第三节 角膜病药物的现代药动学研究
角膜病药物的现代药物代谢动力学（简称药动学）研究主要任务在于探讨药物在角膜组织及全身吸收、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。药动学研究一方面有助于揭示发挥药效的物质基础和作用机制，为角膜病的药物治疗提供理论依据；另一方面可以指导临床合理用药，为优化给药方案提供依据。
一、体内过程及其研究方法
1.吸收
药物从用药部位进入血液循环的过程称为吸收。静脉注射因药物直接入血，不存在吸收过程。经口服给药、皮肤或黏膜的局部用药、肌内注射后，首先进入血液循环，然后随血液输送到眼部各组织。结膜及其深层血管可将药物输送到眼球表面；虹膜和睫状体的毛细血管将药物输送到房水；角巩膜缘毛细血管及房水中的药物，可扩散达到角膜。中药成分复杂，存在着可吸收部分和不可吸收部分，研究内容包括可吸收部分中有效成分的吸收量、吸收机制、吸收速率、生物利用度（bioavailability，F）及影响吸收的因素等。
中药一般经口服给药，胃肠道是主要的吸收部位，目前有多种测定胃肠道吸收的研究方法，包括在体肠回流法、在体肠灌流法、外翻肠囊法、肠襻法，分离肠黏膜法、Caco-2细胞模型法等，这些方法的特点分别如下：
（1）在体肠回流法：
主要用于中药有效成分单体的吸收研究。动物经麻醉后向肠腔插管，利用泵循环构成回路，使药物在肠腔内循环灌流，定时测定流出液中药物浓度的度化，求出药物的吸收量，同时通过肠系膜静脉取血，可测定吸收入血的药量。该方法可以在不同时间测定灌注液内药物的浓度变化，获知药物透过肠上皮细胞的吸收情况。如对川芎嗪吸收特性的研究结果表明，其在结肠以上部位吸收良好，吸收窗较长，这样有助于减少剂型设计的盲目性。但该方法容易将药物浓度变化误认为是药物吸收，且药物只能以液体进行实验，不适合用于缓释、控释制剂的研究。
（2）在体肠灌流法：
本方法和在体肠回流法相似，是一种较好的研究肠吸收的方法，是目前运用最广泛的方法，国外采用较多的是单向灌流法，国内比较倾向于使用循环灌流法。利用本方法不仅可以判断药物吸收的方式，还可以求出药物吸收的动力学参数。
（3）外翻肠囊法：
动物麻醉后取出肠段，外翻，置于营养液中，定时在肠管内外两侧取样。本法是一种简单有效的初步研究肠吸收的方法，也是用于研究生物膜转运机制的方法。该法的优点是可以测定药物透过肠壁的浓度，但无法计算较详尽的吸收动力学参数，并且肠囊在体外环境与体内环境有较大差异，因此不能仅以该方法判断药物的吸收情况。
（4）肠襻法：
在体肠回流的基础上，增加肠系膜血管插管，收集血样。本方法操作简单，可分析药物吸收入血的情况，测定药物剩余量，但由于肠腔内容物存在，样品处理较复杂。所以不适合大规模的药物吸收研究。
（5）分离肠黏膜法：
动物麻醉后取出肠管，分离肠黏膜并固定于扩散池上，用于分析药物透过上皮细胞的情况。该方法由于黏膜易破损，使分离操作困难，但干扰因素少，快速准确，精确度高，适用于进行吸收机制的分析。
（6）Caco-2细胞模型法：
本法是用于肠吸收研究的体外细胞模型，Caco-2细胞的结构和生化作用类似于人小肠上皮癌细胞，可作为研究小肠表皮细胞药物转运和代谢的体外模型，也是目前研究药物吸收最适合的模型。该方法具有快速、便于大量筛选、易于控制、干扰小、可持续检测、规律性强、接近肠道环境等优点。但对供试样品的要求较高，不能代替整体动物实验。
2.分布
药物通过一定的给药途径，可吸收成分进入血液循环后，随血液分散到机体各组织中，这一过程称为分布。中药首先分布于血流速率快的组织，然后分布到肌肉、皮肤或脂肪等血流速率慢的组织。不同的给药途径对药物在角膜分布有差别。滴眼剂在眼局部用药，药物主要分布在结膜、角膜、房水、虹膜及睫状体等眼前部组织。结膜下注射给药，在上述组织中可获得更高的浓度。全身给药后，药物随血流进入眼部各组织，血流丰富的组织可获得较高的药物浓度，如结膜、视网膜、脉络膜、虹膜、睫状体。中药的分布类型取决于中药的理化性质和生理因素，包括中药可吸收成分与血浆蛋白结合、与组织的亲和力、脂溶性及组织血流速率、生理屏障等因素。因此，中药研究还需对中药可吸收成分与血浆蛋白结合的情况、分布的速度与数量和分布范围、组织的亲和力、各种屏障效应等影响分布的诸多因素进行研究。
通过在给药后的吸收相、平衡相、分布相和消除相中测定动物各组织脏器的药物浓度，可以了解药物在体内的主要分布组织、浓集组织、蓄积时间长的组织和器官及在药效或毒性靶器官的分布情况，从而阐明药物的分布规律。如研究马钱子在体内的分布实验中，对小白鼠采用灌胃和腹腔注射两种方法，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，结果表明组织器官中士的宁的分布首位是心，其次为肾、肺、脑、肝、肌肉、脾，最后为血液。
3.代谢
药物代谢又称药物的生物转化，是药物进入体内后，机体对药物加以转化处理的过程。代谢是药物从体内消除的主要方式之一。局部给药后药物在眼内代谢，全身给药后药物主要的代谢场所是肝脏，部分也可在消化道、肾、脾等部位被有关酶催化而结构发生变化，代谢方式主要包括Ⅰ相氧化、还原、水解和Ⅱ相结合反应。药物经代谢后，其代谢物药理活性变化较为复杂。主要有下列两种变化：一是代谢物活性降低，多数药物经代谢后活性降低或失活。二是转化成活性代谢物。对药物的代谢规律进行研究，有助于提高疗效，减少不良反应。研究方法包括体内代谢研究方法和体外代谢研究方法。
（1）体内代谢研究方法：
中药给药后，可对整体动物的血、尿、粪或胆汁等体液或组织进行分析，一般先用高效液相色谱法，在样品广泛的色谱峰中寻找可能的代谢物，再用紫外线、红外线、质谱、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：
与体内代谢研究相比，体外代谢研究有很多优点。一是可以排除体内研究时诸多因素的干扰，直接观察到代谢酶对底物的选择性代谢，为体内代谢研究提供依据。二是对于体内代谢转化率低，且缺乏灵敏检测方法的药物来说，体外代谢不失为一种很好的研究手段。三是具有快速简便的特点，适合于大批量中药化合物的药代动力学研究。四是不需要消耗大量的样品和实验动物，研究费用相对较低。但本方法也存在不足之处，如可能与体内代谢情况不完全一致，因此体外代谢研究无法代替体内代谢研究，两者相辅相成。肝脏是中药代谢的主要场所，涉及的代谢系统主要是细胞色素（cytochrome，Cyt） P450混合功能氧化酶系统。大多数药物的Ⅰ相和Ⅱ相代谢反应都是在肝药酶系统的参与下发生的，因此药物的体外代谢模型主要是以肝脏为基础，并以其特有的优势和特点在药物代谢的研究中得到广泛应用。常用的体外肝代谢模型包括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、肝切片法等。
4.排泄
药物在体内经吸收、分布、代谢后，最终以原形或代谢产物经不同途径排出体外，因而排泄的研究需要确定药物的主要排泄途径及其影响因素。研究内容包括尿、粪、胆汁排泄的比例及排泄速率、尿中原形活性成分或活性代谢物、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等。目前关于中药排泄的研究在中药整体研究中起着重要作用，如人口服麻黄汤煎液的结果表明，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。
中药在体内最终以原形物或代谢物从肾、胆汁、胃肠道等途径排出体外。故研究方法包括尿和粪便的排泄、胆汁排泄两部分。
（1）尿和粪便的排泄：
中药肾排泄是体内排泄的最主要方式，粪便排泄是由胆汁排泄经肝肠循环后的剩余部分和经胃肠道排泄的总和。因此，收集一段时间的尿、粪便，测定其浓度，即可得中药从尿、粪便的排泄情况。
（2）胆汁排泄：
动物麻醉后做胆管插管引流，待动物清醒后以各种途径给药，并以合适的时间间隔分段搜集胆汁，测定原形药物及其代谢物浓度，以此可获得中药从胆汁的排泄情况。
二、体内药量动态变化规律
中药在体内的吸收、分布、代谢、排泄使其可吸收成分在不同器官、组织、体液间的浓度不断发生变化，这些变化是一个随时间变化的动态过程。为描述这种动态变化，一般采用绘制曲线图，选择合适的动力学模型，建立数学方程，然后计算出药代动力学参数。药代动力学参数（pharmacokinetic parameter）是反映药物在体内动态变化规律的一些常数，如吸收、转运和消除速率常数（elimination rate constant，Ke）、表观分布容积（apparent volume of distribution，Vd）、消除半衰期（t1/2ke）等，通过这些参数来反映药物在体内的动力学特点及动态变化规律。药代动力学参数是临床制定合理给药方案的主要依据之一，根据其参数的特性，设计和制订安全有效的给药方案，包括给药剂量、给药间隔和最佳给药途径等；针对不同的生理病理状态，制订个体化给药方案，提高用药的安全有效性。此外，这些参数还有助于阐明中药作用的规律，了解中药在体内的作用和毒性产生的物质基础。
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，绘制出反映中药时量关系的曲线，以闸明其体内过程的动态变化规律。对于可测定浓度的中药，多以血药或尿药数据进行研究，其中以血药浓度研究较多。此研究方法与西药药代动力学研究基本相似。首先获得药物浓度-时间数据，运用动力学分析方法（包括房室模型法和统计矩法），通过药代动力学计算机软件处理，定量计算出中药药动学参数。其基本参数有药峰时间（Tmax）、药峰浓度（Cmax）、Vd、Ke、消除半衰期（t1/2ke）、稳态血药浓度（steady-state concentration，Css）等。这些参数的测定主要适用于单一成分的药代动力学研究。中药及其复方制剂的成分复杂，进入体内产生药效的成分可能多样，其体内的药代动力学特征也各不相同。因此，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，正是目前探索的问题。如对三七总皂苷（panax notoginseng saponins，PNS）进行多效应成分的整合药代动力学研究，实验中给大鼠灌胃和注射PNS后，测定三七皂苷R1和人参皂苷Rg1、Rd、Re和Rb1五种成分，以AUC作为权重系数，经校正后得到在大鼠体内的综合浓度，做出时量曲线，可以获得PNS相应的动力学参数。
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。对于单体药物而言，药代动力学研究多以检测血药浓度的经时变化（时量关系）为基本手段，由此间接推测药物的时效关系。但中药及其方剂目前还难以测定血药浓度，由于药物效应由药量决定，因而可以通过测定药理效应（包括药效和毒效）探求中药的时效关系，再间接推算药物的时量关系，从而进行中药的药代动力学研究。这种方法是我国学者提出的具有中药特色的“生物效应法”。
3.中药时量关系和时效关系的联合研究
由于中药成分的复杂性，单独进行时量关系或时效关系研究，均难以全面合理地阐明中药复方的药代动力学规律，因此宜将这两种方法结合起来，建立中药中多种有效成分的药动学-药效学（pharmacokinetics-pharmacodynamics，PK-PD）同步分析的统一模型，探讨以血药浓度为指标的PK与以生物效应为指标的PD的相关性研究。PK-PD模型将药物浓度、效应和时间结合起来，能更加全面地评价药物在体内的动力学过程和产生药理效应的动态变化规律，因此该模型正逐渐成为中药药动学研究的热点方法。
三、PK-PD结合研究方法
药代动力学（pharmacokinetics，PK）和药效动力学（pharmacodynamics，PD）是按时间同步进行的两个密切关联的动力学过程，各有侧重，但在相当长的时间内对两者的研究是分别进行的，两者之间的内在联系被忽视，使得PK-PD的研究存在一定局限性。随着PK和PD研究的不断深入，人们逐渐意识到这一问题，进而提出了PK-PD模型，用于综合研究体内药物动力学过程与药效量化指标的动力学过程，将两种不同形式过程整合为统一体，其本质是一种药量与效应之间的转换过程。利用这一模型有助于全面、准确地了解药物效应随剂量（或浓度）及时间的变化规律。
近年来，随着人工神经网络及微透析技术的发展，PK-PD模型的研究及其应用取得了较大进展，但仍然面临许多问题和挑战。首先是如何寻找和选择合适的药效指标来评价药物的疗效，因为许多药物的效应在体内是无法直接进行连续定量测定的，常常借助生物标志物来反映药物的效应，因此必须要明确这些生物标志物的变化与疾病的状态和进程之间的关联性，以便使研究更契合临床实际；其次是如何解决具有多靶点和/或多组分特性药物的PK-PD结合研究。
在中药药动学研究中，由于化学成分非常复杂，以其中的一个或几个化学成分为检测指标，测得的药代动力学特征不一定能代表整个的体内过程。因此研究人员开始采用PK-PD模型进行中药药动学研究。如通过构建药动学网络和药效学网络在内的神经网络结构体系，以大鼠冠脉结扎引起的急性心肌缺血为病理模型，考察丹参素对肌钙蛋白T（troponin T，TnT）、高半胱氨酸（homocysteine，Hcy）和还原型谷胱甘肽（glutathione，GSH）等指标的影响。此外，利用PK-PD结合体系，以物理刺激（明暗交替）诱导的失眠大鼠为病理模型，考察丹参对经肝药酶CYP3A代谢的药物——咪达唑仑药代动力学的影响。
由于现有的PK-PD模型只适用于作用机制明确且成分单一的化学药物，而中药发挥药效通常具有多组分和多靶点的特点，这极大地限制了PK-PD模型在中药药物代谢动力学研究中的应用。因此有必要开拓新的研究思路，提出并建立符合中药作用特点的PK-PD模型，这将有助于阐明中药作用的物质基础及其作用机制，为中药现代研究提供新理论和新方法。
四、影响药动学因素及合理应用
不同的药物具有不同的药代动力学特征，在一定条件下产生相应的药理效应，用于防治各种疾病。中药及其复方与机体、环境之间存在诸多复杂的因素，它们不仅在量上，而且在质上对中药药代动力学产生各种影响，从而导致中药药效与临床用药的差异。
1.药物因素
（1）质量：
中药的来源除部分人工制品外，绝大部分来自天然的植物、动物、矿物。就来源于植物的中药来说，从种子、种苗到药材、饮片，涉及种植、产地、采收、贮运、炮制等多个环节，采用的技术方法是否合宜，直接影响到中药饮片的质量。不同来源的中药，各种成分的含量难于一致，标准化的中药生产与控制技术体系亟待建立。中药复方由多味药物组成，有效成分更加复杂。中药及复方制剂的质量难于控制，因而对中药药动学的研究增加了难度和不可控性。
（2）剂型：
中药剂型因素对于中药药动学具有重要影响。金元四大家之一的李东垣曾指出：“汤者荡也，去大病用之；散者散也，去急病用之；丸者缓也，不能速去之，其用药之舒缓而治之意也。”对不同剂型的起效快慢与针对的病情做了形象概括。汤剂服后吸收快，剂量一般较大，可治疗“大病”；散剂要有溶解的过程，同时又比丸剂吸收快，可治疗“急病”；而丸剂在体内需要经历崩解、分散等过程，作用相对缓和。同一药物其剂型不同，中药药动学特征不同，药效也各异。
剂型因素对于中药复方制剂的生物利用度及疗效发挥同样起着极为重要的作用，因此在给定处方和用药目的条件下研究新药时，通过生物利用度的研究，可优选适宜剂型，从而发挥最佳疗效。如金银花、黄芩组成的复方中药制剂，以其主要有效成分绿原酸、黄芩苷为指标，测定生物利用度，发现口服液较片剂为优，故该复方中药制剂以选用口服液为宜。
（3）制剂工艺：
不同的提取方法，所得中药有效成分的数量和质量都可能不同，甚至将有效成分完全丢失，而使制剂减效或无效。如丹参仅用水提醇沉法提取，有效成分丹参酮就大部分被丢失。中药制剂生产中干燥方式不同，制剂的质量和有效性也不一样。常压干燥时间较长，易导致有效成分过热破坏，应根据药物有效成分的性质选用喷雾干燥、减压干燥及冷冻干燥等方式。固体分散技术对于改进难溶性药物的生物利用度具有良好作用。将难溶性药物粉碎到一定程度，以无生理活性的水溶性物质作为载体，制成固体分散物，此时，载体可起增溶作用，既能阻止药物微粒的聚集，又能改善难溶性药物微粒的润湿性等。如将苏合香油、冰片与载体PEG6000制成“苏冰滴丸”，具有崩解快、溶出时间短、剂量小、起效快的特点。
（4）配伍：
中药通过配伍组成复方，是中医临床辨证论治的主要方式。中药复方所含成分复杂，各种成分之间可能在吸收、分布、代谢和排泄等环节发生相互作用，从而影响药效物质的生物利用度、改变分布特性等，最终导致药效作用强度甚至作用性质的变化。①在吸收方面：口服是中药最常用的给药途径，中药复方成分可能通过影响跨膜转运、胃肠道pH值、胃肠蠕动等影响药效成分的吸收。②在分布方面：中药“君臣佐使”配伍理论中的使药，其作用包括引经、调和两个方面。引经药“引经报使”，能引导君药等直达病所，发挥疗效。已有较多资料显示，使药能影响其他药物的组织分布，或者增加靶器官中的有效药物浓度。③在代谢方面：最常见的是药物对代谢酶的诱导或抑制作用，现代研究认为，酶抑制作用导致的药物相互作用的临床意义远大于酶诱导作用。基于代谢相互作用机制的中药方剂配伍规律研究日益增多，尤其是对中药“十八反”配伍禁忌的研究。如乌头反半夏、贝母、白蔹，属配伍禁忌，若配伍使用，可能会造成毒副作用。经研究，参与大鼠体内乌头碱代谢的主要是肝微粒体CYP3A和CYP1A1/2；乌头与半夏合用可抑制大鼠CYP1A2、CYP3A1/2酶活性和CYP1A2蛋白质表达水平。④在排泄方面：有的药物可增加肾小球滤过率，或竞争性结合重吸收位点使重吸收减少，导致排泄增加；尿液pH值变化或者尿量变化，也可影响药物排泄。如雷公藤甲素和甘草配伍给药后，尿液和粪便排出总量比单独给药组增多，提示甘草可影响雷公藤甲素的体内代谢和排泄，可能是甘草对雷公藤甲素的减毒作用机制之一。
2.机体因素
机体因素包括年龄、性别、心理因素、遗传因素等，对中药来说，更要关注疾病状态与证候变化。
（1）疾病状态：
药物主要用于病理状态机体，通过研究病理状态下的药代动力学规律，可以为临床制订合理的给药方案提供依据。若决定药物体内过程的组织器官发生病变，则药物的体内代谢行为可能发生显著改变。如胃肠道疾病主要影响药物吸收，心血管疾病主要影响药物分布，肝脏疾病主要影响药物代谢，肾脏疾病主要影响药物排泄。
（2）证候：
证候是对疾病状态下整体功能状态的抽象概括。同一中药或复方在不同证型上可能体内过程有别，疗效各异。如对不同证型患者予以口服自拟加味逍遥散，观察患者血清阿魏酸的PK参数，结果显示，脾虚证者的吸收速度常数和消除速度常数均下降，表观一级吸收速率常数升高；肝郁脾虚证者的吸收速度常数、消除速度常数和表观一级吸收速率常数均下降；胃实热证者的消除速度常数和表观一级吸收速率常数均升高。提示三种中医证型患者的吸收、分布和排泄PK特征存在差异。说明不同证型对药物的体内过程有不同的影响。