四、著名医学科学家的重大发现与动物实验的关系

http://www.100md.com 《实验动物学》

1．哈维（William Harvery,1578～1657）英国医生，实验生理学的创始人之一。他采用狗、蛙、蛇、鱼、蟹和其他动物进行了一系列动物实验。根据大量的实验研究结果，发现了血液循环，证实了动物体内的血液循环现象，并阐明了心脏在此过程中的作用，指出血液受心脏推动，沿动脉流向全身各部，再沿静脉返回心脏，环流不息，他还测定过心脏每搏输出量。1628年发表《动物心血运动的解剖研究》，1651年发表《论动物的生殖》，这些成就对生理学和胚胎学的发展起了很大作用。恩格斯对哈维的发现给予了高度的评价，曾说：“由于哈维发现血液循环，而把生理学确定为一门科学。”

2．科赫（Robert Koch,1843～1910）德国细菌学家。他采用牛、羊和其他动物作实验，发现了结核地菌。他发明用固体培养基的“细菌纯培养法”，首先采用染色体观察细菌的形态，并运用这些方法，分离出炭疽杆菌、结核杆菌和霍乱杆菌，同时确证这些细菌与疾病的关系，提出了“科赫原则”，作为判断某种微生物是否为某种疾病的病原的准则，1905年获诺贝尔生理或医学奖。

3．巴斯德（Louis Pasteur,1822～1895）法国微生物学家、化学家、近代微生物学的奠基人。他在病原微生物方面的研究，奠定了医学微生物学的基础。在研究蚕病，鸡霍乱和炭疽病中，证实传染病是由病原微生物所引起。采用鸟类作动物实验，发现被减毒的鸡霍乱和炭疽病原菌能诱发免疫性。晚年在鸟和家兔上进行狂犬病疫苗的研究，对狂犬病免疫作出了很大贡献。他在研究炭疽病中，证实传染病是由病原微生物所引起的，其中有一个生动的事例。巴斯德很想知道有的地方为什么不断发生炭疽病，而且总是发生在同样的田野里，有时相隔数年之久。巴斯德从埋了十二年之久，死于炭疽病的羊尸体周围土壤中，分离出这种病菌。他奇怪这种有机体为什么能这样长时间地抗拒日照以及其他不利因素。一天巴斯德在地里散步时，发现一块土壤与周围颜色不同，遂请教农民。农民告诉他说，前一年这里埋了几只死于炭疽病的的羊。一向细心观察事物的巴斯德注意到土壤表层有大量蚯蚓带出的土粒。于是他想到蚯蚓来回不断从土壤深处爬到表层，就把羊尸体周围富有腐殖质的泥土以及泥土中含有的炭疽病芽胞带到表层。巴期德从不止步于设想，他立刻进行了实验，实验结果证实了他的预见。接种了蚯蚓所带泥土的豚鼠得了炭疽病。

4．巴甫洛夫（ИBaH ΠeTpOBчH

ΠaBлOB,1948～1936）俄国生理学家，他一生作了大量的动物实验，在心脏生理、消化生理和高级神经活动三个方面作出了重大贡献。早年发现温血动物心脏有特殊的营养性神经，能使心脏增强或减弱。在消化腺的研究中，他在狗身上创造了许多外科手术，改进了实验方法，以慢性实验代替了急性实验，从而能够长期地观察整体动物的正常生理过程，在研究消化生理过程中，形成了条件反射的概念，从而开辟了高级神经活动生理学研究，他的高级神经活动学说对于医学、心理学以及哲学等方面都有很大影响。1904年获诺贝尔生理或医学奖，著有《动物高级神经活动（行为）客观研究二十年经验》等著作。由于他在研究中经常不断地使用狗作研究对象，因此他的一些著作也以狗来命名，如《狗的血压的正常变动范围》、《狗的心脏的神经支配》等。他对动物实验给予了高度的评价，如说“没有对活动物进行试验和观察，人们就无法认识有机界的各种规律，这是无可争辩的。”他对实验动物的作用和习性也很了解，有很多精辟的论述，如他说“狗由于素来对人好感，由于它的机敏、耐性以及驯顺而十分愉快地为实验者服务许多年，甚至终身。”“只有当必需才用猫作实验，因为这种动物性情急燥，本性凶恶，善叫。”“除了狗以外，家兔是最常用的实验动物，因为它是一种驯顺而活泼的动物，而且很少尖叫与反抗”。

5．贝尔纳（Claude Bernard,1813～1878）法国生理学家，他的最重要的发现为肝脏的产糖功能和血管运动神经。他观察到刺激第四脑室底部能使动物发生暂时性的糖尿症，表明身体内糖的产生是受中枢神经系统控制的。胰液能分解中性脂肪的功能和美洲箭毒能麻痹骨骼肌肉的作用机制也是他发现的。他区别有机体的外环境和内环境，他所指的内环境主要是血液。认为尽管外环境不断变化，内环境却保持恒定是生命的保证，这个概念启发了后来生理学的许多的研究。贝尔纳在上述一些重大发现中，作了大量动物实验，其中有几个典型例子，如贝尔纳要根据冲动沿交感神经传导并引起化学变化从而在皮肤中生热的假说，切断了家兔颈部的交感神经，希望导致兔耳变凉。使他吃惊的是：该侧的耳朵却变得更热了。贝尔纳将耳血管与通常使耳血管保持适当收缩的神经作用彼此脱离了联系，结果血液流量增大，耳朵变热。贝尔纳起初并没有认识到自己的所作所为，他完全偶然地发现了动脉中的血流量是由神经控制这一事实，这是自哈维经典性的发现以后，人类对血液循环认识最重要的进展之一。又如，有一天，别人给贝尔纳的实验室送来了几只从市场上买来的兔子。贝尔注意到实验桌上兔子排的尿清亮而带酸性，不象寻常草食动物那样混浊而带碱性。他推断，这多半是由于没有喂食，兔子从自己身体的组织中吸取养份，因而处于食肉动物的营养状况。他用喂养和禁食互相交替的方法证实了这个观点，这种作用过程果然使兔尿反应发生了预期的变化。这是一次精彩的观察，多数研究人员也就心满意足了，但贝尔纳却不然。他要求“反证”，于是用肉食喂兔子，果然不出所料，兔尿呈酸性，贝尔纳为完成这项实验，最后对兔子作了解剖。用他自己的话说“我偶然注意到白色乳状的淋巴液初见于离幽门约三十厘米处十二指肠下部的小肠中。这引起了我的注意，因为在狗的身上淋巴液初见于十二指肠的上部紧靠近幽门的地方。”再仔细观察，他看到胰导管的开口是与淋巴液开始含有白色乳糜的位置一致，脂肪质的乳状液使这种乳糜成为白色，这样就发现了胰液在脂肪消化中的作用。

6． 莱夫勒（Friedrich Loffler,1852～1915）德国细菌学家，在白喉研究的早期，证明了实验动物因注射白喉杆菌而死亡时，细菌仍留在注射点的附近。他认为动物死亡是由细菌的毒素所造成。根据这一假说，鲁（Emile Roux,1853～1933法国细菌学家、医生）做了大量动物实验，企图证实细菌培养液中的这种毒素，虽做了很多努力，却都失败了。尽管如此，鲁仍坚信这一假说，最后孤注一掷，给豚鼠注射了35毫升的大剂量培养液滤液，奇怪的是，这只豚鼠在注射了如此大剂量的液体居然没有立即死亡，过了一些时候，他满意地看到这只豚鼠死于白喉中毒。确认了这点以后，鲁很快就查明，这只豚鼠开始只所以不死是因为培养液中细菌培养时间不够长，产生的毒素不足所致。因而，增加细菌培养时间就能够制成毒性很大的滤液，这一发现导致了预防白喉的免疫法，并使抗血清用于治疗（1890年Von Behring发现患白喉病愈后豚鼠的血清中含有某种物质，可以保护其他豚鼠），从而开始了抗毒素治疗的新的时代。

7．冯梅林（Baron Joseph Von Mering,1849-1908）德国内科医生，闵可夫斯基（Oscar Minkowsk,1858～1931），出生于俄国的内科医学、病理学家。1889年在斯特拉斯堡研究胰脏在消化过程中的功能时，用手术切除了一个狗的胰脏。过后，一个实验助手发现这只狗的尿招来了成群的苍蝇。他将些事报告给了闵可夫斯基，经分析尿后发现其中有糖。正是这一发现，使我们认识了糖尿病和后来用胰岛素控制糖尿病的方法。胰岛素是由Banting和Best二氏从家犬体内首次分离出的，这一发现拯救了无数糠尿病患者的生命。

8．里基特（Charles Ricet）法国生理学家，在用实验动物试验海葵触手提取物，以测定其毒素剂量时，突然发现，与第一次相隔一段时间第二次的微小剂量常使动物迅速死亡。起先他对此大为震惊，简直不能相信这是他自己做出来的结果。确实，他说过，他发现诱导敏感作用或称过敏性完全是不知不觉的，他原来认为这是绝对不可能的。这种过敏感现象的的另一表现是由戴尔（Henry Dale）发现的。他在豚鼠的几条不随意肌内注射血清时，突然发现有一条肌肉对马血清反应特别强烈。在寻找这一特别现象的原因时，他发现这只豚鼠在不久前曾注射过马血清。由于前次已注射过马血清（称感应剂量）使豚鼠对马血清（异性蛋白）感受提高，因此第二次再注射马血清（称决定性剂量）时豚鼠可比第一次注射反应强烈得多。这证实了过敏的本质是抗原抗体的反应，从而推动了变态反应性疾病的研究。

9．洛伊（Otto Loewi），格次茨大学药物学教授。1921年，他以创造性的思维，仅采用简单的动物实验方法，就发现了副交感神经的神经介质为乙酰胆硷。“次日他走进实验室，以生物学历史上少有的利落、简单、肯定的实验证明了神经冲动的化学媒介作用。他准备了两只蛙心，用盐水使其保持跳动。他刺激一只蛙心的迷走神经，使其停止跳动。然后他把浸泡过这只蛙心的盐水取出来浸泡第二只蛙心。洛伊满意地看到：盐水对第二只蛙心的作用，同刺激来迷走神经对第一只蛙心的作用相同：搏动的肌肉停止了跳动。这就是世界各国对化学媒介作用不仅在于神经与它们影响肌肉和腺体之间，而且也存在于神经单元本身之间。”

10．其他一些著明科学家采用动物实验获得重大发现的例子还很多，如：

化学致癌物质的发现：1914年日本人山极和市川用沥青长期涂抹兔耳朵，成功地诱发出皮肤癌，后经分析沥青中主要含有3，4-苯骈芘的化学致癌物，从而证实了化学物质的致癌作用。从此，许多化学物质都相继被证实可经诱发动物的肿瘤，为肿瘤病因的化学因素提供了更多的证据。使人们充分认识到化学致癌因素在人类恶性肿瘤的病因中占有极重要的地位。现在已知的有致癌作用的化学物质，种类繁多，分布广泛。如3，4-苯骈芘、1，2，5，6-双苯蒽、20-甲基胆蒽等多环碳氢化合物，均被动物实验证明是强烈的致癌物质。用这些物质涂抹动物皮肤可引起皮肤癌，注射在动物皮下则可引起肉癌。氨基偶氮染料，可引起动物肝癌和膀胱癌。芳香胺类染料，可引起膀胱癌，其中芳香酰类（如N-2-乙酰氨基芴）可使多种动物引起肝、肠、乳膜、外耳道、膀胱等不同部位的肿瘤。亚硝胺类化合生是一类分布广，致癌性强，能引起多种动物及多种器官发生肿瘤的天然存在的致癌物，甲基苄基亚硝胺、甲基丙烯基亚硝胺等不对称的亚硝胺主要引起食管癌；二甲基亚硝胺、二乙基亚硝胺等对称亚硝胺，主要引起肝癌；甲基亚硝基脲和甲基亚硝基乌拉坦能诱发大鼠的小肠、肝、肾、脑的肿瘤和胃的腺癌。 Ringer′s液的发现：林格（Sidney Ringer,1835～1910）英国内科医生、生理学家。在对离体的青蛙心脏进行实验时，生理学家通常使用生理盐水作为灌液。用这种方法可使青蛙心脏继续保持约半小时的跳动。一次，在伦敦大学医院，一位生理学家发现他的青蛙心脏连续跳动了好几个小时，他非常惊讶，大惑不解，他能想到的唯一可能原因是季节的影响，而这一点他也确实的报告中提出来了。后来，发现这是由于他的实验助手在制作盐水溶液时用的不是蒸馏水而是自来水。根据这个线索断定自来水中的某些盐份引起了生理活动的增加。林格就是这样发现了这种以他名字命名的溶液。这种溶液对实验生理学的贡献颇大。

脾结节法测定多向造血干细胞方法的发现：1961年J.E.Till和E.A.McCulloch两位加拿大血液学家在研究正常小鼠骨髓细胞放射敏感性时，对受致死剂量射线照射的小鼠移植一定数量的同种骨髓细胞后9～10天，取出脾脏，在苦味酸一甲醛固定液中固定后，可以肉眼见到脾脏表面上生成圆形结节。从而创立了脾结节法。同时他们进一步观察到脾结节的生成量与移植骨髓的有核细胞数之间呈比例关系，因此，可以作为评定骨髓细胞功能的一个重要测定方法，为测定造血细胞的功能提供了一个定量的研究方法，后来，进一步的工作证明，脾结节的生成是起源于单一细胞的，这类细胞具有很强的增殖能力，同时又具有向骨髓红系、粒系和巨核系细胞进行分化的能力，符合了造血干细胞的基本特征，因而称脾结节的生成细胞为多向性造血干细胞或多潜能性造血干细胞。因此脾结法是目前公认的多向性造血干细胞的测定方法，它的发现大大促进了血液学的研究。

单克隆抗体技术的发明：杂交瘤（Hybidoma）合成单克隆抗体（Monoclonal antibodies）的近年来生物医学中的一项重大突破。从根本上解决了免疫学中长期存在的“特异性”和“重复性”问题，显出它的发展前途无可限最。

单克隆抗体技术是由英国剑桥大学两位科学家G.Kohler和C.Milstein于1975年发明的，他们在60年代发展起来的细胞杂交技术基础上，成功地把两种细胞融合在一起，一种是已适应体外培养的小鼠骨髓瘤细胞（都来自BALB/C品系的小鼠）和一种经绵羊红细胞免疫的小鼠脾细胞融合，形成杂交细胞，发现这种融合的杂交细胞兼有两个亲代细胞的特征，即既有骨髓细胞无限生长的能力，又有浆细胞合成单一抗体的能力。因此，这种免疫细胞通过克隆化，成为单克隆系（单一纯化的无性繁殖系），就能产生大量单一类型的高纯度抗体，这种抗体就叫做“单克隆抗体”。如果把杂交细胞再种入动脉体内，可形成“杂交细胞瘤”瘤体产生大量抗体，就可从动物体液中抽出含有单克隆抗体的体液，把这种杂交细胞在体外培养，培养液中就有大量的单克隆抗体，可供实验研究和临床研究使用。最近，在探索用于融合的人体浆细胞瘤方面已获得成功，为单克隆抗体直接用于人类疾病的诊断、预防、治疗以及发病机制的研究，特别是为人类恶性肿瘤的免疫诊断、免疫治疗，开辟了更为广阔的前景。现在，单克隆抗体技术几乎深入到生物医学的各个领域，甚至渗入到过去认为免疫血清学方法达不到的范畴，具有无法估量的作用。

医学史上一些科学家采用动物实验而获得重大发现的例子很多，现仅例举其中一部分，简表如下：

表1-1

早　年　医　学　研　究

发　　现

年　　份

发　现　人

所　用　动　物

血液循环

1628

哈　　维

蛙、蛇、鱼、蟹、其他

醚麻醉

1846

玛　　登

鸟类、其他

细菌与疾病的关系

1878

科　　赫

牛、羊、其他

细菌致弱用免疫

1880

巴斯德

鸟类

狂犬病免疫

1885

巴斯德

鸟类、家兔

虫媒传播疾病

1898

史密斯等

牛

蚊传播疟疾

1898

罗　　斯

鸟类

表1-2

现代医学研究

发　　　现

年　　份

发　现　人

所　有　动　物

肿瘤的病毒病原

1910

洛　　斯

鸡

胰岛素

1921

班　　定

狗

休克治疗

1927

博莱罗克

狗

抗细菌药物（百浪多息）

1935

多麦克

小鼠

心肺旁道器

1953

葛　　明

猫

小儿麻痹症疫苗

1954

索尔克

恒河猴

变性脑病的病毒病原

1965

格但斯克

猩猩

心脏移植

1967

伯纳德

狗

从上面大量实例中我们可以充分看到实验动物和动物实验在促进医学科学的发展中起着极其重要的作用。医学离开了实验，就谈不上医学的进步。我们强调动物实验的重要性，并不是为证明它是促进医学发展的唯一途径，相反，我们仅仅认为临床观察一样，动物实验的出现是医学发展的客观需要。人与动物从生物学的角度看是大同小异的。这就从根本上保证了动物实验的可靠性，由于种种主客观原因可能造成动物实验与临床观察的脱节，但这不能构成否定动物实验的理由。为了促进医学发展，关键的问题在于正确解决好这个矛盾。动物实验应由过去比较注重分析实验逐步转向更多地注重综合性的实验，而临床研究应尽量创造条件做一些分析性的实验。我们应当特别注意分子生物学和遗传工程学给我们提供的机会；注意在具有多种动物品质的模型上进行实验。当然，不能否认临床研究和实验室研究存在差异，它们各有特点，也正因为如此，医学的这两个研究门类都长期存在，不能相互替代。它们是促进医学发展的两个根本途径和手段，也是互相补充、互相促进的。

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