来源:Kay Stewart,RVT,RLATG,CMAR;Valerie A. Schroeder,RVT,RLATG。美国印第安纳州圣母大学
许多动物实验依赖于通过采集和检测器官与组织获得的最终数据时间点。器官和组织采集方法的适当性会影响样本质量以及组织检测所得数据的分析结果。动物的安乐死方法也…
此处描述的所有动物实验操作必须遵循机构动物伦理指南,并经IACUC批准。所有操作须遵守3R原则——替代(Replacement)、减少(Reduction)和优化(Refinement),且必须由经过培训的人员执行。
1. 外部检查
尸体剖检的初始步骤应进行全身外部宏观检查,包括肉眼观察身体是否存在病灶和肿块。应检查被毛是否有脱毛区域。评估牙齿和指甲是否存在过度生长或磨损。应注意口部、鼻孔、眼睛、肛门和生殖器开口处被毛是否有任何染色。应进行胶带检测、皮肤刮片和毛皮检查,以检测体外寄生虫(见下文操作步骤)。
2. 腹腔内部大体检查
3. 腹腔器官
4. 胸腔
5. 头部
关键术语与定义
小鼠和大鼠最常用的安乐死方法是过量吸入二氧化碳(CO2)气体。根据美国兽医协会(AVMA)的规定,使用CO2是可接受的,但必须满足能够最小化动物厌恶感和痛苦的条件。动物应保留在其原饲养笼中,然后将整个笼子放入安乐死舱内。以每分钟10%至30%舱体体积的置换速率逐步引入CO2,使动物在因碳酸激活伤害性感受器而产生疼痛之前失去意识。一旦呼吸停止,应继续维持CO2气流一段时间,以确保动物确实死亡。过量吸入性麻醉剂也可用于安乐死,尤其适用于需要使用肺组织的研究项目,因为CO2会对肺组织造成损伤。某些实验还可能需要进行放血(exsanguination),以减少组织中的血液体积。
在尸体剖检过程中,准确记录所有观察结果至关重要。应填写一份记录动物完整信息的表格,包括动物编号、性别、饲养条件、出生日期、死亡日期、研究编号/方案编号以及项目负责人(Principle Investigator)的姓名。当暴露体腔以显露内部器官时,需进行肉眼可见的大体内部检查。任何明显的异常均应予以记录。
动物安乐死后应立即开始尸体剖检和组织采集,因为肠道细菌可能迅速渗漏,干扰某些检测结果。内部器官的检查应从腹腔开始,逐步转向胸腔。在取样任何组织前,必须先对器官进行原位观察。用于组织学检查的器官和组织采集需要对样本进行适当处理。组织学样本的厚度应为0.5–1 cm,以确保固定液能够充分渗透。固定的作用是保存生物组织,防止腐败、自溶和分解;同时终止所有持续进行的生化反应,并可能增强处理后组织的机械强度或稳定性。组织固定的主要目标是保存细胞和组织结构,以便制备出可用于染色的薄切片。除非另有说明,最常用的固定液为10%中性缓冲福尔马林。即用型10%中性缓冲福尔马林可由主要供应商商业化获得。

图1. 雌性大鼠的腹部和胸腔器官。

图 2. 雄性大鼠的腹部和胸腔器官。
本视频将帮助您解答的问题
许多研究项目的最后一步是对实验动物进行解剖。通过对体表和内部结构进行详细观察,并采集组织以供进一步分析,可获得大量科研数据。正确掌握组织取材和保存技术,并使用适当的固定液,对于准确解读研究结果至关重要。
尸体解剖和组织采集是实验室实验中用于收集和分析死后组织的关键技术。
本视频概述了从啮齿类动物中进行腹部、生殖系统和胸腔器官的解剖与提取方法。
当类器官芯片系统、类器官或计算机模型等新型替代方法(NAMs)无法捕捉全身效应(如转移、长期毒性或意外死亡原因)时,需采用尸体解剖。
首先,记录动物的完整信息,包括编号、性别、饲养条件、出生日期、死亡日期、研究/实验方案编号以及主要研究者姓名。
穿戴适当的个人防护装备,包括手套、实验服和眼部防护装置。然后准备解剖区域,在托盘中摆放必要的器械,如剪刀、镊子、手术刀、骨剪、钝头探针、刮匙和缝合材料。
对于组织学检查,采集的组织必须保存在合适的固定液中。
除非另有说明,最常用的固定液为10%中性缓冲福尔马林。需注意,组织样本厚度应约为 0.5–1 cm,以确保固定液充分渗透。福尔马林应在通风良好的环境中操作,例如在适当的排风系统下进行,以保障操作人员安全。
固定可防止组织腐败、自溶和腐烂,终止正在进行的生化反应,并可能增强处理组织的机械强度和稳定性。
在进行尸体解剖前,动物应已被实施安乐死。请注意,安乐死应在预设的人道终点(如显著体重下降、活动能力降低或严重临床症状)时执行,以根据批准的方案最大限度减少疼痛和痛苦。
安乐死方式会影响样本质量。二氧化碳常被使用,并通过逐步置换以减少动物痛苦。
此过程使动物在因碳酸激活伤害性感受器而感知疼痛之前失去意识。气流应持续至呼吸停止,表现为胸廓运动完全消失。
通过检查反射(如足底回缩反射)缺失来确认死亡。
随后采用二次方法(如颈椎脱位或双侧开胸术),并通过确认无呼吸和无心跳进一步验证死亡。
然后将已安乐死的动物置于解剖台面上以供检查。
进行初步外部检查,目视观察尸体是否存在病变、肿块、牙齿过度生长,或口、鼻、耳、眼及肛门和生殖器开口处毛发染色,这些可能提示潜在疾病、感染或异常生理状态。
如有需要,可进行胶带测试、皮肤刮片检查和皮张检查,以检测体外寄生虫,这些寄生虫可能导致疾病或影响研究结果。
完成外部检查后,使用大头针将动物固定于仰卧位,以便在解剖过程中稳定身体。
若需无菌采集组织,所有解剖和组织操作应在生物安全柜或适当的通风罩内进行,以维持无菌状态。
为切除皮肤,雌性动物在骨盆前方稍作切口,雄性则在包皮上方切开。随后使用钝性分离法将皮肤从筋膜和肌肉上松解。
钝性分离是一种解剖技术,通过分离组织并暴露深层结构而不进行切割。在此技术中,剪刀用于撑开而非剪切组织。
闭合的剪刀尖端插入组织后张开,沿自然解剖平面分开组织。该过程需要耐心和轻柔操作,因为拉伸组织可能损伤邻近器官和血管。然后将切口延伸至下颌。
接下来,在后肢前方和前肢后方做横向切口,并使用钝性分离暴露颈部和胸部区域。操作时应格外小心,避免损伤颈部的颈静脉和颈动脉。
请注意,在取样任何组织之前,应先原位观察器官,识别是否存在异常液体积聚或位置偏移。
在雌性动物中,皮肤切除后,观察位于胸骨柄至腹侧生殖器开口之间的乳腺组织,该组织向两侧延伸。
哺乳期或妊娠期雌性动物的乳腺组织体积会增大,并可能含有乳汁。切除乳腺时,用镊子夹住组织边缘,通过钝性分离松解其与皮肤的连接。分离后,可将腺体放入固定液中,用于后续组织学分析。
此时还可观察到位于下颌骨、沿颈部延伸至胸骨柄的成对下颌下唾液腺。
摘除这些腺体需使用钝性分离,并在颈部区域操作时格外小心,以防血管破裂。一旦从下方肌肉分离,抬起腺体并切断残余连接。对于较大标本(如大鼠),腺体可能需要至少一次切开,以便固定液充分渗透。
此外,可见从会厌延伸至支气管分叉处的气管。气管为半刚性软骨管,通常透明。但使用CO₂安乐死后,肺部和气管内可能出现类似泡沫状透明液体的积液。此区域还可见皮下脂肪,应评估其数量和分布情况。肥胖动物可能含有大量脂肪,皮肤触感增厚。
在打开体腔前,观察腹部、肋间及暴露的颈部肌肉和四肢是否存在增厚、肿块或变色,这些可能提示潜在病理变化。为打开体腔,首先在暴露的腹肌最尾端做一小段横向切口。然后将肌肉从器官上掀起,沿腹白线切至剑突。
接着,从正中线向两侧解剖肌肉,直至后肢上方。最后,沿两侧肋骨曲线切开。
体腔打开后,评估腹腔脂肪的数量和分布。健康动物应具有腹脂垫,并在体腔背侧有一定脂肪沉积。观察该组织的颜色并记录任何异常。
现在可开始采集腹部器官。首先定位脾脏,其呈深红色,位于胃的下缘弯曲处。脾脏应形态均匀、颜色深红,表面光滑至略呈哑光;任何不规则均可能提示病理改变。轻轻提起脾脏,剪断其与胃的连接以取出。
胃位于食管远端,外观呈双色,反映其肌部和腺部区域。触诊评估食物存在情况;空胃可能提示疾病或近期禁食。切勿切开胃,因其内容物可能污染腹腔。
小肠位于胃的远端和下方。小肠分为三个不同节段。
首先是十二指肠——从胃后端幽门括约肌至空肠起始处的较短部分。胆管在此处汇入,胰腺组织也更牢固地附着于此段小肠。
空肠位于中部。派尔集合淋巴结(由淋巴组织构成的小椭圆区域)可在空肠和回肠表面观察到。
回肠是小肠最长的部分,终止于盲肠,盲肠位于小肠与大肠交界处。盲肠通常柔软,颜色可能呈绿色,取决于内容物。
大肠从盲肠延续至肛门。因其管腔内可见粪便颗粒,易于识别。
小肠和大肠通过肠系膜固定于体内,肠系膜是一种含有血管、脂肪和淋巴结的膜状结构。在移除肠道前,应检查其是否存在肿大淋巴结或肿块。
胰腺是位于胃后方的弥散性器官,呈浅棕至灰色,由多个边缘不规则的小叶组成。采集胰腺时,夹住器官并轻轻从周围肠系膜组织中剥离。此操作必须在移除肠道前完成。
为将整个消化道作为整体取出(从胃至肛门),首先在直肠处结扎,然后在肛门前稍作切口切断大肠。
接着在食管与胃交界处结扎,随后抬起整个肠道,切断所有膜性连接。整个消化道可从肠系膜分离,切成若干段后固定。
总体上,检查胰腺和肠道是否存在大小、颜色、质地或内容物的变化,这些可能提示炎症、梗阻、感染或其他病理改变。
肾脏为成对器官,紧贴背部肌肉,大小相近,呈深红棕色,表面光滑。肾前方紧邻肾上腺,呈淡色至淡黄色小结节。
摘除肾脏时,用镊子分离器官并剪断其与输尿管的连接。随后可剥除外层坚韧包膜以观察表面。
将一个肾脏沿长轴纵向切开,另一个肾脏做横向切开。内部出现颗粒物可能提示晶体或矿物质沉积。
最后摘除肝脏,其呈深红色,边缘光滑,边界清晰。操作时应格外小心,因肝脏质地脆弱。任何完整性破坏均会导致血液流入体腔,遮蔽其他器官。颜色、大小或质地的改变可能提示肝病。需注意,小鼠具有胆囊,而大鼠则无。
摘除肝脏时,首先轻轻将肝叶从膈肌分离,并在结构前方切断血管。接着将肝脏向膈肌方向翻转,夹住连接所有肝叶的纤维中央结节。最后,在切断与肠道和胃的所有连接的同时提起器官。
接下来检查生殖器官。雌性生殖系统包括子宫和卵巢。子宫为短Y形结构,两角向两侧延伸,末端连接输卵管和卵巢——卵巢位于肾脏下方。由于卵泡处于不同成熟阶段,卵巢表面呈粗糙状。
摘除卵巢时,从前侧剪断动脉连接,从后侧剪断输卵管。摘除子宫时,轻轻夹住并从宫颈下方剪断。剪断后提起子宫及其角,破坏体腔内的所有连接。
在雄性动物中,还可观察到位于包皮前方的包皮腺。其体积较大,呈灰至淡黄色,外观泡沫状。这些腺体的摘除和固定方法与下颌下腺类似。
此外,雄性生殖系统包括精囊、前列腺和睾丸。精囊为白色、"羊角状"结构,位于膀胱前方,并在前列腺处中线附着。
前列腺通常呈浅棕色,环绕膀胱基部。为观察睾丸,夹住下腹部的腹脂垫并向前牵拉,可将睾丸从阴囊拉出以便检查。其表面应光滑,可见细微血管分布。
附睾位于睾丸下缘,向上逐渐变细。输精管连接附睾末端并延伸回前列腺。
摘除睾丸时,剪断其在阴囊处的连接并切断输精管。摘除前列腺和精囊时,夹住膀胱基部并提起,同时切断前列腺下方的连接。
总体上,检查生殖器官是否存在大小、对称性、颜色或质地的变化,这些可能提示疾病或功能障碍。
接下来进入胸腔以暴露重要结构。从肋骨附着处移除膈肌。随后在两侧沿肋骨侧方切开至胸骨柄顶端,再将骨骼向前翻折,以观察胸腔器官。
肺通常呈鲜粉色,质地疏松,表面光滑。但使用CO₂安乐死后,可能引起肺出血,导致肺表面出现深红色斑块。
心脏呈深红色,心室肌肉发达,触感坚实。心房颜色更深,位于心室上方,肌肉较少,外观松弛。心脏由一层称为心包囊的薄而透明的膜包裹。
胸腺位于心脏前方,覆盖气管。其质地应光滑。气管如前所述可见,食管为极细管道,位于气管正后方、心脏后方,并穿过膈肌通向胃。
为取出胸腔器官,首先在胸腺上方夹住气管,并在镊子前方做垂直切口。保持夹持状态下,向尾侧提起气管,并剪断肺与肋骨内侧脊柱面的连接。可能需要切断食管,以便将心脏和肺完整从胸腔取出。
心脏取出后,用生理盐水冲洗以去除残留血液和血块,或通过主动脉注入固定液。肺切除后,在气管周围放置松结。
接着,将连接注射器的针头插入气管腔内,并收紧结扎线。然后缓慢通过气管注入固定液,直至肺被轻柔充盈但不过度扩张。此步骤至关重要,可防止肺泡塌陷,确保准确的组织学评估。最后拔出针头并进一步收紧结扎线以防泄漏。
通常,应对所有器官在原位及切除后进行全面检查,任何异常均可能提示潜在病理变化。
按照机构和监管机构批准的生物废弃物处理指南处置尸体。
掌握啮齿类动物尸体解剖和组织采集知识后,我们来看一些当前涉及这些操作的实验室实验。
诊断性尸体解剖是癌症转移实验中的常见终点。在此示例中,研究人员将癌细胞注射至啮齿类动物脾脏。三十至六十天后进行尸体解剖,发现显著的肝转移灶。
组织提取后常进行组织学分析,有助于研究样本的微观解剖结构。通过遵循组织固定、包埋、切片和染色的流程,研究人员能够研究这些器官的微观结构,并在原子水平揭示基因或药物干预的影响。
您刚刚观看了JoVE关于实验动物诊断性尸体解剖和组织采集步骤的视频。正确使用器官摘除和保存技术至关重要,以确保提取过程不会影响所收集数据的解读。
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Q1: Why is necropsy necessary when alternative research methods are available?
Necropsy is essential when new approach methodologies like organ-on-chip systems, organoids, and in silico models cannot capture whole-body effects such as metastasis, long-term toxicity, or causes of unexpected death. These alternatives lack the complexity to replicate systemic interactions, making necropsy critical for comprehensive postmortem analysis and understanding disease progression in living organisms.
Q2: What is the purpose of using 10% neutral buffered formalin in tissue preservation?
Neutral buffered formalin is the standard fixative used to preserve collected tissues for histological examination. It prevents tissue decay, autolysis, and putrefaction while stopping ongoing biochemical reactions and increasing mechanical strength and stability. Proper fixation is critical because tissue samples must be approximately 0.5-1 cm thick to allow sufficient penetration of the fixative solution.
Q3: How does the euthanasia method impact tissue quality in necropsy procedures?
The euthanasia method significantly affects sample quality. Carbon dioxide is commonly used because it causes animals to lose consciousness before pain perception, minimizing distress. However, CO2 euthanasia can cause fluid accumulation in lungs and trachea, appearing as frothy clear fluid, and may result in pulmonary hemorrhages visible as dark red splotches on lung surfaces, affecting histological interpretation.
Q4: What is blunt dissection and why is it important during necropsy?
Blunt dissection is a technique where scissors are used to spread tissues rather than cut them, with closed tips pushed into tissue and then opened to split along natural planes. This method requires patience and a delicate touch because it separates structures without cutting, preventing damage to adjacent organs and blood vessels that could compromise sample integrity and obscure pathological findings.
Q5: What organs should be examined in the abdominal cavity during necropsy?
Key abdominal organs include the spleen, stomach, small intestines (duodenum, jejunum, ileum), large intestine, cecum, pancreas, kidneys, and liver. Each organ requires careful observation for abnormalities in size, color, texture, or contents. The mesentery anchoring intestines should be examined for enlarged lymph nodes and masses. Changes in these organs may indicate inflammation, obstruction, infection, or other pathology affecting study results.
Q6: How are reproductive organs harvested differently in male and female rodents?
In females, the Y-shaped uterus with extending horns and ovaries located below kidneys are removed by cutting arterial attachments and the fallopian tube. In males, the seminal vesicles, prostate gland, and testes are harvested by grasping abdominal fat pads to expose testes, then cutting scrotal attachments and the vas deferens. Both require careful examination for changes in size, symmetry, color, or texture indicating disease.
Q7: What special technique is required when removing and preserving lungs during necropsy?
After lung excision, a loose ligature is placed around the trachea. A needle attached to a syringe containing fixative is threaded into the trachea lumen, the ligature is tightened, and fixative is slowly injected until lungs are gently inflated without overdistension. This crucial step prevents alveolar collapse and allows accurate histological assessment of lung tissue structure and pathology.