如何确定动物实验的给药剂量？

合适的动物给药剂量，其实是不断摸索的过程，起初它不是某个具体数字，而是通过初步设计范围，然后通过多种实验的探究，去圈定最合适的区间或某个数值。

一、首先，我们需要了解与药物研发密切相关的几种动物实验

药物的有效性和安全性是评价药物的最重要的两个标准，因此药物研发阶段，药效和毒性评价的实验必不可少，主要分为以下几类：

1. 药效学实验

• 定义：药效学即药物效应动力学，研究药物对机体的作用及作用机制。内容包括观测生理机能的变化、测定生化指标的变化及观测组织形态变化。

• 目的：确定药物的治疗作用及一般药理作用，为新药临床实验提供可靠依据。

2. 急性毒性实验

• 定义：急性毒性是指24 h内单次或多次大剂量给予某药物所出现的有害作用，亦指机体一次性大剂量接受某种药物后所产生的快速而剧烈的中毒反应，包括死亡效应。

• 目的：①测定药物的半数致死量 (LD50) 及相关参数，初步估计该药物毒性大小；②通过观察药物的急性中毒症状，推测其毒性靶器官，为毒性作用机制分析及临床毒副反应监测提供依据；③为多次重复给药或长期毒性试验提供剂量设计参考。

3. 长期毒性实验

• 定义：长期毒性是指药物以一定的等级剂量连续多日给予受试动物所产生的有害作用，为观察这种有害作用而设计的毒理学实验。其与急性毒性实验的根本差异在于给药的期限、剂量范围不同，所观察的毒性效应不同。

• 目的：通过重复的动物实验表征受试药物的毒性作用，预测其可能对人体产生的不良反应，降低临床受试者和药品上市后使用人群的用药风险。

二、进而明确上述三种实验各自剂量设计策略

在给药剂量探究中，上述3种实验又有各自的剂量设计原则，如下：

1. 药效学实验设计剂量策略

a. 根据文献预估剂量

查阅文献中是否有相似药物的给药剂量，如果结构相似、用途相似，或者处方相似、提取工艺相似，则可作为参考，估算受试药物的合理剂量范围。

b. 参考该药物在其他动物身上的使用量

若该药物在其他物种动物身上使用，可根据不同动物品系对药物的耐受性进行剂量换算。

如人与动物的耐受性差异较大，动物的耐受性要比人大，也就是动物的单位体重用药量比人要大。若按单位体重的剂量来算，大鼠、小鼠的等效剂量分别相当于人的6.3倍和9.1倍。如下表为人与大鼠、小鼠按体表面积折算的等效剂量比值：

c. 根据急毒的LD50和长期毒性的剂量设计

通过急毒实验的药物的半数致死量LD50的值，可用其1/10、1/20、1/30或1/40等相似剂量作为药效学实验的高、中、低剂量组；原则是药效学实验的剂量不应高于毒理学实验剂量。

d. 根据预期量进行设计

若无相应参考，我们可使用初始低剂量，若动物也没有中毒的表现(体重下降、精神不振、活动减少或其它症状)，则可继续按照2倍、3.3倍或者5倍剂量递增，加大剂量。一般2~4次可达到预期剂量；如出现中毒现象，作用也明显，则应减少剂量再次实验。药物的初始剂量一般根据经验确定，且动物种属、给药途径不同，初始剂量也不同，如小鼠口服给药剂量定为10 mg/kg，静脉给药剂量定为1 mg/kg。

2. 急性毒性实验剂量设计策略

急性毒性实验主要是初步估计该药物毒性大小，一般常用于获取测定药物的半数致死量 (LD50)，为药效范围作出参考。测定LD50时的剂量设计主要分为以下两种情况：

a. 已知化学类别

通过文献检索，为已知化学类别的受试药物确定预期毒性中值（即该类别其他已知化合物的LD50），然后以此值为中间剂量，按一定的组间距（i 值，剂量的对数差值）（剂量组呈等比分布）上下各推两个剂量，作为预实验的剂量分组。

预试时，组间距可稍大些，i 值可取0.6，相邻剂量比为1:4。例如：毒性中值为10 mg/kg，则其对数值为1，组间距 i 为0.6，那么往上推一个剂量的对数即为1.6，然后求其反对数得40 mg/kg；而往下推一个剂量的对数即为0.4，求其反对数得2.5 mg/kg。

同理，再推算出其他的剂量组即可。如果估计受试药物的致死剂量范围较窄，组间距可适当缩小，i值取0.2，相邻剂量比为1:1.6。

通过上述预实验找出受试药物使10%~90%实验动物死亡剂量的大致范围，再据此确定正式实验的具体分组方案，此时可按照下式求算组间距：

或

b. 对于全新结构的受试药物或中草药复方

可先通过少量动物的摸索，找出0%及100%估计致死量（及Dmin和Dmax），再求出i值，具体步骤如下：

1. 先用10倍稀释的药物浓度系列，用少量动物（每组2~3只），找出大致死亡范围；

2. 再用1、2、4、8等2倍稀释的药物浓度每组4只动物寻找。

本法可用较少的动物和药物，确定了Dmax和Dmin后，可按与前述相近的方法求得组间距。更多注意事项及问题请参考袁伯俊、王治乔老师主编的《新药临床前安全性评价与实践》[1]。

3. 长期毒性实验剂量设计[2]

长期毒性实验一般至少设高、中、低三个剂量给药组和一个溶媒（或辅料）对照组，必要时还需设立空白对照组或阳性对照组。理论上群体中毒性反应的发生率随着药物在体内暴露量的增加而增加，所以：

• 高剂量原则上应使动物产生明显的毒性反应，甚至出现个别动物死亡，但死亡数不得超过总数的20%；

• 中剂量组应相当于药效学实验的高剂量，应使实验动物发生轻微或中等程度的毒性反应；

• 低剂量原则上应高于整体动物最佳药效学实验的有效剂量，并使动物不出现毒性反应；

• 空白对照组应给予溶媒或其他赋形剂；

• 正常对照组应口服或注射等容量生理盐水。

下面介绍几种常用的长期毒性实验剂量设计方法[3]：

1. 半数致死量法（LD50法）

根据药物急性毒理学实验测定的LD50值决定三个组的剂量。对大鼠而言，高、中、低三个剂量组可使用1/10、1/50、1/100的LD50值；对犬而言，高、中、低三个剂量组可使用1/20、1/25、1/50的LD50值。此法为粗略估计，差异较大，一般只作预测的参考。当急性毒性实验和长期毒性实验为同一种动物时，参考价值相对大一些；反之，如LD50为小鼠，那么在剂量设计时应考虑种属差异，并按照相关折算系数进行校正。

2. 药代动力学法（MBS法）

根据药物代谢动力学的实验结果，参照最大有效安全浓度 (MCD)，大鼠的长期毒性实验中，低、中、高三个剂量可分别使用大鼠的1.0 MCD、3.3~6.6 MCD和10~20 MCD；对犬而言，低、中、高三个剂量可分别使用0.5 MCD、1.65~3.3 MCD、5~10 MCD。此法有参考价值，但也要注意动物的异同性，尤其是参考小鼠的药代动力学结果时更应慎重。

3. 最大耐受量法（MTD法）

根据大鼠急性毒理的最大无症状剂量实验结果，在长期毒理实验设计中，对大鼠而言，高、中、低三个剂量可分别使用1 MTD、1/3 MTD、1/10 MTD作为实验剂量；对犬和猴而言，高、中、低三个剂量可分别使用大鼠的1/2 MTD、1/6 MTD、1/20 MTD作为实验剂量，也可参考犬或猴单次给药的MTD。

4. 临床拟用剂量法（ACD法）

根据同类型药物或国外资料或临床拟用剂量推算，一般长期毒性实验时，大鼠高、中、低三个剂量可使用50~100倍、25~50倍、10~20倍的临床剂量作为实验剂量；犬长期毒性实验的高、中、低三个剂量可使用30~50倍、15~25倍、5~10倍的临床剂量作为实验剂量；对猴而言，可采用与狗相近的剂量或者略低于狗的剂量进行实验。此法参考价值较大，也较常用。

5. 等效剂量法

根据实验动物与人的等效剂量比值，再按照一定的倍数扩大设计实验剂量。此法参考价值较大，尤其是对抗肿瘤药、镇痛药和外用药更有意义。

三、了解了三种实验剂量设计后，一般我们拿到一个新药后，具体如何实践呢？

从体外细胞试验发现一种药效可观的分子后，我们需要将上述三个实验结合起来，并最终确定合适剂量！新药评价的原则是“安全、有效、可控”，所以一般会以毒性作为首要评价指标，当然药效也十分重要。

1. 首先做急性毒性学实验：急毒实验可以初步估计该药物毒性大小，获得药物的半数致死量 (LD50)，为药效范围作出参考。一般对于全新结构的药物，先用少量小鼠摸索中毒剂量或致死剂量，然后用中毒剂量或致死剂量的可取1/10-1/5作为应用剂量；若毒性太大，可没太大必要进行下一步的药效学实验。

2. 进行药效学实验：一般可根据毒性试验的LD50进行设计，可用其1/10、1/20、1/30或1/40等相似剂量作为药效学实验的高、中、低剂量组。观察药效的同时，可以相应地观察一些可能出现的副作用，比如说对造血系统的影响，肝肾毒性灯，为长期毒性实验的观察项目提供一些参考。

3. 长期毒性实验：考虑到长期毒性试验周期较长，可放在最后一步进行，具体剂量设计方法参考上面资料。

当我们进行了上述实验后，一般情况下，合适的给药剂量应该结合长期毒性实验结果。原则是药效的高剂量应低于长期毒性实验的中剂量或低剂量；特殊情况下，药效实验剂量可适当提高，但不应超过长期毒性实验的高剂量。通过逐步缩小范围，这样我们就可以得到安全条件下的最佳药效的给药剂量了。

以上方法是前人在一定条件下对某些药物或化合物的药效或毒性研究中摸索和总结出来的经验，有一定的参考价值。但是我们必须认识到，药物或化合物千差万别，都要先对具体药物进行认真而细心地分析并进行预实验，这样可以大大地节约人力、物力和财力，提高效率，起到事半功倍的作用。

参考文献：

[1] 袁伯俊，王治乔. 新药临床前安全评价与实践 [M]. 北京：军事医学科学出版社, 1997.

[2] 周立国. 药物毒理学（第二版）[M]. 北京：中国医药科技出版社, 2009.

[3] 向明，季晖. 药物毒理学（第三版）[M]. 北京：中国医药科技出版社, 2015.