兽用抗菌药物的肺部药动学研究进展

李先强(塔里木大学 动物科学学院，新疆阿拉尔 843300；新疆生产建设兵团塔里木畜禽科技重点实验室，新疆阿拉尔 843300)

兽用抗菌药物的肺部药动学研究进展

李先强
(塔里木大学 动物科学学院，新疆阿拉尔 843300；新疆生产建设兵团塔里木畜禽科技重点实验室，新疆阿拉尔 843300)

肺部药动学是基于肺部药物浓度来描述或预测药物在肺部随时间变化规律的一项新兴研究手段，也是临床防治呼吸道疾病药物制定合理给药方案的重要依据。近年来，国内外关于动物的肺部采样手段以及药物分析技术日趋成熟，使得兽用抗菌药物的肺部药动学研究正成为兽医药理学中的研究热点。论文综述了目前兽药肺部药动学研究中的肺部采样手段、动物麻醉方法、药物提取手段以及肺泡液中药物分析技术等研究概况，旨在使兽用抗菌药物的肺部药动学研究技术能更好的应用于如药动学—药效学结合模型、折点分析及制定给药方案等兽药研究领域中。

兽药；肺部采样；药物分析；肺部药动学；给药方案

兽药的药动学研究是兽医药理学中的一个重要研究项目，探索给药后药物浓度随时间变化规律，反映机体对药物的处置过程，包括吸收、分布、生物转化和排泄4个方面。相关药动学参数对临床制定给药方案、降低耐药风险、预测不良反应、分析临床药效等具有重要意义[1]。呼吸道细菌感染性疾病是目前养殖业中最常见的一种传染性疾病，已逐渐成为限制养殖业高效快速发展的最大障碍，而对治疗呼吸道疾病药物的传统药动学研究都是基于血药浓度拟合药时曲线和药动学参数等，并没有检测和分析肺部组织的药物浓度，这显然是不能满足研究要求的[2]。随着药物分析仪器如液相色谱仪、质谱仪、气相质谱联用仪等检测限和灵敏度的提升，以及肺部采样手段如微量探针、肺泡液抽取仪、支气管镜等的逐渐成熟和应用，使得肺部药物学研究正成为一项热点研究[2-3]，尤其对大环类脂类药物。本文首先从肺部细菌感染性疾病的临床特征及治疗该病的药物特点分析肺部药动学研究的优势和意义，其次通过文献调研结合在研项目试验过程中遇到的一些问题综述目前抗菌药物肺部药动学研究进展，最后对肺部药动学研究在药动学—药效学结合模型、折点分析及制定给药方案中的应用进行展望。

1 肺部药动学研究的重要意义

细菌性呼吸道疾病是目前养殖业中的一种重要传染性疾病，临床表现主要有呼吸系统障碍、死亡率高、饲料报酬降低、治疗成本增加等。其主要的感染性细菌有链球菌、巴氏杆菌、胸膜肺炎杆菌、波氏杆菌等，且常表现为继发感染和混合感染，造成严重的经济损失[4]。目前，治疗该疾病的药物主要有能在肺部蓄积的大环类脂类如替米考星，以及肺部药物浓度较高的达氟沙星、氟苯尼考、头孢类等。传统的关于上述药物药动学研究都是基于血药浓度来分析的，这主要有如下两个弊端：一是呼吸道感染性疾病的致病菌如猪链球菌早期大多定植在上呼吸道如扁桃体等[5]，并没有随血液传播到全身各处，这就导致按照血药浓度来分析该疾病的防治效果是不准确的。二是很多相关研究表明肺部药物浓度并不等于血药浓度，尤其是大环类脂类药物，如替米考星[6]、氟苯尼考[2]、达氟沙星[7]等药物的肺部药物浓度明显高于血药浓度数倍甚至数十倍，这就导致基于血药浓度拟合相关药学指标的严重不准确，如按血药浓度制定的给药剂量过高等[6]。另外，研究也表明呼吸道疾病药物的临床耐药主要是由频繁大剂量使用导致的[8]，如基于肺部药动学参数以及药动学—药效学模型制定科学合理的和较低的给药剂量对降低呼吸道疾病防治药物的耐药风险具有重要意义[1]。此外，针对肺部药物浓度研究也可更好地将药理学与病理学、微生物学及免疫学等学科紧密联系起来，以更好地发挥兽医药理学的桥梁作用。

2 肺部药动学研究方法

2.1 麻醉方案

肺部药动学研究的技术难点主要集中在肺部采样上，尤其是大动物，像小白鼠或鸡等可通过宰杀取肺组织研磨分析药物浓度，而像猪、牛马等大动物通过宰杀会造成巨大的资源浪费。这就需要活体采样，而活体肺部采样首要面临的问题就是麻醉，麻醉的成功与否将直接关系到试验能否顺利进行。如果麻醉药品选取不当或麻醉剂量不合理，动物反复挣扎导致无法采样，而麻醉过深将可能直接引起试验动物的死亡。另外，全身麻醉状态下机体对药物的处置过程是否会受到影响也是需要进一步验证，可基于血药浓度分析机体未给麻醉药与麻醉状态下对药物处置过程的差异即可。

目前，临床上较为常用的麻醉药物有戊巴比妥类、硫喷妥钠、水合氯醛、丙泊酚、阿扎哌隆、速眠新、氯胺酮等。笔者前期针对仔猪的麻醉进行大量的预试验并摸索出一套合理的麻醉方案为盐酸氯胺酮注射液与丙泊酚注射液联用，具体使用方案如下：在每个时间点前10～15 min肌肉注射适量的盐酸氯胺酮注射液，待动物出现浅麻醉状态进行静脉推注丙泊酚注射液直至采样完成。本麻醉方案的最大优点在于麻醉时间短，仅为0.5 h 左右，可将麻醉影响降到最低；麻醉效果好且麻醉剂量可通过丙泊酚注射液的推注速度直接得到控制。

2.2 肺细胞外液的兽药蓄积

长期以来关于兽用抗菌药的给药剂量拟合等指标均是基于血药浓度，而临床出现的如耐药性等不良局面已经对此提出严重警告[9-10]，如瑞典、欧盟分别于1996年和2006年相继禁用抗菌促生长剂 (欧盟议会和理事会条例EC No. 1831/2003)。检测治疗畜禽呼吸道疾病的大环类脂类等药物在肺部的药物浓度对制定合理给药剂量以降低耐药分险具有重要意义[11]。如图1所示，抗菌药可通过血—气屏障从毛细血管向肺上皮细胞衬流液分布，血—气屏障主要有两层生物膜(毛细血管壁和肺泡壁)和充满液体的胞间隙组成。抗菌药通过主动运输或被动运输的方式便可到达肺细胞外液并蓄积[12]。这种穿透方式主要受两个因素影响，一是药物的血浆蛋白结合率，结合率越高肺部药物蓄积的也就越少；二是药物本身的理化性质，亲脂性以及穿透性越好则穿透的越多[13]。根据现有研究报道，肺细胞外液的蓄积部位可能有肺上皮黏液层(PELF)、上皮细胞液(ELF)、支气管上皮细胞液(BELF)、肺细胞内液(Cellular concentrations)、细支气管末梢液(Distal bronchi)、近侧细支气管液(Proximal bronchi)[2,14-15]，从研究报道看最主要的蓄积部位是PELF。

图1 抗菌药穿透血—气屏障示意图Fig.1 Schematic diagram of the blood-alveolar antibiotic barrier

2.3 采样技术

国内外关于肺部采样技术研究主要集中在人医上，从研究结果看该项技术已经相当成熟[3,16]。兽医上由于仪器的不完善加上动物的局限性导致肺部采样技术并不如人医那样熟练，但近年来国外关于兽药药动学的研究早已不局限于血药浓度，正逐渐向器官、肠道等组织药物动力学发展，总结已有研究可知，主要的采样技术为微量透析法(Microdialysis)和支气管镜肺泡灌洗法(BAL)。微量透析法，又称微量探针法，采用的是一种较小的探针于动物肺部抽取支气管细胞外液[2]，该法可连续不断的抽取如PELF液，已被国内外众多学者所接受并广泛应用于药物的血脑屏障研究[17]和组织如肌肉、皮肤以及肺部的药物浓度检测[18]。一些学者认为微量透析法的最好优点在于对动物造成的创伤较小，但也有一些持不同意见的研究者们指出探针能对肺部组织造成严重的病理学变化[19]。目前，兽医上应用微量透析法分析组织药物浓度的已有研究主要在大鼠和猪上[20-22]。

肺部灌流技术指的是应用支气管镜往肺部注入一定体积的生理盐水后再将生理盐水抽出，通过分析尿素氮的稀释倍数进而计算出肺部的药物浓度。该项技术已经应用于很多领域，Baumeister等[23]应用肺部灌洗结合PCR分析鉴定出猪肺部感染肺炎支原体，Gulhan等[24]也分析出猪肺部感染幽门螺旋菌。该技术的最大优点在于对动物肺部不造成任何创伤，但笔者在试验中发现有些时间点灌洗液的回收率可能不太理想，虽然Henderson等[25]报道肺部灌洗的生理盐水回收率在50%～80%。但从已有文献报道来看，这项技术在兽医上的应该较为广泛，如用于研究替米考星[6]、托拉霉素[14-15]在猪肺部的药动学。

表1 已有的兽用抗菌药肺部药动学研究Table 1 Existing pulmonary pharmacokinetic study of veterinary antibiotic

注：T1/2. 消除半衰期；Cmax. 峰浓度；Tmax. 达峰时间；AUC.药时曲线下面积；MRT.平均滞留时间。

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

肺部灌流技术所检测的药物浓度为生理盐水稀释后的浓度，将此浓度乘以相应的稀释倍数便是肺泡液中的实际浓度。目前，公认的稀释倍数分析法为尿素氮检测[26-27]，这种方法基于肺泡液和血液中的尿素氮浓度相等，通过血液中尿素氮浓度与检测灌洗液中的尿素氮浓度比值确定药物的稀释倍数。计算的公式为[13]：VPELF=(VBAL×UreaBAL)/Ureaserum，UreaBAL和Ureaserum依次表示灌洗液和血液中的尿素氮浓度，灌洗液以及血液中尿素氮的检测可通过生化分析仪或试剂盒等，试剂盒主要利用尿素酶—谷氨酸脱氢酶法。这种间接分析肺部药物浓度的方法需要注意灌洗时间，因为在灌洗过程中血浆中的尿素氮会因为渗透压向灌洗液中渗透导致体外检测的浓度过高，一般应将灌洗时间控制在20 s内。

3 兽药肺部药动学的现有研究

文献调研发现目前人医药上的肺部药动学研究已很广泛，而兽药的肺部药动学研究较少，主要集中在大环类脂类及氟喹诺酮类药物，这可能是因为这两类药物的自身特点以及是临床呼吸道疾病最常用的防治药物。另外，大试验动物主要是猪和马。现将已有研究的兽药肺部药动学参数罗列如表1所示，表1不包括对采样点数较少未拟合药动学参数的肺部药物浓度研究。

4 展 望

目前，国内外学者对兽药的肺部药动学持有以下4种观点：①动物肺部的药物浓度可以通过血药浓度来外推，亦即通过分析血药浓度来断定肺组织对药物的处置过程，这种简单外推法的局限性至今未有定论；②通过宰杀试验动物取肺组织研磨提取后经HPLC等仪器分析肺部药物浓度，这种观点也有其一定局限性，如大环类脂类药物容易在中性粒细胞、肺泡巨噬细胞等肺部细胞内蓄积，肺组织研磨造成大量的细胞破碎而导致测定的肺部药物浓度远高于实际的药物浓度；③呼吸道病原菌常定植在扁桃体等上呼吸道，通过气管灌流取灌流液分析药物浓度并分析兽药的处置过程，然而从气管到肺泡各个位置的上皮衬流液的组成成分有着很大差异，并不能简单认为气管表皮细胞衬流液内的药物浓度等同于肺泡细胞药物浓度；④应用肺泡灌洗液结合血浆和灌洗液中尿素氮稀释倍数还原肺泡液中的药物浓度，这种观点被众多学者所接受，也是目前研究最为广泛的一种方法，但这种方法因肺泡上皮衬流液产生需一定时间导致取样时间点不易过少。

兽药的药动学研究一直在兽药领域发挥着重要的作用。近年来，伴随着药动学—药效学(PK-PD)模型及PK-PD折点分析等研究的深入，兽药因临床给药方案不合理导致的耐药现象有得到优化的趋势。另外，在兽用抗生素替代品如微生态制剂、抗菌疫苗、抗菌多肽等的局限性不能替代抗生素的今天，细菌性呼吸道疾病的防治仍主要依赖抗生素。因此，只有基于肺部药动学研究拟合的相关参数制定科学合理的给药方案以减少呼吸道抗菌药物不规范使用带来的负面效应，以实现畜牧业的绿色和健康发展以及保证动物性食品的安全。

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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

(责任编辑：郭柏寿Responsibleeditor:GUOBaishou)

日期：2017-09-12

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

2016-11-03

2017-03-09

国家自然科学基金(31660729)；塔里木大学校长基金(TDZKQN201603)。

李先强，男，讲师，主要从事兽医药理学及药动学研究。E-mail：lixianqiang89@sina.com