德）平均存活天數(shù)（天）150013903.7194014303.6486035703.5680050002.1874064302.31165085701.54

表10-18　狗所受劑量和死亡動物存活時間的關(guān)系

劑量范圍（拉德）動物數(shù)存活時間（天）劑量范圍（拉德）動物數(shù)存活時間（天）13500～1300080.99±0.71982～829125.67±2.131090092.04±0.88754～64759.64±1.958260～7190232.87±0.99580～4001013.75±4.496880～5440162.67±1.10390～3051313.11±2.004890～3090353.78±0.71269～200817.01±4.652980～2060323.66±0.53151～134319.07±7.861760～1240233.61±0.51

表10-19　大鼠照射劑量與動物存活情況

A表

照射劑量（拉德）動物數(shù)照后30天內(nèi)存活率%存活數(shù)死亡數(shù)4502120195.2600135838.57004783917.0750533505.7765113116996214.9

B表

照射劑量（拉德）劑量率（拉德/分）動物數(shù)存活時間（小時）1400156.71093.61800156.71091.22000156.71086.42200156.71081.62400156.71081.62600156.71079.22000250.0584.910000250.0590.515000250.0587.620000250.0516.930000250.057.12

表10-20　家兔照射劑量與動物存活情況

照射劑量（倫琴）30天動物死亡率%5902669040800508806298070145093

表10-21　小鼠照射劑量與動物存活情況

A表

照射劑量（拉德）動物數(shù)照后30天內(nèi)存活率%存活數(shù)死亡數(shù)6803062420.07502742314.8780856797.18102020780～83015011490.67

B表

照射劑量（拉德）動　物　數(shù)存活時間（小時）1000～110082551200～1400619116004178180014962000249622002010324002010126002010028001095

注：劑量率：165.5～172拉德/分

3．劑量率

劑量率即單位時間內(nèi)機體所接受的輻射劑量。在一般情況下，總輻射劑量相同時，劑量率愈大，生物效應(yīng)愈顯著，但有一定的限度。如r-射線劑量率為30倫/分時，小鼠的LD50/30為840倫，而當(dāng)劑量率為3倫/分時，LD50/30則需1200倫。

4．分次照射及時間間隔

當(dāng)輻射的總劑量和劑量率相同時，分次給予輻射的效應(yīng)要低于一次給予的效應(yīng)，總的規(guī)律是分次愈多，各次間的時間間隔愈長，則效應(yīng)愈弱。例如，475倫的輻射一次照射小白鼠。60天內(nèi)引起39%的動物死亡；若將上述照射劑量分成4次照射，每次照射間隔一天，則死亡率下降到23%；若同樣分成4次，但每次間隔4天，則60天內(nèi)全部動物可以存活。這種現(xiàn)象的發(fā)生，顯然與機體的代償和修復(fù)功能有關(guān)。

表10-22　獼猴照射劑量與動物存活情況＊

照射劑量（倫）動物數(shù)30天內(nèi)死亡數(shù)平均存活時間（小時）300121-400515385002293595756228760095-650643557002321-7256630280088-850443319001010-150088190200088150250088156350088143500088142750055138100005548150005513.625000556.740000553.9

※《昆明醫(yī)學(xué)院資料選編》1979年第1期2～3頁

5．照射部位和面積

同樣質(zhì)和量的輻射對動物不同部位作用的后果是不同的。腹部對照射的敏感性很高，盆腔、頭、胸、四肢輻射敏感性依次下降。如600倫照射動物四肢引起的放射損傷很輕，而600倫照射頭或腹部時則可有嚴(yán)重的病理變化。

在輻射總劑量、劑量率和照射部位都相同的條件下，照射面積愈大，則生物效應(yīng)愈顯著，全身照射的后果最嚴(yán)重，如照射狗的四肢可允許1000倫或更大劑量，而全身照射300倫就可使半數(shù)動物死亡，可致典型的造血型放射病。

6．照射方式

照射方式一般可分為外照射和內(nèi)照射；若二者兼有，則稱混合照射。在外照射中，單向和多向照射對生物效應(yīng)有很大的影響。多向照射引起的死亡率較高。生存時間較短。例如，從4個或12個方向（四聯(lián)或十二聯(lián)X線照射裝置照射狗時，絕對致死量為500倫；而單向照射時，則絕對致死量為800倫，其原因可能是多向照射時組織接受的輻射劑量比較均勻。因此，我們用于照射動物的鈷源，是裝有自動旋轉(zhuǎn)裝置的，這樣照射的劑量均勻。

內(nèi)照射是指放射性核素進(jìn)入機體后，在其體內(nèi)發(fā)射特有的輻射，作用于不同組織。其損傷效應(yīng)受許多因素的影響，主要有放射性核素的物理化學(xué)特性、侵入途徑、分布和排出特點、物理學(xué)和生物半衰期等。例如α放射體的生物學(xué)效應(yīng)大于β和r放射體；由呼吸道侵入機體時，粒子大于1～2μ者多沉積于上呼吸道，小于0.5μ者多進(jìn)入肺泡；如為可溶性化合物可迅速吸收入血，而難溶性化合物則多沉積于局部組織及相應(yīng)的淋巴結(jié)，小量地、緩慢地轉(zhuǎn)移至其它部位。