抗生素的生物效價測定法(管碟法)

抗生素的生物效價測定法(管碟法)抗生素的生物效價測定法(管碟法)抗生素的生物效價測定法(管碟法)抗生素的生物效價測定法(管碟法)編制僅供參考審核批準生效日期地址：電話：傳真:郵編:抗生素的生物效價測定法測定抗生素效價的方法比較多，一般可以分為物理學方法、化學方法、生物學方法、和兩種方法配合等四大類，可根據(jù)具體情況選擇使用。生物學方法以抗生素的殺菌力作為衡量效價的標準，其原理恰好和臨床應用于的要求一致這是它的優(yōu)點；又其靈敏度較高，需用檢品的量較小，也是其它方法所不及的?？股氐纳镄r測定法，常用的有稀釋法、比濁法和擴散法（或稱滲透法）。稀釋法這一方法是用培養(yǎng)基將檢品抗生素稀釋到各種濃度，并依次分裝到一系列的容器內(nèi)，再加入等量“試驗菌種”菌種菌液，并放在37℃保溫箱內(nèi)培養(yǎng)一定時間，觀察何種稀釋度適能抑制細菌的生長，該稀釋度即為測定終點（或以細菌生長所引起的PH改變及溶血現(xiàn)象等生化反應作為測定終點），再與同樣處理的標準抗生素的終點作比較，即可求得檢品的效價。這種方法可以使用液體培養(yǎng)基，也可以使用固體培養(yǎng)基。所用的材料及培養(yǎng)基都必須嚴格無菌，并要注意無菌操作。由于測定終點是以有無細菌生長來判斷的，因此所得結果公是一個范圍。比濁法原理及操作大致與稀釋法相同。比濁法也是將不同量的檢品及標準品分別加入培養(yǎng)基中，觀察其對“試驗菌種”的效應——即細菌生長所引起的混濁。這一方法和稀釋法的區(qū)別有二：a.比濁法的稀釋間隔的密度比較近，準確度高一些；b.比濁法不以細菌有無生長的區(qū)分為終點，而是將標準品濃度和細菌生長所引起的混濁度求得一定的比例，再由檢品的細菌生長混濁度推算檢品的效價。這一方法易受雜質(zhì)的影響，并且不適用于有色或混濁的檢品。擴散法使用固體培養(yǎng)基，在培養(yǎng)基凝固以前將“試驗菌種”混合進去，在這樣備妥的培養(yǎng)表面，可以用種種設計使檢品液或含有抗生素的物質(zhì)與有菌種的培養(yǎng)基接觸。經(jīng)過培育后，由于抗生素向培養(yǎng)基中擴散，凡抑菌濃度所能達到之下細菌不能生長因而形成透明的抑菌范圍，此種范圍一般都呈圓形，稱為“抑菌圈”。擴散法有幾種，或中一種叫管碟擴散法（筒稱管碟法）為國際上常用的方法，在我國也作為法定的抗生素檢定法。下面我們將詳細地討論管碟法的原理和實驗方法。管碟法測定的設計原理及計算方法管碟法所用的管子系用瓷、鋁或玻璃制成，較好的用不銹鋼制成，它是內(nèi)徑為6+0.1毫米、外徑為8+0.1毫米、高10+0.1毫米的圓筒形管子，管子的重量盡可能相等。攤布固體培養(yǎng)基的容器可用雙碟，亦可用平底下班盤。管子放在混有菌種的固體培養(yǎng)基上時，可用人工放置，也可用特定的管子放置器放置。操作步驟，一般是將固體培養(yǎng)基放在水浴上融化，倒在雙碟上，待其凝固，然后在上面再倒一層混有菌種融化培養(yǎng)基。待菌層培養(yǎng)基凝固后，在表面上放置管子，向管子中加滿抗生素的稀釋液，在37℃培養(yǎng)16~18小時，然后量取抑菌圈并進行計算。抑菌圈的形式小管中的抗生素向培養(yǎng)基中擴散（呈球面擴散），在此同時試驗菌也開始生長?？股貪舛雀哂谝志鷿舛戎幵囼灳婚L，因此出現(xiàn)抑菌圈，其圈之邊緣處恰好為抗生素的最低抑菌濃度。抑菌圈的半徑（r）與下列因素有關：(1)抗生素在管中的量（M）；（2）抗生素的擴散系數(shù)（D）；（3）細菌生長達到肉眼可見的時間（T）；（4）培養(yǎng)基的厚度（H）。其中的定量關系可用分子擴散定律來推導，得到如下所示的公式：logM=(1/9.21DT)r2+log(C·ЛTH)（11-1）式中D——擴散系數(shù)，毫米2/小時；T——抗生素擴散時間（接近細菌生長到肉眼可見的時間），小時；M——在管中抗生素總量，單位；r——管中心到抑菌圈邊緣的距離，毫米；L——管的高度，毫米；H——培養(yǎng)基的厚度，毫米；C——最低抑菌濃度，單位/毫米。由于此公式相當于直線方程式（y=ax+b），（logM相當于y,1/9.21DT相當于斜率a,log(C·4πDTH)相當于截矩b），因此設logM為縱標，r2為橫坐標時可得截矩為log(C·4πDTH),斜率為1/9.21DT的直線。測定設計原理與計算公式由公式可知logM與r2成直線關系，即抗生素總量的對數(shù)值與抑菌圈半徑的平方值成直線關系，因此抗生素的量可從抑菌圈大小來推算。這就是說，抗生素總量的多少受最低抑菌濃度(C)、培養(yǎng)基厚度(H)、擴散系數(shù)(D)、和細菌生長時間(T)的影響，例如培養(yǎng)基厚度減少到H/2時則抑菌圈增大，可計算如下：培養(yǎng)基厚度為H時logM=(1/9.21DT)r2+log(C·4πDTH)培養(yǎng)基厚度為H/2時logM=(1/9.21DT)r2+log(C·4πDTH/2)兩式相減，化簡可得：r12=9.21DT·log2+r2由于(9.21πDT)為斜率的倒數(shù)、r2為原抑菌圈半徑的平方值，均為已知，則增大的圈（r1）即可算出。同理，若知細菌最低抑菌一半時，則抑菌圈的半徑（r2）也將增大：r22=(9.21DT)log2+r2從上可知，抗生素總量的對數(shù)值與抑菌圈的平方成直線關系，因此可作定量測定。但由于抑菌圈的大小還受C、H、D、T的影響，所以應消除這些影響才能準確測定。要消除這些影響，可用標準品同時對照測定（即所謂相對效價設計法），計算方法如下。設：標準品的高單位抑菌圈為SH標準品的低單位抑菌圈為SL樣品高單位的抑菌圈為UH樣品低單位的抑菌圈為UL則小管聽標準品總量（M）與樣品總量（M’）分別為：因log(C·4πDTH)為截距，在同一雙碟上其數(shù)值是相等的，因此兩者相減，它就被消去了。因（1/9.21DT）為直線的斜率，所以樣品與標準品的效價比即等于斜率乘樣品的抑菌圈的平方值與標準品抑菌圈平方值之差數(shù)。此即管碟法的標準曲線法的基礎，如要消除斜率（1/9.21DT）的影響，可用二劑量法，即標準品用二劑量（SH及SL）,樣品也用二劑量（UH及UL）代入公式并計算之，即可消除斜率的影響。計算方法如下：在這個分式中無斜率因素，即在樣品與標推品對比測定時斜率可被消除。此即為管碟法的二劑量法的計算公式（應用詳見二劑量法）。由于(UH)2、(SH)2、(UT)2、(ST)2計算太麻煩，經(jīng)實驗證明也可近似地用（UH）、（SH）、（UT）、（ST）來代替。圖解法計算原理及作計算圖的方法管碟測定時常用圖解法來計算結果。用圖解法計算結果就是把公式用圖來表示，其原理如下：即當V=ob、W=ab及l(fā)ogK=cd時，則（即od線段表示效對數(shù)值）.在方格紙上在W坐標上取logK×100值（例如logK為log2時，其值為0.301×100），平行于V坐標劃一平行線。然后在此線段上取0.0043×100介于，此點b值即為效價101%值。因log(101%)為0.0043，為了便于劃線，故乘100。同理C點為效價102%值，d點為99%值，依此類推。為了便于觀察，也可延長ob或oc或od線段把效價值表示在圖的上方。如此可作成一放射圖形。當logK=log4時，同理可在W坐標上取log4×100值，然后平行于V劃平行線，取0.0043×100點，即為效價101%值，取0.0086×100點，即為102%，依此類推，也同樣可能表示在圖表的上方，成放射圖形（圖11-3）.當K=4時，二劑量效價計算放射圖見(11-4).管碟法的實驗設計方法根據(jù)上述原理，可知效價的對數(shù)值與抑菌圈關徑的平方值（抑菌圈直徑）成直線關系，其直級方程式為logy=ax+b.當與標準品對照測定時，b可消除成為logθ=a(x-x’),也即效價的對數(shù)值等于斜率乘樣品與標準品的抑菌圈差數(shù)，可以此作為標準曲線法測定效價。當樣品與標準品各用二劑量對比測定時，則斜率因數(shù)也可以消除，成為logθ=V/W×logK而求得效價比值（θ）?，F(xiàn)將此兩種方法分述于下。標準曲線法材料雙碟直徑為90毫米；不銹鋼小管外徑為8+0、1毫米，內(nèi)徑為6+0、1毫米，高為10+0.1毫米。鋼管重量差異不得相差+0.05克。培養(yǎng)基各種抗生素測定效價所用的培養(yǎng)基不完全相同，《中國藥典》中均有規(guī)定。菌種各種抗生素測定效價所用的菌種也不完全相同，《中國藥典》中均有規(guī)定。標準品由藥品生物制品檢定所統(tǒng)一分發(fā)。每一種抗生素標準品的單位也由該所規(guī)定一般都以容易精制達到高純度的衍生物作為標準品。例如青霉素以青霉素G鈉鹽作為標準品；鏈霉素以鏈霉素鹽酸鹽的氯化鈣復鹽作為標準品；卡那霉素以含一分子結晶水的一硫酸卡那霉素作為標準品等。當然如抗生素本身能達到較高純度，就即可以作為標準品，如制霉菌素等。方法在雙碟上量入加熱融化的底層培養(yǎng)基21毫升，并在碟底平均攤布，放置使其凝固，即為底層。另取上層培養(yǎng)基加熱融化后，冷到50℃加入適量菌液，搖勻后，于每碟中各加4毫升，使在底層上平均攤布，即為菌層。冷卻后，適當安置小管六枚，用陶瓦蓋覆蓋備用。標準曲線的制法用緩沖液（各種抗生素所用緩沖液不完全相同）將標準品稀釋為多種濃度，在備妥之雙碟上各放適度間隔六枚小管，三枚裝中心點濃度之標準液，另三枚空間管，使裝液管與空間管互相間隔，以三碟為一組，在三個雙碟的九個空間管中各裝入一種濃度的標準液，其它濃度的標準液也如此裝入。培養(yǎng)后量取抑菌圈之直徑，求取每組三碟的中心點濃度的抑菌圈直徑平均值、各組抑菌圈直徑的平均值和所有中心點濃度的抑菌圈直徑的平均值。依下法求得各種濃度之坐標，試以某一濃度的坐標為例：設中心點濃度的所有直徑平均值為20毫米，而某一組碟中心點濃度的九個抑菌圈直徑平均為19.8毫米，則20-19.8=0.2，即為“更正數(shù)”；若某一濃度之九個直徑平均為19.0毫米，則19.0+0.2=19.2毫米作為某一濃度之坐標值。依同法求得各種濃度之數(shù)值后，取雙周半對數(shù)圖紙，以濃度為縱坐標，將各點貫串即成標準曲線，在應用時取直線范圍內(nèi)的各點。樣品效價的求法先估計效價。按估計效價用緩沖液稀釋到與標準液的中心點相同的濃度。在備妥已放六枚小管之雙碟上裝滿其中三管，另三管裝滿中心點濃度的標準液，令樣品與標準液互相間隔。共用三碟。裝妥后全部放入培養(yǎng)，然后量取抑菌圈直徑，求9個標準液抑菌圈直徑的平均值及9個樣品液抑菌圈的平均值。同樣找出“更正數(shù)”，將樣品抑菌圈直徑的平均值進行校正，即自標準曲線讀取樣品的單位。為了精確起見，也可用公式計算。設樣品的直線關系為logy’=ax’+b;標準品的直線關系為logy=ax+b,則兩式相減即得：log(y’/y)=a(x’-x)即log效價=（斜率）×（樣品抑菌圈直徑－標準品抑菌圈直徑）在上式中，只要斜率已知，則log效價即可求出。斜率可從標準曲線上直接用量角儀量出直線的傾角，其正切即為斜率。二劑量法（即四點法）材料培養(yǎng)基、菌種、標準品及雙碟制備同標準曲線法。方法取備妥的雙碟四點，各于碟底用蠟筆作SH、SL、UH及UL四個標志。將標準液稀釋為每毫升含某一濃度（此濃度應取在標準曲線的直線范圍內(nèi)），及為濃度1/3或1/4的濃度（均應取在標準曲線的直線范圍內(nèi)）。于碟內(nèi)SH管量入高單位標準液，于碟內(nèi)SL管量入低單位標準液。在UH管內(nèi)量入高單位的樣品液，在UL管內(nèi)量入低單位的樣品液。經(jīng)培養(yǎng)后量取抑菌圈直徑。樣品效價的計算，可用前述的放線圖或用前述的式（26-14）求得θ值，然后按下式計算即得。樣品效價=θ×估計效價管碟法精確測定抗生素效價的基本條件抗生素效價測定的及方法已見上述。如要精確測定抗生素的效價，必須具備下列幾項條件。抑菌圈要圓而邊緣清晰；抗生素抑菌圈直徑的直線關系范圍應寬；標準品所作的直線應互相平行；直線的斜率應?。╨og效價坐標，抑菌圈直徑為橫坐標時），直線的截距應小達到上述幾點要求，就能精確測定抗生素的效價，這也是建立一個良好的測定方法必須具備的基本條件。怎樣才能達到這些基本要求呢？現(xiàn)逐點討論于下。（一）抑菌圈圓與清晰的條件抑菌圈常有破裂現(xiàn)象，有時甚至無圈，或有圈而不圓，或呈饅頭形、雞蛋形等，其原因有幾種：1.在加小管時抗生素濺出，或小管底不平漏出，或工作服上有抗生素粉末飛入，以及雙碟未洗去殘余的抗生素、或小管污染抗生素時，均會發(fā)生圈破裂及奇形怪狀的現(xiàn)象；抗生素測定時抗生素是最主要的東西，查也是最應防止污染的東西，務必建立“無抗生素操作”的觀念，當培養(yǎng)基污染抗生素時，甚至可能全部無抑菌圈現(xiàn)象；2.菌種太老，或污染雜菌，或在倒上層培養(yǎng)基時溫度太高，或溫度正常而放置時間太久等等，也均可使抑菌圈破裂或有的好有的壞，甚至有完全無圈等現(xiàn)象產(chǎn)生；特別是以霉菌及細菌作試驗菌時，很容易因上層培養(yǎng)基溫度過高而燙死，以致造成抑菌圈破裂或無圈現(xiàn)象；3.當雙碟上的小管彼此間隔太小而抑菌圈較大時，則圈與圈之間彼此影響，形成饅頭形抑菌圈，如圖11-5所示，由于在a處有低于抑菌濃度之抗生素，當二個抑菌圈太近時，則低于抑菌濃度的抗生素濃度加大，使該處之圈放大而呈為饅頭形；有時二個抑菌圈并不太近，也會發(fā)生這種現(xiàn)象，例如四環(huán)類抗生素，當PH過低或過高時，圈外的抗生素較多，因此彼此影響較大，也呈饅頭形；4.當抗生素中含鹽濃度太高或PH太低時，有的抗生素如新霉素A、鏈霉素等就無抑菌圈，或抑菌圈呈雞蛋形，如圖11-6中a處的鹽較濃或PH較低，故呈雞蛋形；5.有時因雙碟接近溫箱底部溫度較高，細菌生長較快，也會使溫度較高處的抑菌圈變小而不圓；6.有時因培養(yǎng)基厚薄不勻，也會影響抑菌圈不呈圓形。抑菌圈的邊緣應清晰，不然會影響結果。但有時抑菌圈不清晰，原因很多，概括起來可以認為是抑菌圈形成時的動力學現(xiàn)象不均一引起的。例如當菌種中有二種最低抑菌濃度不同的菌種時，則形成了雙圈。較耐藥的菌種抑菌圈較小，敏感的菌種抑菌圈較大，并使抑菌圈邊緣形成不清晰的鋸齒形，其范圍的大小可由前述的動力學公式推算求得。設一種菌株的最低抑菌濃度為C，另一種菌株的最低抑菌濃度為C’，，則代入動力學公式中成為：r2/9.21DT=logM-logM(C·4πDTH)(11-15)r2/9.21DT=logM-logM(C’·4πDTH)(11-16）由此即能求出二種菌所形成的抑菌圈不清晰地帶的寬度為9．21DT(logc'-logc)。此式中9.21DT為斜率的倒數(shù)，為已知數(shù)。又如培養(yǎng)基中含有雜質(zhì)，會影響擴散，其擴散系數(shù)不只一個而是二個或二個以上，則同理可計算出抑菌圈不清晰地帶為9．21DT(logD’—logD)。又如抗生素有二種組分，含量較多的組分具有抑菌作用(無殺菌作用)，含量少的具有殺菌作用，則能形成二圈，外圈模糊，呈模糊邊緣。這種模糊邊緣的寬度也可以同理算出為9.21DT(logM—logM')?？股匾志吘壊磺逦c抗生素種類有關。有的抗生素如竹桃霉素，對不少試驗菌主要為抑菌作用(不是殺菌作用)，其抑菌圈邊緣因殺菌作用弱抑菌作用強而不清晰，也即最低抑菌濃度(C)不均一，其中以抑菌作用為主，殺菌作用為次，同理可以動力學公式計算其不清晰邊緣的寬度。由抑菌圈邊緣不清晰的原因，即可找出使抑菌圈清晰的辦法。為了避免有二種最低抑菌濃度的菌種，則可用分離單菌落的方法純化菌種，使其成為只有一種最低抑菌濃度的菌種。為了避免培養(yǎng)基不均一，特別是瓊脂的不均一，則應把瓊脂適當純化(如多洗幾次，或換批號或換產(chǎn)地)。為了避免抗生素的抑菌作用大于殺菌作用，則可更換試驗菌，因為某一抗生素對某一試驗菌有較高的殺菌作用。例如竹桃霉素對臘狀芽孢桿菌或蕈狀桿菌有較高的殺菌作用，抑菌圈就非常清晰?？股氐臍⒕饔门c抑菌作用也可因培養(yǎng)基的成分不同而異，例如氯霉素，當培養(yǎng)基中含有維生素B族時，則殺菌作用較強，抑菌圈就較清晰?？傊?，抑菌圈不清晰的問題可通過純化菌種、改進培養(yǎng)基、更換菌種、改變稀釋抗生素用的緩沖液pH及濃度來解決。(二)抗生素濃度與抑菌圈的直線關系抗生素濃度的對數(shù)值與抑菌圈半徑的平方值之間的關系是直線關系。如果為了計算方便起見以抑菌圈直徑來計算，這樣直線關系的范圍就較窄，但不妨礙一般成品的測定。若樣品的效價很難估計，則仍以抑菌圈半徑的平方值來計算較為合適，因這樣做直線范圍較寬。直線范圍有時較窄，其原因是抗生素受到破壞或者被菌種或培養(yǎng)基所吸附，應考慮去除這種影響因素，使直線范圍增長。(三)標準品與樣品所作的直線平行問題標準品與樣品所作的直線應互相平行，計算公式是在假定兩者平行而斜率相等的前提下推算出來的，若斜率不相等就不能這樣計算。所以實驗得出的直線應互相平行才能得到精確的數(shù)據(jù)。直線不平行除操作誤差外，主要是標準品的"質(zhì)"不相同而造成的。若標準品中有生物活性的物質(zhì)或影響生物活性的物質(zhì)與樣品中所含者不同時，直線就不平行。若用來稀釋標準品的緩沖液(如pH、濃度)與樣品不同時，直線也不平行。所以要直線平行，就要考慮這些因素，并盡可能品質(zhì)一致、條件一致。若樣品中含有維生素C，則在標準晶中也應加入等量的維生素C。若樣品(如四環(huán)素等)稀釋液放置過程中能轉(zhuǎn)化成差向異構體(只有原抗生素5％活性)，則標準品稀釋液的放置時間也應相同，如此等等。(四)直線的斜率與截距問題標準直線的斜率當log效價為縱座標、抑菌圈直徑為橫座標時，斜率愈小愈好。因為斜率愈小，則效價差別很小時抑菌圈大小的差別卻很大，這樣測定結果就較為精確。斜率減小的條件可從動力學公式中斜率為1/9.21DT來推論；若擴散快，即擴散系數(shù)D值大，則斜率小，若細菌生長時間T值大，則斜率小。即斜率大小主要是D、T這二個因素決定的，加大D值或增長T值，斜率就可減小。D值與抗生素的分子大小，及培養(yǎng)基或菌種是否吸附抗生素有關?？股胤肿拥拇笮〔荒芨淖?，只有在吸附上多加考慮。吸附與培養(yǎng)基及稀釋用的緩沖液的pH及鹽濃度很有關系。改變緩沖液的pH及鹽濃度，?？山鉀Q擴散太慢的問題。如加吐溫80等擴散劑，則可使有些多肽類抗生素的擴散速度增快。有的菌種生長慢，有的菌種(如臘狀芽孢桿菌)生長雖快，但當培養(yǎng)基的pH調(diào)到4.5時也生長緩慢，直線斜率就小。增加T值的方法較易，培養(yǎng)基的營養(yǎng)差、培養(yǎng)溫度低等，均可使T值增加。但T值太大，得出結果太慢，抑菌圈的清晰度也受到影響?？焖俜〞r間很短，但斜率很大，精密度較差，這一對矛盾要正確處理解決。直線的截距應小，因為同樣濃度的抗生素其截距小的所顯示的抑菌圈大。截距的大小決定于動力學公式中l(wèi)og(C·4πDTH)的數(shù)值。如培養(yǎng)基厚度減小一半時，截距就減小，抑菌圈就增大，計算方法見式(26—3)。即培養(yǎng)基厚度減小一半時，增大的抑菌圈半徑的平方值為原抑菌圈半徑的平方值加上斜率的倒數(shù)乘log2的值。截距小，抑菌圈增大，利用這一原理設計的薄層法，可測定微量的抗生物質(zhì)。如樹葉中微量鏈霉素的測定，血液中微量抗生素的測定等。由于微量抗生素顯示很大的抑菌圈，樣品可高度稀釋，這樣，雜質(zhì)的影響就大大減小。若該雜質(zhì)在高度稀釋后仍有抗菌性能，則此雜質(zhì)也為抗生物質(zhì)。四、管碟法實驗操作時應注意的事項影響抗生素管碟測定的因素很多，例如影響菌生長時間(T)的因素有營養(yǎng)、pH、菌液數(shù)量、菌種性質(zhì)等，影響擴散系數(shù)(D)的因素有瓊脂品種及純度、培養(yǎng)基成分、無機鹽的量、細菌吸附情況、pH；溫度及菌量，以及菌層的厚薄和菌層中含糖量(糖在培養(yǎng)時會產(chǎn)酸)、抗生素分子的大小等，影響最低抑菌濃度(C)的有菌的濃度、營養(yǎng)、溫度，pH、菌種種類及類型(如粗糙型；光滑型)、菌種性能(如耐藥株、敏感株)以及菌齡；影響培養(yǎng)基厚度的有雙碟不平，桌子不平、小管深淺，培養(yǎng)基倒得不均勻，影