书城医学药理学实验方法
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第63章 一般药理学实验(1)

一、概述

一般药理学研究是药物安全性评价的一个重要组成部分。广义的一般药理学(general pharmacology)是指对主要药效学作用以外进行的广泛的药理学研究,包括安全药理学(safety pharmacology)和次要药效学(secondary pharmacology)研究。次要药效学主要研究药物非期望的、与治疗目的不相关的效应和作用机制。本章所指的一般药理学,仅限于安全药理学研究的内容。

安全药理学研究概念最早出现于1997年ICH的《支持药物进行临床实验的非临床安全性研究》(M3指导原则)和《生物技术药物的临床前安全性评价》(S6指导原则)中,要求在非临床安全性评价中必须进行安全药理学研究,用于支持药物的人体临床研究。在安全药理学概念被采用前,广泛使用的是一般药理学研究的概念。日本于1991年颁布的《一般药理研究指南》中,一般药理的研究目的是发现没有预测到的对器官功能的作用和寻找其他的药理学作用,而安全药理学的研究着眼点则集中在发现新药的不良反应上。如ICH M3和S6中指出,安全药理学研究的目的和意义在于发现可能与临床安全性有关的不期望出现的药理作用,评价在毒理实验或临床研究中观察到的毒性作用或不良反应,探讨发生不良反应的作用机制,从而最大限度地保障新药进入临床研究之前或上市之后,发现可能出现的治疗作用之外的不良反应。在2001年的ICH会议上,制订了安全药理学的指导原则,即:S7A Safety Pharmacology Studies for Human Pharmaceuticals,重视了对药物的安全性评价与临床的相关意义。

正是在这种情况下,为了与国际接轨,我国在参考了ICH的指导原则基础上,起草了《药物一般药理学研究技术指导原则》(包括化学药物、中药、天然药物),并结合我国的国情,将一般药理学定位于安全药理学,纳入了安全性评价的范围,但是考虑我国在十几年来一直所用为一般药理学的名称,因此本指导原则仍采用了一般药理学的名称,但所指内容为国际上所指安全性药理学的内容。安全药理学主要是研究药物在治疗范围内或治疗范围以上的剂量时,潜在的不期望出现的对生理功能的不良影响,即观察药物对中枢神经系统、心血管系统和呼吸系统的影响。根据需要可能进行追加和(或)补充的安全药理学研究。

国内与国外最大的差异是国内在进行此项内容的研究时,没有采用清醒动物和遥测技术记录受试物对清醒状态下动物重要生命器官功能的影响。以往国内的实验室几乎均采用麻醉动物,研究的指标也比较简单,同时也没有完全按照GLP的原则进行实验。随着国际上ICH对安全药理学概念和内容的统一,近年来国内也逐渐引入和使用安全药理学的概念,并且也得到了国家食品药品监督管理局药品审评中心的高度重视,但由于建立一套安全药理学评价体系需要很多昂贵的设施和仪器设备,如用于大动物心脏功能测定的遥测系统和Q-T间期研究的膜片钳设备,使得国内到目前为止还没有建立一家完全符合ICH技术要求的从事安全药理研究的实验室。这也是我国在新药安全性评价技术上与国际间存在差距比较大的一方面。

二、基本原则

参见《化学药物一般药理学研究技术指导原则》。

三、实验设计的基本要求

参见《化学药物一般药理学研究技术指导原则》。

四、主要研究内容

参见《化学药物一般药理学研究技术指导原则》。

五、研究方法

安全药理学研究内容包括:核心组合(core battery)实验、追加(follow up)和补充(supplemental)实验。核心组合实验的目的是考察受试物对人体重要功能的影响。通常认为短时间内可危及人体生命功能的系统包括心血管系统,呼吸系统和中枢神经系统。因此,对上述影响三系统的实验作为核心组合实验。本章所涉及的方法适用于核心组合实验。

(一)中枢神经系统

定性和定量评价给药后动物的运动功能、行为改变、协调功能、感觉/运动反射和体温的变化,以确定药物对中枢神经系统的影响。

1.对动物自发活动的影响

(1)开野实验(open field test)

【基本原理】在特定的实验装置(笼或盆),通过直接观察计数或借助光电计数装置,来测量一定时间内动物(大鼠或小鼠)的活动计数。近年来Ericson等所使用的装置可以同时记录局部运动、站立以及运动速度等。

【操作步骤】雄性大鼠,体重280~320g。分别给药,给药后一定时间(口服后60min,皮下注射及腹腔注射后30min,静脉注射后5min)通过特定实验装置进行测定,每只动物测定15min。

【测定指标】

自主活动次数:记录动物运动斩断所有底部光电管光路的次数。

外周自主活动次数:记录动物在开场区域外周活动斩断所有底部光电管光路的次数,这些光电管位于开场区域盒壁25mm处。

直立次数:记录动物直立时斩断顶部光电管光路的次数。

外周直立次数:记录动物在开场区域外周边缘直立时斩断靠近边缘顶部光电管光路的次数,这些光电管位于开场区域盒壁125mm处。

走动次数:记录动物沿一定方向走动时连续斩断光开放区域低部光电管光路的次数。

速度:在跑动时,采集动物在0.1s内斩断光电管光路的次数。

【结果评价】通过实验可以得到抑制剂和兴奋剂的量-效曲线,不同的指标其量-效曲线也不同。受试药物不同剂量分别同对照比较并进行组间比较。

【方法要点】开阔法实验装置允许测定不同的多个指标,而且通过绘制这些不同指标的量-效曲线可以区分不同类型的镇静剂和兴奋剂。

(2)洞板实验(hole board test)

【基本原理】本实验是在开野实验的基础上,为了检测动物的探究行为成分,而在底部的板上加洞。本实验既可记录动物的空间活动又可记录其钻洞活动等共13项指标。所得数据用多因素方差分析法及Hotelling T2测验法等进行处理。目前多与计算机联机并进行自动处理。

【操作步骤】雄性大鼠,体重280~320g。分别给药,给药后一定时间(口服后60min,皮下注射及腹腔注射后30min,静脉注射后5min),将动物置于孔板装置内进行测定,每只动物测定5min。小鼠雌雄皆可,体重18~22g,以每组10只为宜。

【测定指标】

活动量(ACT):阻断底板上40mm光束时所记录的次数。

向前运动(FL):运动时先阻断A(或B)再阻断B(或A)时,表示大鼠从这一侧走到另一侧。

总运动量(TL):先阻断C(或D)再阻断A(或B)。向前运动也计入总运动量。总运动量既表示从这一侧走到另一侧的活动,又表示从一面的中线折回来的运动。

探洞次数(HC):头钻入洞内次数,表示探究反射。

探洞时间(HT):记录钻入任何一个洞的累计时间。

拐角处活动次数(CC):阻断任何一角的光束次数,表示在拐角处的行为。

拐角处活动时间(CT):阻断任何一个角的光束的累计时间。

站立次数(RC):站立时阻断125mm处光束。阻断一次在1.5s内不再接受第二次阻断光束信号。

站立时间(RT):站立时间的总和。

向前运动和总活动量的比值。

探洞时间和探洞次数的比值。

拐角处活动时间和拐角处活动次数的比值。

习惯性(HAB):第二个5min和第一个5min活动量的比值表示习惯性产生的情况。如第二个5min数值很低或者为零则已产生习惯性。

【结果评价】受试药物处理动物后,记录动物鼻子伸进孔板的次数,计算该次数占对照组的百分比。将鼻子伸进孔口是一个动物较为典型的好奇探究行为,从一定程度上可描述动物的好奇心。对这种行为进行评价是十分必要的。研究证明,苯二氮□类药物在较低的剂量即可减少动物鼻子伸出的次数。

【方法要点】经过用10只大鼠做的对照实验,按每5min记录为一段,共90min。观察动物的活动性、向前运动等指标,发现前10min适合进行活动研究。因随着记录时间的延长,动物活动次数减少。整个过程中记录到的拐角处时间的数值有的很高、有的很低。

(3)小鼠联合开野实验(combined open field test in mice)

【基本原理】本实验实际是将普通开野实验和洞板实验联合进行。

【操作步骤】雄性小鼠,体重18~22g,每组10只,分别给药,给药后一定时间(口服后60min,皮下注射及腹腔注射后30min,静脉注射后5min),将动物置于孔板装置内进行测定,每只动物测定5min。

【结果评价】动物运动计数(动物在笼子内斩断光路的次数)和好奇行为次数(动物将鼻子探出盒外的次数)分别被记录下来。计算药物处理组动物的计数占对照组计数的百分比。药物设置不同剂量可得到量-效曲线。

【方法要点】已经发现几种药物对动物的探究行为的影响和对走动的影响是分离的。兴奋剂可降低动物的探究行为并同时增加走动次数。镇静剂则剂量依赖地降低探究行为次数,对走动次数无影响。因为该方法的修改较大,所以不同实验者所得的不同结果很难进行比较。

2.肌肉协调能力实验

(1)转棒实验

【基本原理】该实验用于评价影响动物运动协调性的药物。1956年,Dunhvam和Miya认为受试药物诱导的动物运动协调能力的改变可由其停留在转动物体上的能力来判断。这种强制运动行为后来被许多实验者所采用。记录小鼠停留在旋转物体时所给药物的剂量来判断受试药物对动物协调运动能力的影响。

【操作步骤】小鼠,体重18~24g。

首先进行筛选实验。实验前一天,将动物放入转棒上,筛选能够停留在转棒上2~10min的小鼠,共进行2次,以时间最长的一次为准。

实验当天,选取训练合格的小鼠,按体重随机分组,每组至少10只,雌雄各半,分别给药,给药后一定时间(口服后60min,皮下注射及腹腔注射后30min,静脉注射后5min)动物被放于转棒上观察10min。记录小鼠在转棒上停留的时间,超过10min以10min计。计算每组的平均值及标准差,组间进行t-检验。另外,设定不同观察时间,可以得到药物的时效曲线。

【实验装置】该装置由一个水平木制杆或金属杆(直径3cm,外部包以橡胶)组成,该木制或金属杆同一个马达相连,调节马达的转速,以小鼠不从杆上跳下为宜。该金属杆长度不等,外包以塑料分成几段,因此该装置允许同时测试几只小鼠。该金属杆放置于离桌面高度约为50cm处以防动物跳离转杆。将笼子放置于转轮之下,当动物从转轮上掉下时,可落入转轮下面的盒子中以限制动物的运动。

【结果评价】计算每组动物转棒时间的平均值及标准差,组间进行t-检验。另外,设定不同观察时间,可以得到药物的时效曲线。转棒实验可用于许多中枢抑制剂的活性测定,也被用于检测神经毒性物质的作用。

【方法要点】该方法不能将抗焦虑药物和抗精神病药物区分开来,但该方法可以评价受试药物的肌松作用强度,如苯二氮□类药物。

(2)倾斜平板实验

【基本原理】Allmark和Bachinski于1949年最初使用一个倾斜网栅(inclined screen)评价箭毒样物质(curare-like agents)的作用。随后该方法被广泛采用。如Randall等将该方法用于评价肌肉松弛剂的作用。Ther、Vogel和Werner则使用该方法区分神经松弛药和其他中枢活性药物。Rivlin和Tator于1977年也使用倾斜平板实验评价了肌肉松弛剂的效果。

【操作步骤】小鼠,体再18~24g,按体重随机分组,每组至少10只,雌雄各半,分别给药,给药后一定时间(口服后60min,皮下注射及腹腔注射后30min,静脉注射后5min)小鼠被置于倾斜板上部,观察动物30s内停留在倾斜板上的时间。

【实验装置】该平板由两个矩形三合板铰链形成,其中一块板作为底板,另一块板为倾斜板,与水平位置的底板呈一定角度。一个长约0.2cm的橡胶垫固定于呈65°角的倾斜板上。

【结果评价】计算动物给药后停留在倾斜板上的最长时间。给予每组10只动物不同剂量的受试药物,观察最大停留时间,计算ED(下标50)值。

【方法要点】该方法被证明是一种简单的测试肌松活性的方法。该方法可为临床肌松剂的有效剂量提供参照标准,但该方法不能有效地区分抗焦虑剂和神经松弛剂,甚至不能区分抗焦虑剂与神经毒性物质。

3.与巴比妥类药物的协同作用

(1)延长戊巴比妥钠所致小鼠的睡眠时间

【基本原理】该实验用来阐明药物的中枢作用特征,不仅催眠药和镇静药,而且高剂量的抗忧郁药都可延长单次给予戊巴比妥钠导致的睡眠时间。

【操作步骤】雄性小鼠,体重18~24g,每组10只,对照组给以生理氯化钠溶液或药物溶剂,出现药物峰作用前10~15min,给小鼠腹腔注射预摸好剂量的戊巴比妥钠(做正式实验之前预先摸准使100%动物入睡,但又不使睡眠时间过长的戊巴比妥钠腹腔注射剂量),一般范围为30~60mg/kg,参考剂量为腹腔注射35mg/kg。

【结果评价】比较给药组和对照组之间的差异,用t-检验显著性。如果药物使戊巴比妥钠睡眠时间延长,且P<0.05,表明被试药物该剂量具有镇静催眠作用。

(2)戊巴比妥钠阈下催眠剂量实验

【操作步骤】即使用90%~100%的小鼠翻正反射不消失的最大剂量(范围在20~30mg/kg,腹腔注射)。分组给药同前,在药物作用峰值前10~15min,给小鼠腹腔注射最大阈下催眠剂量的戊巴比妥钠,凡是30min内动物翻正反射消失达1min以上者,表明已发生了睡眠。

【结果评价】每组计算睡眠率(本组已睡动物数/本组动物数×100%),用x(上标2)值测定对照组和给药组入睡动物数之间的差别,P<0.05则表示该剂量的被试药物具有镇静催眠作用。此实验与前面实验相比优点在于单纯抑制肝药酶减少戊巴比妥钠代谢的药物不会明显影响本实验结果。

【方法要点】