Állatkísérletek elmélete és gyakorlata- b szintweb.med.u-szeged.hu/expsur/allatkiserletek/b...
Post on 09-Jan-2020
1 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Állatkísérletek Elmélete és Gyakorlata-B szint
Core modul 2/1
Az állatkísérletek elméleti háttere és jelentősége; A
Szegedi Tudományegyetem ÁOKSebészeti Műtéttani Intézet
2017. december 06-december 15.Referencia szám: AA1.0/2015; AB1.0/2015
SZTE Sebészeti Műtéttani Intézet
2017-2018-I. szemeszter
Az állatkísérletek elméleti háttere és jelentősége; A modellalkotás. Az állatkísérletek története.
Prof. Dr. Boros Mihály
Az állatkísérletek elmélete és gyakorlata c. specializációs képzésekről (HU A, B)
A képzés hátterét az 1998. évi XXVIII. törvény az állatok védelméről éskíméletéről 30. § (1), valamint a tudományos célokra felhasznált állatok
Mi a kurzus célja ?
kíméletéről 30. § (1), valamint a tudományos célokra felhasznált állatokvédelméről szóló 2010/63/EU európai parlamenti és tanácsi irányelv uniósrendelkezései jelentik, melyeket 2013. január elsejétől hazánkban isalkalmazni kell.
E kötelezettség teljesítése érdekében az irányelvben foglalt előírásokátvétele, a kapcsolódó hazai szabályozás átalakítása megtörtént, az errevonatkozó rendelet (40/2013. (II. 14.) Korm), részletesen előírja azállatkísérletetekkel foglalkozó személyek elméleti és gyakorlati képzését, arendeletben foglalt tematika alapján.
2005-02-16 20:45:51 Kókai Kata, Állatkísérletek
Amikor megveszünk egy jó nevű kozmetikumot, vagy akár egy egyszerű szappant,
”Közgondolkodás” megváltoztatása
1998. XXVIII Állatvédelmi Törvény (Ávt) : Szépítőszer, dohány- és egyéb élvezeti cikk, valamint fegyver, ennek alkatrésze, továbbá lőszer előállítása céljából tervezett kísérletre engedély nem adható. (Ávt. 25. §)
Nem remélt cél
Amikor megveszünk egy jó nevű kozmetikumot, vagy akár egy egyszerű szappant, többnyire nem tudhatjuk, hány állat életébe került annak kifejlesztése. Az Interneten borzasztó képeket látni kétfejű, és megcsonkított állatokról, s az állatvédők odaadó küzdelme ellenére a legnagyobb cégek többsége nem hagy fel a kísérletekkel. http://www.csaladinet.hu/hirek/csaladi_temak/allatbarat/1834/allatkiserletek/
2012. 02-22 11.20 SzerkesztőségTény, hogy ma Magyarországon kizárólag illegálisan folyhatnak szépészeti célú állattesztek. Az 1998-as első állatvédelmi törvény kimondja, hogy „szépítőszer, dohány- és egyéb élvezeti cikk, valamint fegyver, ennek alkatrésze, továbbá lőszer előállítása céljából tervezett kísérletre engedély nem adható”.http://tudatosvasarlo.hu/cikk/egy-doboz-kinzasmentest-kerek
FogalmamFogalmam sincssincs, , kiki azaz 5%5%
KeményKemény legénylegény 3%3%
ÉrdekesÉrdekes, , szimpatikusszimpatikus egyéniségegyéniség 22%22%
FantasztikusFantasztikus szakemberszakember lehetlehet 12%12%
EladtaEladta magátmagát a a médiánakmédiának 11%11%
Példa a ”közgondolkodásra”
mi a véleményed Csernus doktorról ?
EladtaEladta magátmagát a a médiánakmédiának 11%11%
Ki nem állhatomKi nem állhatom 36%36%
NemNem tartomtartom hitelesnekhitelesnek 11%11%
A bevezető előadás témakörei
• A tudományos módszer: problémák definiálása és megoldásuk
• A tudományos módszer része: a modellalkotás
• Az orvostudományi modellalkotás gyakorlata:
- a modellalkotás oka és célja
- a modellalkotás (az állatkísérletek) korlátai
- modellek főbb csoportjai az orvostudományi gyakorlatban
Wikipedia: ”Individualdividualss who use thewho use the
1. Kit nevezünk „tudományos” kutatónak ?
Az orvostudományi kutatás elvi alapjai
Wikipedia: ”Individualdividualss who use thewho use thescientific method”
2. A „módszerről” általában
- avagy észlelés, érzékelés és szubjektivitás
It was six men of Indostan To learning much inclined, Who went to see the elephant,
„Blind men and the elephant” John Godfrey Saxe (1816-1887)
Who went to see the elephant, Though all of them were blindThat each by observation Might satisfy his mind.
„Módszerünkkel” tehát hibás eredményeket (is) kaphatunk
And so these men of IndostanDisputed loud and long,Each in his own opinionExceeding stiff and strong.Though each was partly in the rightAnd all were in the wrong
Következtetés
A ”valóság” megismerését lehetővé tevő módszer legyen alkalmas többféle megközelítésre:
- reprodukálhatóságra, - szubjektivitás csökkentésére, kiiktatására - sz.e. kvantitatív leírásra - mérésekre
Többféle megközelítésre alkalmas módszer
Mit tudunk eddig?mások eredményeinek összegzése
Hipotézisjavaslat
Új információ
Eredményekúj adatok elemzése, mérlegelés
Vizsgálatpróba
Új információ
Igaz ? Hamis ?
Többféle megközelítésre alkalmas módszer
Következtetés
A „valóság” megismerését lehetővé tevő módszer legyen alkalmas többféle megközelítésre - és korrekciókra is
A felismerést átadjuk másoknak !
A hipotézis alapú módszer ipotézis alapú módszer -- az az orvostudományiorvostudományi kutatás lényege, alapja
Megfigyelés
Hipotézis*
Predikció
ElfogadomElvetem
*Megjegyzés: hipotézisünk csakis kontrollálható lehet !
Teszt
Az ismeretanyag teljeselfogadása
‘B’ módszer‘A’ módszer
A tudásanyag folyamatos integrálása és korrekciója
A „valóság” megismerését lehetővé tevő módszerek
Nincs örökös érvényű elmélet
elfogadásaintegrálása és korrekciója
„Tudományos” „Nem tudományos”
Változatlan/változhatatlan elmélet
Van tehát egy hipotézisem Van tehát egy hipotézisem -- mit tegyekmit tegyek
1.1. hogy a valóságot ( „igazságot”) megismerjem;hogy a valóságot ( „igazságot”) megismerjem;
2.2. hogy a következtetésem mások számára hogy a következtetésem mások számára tudományosan elfogadható legyen tudományosan elfogadható legyen ??
A mások számára is elfogadható A mások számára is elfogadható következtetések feltétele: a jó modell következtetések feltétele: a jó modell
”A tudomány nem magyaráz, nem interpretál, csak modelleket állít…”
(Neumann János)
Mit nevezünk modellnek ?
1. A valóságos rendszer egyszerűsített, a vizsgálat szempontjából lényegi tulajdonságait kiemelő mása.
2. A világ leírásának, megértésének az eszköze.
A modell legfontosabb jellemzője a jósága:- a „jó” modell használható: kísérletek útján összevetjük a forrásául szolgáló valóságos jelenséggel, azaz- a modell alkalmazásakor méréseket végzünk.
A mérés a tudományos módszerrel történő ismeretszerzés
Modellezési alapfogalmak
A mérés a tudományos módszerrel történő ismeretszerzés legalapvetőbb eleme; minden tudományterület a természet jelenségein végzett mérésekre épít.
Használhatóság és mérések:a „tudományos” modell szükségszerű jellemzői
Mérés: a „nem tudományos” modellnem szükségszerű jellemzője
„2012 második felében hatalmas természeti csapás éri a
Földet. Négy óra leforgása alatt mínusz 40-60 fokra
lehűl a hőmérséklet, és ez a helyzet 2013 májusáig áll
majd fenn.”
A modellalkotás általános érvényű elvei
- Szeparáció- Szelekció- Szelekció- Gazdaságosság
Alapfogalmak
1. Szeparáció: a modellezendő rendszert vagy jelenséget a többitől (külső környezettől, a világtól) el kell különíteni.
2. Szelekció: a modellezés során a megvalósítandó cél szempontjából szelektálni kell (a kölcsönhatások között).
3. Gazdaságosság: a modellnek (a vizsgálat célkitűzésének megfelelve) a lehetőségek közül a legegyszerűbbnek kell lennie.
Occam borotvája: ”Entia non sunt multiplicanda praeter necessitatem" (szükségtelenül ne szaporítsuk a dolgokat, és a redundáns dolgok leválaszthatók - ”Pluralitas non est ponenda sine necessitate”)
1. Következtetés
1. A szeparáció és a szelekció elvéből adódóan a modell a valóság egyszerűsített és hibás képe.
2. Hibás, DE szeparáció és szelekció nélkül a modellalkotás elképzelhetetlen.
A modellezés alapfogalmai
A modell felállításához szükséges információk forrásai:
1. A priori ismeretek: a modellezendő jelenségre vonatkozó, a vizsgálat megkezdésekor rendelkezésre álló ismeretek összessége;
2. A posteriori ismeretek: a modellezési eljárás befejezésével rendelkezésünkre álló ismeretek (előzetes ismeretek + a jelenség megfigyelése során nyert információk összessége).
A modellezés alapfogalmai
Deduktív modellalkotás => kizárólag a priori ismereteket használ
Általános érvényű törvényszerűségekből kiindulva (természettudományos ismeretanyagra támaszkodva) egy konkrét, ismert jelenség leírására törekszik.
Induktív modellalkotás => kizárólag kísérleti adatokra épít
- A kísérletek során végzett megfigyelések információt tartalmaznak a jelenség és annak környezete között érvényesülő kölcsönhatásokról (a rendszer bemenő és kimenő jeleiről)
- A kísérleti vizsgálatok célja a jelenség olyan modelljének felállítása, mely utánozni képes a jelenség tényleges lefolyását.
2. Következtetés2. Következtetés
Az orvostudományi kutatás lényegeAz orvostudományi kutatás lényegea jó modella jó modell
RelevReleváns, jó modelláns, jó modell => „G„Good ood ssciencecience””
A modellek alaptípusai
In vitro modell
In vivo modell
In vitro modellek
• Egész szerv perfúzió
• Szövet superfusio
• Primér sejttenyészet
• Immortalizált sejtvonal tenyészet• Immortalizált sejtvonal tenyészet
• Szubcelluláris vizsgálatok
• Molekuláris vizsgálatok - gén, protein expresszió
Értékes adatokat szolgáltatnak – DE sohasem biztos, hogy ezek pontosan reflektálják az integratív, élő természetet.
In vivo modellek
Humán vizsgálatok
- (általában) nem lehet invazív
- a háttér információk kérdései- a háttér információk kérdései
Nem humán (pl. állati) vizsgálat
- a fenti problémákat megoldja
- DE: nem biztos, hogy az eredmények alkalmazhatók lesznek humán esetekre
In vivo modellek
• Krónikus vizsgálatok
- Problémák: pl. tartósan beültetett eszközök, katéterek, etc. kérdésköre
• Akut vizsgálatok*• Akut vizsgálatok*
- Problémák: pl. anaesthesia hatása
- Eltérések az élettani állapottól
*A patkány élet-idő nem azonos az emberével (!)
- 7 patkány nap ≅ 27 emberi hónap
- 6 patkány óra ≅ 1 emberi hónap (!)
Az eddigiek összefoglalása
A tudományos módszer
Probléma-felvetés
A háttérelemzése
Hipotézismegfogal-mazása
Kísérletekelvégzése
További kísér-letek tervezése
KiértékelésElemzés
Végső következtetés
in vivo, in vitro
humán / nem emberi
�A hipotézis érvényessége (modell) kísérletekkel igazolható
� Kísérleti alaptípus a tárgy alapján élő vagy élettelen (alcsoport: in silico),
� in vivo kísérleti lehetőség: emberi vagy nem emberi (állati vagy növényi) lehet.
letek tervezése Elemzés
Új kísérletekProbléma-megoldás
Analógia
A tudományos módszer alkalmazása a klinikumban
PanaszokAnam-naesis
Differenciál-diagnózis
Vizsgálatok
További Adatok alapjánVégső Kezelés
A módszer ismételt
alkalmazása embereken
Az orvosi döntéshozatal analógiája: az adatgyűjtéstől a betegség kezeléséig
Továbbivizsgálatok a diagnózis
szűkítése
Végső diagnózis
Több lehetőség Csak egylehetőség
Kezelés
1. Az orvos kötelessége az alanyok életének, egészségének, magánélethez
Hogyan lehet alkalmazni a tudományos módszert – azaz a modellalkotást - az orvosi
gyakorlatban, a klinikumban ?
Helsinki Deklaráció (1964)
1. Az orvos kötelessége az alanyok életének, egészségének, magánélethez fűződő jogának, emberi méltóságának oltalmazása.
2. A kutatás feleljen meg az általánosan elfogadott tudományos elveknek.3. A kutatás alapuljon a tudományos irodalom alapos ismeretén.4. A kutatást előzze meg laboratóriumi és állatkísérlet.5. A kutatást meg kell tervezni és világosan megfogalmazott protokoll
szerint kell eljárni.
Szabályozási rendszerekSzabályozási rendszerek
Laboratóriumi eredmények
In vitro
modellek
Állatkísérletek
In vivo
modellek
Emberi (klinikai) vizsgálatok
In vivo modellek
Mi az Mi az élő állatokatélő állatokat igénylő modellalkotás oka ?igénylő modellalkotás oka ?
(Miért végzünk állatkísérleteket?)(Miért végzünk állatkísérleteket?)
MMiért végzünk állatkísérleteket?iért végzünk állatkísérleteket?
� Hogy megfeleljünk a törvények előírásainak
MMiért végzünk állatkísérleteket?iért végzünk állatkísérleteket?
� Mert szükségesek a tudományos módszer alkalmazása –vagyis a jelen (és valószínűleg a jövő) tudományos fejlődése szempontjából.fejlődése szempontjából.
� Mert bizonyos hipotéziseket nem lehet embereken vizsgálni (nem lehet emberi modelleken megoldani)
A tudományos módszer tárgyai az medicinában
� Terápia: veszettség (kutyák, nyulak); angolkór (kutya); lepra (majom, tatu); stb.
� Megelőzés: diftéria (ló); polio (nyúl, majom); � Megelőzés: diftéria (ló); polio (nyúl, majom); bárányhimlő (majom); kanyaró (majom)
� Felfedezés: inzulin (kutya); modern anaesthesia (kutya); DNS (egér, patkány)
� Fejlesztés: laparoszkópos sebészet (disznó); nyitott szívműtét (kutya); stb.
Mi korlátozza az élő állatokat igénylő modellalkotást (azaz az állatkísérleteket) ?
(a morális kérdésektől eltekintve ?)
A legfontosabb korlát: az eredményeeredményekk nem nem minden esetben minden esetben relevánsak relevánsak –– nem mindig nem mindig
alkalmazhatók alkalmazhatók -- humán körülmények között (!)humán körülmények között (!)
(1) Species különbségekCsokoládé (theobromin) toxikus a kutyákraCsokoládé (theobromin) toxikus a kutyákraKortizon teratogén egerekbenInzulin toxikus lehet több állatban (stb.)
(2) Egyes fontos jeleket, bizonyos változásokat nehéz / lehetetlen felismerni (pl. enyhébb fájdalom)
(c) Bizonyos esetekben alternatívák lehetségesek (ld. alább)
A 3 R - Russel & Burch (1959)
(a)(a) Refinement: az állati fájdalom és szenvedés csökkentése(b) Reduction: a kísérletekben felhasznált állatok számának
csökkentése a lehetőségek határáig (pl: az emberi reakcióknak megfelelően, genetikusan módosított állatok használata).
(c) Replacement: az állati modellek helyettesítése más modellekkelmodellekkel
(i) Relatív helyettesítés: olyan kísérletek, melyek teljesen megszüntetik az állati szenvedést, anélkül hogy mindez kizárná a vizsgálatok további folytatását (tökéletes finomítás, absolute
refinement)(ii) Teljes helyettesítés: olyan kísérletek, melyekhez nem szükséges
állati eredetű biológiai anyag
Replacement / helyettesítés
(a) Információ-áramlás fokozása (szükségtelen ismétlések
számának csökkentése) (√)
(b) Computer-alapú rendszerek, matematikai modellezés (?)
(c) Fiziko-kémiai technikák, pl. a kemikáliák irritációs hatását (c) Fiziko-kémiai technikák, pl. a kemikáliák irritációs hatását
előrejelző EYTEX rendszer (Draize teszt helyettesítése), stb. (?)
(d) Alacsonyabb rendű szervezetek (baktériumok, gombák)
alkalmazása (pl. Ames teszt). (?)
(e) Emberi vizsgálatok, pl. önkéntesek, populációk (?)
(f) Sejt, szövet és szerv kultúrák (?)
Mi tehát az állatkísérletek
- vagyis az állatkísérletes modellalkotás –- vagyis az állatkísérletes modellalkotás –
gyakorlati célja ?
Az állatkísérletes modellalkotás célja
� Magának a fajnak, reakcióinak tanulmányozása (állatorvosi kutatás)
� Állati viselkedés kutatása (pl. stressz-tűrő képesség mechanizmusa)
� Nem gyógyszerészeti készítmények tesztelése (pl. toxicitási vizsgálatok)
� Gyógyszerek kipróbálása (pl. in vivo tesztek új gyógyszerek, vaccinák, fázis � Gyógyszerek kipróbálása (pl. in vivo tesztek új gyógyszerek, vaccinák, fázis 2 vizsgálatok)
� Oktatási cél (pl. egyetemi hallgatók)
� Általános biológiai mechanizmusok tanulmányozása
- nem közvetlenül orvosi célú kutatás ( következtetések humán biológiai mechanizmusokra)
- általános orvostudományi cél (pl. rák, AIDS kutatás, xenotranszplantáció)
Általános biológiai mechanizmusok tanulmányozása = alapkutatások
Leíró vizsgálatokLeíró vizsgálatok-- Élettan, kórtanÉlettan, kórtan, , etológiaetológia-- Nincs valódi hipotézisNincs valódi hipotézis => => kísérleti tervezés, kísérleti tervezés,
minőségbiztosítás nehézminőségbiztosítás nehézminőségbiztosítás nehézminőségbiztosítás nehéz
Válaszreakció valamilyen intervenciót követőenVálaszreakció valamilyen intervenciót követően-- Élettan, kórtan, viselkedésÉlettan, kórtan, viselkedés-- A kísérleti tervezés meghatározó fontosságúA kísérleti tervezés meghatározó fontosságú
Biológiai mechanizmusok vizsgálata, állatokat tanulmányozva, megfigyelve, a kapott következtetéseket extrapolálva -
ilyen a legtöbb kísérlet…
• Terápiás - “preklinikai vizsgálatok”• Terápiás - “preklinikai vizsgálatok”
• Toxikológia / beavatkozások biztonsága
• Anatómia, sebészet
• Fertőzések és immunitás
• Daganatos mechanizmusok (kutatás, diagnózis)
• Viselkedés / pszichológia
Miért nem lehetséges (mindig) az extrapoláció?
Mert a fajok közötti összehasonlíthatóság mindig kérdéses lesz…
(kiragadott példa: LD50 értékek, eltérő toxikus szintek, stb…)
Világos következtetések levonására alkalmas, egyszerű modellre van Világos következtetések levonására alkalmas, egyszerű modellre van szükség !
Állati modellek főbb csoportjai
11.. SpontSpontánán modelmodelll
22.. IndIndukált ukált modelmodelll
33.. NegatNegatívív modelmodelll33.. NegatNegatívív modelmodelll
44.. „Egyéb” „Egyéb” modelmodelll
1. Spontán modellekHasonló (azonos) mechanizmusok emberben és állatban
Vizsgált
fajDefektus /
érzékenység
Humán
megfelelőjeMiért
alkalmazzák
Min egér Mutáns apc-gén Fam. adenomatosus polyposis (colon cc)
Azonos emberi végpontpolyposis (colon cc) végpont
Macska Asztma Asztma Azonos patológia
Ír szetter VIII faktor hiány
Hemophilia A Terápiás vizsgálat
Mormota Hepatitis B érzékenység
Hepatitis B Infekció vizsgálat
Tatu
(armadillo)
Lepra Lepra Terápiás vizsgálat
2. Indukált (kiváltott) modellek
Valamilyen manipuláció szükséges
� Viselkedés, pl. stressz – tanulásKérdés: azonos-e az emberi és állati stressz?
� Sebészi beavatkozások, pl. idegek átmetszése, erek elzárásaKérdés: mekkora az eltérés az élettani helyzettől ?
� Genetikai manipulációk, pl. transzgén, knock-out, knock-inKérdés: mekkora az eltérés az élettani helyzettől, mik a genetikai ”előkezelés” nem ismert következményei?
3. Negatív modell
“Miért nem modellek”
�� Miért nemMiért nem……
-- kapnak a kutyák atherosclerosist;kapnak a kutyák atherosclerosist;-- kapnak a kutyák atherosclerosist;kapnak a kutyák atherosclerosist;
-- lesznek AIDSlesznek AIDS--esek a esek a HIVHIV vírussal fertőzött csimpánzok?vírussal fertőzött csimpánzok?
4. “Egyéb” modellek
Jellegzetességek, melyeknek fontos biológiai jelentőségük lehet
- Sertéseknek sok CD4+CD8+ T-sejtjük van- Sertéseknek sok CD4+CD8+ T-sejtjük van
- Kérődzőknek sok γδT-sejtjük van
- Az állati leukosis fertőző
- Mutáció indukció, mint fontos kutatási terület
Az orvostudományi modellalkotás Az orvostudományi modellalkotás alapfeltétele: aalapfeltétele: az állati biológia ismeretealapfeltétele: aalapfeltétele: az állati biológia ismerete
A patkány mint standard modell
EmberEmber JellegzetességJellegzetesség PatkányPatkány
++++ PlaPlazmazma--protein kötésprotein kötés alacsonyalacsony
OrrOrr--szájszáj LégzésLégzés OrrOrr
Kis coecumKis coecum BélflóraBélflóra eltéréseltérés Nagy coecumNagy coecum
SzőrtelenSzőrtelen BőrBőr SzőrösSzőrös
EltérőEltérő TeratogeniTeratogenitástás EltérőEltérő
RitkaRitka AAlbilbinizmusnizmus 95%95%
++ EpehólyagEpehólyag --
Eltérés: albinizmus
� Defektus: tirozináz hiány� Idegrendszeri eltérések
� Fényérzékenység, retina károsodás� Halláscsökkenés� Szövettani eltérések� Szövettani eltérések
� Alacsony P450 aktivitás� Alacsony szérum protein szintek (befolyásolja a
xenobiotikumok reakcióit):� streptomycin, clindamycin, klorokvin, klórpromazin,
nikotin, pilocarpin, serotonin, adrenalin, noradrenalin, dopamin.
Eltérés: viselkedés
• Éjszakai vagy nappal aktív (fordított fény ciklus?)
• Szociális rangsor (természetes viselkedés vagy csak indukciós modell - úsznak-e a patkányok?)indukciós modell - úsznak-e a patkányok?)
• Tigmotropizmus (egymáshoz tapadás) - túlzsúfoltság tenyésztés alatt és kísérletek közben
Eltérés: emésztőrendszer
� Fogak
� Gyomor (üres vagy sem?)
� A táplálék (rosttartalom)
Coecum (coecotropok – koprofágia)� Coecum (coecotropok – koprofágia)
Eltérés: kórélettan
� Betegség jelei (láz vagy hipotermia)� Harder mirigy� Speciális betegségek� Speciális betegségek
Porfirin nyomok az orrnyílás környékén
Eltérés: gyógyszerek reakciói
� A species választás befolyásolja a farmakológiát, toxikológiát, anaesthesiát
� A metabolizmus hőmérséklet függő� Species különbségek gyakran összefüggnek a testfelszínnel
Szalicilátok plazma fél-életideje A trimetoprim fél-életideje
Lehetséges megoldások
1. Allometrikus extrapoláció (Watanabe & Bois. Risk Analysis 16; Watanabe & Bois. Risk Analysis 16; 741741--754: 1996754: 1996; ; K. SchmidtK. Schmidt--Nielsen: Scaling, Cambridge 1984Nielsen: Scaling, Cambridge 1984))
� Y = dosage level� A = species independent scaling coefficient� bw = body weight� B = 1.00 - if Y depends upon body weight
Y AbwB
=
� B = 1.00 - if Y depends upon body weight� B = 0,75 - if Y depends upon metabolic rate� B = 0,67 - if Y depends upon body surface
2. Egyszerű dózis-skálázási faktor a testsúlyhoz viszonyítva (Peters-Volleberg et al. Reg. Tox. Pharmacol. 20;248-258:1994)
Body weight (kg) Scaling factor
Man 60 1Beagle 8 2Monkey 6 2Rabbit 2 3Rat 0,2 5Mouse 0,02 8
Modellek a gyakorlatban = a klinikai Modellek a gyakorlatban = a klinikai gyakorlat modellezésegyakorlat modellezése
1. Szepszis – súlyos, gyakran halálos megbetegedés, főleg a pathomechanizmus tisztázatlanpathomechanizmus tisztázatlan
2. Vérzéses shock – súlyos, gyakran halálos megbetegedés, főképp a kezelési elvek tisztázatlanok
Modellek a gyakorlatban I.
Rágcsáló modellek a humán szepszis vizsgálatára
Áttekintés:
� LPS (endotoxin)
� CLP – coecum lekötés és punctio
� Fecalis inokuláció
� Intravénás baktérium
� Pneumonia
LPS (endotoxin)
�� ElőnyökElőnyök�� EgyszerűEgyszerű –– pl. i.p. pl. i.p. injectinjectio, io, shock 4shock 4--6 6 órán belülórán belül
�� DE:DE:�� AntiAnti--LPS LPS hatékonyhatékony LPS LPS ellen állatokban, de emberekben ellen állatokban, de emberekben
(klinikumban) nem(klinikumban) nem
CLPCLP
�� ElőnyökElőnyök
�� Pl. perforált aPl. perforált appendicitisppendicitishez hasonlóhez hasonló
�� DE:DE:
�� SStandardiztandardizálás nehézálás nehéz
�� Műtétet igényel (behatolás, zárás, felépülés)Műtétet igényel (behatolás, zárás, felépülés)�� Műtétet igényel (behatolás, zárás, felépülés)Műtétet igényel (behatolás, zárás, felépülés)
Fecalis inoculum
� Előny� Standard, konzisztens
� Alkalmazása egyszerű (IP injekció)
� DE� Nincs jelentős trauma
Pneumonia modellek
� Előnyök
� Egyszerű beadni (tracheába vagy az orrba)
� A dózis ellenőrizhető, reprodukálható
� DE
� Esetenként csak helyi reakció (nincs szisztémás gyulladás)
Intravénás baktérium
� Előny
� Könnyű dozírozni
� Szisztémás infekció
� DE� DE
� Gyorsan elpusztul, befolyásolja a gazdaszervezet immunitását
EredményekEredmények(intravénás(intravénás babaktérium és kezelés)ktérium és kezelés)
Kezelés Iv. E. coli
(kísérlet)
Klinikai szepszis
(humán)
Methylprednisolon hatékony1 hatástalan2 / ront3
Anti-TNFα hatékony4 hatástalan5
1Hinshaw et al. Ann Surg 1981;194:51-562VA SSCSG N Eng J Med 1987;317:659-6653Bone et al. N Engl J Med 1987;317:653-6584Tracey et al. Nature 1987;330:662-6645Abraham et al. JAMA1995;273:934-941
Mi lehet a probléma oka ?Mi lehet a probléma oka ?
Jó a modell ? EltérJó a modell ? Eltér--e a valóságtól ?e a valóságtól ?Jó a modell ? EltérJó a modell ? Eltér--e a valóságtól ?e a valóságtól ?
A modellA modell és a valóság 1. és a valóság 1.
Kísérletes szepszisKísérletes szepszis Klinikai szepszisKlinikai szepszis
HomogHomogén genetikai háttér (egy nem)én genetikai háttér (egy nem) HeterogHeterogén (mindig két nem)én (mindig két nem)
BeltenyészetBeltenyészet „„OutbredOutbred””
Eltérő fajok: patkány, kutya, sertésEltérő fajok: patkány, kutya, sertés Homo sapiensHomo sapiens
EgészségesekEgészségesek TársbetegségekTársbetegségek
Fiatal felnőttekFiatal felnőttek Újszülöttek vagy idősekÚjszülöttek vagy idősek
EEndotoxinndotoxin érzékenység eltérőérzékenység eltérő(k(koprooprofáfággiaia//szennyezett környezetszennyezett környezet))
Rendszerint tiszta környezetRendszerint tiszta környezet
A modell és valóság 2.
Kísérletes szepszis Klinikai szepszis
Általában előkezelés Addig nem lehet kezelni, amíg a betegség nincs jelen
Nincs adjuváns kezelés Aktív terápia (folyadék, antibiotikum, inotróp szerek)
Nincs pl. lélegeztetés Lélegeztetés gyakori
A fertőzés leggyakrabban hematogén utón történik
Fészek („nidus”)
Heparin, anesthesia, analgesia Optimális kezelés
Uniform inzultus Helye és mértéke változó
Gyors kialakulás Rendszerint lassú
A vizsgálat ideje standardizált Egyedi lefutás
Különféle végpontok (rendszerint nem a lethalitás)
Klinikai végpontok, szervfunkciók, mortalitás
Modellek a gyakorlatban 2.
A vérzéses shock
Alapvető lehetőségek a vérzés modellezésére
� Ellenőrzött véreztetés (konstans nyomás vagy térfogat)
� Éber vagy altatott
� Nem ellenőrzött vérzés
ÚjraélesztésiÚjraélesztési--kezelési skezelési strattratégiákégiák
A kezelés klinikai lehetőségeiA kezelés klinikai lehetőségei
�� Hipotenziós újraélesztésHipotenziós újraélesztés
Krisztalloid oldatok (pl. sóoldatok)Krisztalloid oldatok (pl. sóoldatok)�� Krisztalloid oldatok (pl. sóoldatok)Krisztalloid oldatok (pl. sóoldatok)
�� Kolloid oldatokKolloid oldatok
�� Hemoglobin sHemoglobin szzubsubsztitúció, teljes vér adásaztitúció, teljes vér adása
�� FrFriss fagyasztottiss fagyasztott pplalazzmama
�� Etc.Etc.
Az állandó nyomás modellWiggers, C.J. The present state of the shock problem. Wiggers, C.J. The present state of the shock problem.
Physiol. Rev. 1942;22:74Physiol. Rev. 1942;22:74--123.123.
• Vérzés az a. femoralis-ból egy nyitott reservoir-ba.
• Az érpálya hidrosztatikai nyomását az előre meghatározott artériás középnyomás (MAP) értékre állítják (MAP=40 Hgmm)
• Újraélesztés meghatározott időben (pl. 60perckor)
Számított vértérfogat = testsúly %-a (≈60 ml vér/tskg).
Vérzés az artéria femoralisból 1 ml/perc sebességgel a 40% vértérfogat eléréséig
Állandó térfogat modell
vértérfogat eléréséig
Reszuszcitáció 60 perckor
Eredmények állandó térfogatú vérvesztés esetén
EsetszámEsetszám SúlySúly (g)(g) OxOxigén igén felhasználásfelhasználásml/min/kgml/min/kg
Túlélés
ml/min/kgml/min/kg
n=n=88 289 289 ±± 1212 ≥ 6≥ 6 +
n=n=1111 298 298 ±± 1616 ≤ 5≤ 5 -
Tanulságok 1.
� A patkányok vértérfogat / testsúly aránya 100 és 400 g között a testsúly növekedésével lineárisan csökken.
� Rágcsálóknál a csoportok közötti kicsiny (pl. 20-30 g)súlykülönbséget nem könnyű felismerni.súlykülönbséget nem könnyű felismerni.
� Arra következtethetünk, hogy a kezelés hatékony, pedig csupán az állatok súlya kissé alacsonyabb a kezeletlen kontrollokhoz képest.
� Rágcsálók esetén a kísérletes protokoll állandó része a testsúly szigorú ellenőrzése (!)
Tanulságok 2.
Ismerni a társ- vagy távoli szakterületek irodalmát (is): a testsúly/vértérfogat következményét leíró eredeti közlemény: Lee, H.B. & Blaufox, MD. J. Nuclear Med. 1985;26:72-76.*
* The use of an arbitrary value of 7% for estimation of blood volume can lead to significant errors in calculating radiopharmaceutical distribution.
The use of the general formula for the blood-volume calculation described here should improve the accuracy and reliability of estimates of radiopharmaceutical distribution.
BV (ml) = 0.06 X BW + 0.77 (r = 0.99, n = 70, p < 0.001). The difference between male and female rats was not statistically significant.
Gainer és mtsai* vizsgálatai
� 280 g-os patkány
Kiindulási O2 felhasználás = 23 ml/perc/kg� 40% vérzés az O2 felhasználást 10 ml/perc/kg-val csökkenti� Vérzés alatt az O2 felhasználás = (23-10) 13 ml/perc/kg� Várhatóan túlélő
� 315 g-os patkány
Kiindulási O2 felhasználás = 15 ml/perc/kg� 40% vérzés az O2 felhasználást 10 ml/perc/kg-val csökkenti� A vérzés alatt az O2 felhasználás = (15-10) 5 ml/perc/kg� Várhatóan nem éli túl a vérzést
* Gainer JL et al. Hemorrhagic shock in rats. Lab Animal Sci 1995; 45(2): 169-172.
További tényezők - az anaesthesia hatása
TanulmányTanulmány Watts et al.Watts et al.11 Custalow et al.Custalow et al.22
AnesthetiAnestheticumcum(mg/kg)(mg/kg)
Éber*Éber* AltatottAltatott
KetKetaminamin// Xylazin (70/3Xylazin (70/3 mg/kg)mg/kg)
SúlySúly (g)(g) 300300--450450 350350--420420
MAP (HgMAP (Hgmmmm)) 40 40 ±± 0.80.8 38 38 ±± 11MAP (HgMAP (Hgmmmm)) 40 40 ±± 0.80.8 38 38 ±± 11
VértérfogatVértérfogat 15.5 15.5 ±± 0.60.6 14 14 ±± 0.40.4
LaLaktátktát 60’60’ 16 16 ±± 0.50.5 7 7 ±± 0.50.5
ArtArt.. pH 60’pH 60’ 7.09 7.09 ±± 0.040.04 7.27 7.27 ±± 0.020.02
* Éber vérzéses modellek csak szigorú feltételek mellett engedélyezhetők* Éber vérzéses modellek csak szigorú feltételek mellett engedélyezhetők1Watts, JA, et al. AJP 2001;281:G498-G5062Custalow, CB, et al., Shock 2001;15(3):231-238
TanulságokÉber vs altatott modellek összefoglalása
� Az anaesthesia jelentősen befolyásolja a központi idegrendszer által irányított autonóm reflexeket.
� Az anaesthesia általában jelentősen befolyásolja (deprimálja) a légzést.
� Bizonyos anaesthetikumok jelentősen befolyásolják (csökkentik) a gyulladást.
Ellenőrzött vs ellenőrizetlen vérzéses modellek összefoglalása
� Állandó nyomás és állandó térfogatú ”ellenőrzött” vérzéses modellekben a kiindulási artériás középnyomás értékekig történő újraélesztés adta a legjobb eredményt (jobb túlélés).
� 1990 évek: az „aggresszív” reszuszcitáció káros lehet, „ellenőrizetlen” vérzéses modellben a hipotenziv újraélesztés jobb eredményeket adott.
N.B. 1918:N.B. 1918: Cannon et al.Cannon et al.:: The preventive treatment of wound shock. J. Am. Med. Assoc. 1918;15:1392The preventive treatment of wound shock. J. Am. Med. Assoc. 1918;15:1392--1395.1395. ““If the pressure is If the pressure is
raised before the surgeon is ready to check the bleeding that may take place, blood that is sorely needed may be lostraised before the surgeon is ready to check the bleeding that may take place, blood that is sorely needed may be lost..
Tanulságok - a Nem szerepe� A legtöbb vizsgálatra hímeket használnak… Azonban:
� Alacsony tesztoszteron és magas ösztradiol védő hatású (és pl. kivédi az immunszuppressziót is (Angle, M.K. et al.: Effect of gender and sex
hormones on immune responses following shock. Shock 2000;14(2):81-90)
� Azóta védőhatást igazoltak (állatokban):� Ivartalanítás� Ivartalanítás� Estradiol� Flutamide (androgén receptor antagonista)� DHEA (ösztrogén agonista)� Etc. esetén
Tanulság: a ‘gyengébbik’ nem jobban tolerálja a traumás vérzést….
A vérzéses modellek tanulságai
�� A (pl. A (pl. 40 Hg40 Hgmmmm--es) középnyomás csökkenésre adott es) középnyomás csökkenésre adott reakció nem uniform (ld. testsúly…).reakció nem uniform (ld. testsúly…).
�� A nem és az altatás befolyásolja a kórlefolyást, a A nem és az altatás befolyásolja a kórlefolyást, a �� A nem és az altatás befolyásolja a kórlefolyást, a A nem és az altatás befolyásolja a kórlefolyást, a súlyosságot is…súlyosságot is…
�� AA vérvesztés (pl. vérvesztés (pl. 40 40 HHggmmmm--es MAP elérése) módja sem es MAP elérése) módja sem mellékes, és a nyomáscsökkenés sebessége is befolyásolja mellékes, és a nyomáscsökkenés sebessége is befolyásolja a vesztett vértérfogatot, különösen éber állapotbana vesztett vértérfogatot, különösen éber állapotban..
A tanulságok összefoglalása
� A hatékony kutatómunkához alapos tervezésre - és az állati modellek korlátainak ismeretére van szükség.
� Meg kell világosan határozni a célt és ezt sohasem szabad túlhaladni:
Élettani jelenség kutatása� Élettani jelenség kutatása� Kórélettani mechanizmus kutatása� Kórélettani változások befolyásolása� Kezelések (pre-klinikai) vizsgálata
A tanulságok összefoglalása
� Minden állatkísérletes vizsgálat legfontosabb eleme(eredményeit és következtetéseit leginkább befolyásolótényezője): a megfelelően tervezett modell.
� Az orvostudományi modellt mindig a klinikai valósághoz viszonyítva kell kialakítani
� Irreleváns, klinikailag nem megfelelő, alkalmatlan modellek→ elhibázott kísérletek → hibás klinikai vizsgálatok →hibás következtetések
Ajánlott irodalomGems of wisdom from Watson and his colleagues that should guide young scientists
in all fields on how to be the best that one can and how to learn from failures
1. Conventional wisdom is often wrong.2. Take real joy in the discoveries of others; what matters most is whether the result
is important.3. "Jim and Francis believed that in order to go fast, you must share information in
the expectation of learning things, rather than withhold it from fear of theft."4. Sometimes, "a beautiful insight could solve a jigsaw puzzle even when the best
solid evidence had been ignored."solid evidence had been ignored."5. There is value in scientific partnerships of equals.6. "Two people are better than one. Otherwise you get in a rut, you can get too fond
of your own ideas, you get the wrong idea, you can't get out of it."7. Young scientists who feel the need to assert their independence should not do it by
cloistering themselves.8. "Rosalind Franklin just needed a collaborator. She didn't have somebody to
break the pattern of her thinking."9. Above all, find the best mentor.
Judah Folkman: Watson and DNA: Making a Scientific Revolution. In Nature Medicine (April 2003)
top related