《生物药剂学与药物动力学》实验教学优化

储晓琴，王 茜，桂双英，何 宁，马格非

(安徽中医药大学药学院药剂系，安徽 合肥 230031)

生物药剂学与药物动力学(biopharmaceutics and pharmacokinetics)，简称“药动学”，是一门新兴的交叉学科，作为药学类专业的重要专业课程之一，属于药剂学的分支学科。该课程由两部分组成，“生物药剂学”主要研究药物及其制剂在体内的吸收、分布、代谢与排泄过程，以此阐明药物的剂型因素、用药对象的生物因素和药效三者关系；“药物动力学”主要研究药物及其代谢产物在人体或动物体内的时间-数量变化过程，并提出用于解释这一过程的数学模型，为指导合理用药、剂型设计提供量化指标[1]。伴随着国家医药市场对仿制药的放开以及对一致性评价的需求，高校毕业生必须同时具备扎实的理论知识、动手实践能力以及一定的创新思维，那么关于高校药动学实践教学体系的改革与完善迫在眉睫。

1 实验教学概况及存在的问题

药动学的理论课程，药剂专业以专业课形式开设，而药学类其他专业如药学、药物分析、国际经济与贸易等以选修课形式在我校开设，发展尚不成熟；药动学实验课程发展时间较短，其实验教学水平、实验条件远不及药剂和药理等其他专业课程。

1.1 实验课时较少药动学作为药剂专业的核心主干课程，由于是药剂学的分支学科、新兴学科，一直以来课时较药剂、药理少得多，累及实验课时就更少。经过前期建设和培养方案的修订，目前药剂专业的实验课时也才16学时，仅够开展4个实验；另外，在新一轮培养方案下，为减轻学生负担，课时压缩，想要增加总学时不太现实，因此实验课时少短期内无法解决。而药动学的理论课程体系涉及“ADME”四大体内过程，尤其新药研发中的药动学研究要求更高，需要做生物利用度等整体药动学实验，这就可能导致实验教学无法满足理论课程需求，最终与实践脱节；造成学生走上工作岗位，无法适应相关的实践环节。所以课程组应当尽可能优化实验项目、联合其他课程开展综合性实验以压缩实验时间，尽可能完善实验教学体系，以辅助理论知识的理解与深化。

1.2 教学手段陈旧就目前而言，大多数高校的药动学实验教学仍然采用老师课前书写板书，学生按部就班根据板书步骤进行实验操作。这种传统的以授课为基础学习的教学模式—LBL(lecture-based learing，LBL)[2]，虽然节约时间，但局限于教师主动输出，缺少与同学的交流。在具体实验中，学生们也很少去思考实验对照产生的原因或者该实验步骤存在的意义，往往由于学生思考深度不够、不及时沟通以及问题过于抽象而导致结果分析错误，最终会养成学生一知半解又不求甚解的习惯。不利于学生创新性思维的培养与形成，那么实验的开展也就变得意义不大。所以在实验教学中可以采取讨论、学生设计等模式，也可以采用以问题为导向的学习方法—PBL(problem-based learning，PBL)教学法[3]，引导学生主动学习，提高学生学习的自觉性和积极性。

1.3 考评方式较为单一药动学实验的开设旨在培养学生的动手实践与思考能力，而目前高校仍多是采用简单书面实验报告评测学生实验完成情况及掌握程度，并以此给定分数[4]。实验报告的形成虽然离不开具体实验，但究其根本仍然属于理论的范畴，那么这种简单直接的考评方式也就违背了开设药动学实验的初衷。所以我们应当选择并制定综合性较强的考评方式，综合考虑到学生的预习情况、学生的实验态度、操作能力、问题与结果的分析能力。

2 实验教学改革与实践

2.1 优化实验项目我校自2004年开设药动学实验，并于2017年被评为安徽省精品课程，起步与发展早于省内其他高校[5]。由于实验课时较少，在药动学实验项目选择上，应该尽可能科学地选择代表性、可操作性强的实验项目，力求“少而精”[6]。课程组充分考虑到药动学的理论系统框架以及行业发展需求，进一步完善实验项目的具体内容。

2.1.1 经典型实验的优化 在有限的实验课时下，课程组选择了具有三个代表性的药动学经典实验：大鼠的在体肠吸收、家兔体内药动学参数的测定以及盐酸环丙沙星相对生物利用度测定，并在此基础上加以完善。

传统的大鼠在体肠吸收循环实验是依据不同时间点测定的药物浓度，得出小肠中的剩余药量或者被吸收的药量，从而计算小肠吸收速率常数；通过向供试液中加入定量酚红，同时测定酚红浓度，并以此计算出不同时间供试液的体积，从而校正由于小肠吸收水分造成的供试液体积变化。这种加入酚红的校正方法，应用广泛，且由来已久，但是近年来也有很多研究阐述了此法的不合理性。例如，酚红自身也会被肠道吸收[7]、可能与药物有效成分发生反应[8]、或者干扰了药物的测定[7-9]、考虑到肠道吸收水分较少，也有研究采用了不加酚红，直接精密测量的方法[10-11]。因此，课程组优化了实验内容，不加酚红，将循环液直接置于量筒中，直接读出设定取样时间点时的循环液体积，既能满足实验要求，又能简化实验步骤，节约时间[12]。

家兔体内药动学参数的测定实验中，课程组前期选用注射给药，测定药物的药动学曲线，经发展完善后，采取口服与静注两种给药方式，将班级同学每5人一组，共分为12组，前6组采用灌胃给药，后6组采取静脉注射给药，这样在同一次实验中可以获得两组数据，不仅能计算药物的相关体内药动学参数，还能两组比较，从而计算出该药的绝对生物利用度；同学之间相互交流，教师从旁指导，在有限的时间里发挥最大的作用，事半功倍。生物样品的制备与测定不同于体外的样品，操作繁琐，样品浓度低，不利检测。血药浓度的测定可以采用高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatography，HPLC)，也可以采用紫外色谱法(Ultraviolet-visible Spectrophotometry，UV)，实验组一直采用UV法测定，在课程建设过程中，为提高学生使用HPLC仪的实操能力，设计了HPLC测定方法，但是发现此法测定时，仪器稳定时间长，样品的精度要求高，经常标准曲线都要花费很长时间才能符合要求，而且需要色谱纯试剂、色谱柱，故沿用UV法测定药物含量，方便快捷，操作简单，省时省料[13]。

除了经典的血药浓度法，尿药法也是不可忽略的药物体内研究方法，但此法原理抽象，不易理解。盐酸环丙沙星相对生物利用度的测定实验中，通过灌胃给药后定时收集大鼠尿液，在不伤害动物的情况下，采取生物样本，测定浓度。这将极大地有助于学生理解尿药法的原理与应用。课程组教师采用大鼠作为受试动物，经多次预实验后，确定了受试动物的给药剂量、集尿时间点和UV检测方法，顺利开设实验。为补充生物利用度的研究方法，该实验也同前，采用分组进行的方法。有一半学生给大鼠灌胃胶囊剂，另一半灌胃片剂，两组的药时曲线相比得出相对生物利用度。如此，不但让学生掌握了尿药法测定药动学参数的基本流程，同时也掌握了相对生物利用度的测定方法。

我校药剂专业开设了这三个经典实验，通过实验教研组老师对实验的精选与优化，在有限的实验课程中，学生熟悉生物药剂学与药物动力学实验基础操作和原理，契合理论课程发展需求及人才培养方案。

2.1.2 综合性实验的设计 根据药剂专业人才培养需要，课程组为调动学生学习主动性和积极性，培养科研与创新思维，提高自主分析思考和解决实际问题的能力，在不增加实验课时及操作难度的情况下，为药剂专业学生增设了两个综合性实验：硝苯地平缓控释制剂的制备及体内外评价、盐酸青藤碱外用凝胶的制备及体内外评价。我校药剂专业两个班级，每班开展其中一个实验项目，药剂实验室提供相关设备，班级内部分组，小组学生通过查阅资料，分析药物的理化性质、给药途径，设计合适的处方组成及制备工艺，在教师指导下充分讨论实验可行性后，自主设计实验方案与实验过程[14]。

在硝苯地平缓控释制剂的制备及体内外评价实验中，将班级60名学生分为12组，每组5人，选出组长。学生根据查阅的文献，选择合适的处方，4组学生完成缓释制剂的制备，4组学生完成控释制剂的制备，另外4组制备普通制剂；制剂完成后，测定其硬度、脆碎度及溶出度；最后将制剂大鼠灌胃给药，眼眦采血，测定不同时间的血药浓度，在教师指导下，利用药动学DAS软件绘制量-时曲线，得到药动学参数，并进行组间比较，计算硝苯地平不同制剂的相对生物利用度。

课程组有老师长期从事盐酸青藤碱的新型递药技术研究[15-16]，科研反哺教学，设计了盐酸青藤碱外用凝胶的制备及体内外评价实验。分组同上，4组学生制备卡波姆凝胶，4组制备脂质体凝胶，另4组制备微乳凝胶；制剂完成后进行粒度检查及体外透皮实验，得到粒度分布及药物从不同剂型透过皮肤的渗透系数；最后将制剂敷于大鼠皮肤上，定时采血，进行药动学研究。

这种综合性实验，实验内容多，难度较大，贯穿了药物设计、制剂、分析等全过程，特别有利于培养药剂专业学生的全流程制剂及评价能力，在整个实验过程中，学生讨论及教师指导不可或缺。由于实验时间较长，所以与药剂课程组联合开展，制剂的制备及体外评价占用药剂学实验的4个学时，制剂的药动学研究占用药动学实验的4个学时。然而，实际操作中，耗费时间远不止此。例如，控释制剂如果设计为24h给药一次，溶出度实验就必须取样1d。药动学的采血点时间至少也要24h。因此，顺利开展实验需要利用学生的课余时间，必须设计好取样点，才能保证实验数据的完整性。同时，教师也付出了一些不算工作量的教学时间，要有奉献精神。后期打算与药物分析的教师协商，最好将生物样品的处理及测定放在药分实验室，作为体内分析的实验来开展，这样时间上游刃有余！内容上系统完整。

2.2 完善形成性评价形成性评价，是对学生在平时学习过程中的表现、所取得的成绩等方面的发展做出的评价，是在对学生学习全过程的长时间观察、记录、反思基础上做出的过程性评价。为提高药动学实验课程的教学质量，全面反映学生实验课程的学习和掌握情况，课程组采取综合性的考评方式[17]。

对于经典型实验的考评，主要包括两方面：实验操作占50%、实验报告占50%。实验指导过程中老师根据学生实验操作及解决问题的能力进行打分，避免学生抄袭、考评不客观等现象。实验报告是学生通过实验去论证或者检验某种实验结果或者假设，然后将实验的过程中观察到的现象、得出结果进行综合分析而记录下来，它保证了整个实验操作过程的完整度，也包含了学生关于实验的思考与反思。

对于综合性实验，学生通过资料查询后，设计实验方案，拟定实验过程，并对实验过程中可能出现的问题进行预测，并写出注意事项，最终完成实验设计交由老师打分，占20%；学生的制剂与体外评价的实验操作占30%；药动学实验操作占30%；在实验操作结束后，以小论文的形式提交完整的实验报告，占20%。

2.3 促进科研创新我校开放实验室，鼓励学生参与创新训练，提高科研能力。学生可根据兴趣自主联系老师，除了日常实验室学习外，可参加各种创新创业大赛或实验技能比赛。对于国内正在开展的药物一致性评价，邀请做此类项目的校友回来做专题讲座，便于学生了解相关技术要求及研究内容。2017年课程组带领3位具有科研热忱的药剂专业学生，申请了大学生创新创业项目：市售三七超微粉的粒度与生物利用度的调查研究。在教师指导下，实验室的研究生帮助下，他们购进了不同厂家的三七粉，测定了粉体粒度，研究了大鼠体内的药动学过程。良好的实验环境以及各种科研实践极大地激发本科生的科研热情，培养了科研思路，目前这几位同学均在考研备战中。2018年，课程组积极参加第二届医药院校药学/中药学世界大学生创新创业训练暨实验教学改革大赛，设计的实验项目“丹皮酚提取、包合物的制备及评价”，在与外校专家的交流中，获得肯定，荣获二等奖。

2.4 开展教材建设实验体系的完善需要依赖于一套好的实验教材，课程组老师参考其他兄弟高校的实验教材，结合实验开展过程中存在的具体问题以及注意事项，自行编写了实验教材。教材内容包括实验原理、实验器材、实验操作以及操作过程中的注意事项。除此之外，教材留有课后习题，针对实验过程中出现的问题、实验步骤存在的合理性以及实验条件的选择等方面进行设问。同时我们参与编写省内“十三五”规划教材中的《药动学实验》，力求内容丰富、图文并茂、可操作性强。

3 思考

课程组通过对实验教学改革与实践，训练了本科生的基本实验操作技能，培养学生科研创新能力，促进了药动学与相关交叉学科的融合，节约了教学资源。但其作为一门应用性较强的学科，从各专业的反应情况来看，一直属于难理解、难掌握、数据不易处理的课程。对于理论课的学习，我们已经建立了较为完备的教学模式。而关于药动学实验教学，虽然克服了多数高校存在的普遍问题，但是仍然存在一些有待解决的问题。包括：(1)一个完整的实验教学体系应该还包括最终的教学效果反馈；(2)实验开展受实验仪器、实验室数目的限制，开展具体实验室多是4～5人一组，有一小部分积极性不高的同学仍然无法完全参与到实验中；(3)设计性实验存在一定的不可控性。在接下来的实验教学完善中，教师应该积极引导实验反思，培养学生科研兴趣，增加实验反馈环节，例如实验结束后引导发问、对失败实验的思考和改进、总结实验心得和经验、课后师生的点评和交流，努力延伸、拓展课堂。