甲砜霉素在鲤鱼体内代谢动力学规律研究及生理药物代谢动力学模型的建立

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鲤鱼(Cyprinus carpio)别称鲤拐子、鲤子和红鱼等,属鲤形目,鲤科,鲤属,是我国重要的经济鱼类。近年来,鲤鱼的高密度养殖在带来高经济效益的同时也引发多种鱼类病害问题,致使养殖户在养殖过程中存在过度使用或滥用甲砜霉素和其他抗生素药物现象,对环境污染和人类健康都有很大影响。甲砜霉素(Thiamphenicol,TAP)为氯霉素类广谱抗菌药物,对革兰氏菌有较强的抑制作用。在水产养殖中对水生动物的疾病防治有显著疗效。近年来,由于鱼病频发,一直存在抗生物药物滥用现象。随着对TAP研究的逐步深入,发现其在水产品和养殖环境中药物残留问题即威胁消费者的健康,又对养殖生态环境造成潜危害,严重制约着我国水产行业的健康发展。因此研究有关TAP在鲤鱼体内的代谢产物、药物代谢动力学研究及其生理药物代谢动力学模型(physiologically based pharmacokinetic,PBPK)建立具有重要理论意义和现实价值。。鲤鱼体内TAP代谢产物确证试验中。按100 mg/(kg·bw)的剂量以注射给药方式进行鲤鱼药物代谢养殖试验。运用液相色谱-四级杆/线性离子阱复合质谱仪确定TAP在鲤鱼体内的代谢产物。据TAP的理化性质分析,其可能存在的代谢产物包括异构化产物、脱乙基产物、加氢还原产物及其异构体、羟基化产物及其异构体和加氧产物及其异构体,根据母离子和子离子的质荷比(m/s)在多级质谱图中将离子流图和目标化合物提取离子流图对比和筛查。结果显示仅存在TAP原形物并未出现TAP代谢衍生物。甲砜霉素按100 mg/(kg·bw)的剂量对鲤鱼腹腔注射给药,在给药的1、2、4、6和8d后分别测试鲤鱼体内残留量和排出体外养殖水体中的残留量。经检测分析最后结果表明药物在鲤鱼体内残留量和水体中残留量之和占总给药量的90.5%94.5%。物料平衡试验进一步确证TAP在鲤鱼体内的主要代谢产物以其原形物形式存在。以甲砜霉素原形物进行药物在鲤鱼体内的代谢动力学实验。在26±1℃的养殖水温下,以30 mg/(kg·bw)的剂量对鲤鱼进行单次投喂药饵。分别在不同的时间点采集鲤鱼肌肉、肾脏、肝脏、鱼皮、鳃、脾脏和血浆样品;采用高效液相色谱-串联质谱分析技术(HPLC-MS/MS)进行单次投喂药饵给药后TAP在鲤鱼体内的药物代谢动力学。TAP在鲤鱼体内的药-时数据通过DAS 2.0动力学软件分析,实验结果表明符合一级吸收二室模型。TAP在肌肉、肾脏、肝脏、鱼皮、鳃、脾脏和血浆各组织的药物达峰时间(Tpeak)为16、2、16、8、0、2和16 h,达峰浓度(Cmax)分别为15.6、35.3、12.4、9.0、33.0、11.6 mg/kg和21.0mg/L;药-时曲线下面积(AUC)分别为1084.5、1578.1、777.3、541.1、0.1、478.1mg/(kg·h)和485.1 mg/(L·h),消除半衰期(t1/2β)分别为11.4、100.2、54.2、41.1、69.5、38.0和71.9 h。TAP在鲤鱼体内各组织的分布和消除速率相差较大;肾脏的药物达峰时间短且达峰浓度高于其它组织,其消除半衰期也明显高于其它组织,推测是鲤鱼体内TAP蓄积和代谢的主要器官。按照农业部《动物性食品中兽药最高残留限量》文件规定TAP在水产动物中最高残留限量(MRL)不得高于50μg/kg,本实验中肌肉、肾脏、肝脏、鱼皮、脾脏和血浆的TAP残留量低于MRL的时间分别从第16、16、12、12、12、10和12 d开始,将肌肉和肾脏作为TAP药物残留的靶组织,建议休药期不得低于16 d。在22±1℃和27±1℃两个养殖水温下,以30 mg/(kg·bw)的剂量对鲤鱼进行连续五天多次投喂药饵给药。实验结果显示两个水温下均符合一级吸收二室模型;TAP在鲤鱼的肌肉、肾脏、肝脏、鱼皮、鳃、脾脏、血浆和其他组织中的最快达峰时间Tpeak分别为12、2、6、6、4、6、6、12 h和6、2、4、2、4、4、2和6h,代谢趋势基本相似;TAP在鲤鱼肌肉、肾脏、肝脏、鱼皮、鳃、脾脏、血浆和其他组织中的t1/2Ka低温﹤t1/2Ka高温且t1/2β低温﹤t1/2β高温。不同养殖水温下,TAP在鲤鱼体内各组织吸收迅速且分布广泛,组织穿透力强。休药期通常以代谢较为缓慢的组织作为残留靶细胞,以此来确定休药期。建议在22±2℃和27±1℃两个养殖水温下,按30 mg/(kg·bw)的剂量连续投饵给药5d,休药期分别不低于20d和16d。在鲤鱼体内的生理药物代谢动力学模型建立中,分别测试了鲤鱼器官容积参数、血浆蛋白结合率和组织血浆分配系数等参数。结合21±1℃水温条件下的药物代谢动力学数据,以鲤鱼血液、肌肉、肝脏、肾脏、皮肤、鳃和脾脏作为模块构建生理药物代谢动力学模型。在模型的灵敏性分析中,肾清除率、器官容积参数、组织-血浆分配系数是对模型准确性影响较大的参数。在模型预测值和实测值相关性分析中,通过散点图相关性评价生药模型的实测值与预测值的吻合度。最后用低温下建立的生理药物代谢动力学模型外推预测高水温下的动力学数据。结果表明,模型预测结果与实际检测数据具有高度相关性,所以PBPK对预测药物残留是切实可靠的。综上所述,本研究揭示了TAP在鲤鱼体内主要代谢产物;阐释了单次和多次给药条件下TAP在鲤鱼体内代谢动力学规律和建立了可靠的TAP在鲤鱼体内PBPK模型;提出TAP在鲤鱼体内的休药期。本研究丰富了我国水生动物药物代谢动力学基础理论数据,为我国水产养殖科学合理用药提供了科学依据,为保障水产品质量安全做出重要贡献。
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