肺部給藥是指藥物微粒通過(guò)口咽部進(jìn)入呼吸道，是肺部相關(guān)疾病的主要給藥途徑，如哮喘和慢性阻塞性肺病（chronic obstructive pulmonary disease,COPD）。由于此種給藥方式見(jiàn)效迅速且能避免胃腸道吸收不良和肝臟的首過(guò)代謝現(xiàn)象，吸入制劑也越來(lái)越多地用于全身治療。然而只有當(dāng)藥物顆粒成功沉積入肺時(shí)，才能達(dá)到這種理想治療效果。因此，研究粒子在人體吸入過(guò)程中的分布情況、控制其空氣動(dòng)力學(xué)粒徑對(duì)新型鼻、耳、淚道系統(tǒng)藥物緩釋可降解支架相關(guān)研究尤為重要。

空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布（aerodynamic particle size distribution,APSD）是經(jīng)口吸入制劑（orally inhaled products,OIPs）以及鼻用噴霧劑（nasal spray）的關(guān)鍵質(zhì)量屬性（critical quality attribute,CQA）之一。中國(guó)、美國(guó)和歐洲藥典對(duì)于空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布的規(guī)范均有收載。APSD的質(zhì)量控制方法有很多種，且均是以多級(jí)級(jí)聯(lián)撞擊器（multi-stage cascade impactor）原理為基礎(chǔ)。目前，級(jí)聯(lián)撞擊器法常用于微細(xì)粒子劑量的檢測(cè)，其中常用的撞擊器為雙級(jí)撞擊器（twin-stage impinger,TSI）、安德森撞擊器（andersen cascade impactor,ACI）和新一代撞擊器（next generation impactor,NGI)。該類(lèi)方法通過(guò)將不同粒徑范圍的微粒沉積在相應(yīng)的收集盤(pán)內(nèi)，而后采用合適的溶劑分別將喉部、預(yù)分離器和各收集盤(pán)內(nèi)藥物收集并進(jìn)行定量分析，計(jì)算小于規(guī)定粒徑的微粒（即可能到達(dá)肺部的微粒）的含量。級(jí)聯(lián)撞擊技術(shù)可以回收、測(cè)定并報(bào)告固定大小或更小的細(xì)顆粒，這些細(xì)顆粒中所含活性藥物成分（active pharmaceutical ingredients,API）的質(zhì)量通常稱(chēng)為微細(xì)粒子劑量（fine particle dose,FPD），以表示可能的肺部遞送粒徑[9]。或可將APSD的所有數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化為幾個(gè)相鄰大小級(jí)別的質(zhì)量，這些大小級(jí)別代表吸入劑量的粗、細(xì)和超細(xì)顆粒在生理意義上可能沉積的位置。由于實(shí)驗(yàn)裝置的差異，每種裝置收集到的FPD粒子范圍不盡相同，所以通過(guò)比較不同的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和各類(lèi)裝置對(duì)吸入產(chǎn)品的適用性，篩選合適的設(shè)備及實(shí)驗(yàn)條件對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估吸入制劑的體外特性，保障藥品質(zhì)量，促進(jìn)合理用藥是相當(dāng)關(guān)鍵的。

中國(guó)、美國(guó)及歐洲藥品監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)APSD的測(cè)定《中華人民共和國(guó)藥典》（2020年版）（簡(jiǎn)稱(chēng)“《中國(guó)藥典》”）四部通則中規(guī)定，吸入制劑中FPD應(yīng)采用相應(yīng)方法進(jìn)行表征，霧滴（微粒）分布和微細(xì)粒子劑量是評(píng)價(jià)吸入制劑質(zhì)量的重要參數(shù)。吸入制劑的霧滴（微粒）大小，在生產(chǎn)過(guò)程中可以采用合適的顯微鏡法或光阻、光散射及光衍射法進(jìn)行測(cè)定；但產(chǎn)品的霧滴（微粒）分布，則應(yīng)采用霧滴（微粒）的空氣動(dòng)力學(xué)直徑分布來(lái)表示。《中國(guó)藥典》中收載三種級(jí)聯(lián)撞擊方法（裝置）：雙級(jí)撞擊器（TSI）、安德森撞擊器（ACI）和新一代撞擊器（NGI）。其判定方法為收集適配器、預(yù)分離器、喉及各層級(jí)的沉積量，計(jì)算規(guī)定層級(jí)的累積質(zhì)量，得到微細(xì)粒子劑量。

《美國(guó)藥典》中收載了4種方法（裝置）（表1），本版通則中與前述差異較為顯著，去掉了前版中的馬普爾-米勒撞擊器法（裝置2）和多級(jí)液體撞擊器法（裝置4），保留了ACI和NGI，通過(guò)安裝預(yù)分離器對(duì)粉霧劑進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)《美國(guó)藥典》<601>中描述的測(cè)定法，確定由撞擊器區(qū)分出的氣溶膠的累積質(zhì)量粒子大小分布。

表1《美國(guó)藥典》收載4種撞擊器分類(lèi)和適用制劑

從濾膜級(jí)開(kāi)始，推導(dǎo)各個(gè)層級(jí)的模擬質(zhì)量與有效截止直徑。其判定方法依然是收集相關(guān)部件及各層級(jí)的沉積量，計(jì)算出規(guī)定層級(jí)的累積質(zhì)量，得出微細(xì)粒子劑量。

《歐洲藥典》通則中收載了裝置A-玻璃撞擊器法，裝置C-多級(jí)液體撞擊器法，裝置D-安德森級(jí)聯(lián)撞擊器法和裝置E-新一代級(jí)聯(lián)撞擊器法，《歐洲藥典》通則與《美國(guó)藥典》的描述基本一致。細(xì)顆粒質(zhì)量測(cè)試應(yīng)使用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的多級(jí)撞擊器方法或經(jīng)過(guò)適當(dāng)驗(yàn)證的替代方法進(jìn)行。如果單獨(dú)的細(xì)顆粒質(zhì)量不足以完全表征治療劑量的粒徑分布，則可用其他合適的參數(shù)，如MMAD和GSD。為滿(mǎn)足與藥物的治療指數(shù)的相關(guān)性，需要將粒度分布控制在5μm以下。

有關(guān)APSD的評(píng)價(jià)參數(shù)及數(shù)據(jù)分析

評(píng)價(jià)APSD有幾個(gè)重要參數(shù)（表2),ACI是8階級(jí)聯(lián)撞擊器，可承載高體積流量的檢測(cè)，現(xiàn)采用此法對(duì)吸入粉霧劑A進(jìn)行微細(xì)粒子劑量的測(cè)定。

表2 APSD相關(guān)計(jì)量學(xué)參數(shù)的含義及意義

注：(1)分別表示84.13%、15.87%的累積質(zhì)量百分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)的API的空氣動(dòng)力學(xué)粒徑；(2) d50值為CI裝置中各個(gè)層級(jí)的截止粒徑

因A產(chǎn)品所需流量為72 L·min-1，可將ACI配置中的第7級(jí)移除并在上面增加-1級(jí)，隨后對(duì)該粉霧劑進(jìn)行取樣并分級(jí)收集。所得結(jié)果用CITDAS軟件進(jìn)一步計(jì)算分析。

為得到顆粒在各個(gè)層級(jí)的分布數(shù)據(jù)以及藥物累積質(zhì)量，可以對(duì)級(jí)聯(lián)撞擊器的收集結(jié)果進(jìn)行分析并提供小于規(guī)定截止粒徑的累積百分比與截止粒徑的關(guān)系圖。在合適的情況下（要求數(shù)據(jù)滿(mǎn)足單峰對(duì)數(shù)正態(tài)分布），可以采用對(duì)數(shù)-概率圖（log-probit），通過(guò)內(nèi)插法計(jì)算出小于給定大小或在上限和下限之間的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并確定MMAD和GSD值。此外，要求考慮質(zhì)量平衡。

ISM分為L(zhǎng)PM和SPM，其區(qū)分的邊界理論上為MMAD或接近MMAD。LPM和SPM間的比率獨(dú)立于ISM（圖1）。

圖1 吸入粉霧劑產(chǎn)品的API在不同截止粒徑范圍內(nèi)的含量分布

注：采用ACI裝置對(duì)某一粉霧劑產(chǎn)品進(jìn)行微細(xì)粒子劑量的檢測(cè)，并根據(jù)CITDAS軟件的計(jì)算結(jié)果作圖

級(jí)聯(lián)撞擊器特定層級(jí)的顆粒收集效率（efficiency,E），以百分比表示，將在0%～100%逐步增加。實(shí)際上，對(duì)于設(shè)計(jì)良好的級(jí)聯(lián)撞擊器，收集效率的曲線會(huì)從E約為0%陡增至大于95%，在E為50%時(shí)，增長(zhǎng)率達(dá)到最大值（圖2）。

應(yīng)注意不要混淆粒徑分布和統(tǒng)計(jì)誤差分布地區(qū)別。《美國(guó)藥典》對(duì)數(shù)正態(tài)模型不是指APSD基于對(duì)數(shù)正態(tài)分布，而是假設(shè)顆粒的累積質(zhì)量百分比分布和基于對(duì)數(shù)正態(tài)分布的隨機(jī)變量的累積分布曲線具有相同的形狀。

圖2 在對(duì)數(shù)概率坐標(biāo)上所作的吸入粉霧劑產(chǎn)品的API在不同截止粒徑范圍的累積分布和頻度分布

在此假設(shè)下，對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后的有效截止粒徑（effective cut-off diameters,ECDs）與累積質(zhì)量百分比向標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的轉(zhuǎn)換之間存在線性關(guān)系。通過(guò)對(duì)溶液的分析，可以計(jì)算出每次沉積在各個(gè)層級(jí)以及在適配器和使用預(yù)分離器時(shí)所沉積的活性物質(zhì)的質(zhì)量。從微孔收集器（MOC）層級(jí)開(kāi)始，得出相應(yīng)層級(jí)的累積質(zhì)量與截止粒徑的表格。通過(guò)內(nèi)插法計(jì)算小于5μm的活性物質(zhì)的質(zhì)量，即是FPD。

繪制出活性物質(zhì)的累積分?jǐn)?shù)與臨界直徑的關(guān)系（圖2），并使用該圖確定相應(yīng)的MMAD和GSD的值。也可以使用適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法。

APSD是1個(gè)多元的響應(yīng)變量，旨在檢測(cè)基于粒徑大小的函數(shù)所形成的曲線變化。《美國(guó)藥典》<601>中的方法需要APSD滿(mǎn)足對(duì)數(shù)正態(tài)分布從而獲得MMAD，但實(shí)際上大多數(shù)氣溶膠的APSD可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。所以需要根據(jù)下面幾種分析模型來(lái)估計(jì)出MMAD值。Mercer-Morgan-Flodin(MMF）模型、Chapman-Richards(CR）模型、原始數(shù)據(jù)的兩點(diǎn)線性插值法皆能得到合理的MMAD值。這幾種模型既不用將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換處理，也不需要APSD滿(mǎn)足對(duì)數(shù)正態(tài)分布，只滿(mǎn)足APSD是單分布即可。其中的兩點(diǎn)線性插值法更為簡(jiǎn)便，一般會(huì)作為首選。

APSD的評(píng)估方法和各機(jī)構(gòu)間的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

雖然多級(jí)級(jí)聯(lián)撞擊器產(chǎn)生的APSD數(shù)據(jù)經(jīng)常被認(rèn)為可以直接表明人類(lèi)呼吸道中顆粒的沉積情況，但是這種理論是不正確的。人體呼吸道（human respiratory tract,HRT）中有多重機(jī)制主導(dǎo)控制顆粒的沉積，因而級(jí)聯(lián)撞擊器從根本上并不是肺部模擬器。但一定程度上可以通過(guò)CI法提供的數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)呼吸道中顆粒的沉積。

目前，簡(jiǎn)化的級(jí)聯(lián)撞擊測(cè)定法（abbreviated impactor measurement,AIM）與有效數(shù)據(jù)分析法（efficient data analysis,EDA）作為改進(jìn)與口服吸入產(chǎn)品遞送出的氣溶膠大小表征相關(guān)的數(shù)據(jù)收集和分析的方法概念已經(jīng)并行發(fā)展[24]。從AIM的發(fā)展中可以認(rèn)識(shí)到，在產(chǎn)品質(zhì)量控制中，定義APSD所需的所有與大小顆粒總和及比例有關(guān)的最小度量標(biāo)準(zhǔn)都是必要的。AIM的質(zhì)量控制方法中，可以最大程度地簡(jiǎn)化測(cè)量過(guò)程，即確定LPM和SPM的分?jǐn)?shù)，這些參數(shù)會(huì)敏感地反映APSD的變化。EDA的理念在于將在全分辨率CI每個(gè)層級(jí)收集到的API的累積質(zhì)量分成粗、細(xì)和超細(xì)顆粒3組。并通過(guò)選擇合適的粒徑標(biāo)準(zhǔn)更合理地分析數(shù)據(jù)。有效數(shù)據(jù)分析（EDA）法是AIM的輔助概念，可以應(yīng)用于來(lái)自全分辨率CI或簡(jiǎn)化的CI的數(shù)據(jù)。由于消除了混雜變量，基于EDA的OIP氣溶膠APSD的測(cè)量方法不易出現(xiàn)誤差。與其他數(shù)據(jù)分析技術(shù)相比，EDA確實(shí)能夠更容易地評(píng)估氣溶膠的APSD。

目前粒度測(cè)定的方法有顯微鏡測(cè)定法、撞擊器法、光學(xué)測(cè)定法等，《中國(guó)藥典》收載的是CI方法。根據(jù)人體呼吸道生理結(jié)構(gòu)，為使藥物有效的分布或沉積在治療部位，藥物的粒度通常在5μm以下。粒度過(guò)大可能會(huì)使藥物不能有效沉積，療效降低。控制藥物的粒度分布，須求出d10、d50、d90（即分別表示10%、50%、90%的累積質(zhì)量百分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)的API的空氣動(dòng)力學(xué)粒徑）的值，CI法系將藥物經(jīng)過(guò)一系列的不同粒徑過(guò)濾器收集后采用專(zhuān)一性的理化方法測(cè)定藥物含量，根據(jù)每一級(jí)的相應(yīng)粒徑可以獲得空氣動(dòng)力學(xué)粒度直徑分布，以控制最終質(zhì)量。

經(jīng)過(guò)單劑量臨床研究，歐洲監(jiān)管機(jī)構(gòu)與加拿大監(jiān)管機(jī)構(gòu)達(dá)成協(xié)調(diào)，認(rèn)為FPD為測(cè)定的空氣動(dòng)力學(xué)粒徑為小于5μm的顆粒，并且為了評(píng)估在體內(nèi)研究中使用產(chǎn)品的完整概況，應(yīng)提供這些研究中使用批次的各個(gè)階段粒度分布數(shù)據(jù)，以及給藥速率和給藥總量。歐洲藥品管理局（EMA）和加拿大衛(wèi)生部（HC）在2006年有關(guān)經(jīng)口和經(jīng)鼻吸入產(chǎn)品質(zhì)量的指導(dǎo)原則中指出：如果單獨(dú)的FPD不足以完全表征治療劑量的顆粒尺寸分布，則可附加其他標(biāo)準(zhǔn)，如分組階段或MMAD、GSD。

美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）在其1998年定量吸入器和干粉吸入器藥品行業(yè)指南的指導(dǎo)原則擬定稿[30]中要求：來(lái)自全分辨率CI測(cè)量的數(shù)據(jù)也可以用標(biāo)示含量在各個(gè)層級(jí)和配件上檢測(cè)到的質(zhì)量百分比表示。可以根據(jù)對(duì)各層級(jí)和配件的適當(dāng)分組來(lái)提出驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。但如果采用該方法至少應(yīng)有3或4個(gè)分組，以確保未來(lái)所生產(chǎn)產(chǎn)品的粒度分布的批次間一致性。而上述要求僅在擬定稿中提出，在2002年鼻噴霧劑、吸入溶液、吸入混懸液和噴霧劑藥品行業(yè)指南的最終版指導(dǎo)原則中，則取消了該要求。而在其于2018年發(fā)布的定量吸入器和干粉吸入器產(chǎn)品質(zhì)量的行業(yè)指導(dǎo)原則草案中提出：僅根據(jù)MMAD、GSD，或者僅將特征限制為FPD或FPF，不足以表征APSD。應(yīng)根據(jù)設(shè)備各個(gè)階段沉積的藥物量提出接收標(biāo)準(zhǔn)。申請(qǐng)人應(yīng)為連續(xù)階段的分組提出驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，而不是為每個(gè)階段提出驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。在大多數(shù)情況下，3或4個(gè)分組應(yīng)足以充分表征APSD。

APSD一致性評(píng)價(jià)方法

生物等效性（bioequivalence,BE）是我國(guó)正在進(jìn)行的仿制藥質(zhì)量與療效一致性評(píng)價(jià)工作的重點(diǎn)之一，吸入制劑的生物等效性評(píng)價(jià)存在其特殊性和復(fù)雜性，在研發(fā)過(guò)程中，與體內(nèi)研究相比，體外測(cè)定通常更簡(jiǎn)便、敏感，變異也更小，因而科學(xué)系統(tǒng)的體外研究在BE評(píng)估中尤其重要。在吸入制劑評(píng)價(jià)中，體外等效評(píng)估的關(guān)鍵則是考察粒子的空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布和裝置等指標(biāo)。由于劑型以及局部用藥對(duì)有效粒徑分布要求的不同，經(jīng)口吸入制劑和鼻用制劑考慮的體外評(píng)價(jià)項(xiàng)目和接受限度也有所差異。

4.1 輪廓分析法

FDA在2004年有關(guān)粒徑分布輪廓的統(tǒng)計(jì)比較指導(dǎo)原則中，提出使用置信區(qū)間方法對(duì)級(jí)聯(lián)撞擊器所產(chǎn)生的粒子分布的輪廓進(jìn)行分析（profile analysis）。可以根據(jù)比較受試制劑和參比制劑通過(guò)級(jí)聯(lián)撞擊器在各個(gè)層級(jí)檢測(cè)值的卡方差異來(lái)評(píng)估其粒子輪廓的等效性。在選定的樣本中，將數(shù)學(xué)期望E(RD)=E(DTR/DRR）的95%置信上限作為確定等效性的限度，其中DTR為受試制劑和參比制劑間的輪廓差異，DRR為參比制劑內(nèi)輪廓的變異性。如果E(RD）的95%的置信上限小于等效性限度，則認(rèn)為這2種產(chǎn)品是等效的。測(cè)試步驟如下：假設(shè)從每種樣品中，隨機(jī)抽取3批。每批抽取10個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)試，獲得測(cè)試結(jié)果。然后將每一批受試制劑與2批參比制劑進(jìn)行組合，采用bootstrap法進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬，計(jì)算共計(jì)6種配對(duì)方式的受試-參比1-參比2組合的RD值，F(xiàn)DA指導(dǎo)原則中推薦的模擬數(shù)量為N=500。

4.2 單側(cè)PBE法

群體生物等效性（population Bioequivalence,PBE）的評(píng)估方法，可評(píng)價(jià)制劑間藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)的平均水平及個(gè)體內(nèi)變異是否等效。如鼻噴霧劑的作用部位為鼻腔，通過(guò)鼻腔給藥后，較小的微粒可能通過(guò)呼吸道進(jìn)入肺部而產(chǎn)生毒副作用，故出于對(duì)肺部安全性的考慮，鼻噴霧劑的液滴粒徑需大于10μm。目前《中國(guó)藥典》沒(méi)有對(duì)鼻噴霧劑微細(xì)粒子劑量進(jìn)行要求。FDA在2003年關(guān)于鼻用氣霧劑和鼻用噴霧劑的生物利用度和生物等效性研究的指導(dǎo)原則中要求使用經(jīng)驗(yàn)證的CI方法對(duì)微細(xì)粒子劑量進(jìn)行檢測(cè)，采用單側(cè)群體生物等效性（Population Bioequivalence,PBE）的評(píng)估方法，以便比較小于9μm的小顆粒或液滴中的藥物質(zhì)量。

總   結(jié)

近年來(lái)吸入給藥無(wú)論是治療肺部相關(guān)還是其他方面的疾病都得到了國(guó)內(nèi)外的高度重視。隨著呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率和病死率逐年上升，作為以無(wú)創(chuàng)給藥方法治療各種疾病的吸入制劑憑借其獨(dú)特的作用優(yōu)勢(shì)已成為一大研究熱點(diǎn)。但不論是這些疾病本身還是藥物治療的復(fù)雜性都使之在評(píng)價(jià)體內(nèi)肺部沉積的道路上變得尤為困難，所以評(píng)價(jià)吸入相關(guān)制劑體外藥效相當(dāng)必要，微細(xì)粒子的測(cè)量與計(jì)算則是其中的重要部分。

目前各國(guó)藥典中收載的測(cè)量APSD的方法依然是CI法，其中《美國(guó)藥典》主要收載了ACI和NGI，《中國(guó)藥典》中收載了TSI、ACI、NGI，《歐洲藥典》中則收載了TSI、ACI、NGI以及多級(jí)液體撞擊器，各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)也基本是根據(jù)GSD、MMAD、FPD、FPF 4個(gè)計(jì)量學(xué)參數(shù)來(lái)表征APSD。CI法在現(xiàn)在的吸入產(chǎn)品市場(chǎng)上應(yīng)用依然最為廣泛，且被譽(yù)為“金標(biāo)準(zhǔn)”，但由于其裝置的復(fù)雜性，結(jié)果的高變異性，對(duì)操作人員和外界環(huán)境的高要求性，使得測(cè)定失敗率偏高且耗時(shí)耗力。AIM法可以最大程度地簡(jiǎn)化撞擊器的測(cè)量過(guò)程，實(shí)現(xiàn)高效、簡(jiǎn)便、快速的優(yōu)勢(shì)，其與EDA配合后能夠達(dá)到減少實(shí)驗(yàn)誤差和不確定性，增加對(duì)APSD變化的靈敏度效果。因?yàn)闇y(cè)定用時(shí)更少，所以可以進(jìn)行更大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)AIM方法的變異性評(píng)價(jià)的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果更加可靠，產(chǎn)品的質(zhì)量和用藥安全得到了保障，為新型鼻、耳、淚道系統(tǒng)藥物緩釋可降解支架的研制和臨床應(yīng)用研究提供參考，也能促進(jìn)吸入制劑在未來(lái)獲得更長(zhǎng)足的發(fā)展。