评价实验进行装置最优化。结果：分别由200μl的移液枪枪头、1000μl的移液枪枪头、内径为5.60mm的玻璃管、内径为3.00mm的输液管剪切成的适宜大小的压力接口、药粉室、腾化室、气管探管，各个部分通过热熔胶胶枪焊接，组装成的装置是最佳的肺部给药装置。结论：体内外给药效果评价实验表明，该装置能较好地将药粉送达动物肺叶深部，装置给药效果理想，实现了肺部给药装置的设计目的。
关键词：肺部给药装置，粉雾剂，腾化室，肺叶深部
作者简介：赵玲（1988-），女，汉族，陕西西安人，硕士研究生，助教，主要从事药物分析与药剂学的研究与教学工作。
目前吸入粉雾剂[1]因成为肺部给药新途径而备受关注。吸入粉雾剂是指微粉化的药物，采用特制的干粉吸入装置[2～3]，由患者主动吸入粉雾化的药物至肺部的制剂，亦称为干粉吸入剂[4]。药物通过肺部给药，可以直接进入体循环，发挥全身作用。尤其是随着生物技术和基因工程的发展，使得越来越多的多肽和蛋白类药物用于临床治疗，肺部给药成为多肽类药物的一个重要的非注射给药途径，是最具潜力和竞争力的给药途径之一。
在粉雾剂的研究开发中，需要进行动物临床前药代动力学或药效学研究，不可避免地要遇到动物如何给药的问题。与其他给药途径不同，吸入粉雾剂在进行动物给药时，无法让动物控制呼吸并主动吸入药物，这将影响药粉到达肺部深处（如支气管、细支气管，肺泡等），从而影响药物的吸收和粉雾剂疗效的评价。因此，在肺部给药时，能够实现动物肺部给药与人体肺部给药状况相接近，是肺部给药剂型开发研究的关键，也是粉雾剂临床前药代动力学或药效学研究需要解决的关键问题。
尽管在以往的研究中采用了各种有效的措施和方法，也查阅了大量的国内外文献，但迄今未发现能解决这一问题的更好方案。为此，本文针对上述问题，拟开发设计一种动物肺部给药装置，以解决肺部给药临床前药代动力学或药效学研究时实验动物给药的问题，并使用该装置达到模拟人体肺部给药时的状态，与人体肺部给药装置机制相吻合，使干粉吸入剂能较好地分布到较深的肺叶，进而使药物更好更快地被吸收，解决药粉雾化效果差、与人的肺部给药装置机制不吻合等困扰实验动物给药的难题。
1、儀器与试药
1.1仪器
1.2试药
2、动物肺部给药装置的设计
2.1动物肺部给药装置的构思
动物肺部给药装置要实现的目的：①在药粉借助动物的吸气及外界压力的作用进入气管之前，使药粉腾起来，即形成粉雾状态;②使腾起来的药粉（极细的微粉）从给药装置中以粉雾（或雾化）状态喷出[5];③和实验动物的给药部位相连接。
2.2动物肺部给药装置的初步设计图
根据动物肺部给药装置要实现的目的拟定的初步设计图：
2.3 动物肺部给药装置图
根据拟定的动物肺部给药装置初步设计图，运用计算机软件进行立体装置的模拟与设计，经过多次的修改、计算与设计，最终的实验构思装置图，如图2.2、图2.3所示：
在图2.2、图2.3中对初步设计图进行了调整，根据实际需要增加了药粉室，加装此部件后，更有利于药粉被气流推动而进入腾化室腾化。
动物肺部给药装置图是根据实验结果和给药时的实际需要进行调整。利用计算机绘图软件进行模拟，使给药装置达到设计要求，并为下一步给药装置的制备提供了清晰的轮廓。
3、动物肺部给药装置的制备
3.1 药粉室
药粉室的设计：最初的设想，由玻璃烧制而成，但实践起来困难多，危险系数大，经过筛选，选用1000μl的移液枪枪头作为材料进行改装：将移液枪枪头从枪头尖部向上约三分之一处剪切，剪切成长为20.00mm，内径为4.80mm，外径为5.00mm的一段空心圆柱。当将不同密度的40.0mg[6]药粉放于其中时，药粉的质量大约能占到药粉室容积的1/3～3/4。
3.2 腾化室
3.2.1 选材：玻璃管。
3.2.2 影响因素：长度和内径。
3.2.3 筛选实验：根据预实验结果，进一步实验筛选的内径分别为5.60mm、6.40mm、9.00mm，长度分别为50.00mm、30.00mm、10.00mm。
3.3气管探管的选择
3.3.1气管探管的作用：插入动物的气管或者连接气管插管。
3.3.2选材：静脉输液用的长输液管部分。
3.3.3长度：60.00mm。
3.4 压力接口的设计
本实验选用的是20ml注射器，注射器口径为4.00mm，药粉室内径为4.80mm，为确保二者密封连接，再设计一个接口，结合现有器材，在药粉室左端安装一个长度为4mm由200μl的移液枪枪头剪切而成的空心小圆柱，其正好套在药粉室上，与注射器可确保密封连接。
3.5 各个部分的焊接
如上图2.2所示，仪器的①与②，②与③之间只是彼此套在一起，不能保证各个部位的连接是密封状态，为确保装置的密封，最终选用热熔胶胶枪进行焊封，效果理想。
3.6制作的动物肺部给药装置实物图
4、给药装置体外给药效果考察与验证
4.1材料的准备
4.1.1粉雾剂的选用
查阅相关文献可知，肺部给药时，药物粒子的粒径范围：3～8μm之间。药物粉末的粒径小于3μm时，粒子沉积于细胞支气管和肺泡内，太小的粒子不能停留在呼吸道，容易随呼气排出;药物粉末的粒径大于8μm时，50%以上的药物沉积于口咽部和上呼吸道的分支处，药物损失严重，故应对形成粉雾的粉末粒径加以控制。
实验时，更多的是考察粉雾的腾化效果，因此在对所用粉雾剂筛选时，选择的是一些辅料的粉末进行实验。初步选用材料：亮氨酸粉末[7]、微粉硅胶粉末、活性炭粉末。亮氨酸粉末、微粉硅胶粉末属于轻质粉末，处理成适宜粒径时，最接近实际粉雾剂的情况;但亮氨酸粉末是白色粉末，微粉硅胶是浅灰色粉末，在进行动物肺部给药时，解剖后不易观察药粉腾化效果。活性炭粉末虽然属于硬质粉末，但其颜色深为黑色，在进行给药装置的体外效果评价和动物体内效果评价时，都比较容易观察实验效果。因此，选用活性炭粉末作为本研究中的粉雾剂材料。
4.1.2制备适宜的药物粉末
采用的方法：过筛，水飞法，并使用激光粒度仪测定粉末的粒径。测定结果见图4.1。
由图4.1结果可知，活性炭粉末的平均粉末粒径为649.2nm（0.6492μm），PDI：0.728。虽然活性炭粉末的粒径远远小于肺部给药粒径范围的最小值，但为确保在体外效果评价和动物体内效果评价实验中均取得满意效果，最终仍选用活性炭微粉作为粉雾剂材料。
将制备好的活性炭微粉密封，贴标签备用。在使用前，可将制备好的微粉放于红外线快速干燥仪中，于105℃干燥。
4.2给药装置体外给药效果考察
在气管探管后放一个长度为60.0cm，内径为4.0cm的层析柱作为体外粉雾腾化效果的评价装置，观察药粉在受到注射器猛推20ml气体后形成的压力下通过给药装置，以药粉在层析柱内飞出距离的长短和给药装置中药粉滞留量的多少作为考察给药装置效果的评价指标。
4.3各套装置的具体实验
各套肺部给药装置均和20ml注射器相连，受试者每次用力猛推20ml气体（用真空压力表测，压力约为0.01MPa）。具体实验结果见表4.1和表4.2。
由表4.1與表4.2中的数据对比可知，有腾化室，药粉的滞留比更小，腾化效果更好，表明腾化室能够显著提高药粉的腾化效果;由表4.2可以看出，以腾化效果和药粉的滞留比为评价指标，腾化室长度一定时，内径为5.60mm的装置效果最好;内径一定时，长度为30.00mm药粉滞留比最小;但是腾化室的规格超出一定范围时，将会影响腾化效果。因此，确定最佳腾化室规格：内径5.60mm，长度为30.00mm。
综上，动物肺部给药装置的最佳组合：由200μl移液枪枪头剪切成长4.00mm为注射器接口;由1000μl移液枪枪头剪切成长2.00mm，内径为4.80mm的药粉室;由玻璃管组装成长为30.00mm，内径为5.60mm的腾化室;由输液管组装成长为60.00mm，内径为3.00mm的气管探管;各部分通过热熔胶枪焊接组装成的装置是最佳给药装置。
5、给药装置体内给药效果验证
5.1 实验前准备
查阅相关书籍与文献，各实验动物的各项生理指标，见表5.1。
由表5.1分析不同实验动物的各项生理指标，以实验误差小、节约经济、易操作等原则，选用家兔为实验动物。以家兔的各项生理指标为参考依据，进行家兔体内给药效果评价实验。
5.1.2人吸气压力测量
查阅文献资料，购买分度值为0.002MPa，精度为1.6，量程为-0.1MPa的真空负压表（市面上现有的分度值最小的真空负压表）一台。在人体平静呼吸的情况下（即吸气前没有进行剧烈运动），随即检测15位受试者（男女比例适宜）猛用力吸气时的吸气压，每人测量三次，由此可以粗略算出人体在猛地用力吸气时的压力在0.018MPa左右。此测量数据作为给药时推粉所形成气压的参考值。
5.2体内给药性能评价
由最佳肺部给药装置进行家兔体内给药性能评价。在进行体内实验前一周购买实验用家兔10只，放在相同的环境中，饲养一周。实验前12小时，家兔禁止喂食。实验开始时，分别对实验家兔进行称重，计算所需麻醉药品的体积。用乌拉坦进行麻醉，确认麻醉后，进行气管插管，连接已经组装好的肺部给药装置，进行给药粉（活性炭）。给药后，将家兔处死，打开胸腔取出家兔的肺部，并将其进行解剖，观察活性炭粉末在家兔肺部的分布、沉积情况，计算药粉的滞留量。实验结果见表5.3和图5.1。
由表5-3可知，在进行动物体内实验时，药粉的滞留比较小，在实验室现有的条件下，所制得的活性炭粉末粒径小于3μm，由理论分析可知，粉雾剂的粉末粒径小于3μm时，粒子沉积于细胞支气管和肺泡内，太小的粒子不能停留在呼吸道，容易随呼气排出。在这样的条件下，利用活性炭粉末进行肺部给药时，药粉的滞留比还是比较小的，从药粉的滞留比上来分析，结果比较理想。从动物的肺部解剖图（图5.1）来看，不仅肺部有大量的活性炭粉末沉积，从图c可以看出，在肺叶的尖端都有药粉沉积，说明该肺部给药装置能将药物粉末送达肺部较深部位，实现了肺部给药装置的设计目的。
6、小结
由家兔的体内给药装置评价可知，实验用微粉可以到达家兔的肺部深部，并且在肺部的肺叶尖端有沉积，说明该套肺部给药装置能够将药粉送达家兔的肺部深部，整套给药装置实现了与人体肺部给药时机制相近的状态，实现了动物肺部给药装置的设计目的。使用该动物肺部给药装置，将可以解决实验动物给药时无法主动吸入药物的问题，为动物肺部给药的临床前研究提供参考。
参考文献
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