獸用抗菌藥物的肺部藥動學研究進展

李先強(塔里木大學 動物科學學院，新疆阿拉爾 843300；新疆生產建設兵團塔里木畜禽科技重點實驗室，新疆阿拉爾 843300)

獸用抗菌藥物的肺部藥動學研究進展

李先強
(塔里木大學 動物科學學院，新疆阿拉爾 843300；新疆生產建設兵團塔里木畜禽科技重點實驗室，新疆阿拉爾 843300)

肺部藥動學是基于肺部藥物濃度來描述或預測藥物在肺部隨時間變化規律的一項新興研究手段，也是臨床防治呼吸道疾病藥物制定合理給藥方案的重要依據。近年來，國內外關于動物的肺部采樣手段以及藥物分析技術日趨成熟，使得獸用抗菌藥物的肺部藥動學研究正成為獸醫藥理學中的研究熱點。論文綜述了目前獸藥肺部藥動學研究中的肺部采樣手段、動物麻醉方法、藥物提取手段以及肺泡液中藥物分析技術等研究概況，旨在使獸用抗菌藥物的肺部藥動學研究技術能更好的應用于如藥動學—藥效學結合模型、折點分析及制定給藥方案等獸藥研究領域中。

獸藥；肺部采樣；藥物分析；肺部藥動學；給藥方案

獸藥的藥動學研究是獸醫藥理學中的一個重要研究項目，探索給藥后藥物濃度隨時間變化規律，反映機體對藥物的處置過程，包括吸收、分布、生物轉化和排泄4個方面。相關藥動學參數對臨床制定給藥方案、降低耐藥風險、預測不良反應、分析臨床藥效等具有重要意義[1]。呼吸道細菌感染性疾病是目前養殖業中最常見的一種傳染性疾病，已逐漸成為限制養殖業高效快速發展的最大障礙，而對治療呼吸道疾病藥物的傳統藥動學研究都是基于血藥濃度擬合藥時曲線和藥動學參數等，并沒有檢測和分析肺部組織的藥物濃度，這顯然是不能滿足研究要求的[2]。隨著藥物分析儀器如液相色譜儀、質譜儀、氣相質譜聯用儀等檢測限和靈敏度的提升，以及肺部采樣手段如微量探針、肺泡液抽取儀、支氣管鏡等的逐漸成熟和應用，使得肺部藥物學研究正成為一項熱點研究[2-3]，尤其對大環類脂類藥物。本文首先從肺部細菌感染性疾病的臨床特征及治療該病的藥物特點分析肺部藥動學研究的優勢和意義，其次通過文獻調研結合在研項目試驗過程中遇到的一些問題綜述目前抗菌藥物肺部藥動學研究進展，最后對肺部藥動學研究在藥動學—藥效學結合模型、折點分析及制定給藥方案中的應用進行展望。

1 肺部藥動學研究的重要意義

細菌性呼吸道疾病是目前養殖業中的一種重要傳染性疾病，臨床表現主要有呼吸系統障礙、死亡率高、飼料報酬降低、治療成本增加等。其主要的感染性細菌有鏈球菌、巴氏桿菌、胸膜肺炎桿菌、波氏桿菌等，且常表現為繼發感染和混合感染，造成嚴重的經濟損失[4]。目前，治療該疾病的藥物主要有能在肺部蓄積的大環類脂類如替米考星，以及肺部藥物濃度較高的達氟沙星、氟苯尼考、頭孢類等。傳統的關于上述藥物藥動學研究都是基于血藥濃度來分析的，這主要有如下兩個弊端：一是呼吸道感染性疾病的致病菌如豬鏈球菌早期大多定植在上呼吸道如扁桃體等[5]，并沒有隨血液傳播到全身各處，這就導致按照血藥濃度來分析該疾病的防治效果是不準確的。二是很多相關研究表明肺部藥物濃度并不等于血藥濃度，尤其是大環類脂類藥物，如替米考星[6]、氟苯尼考[2]、達氟沙星[7]等藥物的肺部藥物濃度明顯高于血藥濃度數倍甚至數十倍，這就導致基于血藥濃度擬合相關藥學指標的嚴重不準確，如按血藥濃度制定的給藥劑量過高等[6]。另外，研究也表明呼吸道疾病藥物的臨床耐藥主要是由頻繁大劑量使用導致的[8]，如基于肺部藥動學參數以及藥動學—藥效學模型制定科學合理的和較低的給藥劑量對降低呼吸道疾病防治藥物的耐藥風險具有重要意義[1]。此外，針對肺部藥物濃度研究也可更好地將藥理學與病理學、微生物學及免疫學等學科緊密聯系起來，以更好地發揮獸醫藥理學的橋梁作用。

2 肺部藥動學研究方法

2.1 麻醉方案

肺部藥動學研究的技術難點主要集中在肺部采樣上，尤其是大動物，像小白鼠或雞等可通過宰殺取肺組織研磨分析藥物濃度，而像豬、牛馬等大動物通過宰殺會造成巨大的資源浪費。這就需要活體采樣，而活體肺部采樣首要面臨的問題就是麻醉，麻醉的成功與否將直接關系到試驗能否順利進行。如果麻醉藥品選取不當或麻醉劑量不合理，動物反復掙扎導致無法采樣，而麻醉過深將可能直接引起試驗動物的死亡。另外，全身麻醉狀態下機體對藥物的處置過程是否會受到影響也是需要進一步驗證，可基于血藥濃度分析機體未給麻醉藥與麻醉狀態下對藥物處置過程的差異即可。

目前，臨床上較為常用的麻醉藥物有戊巴比妥類、硫噴妥鈉、水合氯醛、丙泊酚、阿扎哌隆、速眠新、氯胺酮等。筆者前期針對仔豬的麻醉進行大量的預試驗并摸索出一套合理的麻醉方案為鹽酸氯胺酮注射液與丙泊酚注射液聯用，具體使用方案如下：在每個時間點前10～15 min肌肉注射適量的鹽酸氯胺酮注射液，待動物出現淺麻醉狀態進行靜脈推注丙泊酚注射液直至采樣完成。本麻醉方案的最大優點在于麻醉時間短，僅為0.5 h 左右，可將麻醉影響降到最低；麻醉效果好且麻醉劑量可通過丙泊酚注射液的推注速度直接得到控制。

2.2 肺細胞外液的獸藥蓄積

長期以來關于獸用抗菌藥的給藥劑量擬合等指標均是基于血藥濃度，而臨床出現的如耐藥性等不良局面已經對此提出嚴重警告[9-10]，如瑞典、歐盟分別于1996年和2006年相繼禁用抗菌促生長劑 (歐盟議會和理事會條例EC No. 1831/2003)。檢測治療畜禽呼吸道疾病的大環類脂類等藥物在肺部的藥物濃度對制定合理給藥劑量以降低耐藥分險具有重要意義[11]。如圖1所示，抗菌藥可通過血—氣屏障從毛細血管向肺上皮細胞襯流液分布，血—氣屏障主要有兩層生物膜(毛細血管壁和肺泡壁)和充滿液體的胞間隙組成?？咕幫ㄟ^主動運輸或被動運輸的方式便可到達肺細胞外液并蓄積[12]。這種穿透方式主要受兩個因素影響，一是藥物的血漿蛋白結合率，結合率越高肺部藥物蓄積的也就越少；二是藥物本身的理化性質，親脂性以及穿透性越好則穿透的越多[13]。根據現有研究報道，肺細胞外液的蓄積部位可能有肺上皮黏液層(PELF)、上皮細胞液(ELF)、支氣管上皮細胞液(BELF)、肺細胞內液(Cellular concentrations)、細支氣管末梢液(Distal bronchi)、近側細支氣管液(Proximal bronchi)[2,14-15]，從研究報道看最主要的蓄積部位是PELF。

圖1 抗菌藥穿透血—氣屏障示意圖Fig.1 Schematic diagram of the blood-alveolar antibiotic barrier

2.3 采樣技術

國內外關于肺部采樣技術研究主要集中在人醫上，從研究結果看該項技術已經相當成熟[3,16]。獸醫上由于儀器的不完善加上動物的局限性導致肺部采樣技術并不如人醫那樣熟練，但近年來國外關于獸藥藥動學的研究早已不局限于血藥濃度，正逐漸向器官、腸道等組織藥物動力學發展，總結已有研究可知，主要的采樣技術為微量透析法(Microdialysis)和支氣管鏡肺泡灌洗法(BAL)。微量透析法，又稱微量探針法，采用的是一種較小的探針于動物肺部抽取支氣管細胞外液[2]，該法可連續不斷的抽取如PELF液，已被國內外眾多學者所接受并廣泛應用于藥物的血腦屏障研究[17]和組織如肌肉、皮膚以及肺部的藥物濃度檢測[18]。一些學者認為微量透析法的最好優點在于對動物造成的創傷較小，但也有一些持不同意見的研究者們指出探針能對肺部組織造成嚴重的病理學變化[19]。目前，獸醫上應用微量透析法分析組織藥物濃度的已有研究主要在大鼠和豬上[20-22]。

肺部灌流技術指的是應用支氣管鏡往肺部注入一定體積的生理鹽水后再將生理鹽水抽出，通過分析尿素氮的稀釋倍數進而計算出肺部的藥物濃度。該項技術已經應用于很多領域，Baumeister等[23]應用肺部灌洗結合PCR分析鑒定出豬肺部感染肺炎支原體，Gulhan等[24]也分析出豬肺部感染幽門螺旋菌。該技術的最大優點在于對動物肺部不造成任何創傷，但筆者在試驗中發現有些時間點灌洗液的回收率可能不太理想，雖然Henderson等[25]報道肺部灌洗的生理鹽水回收率在50%～80%。但從已有文獻報道來看，這項技術在獸醫上的應該較為廣泛，如用于研究替米考星[6]、托拉霉素[14-15]在豬肺部的藥動學。

表1 已有的獸用抗菌藥肺部藥動學研究Table 1 Existing pulmonary pharmacokinetic study of veterinary antibiotic

注：T1/2. 消除半衰期；Cmax. 峰濃度；Tmax. 達峰時間；AUC.藥時曲線下面積；MRT.平均滯留時間。

Note：T1/2. The elimination half-life；Cmax. Maximal drug concentration；Tmax. Time to reachCmax；AUC.The area under the concentration-time curve；MRT.Mean residence time.

2.4 尿素氮分析

肺部灌流技術所檢測的藥物濃度為生理鹽水稀釋后的濃度，將此濃度乘以相應的稀釋倍數便是肺泡液中的實際濃度。目前，公認的稀釋倍數分析法為尿素氮檢測[26-27]，這種方法基于肺泡液和血液中的尿素氮濃度相等，通過血液中尿素氮濃度與檢測灌洗液中的尿素氮濃度比值確定藥物的稀釋倍數。計算的公式為[13]：VPELF=(VBAL×UreaBAL)/Ureaserum，UreaBAL和Ureaserum依次表示灌洗液和血液中的尿素氮濃度，灌洗液以及血液中尿素氮的檢測可通過生化分析儀或試劑盒等，試劑盒主要利用尿素酶—谷氨酸脫氫酶法。這種間接分析肺部藥物濃度的方法需要注意灌洗時間，因為在灌洗過程中血漿中的尿素氮會因為滲透壓向灌洗液中滲透導致體外檢測的濃度過高，一般應將灌洗時間控制在20 s內。

3 獸藥肺部藥動學的現有研究

文獻調研發現目前人醫藥上的肺部藥動學研究已很廣泛，而獸藥的肺部藥動學研究較少，主要集中在大環類脂類及氟喹諾酮類藥物，這可能是因為這兩類藥物的自身特點以及是臨床呼吸道疾病最常用的防治藥物。另外，大試驗動物主要是豬和馬。現將已有研究的獸藥肺部藥動學參數羅列如表1所示，表1不包括對采樣點數較少未擬合藥動學參數的肺部藥物濃度研究。

4 展 望

目前，國內外學者對獸藥的肺部藥動學持有以下4種觀點：①動物肺部的藥物濃度可以通過血藥濃度來外推，亦即通過分析血藥濃度來斷定肺組織對藥物的處置過程，這種簡單外推法的局限性至今未有定論；②通過宰殺試驗動物取肺組織研磨提取后經HPLC等儀器分析肺部藥物濃度，這種觀點也有其一定局限性，如大環類脂類藥物容易在中性粒細胞、肺泡巨噬細胞等肺部細胞內蓄積，肺組織研磨造成大量的細胞破碎而導致測定的肺部藥物濃度遠高于實際的藥物濃度；③呼吸道病原菌常定植在扁桃體等上呼吸道，通過氣管灌流取灌流液分析藥物濃度并分析獸藥的處置過程，然而從氣管到肺泡各個位置的上皮襯流液的組成成分有著很大差異，并不能簡單認為氣管表皮細胞襯流液內的藥物濃度等同于肺泡細胞藥物濃度；④應用肺泡灌洗液結合血漿和灌洗液中尿素氮稀釋倍數還原肺泡液中的藥物濃度，這種觀點被眾多學者所接受，也是目前研究最為廣泛的一種方法，但這種方法因肺泡上皮襯流液產生需一定時間導致取樣時間點不易過少。

獸藥的藥動學研究一直在獸藥領域發揮著重要的作用。近年來，伴隨著藥動學—藥效學(PK-PD)模型及PK-PD折點分析等研究的深入，獸藥因臨床給藥方案不合理導致的耐藥現象有得到優化的趨勢。另外，在獸用抗生素替代品如微生態制劑、抗菌疫苗、抗菌多肽等的局限性不能替代抗生素的今天，細菌性呼吸道疾病的防治仍主要依賴抗生素。因此，只有基于肺部藥動學研究擬合的相關參數制定科學合理的給藥方案以減少呼吸道抗菌藥物不規范使用帶來的負面效應，以實現畜牧業的綠色和健康發展以及保證動物性食品的安全。

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AdvanceinPulmonaryPharmacokineticsofVeterinaryDrugs

LI Xianqiang
(College of Animal Science,Tarim University,Alar Xinjiang 843300,China; Key Laboratory of Tarim Animal Husbandry Science and Technology,Xinjiang Production&Construction Corps,Alar Xinjiang 843300,China)

Pulmonary pharmacokinetics is used to describe or predict the law of drug changes with time based on the drug concentration in lung,which is a new study method of providing important basis for optimizing the dosage of respiratory disease drugs. With the development and maturation of the animal sampling and drug analysis methods for the past few years,resulted in the pulmonary pharmacokinetics of veterinary drugs is becoming a hot topic in veterinary pharmacology. Through investigating literature and combining with practice,this paper reviewed the pulmonary sampling,anesthesia,drug extraction and analysis in pulmonary alveolus over the course of the pulmonary pharmacokinetics study,which aims at promoting the pulmonary pharmacokinetic could be better applied to such as pharmacokinetics-pharmacodynamic model,breakpoint analysis,formulate dosage regimen and other veterinary drug research.

Veterinary drugs; Pulmonary sampling; Drug analysis; Pulmonary pharmacokinetic; Dosage

2016-11-03

2017-03-09

The National Natural Science Foundation of China (No.31660729); Youth Program for Scholar and Innovative Research Teams in Tarim University(No.TDZKQN201603).

LI Xianqiang,male,lecturer. Research area: veterinary pharmacology and pharmacokinetic.E-mail:lixianqiang89@sina.com

S859.7

A

1004-1389(2017)09-1267-06

(責任編輯：郭柏壽Responsibleeditor:GUOBaishou)

日期：2017-09-12

網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20170912.1740.002.html

2016-11-03

2017-03-09

國家自然科學基金(31660729)；塔里木大學校長基金(TDZKQN201603)。

李先強，男，講師，主要從事獸醫藥理學及藥動學研究。E-mail：lixianqiang89@sina.com