非臨床動物研究中最常用的4種給藥途徑是靜脈（Intravenous, IV）、皮下（subcutaneous, SC）、腹腔（intraperitoneal, IP）和口服（Oral）。尤其嚙齒類動物試驗中，IP是非常常見的。IP的優勢包括給藥方便、快速、動物應激反應輕、給藥體積大（高達10mL/kg）等。當然，IP也有劣勢，經常被質疑和挑戰的點聚焦在與臨床擬用給藥途徑不一致。因此，有必要對腹腔的解剖學和生理學特點、IP給藥后的吸收機制等進行總結，厘清動物IP給藥的一些誤區。
腹膜腔的解剖學和生理學特點
腹膜腔來源于胚胎的體腔，是腹部位置的緊密空間，內含多個腹部器官。腹膜腔內分布有廣泛的膜比如腹膜，其總面積與皮膚面積相當。腹膜腔內有一層由水、電解質、蛋白質、細胞和組織間質液組成的液體薄膜，即腹膜液。人體中，腹膜液體積約50-75mL，小鼠中約為0.02-0.1mL。此外，腹膜液中還含有白細胞、抗體和血漿蛋白。
腹膜由單層鱗狀間皮細胞組成。間皮細胞層位于一層薄的基底膜上，大多數間皮細胞呈扁平型，直徑約為25μm。間皮細胞通過緊密連接、粘附連接、間隙連接或橋粒相互緊密連接。腹膜的間皮下層含有膠原蛋白、脂肪組織、淋巴細胞、血管和淋巴管。間皮細胞的頂端表面含有不同長度、形狀和密度的微絨毛，這些微絨毛增加了腹膜的功能表面積。
腹膜間皮細胞在維持腹膜穩態以及液體和溶質跨膜運輸中起著至關重要的作用。腹腔內器官和腸系膜均需要內臟腹膜的支持。腹膜可最大限度地減少摩擦，促進腹部內臟之間的自由運動，抵抗感染或定位感染部位，并儲存脂肪，尤其是在大網膜中。腹膜間皮細胞具有很多上皮細胞的特征，包括具有表面微絨毛、極化成單層細胞并允許分子單層運輸。腹膜液的pH值為7.5–8.0，具有緩沖能力，因此IP給藥后腹膜腔內的物質很少電離。
腹腔血流
腹膜的間皮下層有一個復雜但有效的血液和淋巴管網絡。其血管類型以細血管為主，也可見少量小動脈和小靜脈。間皮下層的毛細管分布密度沿著腹腔不同位置而變化。比如，在兔中，腹膜腔血管最豐富的區域是腸系膜，包含了71%的腹腔毛細血管。在兔和大鼠中，通過腹膜腔中的毛細血管可以接收到4-7%的心臟血液輸出量。大鼠中的平均腹腔血流速度是2.5-6.2mL/min/kg。另外，內臟腹膜和腹膜內器官的血液供應來源于腹腔、腸系膜上動脈和下動脈，而壁腹膜則由旋髂動脈、腰動脈、肋間動脈和上腹部動脈的分支灌注。同樣的，從內臟腹膜排出的靜脈血流入門靜脈，而從壁腹膜排出的血管流入下腔靜脈。總的來說，整個腹膜都充滿了毛細血管，并為腹膜腔和血漿之間的藥物交換提供了充分的接觸面。
腹腔淋巴系統
與其他器官類似，腹膜內也含有淋巴網絡，為腹膜組織的溶質和液體交換提供支持，防止水腫的形成。在腹膜的間皮下層，末端淋巴毛細管細分為胸骨旁、椎旁、縱隔、肋間和腹膜后淋巴管。胸骨旁、縱隔和腹膜后淋巴管分別位于橫膈膜的前部、后部和中部。這些末端淋巴毛細管匯合在一起形成收集和結前淋巴管，然后與區域淋巴結連接。胸骨旁、椎旁和縱隔淋巴管與縱隔淋巴結相連，而腹膜后淋巴管與腦池和腸淋巴結相連。從這些淋巴結，淋巴系統通過胸管和右淋巴管與靜脈循環系統相連。
溶質在腹腔的吸收
腹腔因其表面積大（如大鼠腹膜面積約125cm2）、間皮細胞存在微絨毛、血供大有利于快速吸收等特點，是物質經IP給藥后進入系統循環的優良路徑。此外，淋巴轉運也是物質從腹膜進入系統循環的一大助力。
不過，IP給藥后的物質在到達血管之前需要經過若干道屏障，包括腹膜液、間皮細胞、間皮下層及血管壁。內臟和壁間皮中的跨細胞和細胞間間隙是溶質和分子從腹膜腔進入周圍組織的主要通道。由于不同結構特點，與壁間皮相比，內臟間皮對分子的滲透性更強。從解剖學上講，內臟腹膜由扁平細胞組成，細胞內有大量的pinocytic vesicles，有助于分子的吸收。相反，壁腹膜含有較少的pinocytic vesicles，具有更發達的基底膜/結締組織，這使其對分子的滲透性較低。如下圖藍色小泡所示。
實驗研究表明，中、小分子量的物質（MW＜5000）和液體主要通過脾臟、腸系膜下和腸系膜上毛細血管的擴散從內臟腹膜吸收，并進入門靜脈。另一方面，大分子（MW>5000）物質、蛋白質、血液和免疫細胞被淋巴管吸收。如下圖所示，線的粗細代表主要吸收路徑。這點其實與皮下吸收路徑有些類似，分子量越大，淋巴吸收占比越高。
流體或者其他物質從腹腔入血或者從血回到腹腔的機制是相似的，均是通過擴散或者對流。小分子從腹腔入血的吸收速度主要取決于3個因素：有效表面積（A）、溶質濃度（ΔC）和溶質的滲透性（Ps），公示如下：
簡言之，有效表面積越大（主要指間皮細胞絨毛面積）、濃度越高、滲透性越強（如溶質的脂溶性高），吸收速度通常越快。
IP給藥后的毛細血管吸收
腹膜毛細血管的毛細血管壁為“連續”型，內襯單層連續內皮細胞和基底層。這些內皮細胞非常薄（0.5μm），具有高度滲透性，此外還含有大量細胞質囊泡。位于相鄰內皮細胞之間的6-7 nm狹窄細胞間隙也存在于這些毛細血管中，確保水溶性離子和小分子的快速通過。分子量<20000的物質可以通過擴散從腹腔吸收入血，擴散的速度和程度取決于分子的大小、電荷、構型和濃度梯度。此外，溶液形式的藥物IP給藥后增加了腹腔內靜壓，促使可溶性藥物與液體一起通過腹膜對流進入毛細血管。從內臟腹膜、腸系膜和網膜吸收的分子流入門靜脈，而從壁腹膜毛細血管和淋巴管吸收的分子則直接進入系統循環。通過門脈循環進入的藥物在通過肝臟后與體循環合并，會引起藥物的快速代謝。
在一項對大鼠中進行的研究中，Lukas及其同事表明，IP給藥小分子（阿托品、咖啡因、葡萄糖、甘氨酸和黃體酮）后，主要的吸收途徑是通過門靜脈循環。此外，從吸收速度對比看，IP是比SC快的，IP給藥后最快10s即可在系統循環中檢測的到藥物，SC則需要60s。但SC肝臟暴露程度較IP低，因此被肝臟轉化、代謝的比例低。
影響化合物IP吸收的另外一個因素是脂溶性。通常，脂溶性增加腹腔吸收隨之增加。比如，大鼠腹腔注射巴比妥后，僅有約57.4%的巴比妥被吸收（脂水分配系數為0.001），而硫噴妥鈉的吸收（脂水分配系數為3.3）為96.1%。此外，解離狀態和粘度也是影響IP吸收的重要因素。一般來講，非解離化合物、制劑粘度低的化合物，更利于IP吸收。
IP給藥后的淋巴吸收
分子量超過30000的大分子腹腔注射后，主要通過淋巴管吸收入血。除了蛋白外，小的顆粒和細胞也主要通過淋巴管吸收。值得一提的是，呼吸過程中橫膈膜的松弛也影響大分子從腹腔的吸收。呼氣時膈肌松弛，陷窩邊緣相鄰的間皮細胞相互分離，產生吸力，促進大分子的吸收。大約75%的被吸收的蛋白質流入右淋巴管，25%流入胸導管，隨后與靜脈循環匯合。值得注意的是，右淋巴管和胸導管的阻塞并不妨礙蛋白質從腹腔的系統吸收，因為微量蛋白質仍然可以通過其他小的淋巴-靜脈互通和毛細血管壁吸收。大分子IP給藥后淋巴吸收過程如下圖所示。
小分子IP給藥vs其它途徑給藥
Durk及其同事比較了卡馬西平、西酞普蘭、去甲基氯氮平、苯海拉明、加巴噴丁、美托洛胺、納曲酮、奎尼丁和利培酮9個分子的IP和SC給藥藥代動力學參數。結果發現，所有分子IP給藥后的達峰更快，峰濃度也更高。另外，大部分化合物IP和SC給藥的腦部暴露量高于IV。IP與口服相比呢，以多西他賽（分子量807.89）為例，口服和IP的絕對生物利用度分別為2.8%、69%。以deramciclane（分子量301.466）為例，IP的絕對生物利用度是口服的約6倍（18.5% vs 3.4%），達峰時間比口服快4倍。
總之，與SC和口服給藥相比，小分子IP給藥后的吸收速度更快，程度也更高。
大分子IP給藥vs其它途徑給藥
IP是生物藥非臨床研究中常用的給藥途徑，尤其是藥效學試驗。那么與其他給藥途徑相比，IP的優勢是什么呢？
有團隊研究了TNF受體-IgG融合蛋白（分子量約210KDa）IP、SC和IV給藥后的外周暴露量情況，發現達峰濃度和AUC從高到低依次是IV、IP和SC。其中，IP的AUC是SC給藥途經的5.5倍。
重組人紅細胞生成素（分子量約37KDa）以5000U/kg，IP和SC給予大鼠后的AUC分別為140331、117677 U.h/L、Cmax分別為10015、6224U/L，Tmax分別為3、9h。
GLP-1受體激動劑艾塞那肽（分子量約4186.63）給予大鼠50nmol后，IV、IP、SC對應的AUC分別為172、128、112 nM.h/mL。IP和SC的Cmax分別為35.3和28nM。不過，IP消除較SC更快一些，t1/2分別為157、216分鐘。
抗人CXCR4單域抗體（分子量約60.6KDa），以10mg/kg劑量給予小鼠，IV、IP和SC對應的AUClast分別為1871、1435、760μg.h/mL，Cmax分別為467、176、32.17μg/mL，Tmax分別為1.8min、2h、8h。IP較SC的暴露量更高，達峰更快。
CD20抗體veltuzumab（分子量約145KDa），以150μg劑量給予小鼠，IP、SC對應的AUC分別為106.639、51.67nmol.h/mL，Cmax分別為0.195、0.203nmol/mL，兩種給藥途徑的Tmax均為24h左右。IP對應的AUC更高，Cmax和Tmax二者相當。
整體看，對于大分子生物藥來講，IP的吸收程度如AUC是優于SC的。
混懸液IP給藥的生物利用度
混懸劑腹腔給藥后主要通過淋巴系統吸收，吸收主要受藥物的理化性質、溶出速率和粒徑大小影響。比如6-甲基香豆素（不溶于水，分子量約160.17）以200mg/kg的混懸劑形式，經IP、PO給予大鼠后，對應的AUC分別為2177.0、977.2μg.min/ml，Tmax分別為6、30min，無論吸收速度還是程度，IP均表現更好。又如elacridar，當以羥丙基甲基纖維素和吐溫-80制備成混懸液后，IP給藥的AUC遠低于口服（90.3 vs 1460），當以Cremophor EL, Carbiton和Captex 355制備成微乳給藥后，IP給藥的AUC反而明顯高于口服（962 vs 270），原因與混懸劑的溶出速率明顯慢于微乳有關。有研究顯示，不同粒徑的戊巴比妥（<44 μm和297–420 μm）經IP給予小鼠后，小粒徑的藥物毒性明顯高于大粒徑。
IP給藥的局限性
首先，前文其實已有提及，IP給藥后有些藥物，尤其小分子，經腹膜吸收入門靜脈，進入肝臟，是有首過效應的。生物藥IP給藥后經淋巴管吸收，反而受首過效應影響較小。其次，無菌和無刺激性對于IP注射給藥的藥物也很關鍵。有刺激性的化合物可能會引起腸梗阻或腹膜炎癥，并有進一步發展成組織黏連的可能。另外，約20%的IP給藥會出現給到皮下的情況，主要原因與給藥角度過小有關。IP給藥如果體積過大，比如大鼠給藥體積>10mL/kg，會出現導致疼痛、化學性腹膜炎、組織纖維化、腹部器官穿孔、出血和呼吸窘迫等癥狀。最后，反復IP給藥會導致刺激作用累積，且反復針刺也會引起腹膜損傷。當然，IP、SC、口服、IV不同給藥途徑各有其優缺點，具體如下表所示。
最后
IV是生物利用度最高的給藥途徑，但不是所有藥物均可溶于水或形成溶液狀態、小鼠血管小從而給藥難度大、IV不適合長期/反復注射，口服、IP、SC等給藥途徑是不錯的備選。相較于其它給藥途經，IP具備給藥方便，易于操作，大小分子均可實現不錯的生物利用度，吸收速度和程度通常優于肌肉、皮下和口服給藥途徑，溶液和混懸液/乳劑均適用等特點，使IP成為非臨床研究中的常用選擇。IP給藥后主要有兩種吸收路徑：1）通過內臟腹膜、腸系膜和網膜吸收，之后進入門靜脈循環；2）通過壁腹膜和淋巴管吸收，直接繞過肝臟進入體循環。一般，小分子通過路徑1）入血，大分子通過路徑2）吸收。當然，對于支持注冊申報的毒理學研究，還是建議采用臨床擬用途徑。對于嚙齒類藥效學研究、早期靶點驗證研究等，IP給藥其實是個不錯的選擇。
