基于虚拟仿真技术的药代动力学实验教学体系

基于虚拟仿真技术的药代动力学实验教学体系
缪明星，刘李
（中国药科大学药学院，江苏南京210009）
摘要:本研究旨在基于虚拟仿真技术的药代动力学实验教学体系，为候选药物成药性评价中药代动力学评价提供人才培养的创新模式，并引领国內药代动力学虚拟实验教学改革的方向，最终为我校培养综合型的药学专门人才提供有力保障拟解决的关键问题。

关键词：药代动力学；虚拟仿真;教学体系
中图分类号：G642文献标识码:A文章编号：2095-5375（2021）05-0347-003
doi：10.13506/ki.jpr.2021.05.015
Experimental teaching system of pharmacokinetics based on virtual simulation technology
MTAO Mingling,LI[Li
(Pharmacy College,China Pharmaceutical University,Nan/ing270009,China)
Abstract：The purpose of this study is to provide a pharmacokinetic experimental teaching system based on virtual sim­ulation technology, to provide an innovative model for personnel training for pharmacokinetic evaluation of drug candidate drug evaluation, and to lead the direction of domestic pharmacokinetic experimental teaching reform.T he training of compre­hensive pharmacy professionals in our school provides a strong guarantee for the key problems to be solved.
Key words：Pharmacokinetics;Virtual simulation;Teaching system
《药物代谢动力学》是我校药物分析、药理学和药物化学等专业四年级本科生的一门必修课［1］。

在创新药物临床前研发评价体系中，包括药代动力学、药效学及毒理学三位一体课程体系［2］。

药代动力学是应用动力学原理与模型处理方法,定量描述药物通过各种途径（如口服、静脉注射、静脉滴注等给药方式）进入机体后吸收、分布、代谢和排泄的动态变化规律的科学,最终用数学表达式阐明药物在机体不同部位浓度与时间之间变化规律⑶。

药代动力学实验课程是基础理论教学向实践技能训练过渡的重要环节，该课程更强调学生实践操作、创新能力、主动学习等能力培养。

在转变教育发展理念的背景下,虚拟仿真技术作为一种新兴的教学手段，与常规实验相结合，是培养综合型药学应用型人才的重要方式［4］。

虚拟仿真实验教学是综合运用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库及网络通信等技术，基于 可视化和可动态调整的实验操作和实验场景,构建一个在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、安全、经济的实验，进而呈现传统实验教学难以实现、风险较大、成本昂贵的教学效果［5-6］。

因此,探索将虚拟仿真技术应用于药代动力学实验教学具有十分重要的意义，急需建立基于虚拟仿真技术的可动态演示和可动态调整的药代动力学实验教学模式,为候选药物成药性评价中药代动力学评价提供人才培养的创新模式,并引领国内药代动力学实验教学改革的方向，最终为我校培养综合型的药学专门人才提供药代动力学知识方面的有力保障拟解决的关键问题。

1目前我校药代动力学实验教学现状
由于实验仪器昂贵,国内很少有高校为本科生开设药代动力学实验课程。

我校国家药学实验教学示范中心（以下简称药学实验中心）利用“十一五”期间的本科教学修购基金的支持，配备了全套进行药代动力学实验所需仪器设备，于2010年率先在国内开展药代动力学本科实验教学。

2012年始开药学院药代动力学教研室与药学实验中心联合开展药代动力学实验教学改革探索，先后获得中华医学会教改课1项题，校级教学改革课题4项资助，总结经验并发表相关教学论文5篇以上。

2013年，我校率先提出将综合性设计型理念融入药代动
基金项目：中国药科大学2019年校级教改课题（No.2019XJQN07）
作者简介:缪明星，男，研究方向：药学教育教学管理,E-mail：mmxO224@
通信作者：刘李，男，教授，研究方向：药学教育教学管理，‘Tel:************,E-mail：liulee@
力学实验教学，变单纯知识型的人才培养模式为知识、能力、创新型的人才培养模式，着重培养学生的自主学习能力、创新精神和实践能力「7］。

目前针对药学、药物化学、药学（药理方向）专业中围绕“静脉注射兰索拉唑在大鼠体内的药代动力学研究”这一选题进行34个学时的启发性教学，该课程从实验方案设计、实验教学准备、实验内容完成、实验结果分析和实验关键点点评等环节进行启发式教学，旨在强化学生对药代动力学基础理论认知和理解和提高学生的实践创新能力。

实验教学效果良好，获得学生、督导专家和同行的一致好评。

安徽中医药大学、郑州大学药学院和大理大学均派相关教师前来进行。

2开展药代动力学虚拟仿真实验教学的必要性
目前国内一些高校都积极开展药学虚拟仿真教学应用探索，虚拟仿真实验教学平台，将弥补教学常规实验教学资源、提高实验教学安全性、降低实验教学成本以及优化资源配置等作用。

有文献报道遵义医科大学利用VBL-100医学机能虚拟实验系统中“药代动力学”模块，开展“药物半衰期特性曲线，药物的体内分布，给药剂量、给药途径、多次给药、肝肾功能状态对药物血浓度的影响”等内容的药动学虚拟实「8-9］。

然而,VBL-100医学机能虚拟实验系统是有成都泰盟软件公司开发的。

目前在全国范围内，尚未有院校自主研 发本科生药代动力学虚拟仿真实验教学的院校。

2016年开始，我校药代动力教研室开展药代动力学虚拟 实验教学软件开发工作，作为传统实验教学的有益补充。

药代动力教研室承担的药物分析专业（6个班级）本科实验教学中，因其课程《体内药物分析》实验教学内容与以上药代动力学实验教学内容部分重叠，目前开展的药代动力学实验教学内容为基于计算机技术的药代动力学模型的建立和相关参数的计算基于普通软件（Office办公软件中的Excel），而专业的药代动力学软件（如Winnolin）每套5年的版权费用就高达1万美元，在药代动力学实验教学中无法实施专业软件教学和演示，缺乏更加直观和高效的药代动力学实验教学模式。

因此,急需建立基于虚拟仿真技术的可动态演示和可动态调整的药代动力学实验教学模式,为候选药物成药性评价中药代动力学评价环节，提供人才培养的创新模式，并引领国内药代动力学实验教学改革的方向,最终为我校培养综合型的药学专门人才提供药代动力学知识方面的有力保障拟解决的关键问题。

3药代动力学虚拟仿真实验教学具体模块
2019年开始，药学实验中心与药代动力学教研室联合,融合药动学科和中心平台优势,组织学科骨干教师在国内率先自主开发“药代动力学虚拟仿真实验教学软件1.0”开发工作，并逐步用于本科生实验教学。

“药代动力学虚拟仿真实验教学软件1.0”涵盖多个模块,包括基础实验理论、创新思维培养、课后思考评价，虚拟案例分析四大模块。

3.1基础实验理论模块基础实验理论模块，全面覆盖药物吸收、分布、代谢和排泄的动态全过程，应用多媒体技术,把图片、视频与文字结合，直观形象地介绍实验教学内容和实验动态过程，指导学生正确规范操作，流畅地解析实验过程。

3.2创新思维培养模块创新思维培养模块，旨在培对学生科研创新思维能力，学生在学习过程中可以对虚拟仿真系统提出问题或合理化建议，以促进虚拟仿真教学系统优化。

学生通过记录和提问的方式与教师线上交流互动，教师通过学生的实验完成情况，改进学习过程中的不足之处,从而提高学习效果。

3.3课后思考评价模块课后思考评价模块，目的是通过思考题和测验成绩评价来对实验教学效果进行验证和反馈。

思考题可以作为检验学习成绩的最有效方式。

通过测试，学生不但巩固所学实验理论知识,还能进一步反馈软件不足之处，最终实现理论与实践教学一体化。

3.4虚拟案例分析模块虚拟案例分析模块，以已上市的药代动力学特性清晰的药物为模型（如二甲双胍和普伐他汀）为例,通过虚拟仿真技术建立该药物口服后随时间动态变化过程,如吸收过程（是否存在首过效应,肠道代谢）、分布过程（血浆蛋白结合率和组织分布）、代谢过程（肝脏代谢,转化为何种代谢产物）、排泄过程（物料平衡、肾脏排泄、胆汁排泄和粪排泄）。

其血药浓度和相关药代动力学参数随着给药剂量变化而变化的规律，以及生理病理的因素对药代动力 学的影响均可通过虚拟仿真技术加以实现，提供更加直观和高效的药代动力学实验教学模式。

4药代动力学虚拟仿真实验教学成果
药学实验中心与药代动力学教研室联合,融合药动学科和中心平台优势,已成功开发了“药代动力学虚拟仿真实验教学软件1.0”开发工作,建立基于虚拟仿真技术的可动态演示和可动态调整的药代动力学实验教学系统并应用于2018级大三药物分析专业（6个班级）本科生实验教学。

在药代动力学实验教学中应用“药代动力学虚拟仿真实验教学软件1.0”，不仅缓解了实验仪器更新压力、提高实验效率,而且激发了学生的学习兴趣，使学生接受更多、更完整的实验只是,从而更加深刻地理解可动态演示和可动态调整实验动态过程。

基于我校自主研发的“药代动力学虚拟仿真实验教学软件1.0”，以已上市的药代动力学特性清晰的药物为模型（如二甲双胍和普伐他汀）为例，作为药代动力学实验教学内容的有益补充，是更加直观和高效的药代动力学实验教学模式。

符合药代动力学专业特点的实验教学方法，促进学生形成较为完整的创新药物成药性研究的专业知识体系。

综上,我校建立了基于虚拟仿真技术的可动态演示和可动态调整的药代动力学实验教学体系,为候选药物成药性评价中药代动力学评价提供人才培养的创新模式。

最终为我 校培养综合型的药学专门人才提供有力保障,引领国内药代动力学虚拟实验教学改革的方向。

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