非臨床動(dòng)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(dòng)物試驗(yàn)中，IP是非常常見(jiàn)的。IP的優(yōu)勢(shì)包括給藥方便、快速、動(dòng)物應(yīng)激反應(yīng)輕、給藥體積大（高達(dá)10mL/kg）等。當(dāng)然，IP也有劣勢(shì)，經(jīng)常被質(zhì)疑和挑戰(zhàn)的點(diǎn)聚焦在與臨床擬用給藥途徑不一致。因此，有必要對(duì)腹腔的解剖學(xué)和生理學(xué)特點(diǎn)、IP給藥后的吸收機(jī)制等進(jìn)行總結(jié)，厘清動(dòng)物IP給藥的一些誤區(qū)。
腹膜腔的解剖學(xué)和生理學(xué)特點(diǎn)
腹膜腔來(lái)源于胚胎的體腔，是腹部位置的緊密空間，內(nèi)含多個(gè)腹部器官。腹膜腔內(nèi)分布有廣泛的膜比如腹膜，其總面積與皮膚面積相當(dāng)。腹膜腔內(nèi)有一層由水、電解質(zhì)、蛋白質(zhì)、細(xì)胞和組織間質(zhì)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(xì)胞、抗體和血漿蛋白。
腹膜由單層鱗狀間皮細(xì)胞組成。間皮細(xì)胞層位于一層薄的基底膜上，大多數(shù)間皮細(xì)胞呈扁平型，直徑約為25μm。間皮細(xì)胞通過(guò)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(xì)胞、血管和淋巴管。間皮細(xì)胞的頂端表面含有不同長(zhǎng)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(xì)胞在維持腹膜穩(wěn)態(tài)以及液體和溶質(zhì)跨膜運(yùn)輸中起著至關(guān)重要的作用。腹腔內(nèi)器官和腸系膜均需要內(nèi)臟腹膜的支持。腹膜可最大限度地減少摩擦，促進(jìn)腹部?jī)?nèi)臟之間的自由運(yùn)動(dòng)，抵抗感染或定位感染部位，并儲(chǔ)存脂肪，尤其是在大網(wǎng)膜中。腹膜間皮細(xì)胞具有很多上皮細(xì)胞的特征，包括具有表面微絨毛、極化成單層細(xì)胞并允許分子單層運(yùn)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(nèi)的物質(zhì)很少電離。
腹腔血流
腹膜的間皮下層有一個(gè)復(fù)雜但有效的血液和淋巴管網(wǎng)絡(luò)。其血管類型以細(xì)血管為主，也可見(jiàn)少量小動(dòng)脈和小靜脈。間皮下層的毛細(xì)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(qū)域是腸系膜，包含了71%的腹腔毛細(xì)血管。在兔和大鼠中，通過(guò)腹膜腔中的毛細(xì)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(nèi)臟腹膜和腹膜內(nèi)器官的血液供應(yīng)來(lái)源于腹腔、腸系膜上動(dòng)脈和下動(dòng)脈，而壁腹膜則由旋髂動(dòng)脈、腰動(dòng)脈、肋間動(dòng)脈和上腹部動(dòng)脈的分支灌注。同樣的，從內(nèi)臟腹膜排出的靜脈血流入門(mén)靜脈，而從壁腹膜排出的血管流入下腔靜脈。總的來(lái)說(shuō)，整個(gè)腹膜都充滿了毛細(xì)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(tǒng)
與其他器官類似，腹膜內(nèi)也含有淋巴網(wǎng)絡(luò)，為腹膜組織的溶質(zhì)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(xì)管細(xì)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(xì)管匯合在一起形成收集和結(jié)前淋巴管，然后與區(qū)域淋巴結(jié)連接。胸骨旁、椎旁和縱隔淋巴管與縱隔淋巴結(jié)相連，而腹膜后淋巴管與腦池和腸淋巴結(jié)相連。從這些淋巴結(jié)，淋巴系統(tǒng)通過(guò)胸管和右淋巴管與靜脈循環(huán)系統(tǒng)相連。
溶質(zhì)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(xì)胞存在微絨毛、血供大有利于快速吸收等特點(diǎn)，是物質(zhì)經(jīng)IP給藥后進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)的優(yōu)良路徑。此外，淋巴轉(zhuǎn)運(yùn)也是物質(zhì)從腹膜進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)的一大助力。
不過(guò)，IP給藥后的物質(zhì)在到達(dá)血管之前需要經(jīng)過(guò)若干道屏障，包括腹膜液、間皮細(xì)胞、間皮下層及血管壁。內(nèi)臟和壁間皮中的跨細(xì)胞和細(xì)胞間間隙是溶質(zhì)和分子從腹膜腔進(jìn)入周圍組織的主要通道。由于不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，與壁間皮相比，內(nèi)臟間皮對(duì)分子的滲透性更強(qiáng)。從解剖學(xué)上講，內(nèi)臟腹膜由扁平細(xì)胞組成，細(xì)胞內(nèi)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(fā)達(dá)的基底膜/結(jié)締組織，這使其對(duì)分子的滲透性較低。如下圖藍(lán)色小泡所示。
實(shí)驗(yàn)研究表明，中、小分子量的物質(zhì)（MW＜5000）和液體主要通過(guò)脾臟、腸系膜下和腸系膜上毛細(xì)血管的擴(kuò)散從內(nèi)臟腹膜吸收，并進(jìn)入門(mén)靜脈。另一方面，大分子（MW>5000）物質(zhì)、蛋白質(zhì)、血液和免疫細(xì)胞被淋巴管吸收。如下圖所示，線的粗細(xì)代表主要吸收路徑。這點(diǎn)其實(shí)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(zhì)從腹腔入血或者從血回到腹腔的機(jī)制是相似的，均是通過(guò)擴(kuò)散或者對(duì)流。小分子從腹腔入血的吸收速度主要取決于3個(gè)因素：有效表面積（A）、溶質(zhì)濃度（ΔC）和溶質(zhì)的滲透性（Ps），公示如下：
簡(jiǎn)言之，有效表面積越大（主要指間皮細(xì)胞絨毛面積）、濃度越高、滲透性越強(qiáng)（如溶質(zhì)的脂溶性高），吸收速度通常越快。
IP給藥后的毛細(xì)血管吸收
腹膜毛細(xì)血管的毛細(xì)血管壁為“連續(xù)”型，內(nèi)襯單層連續(xù)內(nèi)皮細(xì)胞和基底層。這些內(nèi)皮細(xì)胞非常薄（0.5μm），具有高度滲透性，此外還含有大量細(xì)胞質(zhì)囊泡。位于相鄰內(nèi)皮細(xì)胞之間的6-7 nm狹窄細(xì)胞間隙也存在于這些毛細(xì)血管中，確保水溶性離子和小分子的快速通過(guò)。分子量<20000的物質(zhì)可以通過(guò)擴(kuò)散從腹腔吸收入血，擴(kuò)散的速度和程度取決于分子的大小、電荷、構(gòu)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(nèi)靜壓，促使可溶性藥物與液體一起通過(guò)腹膜對(duì)流進(jìn)入毛細(xì)血管。從內(nèi)臟腹膜、腸系膜和網(wǎng)膜吸收的分子流入門(mén)靜脈，而從壁腹膜毛細(xì)血管和淋巴管吸收的分子則直接進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)。通過(guò)門(mén)脈循環(huán)進(jìn)入的藥物在通過(guò)肝臟后與體循環(huán)合并，會(huì)引起藥物的快速代謝。
在一項(xiàng)對(duì)大鼠中進(jìn)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(guò)門(mén)靜脈循環(huán)。此外，從吸收速度對(duì)比看，IP是比SC快的，IP給藥后最快10s即可在系統(tǒng)循環(huán)中檢測(cè)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(zhuǎn)化、代謝的比例低。
影響化合物IP吸收的另外一個(gè)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(shù)為0.001），而硫噴妥鈉的吸收（脂水分配系數(shù)為3.3）為96.1%。此外，解離狀態(tài)和粘度也是影響IP吸收的重要因素。一般來(lái)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(guò)30000的大分子腹腔注射后，主要通過(guò)淋巴管吸收入血。除了蛋白外，小的顆粒和細(xì)胞也主要通過(guò)淋巴管吸收。值得一提的是，呼吸過(guò)程中橫膈膜的松弛也影響大分子從腹腔的吸收。呼氣時(shí)膈肌松弛，陷窩邊緣相鄰的間皮細(xì)胞相互分離，產(chǎn)生吸力，促進(jìn)大分子的吸收。大約75%的被吸收的蛋白質(zhì)流入右淋巴管，25%流入胸導(dǎo)管，隨后與靜脈循環(huán)匯合。值得注意的是，右淋巴管和胸導(dǎo)管的阻塞并不妨礙蛋白質(zhì)從腹腔的系統(tǒng)吸收，因?yàn)槲⒘康鞍踪|(zhì)仍然可以通過(guò)其他小的淋巴-靜脈互通和毛細(xì)血管壁吸收。大分子IP給藥后淋巴吸收過(guò)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(gè)分子的IP和SC給藥藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有分子IP給藥后的達(dá)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(duì)生物利用度分別為2.8%、69%。以deramciclane（分子量301.466）為例，IP的絕對(duì)生物利用度是口服的約6倍（18.5% vs 3.4%），達(dá)峰時(shí)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(xué)試驗(yàn)。那么與其他給藥途徑相比，IP的優(yōu)勢(shì)是什么呢？
有團(tuán)隊(duì)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(fā)現(xiàn)達(dá)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(jīng)的5.5倍。
重組人紅細(xì)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(dòng)劑艾塞那肽（分子量約4186.63）給予大鼠50nmol后，IV、IP、SC對(duì)應(yīng)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(guò)，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(duì)應(yīng)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(dá)峰更快。
CD20抗體veltuzumab（分子量約145KDa），以150μg劑量給予小鼠，IP、SC對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的AUC更高，Cmax和Tmax二者相當(dāng)。
整體看，對(duì)于大分子生物藥來(lái)講，IP的吸收程度如AUC是優(yōu)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(guò)淋巴系統(tǒng)吸收，吸收主要受藥物的理化性質(zhì)、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(jīng)IP、PO給予大鼠后，對(duì)應(yīng)的AUC分別為2177.0、977.2μg.min/ml，Tmax分別為6、30min，無(wú)論吸收速度還是程度，IP均表現(xiàn)更好。又如elacridar，當(dāng)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(yuǎn)低于口服（90.3 vs 1460），當(dāng)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(guān)。有研究顯示，不同粒徑的戊巴比妥（<44 μm和297–420 μm）經(jīng)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(shí)已有提及，IP給藥后有些藥物，尤其小分子，經(jīng)腹膜吸收入門(mén)靜脈，進(jìn)入肝臟，是有首過(guò)效應(yīng)的。生物藥IP給藥后經(jīng)淋巴管吸收，反而受首過(guò)效應(yīng)影響較小。其次，無(wú)菌和無(wú)刺激性對(duì)于IP注射給藥的藥物也很關(guān)鍵。有刺激性的化合物可能會(huì)引起腸梗阻或腹膜炎癥，并有進(jìn)一步發(fā)展成組織黏連的可能。另外，約20%的IP給藥會(huì)出現(xiàn)給到皮下的情況，主要原因與給藥角度過(guò)小有關(guān)。IP給藥如果體積過(guò)大，比如大鼠給藥體積>10mL/kg，會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致疼痛、化學(xué)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(fù)IP給藥會(huì)導(dǎo)致刺激作用累積，且反復(fù)針刺也會(huì)引起腹膜損傷。當(dāng)然，IP、SC、口服、IV不同給藥途徑各有其優(yōu)缺點(diǎn)，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(tài)、小鼠血管小從而給藥難度大、IV不適合長(zhǎng)期/反復(fù)注射，口服、IP、SC等給藥途徑是不錯(cuò)的備選。相較于其它給藥途經(jīng)，IP具備給藥方便，易于操作，大小分子均可實(shí)現(xiàn)不錯(cuò)的生物利用度，吸收速度和程度通常優(yōu)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(diǎn)，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(guò)內(nèi)臟腹膜、腸系膜和網(wǎng)膜吸收，之后進(jìn)入門(mén)靜脈循環(huán)；2）通過(guò)壁腹膜和淋巴管吸收，直接繞過(guò)肝臟進(jìn)入體循環(huán)。一般，小分子通過(guò)路徑1）入血，大分子通過(guò)路徑2）吸收。當(dāng)然，對(duì)于支持注冊(cè)申報(bào)的毒理學(xué)研究，還是建議采用臨床擬用途徑。對(duì)于嚙齒類藥效學(xué)研究、早期靶點(diǎn)驗(yàn)證研究等，IP給藥其實(shí)是個(gè)不錯(cuò)的選擇。
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