治疗药物监测研究概述及进展

管思宇

作者单位：236000 安徽省阜阳市,安徽医科大学附属阜阳医院

治疗药物监测(TDM)是通过多学科交融,进行药物治疗个体化研究和应用的临床药学分支学科;根据临床药理学、生物药剂学和药物治疗学理论,结合药物分析学、分子生物学和流行病学原理,使用现代化测试手段,测定生物样本中药物及其代谢产物浓度,确定有效浓度范围,应用药动—药效学原理调整给药方案,提高治疗效果。治疗药物疗效与药物在作用部位浓度呈正相关,而作用部位浓度与血药浓度呈平行关系,因此通过测定血药浓度可以衡量药物在作用部位浓度,评价治疗效果,指导临床合理用药。TDM核心和临床意义是治疗方案个体化,其开展改变了传统根据常规剂量用药的方法。国内TDM始于20世纪70年代末,初期仅用于分析毒性药物[1]。随着TDM在药物临床使用中的不断发展及其至关重要的作用,1989年国家卫健委明确规定,我国三级甲等医院药学部均应设立TDM室,TDM被列入医院等级评审标准,是评选三甲医院的重要指标之一。

1 TDM适用范围

实施TDM的基础是血药浓度与药理作用之间具有相关性,因此在临床应用中并非所有药物均可进行TDM。目前临床上常见需要进行TDM的药物种类,包括抗癫痫药(卡马西平、丙戊酸、苯巴比妥),抗心律失常药(利多卡因、胺碘酮、普鲁卡因胺),强心药(地高辛、洋地黄毒苷),抗精神病药(氯氮平、利哌酮),免疫抑制剂(环孢素、他克莫司、霉酚酸酯),抗抑郁药(丙咪嗪、阿米替林),抗生素(氨基糖苷类、万古霉素),抗真菌药(伊曲康唑、伏立康唑),抗病毒药(依非韦伦),抗肿瘤药(甲氨蝶呤、氟尿嘧啶、紫杉醇),平喘药(氨茶碱)。

TDM药物的遴选原则[2]:(1)治疗窗窄(强心苷类药物);(2)相同剂量药物血药浓度个体差异较大(三环类抗抑郁药);(3)非线性药动学特征药物(苯妥英钠、水杨酸和茶碱);(4)肝肾功能不全者服用以肝代谢和肾清除为主的药物(利多卡因、氨基糖苷类抗生素);(5)药物中毒症状与剂量不足症状相似,临床不能区分(普鲁卡因胺,苯妥英钠);(6)药代动力学个体差异大;(7)合并用药产生药物相互作用(丙戊酸与阿立哌唑联用);(8)患者血浆蛋白含量低,需要监测游离药物血药浓度(苯妥英钠)。

无需进行TDM的药物:(1)通过观察临床指标的效果优于监测血药浓度时(降压药通过血压数值反映治疗效果);(2)治疗效果与血药浓度无明显相关性;(3)药物有效浓度范围很广。

2 TDM方法学

检测技术是TDM顺利开展的必要支持,包括光谱法、色谱法、免疫学法及检测新技术,各检测技术优缺点见表1。

表1 TDM常用检测方法及其优缺点

2.1 光谱法 利用电磁辐射与物质间发生相互作用所表现出的特征,对物质进行定性、定量和结构分析。适用于药物浓度高、样品量大的生物样品。

(1)紫外—可见分光光度法是基于被检测物对光(200～800 nm)选择性吸收特性而建立的分析方法。在TDM初期用于测定苯巴比妥和苯妥英钠,灵敏度低、选择性差,但是操作简单且价格便宜,至今仍具有一定使用价值。(2)原子吸收法是基于气态和基态原子核外层电子对共振发射线的吸收进行元素定量的分析方法。其具有高选择性、灵敏度、精密度,主要用于测定含有金属离子的药物,如顺铂、碳酸锂。

2.2 色谱法 对各种样品适用性强,灵敏度高,检测浓度为0.001～1.000 mg/L,包括薄层色谱法(TLC)、高效液相色谱法(HPLC)、液相色谱—质谱联用法(LC-MS)、超高效液相色谱(UPLC)、气相色谱法(GC)、毛细管气相色谱法(CGC)、超临界流体色谱法(SFC)。LC-MS的检测灵敏度更高,检测限更低,检测浓度可达到1×10-9～1×1.0-6mg/L。不足之处是仪器设备价格高,操作技术复杂,检测时间长且样品需要预处理,在一定程度上限制其应用[3]。

TLC是将样品置于层析板上分离后再进行定量分析的方法,可同时分离分析几种药物,测定结果精确,特异性强,其灵敏度相对其他方法较低,但操作方法简单,适用于一般药物浓度检测[4]。

HPLC是目前临床最常用的检测方法,其灵敏度、精密度、选择性高且适用范围广,成本相较于LC-MS低,可分离混合样品多个组分的缺点,更容易在临床推广。

LC-MS联用技术以液相色谱为分离系统,质谱为检测系统,液相色谱的高分离能力与质谱提供药物结构能力相结合,用于药物快速鉴定检测。检测限更低,高灵敏性、选择性,提供物质相对分子质量和结构,检测结果不受影响,可同时检测多种药物。朱乐亭等[5]建立了人血浆中甲氨蝶呤浓度测定方法,在0.01～1.00 μmol/L内线性良好,低、中、高浓度的回收率为92.2%～100.5%。夏颖等[6]建立了人血浆中地高辛浓度测定方法,在0.1～20.0 μg/L范围内线性关系良好。

GC是以气体作为移动相的色谱法,具有高选择性、灵敏度,分析速度快,被检测物质需具有挥发性和热稳定性。设计气相色谱—质谱联用法(GC-MS)进行相关药物检测,王玲等[7]建立依替唑仑检测法,在0.5～600.0 ng/ml内线性关系良好,定量下限为0.5 μg/L。

2.3 免疫学法 基本原理是利用非标记药物与标记药物竞争性结合特异性抗体。待检测药物与标记后的该药物与特异性抗体竞争有限的结合部位,生成非标记药物—抗体复合物,固定标记药物与抗体的量,待检测未标记药物的量与生成产物中标记药物的量之间存在一定函数关系,通过检测生成产物中标记药物的量,计算待检测药物的量。优点是样本需求量少、操作简单无需预处理、分析周期短、自动化程度高、检测速度快、灵敏度高,适于大样本及时监测。但需要购置价格昂贵的生化类检测仪器,检测试剂盒的药物种类有限且试剂盒价格昂贵,不能同时测定多种药物;代谢产物干扰测定;针对药物研发试剂盒,因此不适于进行新药研究。利用不同标记物和检测方法检测样本中微量物质,标记物可以是荧光、酶、放射性同位素、化学发光物质等[8]。

根据标记物属性分为:(1)放射免疫法(RIA):是最早的免疫法,同位素标记和未标记的药物分子共同竞争抗体,利用放射性示踪技术的高灵敏性,检测放射性强度确定药物浓度。有放射性污染,但经济实用。(2)荧光偏振免疫法(FPIA):是一种定量免疫检测方法,用于测定抗原血药浓度。用荧光素标记药物分子或抗体,抗原抗体竞争性结合反应后测定荧光偏振度,确定药物浓度。方法学稳定,标准曲线有效期长,试剂稳定性好,但所需仪器价格较高。刘洋等[9]建立FPIA测定方法,测定庆大霉素、地高辛和丙戊酸钠3种药物在小鼠体内血药浓度的可行性,结果显示检出定量下限均在50 μg/L以下。(3)酶免疫法(EIA):用酶标记药物分子或抗体,利用酶高效特异性催化反应产生光度变化,定量检测药物浓度。待检测样本中药物与葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)标记的药物竞争抗体,将氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)转化成还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH),吸光度改变,反应后酶活力大小与样本中药物含量呈正相关,通过检测酶活力大小能推算样本中药物含量。丁记者等[10]建立稳定、准确、简单的检测血浆中伏立康唑浓度的酶增强免疫测定技术法。

2.4 检测新技术 (1)微透析法是一种新型的膜采样和膜分离技术,在取样组织或器官中提前埋置导管,在动物意识清醒状态下插入探针,对细胞间液物质进行连续采样,检测药物浓度。其优点是可实时采集靶部位样品,动态测定组织部位药物浓度;探针膜的阻拦作用使透析液中不含蛋白质、酶等生物大分子,无需进行复杂的前处理即可直接进样;可连续采样节省实验动物[11]。(2) 微生物测定法主要用于抗菌药物浓度测定,其设计原理是抗菌药物抑菌生长产生的抑菌圈大小与剂量的对数呈线性关系。优点是所测浓度为抗菌药物在体液中的活性成分,测试无需特殊仪器设备,但专一性差、易受合并用药影响及测定时间长。(3)HPCE是将经典电泳技术与现代微柱分离相结合,采用高电场分离,速度更快,操作自动化程度高,分辨率高。其常用于多肽、蛋白质、核酸的分析,用于糖类、磺胺类、氨基酸、多肽和蛋白质类药物的分离。相较于HPLC,HPCE分析速度更快,所需样品用量更小。(4)热生物传感法是β-内酰胺类抗生素的检测方法,其检测原理是检测酶促反应产生的热量,如青霉素酶对内酰胺类抗生素酶解反应时产生的热量,优点是无需样本前处理,即时检测,缺点是仅限于分析对酶敏感的药物。

3 TDM的临床应用现状

药物安全性和有效性极为重要,这些性质可通过TDM实现,监测血药浓度,防止药物剂量过低达不到治疗效果,或者剂量过高产生不良反应。TDM可降低不良反应,在多类药物临床应用中发挥重要作用。

抗真菌药伏立康唑在人体内呈非线性药动学特征,血药浓度受到药物相互作用及基因多态性影响,个体差异大。高浓度导致肝脏及神经系统毒性,需进行TDM,根据监测结果及时调整临床治疗方案。

抗癫痫药丙戊酸有效血药浓度与中毒浓度接近,个体差异大,研究表明,丙戊酸剂量与血药浓度相关性差,但疗效和不良反应与血药浓度相关性较好,因此临床常以丙戊酸游离血药浓度制定个体化给药。

氨基糖苷类抗生素用于严重全身性感染,但其耳毒性和肾毒性也明显,治疗浓度与中毒浓度接近,个体差异大,影响疗效甚至发生毒性反应。《抗菌药物临床应用指导原则》规定,肾功能不全患者、老人和新生儿在使用氨基糖苷类药物时需进行TDM[12]。

免疫抑制剂在器官移植中应用广泛,包括环孢素、他克莫司、霉酚酸酯在内的新型免疫抑制剂治疗窗窄,个体间差异大,因此需进行TDM及时调整给药剂量将血药浓度控制在有效范围内[13]。

细胞毒类药物杀灭肿瘤细胞的作用机制是干扰核酸、蛋白质,但缺乏选择性,易产生不良反应。甲氨蝶呤是最早进行TDM的细胞毒类药物,根据血药浓度使用亚叶酸钙进行解毒。紫杉醇、多西他赛、氟尿嘧啶个体间药动学差异大,进行TDM调整给药剂量能减少不良反应发生。

4 问题和挑战

TDM是促进临床合理用药的方式之一,然只有部分特定性质药物可进行TDM,这类药物血药浓度与治疗效果相一致,主要是治疗范围窄、不良反应大、个体差异大的药物,仅占临床常用药品的1/10。对药理作用持续时间超过其在血液中停留时间的药物,部分与作用部位不可逆结合的药物,血药浓度不能反映治疗效果,不宜进行TDM。限制TDM发展主要是血药浓度与药理效应相关性差,这是由多种因素导致的,包括生理因素(年龄、性别等)、病理因素和遗传因素。

5 未来发展方向

5.1 游离药物、活性代谢物、对映体测定 传统TDM方法是对血液中总的药物浓度进行检测,而血药浓度与药效之间关系受血浆蛋白结合率、药物活性代谢物、对映体影响,导致血药浓度与药效不平行,监测游离药物、药物活性代谢物、对映体对指导临床用药至关重要。

近年来研究人员发现,多种因素影响血浆蛋白结合率,结合型药物与游离型药物之间存在动态平衡,导致结合型药物与游离型药物浓度都随之改变,建立准确的游离药物浓度分析方法,是未来探索TDM发展的主要方向[14]。若所使用药物为前药,就需监测代谢物血药浓度指导临床合理用药。部分药物与其对映异构体在药理活性类型、强度方面差异大,若只有一种对映体具有活性,监测该药物总浓度不能反映其药效。

5.2 药物遗传学监测 基因组学的基础是基因多态性,包括药物代谢酶、药物转运体、生物受体的基因多态性。从基因角度研究影响药物代谢动力学的因素,解释不同个体之间药物疗效差异[15]。药物遗传学监测最终目标是药物治疗个体化,在个体化用药方面,药物进入人体后,药动过程与人体作用机制有关,研究人类基因组信息及药物反应之间的关系,利用基因组学信息解释药效个体化差异的原因[16]。这些深入研究有利于根据基因特点设计个体给药方案,指导临床合理用药。

5.3 群体药动学(PPK) 将药动学原理与统计学原理相结合,研究给予相同药物剂量时个体间血药浓度差异,考察群体药物浓度差异的影响因素。采用非线性混合效应模型法,通过大样本量血药浓度数据建立PPK模型,应用专用软件,处理临床TDM获得的单个血药浓度值,拟合PPK模型,结合个体生理和病理参数,获得个体PK模型和参数,设计个体化给药方案,还可预测血药浓度[17]。

6 小 结

开展TDM工作,根据患者情况监测用药全过程,结合药动学参数,药师与医师共同制定、调整个体化给药方案是药物治疗发展的必然趋势,也是促进临床合理用药、提高疗效、减少药物不良反应的重要途径。为更好地实现个体化治疗,国内科研人员应多关注药物基因组学、PPK等,加大培养具有TDM专业知识的临床药师。个体化用药的发展任重而道远,只有广大医务人员、医药科研者、患者的共同努力,才能更快实现个体化药物治疗的普及。

利益冲突：所有作者声明无利益冲突。