七、无菌动物在生物医学研究中的应用
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《实验动物学》
无菌动物并不等于普通实验动物除去了微生物。人工培育的无菌动物适应了无菌生活，所以在形态、生理、代谢及机体防御等方面都具有一定的特点。由于在这种动物的机体中排除了各种微生物的干扰，就可以对其它科研问题的实验，得出较明确的结果。另外，如将单一已知微生物接种到无菌动物体内，就可以研究机体和单一纯微生物的相互关系。
无菌动物在生物医学研究中因具有独特作用，因此多年来在医学科学研究的很多方面已被广泛应用。在医学科学研究的各专门领域里，应用无菌运物进行实验研究的项目主要有：
（一）在微生物学研究中的应用
1．研究某些疾病的病原：无菌动物可提供组织培养的无菌组织；可提供具有某一种菌的已知菌动物；也可研究病原体的致病作用与机体本身在内的关系，如猫瘟病毒，正常猫易感染，无菌则不易受感，说明感染受肠道微生物的影响。
2．研究微生物间的拮抗作用：菌群之间的拮抗作用是生物屏障的一种。生物屏障可能比物理屏障更有效。生物屏障原理为生物间的拮抗作用。如利用无菌动物来研究那种菌可拮抗假单孢菌，对放射研究甚为重要，因照射后常出现此菌。又如在把无菌动物放入SPF环境前，先分别给无菌动物喂以大肠杆菌、乳酸杆菌、链球菌、白色葡萄球菌、梭状芽孢杆菌等五种菌群，再观察这些菌群间的拮抗作用。
3．研究病毒病：无菌动物是研究病毒病、病毒性质、纯病毒、安全疫苗和单一特异性抗血清的有用工具。
４．研究细菌学：尤其是肠道正常菌丛细胞间的相互拮抗性及细胞和宿主间的关系的研究。
⑴霍毛弧菌：口服霍乱弧菌使无菌幼豚鼠单菌感染时，就可使其死亡；但当使该动物同时感染产气荚膜（梭状芽胞）杆菌时，就可以除去霍乱弧菌，动物可以不发生死亡。
⑵福氏痢疾杆菌：将福氏痢疾杆菌单菌经口感染无菌幼豚鼠时，可以引起无菌豚鼠死亡。但在感染痢疾杆菌以前先经口接种活的大肠杆菌，就可以保护无菌豚鼠不致死亡，以后从肠道里只能检出在肠杆菌，而没有痢疾杆菌。
5．研究真菌感染：临床上由于较长期应用某些抗菌素，而有导致发生条件性真菌感染的现象，利用无菌动物实验，得到了一定的阐明。将白色念球菌经口接种给无菌雏鸡时，产生较多的菌丝体，并侵入肠道粘膜，但接种到普通雏鸡时，只观察到酵母型菌体，很少发病。将大肠杆菌接种到无菌雏鸡后，就能完全保护雏鸡不受侵犯。营养对保护机体受真菌感染也是重要因素，用无菌小白鼠实验也得到了类似的情况。
6．研究原虫感染：将溶组织阿米巴接种到无菌豚鼠的盲肠内不能引起感染。在普通对照组豚鼠中却能引起致死性感染。
（二）在免疫学研究中的应用
无菌动物在免疫学研究的应用，乃是促进发展无菌动物模型的动机之一。无菌动物血中无特异性抗体，很适合于各种免疫现象的研究。
1．研究免疫系统功能和机体受感染后感受性改变的关系：由于在无菌动物机体内除去了生活的微生物，使无菌动物大大增强了对感染的感受性。如将无菌豚鼠从无菌系统中移到普通动物饲养区，常在几天内死亡，病因经常是梭状芽孢杆菌的感染。
无菌动物的免疫系统在下列各方面都明显降低：
⑴特异性抗细菌抗体；
⑵肺泡巨噬细胞的活体力；
⑶唾液中的溶菌酶和白细胞；
⑷对内毒素的全身反应等。
2．研究细胞间介免疫及其在癌瘤预防上作用：当研究细胞间介免疫及其在癌瘤预防上的作用时，就更需要测定微生物菌群在刺激体液和细胞间介免疫反应中的作用及对自家免疫反应中的可能作用。
3．研究丙种球蛋白和特异性抗体：无菌动物血清中γ一球蛋白含量下降。球蛋白来源于消化道中死菌的刺激。用无抗原性饲料喂无菌动物（如无菌小白鼠喂以水溶性低分子化学饲料时），小白鼠血清中就可以完全缺乏丙种球蛋白。在无菌小猪中用无抗原性或有限抗原性的饲料时，血清里就可完全没有丙种球蛋白和特异性抗体存在。
上述无菌小白鼠血循环中的白细胞也大量降低，但这种无菌小白鼠在用羊红细胞注射时，脾空斑形成细胞和血循环的丙种球蛋白都明显增加
（三）在放射医学研究中的应用
用无菌动物研究放射的生物学效应，就可以将由放射所引起的症状和因感染而发生的症状分别开来。抗菌动物能耐受较大剂量的X线照射。在用致死剂量照射后动物的存活时间也要长些。因放射而引起的粘膜损伤，无菌动物比普通对照动物要轻。大剂量射线照射普通动物，除照射本身的影响外，尚有肠道微生物影响。而照射对无菌动物则主要为照射本身引起的后果。无菌动物受500-1000rad照射后可影响造血系统和骨髓细胞功能，大于1000rad可致肠粘膜损伤，出现肠粘膜上皮细胞再生停止。同样剂量的射线对普通动物肠粘膜损伤大，可致肠粘膜上皮脱落。
（四）在营养、代谢研究中的应用
1．无菌动物是研究营养的好模型。很多营养成份是靠细菌降解的。正常动物的肠道可合成维生素B和维生素K。应用无菌动物可研究那些菌可合成维生素B或K。
2．代谢研究：如胆固醇代谢和微生物关系的研究。用已知菌动物研究指出：肠道微生物能使胆汁酸起化学变化，从而减少其再吸收，而增加其排池。有些特殊的微生物种类和这种胆汁酸的代谢有关。这就为控制血清胆固醇含量和心血管疾病的研究，指出了新的课题。
无菌动物的脂肪代谢与普通动物有差别。无菌动物类中脂肪含量高于普通动物。无菌动物缺乏脂肪酸。
（五）在老年病学研究中的应用
无菌小白鼠的自然死亡期比普通小白鼠为长，而且雄性无菌小白鼠的寿命和雌性和相似或更长些。对2-3年龄无菌大白鼠的检查结果表明：在肾、心脏和肺里实际上没有和年龄相关的病变，这些研究说明，微生物因素和机体的老化有关，而以前一般都认为起源于内因或完全与饮食有关，通过用已知菌动物对这些变化的直接原因进行研究，会对合理地控制衰老有一定俾益。
（六）在毒理学研究中的应用
正常豚鼠对青毒素敏感，而无菌动物则无此反应。因此，青霉素过敏是因肠道代谢过程中引起的过敏。
用大豆喂养动物，发现有中毒现象，但用同样食物喂无菌动物则无影响。用大豆喂无菌鸡也无影响。有些用鹌鹑进行研究，将其感染大肠杆菌后再喂豆类可引起中毒。
（七）在肿瘤研究中的应用
小鼠肿瘤常由病毒引起，有些病毒还可以通过胎盘。故无菌小鼠有研究肿瘤的价值。免疫抑制剂要用无菌动物进行实验，因普通动物用免疫抑制剂可降低其抵抗力，致其继发感染而死亡。
研究致癌物质的致癌作用需用无菌动物。如给无菌动物吃苏铁素（Cycasin）时不引发肿瘤，但对普通动物则致癌。这是因为普通动物机体带菌，可降解苏铁素，而其降解物有致癌性。
无菌动物还适合进行致癌作用和微生物关系的研究：
1．致白血病病毒：这种病毒能在已知菌AKR小鼠自发地引起活动性白血病。或对其他品系已知菌小白鼠进行X线小剂量反复照射后，出现白血病。
2．由微生物产生或改变的化学致癌物：
⑴大肠杆菌能产生乙基硫氨酸，这是一种已知的致癌物。
⑵肺癌、肝癌和感染的关系：呼吸道感染能增强亚硝胺化合物的致癌性。新生的无菌小鼠能抑制由致癌物二甲并蒽所诱发的肺癌和肝癌。
⑶结肠癌病因和微生物分解苏铁素的关系：苏铁素是苏铁树的豆粉制成的，给无菌大白鼠口服时，并没有致癌性。但给普通大白鼠口服时，却有致癌性，这时，微生物将苏铁素转变成致癌物，而诱致结肠癌和其他癌变。
⑷无菌动物和已知菌动物的自发性癌：尿道癌在普通实验动物中少见，但在无菌动物中却较常见（如无菌大白鼠）。
（八）无菌动物在宇宙航行研究中的应用
在宇宙航行研究中应用无菌动物和已知菌动物，主要是：
1．保持地球免除地球外微生物的侵入。
2．保护宇航员，避免使其自身的菌群发生有害的变化，这些变化可以由宇宙航行的环境或由于长期航行所用的低残渣食品所引起。自身菌群的变化可以在航行中发生有害作用，或者在回到地球上以后抗体对病原菌的抵抗力降低。
当测定地球外空间的物品，如月球上的土壤，对植物和动物的化学作用时，应用无菌动物，就可使测定的化学作用不至受到断发的微生物作用所掩盖，主要的实验研究如下：
1．由于对已知菌动物的研究，发展了对外层空间样品表面灭菌技术的研究。
2．应用已知菌动物研究设备的原理，对返回地球的宇航员和物品进行检疫，并用无菌动物和植物作为试验管，以培养可能存在于外层空间物品内的微生物。
3．保护宇航员，防止自身的菌群失调现象。在已知菌动物的研究中，发现当普通动物在无菌隔离器里饲养时，身体里正常菌群中的某些菌种消失了，其余正常菌群间的相对优势菌也有变化。对人体在模拟的宇宙航行里的观察，也发现有相似的正常菌群变化的现象，导致腹泻和胃肠胀气。已知菌动物的研究对解决这类问题提供了一些线索。
4．对无菌动物适用的化学食品的研究，对宇宙航行时缩小食品储存空间，减少粪渣，以及用能完全吸收的化学食品供应宇航员，都有重要意义。将这类化学食品对无菌动物进行长期实验，进一步保证这种食品是完全的、不领带于未知的肠道微生物的作用，而这种微生物群是可能在宇宙航行中发生变化的。
（九）在寄生虫学研究中的应用
长膜壳绦虫为大鼠的寄生虫，给无菌大鼠人工感染这种寄生虫时则不能寄生，这可能与缺乏维生素有关。
原生动物：如溶组织性阿米巴对无菌豚鼠不引起肠道粘膜的损伤；而普通豚鼠则出现肠粘膜病变。
（十）在龋齿病因学研究中的应用
早期的观察证明：无菌大白鼠不发生龋齿。从普通大白鼠的肠道里曾分离出一种链球菌，证明其有致龋齿作用。从人体龋齿中分离出三株厌氧性链球菌，分别经口接种到无菌小白群和大白鼠，证明其高度致龋齿作用。
（十一）无菌隔离室在临床上的应用
无菌动物研究的原理和技术，已逐渐应用于临床病人的预防和治疗上，它们主要应用于：
1．免疫缺陷婴儿在无菌隔室内进行剖腹产和养育。
2．肿瘤化疗病人在治疗中防止感染。
3．器官移植病人的手术中防止感染。
4．烧伤病人的感染预防。
5．传染病人的隔离。
人体无菌隔离室采用金属支架和塑料膜制成，有严密的通过间，有良好的空气进出过滤系统，在紫外线灭菌装置中间放置病床以及病人的生活用品和设备。
目前对无菌动物的生理和形态学研究有了更多的成果和进展。无菌动物的另一作用是可从无菌动物繁殖成功无特定病原体动物。, http://www.100md.com 参见：
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