动物实验基础知识系列.pdf
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1、动物实验基础知识系列之一:剂量换算关于剂量换算的问题最近不少战友询问关于不同实验动物之间或者实验动物与人之间的剂量如何作“等效”换算的问题。这个问题对学习药理的战友来讲,可能是非常熟悉了。但对于非药理专业但又需做药理实验的战友来说,仍然是令人困扰的问题。下面我们分以下几点来探讨这个问题.第一、等效剂量系数折算法换算第二、体表面积法换算第三、系数折算法与体表面积法的比较第四、系数折算法的相对误差第五、小孩与成人的剂量换算第六、少常用实验动物剂量间的换算第七、不同给药途径间的剂量换算第八、LD50与药效学剂量间的换算下面我来简单说一下这个问题。我们在实验中估算一种药物或化合物的使用剂量的时候,差不
2、多是来源于两条途径:一是查文献,参考别人使用的剂量。有时有现成的,可直接用。有时没有我们所用动物的剂量,但有其它实验动物的。也有的是有临床用量的,但没有实验动物的。这样,我们就得进行换算。这是我们今天要谈的这种方法。另一种方法就是根据自己或文献上有关急性毒性的数据来进行估算,以期采用合适的剂量。一般参考数据是LD50。至于该选择LD50的多少分之一来作为参考剂量,众说纷纭。这个我们再另题讨论。下面我来说一说用第一种方法进行如何换算。目前我们大多数人用的方法,是参考徐叔云教授主编的 药理实验方法学。在其附录中有一个表,列出了人和动物间按体表面积折算的等效剂量比值。这个表,几乎被药理专业的人们奉为
3、经典,一直在科研中沿用。表如下所示:附表11-8人和动物间按体表面物f算的等疫眼比值小限(20g)大依(200g)豚曜(400)(14电猫(2 010.2时,函数丫2 在 Y1的下方。如下图所示:我们知道,一般用于实验的大鼠,其体重大多在150 350g之间。常常选用的是180 220g的大鼠。如下图矩形框所示。.5.OS。.5。.53322fL&8=LLSX;0.:03 O.1 0.SX Axis Title下面我们来计算误差。这个误差应为相对误差。令:按折算系数计算的剂量=人按实际体表面积计算的剂量=B相 对 误 差=(A-B)/Bx100%=A/B-1很显然,这个相对误差是有正负的。当
4、X0.2时,误差为正。因 A=Y1=6.3X,B=Y2=3.66(X)2/3这样,我们就可以以X 为自变量,以相对误差为因变量,再构筑一个函数丫3。Y 3=6.3X/3.66(X)2/3-1=1.72(X)1/3-1现在我们得到了这样一个简单的函数关系式。有什么用呢?我们可以这个来估算按折算系数计算的剂量与实际相差多少。如果相差不大,我们认为是可以接爱的。从图上我们可以直观地看出,当大鼠体重在200300g时,误差不到20%.在 200g以下,是负的误差。体 重(k g)相对误差0.1-0.2016467210.11-0.1758757850.12-0.1516230460.13-0.1286
5、829130.14-0.1068910140.15-0.0861136310.16-0.066240340.17-0.047178780.18-0.0288508180.19-0.0111897020.2 0.0058621020.21 0.0223545760.22 0.0383314470.23 0.0538312160.24 0.0688879820.25 0.0835321030.26 0.0977907390.27 0.11168830.28 0.1252468110.29 0.1384862230.3 0.1514246740.31 0.1640787060.32 0.176463
6、4510.33 0.1885927960.34 0.2004795120.35 0.2121353820.36 0.2235712970.37 0.2347973490.38 0.2458229080.39 0.2566566950.4 0.2673068360.41 0.2777809210.42 0.2880860510.43 0.2982288780.44 0.3082156470.45 0.3180522240.46 0.3277441320.47 0.3372965770.48 0.3467144690.49 0.3560024480.5 0.365164905从以上数据可知:当大鼠
7、体重在170 230g范围内,按折算系数计算剂量的相对误差在5%以内;当大鼠体重在150 260g范围内,按折算系数计算剂量的相对误差在10%以内;当大鼠体重在120 300g范围内,按折算系数计算剂量的相对误差在15%以内;当大鼠体重在100 340g范围内,按折算系数计算剂量的相对误差在20%以内。我们大多数情况下,大鼠在实验期间的体重在180 250g。这样,我们按折算系数算出来的剂量,其相对误差不会超过10%.基本上能接受。如果比较均匀,在 180 2 20 g,则相对误差在5%以内。这是完全可以接受的。至此,我们是否明白了?那就是说:药理实验方法学所编的等效剂量折算表,按体重给药,只
8、要大鼠体重相差不是很大,其误差是可以接受的。这个表的编制,就是为了方便广大科研工作者。如果大鼠体重达3 00 g 以上,尤其是达3 50 g 以上的时候,我们可以选择用实际体表面积来算。我们知道,要把体重转化成体表面积,要用到计算器。这在我们给药的时候带来很大的不便。那么,如果我们真的一定要很严谨,坚持要按实际体表面积给药的话,我们如何快速、简便地算出剂量呢?其实很简单,我们可以根据上述理论的结果来进行修正。凡体重在250 300g之间的,误差按10%计算。即:A B/B=0.1。我们可以直接按折算系数,算出A 的值。而 B才是我们需要的真正最接近实际体表面积的值。易知:B=0.9A.那就是说
9、,在这个体重范围内的大鼠,剂量打九折就行了。凡体重在300350g之间的,误差按15%来算。B=0.87A,剂量为八点七折。凡体重在350400g之间的,凡体重在400450g之间的,凡体重在450 500g之间的,误差按20%来算。B=0.83A误差按25%来算。B=0.8A误差按30%来算。B=0.77A这只是理论推算,除极少数情况外,实际体重太大的恐怕不能用于实验。此前,不少战友对于剂量到底是按体重算还是按体表面积算,是有过一番争论的。在此,当我们了解了其中的相对误差后,就会有选择依据了。我们可以根据上面提到的误差,权衡一下用哪一种方法。除了这些误差之外,我们在实验中常有不少人为误差。给
10、药的剂量常会因为人为的操作而出现偏差。而那样的偏差达10%我想是很常见的。而我们这个折算系数公式算出来的剂量误差在15%以内的话,是不足为虑的。因此,在说了这么多之后,我想说的是:不要把简单的事情弄复杂。按折算系数算出来,剂量是八九不离十的。按照前面我所编制的简表,大家都可以非常方便的算出剂量来。也就不必经常来论坛里问剂量了咯 多一句很笨笨的话:有人会问,那我要算大、小鼠之间的剂量比呢,要算大鼠和豚鼠的呢?在鼠和兔的呢?这就很简单了。我们知道它们之间与人的剂量比,相比一下就知道它们之间的比了。至此,我们对于这个折算系数换算剂量的方法基本解析完全。附:为了这一个小小的剂量的问题,花大量的篇幅来讲
11、,其实目的只有一个:就是论证 药理实验方法学上那个等效剂量折算表的权威性。按此表来计算,结果不会差到哪里去。而如果一定要用实际体表面积来算,一则相差无几,二则繁琐,令人不胜其烦。看了以上的论述种种,您是否已有了上述感受呢?现在,您就可以放心地用我编的那个简表了。很简单的几个数字:小鼠:9.1 倍 大鼠:6.3 倍 豚鼠:5.42倍兔:3.2 7 倍 猫:2.73倍 猴:1.05倍 狗:1.87倍。欢迎大家多多探讨!本人意见仅供参考。又附:在此对那个 药理实验方法学中的折算关系表再提一点自己的看法。与大家共商榷。我觉得,此表中,人的体重设为70kg,是有点不妥的。我们国人的平均体重是否能达 到7
12、0kg?难道我们都能吃得这么好?这恐怕不是太合理。如果设为60kg或55kg,则能为大多数人接受。这样一来,这个表就得进行修正。如果为60kg,则人的体表面积为1.55m2左右。那么,这样一来,折算系数表的中数字,全部要修正。最后一行的数字要乘以1.72/1.55=1.11而表最右上端的人的体重改为60kg.如此一来,我所编的那个简表就要修正了。按人体重60kg计算:这样,计算各种实验动物与人的剂量的倍数时就是这样了:实验动物用剂量=人的剂量*6 0*1.1 1*折算系数/动物体重.而原有的计算方法为:实验动物用剂量=人的剂量*7 0*折算系数/动物体重。这样,相当于简表中的数字都要乘以60*
13、1.11/70=0.95结果如下:小鼠:8.65倍 大鼠:5.98倍 豚鼠:5.15倍兔:3.1 1倍 猫:2.59倍 猴:0.998倍 狗:1.78倍。同理,按人体重55kg计算:简表中数字乘以55*1.175/70=0.92小鼠:8.37倍 大鼠:5.80倍 豚鼠:4.82倍兔:3.01倍 猫:2.51倍 猴:0.97倍 狗:1.72倍。同理,按人体重50kg计算,简表中数字乘以50*1.25/70=0.89小鼠:8.1倍 大鼠:5.61倍 豚鼠:4.82倍兔:2.91倍 猫:2.43倍 猴:0.93倍 狗:1.66倍此结果与大家共探讨。如有不同看法,请与我交流。说完了实验动物的,我们下面
14、来谈谈人的。毕竟,临床才是最重要的。我们知道,老人和小孩的用药剂量与成人通常是不一样的。目前,我们对于成人的剂量常常是没有考虑体表面积的。无论高矮、无论胖瘦,一律是用XX mg/天 这样的剂量。从临床应用来说,是不妥的。但是,对药品生产厂家来说,他们也只能如此。他们在说明书所说的剂量,在大多数人通常的剂量。当然,成人自己或医生可以根据疗效调整用药剂量。那么小孩的剂量该如何来算呢?实际上,仍然是沿袭了体表面积的折算法。成人体重一般按70kg算,体表面积一般按1.72m2算。下面介绍常用方法:1按体重计算:在成人体重70kg计,小儿剂量=小儿体重(Kg)/70*成人剂量2 按体表面积算:小儿剂量=
15、小儿体表面积/成人体表面积*成人剂量成人体表面积一般按1.72m2来算。按经验公式:小儿体表面积=(4*体 重(kg)+7)/9 0+体重例如:小孩重8 k g,折 算 剂 量=(4*8 +7/9 0)/I.72*成人剂量=0.231成人剂旦里此方亦非常简便,可操作性强。实际上,因为成人与小儿体型系数是一样的,所以其体表面积就是他们体重比的2/3 次方。那我们来验算一下上面这个例子:(8/7 0)2/3=0.233,可以看出,与上述结果相差无几。再算一例:小儿体重1 2 kg.经验法:4*1 2 +7/90+1 2/1。7 2=0.313直接法:(1 2/7 0)2/3=0.306可以看出,经
16、验法基本准确。另有计算体表面积的经验公式如下:体表面积(m2)=0.0061 x身 高(cm)+0.0128x体重(kg)-0.1529这是较为适合我国人的公式。一般用于计算成人。还有些其它方法,因计算稍微复杂,在临床上不实用。不再列出。在此,我推荐体表面积法。按经验公式计算体表面积,非常方便,笔算甚至口算可得出答案。当然,有计算器在身边的,也可直接把体重的比输入,求其2/3 次方也可很快得出。值得注意的是:以上所述是按照成人与小孩的等效剂量来刻板地计算的。如前所述,这种换算的前提是:小孩与成人对此药的敏感程度是一致的。但是,小孩由于发育不完全,尤其是肝脏这一承担主要药物代谢的器官发育不完全,
17、实际上小孩比成人要敏感。因此,在此剂量基础上还要酌减。本人认为,减至等效剂量的3/4 4/5 较为适宜。而且,儿童用药要“摸石头过河”,不可盲目用较大剂量。以上只是原则性的谈了一下小孩与成人剂量的换算。在临床上还要牵涉到配药的问题。那则是护士们拿手的了。在此不再讨论。5楼在做动物实验的时候,我们通常要用到不同的给药途径。而且,有时候我们想知道不同的给药途径之间的效果相差有多大?以什么样的比例给予能使不同给药途径之间的效果差不多呢?比如:某药,可静脉注射,也可以腹腔注射,我们想把静脉途径改为腹腔,到底给多少药比较合适呢?或者,把静脉的改成口服,又大概是多少呢?这些问题,许多实验书上并没有定论。大
18、多数是我们在实践中根据经验总结出来的。下面我们就来谈谈这个问题。说到这个问题,我们不得不谈到生物利用度。按照经典的定义,生物利用度是指药物吸收的速度和程度。吸收的速度反反与药物的达峰时间相关联。而吸收的程度与发挥作用的药量是相关的。而我们常常主要关注的是吸收程度。因而,生物利用度尸=药物吸收量/经静脉给药的量,这就是绝对生物利用度。我们谈到不同给药途径之间的换算,就是要用到绝对生物利用度。通常我们以静脉为参照,来比较其它途径给药能达到静脉的百分之几来衡量。关于不同途径给药的问题,在不少的药理及相关的书上,有如下的叙述:以口服量为100时,皮下注射量为30 5 0,肌肉注射量为20 3 0,静脉
19、注射量为25。这些是我们实验时所得到的一般的经验。从以上的数字我们可以看出,人们常常把口服生物利用度估计为25%左右。认为肌注相当于静脉的80%,皮下相当于静脉的50%。应该说,这样的估计是比较合理的。口服一般生物利用度可有30 4 0%,高者也可达70%,低者在15%以下。估计为25%,有点偏于保守,本人倾向于估计为30%。除此之外,在动物实验中,还有一种重要的给药途径,就是:腹腔注射。它可达到不错的效果,而又比静注要简单方便,因此常常采用。除了有吸收不太规则的缺点之外,其余方面很不错。而且吸收一般可达静注的80 85%。因此,我们可以将上述结果列于下:不同给药途径之间剂量换算估计值筒表给药
20、途径阱脉口服皮下注射矶 峨 射副腔注射生物利用度全部入血传环.无吸收过程25 30%4 0-5。左右80%左右80 85%与酢脉的剂量之比3.X倍2 2.5倍左右1.25倍左右1.18-1.25 倍与口服的剂量之比0 25-0 330 5-060 32-040.3-0 35 /r*1 1对此简表需要说明的是:笫一,给药剂量可参照经验,但最好亲自实验。因为每种药物的生物利用度是不一样的。简表中所示只是一种多数情况下的估计。可能与实际会有较大出入。第二,能够不改给药途径时,尽量不改。实验药量足够的情况下,尽量不要改给药途径。一则是各给药组间要剂同对比;二是给药途径改后效果不好对比。尤其是口服和静注
21、之间有时按上述折算给药时,血药浓度相差太大。主要是口服影响因素多。第三,有时实验操作熟悉程度影响很大。尤其是静注。而口服途径一般来说,较易实现相对准确。以上所述,仅 供 参 考!欢迎大家和我交流-附:关于局部给药的剂量折算问题有时候,我们做的虽然是在体实验,却是局部给药。如:想考察一种药物对烧伤的作用。一般用兔子做实验。那么,在多大的面积上给多少药才与临床差不多等效呢?关于这个问题,我们只讨论皮肤给药的。我个人认为,如果只是看药物在局部的作用(如:烧伤),就和人体用相同的剂量。即用于人体多少面积涂多少药,动物也是多少面积涂多少药。不过,要注意一点,这是我们设想实验动物对此药敏感程度与人相同的情
22、况下。那么,如果是透皮吸收的呢?也就是说,把皮肤只当作一个给药途径,最终在体内发挥作用的呢?那实际上就相当于体内给药了,仍然按前面所述的等效剂量给药。在前面的贴子中,我们讨论了常用实验动物的剂量换算的问题。但有时候,我们可能会使用一些其它的动物。如;金黄地鼠、鹤鹑、来亨鸡、小型猪、鸭子等等。那么,对于这样一些在这个表中无法找到折算系数的动物,我们怎样来折算它们与人或其它动物的等效剂量呢?对此,很多人会感到茫然。其实,只要知道等效剂量折算的原理,我们照样可以很好地估算出来。与其它实验动物的剂量折算相似,方法如下:第一,能找到有参考文献的,可以用现成的剂量。但这样的情况不多。第二,有临床用量的,折
23、算到动物。这就要我们去找到相应的动物的体型系数。通过查文献我们可以找到。LD50与药效学实验剂量的换算面对一个全新的化合物,无任何资料可参照的情况下,我们如何去设置剂量?我想,首先至少我们会做一个急性毒性实验。在急毒中,我们可以得到一个LD50,或者是最大耐受量(MTD)。这可能成为我们选择剂量的一个重要依据。那么,如何根据LD50或 MTD来选择剂量呢?要注意些什么问题呢?下面我来跟大家探讨一下。在不少的药理书上,都是讲测出药物或化合物的LD50以后,取其1 /10,1 /20,1 /3 0 的剂量作为药效学的高、中、低剂量。对此,我们差不多也是这样做的。只是有个预试过程。在预试中摸索并调整
24、剂量。但上述剂量的设置似乎没有一个定量的、理论的依据。那么,我们如何来估计药效学实验的剂量呢?在此,我提出一个自己的想法。我们知道,药物是安全性和有效性并存的。在达到很好的药效的时候,可能已经产生毒性了。我们既要控制毒性,又要在这个基础上尽量最大地发挥药效。那么,什么样的情况下可以满足这样一个要求呢?我觉得,就是:当药物差不多刚刚引起毒性反应时的剂量设为药效学的最高剂量,再往下以等比递减。如果要给一个定量的数字,我觉得取LD5比较好。就是说,把引起5%实验动物死亡的剂量定为药效学最高剂量。如果这样,那接下来的问题就是:寻找LD50与LD5之间的关系。下面,我们就运用药理学与数学的知识来探讨这个
25、问题。为此,我们先来了解一下相关的基础知识。我们知道,药理效应跟剂量(或药物浓度)之间存在一定的关系。这种关系不是完全地成比例,可能是效应与浓度的对数成比例,也可能效应与浓度的对数亦不成比例,而是表现出一种这样的规律:浓度较小时,增加浓度药效增加不很明显;浓度中等时,增加浓度药效有较明显地增加;浓度较大时,增加浓度药效增加又不太明显;直到出现最大效应。这就是所谓的“量一效关系”或“浓度一效应关系,如何用数学的模型或是公式来描述这样一种“浓度一效应关系”呢?早已有人对此进行了研究。其中比较为大家所公认的是由A.V.Hill提出的一个方程:E=Emax.Cs/ECs50+Cs这就是著名的Hill方
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