药效学实验设计

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药效学实验设计
吴勇杰 兰州大学基础医学院药理学研究所 甘肃省新药临床前研究重点实验室
药理实验设计三原则:
对照control 对照 随机random 随机 重复replication 重复
一.对照(control) 对照(control)
1 自身对照:是在同一个体身上观察给 自身对照: 药前后某种指标的变化,此种对照可减少 个体差异,但不能克服随时间而变的因素 的影响。如肝炎有自愈倾向,给药后肝功 好转不一定是药物的作用,故自身对照实 验可能会得出错误结论。除非有可靠证据 说明检测指标不随时间而变或同时设组间 对照,否则不宜使用自身对照。
二.随机(Random) 随机(
错误:该实验各组手术依次进行,未遵照随机操作的原则, 错误 实验结果可能会受随时间变化因素的影响,如受麻醉、动 物体内生理状态(如血糖水平)的时晨变化、环境的经时 性变化,如室温等。这些因素可能导致顺序误差。体外实 验如一次操作时间短(如在一个细胞培养平板上的操作), 对指标不发生影响时,可以顺序操作,此时应严格控制实 验条件,使其稳定不变,特别是环境变化。样品数不宜过 多,以便缩短操作时间。体外实验如在短时间内分批进行 (如在几块细胞培养平板上的实验),每批均应同时做对 照组,以消除顺序误差。 正确的操作顺序:共分10批进行。第1批手术动物,每组 正确的操作顺序 各做一只(平行操作),各组顺序随机排列。第2-10批如 法进行。
二.随机(Random) 随机(
3.按电脑统计软件,生成随机顺序如下: 第一批:6,3,2,4,1,5 第二批:1,4,5,3,2,6 第三批:4,5,2,3,6,1 第四批:2,4,5,3,1,6 第五批:3,6,1,5,2,4
二.随机(Random) 随机(
4.备好6只鼠笼,分别标为A.正常对照组,B.模型对照组, C.阳性对照组,D.某药低剂量组,E.某药中剂量组,F.某 药高剂量组。 5. 从18 g笼(如有4只小鼠)开始取小鼠,按第一批随 机顺序,依次放入F组、C组、B组、D组。A组和E组各缺1 只鼠,从体重最为接近的19 g笼中取出,依次放入A组和E 组。第二批和第五批随机方法依此类推。 重复上述过程,将30只♂鼠随机分入6个实验组中。分 组结果,各实验组小鼠同性别鼠数量相等,各组平均体重 相近,各组在不同体重档次中的小鼠数相近。各组鼠的营 养状态及活泼程度接近。
(5)参考人用量推算: 参考人用量推算:
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 1000 kCal 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(见表25),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。
四 剂量确定
受试药组:制造动物病理模型,给未知药物。 受试药组 剂量组:至少设2个剂量组,一般在三个剂量组以上。 剂量组 剂量的选则: 剂量的选则:剂量的最终确定,应以预试结果为据。 在进行预试时,可参考下列方法: (1)根据文献资料,参考结构类似药物的有效剂量。 (2)根据文献资料,参考本药在其它实验模型中的有 效剂量。 (3)参考LD50,主要药效试验时一般应 <1/3~1/5LD50,如有效剂量接近LD50,所测实验结果应 用价值不大。 (4)参考药动学数据,从有效浓度推算有效剂量。
表 2-5. 动 小鼠 大鼠 狗 婴儿 儿童 成人 物
6-MP 对不同种属动物和人有效剂量的变异 体表面积 (m2) 0.0075 . 0.045 . 0.48 . 0.4 . 0.8 . 1.85 . 每 天 剂 量 (mg/kg) ) 40 20 6 3 3 3 (mg/m2) 85 111 125 63 63 108
三.重复
药理实验的结果应能稳定地重现出来,重现实 验过程称重复。重复有二个含义:一是只做一 批实验,在不同个体身上重复,如每一实验组 要做多只动物,小鼠和大鼠一般每组要在10只 以上,这种重复适合于绝大多数实验。另一种 重复的含义是,每次每组做10只 小鼠(体内) 或4管样品(体外),反复重复3次,这主要是 一些特殊实验的要求,如抗肿瘤药的研究。
一.对照(control) 对照(control)
阳性对照药的选则: 阳性对照药的选则:选已知药物,如研究目的是报批新药, 应选已批准上市的药物作对照;如系理论研究,可选未上市药 物。所选药物尽量是同类药,以便比较作用强度,或公认的有 效药物,如抗溃疡药研究一般选法莫替丁。如抗癌药研究一般 选环磷酰胺。 设阳性对照组的目的: 设阳性对照组的目的 考察实验方法的可靠性、稳定性。 考察受试药的作用性质、强度,从而发现受试药的优缺点。 阳性对照药的剂量选则:如要比较阳性药与受试药的作用 阳性对照药的剂量选则 强度,应设多个剂量组。如受经费等的限制,也可设一个剂量 组,但此时设阳性对照组的作用只是考察方法的可靠性,不能 得出受试物作用强弱的结论。 阳性对照药的给药途径,如能做到,尽量同受试药组。 阳性对照药的给药途径
表 2-6 .不同种类动物间剂量换算时的常用数据 不同种类动物间剂量换算时的常用数据 动 小鼠 大鼠 仓鼠 豚鼠 家兔 猫 狗 猴 人 物 Meeh-Rubner 公 式的 K 值 9.1 9.1 9.0 9.8 10.1 9.9 11.2 11.8 10.6 mg/kg→mg/m2 → 转换因子 3 6 4.1 8 12 14 19 12 36 与小鼠转换因子 的比值 1 (20 g) ) 2 (200 g) 1.37 2.67 (400 g) 4 (2 kg) 4.67 (2.5 kg) 6.33 (10 kg) 4 (3 kg) 12 (50 kg)
例:试算一体重为1.5 kg的家兔的体表面积: 解:A=10.1×(15002/3)/10,000
log A= log 10.1+2/3 log 1500-log 10000=-0.8783 - -
A=0.1324 m2
人或动物之间药物剂量的换算: 人或动物之间药物剂量的换算 为使用方便,可按“mg/kg折算 mg/m2 的转换因子”进行换算:
一.对照(control) 对照(control)
要使对照组与实验组具有可比性,必须符 合一致性原则 一致性原则: 一致性原则 除处理因素不同外,非处理因素应均衡一 致(同时、同地、同条件、同种、同批、 同病情)
一.对照(control) 对照(control)
在用动物疾病模型(如高血压)实验时, 在动物A的基础上加了处理B高血压,加 上溶媒C,故欲判定药物D的作用,给药 组的设计必须满足下述设计: 模型对照组:A+B+C 药物实验组:A+B+D
体重 (kg) ) 0.018 . 0.25 . 10 8 20 70
动物的体表面积的一般计算法: 动物的体表面积的一般计算法:
从体重推算体表面积,一般认为MeehRubner公式较为合适: A=k×(W2/3)/10,000 式中A为体表面积,以m2计算;W为体重,以 g计算;K为常数,随动物种类而不同,小鼠 和大鼠9.1,豚鼠9.8, 兔10.1,猫9.9, 狗11.2, 猴 11.8,人10.6。应当指出,这样计算出来的体 表面积仍是粗略估计,不一定完全符合实测数 据。
二.随机(Random) 随机(
2.随机操作: .随机操作: 实验过程如可能受随时间变化而变化的已知和未知因素的 影响,则操作过程的顺序(不论是组间或是组内)也应是 随机的,不应按一固定顺序进行,否则会出现顺序误差。 操作典型错误举例: 操作典型错误举例 某实验者进行抗心肌梗塞实验,60只大鼠,分为6组进行 冠状动脉结扎,分别分为假手术对照组(只开胸不结扎冠 状动脉)10只、模型对照组10只,阳性对照组10只,药物 低、中、高剂量组各10只。实验时按组别顺序依次对第1-6 组进行手术。
二.随机(Random) 随机(
典型分组举例: 典型分组举例 某实验者有小鼠60只,♀♂各半,体 重18-22 g, 欲分为6组,如何分组? 分别将♀♂鼠分开,各一笼,每笼30只。 2.将♀鼠30只按体重分笼,分别为 18g, 19 g, 20 g, 21 g, 22 g,共5笼。每来自百度文库 有同一体重鼠4-8只。
三.重复
重复实验时要严格控制实验条件,在各次 重复中使条件尽量前后一致,严防干扰因素对 各批实验的影响。应控制的干扰因素包括: (1)动物:品系、性别、体重、年龄、饲料、 饲养环境,(2)药物:批号、剂量、溶解度、 稳定性、注射容量、注射速度、酸碱度、温度、 保存条件。(3)仪器:灵敏度、精确度、零 点飘移、电压稳定性及操作熟练程度。(4) 环境:室温、气压、湿度、季节,甚至实验的 上午或下午、动物的群养和独养也影响实验结 果。
一.对照(control) 对照(control)
为了判定实验模型的成功与否,即此指标 的变化(血压升高)是否是由于造型的结 果还是自发性波动,必须另设空白对照组。 故更完整的实验设计应如下: 空白对照组:A+C 模型对照组:A+B+C 药物实验组:A+B+D
一.对照(control) 对照(control)
空白对照并不是不给任何处理的对照,而 应施以和受试组相同的操作条件,如动物
的质量、饲养条件、药物溶媒、给药途径、 给药次数、手术过程。
二.随机(Random) 随机(Random)
随机包括随机分组和随机操作。 随机包括随机分组和随机操作。 随机分组 1.随机分组: .随机分组: 随机分组就是按照机遇原则来进行抽样或分组,其目 的是使一切干扰因素分配到各组时只受纯机遇的抽样误差 的影响,由于机遇对每个组来说是相等的,未知因素可对 每个组产生影响,使每个组的同一指标平行增加或减少, 这就避免了实验者主观因素或其它偏差性误差的影响。如 观察药物对大鼠实验性胃溃疡的影响,应先造成大鼠胃溃 疡模型,然后将已成型动物随机分配到各组中,从而避免 了造型过程中人为的影响。对于短时内难完成的造型,应 先确定随机顺序,按随机顺序操作,并将动物按随机顺序 分配到各组。
一.对照(control) 对照(control)
2 组间对照 组间对照:是实验中设若干平行组,进行各组间比较。 这种设计符合平行对照的原则,最为常用。 组间对照实验设计: 组间对照实验设计: 1.正常对照组 .正常对照组(或阴性对照组,或空白对照组):正 常动物,给药物赋型剂。给药途径同给受试药组。 2.模型对照组:如制备肝硬化、高血压、心肌梗塞等。 .模型对照组: 不用药物治疗,给赋型剂,给药途径同给受试药组。 3.阳性对照组:制造动物病理模型,给已知药物作对 .阳性对照组: 照。
二.随机(Random) 随机(
随机化手段可用随机数字表,这在一般 统计学书上均可捡索到。也可用电脑统计 学软件生成。 近年来提倡均衡下的随机(随机区组 法),即先将能控制的因素(性别、体重、 病情严重程度等)均衡地分档,然后在每 一档中随机取出等量动物分配到各组,使 哪些较难控制因素(如活泼程度、饥饱程 度、疲劳程度)得到随机安排。
三.重复
重复时要求每组要有足够的动物数或标本数,不同实 验要求的样本数不同,基本规律是实验个体的指标变异愈 小,则均数的标准差愈小,所需样本数愈小,反之要增大 样本数。一般说来,计量资料从每个个体中获得的信息多, 所需样本数小,计数资料对信息浪费大,所需样本多。预 试时对照组与实验组有差别,但显著性检验时P>0.05,可能 系样本数不足所致,正式实验时可增大样本数,如组间确 有差异,样本数增大后可达显著性水平,如组间确无差别 存在,样本数增大后对照组与实验组在预试时出现的差别 就会消失。至于增大到多少合适,应参考预试结果进行统 计学运算,运算方法可参考《药理实验方法学》(第2版) 第177页“实验设计中的样本数问题” 一节。
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