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1、第五章中药药动学 中药药动学 PharmacokineticsofTraditionalChineseMedicine PKofTCM 是在中医药理论的指导下借助于动力学原理 研究中药单 复方及中药活性成分 组分在体内的吸收 分布 代谢 排泄的动态变化规律及其体内时量 时效关系 并用数学函数加以定量描述的一门学科 中药药动学概述 研究意义 1 揭示中药的作用机制及药效的物质基础 有助于阐明中医药传统理论的科学内涵2 阐明方剂组方原理及配伍规律3 指导中药制剂的工艺筛选 质量评定及剂型改革 为中药新药研制提供研究思路4 指导中医临床用药 为优化给药方案提供依据5 使中药更易被世界医学所理解 促进
2、中西医文化的交流 一 中药的体内过程跨膜转运中药在体内的吸收 分布 代谢和排泄过程中 首要环节是跨膜转运 跨膜转运有两种形式 被动转运和主动转运 弱酸性药物弱碱性药物HAH A BH H B H A H B Ka Ka HA BH A BH 10pH pKa 10pH pKa HA B 当 HA A 或 B BH 时 pH pKa 所以pKa 药物在溶液中50 离子化时的pH值 中药成分复杂 又很难确定其pKa 故研究中药的跨膜转运难度较大 如 采用Caco 2细胞模型观察了川陈皮素的跨膜转运机制 结果发现川陈皮素的跨膜转运主要是被动扩散 并在转运过程中存在P 糖蛋白 P gp 的外排作用 C
3、aco 2细胞来源于人体结肠腺癌细胞 能分化成上皮样单层细胞 其渗透特征与小肠类似 故可作为研究小肠上皮细胞药物转运和代谢的体外模型 2 吸收中药大部分为血管外途径给药 其中口服是最常用的给药方法研究内容 吸收量吸收机制吸收速率生物利用度影响吸收的因素等中药成分复杂 存在着可吸收和不可吸收的部分 实验 大鼠在体小肠原位灌注法 发现附子总生物碱中乌头碱 新乌头碱 次乌头碱在大鼠小肠内的吸收属于一级吸收动力学过程 3 分布药物 中药可吸收成分 在体内分布大多是不均匀的 这主要取决于血浆蛋白的结合率 各器官的血流量 组织亲和力 血脑屏障等因素研究内容 与血浆蛋白结合的情况分布的速度与数量和分布范围组
4、织的亲和力各种屏障效应等 4 代谢大多数脂溶性药物 中药中可吸收成分 主要在肝脏代谢 部分也可在其他组织 被有关的酶催化而进行化学变化研究内容 代谢途径及相关的代谢酶代谢产物及其有无活性或毒性现象肝药酶诱导或抑制现象肝功能不全时对药物转化的影响中药肠菌代谢情况 代谢方式 I相氧化 还原 水解 II相结合代谢结果 1 代谢物活性降低葛根素的代谢产物为大豆黄素4 7 二 O 硫酸盐 大豆黄素7 O D 葡萄糖醛酸苷 大豆黄素4 O 硫酸盐 大豆黄素而失效 2 形成活性代谢物 经肠道菌群代谢形成活性代谢物后发挥作用 如大黄结合性蒽苷需在大肠内细菌酶的作用下水解为苷元 刺激大肠黏膜下神经丛使肠蠕动增加
5、而发挥泻下作用 在肝脏或其他组织代谢后产生活性代谢物发挥作用 如天麻中的天麻素吸收入血后分解为天麻苷元 发挥镇静 抗惊厥作用 5 排泄中药可吸收成分在体内经吸收 分布 代谢后 最终以原形或代谢产物经不同途径排出体外研究内容 主要排泄途径如经尿 粪 胆汁排泄的比例及排泄速率尿中有效成分的原型和 或活性代谢物有无肾小管主动分泌和被动再吸收肾功能不全时对排泄的影响经胆汁排泄的药物有无肝肠循环 如 人口服中药复方麻黄汤煎液 发现 麻黄生物碱除一小部分的甲基麻黄碱以原形排泄外 麻黄碱 伪麻黄碱 甲基伪麻黄碱 去甲基麻黄碱则主要经代谢后从尿液排出 二 中药体内药量动态变化规律中药中可吸收成分在体内的吸收
6、分布 代谢 排泄使其在不同器官 组织 体液间的浓度不断发生着变化 这些变化是一个随时间变化的动力学过程为描述这种动态变化 一般采用绘制曲线图 选配合适的动力学模型 建立数学方程 然后计算出药动学参数 1 中药时量关系以时间为横坐标 药物的数量 如血中药量 血药浓度 累计尿药量 为纵坐标 绘制出反应药物 中药 时量关系的曲线 以阐明药物的体内过程动态变化规律 A 静脉注射B 血管外给药 基本参数 1 吸收定量参数吸收速率常数 Ka 反映吸收的快慢情况生物利用度 F 吸收利用的程度药峰浓度 Cmax 指给药后达到的最高血药浓度药峰时间 Tmax 指给药后达到峰浓度所需的时间吸收半衰期 t1 2Ka
7、 血药浓度曲线下面积 AUC 2 分布定量参数表观分布容积 Vd 表示药物在体内分布程度的假想容积 可反映中药分布的特点 3 消除定量参数消除速率常数 Ke 指单位时间内药物消除的百分率 可反映消除的快慢 Ke大 消除速率越快消除半衰期 t1 2 一般指血浆半衰期 也反映药物消除的快慢程度 与Ke关系式为 t1 2 0 693 Ke清除率 CL 指体内各消除器官 肾 肝 胆 在单位时间内有多少体液中的药物被清除 它也反映药物消除的快慢 与Ke Vd的关系为CL Ke Vd平均滞留时间 MRT 多次给药时 还可计算出 稳态血药浓度 Css 坪值 是药物多次给药后血药浓度上升达到稳态水平时的浓度
8、一般需经4 5个t1 2基本达到稳态水平 此时的血药浓度呈水平波动 故有最大稳态血药浓度和最小稳态血药浓度之分 平均坪值浓度 是指稳态时间隔 内的血药浓度在最大和最小之间的 平均 值 若在单位时间内用药量不变 不论如何分次给药 稳态水平的均值是不变的 负荷剂量 Xo 首次给药就能达到稳态血药浓度的剂量 这些参数的测定主要适用于单一成分的药代动力学研究 中药及其复方成分复杂 进入体内产生药效的成分可能多样 其体内的药代动力学行为也各不相同 A B C D E F为各种成分 如何对中药及其复方中多种成分或 活性分子群 进行吸收 分布 代谢和排泄的分析 更科学地对中药复方进行药代动力学研究 正是目前
9、探索的问题 提出整合药动学假说 2 中药时效关系药物的时效关系取决于时量关系 尤其是直接取决于药物作用靶部位的时量关系化学药 通过时量关系推测时效关系中药及其方剂 因难以测定血药浓度 故测定体内效应 药效和毒效 探求中药的时效关系 再间接推算药物的时量关系 是我国学者提出的 生物效应法 3 中药时量关系和时效关系的联合研究中药复方单独进行时量关系或时效关系研究 均难于全面合理地阐明中药复方的药代动力学规律 因此有学者将这两种方法结合起来 建立中药中多种有效成分中药PK PD同步分析的统一模型 探讨血药浓度为指标的PK与以生物效应为指标的PD的相关性研究 中药药动学的基本特点 一 中药药动学的辨
10、证观思想多种假说 证治药动学 辨证药动学 实验 GC法测定速效救心丸中冰片在冠心病稳定性心绞痛患者体内的血药浓度 结果 冠心病人的AUC显著增加 Cmax明显高于健康人原因 冠心病心绞痛在中医辨证属胸痹的范畴 患者由于血管狭窄 血液黏度增高 血流减慢在服用冰片后 冰片在其体内的转运速率和代谢速度比在正常人体内慢 结果使得血药浓度增高和AUC值增大 二 中药药动学的整体观思想如 单味药 当归 与复方 当归芍药散 测定阿魏酸体内药代动力学变化结果 相同 符合二室模型 Tmax t1 2无较大差异2 明显不同 复方的Cmax和AUC较高 CL较低结论 当归芍药散能增加阿魏酸吸收 提高生物利用度 当归
11、芍药散在临床配伍用药具有合理性 三 中药药动学的差异性 一 种属差异如 以大黄素进行药代动力学实验 结果发现 二 个体差异年龄 性别 精神状态 体质 四 中药时效关系的不明确性中药粗制剂成分复杂 时效关系不明 如何确定中药何时达峰呢 粗略估算 起效较快的中药 给动物灌胃后1 2h内采血起效较慢的中药 每天2次灌胃 连续给药5天 第6天给药1次后1 2h采血 可获得较高的血药浓度 五 中药量效关系的复杂性有效成分 量效关系较明确如 附子中去甲乌药碱浓度 1 10 9 5 10 8g mL 蟾蜍离体心脏收缩幅度增加 22 98 心排出量增加 15 80 大多数中药尤其是粗制剂 量效关系很难发现 实
12、验方法学的问题 中药存在作用的对抗性成分 中药药动学研究方法 一 中药体内过程研究方法1 吸收研究方法中药常口服给药 胃肠道是主要的吸收途径研究方法 在体肠回流法 在体肠灌流法外翻肠囊法 肠襻法分离肠黏膜法 Caco 2细胞模型法 2 分布研究方法测定吸收相 平衡相 分布相和消除相各组织脏器的药物浓度如马钱子体内的分布实验 给药方法 小鼠灌胃和腹腔注射 取不同时间的血液 心 肝 脾 肺 肾 脑 肌肉等组织和器官 采用双波长紫外分光光度法检测士的宁的含量 结果 分布首位是心 其次为肾 肺 脑 肝 肌肉 脾 最后为血液 3 代谢研究方法 1 体内代谢研究方法中药给药后 可对整体动物的血 尿 粪或胆
13、汁等体液或组织进行分析常用分析仪器 HPLC 紫外 红外 质谱 核磁共振等方法对有效成分的代谢物进行分析 阐明代谢物的结构 推断可能的代谢途径 2 体外代谢研究方法 肝微粒体体外温孵法 重组P450酶体外温孵法 肝细胞体外温孵法 离体肝灌流法 肝切片法 4 排泄研究方法 1 尿和粪便的排泄收集一段时间的尿 粪便 测定其浓度 即可获得中药从尿 粪便的排泄情况 2 胆汁排泄动物麻醉后作胆管插管引流 待动物清醒后以各种途径给药 并以合适的时间间隔分段收集胆汁 测定其中药原形物及代谢物 以此可获得中药从胆汁的排泄情况 二 中药血药浓度研究方法1 直接血药浓度法适合已分离提纯的中药活性成分 与化学药物研
14、究相同 2 中药效应成分血药浓度法给予单味中药或复方中药 不同时间测定血中有效成分浓度 计算这些成分的药代动力学参数 用以说明中药单 复方的吸收 分布 代谢和排泄等特点如 茵陈五苓散 6 7 二甲基香豆素为指标银黄制剂 黄芩苷和氯原酸为指标小柴胡汤 甘草次酸和黄芩苷为指标 一室模型 C C0e Kt lgC lgC0 求参数值1 K值 先在半对数坐标纸上数据描点 看是否为直线 若为直线 得斜率为 截距为lgC LgC t 回归方程 lg 回归方程 Lg a bt K 2 303bC0 10a C t 2 半衰期 halflife t1 2 t1 2 3 分布容积 Volumeofdistrib
15、ution V或Vd V V可表示药物的分布程度 称之为表观分布容积 而分布容积V随体重而变化 如按单位体重表示 称之分布系数 V V 3 群体血药浓度法应用药代动力学基本原理结合统计学分析研究某一群体药代动力学 populationpharmacokinetics PPK 的方法 通常血药浓度采样只有几个点 利用其稀疏数据来研究群体的特征和变异性4 中药毒代动力学血药浓度法运用药代动力学的原理和方法定量地研究毒性剂量下药物在动物体内的吸收 分布 代谢 排泄过程和特点 进而探讨药物毒性发生和发展的规律性 三 中药生物效应研究方法 药理效应法 毒理效应法 微生物法等 药理效应法以中药的效应强度
16、包括量效关系 时效关系为基础的药代动力学研究方法 效量半衰期法 T1 2 血药浓度半衰期 T1 2E 生物半衰期或药效半衰期 T1 2ED 效量半衰期 体内有效药量的半衰期效量是指原形药及其体内的具有相同药理活性的所有代谢产物的总量 且其代谢产物的量是以原形药的等效量表示的 方法与步骤1 建立量效曲线 将动物随机分组 以临床用药的等效剂量为基础 按适当的等比关系向上向下各取2 3个剂量按临床给药途径给药 纪录各剂量组的药物效应 以对数剂量为横座标 药物效应百分率的机率单位为纵座标 进行直线回归 得回归方程 Y d dX d d分别为量效直线的截矩和斜率 Y d dX 2 建立时效曲线以临床用药的等效量 或ED80 ED90之间的剂量 给药 给药途径与量效关系实验相同 纪录不同时间的效应 以效应的机率单位为纵座标 时间为横座标 进行直线回归 得回归方程Y t tt t t分别为时效直线的截矩和斜率 Y t tt 3 计算效量半衰期T1 2ED 0 301 d t体内有效药量的消除速率常数KED 2 303 t d 四 PK PD结合研究方法 有学者 通过构建药动学网络和药效学网络体系 研
