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试验药理学
第三篇药效学研究
第八章药效学研究基本知识
第一节新药药效学研究意义及方法
一、新药药效学研究
（一）目的
确定药物的治疗作用，为新药临床试验提供可靠依据。
在评价新药主要疗效的过程中，通过与已知药的比较，可逐步了解药物的作用特点，优选出靶点明确、作用强而新颖的药物。
此外，新药作用机制的研究也需在这一阶段尽可能完成。
（二）研究内容
1．观测生理机能的改变。
如新药对中枢神经系统产生兴奋还是抑制；对心肌收缩力或胃肠道运动是加强还是减弱；对血管或支气管是扩张还是收缩等。
2．测定生化指标的变化，如血糖、电解质；生理活性物质，如血管紧张素、前列腺素、环磷腺苷浓度的改变等。
3．观测组织形态学变化，如血细胞大小、甲状腺大小、肾上腺皮质萎缩等。
（三）研究方法
药效学研究方法很多，概括讲可分综合和分析法。
所谓综合法是指在整体动物身上进行，是在若干其它因素综合参与下考察药物作用，根据实验动物情况不同，可分为正常动物法和实验治疗法。
所谓分析方法是采用离体脏器，例如离体肠管、离体心脏、血管、子宫及离体神经肌肉制备等，单一地考察药物对某一部分的作用。
深入研究还包括细胞水平、分子水平的分析研究。
1．整体动物试验
一般应用小鼠、大鼠、兔、猫、猴、狗，根据不同情况可用正常动物、麻醉动物、病理模型动物。
（1）观察药物对动物行为影响，是研究中枢神经系统药物作用的基本方法之一。
最常用正常动物。
如将动物的行为分级，对用药组和对照组动物进行细心观察，并按分级法打分，求出平均数，进行显著性测验，从而可判定新药是中枢抑制作用还是中枢兴奋作用。
用转棒法观察动物的协调运动，是测定新药对中枢神经系统抑制作用和对骨骼肌松弛张作用的最简单而经典的方法。
观察药物对记忆力和影响，以及测定药物的依赖性实验都是用正常动物。
（2）观测药物对疾病的疗效，则常用病理模型动物。
（3）整体动物实验时，常用麻醉动物，但应注意麻醉深度的控制和麻醉药物的选择。
如在研究评价镇咳药物时，麻醉过深则明显抑制咳嗽反射，从而影响实验结果。
在研究药物对子宫影响时，最好不用乙醚和氯仿，而选用戊巴比妥钠。
因前者对子宫有明显抑制，而后者只要剂量适当，不影响子宫活动。
2．离体器官试验
常用的离体器官有心脏、血管、肠段、子宫及神经肌肉标本，用离体标本可比较直观地观测药物的作用。
不同的动物标本用于测定不同类的药物作用。
（1）离体蛙心和兔心是观测药物对心脏活动（包括心率、输出量、收缩力等）的影响最常用的标本；猫、兔、豚鼠和狗乳头肌标本制备比较简单，在适宜条件下，可较长时间保持良好的实验状态，是观测药物对心肌基本生理特性（如收缩性、兴奋性、自律性）的影响较好的实验标本。
（2）兔主动脉条对α受体兴奋药十分敏感，是测定作用于α-受体药作用的一个理想标本。
已被广泛用来鉴定和分析拟交感药和其对抗药的作用。
（3）豚鼠回肠自发活动较少，描记时有稳定的基线，可用来测定拟胆碱药的剂量-反应曲线。
而兔空肠具有规则律收缩活动，可观测拟肾上腺素药和抗肾上腺素药，拟胆碱药和胆碱药对活动的影响。
（4）未孕兔子宫对α-受体兴奋药十分敏感，可用于鉴定α-受体兴奋药或阻断药。
豚鼠离体气管片主要含β-受体，广泛用于鉴定和分析作用于β-受体的药物的作用。
（5）蛙坐骨神经腓肠肌标本，小鸡颈半棘肌，大白鼠膈神经标本常用来评价作用于骨胳肌的药物。
（6）在离体器官法中，不同动物的不同器官都要求最适宜的营养环境，因此各种动物的人工生理溶液成份和配制都有区别。
在离体器官研究中应特别引起重视。
渗透压：
要等渗，但不同动物对同一物质的等渗浓度要求不同。
如生理盐水溶液，冷血动物用0.6～0.75%；温血动物用0.8%～0.9%。
各种离子：
溶液中含有一定比例的不同电解质离子如Na+、K+、Ca2+、Mg2+、H+、OH-等是维持组织器官功能所必须。
组织器官不同，对生理溶液中离子的成份和浓度要求亦不同。
pH影响：
人工生理盐水中pH一般要求在近中性，对于哺乳动物心脏冠状动脉，酸性生理盐水可使平滑肌松驰；碱性则可使节律加快，振幅缩小。
其它条件：
葡萄糖提供组织活动所需能量，临用时再加入，以防变质；有的离体器官需要氧气，如离体子宫、离体兔心、乳头肌等。
而离体肠管通以空气就可以了。
3．细胞培养试验
细胞培养是在细胞水平甚至细胞水平研究药物作用并分析作用机理的实验方法。
（1）抗肿瘤药物的体外研究，就是利用细胞培养技术，根据不同原理测定药物抗肿瘤作用。
在美蓝试管法中，就是根据癌细胞含有脱氢酶，该酶可使代谢底物脱氢使美蓝还原变为无色这一原理，将肿瘤细胞悬液与受试药物混合，加放美孵育。
如美蓝不退色，即初步判定该药具有抗癌作用。
（2）近年来发展起来的免疫药理学研究方法也是在细胞水平观察免疫功能改变。
如小白鼠腹腔区噬细胞吞噬鸡红细胞实验及玫瑰花结试验，可用于初步评价免疫增强剂或免疫抑制剂。
（3）在抗生素作用机理研究中，利用透射式电子显微镜对金葡萄超薄片进行观察，可以看到青霉素类抗生素使其细胞形态的改变，还可看到氨基糖甙类抗生素使肺炎杆菌核糖体数目减少，这些都是在亚细胞水平对药物作用机理的探索。
4．生化实验方法
随着药理科学的不断深入，药理研究手段逐渐由生理转变为生化或酶学手段为主了。
成为分子药理学的主要内容。
（1）用离体脂肪组织研究作用于β-受体的药物（脂肪组织存在β-受体），如果药物对β-受体有兴奋作用，则引起游离脂肪酸释放增加。
预先加入β-受体阻断剂，则可使游离脂肪酸释放量明显减少，甚至完全阻断。
因此通过测定游离脂肪酸含量，可评价作用于β-受体的药物。
（2）抗过敏药物研究，先腹腔注射抗原致敏，24h后注射受试药物，再次注射抗原攻击，然后处死动物，收集腹腔液并离心，用荧光分光光度法测定组织胺含量，从而评价受试药物抗变态反应的作用。
（3）利用蛋白激酶与一定量氚标记的cAMP结合，而内源性cAMP可竞争置换出氚标记的cAMP，再通过微孔滤膜把结合的和游离的氚标记的cAMP分开，再用液体闪烁计数器测定放射性，从而可换算成体内cAMP含量，可分析鉴定作用于β-受体药物作用机理。
（4）将配基（如药物）用放射性同位素标记，应用放射自显影技术，可研究受体的分布和数量。
总之，这些技术和新方法的应用，使药理学的研究达到崭新的境界。
作用机理的研究是对一个药物最本质的研究，但由于机体的复杂性，使之耗时、费功、致使大部分药物在分子水平的作用尚不清楚。
然而，尽管一个药物作用机理还不清楚，只能在临床上有适应证而毒副反应小，就可以使用，并在使用过程中再进行深入的研究。
不少药物，通过基础研究-临床应用-基础研究的途径，有仅加深了对药物作用本质的了解，还发现了新的用途，即所谓的老药新用。
二、新药药效学研究分类
按照“新药药效学研究技术指导原则”可将药效学研究主要分为15个系统95个类别，见表8-1-1。
新药临床前主要药效学研究可基本按照该指导原则进行，未列入指导原则的新药，可参照国内外相关文献制定研究方案。
目前新药的研究热点主要包括：
抗艾滋病、抗病毒性肝炎、抗肿瘤、抗心、脑血管疾病、抗老年痴呆、抗糖尿病等药物，此外，有广阔市场前景的药物如感冒药、消化系统药物等大众药也是研究热点。
表8-1-1新药药效学分类表
系统
类别
药效
神经
10
促智、抗震颤麻痹、镇静催眠、抗癫痫、镇痛、中枢性肌松、外周性肌松、解热、吸入麻醉、局部麻醉
精神
4
抗焦虑、抗抑郁、抗老年痴呆、精神分裂
心、脑血管
11
抗心肌缺血、抗心律失常、降压、心功能不全、调血脂、抗动脉粥样硬化、抗血小板聚集、溶血栓、抗凝血、抗心肌炎、防治脑血管和脑缺血
呼吸
4
祛痰、镇咳、呼吸兴奋、支气管扩张
消化
4
胃肠解痉、催吐和止吐、抗溃疡、泻药和止泻药
抗肝炎
3
保肝、退黄疸、利胆
泌尿
9
利尿、抗利尿、抗肾炎、抗肾病、抗急性肾衰、抗慢性肾衰、抗结石、抗前列腺增生等、胆结石溶石
血液病
4
白细胞减少、血小板减少、防治贫血、止血药
内分泌
13
性激素及同化激素、肾上腺皮质激素、甲状腺及抗甲状腺、胰岛素类及降血糖、终止中期妊娠、避孕（男/女）、子宫收缩、终止早孕、阴道杀精、治疗性功能不全、减肥、H1受体激动药与阻断
抗风湿
2
抗风湿性关节炎、抗痛风性关节炎
抗炎免疫
3
抗炎、抗过敏、免疫调节
抗肿瘤
2
细胞毒类、生物反应调节剂
抗菌抗寄生虫
10
抗菌、抗真菌、抗结核、抗麻风、抗钩端螺旋体、抗血吸虫、抗丝虫、抗钩虫、抗梅毒螺旋体、抗疟
抗病毒
11
抗单纯疱疹病毒、抗巨细胞病毒、抗流感病毒、抗呼吸道合胞病毒、抗出血热病毒、抗艾滋病病毒、抗乙型肝炎病毒、抗乙脑病毒、抗狂犬病毒、抗登革热病毒、抗病毒性心肌炎病毒
抗辐射及解毒
6
抗辐射、抗砷、抗有机磷中毒、抗金属中毒、抗氰中毒
三、基本技术要求
详见第四章药理学实验设计基本知识。
第二节新药药效学评价及统计分析
一、药效学评价
药效评价分析是通过药效实验，应用有关指标对药物作用的科学评价。
通过评价证明某一药物具有何种药效作用，作用强度如何，是否比标准药物作用强，强多少倍；作用是否持续，强度变化是否随时间变化，剂量变化是否有明显的规律；有什么特点；受什么因素的影响等。
这些评价结论都要通过合理的实验设计，严格的实验条件，一定数量的实验例数和次数，应用合理的数理统计方法来实现。
（一）药效评价的定量方法
药效评价的定量分析方法有许多种类，如量-效关系分析，时-效关系分析，构-效关系分析，时-量关系分析，药-靶关系分析等等。
1．量-效关系分析
量-效关系分析是药效评价的基本分析。
根据药效反应类型的不同可分为3类：
量反应的量-效关系，即药物剂量与药效反应的关系分析；质反应的量-效关系，即药物剂量与药效反应率（阳性或阴性反应率）的关系分析；时反应的量-效关系，即药物剂量与潜伏时间或持续时间的关系分析。
2．时-效关系分析
分析药效经时变化的动态规律。
在整体药效经时变化难以测定的条件下，可用不同时间体内药物浓度的变化来反映药效的经时变化。
3．构-效关系分析
构-效关系分析以药物的化学结构决定药效的物质基础，分析结构与药效间的关系，通过化学结构的物理化学参数计算比较药效强弱，在新药研究中为定向合成新化合物提供重要信息，特别是定量构-效关系（QSAR）的作用更为突出。
4．药-靶关系分析
药物与受体、酶、蛋白质、载体、膜通道等机体大分子的关系相当复杂，其药-靶关系的历时过程发生动态变化。
药物-受体关系、受体-配体关系、受体动力学关系、酶-底物关系、药物-蛋白质关系等在药效研究中起着重要作用。
（二）药物作用强度和量效关系
在药效研究中，药物作用强度是一项表示药效作用的重要尺度，它一般是随剂量增大而增大的，即有剂量依赖性。
其作用多呈S型曲线增大，最后达到最大值，此后再增大剂量，作用强度不再增大。
这种反映剂量与效应关系的曲线为剂量效应曲线，简称量效曲线，研究分析它们之间的关系称之为剂量效应关系分析，简称量效关系分析。
在制备量效曲线时，一般采用其剂量对数与效应百分率作图。
最大效应为100%，显示最大效应一半的剂量称之为ED50即50%有效量或半数有效量。
在ED50附近，随剂量增大的作用强度增大至最大，即量效曲线的斜率最大。
在药效实验中，通常是根据作用大小决定有效剂量的，在ED50附近精确度最高。
从曲线可见，在低剂量时，增大剂量引起的效应变化不太大，在ED50附近也一样，效应变化不太大。
但在曲线中部，增加剂量则效应变化显著增大，这就是为什么要求用ED50来表示药效的理由。
这也说明在实验中弄清实验所用剂量相当于曲线的哪一部分进行药效比较研究的重要性。
为了获得准确的药效比较结果，必须在相当宽的剂量范围内设计几个剂量进行实验，以了解整个量效曲线及量效关系。
在S形曲线中，也可以把15%～85%之间的反应看成是直线，在这个范围内
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