CN105044318A - 一种家兔组织中兽药残留浓度的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种家兔组织中兽药残留浓度的预测方法，该方法从现有文献资料中收集家兔的生理学及解剖学参数，利用面积法，比较计算得到药物在家兔肝脏、肾脏、肌肉和肺脏中的组织-血浆分配系数；药物在其他所有组织中的组织-血浆分配系数则通过参数优化获得；利用参数优化法获得模型中的其他参数；根据质量平衡原理书写代表各组织中药物浓度及消化道各段内容物中药物质量随时间变化的微分方程，将这些微分方程以acsl语言进行编译，并对各参数进行定义及赋值，同时确定给药方案参数和模型运行参数，建立模型。之后运行模型，获得不同给药方案下家兔用药后不同时间点各组织中药物的残留浓度。该方法可降低试验成本、减少工作量，操作方便，预测结果准确。

Description

一种家兔组织中兽药残留浓度的预测方法

技术领域

本发明涉及一种兽药残留浓度的预测方法，具体的说是一种家兔组织中兽药残留浓度的预测方法。

背景技术

随着居民生活水平的提高，消费者对动物性食品安全的重视程度正逐渐增强，而兽药残留是危害动物性食品安全的一个最主要因素。长期摄入残留在动物性食品中的兽药，不但会对消费者造成过敏反应等直接伤害，有些药物还具有激素样作用，会导致儿童早熟，引起繁殖和发育紊乱；此外，长期摄入低残留量的抗生素，还会引发细菌耐药性问题，导致人类疾病的治疗困难。因此，如果能够精确预测动物用药后各可食性组织中兽药的残留浓度，就能够有效避免这些危害的产生。

家兔具有适应性强、繁殖快等众多优点，有些家兔品种又兼具肉毛两用特性。此外，兔肉肉质鲜美，蛋白质含量高，脂肪和胆固醇含量低。因此，在我国各地家兔均有一定的养殖规模。但在养殖过程中，常使用一些兽药防治家兔的常见疾病，这在提高家兔生产性能的同时，也增加了兽药在家兔组织中残留的风险。

生理药动学（PBPK）模型是一种模拟机体循环系统的血液流向，将各器官或组织相互联结起来而建立的整体模型。该模型中包含了各组织的质量或体积（V）和血流量（Q）、药物在各组织中的组织-血浆分配系数（P）、肝脏和肾脏中药物的清除率（Cl_he和Cl_re）等参数，能够从机理上预测兽药在动物体内的吸收、分布、代谢和排泄特点，并进一步预测兽药在各可食性组织中的残留浓度。

发明内容

本发明的目的是提供一种家兔组织中兽药残留浓度的预测方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、从现有文献资料中收集家兔的生理学及解剖学参数：V_cli、V_cki、V_cmu、V_clu、V_cab、V_cvb和V_cre分别为肝脏、肾脏、肌肉、肺脏、动脉血液、静脉血液及其他所有组织的质量占家兔体重（bw）的百分比，V_cgac和V_cinc则分别为家兔胃和肠道内容物质量占体重的百分比，V_is为肌内注射给药途径下注射部位肌肉的质量；而V_li、V_ki、V_mu、V_lu、V_ab、V_vb、V_re、V_gac和V_inc分别为肝脏、肾脏、肌肉、肺脏、动脉血液、静脉血液、其他所有组织、胃内容物和肠道内容物的质量（或体积），由各组织器官或消化道内容物占体重的百分比乘以家兔体重计算得到；Q_tot为家兔的全血心输出量；Q_cli、Q_cki、Q_cmu、Q_clu和Q_cre分别为肝脏、肾脏、肌肉、肺脏及其他所有组织中血流量占全血心输出量的百分比，而Q_li、Q_ki、Q_mu、Q_lu和Q_re则分别为肝脏、肾脏、肌肉、肺脏及其他所有组织中的血流量，由各组织中血流量占全血心输出量的比值乘以全血心输出量计算得到；

(2)、获得待测药物在家兔体内的组织-血浆分配系数参数：利用面积法，通过药物在家兔各组织及血浆中药时曲线下面积的比较计算得到药物在家兔肝脏、肾脏、肌肉和肺脏中的组织-血浆分配系数（P_li、P_ki、P_mu和P_lu），药物在其他所有组织中的组织-血浆分配系数（P_re）则通过参数优化获得；

(3)、利用参数优化法获得模型中的其他参数，这些参数包括待测药物在家兔体内的肝脏清除率（Cl_he）及肾脏清除率（Cl_re），家兔的胃排空速率常数（K_st），口服给药后药物的生物利用度（F_po）、吸收速率常数（K_a-po）及未吸收药物经肠道排出的速率常数（K_gic），肌内注射后药物的生物利用度（F_im）、吸收速率常数（K_a-im）和药物从慢吸收部位向快吸收部位转运的速率常数（K_dis）；

(4)、根据质量平衡原理书写代表各组织（注射部位的快吸收和慢吸收部位、肺脏、肌肉、肾脏、肝脏、静脉血液、动脉血液及其他所有组织）中药物浓度及消化道各段（胃和肠道）内容物中药物质量随时间变化的微分方程，将这些微分方程以acsl语言进行编译，并对各参数进行定义及赋值，同时确定给药方案参数（包括每次给药剂量、连续给药次数及给药间隔）和模型运行参数（包括积分方法、通信间隔、最大积分步长及最小积分步长等），完成模型的建立。之后运行模型，即可获得不同给药方案下家兔用药后不同时间点各组织中药物的残留浓度；

步骤（4）中所述各组织（注射部位的快吸收和慢吸收部位、肺脏、肌肉、肾脏、肝脏、静脉血液、动脉血液及其他所有组织）中药物浓度及消化道各段（胃和肠道）内容物中药物质量随时间变化的微分方程如下：

(a)胃内容物：

其中，代表胃内容物中药物质量（A_gac，单位为μg）随时间（t，单位为h，下同）的变化率，Dose_po则代表每次口服给药的剂量，其单位为μg，是由单位体重的给药剂量与动物体重的乘积计算得到的，而K_st是胃排空速率（单位为h^-1）；

(b)肠道内容物：

其中，代表肠道内容物中药物质量（A_inc，单位为μg）随时间的变化率，K_a-po代表口服后药物的吸收速率常数（单位为h^-1），F_po代表口服后药物的生物利用度（单位为%），而K_gic则代表口服后肠道中未吸收药物随粪便排出体外的速率常数（单位为h^-1）；

(c)肝脏：

其中，代表肝脏中药物的浓度（C_li，单位为μg/kg）随时间的变化率，而V_li代表肝脏的质量（单位为kg），两者的乘积（）代表肝脏中药物质量（单位为μg）随时间的变化率，Q_li代表肝脏中的血流量（单位为L/h），C_ab代表动脉血液中的药物浓度（单位为μg/L，注μg/L与μg/kg等价，下同），Cl_he代表药物的肝脏清除率（单位为L/h），而P_li则代表药物在肝脏中的组织-血浆分配系数（无单位量纲，下同）；

(d)肾脏：

其中，代表肾脏中药物的浓度（C_ki，单位为μg/kg）随时间的变化率，而V_ki代表肾脏的质量（单位为kg），两者的乘积（）代表肾脏中药物质量（单位为μg）随时间的变化率，Q_ki代表肾脏中的血流量（单位为L/h），C_ab代表动脉血液中的药物浓度（单位为μg/L），Cl_re代表药物的肾脏清除率（单位为L/h），而P_ki则代表药物在肾脏中的组织-血浆分配系数；

(e)肌肉：

其中，代表肌肉中药物的浓度（C_mu，单位为μg/kg）随时间的变化率，而V_mu代表肌肉的质量（单位为kg），两者的乘积（）代表肌肉中药物质量（单位为μg）随时间的变化率，Q_mu代表肌肉中的血流量（单位为L/h），C_ab代表动脉血液中的药物浓度（单位为μg/L），而P_mu则代表药物在肌肉中的组织-血浆分配系数；

(f)肺脏：

其中，代表肺脏中药物的浓度（C_lu，单位为μg/kg）随时间的变化率，而V_lu代表肺脏的质量（单位为kg），两者的乘积（）代表肺脏中药物质量（单位为μg）随时间的变化率，Q_lu代表肺脏中的血流量（单位为L/h），其在数值上等于全血心输出量，C_vb代表静脉血液中药物的浓度（单位为μg/L），而P_lu则代表药物在肺脏中的组织-血浆分配系数；

(g)其他所有组织：

其中，代表其他所有组织中药物的浓度（C_re，单位为μg/kg）随时间的变化率，而V_re代表其他所有组织的质量（单位为kg），两者的乘积（）代表其他所有组织中药物质量（单位为μg）随时间的变化率，Q_re代表其他所有组织中的血流量（单位为L/h），C_ab代表动脉血液中的药物浓度（单位为μg/L），而P_re则代表药物在其他所有组织中的组织-血浆分配系数；

(h)注射部位肌肉，其中快吸收部位和慢吸收部位中药物质量（A_is1和A_is2，单位均为kg）随时间的变化率可分别用以下两式来表示：

；

，

而注射部位肌肉中的药物浓度则可用下式表示：。

以上注射部位肌肉的公式中，Dose_im代表每次肌内注射的给药剂量，其单位为μg，是由单位体重的给药剂量与动物体重的乘积计算得到的，K_a-im和K_dis分别代表肌内注射后药物的吸收速率常数（单位为h^-1）及药物由慢吸收部位向快吸收部位转运的速率常数（单位为h^-1），F_im代表肌内注射后药物的生物利用度（单位为%），而V_is则代表注射部位肌肉的质量（单位为kg）。

(i)动脉血液：

其中，代表动脉血液中的药物浓度（C_ab，单位为μg/L）随时间的变化率，V_ab则代表动脉血液的体积（单位为L，注L与kg等价，下同）。

(j)静脉血液：

其中代表静脉血液中药物的浓度（C_vb，单位为μg/L）随时间的变化率，V_vb代表静脉血液的体积（单位为L），而Dose_iv则代表每次静脉注射的给药剂量，其单位为μg，是由单位体重的给药剂量与动物体重的乘积计算得到的。

步骤（4）中所述静脉注射、肌内注射或口服给药的剂量均为10mg/kgbw；所述多次给药，给药间隔均为24h，而模型运行参数如下：积分方法为Gear'sStiff（在acsl中以2表示）、通信间隔为0.1h、最大和最小积分步长则分别为10⁹和10^-9。

所述的药物为奥比沙星、沙拉沙星、恩诺沙星、环丙沙星、马波沙星、氧氟沙星、二氟沙星、培氟沙星、诺氟沙星、达氟沙星、洛美沙星、氟甲喹、多西环素、土霉素、四环素、磺胺间甲氧嘧啶、磺胺二甲氧嘧啶中的一种。

有益效果是：

1、本发明家兔组织中兽药残留浓度的预测方法，利用本发明所建立模型能够精确预测兽医临床中常见给药途径下（静脉注射、肌内注射和/或口服给药）单次和/或多次给药后药物在家兔主要可食性组织中的残留浓度；

2、通过将模型中家兔的生理学及解剖学参数更改为其他动物的相关参数，可以实现该模型由家兔到其他种属动物的外推，用于预测其他动物在不同给药途径下各组织中药物的残留浓度；

3、通过更改模型中化合物的特异性参数（化合物的组织-血浆分配系数及肝脏清除率、肾脏清除率等），可以实现该模型在不同化合物之间的外推，用于预测多种药物在不同给药途径下在家兔各组织中的残留浓度；

4、该方法可以大幅度减少实验动物用量、降低试验成本、减少工作量，且操作方便，预测结果准确。

附图说明

图1为本发明中所建生理药动学模型的结构示意图；

图2为实施例1中家兔肌肉中奥比沙星的预测浓度及实测浓度；其中■为实测浓度，—为预测浓度；

图3为实施例1中家兔肝脏中奥比沙星的预测浓度及实测浓度；其中■为实测浓度，—为预测浓度；

图4为实施例1中家兔肾脏中奥比沙星的预测浓度及实测浓度；其中■为实测浓度，—为预测浓度；

图5为实施例1中家兔肺脏中奥比沙星的预测浓度及实测浓度；其中■为实测浓度，—为预测浓度；

图6为实施例1中家兔肺脏中奥比沙星浓度实测值与预测值间的相关性分析结果；其中■为奥比沙星的浓度，—为浓度预测值与实测值间的趋势线；

图7为实施例1中家兔肌肉中奥比沙星浓度实测值与预测值间的残差分析结果；其中■为奥比沙星浓度预测值与实测值间的残差；

图8为实施例2中预测得到的家兔连续三次静脉注射奥比沙星后，肺脏、肌肉和肾脏中奥比沙星浓度的预测值；其中曲线1、2和3分别代表肺脏、肌肉和肾脏中奥比沙星的预测浓度；

图9为实施例2中预测得到的家兔连续三次静脉注射奥比沙星后，血浆和肝脏中奥比沙星浓度的预测值；其中曲线1和2分别代表血浆和肝脏中奥比沙星的预测浓度；

图10为实施例3中预测得到的家兔连续三次口服奥比沙星后，肝脏、肾脏和血浆中奥比沙星浓度的预测值；其中曲线1、2和3分别代表肝脏、肾脏和血浆中奥比沙星的预测浓度；

图11为实施例3中预测得到的家兔连续三次口服奥比沙星后，肺脏和肌肉中奥比沙星浓度的预测值；其中曲线1和2分别代表肺脏和肌肉中奥比沙星的预测浓度；

图12为实施例4中预测得到的家兔连续三次肌内注射奥比沙星后，肾脏、肌肉、肝脏和血浆中奥比沙星浓度的预测值；其中曲线1、2、3和4分别代表肾脏、肌肉、肝脏和血浆中奥比沙星的预测浓度；

图13为实施例4中预测得到的家兔连续三次肌内注射奥比沙星后，肺脏中奥比沙星浓度的预测值；其中曲线代表肺脏中奥比沙星浓度的预测值；

图14为实施例4中预测得到的家兔连续三次肌内注射奥比沙星后，注射部位肌肉中奥比沙星浓度的预测值；其中曲线代表注射部位肌肉中奥比沙星浓度的预测值。

具体实施方式

图1为本发明中所建生理药动学模型的结构示意图。如图所示，Dose_im、Dose_iv和Dose_po分别为每次肌内注射、静脉注射和口服给药的剂量；Q_li、Q_ki、Q_mu、Q_lu和Q_re则分别为肝脏、肾脏、肌肉、肺脏及其他所有组织中的血流量；Cl_he和Cl_re分别为药物的肝脏和肾脏清除率；K_st为家兔的胃排空速率；F_po和K_a-po分别为口服给药后药物的生物利用度和吸收速率常数；K_gic则为口服后未吸收药物经肠道的排出速率常数；F_im、K_a-im和K_dis则分别为肌内注射后药物的生物利用度、吸收速率常数和药物从慢吸收部位向快吸收部位转运的速率常数。在该模型中，药物经口服、肌内注射或/和静脉注射后经吸收或直接进入静脉血液中，并在血液循环的作用下分布到各组织器官，其中到达肝脏的药物会经代谢清除，而到达肾脏的药物则会随尿液排出体外，且肝脏代谢和肾脏排泄均为一级速率过程；肌内注射后，注射剂量的一部分（45%）会直接进入快吸收部位，迅速吸收进入血液循环，而剩余部分（55%）则全部进入慢吸收部位，并以K_dis为速率缓慢转运到快吸收部位后才能够被继续吸收；而口服给药后，药物则直接进入到家兔的胃中，并在胃排空作用下随着胃内容物一起进入到小肠，随后一部分药物经门静脉吸收进入肝脏，未被吸收部分则随粪便一起排出体外，速率为K_gic。

一种家兔组织中兽药残留浓度的预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、从现有文献资料中收集家兔的生理学及解剖学参数：V_cli、V_cki、V_cmu、V_clu、V_cab、V_cvb和V_cre分别为肝脏、肾脏、肌肉、肺脏、动脉血液、静脉血液及其他所有组织的质量占家兔体重（bw）的百分比，V_cgac和V_cinc则分别为家兔胃和肠道内容物质量占体重的百分比，V_is为肌内注射给药途径下注射部位肌肉的质量；而V_li、V_ki、V_mu、V_lu、V_ab、V_vb、V_re、V_gac和V_inc分别为肝脏、肾脏、肌肉、肺脏、动脉血液、静脉血液、其他所有组织、胃内容物和肠道内容物的质量（或体积），由各器官或消化道内容物占体重的百分比乘以家兔体重计算得到；Q_tot为家兔的全血心输出量；Q_cli、Q_cki、Q_cmu、Q_clu和Q_cre分别为肝脏、肾脏、肌肉、肺脏及其他所有组织中血流量占全血心输出量的百分比，而Q_li、Q_ki、Q_mu、Q_lu和Q_re则分别为肝脏、肾脏、肌肉、肺脏及其他所有组织中的血流量，由各组织中血流量占全血心输出量的百分比乘以全血心输出量计算得到；

(2)、获得待测药物在家兔体内的组织-血浆分配系数参数：利用面积法，通过药物在家兔各组织及血浆中药时曲线下面积的比较计算得到药物在家兔肝脏、肾脏、肌肉和肺脏中的组织-血浆分配系数（P_li、P_ki、P_mu和P_lu），药物在其他所有组织中的组织-血浆分配系数（P_re）则通过参数优化获得；

(3)、利用参数优化法获得模型中的其他参数，这些参数包括待测药物在家兔体内的肝脏清除率（Cl_he）及肾脏清除率（Cl_re），家兔的胃排空速率常数（K_st），口服给药后药物的生物利用度（F_po）、吸收速率常数（K_a-po）未吸收药物经肠道排出的速率常数（K_gic），肌内注射后药物的生物利用度（F_im）、吸收速率常数（K_a-im）和药物从慢吸收部位向快吸收部位转运的速率常数（K_dis）；

(4)、根据质量平衡原理书写代表各组织（注射部位的快吸收和慢吸收部位、肺脏、肌肉、肾脏、肝脏、静脉血液、动脉血液及其他所有组织）中药物浓度及消化道各段（胃和肠道）内容物中药物质量随时间变化的微分方程，并将这些微分方程以acsl语言进行编译，完成模型的建立；运行模型，即可获得不同给药方案下家兔用药后不同时间点各组织中药物的残留浓度。

(5)、模型评价：

通过对奥比沙星浓度的模型预测值与实际观测值之间的眼观比较、相关性分析和残差分析来进行。其中眼观比较是通过眼观比较实际观测值（数据点）与模型预测值（曲线）之间的吻合度，来判断模型的预测效果；相关性分析则在每个采样时间点奥比沙星浓度的预测值及实测值间进行，通过相关性直线的斜率、截距及相关系数来判断模型的预测效果，如果斜率越接近1、截距越接近0、相关系数越接近1就说明模型预测效果越好；而残差分析是通过将每个采样时间点奥比沙星浓度的预测值与实测值之间的残差对采样时间进行作图，观测模型的预测效果，各个采样时间点的浓度残差值越均匀地分布在横坐标附近，说明模型预测效果越好。

步骤（1）中的V_cli、V_cki、V_cmu、V_clu、V_cab、V_cvb和V_cre分别4%、0.6%、54%、0.68%、2.19%、4.37%和28.16%，V_cgac和V_cinc分别为2%和4%，bw和V_is分别为2.5和0.1kg，Q_tot为12.72L/h/kg，Q_clu、Q_cli、Q_cki、Q_cmu和Q_cre则分别为100%、33.4%、15.09%、29.25%和22.26%；步骤（2）中的P_li、P_ki、P_mu、P_lu和P_re分别为1.30、2.18、1.69、1.22和0.43；步骤（3）中的Cl_he和Cl_re分别为0.4和0.2L/h，K_st、K_gic、K_a-po、K_a-im和K_dis分别为2、0.2、0.012、0.014和0.0866h^-1，而F_po和F_im则分别为40%和70%；步骤（5）中的模型评价方法包括模型预测浓度与实际观测浓度间的眼观比较、相关性分析和残差分析。

步骤（4）中所述各组织（注射部位的快吸收和慢吸收部位、肺脏、肌肉、肾脏、肝脏、静脉血液、动脉血液及其他所有组织）中药物浓度及消化道各段（胃和肠道）内容物中药物质量随时间变化的微分方程如下：

(a)胃内容物：

其中，代表胃内容物中药物质量（A_gac，单位为μg）随时间（t，单位为h，下同）的变化率，Dose_po则代表每次口服给药的剂量，其单位为μg，是由单位体重的给药剂量与动物体重的乘积计算得到的，而K_st是胃排空速率（单位为h^-1）；

(b)肠道内容物：

其中，代表肠道内容物中药物质量（A_inc，单位为μg）随时间的变化率，K_a-po代表口服后药物的吸收速率常数（单位为h^-1），F_po代表口服后药物的生物利用度（单位为%），而K_gic则代表口服后肠道中未吸收药物随粪便排出体外的速率常数（单位为h^-1）；

(c)肝脏：

其中，代表肝脏中药物的浓度（C_li，单位为μg/kg）随时间的变化率，而V_li代表肝脏的质量（单位为kg），两者的乘积（）代表肝脏中药物质量（单位为μg）随时间的变化率，Q_li代表肝脏中的血流量（单位为L/h），C_ab代表动脉血液中的药物浓度（单位为μg/L，注μg/L与μg/kg等价，下同），Cl_he代表药物的肝脏清除率（单位为L/h），而P_li则代表药物在肝脏中的组织-血浆分配系数（无单位量纲，下同）；

(d)肾脏：

其中，代表肾脏中药物的浓度（C_ki，单位为μg/kg）随时间的变化率，而V_ki代表肾脏的质量（单位为kg），两者的乘积（）代表肾脏中药物质量（单位为μg）随时间的变化率，Q_ki代表肾脏中的血流量（单位为L/h），C_ab代表动脉血液中的药物浓度（单位为μg/L），Cl_re代表药物的肾脏清除率（单位为L/h），而P_ki则代表药物在肾脏中的组织-血浆分配系数；

(e)肌肉：

其中，代表肌肉中药物的浓度（C_mu，单位为μg/kg）随时间的变化率，而V_mu代表肌肉的质量（单位为kg），两者的乘积（）代表肌肉中药物质量（单位为μg）随时间的变化率，Q_mu代表肌肉中的血流量（单位为L/h），C_ab代表动脉血液中的药物浓度（单位为μg/L），而P_mu则代表药物在肌肉中的组织-血浆分配系数；

(f)肺脏：

其中，代表肺脏中药物的浓度（C_lu，单位为μg/kg）随时间的变化率，而V_lu代表肺脏的质量（单位为kg），两者的乘积（）代表肺脏中药物质量（单位为μg）随时间的变化率，Q_lu代表肺脏中的血流量（单位为L/h），其在数值上等于全血心输出量，C_vb代表静脉血液中药物的浓度（单位为μg/L），而P_lu则代表药物在肺脏中的组织-血浆分配系数；

(g)其他所有组织：

其中，代表其他所有组织中药物的浓度（C_re，单位为μg/kg）随时间的变化率，而V_re代表其他所有组织的质量（单位为kg），两者的乘积（）代表其他所有组织中药物质量（单位为μg）随时间的变化率，Q_re代表其他所有组织中的血流量（单位为L/h），C_ab代表动脉血液中的药物浓度（单位为μg/L），而P_re则代表药物在其他所有组织中的组织-血浆分配系数；

(h)注射部位肌肉，其中快吸收部位和慢吸收部位中药物质量（A_is1和A_is2，单位均为kg）随时间的变化率可分别用以下两式来表示：

；

，

而注射部位肌肉中的药物浓度则可用下式表示：。

以上注射部位肌肉的公式中，Dose_im代表每次肌内注射的给药剂量，其单位为μg，是由单位体重的给药剂量与动物体重的乘积计算得到的，K_a-im和K_dis分别代表肌内注射后药物的吸收速率常数（单位为h^-1）及药物由慢吸收部位向快吸收部位转运的速率常数（单位为h^-1），F_im则代表肌内注射后药物的生物利用度（单位为%），而V_is则代表注射部位肌肉的质量（单位为kg）。

(i)动脉血液：

其中，代表动脉血液中的药物浓度（C_ab，单位为μg/L）随时间的变化率，V_ab则代表动脉血液的体积（单位为L，注L与kg等价，下同）。

(j)静脉血液：

其中代表静脉血液中药物的浓度（C_vb，单位为μg/L）随时间的变化率，V_vb代表静脉血液的体积（单位为L），而Dose_iv则代表每次静脉注射的给药剂量，其单位为μg，是由单位体重的给药剂量与动物体重的乘积计算得到的。

步骤（4）中所述静脉注射、肌内注射或口服给药的剂量均为10mg/kgbw；所述多次给药，给药间隔均为24h，而模型运行参数如下：积分方法为Gear'sStiff（在acsl中以2表示）、通信间隔为0.1h、最大和最小积分步长则分别为10⁹和10^-9。

所述肌内注射给药途径下，注射部位分为快吸收部位和慢吸收部位两部分，其中进入快吸收部位的药量占总注射剂量的45%，进入慢吸收部位的药量则占总注射剂量的55%，前者的药物能够直接吸收进入静脉血液，而后者则需先以K_dis为速率转运到快吸收室后，再进行吸收。

所述的药物为奥比沙星、沙拉沙星、恩诺沙星、环丙沙星、马波沙星、氧氟沙星、二氟沙星、培氟沙星、诺氟沙星、达氟沙星、洛美沙星、氟甲喹、多西环素、土霉素、四环素、磺胺间甲氧嘧啶、磺胺二甲氧嘧啶中的一种。

为了便于理解，下面通过附图和具体实施例对本发明家兔组织中兽药残留浓度的预测方法进行详细的描述。需要特别指出的是，具体实施例和附图仅是为了说明，显然本领域的技术人员可以根据本文说明，对本发明进行各种修正或改变，这些修正和改变也将纳入本专利范围之内。

实施例1：

本实施例以奥比沙星为例，来预测单次肌内注射后药物在家兔各组织中的残留浓度。奥比沙星为小分子物质，其在动物体内的分布过程中，各组织器官的血流量是其主要限速因素，即本发明中建立的生理药动学模型为血流限速型。对于家兔而言，肌肉是最主要的可食性组织，肝脏和肾脏则均是奥比沙星的主要清除器官，肺脏则是连接静脉血液和动脉血液的中间通路，除了以上各组织器官之外，本模型将其他所有组织合并为一个虚拟的其他所有组织房室，另外为了便于模拟口服给药过程，模型中加入了胃和肠道两个模块，同样，为了便于模拟肌内注射给药，模型中加入了注射部位肌肉（慢吸收部位和快吸收部位）。综上所述，本发明所述的生理药动学模型共包括11个房室，分别为胃和肠道内容物（仅适用于口服给药途径）、快吸收及慢吸收部位（仅适用于肌内注射给药途径）、肺脏、肌肉、肾脏、肝脏、静脉血液、动脉血液及其他所有组织（图1）。

一种家兔组织中兽药残留浓度的预测方法，包括以下步骤：

（1）、从现有文献资料中收集家兔的生理学及解剖学参数：获得家兔各组织的质量和血流量及各段消化道内容物的质量，V_cli、V_cki、V_cmu、V_clu、V_cab、V_cvb、V_cre、V_cgac和V_cinc分别为肝脏、肾脏、肌肉、肺脏、动脉血液、静脉血液、其他所有组织、胃内容物和肠道内容物的质量占家兔总体重的百分比，其数值分别为4%、0.6%、54%、0.68%、2.19%、4.37%、28.16%、2%和4%，而家兔各组织器官的质量及各段消化道内容物的质量则由以上各百分比乘以家兔体重获得；肌内注射后，注射部位肌肉的质量则固定为0.1kg；Q_tot为家兔的全血心输出量，其数值为12.72L/h/kg，而Q_clu、Q_cli、Q_cki、Q_cmu和Q_cre分别为肺脏、肝脏、肾脏、肌肉及其他所有组织中血流量占全血心输出量的百分比，其数值分别为100%、33.4%、15.09%、29.25%和22.26%，同样家兔各组织的血流量则由以上各百分数乘以家兔全血心输出量获得。以上数据均来源于平均体重为2.5kg的家兔，当实验中家兔体重不是2.5kg时，仍可利用以上数据进行预测，但需按照家兔的实际体重，根据各组织的质量及血流量占总体重和全血心输出量的百分比重新进行计算。

（2）、获得待测药物在家兔体内的组织-血浆分配系数参数：

本例中，奥比沙星的给药方案为单次肌内注射给药，给药剂量为10mg/kgbw，在给药后的不同时间点，宰杀家兔，采集每只家兔的肌肉、肝脏、肾脏和肺脏样品，进行高效液相色谱检测，测定各组织中的药物浓度，计算得到每个采样时间点各组织中奥比沙星浓度的平均值，之后利用药动学软件处理各组织中平均药物浓度-时间数据，得到奥比沙星在各组织中的药时曲线下面积，最后利用面积法计算得到奥比沙星在肝脏、肾脏、肌肉和肺脏中的组织-血浆分配系数，分别以P_li、P_ki、P_mu和P_lu来表示，其数值分别为1.30、2.18、1.69和1.22，而其他所有组织中的组织-血浆分配系数（P_re）则通过参数优化获得，其数值为0.43。

（3）、获得模型的其他参数：

奥比沙星在家兔体内的肝脏及肾脏清除率（Cl_he和Cl_re）分别为0.4和0.2L/h；家兔的胃排空速率常数（K_st）、口服给药后药物的吸收速率常数（K_a-po）及未吸收药物经肠道排出的速率常数（K_gic）、肌内注射后药物的吸收速率常数（K_a-im）和药物从慢吸收部位向快吸收部位转运的速率常数（K_dis）分别为2、0.012、0.2、0.014和0.0866h^-1；而口服和肌内注射后奥比沙星的生物利用度（F_po和F_im）则分别为40%和70%。

（4）、根据质量平衡原理，利用acsl语言建立包含11个房室的PBPK模型，模型各组织（或消化道内容物）中药物浓度或质量随时间变化的微分方程如下：

胃内容物：

肠道内容物：

肝脏：

肾脏：

肌肉：

肺脏：

其他所有组织：

注射部位的快吸收部位：

注射部位的慢吸收部位：

注射部位肌肉：

动脉血液：

静脉血液：

以上微分方程中，Dose_im、Dose_iv和Dose_po分别为每次肌内注射、静脉注射和口服给药的剂量；C_li、C_ki、C_mu、C_lu、C_is和C_re分别为肝脏、肾脏、肌肉、肺脏、注射部位肌肉及其他所有组织中奥比沙星的浓度；V_ab、V_vb、V_is、V_li、V_ki、V_mu、V_lu和V_re分别为动脉血液、静脉血液、注射部位肌肉、肝脏、肾脏、肌肉、肺脏及其他所有组织的体积或质量；Q_li、Q_ki、Q_mu、Q_lu和Q_re分别为肝脏、肾脏、肌肉、肺脏及其他所有组织中的血流量；Cl_he和Cl_re分别为药物的肝脏和肾脏清除率；K_st为家兔的胃排空速率；F_po和K_a-po分别为口服给药后药物的生物利用度和吸收速率常数；K_gic为口服后未吸收药物经肠道的排出速率常数；F_im、K_a-im和K_dis则分别为肌内注射后药物的生物利用度、吸收速率常数和药物从慢吸收部位向快吸收部位转运的速率常数。

（5）、模型评价：通过对奥比沙星浓度的模型预测值与实际观测值之间的眼观比较、相关性分析和残差分析来进行。其中眼观比较是通过眼观比较实际观测值（数据点）与模型预测值（曲线）之间的吻合度，来判断模型的预测效果；相关性分析则在每个采样时间点奥比沙星浓度的预测值及实测值间进行，通过相关性直线的斜率、截距及相关系数来判断模型的预测效果，如果斜率越接近1、截距越接近0、相关系数越接近1就说明模型预测效果越好；而残差分析是通过将每个采样时间点奥比沙星浓度的预测值与实测值之间的残差对采样时间进行作图，观测模型的预测效果，各个采样时间点的浓度残差值越均匀地分布在横坐标附近，说明模型预测效果越好。

图2、3、4和5分别为家兔以10mg/kgbw剂量单次肌内注射奥比沙星后肌肉、肝脏、肾脏和肺脏中药物浓度的模型预测值与实际观测值间的比较，从图中可见各组织中模型预测值与实际观测值均吻合良好，说明该模型预测效果较好，预测结果精确可靠。

图6是家兔肺脏中奥比沙星浓度的实测值与预测值间的相关性分析结果，从图中可见，模型预测值与实际观测值间相关性良好，相关系数高达0.9968，相关性直线的斜率（0.9574）较接近1，截距（0.7214）较接近于0，说明该模型能够精确预测肺脏中奥比沙星的浓度。

图7是家兔肌肉中奥比沙星浓度的预测值与实测值间的残差分析结果，从图中可见浓度残差值均匀地分布在横坐标两侧，且正负残差的最大绝对值均在15μg/kg左右，与最后一个时间点肌肉样品中奥比沙星的实测浓度较接近，说明该模型能够精确预测家兔肌肉中的奥比沙星浓度。

实施例2：

将实施例1中的给药方案更改为：连续三次静脉注射给药，给药间隔为24h，每次给药剂量均为10mg/kgbw，其余条件及建模步骤与实施例1相同。利用acsl软件建立好模型后，运行模型，获得各组织中奥比沙星浓度随时间变化的曲线如图8和图9所示，预测得到的家兔连续三次静脉注射奥比沙星后，肌肉、肝脏、肾脏、肺脏和血浆中奥比沙星的浓度。

实施例3：

将实施例1中的给药方案更改为：连续三次口服给药，给药间隔为24h，每次给药剂量均为10mg/kgbw，其余条件及建模步骤与实施例1相同。利用acsl软件建立好模型后，运行模型，获得各组织中奥比沙星浓度随时间变化的曲线，如图10和图11所示，预测得到的家兔连续三次口服奥比沙星后，肾脏、肝脏、肺脏、肌肉和血浆中奥比沙星的浓度。

实施例4：

将实施例1中的给药方案更改为：连续三次肌内注射给药，给药间隔为24h，每次给药剂量均为10mg/kgbw，其余条件及建模步骤与实施例1相同，利用acsl软件建立好模型后，运行模型，获得各组织中奥比沙星浓度随时间变化的曲线，如图12和图13所示，预测得到的家兔连续三次肌内注射奥比沙星后，肾脏、肝脏、肺脏、肌肉和血浆中奥比沙星的浓度；如图14所示，预测得到的家兔连续三次肌内注射奥比沙星后，注射部位肌肉中奥比沙星的浓度。

Claims (4)

1.一种家兔组织中兽药残留浓度的预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、从现有文献资料中收集家兔的生理学及解剖学参数：V_cli、V_cki、V_cmu、V_clu、V_cab、V_cvb和V_cre分别为肝脏、肾脏、肌肉、肺脏、动脉血液、静脉血液及其他所有组织的质量占家兔体重的百分比，V_cgac和V_cinc则分别为家兔胃和肠道内容物质量占体重的百分比，V_is为肌内注射给药途径下注射部位肌肉的质量；而V_li、V_ki、V_mu、V_lu、V_ab、V_vb、V_re、V_gac和V_inc分别为肝脏、肾脏、肌肉、肺脏、动脉血液、静脉血液、其他所有组织、胃内容物和肠道内容物的质量或体积，由各组织器官或消化道内容物占体重的百分比乘以家兔体重计算得到；Q_tot为家兔的全血心输出量；Q_cli、Q_cki、Q_cmu、Q_clu和Q_cre分别为肝脏、肾脏、肌肉、肺脏及其他所有组织中血流量占全血心输出量的百分比，而Q_li、Q_ki、Q_mu、Q_lu和Q_re则分别为肝脏、肾脏、肌肉、肺脏及其他所有组织中的血流量，由各组织中血流量占全血心输出量的百分比乘以全血心输出量计算得到；

(2)、获得待测药物在家兔体内的组织-血浆分配系数参数：利用面积法，通过药物在家兔各组织及血浆中药时曲线下面积的比较计算得到药物在家兔肝脏、肾脏、肌肉和肺脏中的组织-血浆分配系数，以上各分配系数分别以P_li、P_ki、P_mu和P_lu表示，药物在其他所有组织中的组织-血浆分配系数P_re则通过参数优化获得；

(3)、通过参数优化获得模型中的其他参数，这些参数包括：待测药物在家兔体内的肝脏清除率Cl_he和肾脏清除率Cl_re、家兔的胃排空速率常数K_st、口服给药后药物的生物利用度F_po、吸收速率常数K_a-po及未吸收药物经肠道排出的速率常数K_gic，肌内注射后药物的生物利用度F_im、吸收速率常数K_a-im及药物从慢吸收部位向快吸收部位转运的速率常数K_dis；

(4)、根据质量平衡原理书写代表各组织，即注射部位的快吸收和慢吸收部位、肺脏、肌肉、肾脏、肝脏、静脉血液、动脉血液和其他所有组织中药物浓度及胃和肠道内容物中药物质量随时间变化的微分方程，并将这些微分方程以acsl语言进行编译，完成模型的建立；运行模型，即可获得不同给药方案下家兔用药后不同时间点各组织中药物的残留浓度。

2.如权利要求1所述家兔组织中兽药残留浓度的预测方法，其特征在于：步骤（4）中所述各组织，即注射部位的快吸收和慢吸收部位、肺脏、肌肉、肾脏、肝脏、静脉血液、动脉血液、其他所有组织中药物浓度及胃和肠道内容物中药物质量随时间变化的微分方程如下：

胃内容物：

其中，代表胃内容物中药物质量A_gac随时间t的变化率，A_gac的单位为μg，Dose_po则代表每次口服给药的剂量，其单位为μg，是由单位体重的给药剂量与动物体重的乘积计算得到的，而K_st是胃排空速率，单位为h^-1；

肠道内容物：

其中，代表肠道内容物中药物质量A_inc随时间t的变化率，A_inc的单位为μg，K_a-po代表口服后药物的吸收速率常数，单位为h^-1，F_po代表口服后药物的生物利用度，单位为%，而K_gic则代表口服后肠道中未吸收药物随粪便排出体外的速率常数，单位为h^-1；

肝脏：

其中，代表肝脏中药物浓度C_li随时间t的变化率，C_li的单位为μg/kg，而V_li代表肝脏的质量，单位为kg，两者的乘积代表肝脏中药物质量随时间的变化率；Q_li代表肝脏中的血流量，单位为L/h；C_ab代表动脉血液中的药物浓度，单位为μg/L；Cl_he代表药物的肝脏清除率，单位为L/h，而P_li则代表药物在肝脏中的组织-血浆分配系数；

肾脏：

其中，代表肾脏中药物浓度C_ki随时间t的变化率，C_ki的单位为μg/kg，而V_ki代表肾脏的质量，单位为kg，两者的乘积代表肾脏中药物质量随时间t的变化率；Q_ki代表肾脏中的血流量，单位为L/h；C_ab代表动脉血液中的药物浓度，单位为μg/L；Cl_re代表药物的肾脏清除率，单位为L/h，而P_ki则代表药物在肾脏中的组织-血浆分配系数；

肌肉：

其中，代表肌肉中药物浓度C_mu随时间t的变化率，C_mu的单位为μg/kg，而V_mu代表肌肉的质量，单位为kg，两者的乘积代表肌肉中药物质量随时间t的变化率；Q_mu代表肌肉中的血流量，单位为L/h；C_ab代表动脉血液中的药物浓度，单位为μg/L；而P_mu则代表药物在肌肉中的组织-血浆分配系数；

肺脏：

其中，代表肺脏中药物浓度C_lu随时间t的变化率，C_lu的单位为μg/kg，而V_lu代表肺脏的质量，单位为kg，两者的乘积代表肺脏中药物质量随时间t的变化率；Q_lu代表肺脏中的血流量，单位为L/h，其在数值上等于全血心输出量，C_vb代表静脉血液中药物的浓度，单位为μg/L；而P_lu则代表药物在肺脏中的组织-血浆分配系数；

其他所有组织：

其中，代表其他所有组织中药物的浓度C_re随时间t的变化率，C_re的单位为μg/kg，而V_re代表其他所有组织的质量，单位为kg，两者的乘积代表其他所有组织中药物质量随时间t的变化率；Q_re代表其他所有组织中的血流量，单位为L/h；C_ab代表动脉血液中的药物浓度，单位为μg/L；而P_re则代表药物在其他所有组织中的组织-血浆分配系数；

注射部位肌肉，其中快吸收部位药物质量A_is1及慢吸收部位中A_is2随时间t的变化率可分别用以下两式来表示：

；

，

而注射部位肌肉中的药物浓度则可用下式表示：；

以上注射部位肌肉的公式中，Dose_im代表每次肌内注射的给药剂量，其单位为μg，是由单位体重的给药剂量与动物体重的乘积计算得到的，K_a-im代表肌内注射后药物的吸收速率，单位为h^-1；K_dis代表肌内注射后药物由慢吸收室向快吸收室转运的速率常数，单位为h^-1；F_im代表肌内注射后药物的生物利用度，单位为%，V_is代表注射部位肌肉的质量，单位为kg；

动脉血液：

其中，代表动脉血液中的药物浓度C_ab随时间t的变化率，C_ab的单位为μg/L，时间t的单位为h，而V_ab代表动脉血液的体积，单位为L；

静脉血液：

其中代表静脉血液中药物浓度C_vb随时间t的变化率，C_vb单位为μg/L，时间t的单位为h，V_vb代表静脉血液的体积，单位为L；Dose_iv代表每次静脉注射的给药剂量，其单位为μg，是由单位体重的给药剂量与动物体重的乘积计算得到的。

3.如权利要求2所述家兔组织中兽药残留浓度的预测方法，其特征在于：步骤（4）中所述静脉注射、肌内注射或口服给药的剂量均为10mg/kgbw；所述多次给药，给药间隔均为24h，而模型运行参数如下：积分方法为Gear'sStiff，在acsl中以2表示，通信间隔为0.1h、最大和最小积分步长则分别为10⁹和10^-9。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的药物为奥比沙星、沙拉沙星、恩诺沙星、环丙沙星、马波沙星、氧氟沙星、二氟沙星、培氟沙星、诺氟沙星、达氟沙星、洛美沙星、氟甲喹、多西环素、土霉素、四环素、磺胺间甲氧嘧啶或磺胺二甲氧嘧啶中的一种。