2024年3月5日发(作者：)

实验性研究的实例

背景简介

2002 年我国居民营养与健康调查结果显示， 我国儿童青少年的视黄醇当量、维生素B1、维生素B2、钙、锌和硒的摄入量普遍偏低，且城乡营养状况存在较大差距。从另一方面，儿童青少年的超重现象越来越多，种种证据表明我国儿童青少年需要全面改善饮食结构，但由于受到经济条件限制和传统饮食文化的影响，在短时期内难以实现。对于那些营养不良或营养结构不合理的少年儿童，需要合理地补充多种微量营养素，对改善营养状况，满足生长发育的需求，提高运动耐力，有一定的现实意义。本研究选用特殊营养配方添加剂，通过动物实验观察其对缓解体力疲劳和改善学习记忆力能力的作用。

研究设计

一、研究对象 某品种雄性小鼠，体重14～18g、鼠龄4～5星期。

二、研究因素 随机分为四组：



对照组：仅定量喂养常规食物

低剂量组：在定量喂养常规食品基础上加喂10mg特殊营养配方添加剂

中剂量组：在定量喂养常规食品基础上加喂20mg特殊营养配方添加剂

高剂量组: 在定量喂养常规食品基础上加喂30mg特殊营养配方添加剂







三、效应指标：由于本研究目标是考察特殊营养配方添加剂能否缓解体力疲劳和改善学习记忆力能力的作用，所以对应共有两个主要效应指标，具体如下：

1. 缓解体力疲劳的有效性指标和测量方法：

负重游泳试验中的小鼠死亡时间。测量方法如下：将小鼠放入一个60 cm×60

cm×50 cm的无盖游泳箱，再服用食物1小时后，将在小鼠尾根部绑一个1g的铅条，然后置小鼠于游泳箱中游泳，水温(26±1)℃，记录每个小鼠自游泳开始至死亡的时间（s）。

2. 改善学习记忆力能力的有效性指标和测量方法：

建立为40 cm×24 cm×60 cm的电击逃避反应箱，用咖啡色绝缘板分隔成8间。底面铺以铜栅，间距为1cm，每间4根铜栅，共24根铜栅，并且24个铜栅依次从左到右编号（1，2，…，24），12根单号铜栅（1，3，…，21，23号铜栅）并联接电源的一端，12根双号的铜栅（2，4，…，24号铜栅）并联连接电源的另一端。在不通电的情况下，将小鼠放入小鼠跳台仪铜栅上，适应2分钟，然后让铜栅接通36 v 交流电（安全电压范围，小鼠只会遭受电击，但不会电击死亡），小鼠踩到任何两个相邻的铜栅都处于电击状况。反应箱中每间右后角置一高和直径均为5 cm 的绝缘平台。当小鼠遭受电击后跳到该绝缘平台时就可以避免电击（认为正确逃避行为）；当小鼠跳到另外两个相邻的铜栅时仍将遭受电击（认为错误逃避行为）。测量小鼠的记忆能力按下列步骤进行：

1)获得正确逃避的记忆能力：

将电击逃避反应箱处于不通电的情况下，将小鼠再次放入电击逃避反应箱铜栅上，适应3分钟，然后让铜栅通36 v 交流电，小鼠受到电击后开始逃避，直至小鼠进行正确逃避为止，并且重复三次将小鼠放入电击逃避反应箱铜栅上，每次把小鼠放入逃避反应箱的间隔休息时间为2小时，并且记录每次从放小鼠入逃避反应箱铜栅上到正确逃避电击过程中所发生错误逃避的次数，以此作为获得挫折记忆的能力。

2)记忆力消除的程度：

在对小鼠进行挫折记忆能力试验的第6天，重新把小鼠放入电击逃避反应箱铜栅上，适应1分钟，然后让铜栅通36 v 交流电，小鼠受到电击后开始逃避，记录从通电后直至小鼠进行正确逃避为止发生错误逃避的次数作为小鼠记忆力消除的程度评价。

四、样本量估计

1）4组的小鼠持续游泳到死亡的持续时间比较的样本量估计：

预试验结果揭示：对小鼠持续游泳到死亡的持续时间的资料取对数后，对照组的均数和标准差为6.700.29，低剂量组的均数和标准差为6.950.3,本研究的主要目的是考察喂服特殊营养配方添加剂能否缓解体力疲劳，所以最低目标

是考察低剂量组与对照组的差异，所以取分辨能力为6.956.70.25(s)，标准差估计取较大的一个标准差样本值 0.3,0.05，0.1，则Z0.05/21.96，Z0.11.28，因此每组样本量为

2(1.961.28)20.32n31

20.25 2)4组获得正确逃避的记忆能力的样本量估计

预试验结果为对照组小鼠发生错误逃避的平均次数和标准差为121.3，低剂量组小鼠发生错误逃避的平均次数和标准差为10.51.29，所以取分辨能力为1210.51.5，标准差估计取较大的一个标准差样本值1.3,

0.05，0.1，则Z0.05/21.96，Z0.11.28，因此每组样本量为

2(1.961.28)21.32n16

21.5五、统计分析

1)4组的小鼠持续游泳到死亡的持续时间比较的统计分析：

由于资料明显呈偏态分布，先试采用对数变换y1ln(y)，然后作方差分析。

Stata命令

gen y1=ln(y) 对资料进行对数变换

anova y1 group 计算残差e

predict e,residual

sktest e 对残差e作正态性检验

oneway y1 group, t b 对对数变换后的资料作方差分析

得到下列正态性检验的结果(取0.05)：

Skewness/Kurtosis tests for Normality

------- joint ------

Variable | Pr(Skewness) Pr(Kurtosis) adj chi2(2) Prob>chi2

-------------+-------------------------------------------------------

e | 0.794 0.894 0.09 0.9581

得到P值=0.9581，远远大于，可以按正态分布资料进行统计分析。

统计描述的结果如下

| Summary of y1

group | Mean Std. Dev. Freq.

------------+------------------------------------

1 | 6.591607 .27227662 31

2 | 6.947683 .2858588 31

3 | 7.2105773 .26392278 31

4 | 7.4128394 .30037595 31

------------+------------------------------------

Total | 7.0406767 .41496485 124

整理成下列表格

组别

对照组

低剂量组

中剂量组

高剂量组

样本量

31

31

31

31

取对数后的均数(几何均数)取对数后的标准差

6.592 (728.9514) 0.272

6.948 (1040.736) 0.286

7.211 (1353.673) 0.264

7.413 (1657.125) 0.300

方差分析（＝0.05）和方差齐性检验（＝0.10）的结果如下

Analysis of Variance

Source SS df MS F Prob > F

------------------------------------------------------------------------

Between groups 11.7081639 3 3.90272131 49.44 0.0000

Within groups 9.47192276 120 .07893269

------------------------------------------------------------------------

Total 21.1800867 123 .172195827

Bartlett's test for equal variances: chi2(3) = 0.5736 Prob>chi2 = 0.902

方差齐性检验的P值＝0.902，远远大于＝0.10，因此可以按方差齐性，残差正态分布的资料进行统计分析。

方差分析的P<0.0001（Stata输出结果为P= 0.0000，由于计算机存在小数点的截尾误差，所以记为P<0.0001），说明4组均数比较的结果表明：差异有统计学意义，可以认为4组资料所对应的总体均数不全相同，需要进一步作两两比较，采用Bonferroni方法进行两两比较，0.05结果如下：

Comparison of y1 by group

(Bonferroni)

Row Mean-|

Col Mean | 1 2 3

---------+---------------------------------

2 | .356076

| 0.000

|

3 | .61897 .262894

| 0.000 0.002

|

4 | .821232 .465156 .202262

| 0.000 0.000 0.032

两两比较的结果表明：两两比较的Bonferroni的P均小于0.05，组间的差异均有统计学意义，可以推断：喂服特殊营养配方添加剂的小鼠的持续游泳到死亡的平均时间均大于未喂服特殊营养配方添加剂的小鼠，喂服高剂量的小鼠的持续游泳到死亡的平均时间最长，喂服中剂量的小鼠的持续游泳到死亡的平均时间低于喂服高剂量的小鼠，但高于喂服低剂量的小鼠，故可以认为喂服特殊营养配方添加剂的小鼠的持续游泳到死亡的时间与喂服剂量之间存在剂量效应关系。

2)4组小鼠获得正确逃避的记忆能力的比较统计分析

anova y group 计算残差e

predict e,residual

sktest e 对残差e作正态性检验

oneway y group, t b 对资料作方差分析

残差的正态性检验结果(取0.05)

Skewness/Kurtosis tests for Normality

------- joint ------

Variable | Pr(Skewness) Pr(Kurtosis) adj chi2(2) Prob>chi2

-------------+-------------------------------------------------------

e | 1.000 0.226 1.52 0.4668

得到P值=0.4668，远远大于，可以按正态分布资料进行统计分析。

统计描述的结果如下

| Summary of y

group | Mean Std. Dev. Freq.

------------+------------------------------------

1 | 11.4375 1.3149778 16

2 | 10.125 1.2583057 16

3 | 6.3125 1.4008926 16

4 | 5.5625 1.3149778 16

------------+------------------------------------

Total | 8.359375 2.8136131 64

统计描述的结果整理

组别

对照组

低剂量组

中剂量组

高剂量组

方差分析（＝0.05）和方差齐性检验（＝0.10）的结果如下

样本量

16

16

16

16

均数标准差

11.441.31

10.131.26

6.31 1.40

5.56 1.31

Analysis of Variance

Source SS df MS F Prob > F

------------------------------------------------------------------------

Between groups 393.671875 3 131.223958 74.94 0.0000

Within groups 105.0625 60 1.75104167

------------------------------------------------------------------------

Total 498.734375 63 7.91641865

Bartlett's test for equal variances: chi2(3) = 0.1724 Prob>chi2 = 0.982

方差齐性检验的P值＝0.982，远远大于＝0.10，因此可以按方差齐性，残差正态分布的资料进行统计分析。

方差分析的P<0.0001，说明4组均数比较的结果表明：差异有统计学意义，可以认为4组资料所对应的总体均数不全相同，需要进一步作两两比较，采用Bonferroni方法进行两两比较，0.05结果如下：

Comparison of y by group

(Bonferroni)

Row Mean-|

Col Mean | 1 2 3

---------+---------------------------------

2 | -1.3125

| 0.041

|

3 | -5.125 -3.8125

| 0.000 0.000

|

4 | -5.875 -4.5625 -.75

| 0.000 0.000 0.685

两两比较的结果表明：喂服特殊营养配方添加剂的三个试验组小鼠发生错误逃避的平均次数均低于对照组，Bonferroni的P均小于0.05，差异有统计学意义，中剂量组小鼠发生错误逃避的平均次数均低于低剂量组，Bonferroni的P小于0.05，差异也有统计学意义，但中剂量组与高剂量组的小鼠发生错误逃避的平均次数的差异无统计学意义，Bonferroni的P大于0.05。说明：喂服特殊营养配方添加剂可以使小鼠更容易获得正确逃避的记忆能力。

3)4组小鼠获得正确逃避的记忆能力的比较统计分析

anova y group

predict e,residual

计算残差e

sktest e 对残差e作正态性检验

oneway y group, t b 对资料作方差分析

残差的正态性检验结果(取0.05)

Skewness/Kurtosis tests for Normality

------- joint ------

Variable | Pr(Skewness) Pr(Kurtosis) adj chi2(2) Prob>chi2

-------------+-------------------------------------------------------

e | 0.704 0.948 0.15 0.9286

得到P值=0.9286，远远大于，可以按正态分布资料进行统计分析。

统计描述的结果如下

| Summary of y

group | Mean Std. Dev. Freq.

------------+------------------------------------

1 | 4.5625 1.0307764 16

2 | 2.625 .95742711 16

3 | 2.25 1.0645813 16

4 | 1.9375 1.0626225 16

------------+------------------------------------

Total | 2.84375 1.4389011 64

统计描述的结果整理

组别

对照组

低剂量组

中剂量组

高剂量组

样本量

16

16

16

16

均数标准差

4.56 1.03

2.630.96

2.25 1.06

1.94 1.06

方差分析（＝0.05）和方差齐性检验（＝0.10）的结果如下

Analysis of Variance

Source SS df MS F Prob > F

------------------------------------------------------------------------

Between groups 66.8125 3 22.2708333 21.00 0.0000

Within groups 63.625 60 1.06041667

------------------------------------------------------------------------

Total 130.4375 63 2.07043651

Bartlett's test for equal variances: chi2(3) = 0.2100 Prob>chi2 = 0.976

方差齐性检验的P值＝0.976，远远小于＝0.10，因此可以按方差齐性，残差正态分布的资料进行统计分析。

方差分析的P<0.0001，说明4组均数比较的结果表明：差异有统计学意义，可以认为4组资料所对应的总体均数不全相同，需要进一步作两两比较，采用Bonferroni方法进行两两比较，0.05结果如下：

Comparison of y by group

(Bonferroni)

Row Mean-|

Col Mean | 1 2 3

---------+---------------------------------

2 | -1.9375

| 0.000

|

3 | -2.3125 -.375

| 0.000 1.000

|

4 | -2.625 -.6875 -.3125

| 0.000 0.383 1.000

两两比较的结果表明：喂服特殊营养配方添加剂的三个试验组小鼠发生错误逃避的平均次数均低于对照组，Bonferroni的P均小于0.05，差异有统计学意义，但喂服特殊营养配方添加剂的三个试验组之间的小鼠发生错误逃避的平均次数差异无统计学意义，Bonferroni的P均大于0.05。说明：喂服特殊营养配方添加剂可以使小鼠更容易恢复记忆的能力，但无剂量效应关系。

附录

小鼠的持续游泳到死亡的记录数据

对照组

529

820

767

796

848

507

804

462

577

771

608

1196

615

515

685

877

低剂量组

1282

1910

880

1167

744

1404

1178

734

979

1437

1422

908

749

1058

1162

783

中剂量组

1125

1320

2231

1089

2050

2553

1947

1090

1083

1185

1551

1122

1706

1533

1452

915

高剂量组

2306

2273

1928

1753

1472

1808

1485

1236

1372

1130

2182

1824

2890

1652

2055

2308

766

1032

603

441

694

1076

747

992

1033

713

692

1069

458

842

871

小鼠的持续游泳到死亡的记录数据的Stata数据格式

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

group

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

y

529

820

767

796

848

507

804

462

766

1032

603

441

694

1076

747

992

577

771

608

1196

615

515

685

877

1033

713

692

1069

458

842

871

758

1970

866

905

818

1356

993

1000

874

641

825

929

1209

1598

1084

936

1288

849

1830

1317

1413

1274

1193

1469

1670

1154

1108

1384

1547

1079

1826

1496

766

2317

1840

1275

1816

1476

776

1623

2226

1780

1827

1579

1189

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

1282

880

744

1178

979

1422

749

1162

758

1970

866

905

818

1356

993

1000

1910

1167

1404

734

1437

908

1058

783

874

641

825

929

1209

1598

1084

1125

2231

2050

1947

1083

1551

1706

1452

936

1288

849

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

1830

1317

1413

1274

1193

1320

1089

2553

1090

1185

1122

1533

915

1469

1670

1154

1108

1384

1547

1079

2306

1928

1472

1485

1372

2182

2890

2055

1826

1496

766

2317

1840

1275

1816

1476

2273

1753

1808

1236

1130

1824

116

117

118

119

120

121

122

123

124

4

4

4

4

4

4

4

4

4

1652

2308

776

1623

2226

1780

1827

1579

1189

获得挫折记忆的能力试验中，小鼠发生错误逃避的次数的资料

对照组 低剂量组 中剂量组 高剂量组

10

9

5

6

12

10

5

7

12

9

7

4

12

12

6

7

12

9

8

5

10

8

5

6

12

10

7

4

9

11

5

5

12

11

9

3

13

10

5

5

11

10

6

5

9

12

5

6

11

8

7

7

13

11

6

6

12

11

6

5

13

11

9

8

Stata数据格式

group

y

1

1

10

2

1

12

3

1

12

4

1

12

5

1

12

6

1

10

7

1

12

8

1

9

9

1

12

10

1

13

11

1

11

12

1

9

13

1

11

14

1

13

15

16

17

18

19

20

21

22

23

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5

8

小鼠记忆力消除的程度评价试验的小鼠发生错误逃避的次数的资料

对照组 低剂量组 中剂量组 高剂量组

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2

Stata数据格式

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