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研究对象的选择十分重要，对研究结果有着极为重要的影响。在医药科研中，研究对象主要有人、动物、植物及微生物等材料。在研究工作中，可以采用整体作为研究对象，即在完整的机体内进行实验（整体实验）；也可以采用器官、组织、细胞、亚细胞甚至于分子作为研究对象，即体外实验（离体实验）或者先体内后体外的实验（半体内实验），究竟在什么层次上进行科研，取决于科研工作的需要。
研究对象的确定主要取决于实验的目的。医学研究一般需要先进行动物实验，在确定无严重毒副作用且具有较好疗效和安全性的条件下，再进行以人为研究对象的临床试验。如某种治疗哮喘新药的药效学研究、作用机理研究、毒理研究应首选豚鼠、大鼠、家兔等进行动物实验，待研究结果证明药物安全，疗效确切的前提下再进行临床试验。
选择以人为研究对象时，具有可以排除种属差异、所获得的研究结果及所得的结论可直接应用于临床等优点。同时也应考虑其许多不足之处，例如：研究方法受到限制，不能随意施加处理因素；实验条件难以控制，因为研究者和病人两方面的主观因素所产生的偏倚难以避免；受心理、精神、社会和经济等多种因素的影响等。选择以人为研究对象时，不仅应考虑对其个人因素：如种族、性别、年龄、嗜好、生活习惯等进行筛选，还应对其职业、居住条件、家庭情况、心理状况等社会因素实施控制。如果是以研究临床参考值（正常值）的范围为实验目的，则应当选择健康人群作为研究对象，通常需要在不同性别与年龄间分别选择较多的健康人或“相对健康者”（未患有影响该指标的疾病和未患有重要脏器疾病的人）。如果研究某种药物的疗效或某种诊断方法的优劣应选择病人作为研究对象，并且需考虑病人的病种、病型、病期、病程、病情、诊断方法和诊断标准等因素，最基本的要求是正确诊断、正确分期及正确判断病情等。无论选择正常人或病人为研究对象，都需要结合具体情况，制定出相应的“纳入和排除标准”。如研究原发性急性痛风性关节炎时，“患者关节液中有特异性的尿酸盐结晶体”为纳入标准，“由肾功能衰竭、肿瘤化疗或放疗、药物等所致继发性痛风性关节炎者”为排除标准。
动物实验是一项重要的方法。常用的实验动物有：小鼠、大鼠、豚鼠、兔、狗、鱼、蛙、猴、猫、猪、鸡、牛、马、羊、猿等。在动物实验设计中，应根据实验目的和要求，结合动物的习性、解剖学、生理学及病理学特点等，参考已有的经验和资料，合理地选择动物种类。一般应遵循以下四个原则：第一，实验中应根据国家标准，选用质量合格的各等级实验动物。第二，选用解剖、生理特点符合实验目的要求的动物。例如，大鼠没有胆囊，不能做胆囊功能的研究，却适合胆管插管，从而收集胆汁，进行消化功能方面的研究；家兔颈部交感、迷走和减压神经各为独立神经，而狗则为混合神经，因此，要做这些神经的分析实验，应选择家兔比较合适。第三，选择与人类功能、代谢和疾病特点相似的实验动物。一般来说，实验动物越高等，进化程度越高，其功能、代谢、结构越复杂，其反应就越接近人类。有些动物的进化程度不一定很高，但某些组织器官的结构或疾病特点与人类相似，也可选用作为某种实验的实验动物。例如突变系SHR大鼠，其自发性高血压的变化与人类相似，并伴有高血压性心血管病变，如脑血栓、梗死、出血、肾动脉硬化等症状，是研究高血压病的最佳动物。第四，选择对实验因素、药理作用最敏感的动物。不同种系实验动物对同一因素的反应往往不同，应选用那些对实验因素、药理作用最敏感的动物。例如，家兔对体温变化十分灵敏，适合热原实验研究；鸽子、犬、猫呕吐反应敏感，适合做呕吐实验；草食动物如家兔、豚鼠不易产生呕吐，则不适用于呕吐实验。大鼠的踝关节对炎症十分敏感，适合做类风湿关节炎实验。豚鼠易于致敏，适用于过敏性实验研究，同时由于其体内不能合成维生素C，必须从食物中摄取，故做维生素C缺乏症的研究也非常适合。
另外，同一种类的动物其不同个体之间对某一处理因素的反应也有差别，因此，还要注意动物个体包括年龄、性别、窝别、体重、营养和健康状况等的选择。在实验动物的性别选择方面，有些实验雌雄均可；但有些实验对性别有特殊要求，只能选择雌性或雄性，如子宫内膜异位症模型的动物只能选择雌性动物。为了排除由于性别的不同对实验产生的影响，最好选用同一性别动物或每组动物雌雄各半。在年龄和体重的选择方面，一般来说，年幼动物比成年动物更为敏感，应根据研究任务的不同来选择适龄的动物。
用药物或取材作为研究对象时，要注意品种、批号、有效期、用量等因素的影响。用离体器官、活体组织、分泌物、体液等作为研究对象时，应考虑取材条件、部位、新鲜程度和保存、培养情况等。以细胞作为研究对象是现代医学科研的发展趋势之一，以微生物或细胞为实验对象时，应明确描述微生物或细胞的种、型、株、系及其来源，培养条件以及实验室条件等。
选择受试对象时应着重考虑下列基本条件：①敏感性：受试对象对被施加的处理因素应有较高的敏感性，容易显示效应；②稳定性：受试对象对被施加的处理因素的反应有较大的稳定性，以减少误差；③特异性：受试对象对被施加的处理因素应有较强的特异性，排除非处理因素干扰；④同质性：研究对象的种属、生物学特性及其他条件保持均衡；⑤依从性：受试对象接受处理因素的合作程度；⑥经济性：指受试对象易得，降低研究费用。其中敏感性、稳定性是研究对象必须同时满足的两个基本条件，作为研究对象必须对处理因素敏感，且反应必须稳定。
研究对象的纯化，即应考虑对象构成的均匀性，减少个体差异，提高样本的同质性。第一，研究对象的具体指标应是明确的，且不受其他因素的影响。如在临床科研中，要求研究对象的症状、体征、实验室检查结果具有典型性与代表性。第二，疾病病史明确（尤其是传染性疾病），符合流行病学规律（如某病的潜伏期、隐性感染，预防接种史等）。第三，疾病诊断与病情分级的标准务必按照有关规定，且表现具有典型性，非典型的特殊病例不宜作为受试对象。因为特殊病例提示机体或致病因素与一般病例存在差异。第四，研究对象要有可靠的依从性，中途不可间断。
不同性别与年龄的人，他们的激素、代谢与器官功能均有一定的差异，这些对许多疾病的疗效会有一定的影响。因此，实验组与对照组的性别和年龄要均衡。一般实验，首先选择成年人作为研究对象，在肯定疗效以后，再扩大到儿童与老年人。此外，生活习惯与个人嗜好也能对实验结果造成影响。例如：吸烟可使前列腺环素合成减少，明显影响治疗动脉粥样硬化与慢性阻塞性肺部疾患的效果。居住条件、家庭负担、饮食、环境、心理等诸多因素都会影响实验结果，因此，选择受试对象时必须控制影响研究对象实验效应的非被试因素。
不仅在临床试验中需要严格控制非被试因素，在动物实验中也需充分考虑对实验动物造成影响的非被试因素并加以控制。动物自身的窝别、性别、体重、年龄等，环境中的光照、温度、湿度、噪声、摄食、饮水等因素都应当尽可能控制，避免这些因素对科研结果造成影响。例如：豚鼠生存的最适温度在15～20℃之间，故应将之饲养于20℃的温度条件下，若饲养温度过高，动物为了维持正常体温，会增加散热，饲养温度过低，实验动物为了维持正常体温会增加产热，无论是散热还是产热都会造成动物代谢率升高。
在药物研究中，药物的种类、剂量、给药途径、服用时间等均应严格控制。
研究对象的依从性是指研究对象按预定计划接受处理因素的合作程度。研究对象如不能按照科研设计的要求，或部分按照科研设计的要求进行实验，那么得到的数据将会有很大的偏倚，使最终的研究结果不可靠或缺少价值。无论是动物实验还是临床试验中研究对象都有可能出现不同程度的不依从表现，绝对的依从只有在麻醉动物实验中才能做到。临床试验中依从程度与很多因素有关，一般情况下，研究对象是引起不依从的最主要因素。由于个体差异、受教育程度的不同等均可对依从性产生不同程度的影响。研究对象对实验过程的不了解，对药物疗效的不信任，药物的效果不明显，不良反应较多，方案设计不合理，给药方法不方便，每日须多次、多量服药等原因均可对依从性造成影响。例如每日用药的次数愈多，或疗程愈长，不依从的发生率也愈高。在研究过程中可采取相应措施提高研究对象的依从性，第一，在研究开始前，让研究对象对实验药物和治疗过程做到充分知情，增加研究对象完成该实验的信心。第二，优化设计方案，尽量选择简单、易行的研究方案和给药方法，使研究方案与研究对象的日常生活相适应。第三，研究过程中应该详尽地告诉研究对象有关服药注意事项、可能出现的药物不良反应以及药物合用时可能出现的变化等一切信息，并告知不良反应的处理办法。