絕對生物利用度（fraction of dose entering the systemic circulation, Fsys）是指藥物到達體循環的劑量，由口服給藥與靜脈給藥的比值求得；吸收分數（fraction absorbed, Fa）是指從制劑中溶出，然后穿過頂端細胞膜吸收進入腸細胞內的劑量分數。Fsys是Fa、胃腸道代謝分數（fraction of gastrointestinal availability, Fg）及肝臟首過代謝分數（fraction of hepatic availability, Fh）的乘積，如圖1所示。藥物的Fa與Fsys是很容易混淆的兩個概念，Fg、Fh是化合物依賴性特征，而Fa受極其復雜的因素影響。
一個藥物的Fsys、Fa、通透性有時候并不同步，例如特布他林的Fa與阿莫西林相似，但是特布他林的Fsys比阿莫西林低；依那普利與阿莫西林的人體通透性數值相似，但是依那普利的Fa遠低于阿莫西林；有的藥物Fa相似，但是人體通透性數值差別極大，如呋塞米和特布他林（表1）。導致藥物的絕對生物利用度比較低的原因通常有兩類，一類是Fa低導致的，另一類是首過代謝引起的。前者可以通過制劑處方的優化來改善，而后者是化合物依賴性特征，處方優化難以改善生物利用度。將絕對生物利用度和吸收分數進行區分對于生物藥劑學而言十分重要，尤其是據文獻報道，當Fa<20%的時候，藥物極其容易受到各種因素的影響。
1、直接影響吸收分數大小的三個時間因素
制劑在體內經過崩解、溶出以及跨膜轉運后進入體循環。以往生物藥劑學分類系統(BCS)根據藥物的溶解度和通透性的高低將藥物分為四類，后來有學者建議應將通透性改為可吸收性，例如歐盟。
對BCS分類系統可以進一步用無量綱參數吸收數(absorption number, An)、溶出數(dissolution number, Dn)以及劑量數（dose number, Do）來描述藥物的吸收特征。具體計算公式如下：
An為藥物在腸道停留時間除以吸收時間（使用一室模型預估），小于1.0時，表示藥物可能不會被完全吸收；Dn為腸道停留時間除以溶解時間，小于1.0表示藥物在通過小腸的過程中可能不會溶出全部藥物，Do為給藥劑量除以250mL介質中按照pH1.0~8.0之間最低溶解度可以溶解的藥量，大于1.0表示該劑量可能不會完全溶解在250mL水中。以上分析表明，Fa是一個包含有三個變量（完全釋放所需時間、完全吸收所需時間、藥物胃腸道吸收窗內停留時間）的多元函數（圖2）。
1.1 Fa與藥物完全吸收所需時間的關系
Fa難以直接測定，除了沒有首過效應也不與蛋白結合的藥物（例如二甲雙胍、核苷酸類藥物等）的Fa等于Fsys，其他藥物只能通過間接方法進行估算。Li等對常用體外模型（Caco-2、Ussing Chamber等）做過系統綜述，這里不進行詳細敘述。
理想狀態下，當固定濃度的藥物溶液在圓柱體腸腔內灌流過程中，假設沒有擴散過程，即用充分攪拌模型來描述，其吸收分數和吸收所需時間的關系如下公式：
雖然可以直接通過Loc-I-Gut技術測定藥物在人體的通透性值，但是Loc-I-Gut不能直接評估制劑的Fa，且實驗操作繁瑣，價格昂貴，涉及倫理學問題，其應用受到很大限制。
1.2 Fa和藥物完全釋放所需時間的關系
通常情況下，當有足夠的時間使得藥物能完全釋放，則藥物的Fa會增加，但是這個關系并不絕對，例如當給予相同的日劑量時，鹽酸二甲雙胍緩釋制劑的生物利用度只有速釋制劑的79%；相同日劑量下，緩釋普萘洛爾的生物利用度也只有速釋制劑的57%。雖然緩釋制劑充分利用了胃腸道停留時間，但是釋放的藥物不能被完全吸收，部分藥物是無效釋放。而當給予大鼠同樣劑量的麥冬多糖時，控釋制劑比速釋制劑的藥時曲線下面積（area under the concentration time curve, AUC）增加163%，Fa增加160%左右；而對于不同釋放速度的控釋制劑，其達峰時間（peak time, tmax）不同，AUC和Fa均不同；當釋放速度更加低時，其AUC和Fa與速釋制劑沒有明顯差別。
1.3 Fa與藥物胃腸道停留時間的關系
胃腸道的遷移速度影響著藥物制劑在胃腸道的停留時間，并對藥物的Fa產生顯著影響。對于膜通透性有限、易在腸道內降解或溶出成為體內吸收限速步驟的藥物，腸道轉運時間對其吸收有顯著影響。大量文獻報道，利用射線掃描技術、氫氣呼吸試驗、插管技術以及γ-閃爍掃描技術等測量小腸轉運時間。根據報道，食物對胃排空的影響十分顯著，溶液劑、微丸及片劑、膠囊劑受食物影響情況不同，高脂早餐后，溶液劑的胃中停留時間約為1h，微丸劑大約1~5h，片劑、膠囊在胃中甚至可以保留9h；小腸遷移速度受食物影響較小，各劑型平均停留時間為3~4h。藥物粒子大小也會影響停留時間，大粒子比小粒子在胃內停留時間長。
藥物在胃腸道的停留時間受很多因素影響，包括協變量食物、合并用藥以及自變量輔料的影響。腹瀉縮短胃腸道停留時間，促胃動力藥（如甲氧氯普胺、多潘立酮）以及阿片類藥物都能改變藥物在胃腸道的停留時間，從而導致藥物的吸收改變，Greiff等對此作過具體敘述。一些滲透活性輔料（如甘露醇、山梨醇、PEG400等）導致腸壁膜兩側滲透壓發生改變，從而導致滲透性腹瀉，加速小腸轉運，縮短藥物的胃腸道停留時間，降低藥物的Fa和生物利用度（如西咪替丁、雷尼替丁等）。
目前可以通過制劑技術來延長藥物在胃腸道內的停留時間，增加制劑的密度、浮力、黏附能力或者改變幾何形狀是常用的技術。
增加浮力的制劑包括地爾硫?漂浮片、維拉帕米漂浮顆粒等；當制劑密度達到2.6~2.8g·mL-1，制劑可以在胃中長時間停留。但是這種技術的缺點是無法應用于大部分藥物以及技術很難達到預期的浮力與密度標準。
可以在液體制劑中添加聚合物、凝膠或薄膜等增加制劑的黏度和黏附作用，例如將液體布地奈德與增稠劑（如楓糖漿或三氯蔗糖）混合可增加在食管黏膜的黏附性，獲得更長的滯留時間，從而增加藥物的局部吸收。此技術的缺點是無法精準定位附著部位。
以色列Intec Pharmaceuticals Ltd. 公司研發出一種名為Accordion Pill Carbidopa/ Levodopa (AP-CDLD)的治療帕金森病的新型制劑，該制劑采用了一種折疊成手風琴狀、可生物降解的高分子材料，內含控釋藥物層和速釋藥物層，該高分子材料可以在胃中延展并保留長達12h。
2、影響Fa的表觀因素和中間過程因素
上述三個時間因素之間的相互關系會直接影響Fa的大小，但是在臨床實踐中并不能直接獲取這三個因素的信息，從而難以預測和估算Fa的高低。而一些能直接收集到的表觀信息和因素，例如劑型、劑量、年齡、處方、食物、合并用藥等因素也會影響Fa的大小，不過這些因素是通過對一些生理過程和內環境的影響，例如胃pH、胃腸道內容物的黏度、消化液（包括膽汁）的組成、胃腸道血流量等，進而影響藥物完全釋放時間、藥物消化道吸收窗停留時間、藥物完全吸收時間，而最終影響Fa的大小，有必要對上述的復雜關系和過程進行系統梳理。
2.1 生理過程和內環境
2.1.1 內臟血流量
疾病及食物會改變人體內臟血流速度，當胃腸道血流量下降時，血液運走藥物的能力降低，無法維持漏槽狀態，因此藥物的吸收降低。研究表明，絨毛血供的改變可能會影響某些藥物的腸道吸收。例如在大鼠中，安替比林和水楊酸（主要由血漿蛋白結合轉運）在非血管灌注腸中的吸收率降低60%，兩種藥物的吸收都受到血流限制。
2.1.2 胃腸道首過代謝
胃腸道黏膜內存在各種消化酶和腸道菌群產生的酶，能代謝某些藥物，藥物在胃腸道滯留時間越長，這種代謝反應就越容易發生，影響藥物的吸收。Fagerholm[43]作了關于胃腸道代謝如何影響藥物的吸收以及如何預測這種影響的系統綜述。在這里只討論CYP3A4酶、食物（果汁、酚類及多酚類物質）、藥物等可以抑制CYP3A4酶，降低藥物的代謝，使得吸收增加。典型代表是葡萄柚汁可以抑制CYP3A4酶，降低非洛地平的體前代謝，其AUC、血藥峰濃度（peak concentration, Cmax）分別增加267%和345%[44]；葡萄柚汁還抑制有機陰離子轉運肽1A2轉運蛋白，當給予300mL葡萄柚汁后，非索非那定的AUC0-8h下降52%，提前2h服用葡萄柚汁則下降38%，提前4h服用則對AUC無影響。
2.1.3 改變胃腸pH
Abuhelwa等對食物和胃腸道pH值變化如何影響藥物的吸收作了詳細研究，食物、胃腸道或全身性疾病（如惡性貧血等）、年齡、晝夜節律和共同給藥等均會影響pH值，這些變化可能會影響藥物的釋放、藥物的溶解度、藥物的穩定性以及腸道通透性等，導致藥物的吸收發生改變。例如健康受試者同時服用200mg劑量的伊曲康唑（一種水溶性差的弱堿性藥物，pKa=3.7）和抗酸劑混懸液，伊曲康唑的口服吸收率和程度顯著降低，AUC和Cmax分別降低66%和70%。胃pH升高與酮康唑、伊曲康唑、雙嘧達莫、桂利嗪等藥物的口服吸收減少有關。
2.1.4 膽汁分泌
食物中的脂肪類物質會促進膽汁分泌，膽汁具有表面活性，能增加難溶性藥物的溶解度，通過影響藥物從制劑中的溶出釋放過程來改變Fa。例如，餐后膽汁分泌增加，通過增加卡馬西平及苯妥英的溶解度增加吸收。在大鼠中，懸浮液中環孢素A的生物利用度為5.4%，而當大鼠膽汁插管后，其生物利用度降至1.6%。早期研究表明，膽汁可促進脂溶性維生素的吸收，比如維生素A、維生素K、維生素D等。
2.1.5 消化道壁膜組成改變
在某些疾病狀態下，機體消化液成分、消化道壁膜組成會發生改變，藥物在胃腸道的通透性增大導致Fa增加。克羅恩疾病可能會破壞細胞間的緊密性，導致某些藥物的細胞旁路通透性增加，如蔗糖和乳果糖；潰瘍性結腸炎可能會改變胃腸道膜的組成，從而影響藥物的胃腸道通透性，患者結腸和直腸黏膜中BCRP、MRP2和P-gp的表達水平顯著降低，磺胺吡啶（MRP2和BCRP底物，用于治療腸炎）在此疾病狀態下的腸道吸收可能會增加，生物利用度也增加，不良反應也將增加。
2.1.6 遷移速度
遷移速度影響胃腸道停留時間，年齡、處方工藝、食物合并用藥以及疾病等都能改變遷移速度。阿托品能減慢胃排空速率與腸內容物的運行速率，從而增加某些藥物的吸收；甲氧氯普胺等促胃動力藥能促進胃排空且增加腸運行速率，減少在消化道內的滯留時間，從而減少藥物的吸收，例如甲氧氯普胺可以增強美西律的吸收速率，而阿托品則降低了吸收速率。
2.2 表觀因素
2.2.1 協變量外因：食物
食物通過影響藥物的溶解度、釋放度、胃腸pH、減緩胃排空、影響消化液組成、促進膽汁分泌、增加淋巴運輸以及改變藥物的通透性等改變Fa。食物與藥物相互作用可能導致以下四種結局之一：吸收延遲、吸收減少、吸收增加或者吸收不受影響。關于食物影響已經研究透徹，不作細致討論。
2.2.1 協變量外因：食物
食物通過影響藥物的溶解度、釋放度、胃腸pH、減緩胃排空、影響消化液組成、促進膽汁分泌、增加淋巴運輸以及改變藥物的通透性等改變Fa。食物與藥物相互作用可能導致以下四種結局之一：吸收延遲、吸收減少、吸收增加或者吸收不受影響。關于食物影響已經研究透徹，不作細致討論。
2.2.2 協變量外因：合并用藥
合并用藥通過改變藥物的溶解、通透性、改變胃腸遷移速度（如胃動力藥類）、腸血流量以及降低藥物在胃腸代謝影響Fa。關于合并用藥中產生的藥物相互作用有非常多的研究和報道，例如碳酸氫鈉加速胃排空并增加對乙酰氨基酚的吸收，還能改變氟伐他汀與膜磷脂的相互作用。甲氧氯普胺能降低西咪替丁的吸收；當地高辛與甲氧氯普胺聯合給藥后，地高辛血藥濃度顯著降低（0.72~0.46μg·L-1）。很早就報道過同時服用鐵劑會顯著降低口服四環素的血清水平。乙醇在日常中經常使用，乙醇可能增加親脂性藥物的溶解度，增加藥物的吸收，例如在給予50%乙醇水溶液后，安定的Cmax幾乎翻倍；苯巴比妥可減少灰黃霉素的吸收。
2.2.3 協變量內因：疾病
某些疾病會改變胃腸道內容物的遷移速度、消化道壁膜的組成等，導致Fa改變。吉非替尼的主要不良反應包括腹瀉，臨床試驗結果表明，腹瀉患者AUC值僅為未腹瀉患者AUC的46%，主要原因是胃排空與胃腸道遷移速度加快，導致藥物在胃腸道中的停留時間縮短，部分藥物來不及從制劑中釋放就被排出機體。甲狀腺功能異常會改變腸道運動的自主節律性，導致藥物在胃腸道的停留時間改變，藥物的吸收也改變。在甲狀腺功能減退的兒童中觀察到對維生素B2的吸收增加，而甲狀腺功能亢進的兒童維生素B2的吸收降低。
2.2.4 協變量內因：年齡
老年人的結腸遷移速度較慢，同時胃內pH會升高，這些因素可能會影響藥物的Fa值。老年人胃內pH的升高會導致雙嘧達莫的吸收受損；在年齡較大的受試者（≥65歲）中，非索非那定的血漿峰值水平比年輕受試者中（<65歲）的血漿峰值高99%。
2.2.5 自變量：給藥劑量
不僅藥物本身的吸收是劑量依賴性的，食物對藥物的影響也具有劑量依賴性。許多藥物低劑量表現出線性動力學特征，Fa比較高；隨著劑量增加，藥物吸收飽和，AUC不能隨之增加，呈現出非線性動力學特征。在研究12.5、25、50mg·kg-1給藥劑量后，由于吸收飽和，γ-氨基丁酸的AUC與劑量不成比例增加。阿比特龍的水溶性極低，在早期開展的250~1000mg食物影響研究探索階段發現，低劑量下，吸收呈線性動力學特征，高劑量在空腹時發生吸收飽和，且食物對阿比特龍AUC的影響具有顯著的劑量依賴性。
2.2.6 自變量：處方、工藝
制劑及其工藝通過改變pH和遷移速度影響制劑釋放過程和胃腸道停留時間，進而改變Fa。活性藥物成分(API)顆粒大小、API理化性質、片劑大小、腸溶衣等會影響藥物在胃腸道的溶解釋放過程，從而影響藥物的吸收情況。
制劑中輔料（山梨醇、甘露醇、PEG400等）通過改變藥物的溶解度、減少代謝或外排、改變通透性以及改變胃腸轉運時間等來影響藥物的吸收。少量的表面活性劑（如十二烷基硫酸鈉）或山梨醇可能改變腸膜穩定性，這將導致藥物的通透性改變，如僅4mg十二烷基硫酸鈉就會使阿侖膦酸鹽的生物利用度增加500%~600%，7mg山梨醇會降低利培酮的Cmax，60mg時會降低AUC。
2.3 直接因素、中間生理因素、表觀因素的相互關系匯總
直接因素和表觀因素以及機體中間變化過程之間關系如圖4所示。這些因素之間并不獨立，是相互影響的。比如多種因素導致胃內pH升高，這將會降低水溶性差的弱堿性藥物的溶解度，然而當藥物具有一定親脂性時，這種影響可能會被膽汁介導的溶解增加所抵消。
3、Fa的評估
評估藥物的Fa涉及到多個因素和生理過程，且受到各種協變量因素的影響，目前尚無公認的、高效的、準確的一攬子解決方案，一直是工業界希望解決的難點和痛點。解決問題的思路主要從兩個方向進行努力：一種是用更復雜的體外溶出和吸收裝置模擬體內過程，另一種是利用軟件獲取各種生理參數，結合藥物的物理化學特性、藥代特性，更好地虛擬模擬體內過程。
3.1 溶出-滲透一體裝置
利用復雜的體外裝置盡量準確地模擬體內過程，同時考慮三個直接因素：利用生物相關溶出介質模擬人體內釋放情況，利用流通池或往復筒等方法設定體內特定生理環境下的停留時間，利用平行人工膜體外滲透技術(parallel artificial membrane permeability assay, PAMPA)等模擬人體內的吸收情況。目前文獻報道較多的是TNO TIM-1系統和LOGAN PERMETRO系統。
TNO TIM-1系統模擬了人體胃和小腸內腔內發生的體內動態生理過程，包括生理量的酶變化情況和膽汁鹽的分泌情況，阿斯利康公司利用該設備對難溶性藥物AZD8055進行了吸收預測；TNO TIM-1系統還可研究藥物（如對乙酰氨基酚）的口服吸收以及食物影響等。
LOGAN最新的PERMETRO系統是集成了溶出和滲透功能的全自動測試系統，可同時測試藥物的溶出和滲透結果，可以評估特定條件下Fa的大小。滲透部分使用的膜是PermeaPad，是一種具有三明治式層狀結構的人工纖維素-磷脂仿生膜，用于測試藥物的表觀滲透系數，使用PermeaPad測得的數據與文獻報道中成熟體外測定方法（Caco-2或PAMPA）之間存在良好的相關性。
3.2 利用軟件預測Fa
目前有多個商用軟件可以應用于Fa的預測，包括GastroPlusTM、SimCYP®、GI Sim等。其中應用比較廣泛的是GastroPlus™，該軟件基于高級房室吸收與轉運模型開發，并經歷了多次改進。其基本原理是分段研究藥物在生物相關溶出介質下的釋放、藥物的跨膜通透能力、制劑的生物黏附能力等，然后結合人體生理參數，預測人體內藥物的釋放、吸收等。利用GastroPlus™可以預測API的溶解度、粒度和粒度分布等不同理化因素對口服藥物吸收的影響。在GastroPlus™中，可以使用藥物的物理化學參數，結合臨床前體內藥代數據來預測藥物吸收。
4、結 語
對于制劑開發研究人員來說，當進入臨床階段后才發現制劑的生物利用度易受協變量外因（如食物）和協變量內因（如pH等）的影響時，再進行處方優化會極大地影響項目進度和成本。提前預判這些潛在風險是一個亟待解決的科學問題。
Fa與自變量以及協變量因素之間關系錯綜復雜，本文綜述了影響藥物Fa的各種因素，可以通過判斷釋放和吸收環的限速步驟，進而優化處方工藝或給藥方案，以降低協變量內外因對藥物體內暴露水平的影響，充分發揮藥品固有療效，控制藥品的臨床表現。本文對這些因素進行系統梳理，以期對口服制劑的處方優化提供一定借鑒和參考。
文章來源：《藥學學報》作者：張萍，畢福林，楊勁
