动物实验基础知识系列.docx
《动物实验基础知识系列.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《动物实验基础知识系列.docx（76页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
动物实验基础知识系列
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经典，一直在科研中沿用。
表如下所示：
请注意最后一行，这个就是我们通常用到的。
把人的临床剂量转换为实验动物的剂量。
试着换算一个。
如：
人的临床剂量为 Xmg/kg, 换算成大鼠的剂量：
大鼠的剂量＝Xmg/kg×70kg×0.018/200g＝Xmg/kg×70kg×0.018/0.2kg＝6.3 Xmg/kg.
这也就是说，按单位体重的剂量来算，大鼠的等效剂量相当于人的6.3倍。
在这里，我们要看到每种动物的体重（包括人），在上表中以蓝色显示的。
还要注意到折算系数，也就是表中以红色所示的。
将人的剂量转换成哪种动物的，就在相应的动物那一列下找到与人的相交的地方的折算系数，将剂量乘以折算系数，再乘上人的体重与那种动物体重的比值。
注意体重的单位要化成一致。
这个折算系数是以上表中蓝色所示的标准体重计算得来的。
依此类推，我们可以算出小鼠、豚鼠等其它动物剂量与人的比值。
小鼠的剂量＝Xmg/kg×70kg×0.0026/20g＝Xmg/kg×70kg×0.0026/0.02kg＝ 9.1 Xmg/kg.
豚鼠的剂量＝Xmg/kg×70kg×0.031/400g＝Xmg/kg×70kg×0.031/0.4kg＝5.42 Xmg/kg.
兔的剂量＝Xmg/kg×70kg×0.07/1.5kg＝3.27 Xmg/kg.
猫的剂量＝Xmg/kg×70kg×0.078/2.0kg＝2.73 Xmg/kg.
猴的剂量＝Xmg/kg×70kg×0.06/4.0kg＝1.05 Xmg/kg.
狗的剂量＝Xmg/kg×70kg×0.32/12kg＝1.87 Xmg/kg.
注意，人的临床剂量常会以 ××mg／d来表示，这时我们一定要把它转化成 ××mg/kg才能以上式来折算。
如：
某药，成人每天服用50mg.计算大鼠的等效剂量。
大鼠的等效剂量＝50mg/60kg×6.3=5.25mg/kg.
在这里，我们一般把成人的体重按60kg来算比较合理。
尽管在这个表中，成人的标准体重设为70kg。
根据上述结果，我们来编制这样一个简表，希望能给广大战友们提供一个方便。
这样，我们不必去翻阅厚重的药理实验参考书，也不必在初涉实验时茫然无措了。
见下表：
关于这个表，我说以下两点：
１．这个表虽然是以体重的比来计算剂量，但实际上计算的是体表面积。
很多人误认为这是按体重来算剂量，不准，提出要按体表面积来算。
这是误解。
这个折算系数实际上就是已经把体重与体表面积的关系折算过来了的。
不信，你可以用体表面积的公式来算，结果是相差无几的。
如：
一个70kg的人平均体表面积是1.73m2, 一只200g大鼠的体表面积约305cm2.
我们来换算一下。
按体表面积来算，那就是要算于它们单位体重所占的体表面积的比值，也就相当于它们的剂量比。
人：
1.73m2／70kg＝0.02471 大鼠：
305cm2／200g＝305×10-5/0.2=0.1525
大鼠剂量／人的剂量＝大鼠比表面积／人比表面积＝0.1525/0.02471=6.17
可以看出，与我们上述按折算系数算出来的结果几乎相同。
为什么说要按体表面积来算才是准确的呢？
起初人们也以为是直接按体重比计算剂量就可以了，后来发现不是那么回事。
经研究才知，是与体表面积基本成正比的。
这是根据能量代谢的原理而得出的，认为人和动物向外界环境中放热的量与其体表面积成正比。
很多研究指出：
基础代谢率、热卡、肝肾功能、血药浓度、血药浓度_时间曲线的曲线下面积（AUC）、肌酐（Cr）、Cr清除率、血液循环等都与体表面积基本成正比，因此按照动物体表面积计算药物剂量比体重更为合理。
应该说，这是一种理想化的推论。
在目前没有更好的、也没有更方便的换算方法的前提下，我们可以把当前这种折算关系当作一种重要的参考。
附：
早在十九世纪末年，生理学家Voit氏等发现虽然不同种类的动物每kg体重单位时间内的散热量相差悬殊，但都如折算成每m2体表面积的散热量，则基本一致。
例如马、猪、狗、大鼠和人的每m2体表面积每24小时的散热量都在1000kCal左右。
药理学家研究药物在体内的作用时则习惯于以mg/kg或g/kg等方式来计算药物的剂量。
这种办法行之于同种动物的不同个体时，问题似乎不大；但用于不同种类动物时，常常会出现严重偏小或偏大，以致无法完成实验。
1958年Pinkle氏报告6-MP等抗肿瘤药物在小鼠、大鼠、狗和人身上的治疗剂量，按mg/kg计算时差距甚大，但如改为按mg/m2体表面积计算，就都非常接近。
此后，按体表面积计算剂量的概念逐渐为药理学家接受，被认为尤其适用于不同动物之间剂量的换算。
以上所述，一方面是想说明按体表面积算剂量的准确性；另一方面，是想表明通过折算系数后，以体重为参照，在一定范围内还是实用的，且方便。
２．这种换算关系的前提是：
各种动物对某药的敏感程度是一样的。
在上述的折算关系中，我们是没有考虑到种属差异的。
我们理想地认为，对任何药物，各种动物和人的敏感程度是完全一样的。
这是我们折算等效剂量的一个重要的前提。
例如：
犬无汗腺，对发汗药不敏感，而对流涎药比较敏感；大鼠无胆囊，对利胆药及有明显肝肠循环的药物与其他动物差别较大；鼠和兔对催吐药不敏感，而犬猫则较为敏感；吗啡对一般动物有抑制作用，但却对猫引起兴奋。
抗凝血药（毒鼠强等）对小鼠特别敏感，中毒剂量可以其他动物小数百倍；抗胆碱类药物（阿托品，莨菪碱等），家兔有明显耐受性（黑色家兔，特别不敏感，但新西兰家兔除外）；同是啮齿类动物，家兔是草食动物，大鼠小鼠是杂食动物，对一般药物在静注时剂量换算尚属可用，在口服用药时家兔往往起效较迟，吸收较差，特别是对胃动力药及消化系统药差异更大。
大鼠对血管阻力药敏感，却对强心苷类不敏感，而猫对强心苷类则很敏感；大鼠对缺乏维生素及氨基酸敏感，因能自行合成维生素C，故对缺乏维生素C不敏感，而豚鼠对缺乏维生素C及变态反应特别敏感。
我们可以用常用的麻醉剂试试对不同动物的作用。
如果机械地按等效剂量去算，可能难以达到理想的效果。
而实际上，我们都是一半参考等效剂量，一半靠自己的摸索。
因此，不能把这个所谓的等效剂量完全照搬。
当然，我们同样反对毫无根据地乱设剂量。
如：
有的人做实验相当然地自己随意地设置10mg/kg,20mg/kg,40mg/kg. 好像是方便自己配药，而不是根据科学的道理来设置。
这是我们所应当摒弃的。
值得一提的是，这个换算方法只是一个重要参考而已。
遇到有很大种属差异的药物或化合物，上述换算关系就相差很大了。
这一点要引起大家的关注。
下面我再介绍一下体型系数。
体型系数是人们根据不同动物的体重与体表面积之间的关系计算出来的。
不同的动物有不同的体型系数。
不少动物（包括人）的体型系数在0.09~0.1。
体表面积＝体型系数×体重2/3
在此附上一些常用实验动物的体型系数表。
下面我们来算一下，各种动物之间的体表面积比。
如：
一个70kg的人与一只200g的大鼠的体表面积。
人的体表面积＝0.1×（70）2/3=1.722
大鼠的体表面积＝0.09×（0.2）2/3=0.0306
体表面积比（大鼠／人）＝0.0306/1.722=0.0177~~=0.018
再算体重为20g的小鼠的。
小鼠的体表面积＝0.06×（0.02）2/3=0.00436
体表面积比（小鼠／人）＝0.00436/1.722=0.00254~~=0.0025
可以看出，这个计算结果与前面我们所说的那个表基本是一致。
事实上，那个表就是根据体型系数算出来的。
这个按体型系数计算体表面积的公式被称为Mech公式。
于1879年发表。
这个公式的发表，可以说，对于科学界起到了一个很好的推动作用。
也使得我们从事药理、实验动物学的科研人员有了很好的借鉴。
从上述解析也可以看出，我们完全可以信任第一个表中所列出的折算系数，当然，也完全可以信任后面我编制的那个简表。
因为，这一切都是由体型公式计算得来的，也就是说，是按体表面积来计算等效剂量的。
但是，我不得不说的是，按第一个表，或者是我编制的简表来计算实验动物的等效剂量，要动物基本上在标准体重的区间内相差不大才会准确。
也就是说，小鼠在20g左右，大鼠在200g左右，豚鼠在400g左右等等，这样计算出来才会准确。
如果实验动物的体重与此相差比较大，按刚刚我们所讲的体型公式计算，与按折算系数计算的结果，就会有较大的偏差。
我们不妨以大鼠为例来算一算。
当大鼠的体重为180g,250g,300g,350g,400g时，那么它的剂量根据体型系数计算实际体表面积应是多少？
而按我们前面所说的折算系数算又是多少？
它们之间相差有多大？
当大鼠体重在哪个范围内波动时，上述折算系数仍然基本准确呢？
这个问题我们再进一步探讨。
为什么说，当实验动物体重不在上述标准体重的附近的话，按折算系数算出来的剂量就不那么准了呢？
这是因为，我们用这个折算系数，只是一个点对点的关系。
就是说，70kg的人对200g的大鼠，那么这个剂量完全准确的。
但如果大鼠不是200g，那么就会有偏差了。
这个偏差来源于体型系数的公式。
我们是应当按体表面积来计算剂量的。
体表面积＝体型系数＊（体重）2/3
注意，体表面积是与体重的2/3次方成正比的。
而我们按折算系数计算的时候，是直接按体重给药的。
也就是说，剂量是与体重成正比的，而不是与体重的2/3次方。
这就是偏差的来源。
我们下面就来一一地算一算。
以大鼠为例。
设人的剂量为 Xmg/kg， 体重70kg.
体重为150g时：
按折算系数算：
大鼠的剂量＝6.3Xmg/kg,150g大鼠的总给药量为：
0.15＊6.3Xmg/kg＝0.945Xmg/kg
按体表面积计算：
大鼠的体表面积＝0.09＊（0.15）2/3=0.02525
人的体表面积＝1.722
体表面积比（大鼠／人）＝0.02525／1.722=0.01466
180g大鼠的总给药量为：
Xmg/kg＊70＊0.01466=1.0262Xmg/kg
体重为180g时：
按折算系数算：
大鼠的剂量＝6.3Xmg/kg,180g大鼠的总给药量为：
0.18＊6.3Xmg/kg＝1.134Xmg/kg
按体表面积计算：
大鼠的体表面积＝0.09＊（0.18）2/3=0.02853
人的体表面积＝1.722
体表面积比（大鼠／人）＝0.02853／1.722=0.0166
180g大鼠的总给药量为：
Xmg/kg＊70＊0.0166=1.162Xmg/kg
体重为250g时：
按折算系数算：
大鼠的剂量＝6.3Xmg/kg,250g大鼠的总给药量为：
0.25＊6.3Xmg/kg＝1.575Xmg/kg
按体表面积计算：
大鼠的体表面积＝0.09＊（0.25）2/3=0.03555
人的体表面积＝1.722
体表面积比（大鼠／人）＝0.03555／1.722=0.02064
250g大鼠的总给药量为：
Xmg/kg＊70＊0.02064=1.4445Xmg/kg
体重为300g时：
按折算系数算：
大鼠的剂量＝6.3Xmg/kg,300g大鼠的总给药量为：
0.3＊6.3Xmg/kg＝1.89Xmg/kg
按体表面积计算：
大鼠的体表面积＝0.09＊（0.3）2/3=0.04017
人的体表面积＝1.722
体表面积比（大鼠／人）＝0.04017／1.722=0.02333
250g大鼠的总给药量为：
Xmg/kg＊70＊0.02333=1.6331Xmg/kg
体重为350g时：
按折算系数算：
大鼠的剂量＝6.3Xmg/kg,350g大鼠的总给药量为：
0.35＊6.3Xmg/kg＝2.205Xmg/kg
按体表面积计算：
大鼠的体表面积＝0.09＊（0.35）2/3=0.04454
人的体表面积＝1.722
体表面积比（大鼠／人）＝0.04454／1.722=0.02586
250g大鼠的总给药量为：
Xmg/kg＊70＊0.02586=1.8102Xmg/kg
从上述计算我们是不是看出了一点规律？
那就是，当大鼠体重小于200g时，按折算系数算出来的结果比按体表面积的结果要偏小；而大鼠体重大于200g时，按折算系数算出来的结果比按体表面积的结果要偏大。
推广一下，当实验动物体重小于标准体重时，按折算系数算出来的结果比按体表面积的结果要偏小；而当实验动物体重大于标准体重时，按折算系数算出来的结果比按体表面积的结果要偏大。
哪一种计算结果更准确呢？
当然是按实际的体表面积来算。
哪一种计算方法更方便呢？
当然是按折算系数来计算。
尤其是对非药理、实验动物专业方面的战友来说。
那么，二者的误差有多大？
我们该怎么样调整？
下面我们就谈一谈两种计算等效剂量方法的误差问题。
从上面我们已经知道按折算系数计算会产生误差。
这种误差应该说是属于系统误差。
是由于这个公式本身给我们的实验带来的误差。
还有一种误差是我们在实验中实际给药时，由于称体重、给药时的不准而产生的，那就不是我们在这里要探讨的问题了。
我们仍以大鼠为例来讨论这个误差问题。
设人的剂量为Umg/kg,体重为70kg。
设大鼠的体重为Xkg,
按折算系数计算得出的Xkg大鼠的用药量为Y1。
则：
Y1=U＊6.3＊X=6.3UX
按实际体面表面计算得出的Ｘkg大鼠的用药量为Y2。
Y2=0.09*（Ｘ）2/3/1.722＊U＊70=3.66U（X）2/3
这样，我们就构筑了两个函数关系式。
函数Y1是一个正比例函数，其值是与X成直线相关的。
函数Y2是一个指数函数，其值是随X增大的，但不成直线。
这两个函数在什么时候相等呢？
很显然，就是当X＝0.2的时候。
因为折算系数是当大鼠体重为0.2kg时来计算的。
根据前面计算的结果，我们可以预测到：
当X<0.2时，函数Y2在Y1的上方，
当X>0.2时，函数Y2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。
2
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＝A
按实际体表面积计算的剂量＝B
相对误差＝（A－B）／B×100%=A/B-1
很显然，这个相对误差是有正负的。
当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Y3。
Y３＝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200~300g时，误差不到20%.
在200g以下，是负的误差。
体重（kg）相对误差
0.1 -0.201646721
0.11 -0.175875785
0.12 -0.151623046
0.13 -0.128682913
0.14 -0.106891014
0.15 -0.086113631
0.16 -0.06624034
0.17 -0.04717878
0.18 -0.028850818
0.19 -0.011189702
0.2 0.005862102
0.21 0.022354576
0.22 0.038331447
0.23 0.053831216
0.24 0.068887982
0.25 0.083532103
0.26 0.097790739
0.27 0.1116883
0.28 0.125246811
0.29 0.138486223
0.3 0.151424674
0.31 0.164078706
0.32 0.176463451
0.33 0.188592796
0.34 0.200479512
0.35 0.212135382
0.36 0.223571297
0.37 0.234797349
0.38 0.245822908
0.39 0.256656695
0.4 0.267306836
0.41 0.277780921
0.42 0.288086051
0.43 0.298228878
0.44 0.308215647
0.45 0.318052224
0.46 0.327744132
0.47 0.337296577
0.48 0.346714469
0.49 0.356002448
0.5 0.365164905
从以上数据可知：
当大鼠体重在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180~220g，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300g以上，尤其是达350g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，在这个体重范围内的大鼠，剂量打九折就行了。
凡体重在300~350g之间的，误差按15%来算。
B＝0.87A。
剂量为八点七折。
凡体重在350~400g之间的，误差按20%来算。
B＝0.83A
凡体重在400~450g之间的，误差按25%来算。
B＝0.8A
凡体重在450~500g之间的，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，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：
3.27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70kg？
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＊60＊1.11＊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＊70＊折算系数／动物体重。
这样，相当于简表中的数字都要乘以60*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：
3.11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
升级会员 