人干擾素α2b注射液霧化吸入過程中的藥霧粒度分布及沉降量的評價(jià)

盛海，盧晨，馮霞，王兵

作者單位：1安徽安科生物工程（集團(tuán)）股份有限公司，安徽 合肥 230088；2德國新帕泰克有限公司蘇州代表處，江蘇 蘇州 215000；3安徽省生物研究所，安徽 合肥 230032

干擾素α是一類具有廣譜抗病毒活性的細(xì)胞因子，在感染細(xì)胞中可發(fā)揮抑制病毒復(fù)制的作用，也可在未感染細(xì)胞中發(fā)揮防御的作用［1］。近年來，多種共識(shí)或指南［2-4］推薦霧化吸入人干擾素α2b（human interferon α2b，IFNα2b）治療各種小兒呼吸道感染性疾病以及新冠病毒肺炎［5］。霧化吸入時(shí)，IFNα 2b 以藥霧顆粒的形式吸入和沉降到呼吸道表面。一般認(rèn)為，直徑大于10 μm 的藥霧顆粒易沉淀在鼻咽部，5～10 μm 的藥霧顆粒更多沉積在口咽和氣管支氣管位置，0.5～5 μm 的藥霧顆粒能廣泛沉積在肺部［6］。由此可見，藥霧粒度分布是評價(jià)IFNα2b 霧化吸入質(zhì)量的重要參數(shù)，但是目前少見有關(guān)于IFNα2b霧化粒度分布方面的研究。本研究2022 年3—7 月采用了激光衍射法測定了霧化吸入IFNα2b 注射液的粒度分布，并探討不同配制方法下藥霧粒度分布的情況，現(xiàn)將結(jié)果匯報(bào)如下。

1 材料儀器

主要研究藥物為人干擾素α2b注射液［安達(dá)芬，安徽安科生物工程（集團(tuán)）股份有限公司，批號(hào)S20000013］，用于測定不同霧化溶劑和不同稀釋比例對霧化顆粒粒徑大小分布的影響，并比較了3 家企業(yè)人干擾素α2b 注射液的霧化粒度分布情況，其他兩種研究藥物分別為IFNα2b注射液（北京凱因生物技術(shù)有限公司，批號(hào)S20030032）和IFNα2b 注射液（天津未名生物醫(yī)藥有限公司，批號(hào)S20000019）。IFNα2b 注射液的稀釋液為0.9%氯化鈉注射液（安徽雙鶴藥業(yè)，批號(hào)H34023608，批次21120304B）和滅菌注射用水（河南遂城藥業(yè)，批號(hào)H4102420，批次32201162）。藥霧粒度分布測定采用德國新帕泰克有限公司（Sympatec）的激光粒度分析儀（型號(hào)HELOS -Hi224），人口腔藥物吸入的模擬裝置采用Sympatec公司和荷蘭格羅寧根大學(xué)合作開發(fā)的專用分散系統(tǒng)（型號(hào)INHALER2000），霧化采用德國百瑞Inhaler PRO壓縮霧化器（型號(hào)BRM-075Ⅱ）。

2 研究方法

2.1 藥物霧化方法采用臨床上常用的兩種霧化稀釋液，生理鹽水和注射用水，分別按照1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶2.5 和1∶3 比例稀釋IFNα2b 注射液，然后測定不同稀釋液、不同稀釋比例的藥霧粒度分布情況，每個(gè)稀釋比例均重復(fù)實(shí)驗(yàn)3 次。具體操作方法為：用注射器把1 mL 的300 萬IU 的IFNα2b 注射液全部抽出，放入到霧化杯內(nèi)，再分別抽取適當(dāng)體積的生理鹽水或注射用水放入霧化杯內(nèi)，采用空氣壓縮噴射霧化器霧化。3 種不同企業(yè)生產(chǎn)的IFNα2b注射液的霧化粒徑分布研究，均統(tǒng)一按照1 mL藥液加入1.5 mL 生理鹽水稀釋后進(jìn)行霧化，然后檢測藥霧粒度的分布情況。

2.2 粒度測量方法IFNα2b 藥霧粒徑的分布采用激光粒度法測量，實(shí)驗(yàn)操作由德國新帕泰克有限公司蘇州分公司完成。為了模擬人霧化吸入藥物的真實(shí)情況，先將霧化壺的“口含管”插入到人口腔專用模擬分散系統(tǒng)，然后再檢測分散系統(tǒng)內(nèi)的藥霧粒度分布。霧化的總時(shí)間控制在10 min 左右，每份樣品均選擇霧化過程的12個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行檢測，在霧化后30 s 檢測第一次，以后每間隔50 s 檢測1 次，觀察藥霧粒度含量的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。

比較兩種不同稀釋液、不同稀釋比例的藥霧顆粒體積平均直徑（volume-weighted mean diameter，VMD），0～10 μm 藥霧顆粒的體積累積分布（volumecumulative distribution，Q3）和10 μm藥霧顆粒的體積余量分布（R3）。體積累積分布Q3（x）表示小于某一粒徑大小的藥霧顆粒體積的百分含量，dQ3（x1，x2）表示粒徑≥x1且＜x2藥霧顆粒體積的百分含量，本次研究主要比較藥霧顆粒的體積累積分布參數(shù)包括Q3（0.5 μm）、dQ3（0.5 μm，5 μm）和dQ3（5 μm，10 μm）。體積余量分布R3（x）為累積分布的相反分布，表示大于某一粒徑大小的顆粒體積百分含量，本次研究的體積余量分布參數(shù)為R3（10 μm），即粒徑≥10 μm藥霧顆粒的體積百分含量。

2.3 人呼吸系統(tǒng)不同部位藥物沉降量的估算依據(jù)該研究測定的人干擾素α2b注射液霧化顆粒的體積累積分布數(shù)據(jù)和不同直徑球形顆粒在肺部沉淀的分布系數(shù)［7］，估算一次性霧化吸入300 萬IU 的IFNα2b 注射液后，呼吸道不同部位的藥物劑量分布，包括鼻咽部、氣管支氣管部位和肺部。不同部位沉淀量估算，采用了1.0 mL藥液∶1.5 mL生理鹽水的體積累積分布數(shù)據(jù)的平均值，分布系數(shù)采用的是口呼吸方式的數(shù)據(jù)，因?yàn)楸狙芯康牧椒植紨?shù)據(jù)是模擬“口含管”的給藥方式測定的。

2.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用R 語言（Windows 版本4.2.1）統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理，計(jì)量資料以±s表示，多組計(jì)量資料間比較采用單因素方差分析并進(jìn)一步采用Tukey 法進(jìn)行組間兩兩比較，兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，以P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 結(jié)果

3.1 人干擾素α2b 注射液霧化粒度分布動(dòng)態(tài)變化激光衍射法測定IFNα2b 注射液（1 mL 藥液∶1 mL 生理鹽水）的霧化粒徑分布結(jié)果（圖1A）表明，12 次測定的平均特征粒徑X90，3為（7.88±0.09）μm，X50，3為（2.80±0.05）μm，X10，3為（0.82±0.01）μm。特征粒徑表示特定范圍下顆粒粒徑的大小，比如X50，3=2.80 μm 表示有50%體積的顆粒小于2.88 μm。峰寬（SPAN）為（2.52±0.02）μm，頻度分布峰在2～4 μm 之間，提示2～4 μm體積平均直徑的藥霧顆粒出現(xiàn)的概率較高。此外，隨著霧化時(shí)間的延長，藥霧顆粒VMD 逐漸變大；霧化即將結(jié)束時(shí)，藥霧顆粒的VMD值逐漸變小（見圖1B，C）。

圖1 IFNα2b注射液霧化顆粒體積平均直徑分布的動(dòng)態(tài)變化情況:A為Sympatec激光粒度分析儀測定的IFNα2b注射液藥霧顆粒的體積累積分布和數(shù)量頻度分布；B為用生理鹽水稀釋的IFNα2b注射液的藥霧顆粒VMD與時(shí)間關(guān)系的折線圖（NS表示生理鹽水）；C為用注射用水稀釋的IFNα2b注射液藥霧顆粒VMD與時(shí)間關(guān)系的折線圖（WT表示注射用水）；D為細(xì)胞凋亡（流式細(xì)胞術(shù)）

3.2 不同稀釋液、稀釋比例的IFNα2b 霧粒分布情況用生理鹽水稀釋IFNα2b注射液進(jìn)行霧化，藥霧顆粒的VMD平均值為（3.78±0.20）μm顯著小于用注射用水稀釋的藥物顆粒的VMD 平均值（4.69±0.43）μm（t=-26.02，P＜0.01）。在生理鹽水組，NS（1∶2）稀釋比例的藥霧顆粒的VMD 值最大，NS（1∶1）、NS（1∶1.5）和NS（1∶3）稀釋比例的藥物顆粒VMD平均值相對較小，分別為（3.61±0.05）μm、（3.67±0.07）μm 和（3.59±0.08）μm，與其他組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見圖2。

圖2 不同稀釋液和稀釋比例的IFNα2b注射液藥霧顆粒VMD值分布小提琴圖

同樣，用生理鹽水稀釋IFNα2b 注射液進(jìn)行霧化，0.5～5 μm 藥霧顆粒的體積累積百分含量［dQ3（0.5 μm，5 μm）］也顯著高于注射用水稀釋的藥液，NS（1∶1）、NS（1∶1.5）和NS（1∶3）稀釋比例的藥物顆粒dQ3（0.5 μm，5 μm）值較大，分別為（73.82±0.77）%、（72.72±0.80）%和（71.77±1.41）%，相較于其他稀釋比例的dQ3（0.5 μm，5 μm）數(shù)值顯著提高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見圖3。以上結(jié)果提示，人干擾素α2b 注射液應(yīng)用1.0～1.5 mL 生理鹽水稀釋，采用空氣壓縮霧化的藥霧顆粒VMD 較小，0.5～5.0 μm 藥霧顆粒的體積累積百分含量較高，藥物利用度高。

圖3 不同稀釋液和稀釋比例的IFNα2b霧粒粒徑分布橫向堆棧條形圖

3.3 不同企業(yè)IFNα2b 霧化粒度分布情況按照1.0 mL的IFNα2b注射液加1.5 mL生理鹽水稀釋，測定了我國3 家企業(yè)生產(chǎn)的IFNα2b 注射液的霧化粒徑分布情況。藥霧顆粒dQ3（0.5 μm，5 μm）數(shù)值分別為（75.66±0.23）% 、（70.02±0.34）% 和（61.04±0.33）%，數(shù)據(jù)顯示不同企業(yè)的霧化粒徑分布存在明顯差異（見圖4）。藥霧顆粒VMD 值分別（3.59±0.02）μm、（3.92±0.03）μm 和（4.57±0.02）μm，組間兩兩比較均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05），見圖5，結(jié)果提示，不同企業(yè)生產(chǎn)的IFNα2b注射液最佳霧化配置方法存在差異。

圖4 不同品牌IFNα2b注射液經(jīng)1∶1.5比例生理鹽水稀釋后霧化粒徑分布橫向堆棧條形圖

圖5 不同品牌IFNα2b注射液經(jīng)1∶1.5比例生理鹽水稀釋后霧化顆粒VMD比較的平行箱線圖

圖6 激光衍射法測量測定藥物粒徑分布的基本原理圖

3.4 估算IFNα2b藥霧顆粒在呼吸系統(tǒng)不同部位的沉降量從估算結(jié)果來看，300萬IU 的IFNα2b注射液經(jīng)“口含管”霧化吸入后，約有159.09 萬IU 的IFNα2b沉降分布于鼻咽部，約占霧化藥物總劑量的53.0%；13.35 萬IU 的IFNα2b 沉降分布于氣管支氣管區(qū)域，約占霧化藥物總劑量的4.5%；37.49萬IU的IFNα2b沉降分布于肺內(nèi)部，約占霧化藥物總劑量的12.5%。呼吸道各部位和肺部的藥物分布具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 300萬IU的IFNα2b在呼吸道各部位的分布量的估算/萬IU

4 討論

新冠肺炎疫情讓IFNα霧化吸入療法廣為人知，這得益于我國《新型冠狀肺炎診療方案》試行第1～8版均將霧化吸入IFNα 作為抗新冠病毒的聯(lián)合治療首選方案，當(dāng)然多篇研究性文獻(xiàn)［8-11］也表明霧化吸入IFNα2b 治療新型冠狀病毒肺炎具有良好的臨床療效。霧化療法由于會(huì)增加環(huán)境的氣溶膠濃度在新冠疫情期間頗受爭議［12］，因?yàn)榄h(huán)境氣溶膠會(huì)增加醫(yī)療工作者感染新冠的風(fēng)險(xiǎn)［13］，但也有人認(rèn)為新冠病毒感染者產(chǎn)生的生物氣溶膠是SARS-CoV-2 的主要傳播源，而治療性氣溶膠不會(huì)增加疾病傳播的風(fēng)險(xiǎn)［14］。為了減少霧化吸入療法產(chǎn)生的氣溶膠增加感染風(fēng)險(xiǎn)，一般要求操作的醫(yī)療工作者加強(qiáng)防護(hù)［12-13］或增加病毒過濾器［15］。無論是增加IFNα2b霧化吸入的臨床療效，還是預(yù)防病原體傳播的風(fēng)險(xiǎn)，測定IFNα2b 注射液藥霧粒度分布都是有益的，這有利于臨床上霧化吸入IFNα2b的實(shí)際操作。

IFNα2b 注射液霧化粒徑分布測定的基本原理是依據(jù)激光衍射原理，假定藥物霧粒為球形或近似球形。由于入射光照射至藥物顆粒后會(huì)發(fā)生衍射效應(yīng)，衍射光信號(hào)經(jīng)傅里葉透鏡匯聚后照射在探測器上。通常粒徑小的顆粒衍射角度（θ）大，粒徑大的顆粒衍射角度（θ）小，相同大小的許多顆粒，由于其衍射角是一樣的，那么衍射后光強(qiáng)最強(qiáng)部分在探測器上位置也是一樣的，探測器上得到的光斑是顆粒群中每一個(gè)直徑相同球形顆粒衍射光強(qiáng)信號(hào)的疊加，如果顆粒多（Vi）則相應(yīng)光斑光強(qiáng)度［I（r）］就高。實(shí)際測量的藥霧樣品是由很多不同大小顆粒的集合體組成的，根據(jù)在多元探測器上收集得到的光強(qiáng)分布，計(jì)算機(jī)推演得出顆粒的粒度大小和分布（PSD）［16-17］。

本研究結(jié)果表明，隨著霧化時(shí)間的推移，藥霧的VMD有稍許增大趨勢，但總體變化幅度不大。生理鹽水稀釋比注射用水稀釋的IFNα2b 注射液藥霧顆粒VMD 更小，0.5～5.0 μm 的藥霧顆粒體積累積百分含量也更高些。關(guān)于生理鹽水的稀釋比例，本研究結(jié)果表明，1 mL 藥液用1～1.5 mL 生理鹽水稀釋，藥霧粒徑更小，0.5～5.0 μm 的藥霧顆粒的體積累積百分含量更高。其結(jié)果提示霧化吸入IFNα2b 應(yīng)用生理鹽水稀釋，稀釋比例為1 mL 藥液加入1.0～1.5 mL 生理鹽水，這樣的操作方法可讓藥物利用度更高。由于不同企業(yè)生產(chǎn)的IFNα2b 注射液輔料差異較大，其最佳霧化液配置方法可能是不同的，而本研究推薦的最佳霧化液配置方法僅適用于安徽安科生物生產(chǎn)的IFNα2b 注射液。因?yàn)椴捎? mL 藥液加入1.5 mL 生理鹽水稀釋時(shí)，不同企業(yè)的藥霧顆粒平均直徑和粒徑分布的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），安科生物IFNα2b 注射液的霧化顆粒體積平均直徑為（3.59±0.02）μm，顯著小于其他兩個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的IFNα2b 注射液。臨床上需要注意不同企業(yè)生產(chǎn)的IFNα2b 注射液因輔料不同而導(dǎo)致的藥物利用率和可能的療效差異。

IFNα2b藥霧顆粒在呼吸道中被載氣輸送，它們主要通過慣性撞擊、布朗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散和重力沉降偏離流線［18］，從而沉降并分布在整個(gè)呼吸道和肺部。在這三種機(jī)制中，＜1 μm 細(xì)微顆粒沉積由布朗運(yùn)動(dòng)主導(dǎo)，1～8 μm 較大顆粒沉積由重力沉降主導(dǎo)，而＞5 μm 藥霧顆粒受到慣性撞擊更易沉降分布于口咽部和大氣管中［19］。Hofemeier 等［20］研究了0.005～5.0 μm粒徑范圍內(nèi)顆粒物在肺部的沉積呈U形曲線，即隨著顆粒物粒徑增加，沉積率先減小后增加，而在1 μm 左右的顆粒受布朗運(yùn)動(dòng)和重力影響均較弱，從而沉積率最低。我們利用了YEH 和SCHUM 提供的不同直徑大小顆粒經(jīng)口呼吸后在肺部沉降分布的系數(shù)，結(jié)合測定的IFNα2b注射液霧化粒徑分布的數(shù)據(jù)，推算出霧化吸入干擾素α2b在肺部的分布情況，其結(jié)果顯示，53.0%的IFNα2b 藥霧顆粒沉降分布于鼻咽部，12.5%的IFNα2b 沉降分布于肺部，4.5%的藥量沉降分布于各級(jí)氣管支氣管，余下的藥霧飄入空氣中。估算的數(shù)值是以藥液完全氣霧化和活性完全保留為前提的，臨床實(shí)踐中沒有氣霧化的殘留藥液約為12%，IFNα2b 活性也會(huì)丟失約4%［21］，真實(shí)的藥物遞送數(shù)值可能為估算數(shù)值的84.5%左右，這些數(shù)據(jù)對臨床治療可能具有一定的參考意義。