如何确定動物實驗的給藥劑量？
合适的動物給藥劑量，其實是不斷摸索的過程，起初它不是某個具體數字，而是通過初步設計範圍，然後通過多種實驗的探究，去圈定最合适的區間或某個數值。
一、首先，我們需要了解與藥物研發密切相關的幾種動物實驗
藥物的有效性和安全性是評價藥物的最重要的兩個标準，因此藥物研發階段，藥效和毒性評價的實驗必不可少，主要分為以下幾類：
1. 藥效學實驗
-
定義：藥效學即藥物效應動力學，研究藥物對機體的作用及作用機制。内容包括觀測生理機能的變化、測定生化指标的變化及觀測組織形态變化。
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目的：确定藥物的治療作用及一般藥理作用，為新藥臨床實驗提供可靠依據。
2. 急性毒性實驗
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定義：急性毒性是指24 h内單次或多次大劑量給予某藥物所出現的有害作用，亦指機體一次性大劑量接受某種藥物後所産生的快速而劇烈的中毒反應，包括死亡效應。
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目的：①測定藥物的半數緻死量 (LD50) 及相關參數，初步估計該藥物毒性大小；②通過觀察藥物的急性中毒症狀，推測其毒性靶器官，為毒性作用機制分析及臨床毒副反應監測提供依據；③為多次重複給藥或長期毒性試驗提供劑量設計參考。
3. 長期毒性實驗
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定義：長期毒性是指藥物以一定的等級劑量連續多日給予受試動物所産生的有害作用，為觀察這種有害作用而設計的毒理學實驗。其與急性毒性實驗的根本差異在于給藥的期限、劑量範圍不同，所觀察的毒性效應不同。
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目的：通過重複的動物實驗表征受試藥物的毒性作用，預測其可能對人體産生的不良反應，降低臨床受試者和藥品上市後使用人群的用藥風險。
二、進而明确上述三種實驗各自劑量設計策略
在給藥劑量探究中，上述3種實驗又有各自的劑量設計原則，如下：
1. 藥效學實驗設計劑量策略
a. 根據文獻預估劑量
查閱文獻中是否有相似藥物的給藥劑量，如果結構相似、用途相似，或者處方相似、提取工藝相似，則可作為參考，估算受試藥物的合理劑量範圍。
b. 參考該藥物在其他動物身上的使用量
若該藥物在其他物種動物身上使用，可根據不同動物品系對藥物的耐受性進行劑量換算。
如人與動物的耐受性差異較大，動物的耐受性要比人大，也就是動物的單位體重用藥量比人要大。若按單位體重的劑量來算，大鼠、小鼠的等效劑量分别相當于人的6.3倍和9.1倍。如下表為人與大鼠、小鼠按體表面積折算的等效劑量比值：
c. 根據急毒的LD50和長期毒性的劑量設計
通過急毒實驗的藥物的半數緻死量LD50的值，可用其1/10、1/20、1/30或1/40等相似劑量作為藥效學實驗的高、中、低劑量組；原則是藥效學實驗的劑量不應高于毒理學實驗劑量。
d. 根據預期量進行設計
若無相應參考，我們可使用初始低劑量，若動物也沒有中毒的表現(體重下降、精神不振、活動減少或其它症狀)，則可繼續按照2倍、3.3倍或者5倍劑量遞增，加大劑量。一般2~4次可達到預期劑量；如出現中毒現象，作用也明顯，則應減少劑量再次實驗。藥物的初始劑量一般根據經驗确定，且動物種屬、給藥途徑不同，初始劑量也不同，如小鼠口服給藥劑量定為10 mg/kg，靜脈給藥劑量定為1 mg/kg。
2. 急性毒性實驗劑量設計策略
急性毒性實驗主要是初步估計該藥物毒性大小，一般常用于獲取測定藥物的半數緻死量 (LD50)，為藥效範圍作出參考。測定LD50時的劑量設計主要分為以下兩種情況：
a. 已知化學類别
通過文獻檢索，為已知化學類别的受試藥物确定預期毒性中值（即該類别其他已知化合物的LD50），然後以此值為中間劑量，按一定的組間距（i 值，劑量的對數差值）（劑量組呈等比分布）上下各推兩個劑量，作為預實驗的劑量分組。
預試時，組間距可稍大些，i 值可取0.6，相鄰劑量比為1:4。例如：毒性中值為10 mg/kg，則其對數值為1，組間距 i 為0.6，那麼往上推一個劑量的對數即為1.6，然後求其反對數得40 mg/kg；而往下推一個劑量的對數即為0.4，求其反對數得2.5 mg/kg。
同理，再推算出其他的劑量組即可。如果估計受試藥物的緻死劑量範圍較窄，組間距可适當縮小，i值取0.2，相鄰劑量比為1:1.6。
通過上述預實驗找出受試藥物使10%~90%實驗動物死亡劑量的大緻範圍，再據此确定正式實驗的具體分組方案，此時可按照下式求算組間距：
或
式中，LD90、LD10或LD100、LD0均為預實驗中求得的LD值；i 為組間距；n為劑量組數。上述公式求得的i值加上最低劑量組（第一組可用預實驗的LD10或LD0）劑量的對數值即得第二組（次低劑量組）劑量的對數值，以此類推至最高劑量組（n組），求出各值的反對數即得各劑量組的實際劑量數值。b. 對于全新結構的受試藥物或中草藥複方
可先通過少量動物的摸索，找出0%及100%估計緻死量（及Dmin和Dmax），再求出i值，具體步驟如下：
-
先用10倍稀釋的藥物濃度系列，用少量動物（每組2~3隻），找出大緻死亡範圍；
-
再用1、2、4、8等2倍稀釋的藥物濃度每組4隻動物尋找。
本法可用較少的動物和藥物，确定了Dmax和Dmin後，可按與前述相近的方法求得組間距。更多注意事項及問題請參考袁伯俊、王治喬老師主編的《新藥臨床前安全性評價與實踐》[1]。
3. 長期毒性實驗劑量設計[2]
長期毒性實驗一般至少設高、中、低三個劑量給藥組和一個溶媒（或輔料）對照組，必要時還需設立空白對照組或陽性對照組。理論上群體中毒性反應的發生率随着藥物在體内暴露量的增加而增加，所以：
-
高劑量原則上應使動物産生明顯的毒性反應，甚至出現個别動物死亡，但死亡數不得超過總數的20%；
-
中劑量組應相當于藥效學實驗的高劑量，應使實驗動物發生輕微或中等程度的毒性反應；
-
低劑量原則上應高于整體動物最佳藥效學實驗的有效劑量，并使動物不出現毒性反應；
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空白對照組應給予溶媒或其他賦形劑；
-
正常對照組應口服或注射等容量生理鹽水。
下面介紹幾種常用的長期毒性實驗劑量設計方法[3]：
1. 半數緻死量法（LD50法）
根據藥物急性毒理學實驗測定的LD50值決定三個組的劑量。對大鼠而言，高、中、低三個劑量組可使用1/10、1/50、1/100的LD50值；對犬而言，高、中、低三個劑量組可使用1/20、1/25、1/50的LD50值。此法為粗略估計，差異較大，一般隻作預測的參考。當急性毒性實驗和長期毒性實驗為同一種動物時，參考價值相對大一些；反之，如LD50為小鼠，那麼在劑量設計時應考慮種屬差異，并按照相關折算系數進行校正。
2. 藥代動力學法（MBS法）
根據藥物代謝動力學的實驗結果，參照最大有效安全濃度 (MCD)，大鼠的長期毒性實驗中，低、中、高三個劑量可分别使用大鼠的1.0 MCD、3.3~6.6 MCD和10~20 MCD；對犬而言，低、中、高三個劑量可分别使用0.5 MCD、1.65~3.3 MCD、5~10 MCD。此法有參考價值，但也要注意動物的異同性，尤其是參考小鼠的藥代動力學結果時更應慎重。
3. 最大耐受量法（MTD法）
根據大鼠急性毒理的最大無症狀劑量實驗結果，在長期毒理實驗設計中，對大鼠而言，高、中、低三個劑量可分别使用1 MTD、1/3 MTD、1/10 MTD作為實驗劑量；對犬和猴而言，高、中、低三個劑量可分别使用大鼠的1/2 MTD、1/6 MTD、1/20 MTD作為實驗劑量，也可參考犬或猴單次給藥的MTD。
4. 臨床拟用劑量法（ACD法）
根據同類型藥物或國外資料或臨床拟用劑量推算，一般長期毒性實驗時，大鼠高、中、低三個劑量可使用50~100倍、25~50倍、10~20倍的臨床劑量作為實驗劑量；犬長期毒性實驗的高、中、低三個劑量可使用30~50倍、15~25倍、5~10倍的臨床劑量作為實驗劑量；對猴而言，可采用與狗相近的劑量或者略低于狗的劑量進行實驗。此法參考價值較大，也較常用。
5. 等效劑量法
根據實驗動物與人的等效劑量比值，再按照一定的倍數擴大設計實驗劑量。此法參考價值較大，尤其是對抗腫瘤藥、鎮痛藥和外用藥更有意義。
三、了解了三種實驗劑量設計後，一般我們拿到一個新藥後，具體如何實踐呢？
從體外細胞試驗發現一種藥效可觀的分子後，我們需要将上述三個實驗結合起來，并最終确定合适劑量！新藥評價的原則是“安全、有效、可控”，所以一般會以毒性作為首要評價指标，當然藥效也十分重要。
1. 首先做急性毒性學實驗：急毒實驗可以初步估計該藥物毒性大小，獲得藥物的半數緻死量 (LD50)，為藥效範圍作出參考。一般對于全新結構的藥物，先用少量小鼠摸索中毒劑量或緻死劑量，然後用中毒劑量或緻死劑量的可取1/10-1/5作為應用劑量；若毒性太大，可沒太大必要進行下一步的藥效學實驗。
2. 進行藥效學實驗：一般可根據毒性試驗的LD50進行設計，可用其1/10、1/20、1/30或1/40等相似劑量作為藥效學實驗的高、中、低劑量組。觀察藥效的同時，可以相應地觀察一些可能出現的副作用，比如說對造血系統的影響，肝腎毒性燈，為長期毒性實驗的觀察項目提供一些參考。
3. 長期毒性實驗：考慮到長期毒性試驗周期較長，可放在最後一步進行，具體劑量設計方法參考上面資料。
當我們進行了上述實驗後，一般情況下，合适的給藥劑量應該結合長期毒性實驗結果。原則是藥效的高劑量應低于長期毒性實驗的中劑量或低劑量；特殊情況下，藥效實驗劑量可适當提高，但不應超過長期毒性實驗的高劑量。通過逐步縮小範圍，這樣我們就可以得到安全條件下的最佳藥效的給藥劑量了。
以上方法是前人在一定條件下對某些藥物或化合物的藥效或毒性研究中摸索和總結出來的經驗，有一定的參考價值。但是我們必須認識到，藥物或化合物千差萬别，都要先對具體藥物進行認真而細心地分析并進行預實驗，這樣可以大大地節約人力、物力和财力，提高效率，起到事半功倍的作用。
參考文獻：
[1] 袁伯俊，王治喬. 新藥臨床前安全評價與實踐 [M]. 北京：軍事醫學科學出版社, 1997.
[2] 周立國. 藥物毒理學（第二版）[M]. 北京：中國醫藥科技出版社, 2009.
[3] 向明，季晖. 藥物毒理學（第三版）[M]. 北京：中國醫藥科技出版社, 2015.
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