疟疾患者直肠内注射青蒿琥酯后青蒿琥酯和双氢青蒿素的群体药代动力学
PLOS Med.
Pub Date : 2006-11-01
DOI : 10.1371/journal.pmed.0030444
Julie A Simpson , Tsiri Agbenyega , Karen I Barnes , Gianni Di Perri , Peter Folb , Melba Gomes , Sanjeev Krishna , Srivicha Krudsood , Sornchai Looareesuwan , Sharif Mansor , Helen McIlleron , Raymond Miller , Malcolm Molyneux , James Mwenechanya , Visweswaran Navaratnam , Francois Nosten , Piero Olliaro , Lorrin Pang , Isabela Ribeiro , Madalitso Tembo , Michele van Vugt , Steve Ward , Kris Weerasuriya , Kyaw Win , Nicholas J White
背景技术 直肠内青蒿琥酯已被开发作为一种潜在的挽救生命的治疗方法，用于在不可能使用胃肠外抗疟药物的农村环境中治疗严重的疟疾。我们研究了直肠内青蒿琥酯的群体药代动力学以及与中重度恶性疟患者的寄生虫学反应的关系。方法和发现 非洲和东南亚患有中重度疟疾的成人和儿童被招募到两项 II 期研究（东南亚 12 名成人和非洲 11 名儿童）和三项 III 期研究（东南亚 44 名儿童） , 以及来自非洲的 86 名儿童和 26 名成人) 的稀疏抽样。所有患者均接受 10 mg/kg 青蒿琥酯作为单次直肠内剂量的栓剂。在给药后 24 小时内采集静脉血样。血浆青蒿琥酯和双氢青蒿素（DHA，主要的生物活性代谢物）浓度通过具有电化学检测的高效液相色谱法测量。DHA 的药代动力学特性是使用非线性混合效应模型确定的。青蒿琥酯在体内迅速水解为 DHA，这有助于抗疟活性的大部分。对于 DHA，假设从青蒿琥酯完全转化和一级外观和消除动力学的单室模型最适合数据。表观清除率 (CL/F) 的平均群体估计值为 2.64 (l/kg/h)，个体间差异为 66%。表观分布容积 (V/F) 为 2.75 (l/kg)，个体间变异性为 96%。估计的 DHA 群体平均消除半衰期为 43 分钟。男性与女性相比，性别与平均 CL/F 增加 1.14（95% CI：0.36-1.92）（l/kg/h）相关，体重与 V/F 呈正相关。与其他患者相比，需要早期抢救治疗的患者观察到更大的 V/F，与任何混杂因素无关。未观察到寄生虫学反应与 V/F、CL/F 和 AUC0-6h 的后验个体估计值之间存在关联。结论 DHA 的药代动力学特性仅受性别和体重的影响。DHA 浓度曲线下面积最低的患者的寄生虫清除速度并不慢，这表明大多数中重度疟疾患者的直肠青蒿琥酯吸收良好。然而。。。查看原文
背景
直肠内注射青蒿琥酯已被开发为一种潜在的挽救生命的治疗方法，用于治疗农村地区无法进行肠外抗疟药物治疗的重症疟疾。我们研究了直肠内注射青蒿琥酯的群体药代动力学及其与中度重症恶性疟疾患者寄生虫学反应的关系。
方法与结果
两项II期临床试验（12名东南亚成人和11名非洲儿童）采用密集采样方案，招募了非洲和东南亚患有中度至重度疟疾的成人和儿童；三项III期临床试验（44名东南亚儿童、86名非洲儿童和26名成人）采用稀疏采样方案，招募了非洲和东南亚患有中度至重度疟疾的成人和儿童。所有患者均接受单次直肠内栓剂给药，剂量为10 mg/kg青蒿琥酯。给药后24小时内采集静脉血样本。采用高效液相色谱-电化学检测法测定血浆中青蒿琥酯和双氢青蒿素（DHA，主要生物活性代谢物）的浓度。采用非线性混合效应模型确定DHA的药代动力学特性。青蒿琥酯在体内迅速水解为DHA，DHA是其抗疟活性的主要来源。对于DHA，假设其完全由青蒿琥酯转化而来，且符合一级出现和消除动力学的单室模型能最好地拟合数据。表观清除率（CL/F）的群体平均值估计值为2.64 (L/kg/h)，个体间变异率为66%。表观分布容积（V/F）为2.75 (L/kg)，个体间变异率为96%。DHA的群体平均消除半衰期估计值为43分钟。男性与女性相比，平均CL/F值增加1.14 (L/kg/h)（95% CI：0.36–1.92），体重与V/F值呈正相关。与其余患者相比，需要早期抢救治疗的患者的V/F值更大，且不受任何混杂因素的影响。未观察到寄生虫学反应与 V/F、CL/F 和 AUC 0-6h的后验个体估计值之间的关联。
结论
DHA的药代动力学特性仅受性别和体重的影响。DHA浓度曲线下面积最低的患者并未出现寄生虫清除速度减慢的情况，这表明直肠给药的青蒿琥酯在大多数中度疟疾患者中吸收良好。然而，由于DHA浓度存在较大的个体间和个体内的差异，因此需要进行一些建模假设。
数据
引用： Simpson JA, Agbenyega T, Barnes KI, Perri GD, Folb P, Gomes M 等 (2006) 疟疾患者直肠内给药青蒿琥酯后青蒿琥酯和双氢青蒿素的群体药代动力学。PLoS Med 3(11): e444。https://doi.org/10.1371/journal.pmed.0030444
学术编辑：肯·伊莱特，澳大利亚西澳大利亚大学
收稿日期： 2005年12月22日；接受日期： 2006年9月11日；出版日期： 2006年11月28日
版权所有： © 2006 Simpson 等人。这是一篇开放获取文章，根据知识共享署名许可协议的条款分发，允许在任何媒介中无限制地使用、分发和复制，前提是注明原作者和来源。
资金来源： M. Molyneux、M. van Vugt、F. Nosten 和 N. White 获得惠康基金会的资助。资助方未参与研究设计、数据收集和分析、论文发表决定或论文撰写。
利益冲突声明： M. Gomes就职于世界卫生组织（本研究的赞助方），并参与了决定是否提交稿件发表。K. Weerasuriya在研究期间曾为世界卫生组织兼职，目前已全职受雇于该组织。
缩写： ARS，青蒿琥酯；AUC，血浆浓度-时间曲线下面积；CL/F，表观清除率；DHA，双氢青蒿素；F，药物吸收分数；PCV，红细胞压积；V/F，分布容积
编者摘要
背景。
全球超过40%的人口面临疟疾的威胁。疟疾是一种热带寄生虫病，由受感染的蚊子在人与人之间传播。疟原虫会引起类似流感的症状，包括畏寒、发烧、头痛，有时还会出现恶心和呕吐。如果不及时治疗，疟疾患者会迅速出现贫血——疟原虫会破坏红细胞——或者出现损害大脑和其他器官的并发症。重症疟疾可能致命，必须迅速治疗。令人担忧的是，疟原虫已经对大多数用于治疗或预防疟疾的药物产生了耐药性。近年来，青蒿素衍生物已被证明是一种有效的新型治疗方法。青蒿素衍生物是高效速效的抗疟药物——青蒿是青蒿素的植物来源，也是中国古代治疗疟疾的常用药材。青蒿琥酯是青蒿素的一种水溶性衍生物，可以片剂或注射剂给药。然而，重症疟疾患者往往无法口服药物，而且在发展中国家的农村地区，注射青蒿琥酯通常也不切实际。因此，人们开发了直肠用青蒿琥酯栓剂，作为这些地区重症疟疾的一线治疗方案。这种简便的给药方法可以为患者争取宝贵的时间，以便将其转送至医院接受进一步治疗。
这项研究的目的是什么？
治疗重症疟疾时，确保每位患者都能快速有效地将抗疟药物吸收入血至关重要。即使只有一小部分患者药物吸收不良，也可能导致多人死亡。药物在体内的代谢过程被称为药代动力学。尽管一些药代动力学研究已经探讨了人体如何代谢直肠栓剂形式的青蒿琥酯，但对于这种给药途径的青蒿琥酯的群体药代动力学知之甚少。也就是说，影响直肠内青蒿琥酯代谢的患者特征尚不清楚，也不清楚是否存在一小部分人群无法吸收这种给药途径的药物。在本研究中，研究人员建立并测试了一个针对中度至重度疟疾患儿和成人的直肠给药青蒿琥酯的群体药代动力学模型。
研究人员做了什么，发现了什么？
研究人员在非洲和东南亚近200名中度疟疾患者接受直肠青蒿琥酯栓剂治疗后的24小时内，连续采集了他们的血液样本。他们测量了这些样本中青蒿琥酯和双氢青蒿素（DHA；人体会迅速将青蒿琥酯转化为DHA，后者可杀死疟原虫）的浓度，并利用这些数据构建了一个药代动力学模型，用于描述人体如何代谢这些药物。例如，他们计算出，平均而言，吸收的药物中有一半会在43分钟内被清除。为了探究患者特征是否会影响直肠内青蒿琥酯的药代动力学，研究人员利用该模型估算了研究患者体内DHA的清除率以及DHA在体内的分布能力（即所谓的表观分布容积）。分析结果表明，只有性别和体重会影响DHA的药代动力学。最后，研究人员发现，寄生虫从患者体内清除的程度与这些药代动力学参数无关，尽管早期需要补救治疗与DHA分布容积较大有关。重要的是，寄生虫学反应不受治疗后前六小时内血液中DHA累积吸收量的估计值的影响。
这些发现意味着什么？
本研究的数据表明，不同患者对青蒿琥酯的吸收和体内分布存在显著差异。尽管如此，几乎所有患者都能迅速达到青蒿琥酯对疟原虫的最大疗效。研究人员提醒，必须谨慎解读这些药代动力学发现，因为他们的模型包含诸多假设，例如，为了考虑患者体内和患者间DHA浓度的差异。尽管如此，这些发现为哪些患者特征可能导致早期治疗失败提供了重要线索，并表明大多数患者经直肠途径对青蒿琥酯的吸收良好，因此青蒿琥酯栓剂有望成为中度至重度疟疾的一线治疗方案。
介绍
青蒿素及其衍生物是最重要的抗疟药物类别。它们与金鸡纳生物碱一起，是口服治疗不可行时治疗重症疟疾的唯一药物。近期证据表明，注射用青蒿琥酯（ARS）是成人重症疟疾住院患者的首选治疗方案[ 1 ]。尽管在具备诊断和治疗中重症疟疾的条件时，注射给药途径是首选，但在大多数病例发生的热带农村地区，这些条件通常匮乏。在这种情况下，直肠给药途径被认为是注射治疗的替代方案[ 2-6 ]。基于这些观察，世界卫生组织热带病研究和培训特别规划署（WHO-TDR）于1996年实施了一项发展计划，旨在明确直肠内青蒿素栓剂（ARS）的药代动力学、安全性和有效性，并注册一种合适的制剂，用于在无法口服治疗但又缺乏肠外治疗设施的情况下进行疟疾的初始治疗。支持该策略的原因有：（1）大多数疟疾首发的农村热带地区缺乏肠外治疗设施；（2）患病患者可能需要数小时甚至数天才能到达能够进行充分诊断检测和有效肠外治疗的医疗机构；（3）青蒿素栓剂是目前最安全、起效最快的抗疟药[ 7 , 8 ]；（4）已有临床经验证明直肠内青蒿素栓剂的有效性和安全性。
直肠内注射抗疟药的疗效和安全性已在非洲和东南亚的疟疾患者中进行了研究。已开展了多项常规药代动力学分析和一些群体药代动力学研究[ 9-12 ] 。本文旨在对在中重度疟疾儿童和成人中开展的II期和III期研究进行全面的群体药代动力学分析。此外，本文还评估了药代动力学参数与重要的临床和寄生虫学变量之间的关系。
方法
药代动力学数据来自两项 II 期研究和三项 III 期研究的前瞻性收集。其中一项研究已在常规药代动力学分析后发表[ 10 ]。每项研究均获得相关当地伦理委员会的批准，并全部获得世界卫生组织涉及人类受试者研究秘书处委员会（SCRIHS，现更名为世卫组织伦理审查委员会 (ERC)）的批准。所有患者或其监护人/亲属均签署了书面知情同意书。研究中心、患者年龄组和药物检测的血液样本采集时间表详见表1。
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表1。
研究地点和采样时间
https://doi.org/10.1371/journal.pmed.0030444.t001
患者
纳入标准。
加纳、马拉维、南非和曼谷的患者患有中度至重度恶性疟疾[ 13 ]（无性寄生虫总密度范围为0.1%–27%），无法耐受口服药物，但未表现出重症疟疾的临床症状或实验室特征（定义见下文）。泰国湄索的患者仅在寄生虫密度≥4%时才被纳入研究[ 14 ]。曼谷的患者仅在寄生虫密度超过100,000/μl时才被纳入研究。
排除标准。
患有重症疟疾（脑型疟疾、低血糖、高乳酸血症、重度贫血）、反复惊厥、急性腹泻、直肠疾病、接受过直肠手术、就诊前24小时内接受过有效抗疟药物治疗、妊娠或哺乳期、寄生虫血症>20%或已知对治疗药物过敏的患者均被排除在本研究之外。为便于排除，不同国家对脑型疟疾的定义有所不同（马拉维、加纳、南非：布兰太尔昏迷评分<3；湄索：布兰太尔昏迷评分<5）。南非和湄索的重度贫血临界值为血细胞比容15%；马拉维、曼谷和加纳的临界值为18%。高乳酸血症（定义为静脉血浆乳酸水平≥5 mmol/L）患者仅在南非和加纳被排除在外。由于马拉维和泰国的研究在入组时无法获得乳酸水平数据，因此未以此为由排除患者。
剂量。
所有患者均接受了最接近 10 mg/kg 的直肠内 ARS 单次给药（各研究中心的实际剂量范围见表2）。给药剂型为 50 mg 和 200 mg 的栓剂（瑞士巴塞尔艾施的 Mepha Pharmaceuticals 公司）。
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表2。
所有患者的人口统计学和临床数据
https://doi.org/10.1371/journal.pmed.0030444.t002
由于缺乏该组患者药物吸收可靠性的数据，所有研究均为开放标签研究。在曼谷和加纳的II期临床试验中，针对ARS组患者，若出现临床恶化或寄生虫学反应不佳，则需制定补救治疗标准。在马拉维、南非和湄索的临床试验中，若接受直肠ARS治疗的患者在12小时后寄生虫血症未降至基线水平的60%以下，则需进行补救治疗，除非其临床症状有所改善。在马拉维和南非的临床试验中，若患者在直肠治疗后24小时的观察期内出现任何排除标准，则需接受奎宁治疗。南非和泰国的临床试验则针对对照药物制定了补救治疗标准。后续口服治疗方案包括：加纳使用氯喹（除对氯喹不耐受的情况外），马拉维和南非使用磺胺多辛-乙胺嘧啶，湄索使用口服ARS，曼谷使用甲氟喹。
样品采集与分析
在II期研究中，加纳儿童在接受直肠给药后，分别于治疗后15分钟、30分钟、60分钟、90分钟、2小时、4小时、8小时和12小时，在固定时间间隔采集8次血样；泰国成人则于治疗后30分钟、60分钟、90分钟、2小时、3小时、4小时、6小时、8小时和12小时，在固定时间间隔采集9次血样。在南非的III期研究中，于治疗后1小时、2小时、4小时、6小时和8小时进行定时采样。在马拉维和湄索的平行研究中，采用随机稀疏采样法。每位入组受试者均采集3份血浆样本，每次采样时间由随机分组确定，分为三个时间段（0.2-3.9小时、4-7.9小时和8-24小时），采样时间为治疗后24小时内。由于 12 小时后很少能测量到药物浓度，因此在研究过程中修改了方案，在 0.25-1.9 小时、2-5.9 小时和 6-12 小时之间进行采样。
根据患者年龄，各时间点采集的样本量（表1）在1 ml至10 ml之间。全血采集于已标记的肝素化（30 IU）试管中，并在采集后30分钟内以1000 × g离心15分钟分离血浆。样本储存于塑料冻存管（Nalgene，美国纽约州罗切斯特）中，用干冰运输，并储存于-70 °C以下。样本采集与分析之间的最长间隔为6个月。
采用高效液相色谱法（HPLC）测定血浆中青蒿素（ARS）和双氢青蒿素（DHA）的浓度。该方法使用电化学检测器（BAS 200A 型，美国印第安纳州西拉法叶），在还原模式下运行，具体方法如前所述[ 15 ]。所有样品均在同一实验室进行检测。在 50–200 ng/ml 的浓度范围内，ARS 和 DHA 的平均回收率分别为 75.5% 和 93.5%。ARS 和 DHA 的日内变异系数分别为 4.2–7.4% 和 2.6–4.9%。日间变异系数分别为 1.6–9.6% 和 0.5–8.3%。血浆中 ARS 和 DHA 的最低检测浓度均为 8 ng/ml。除湄索（Mae-Sot）外，所有研究地点的检测上限为3200 ng/ml，定量限为50 ng/ml；湄索的定量限为20 ng/ml。所有样本均按照良好实验室规范（GLP）的原则和标准进行分析。
群体药代动力学模型
采用单室模型和双室模型拟合ARS和DHA的浓度。在DHA浓度的药代动力学分析中，假设ARS完全转化为DHA（即ARS没有其他显著的消除途径）以确定剂量。模型中使用的是实际给药剂量（mg/kg）。药代动力学参数的个体间差异采用对数正态误差模型进行建模。
例如：其中，CL/F <sub> i</sub>是个体“i”的药代动力学参数，CL/F是群体均值。η <sub> i </sub>CL/F是均值为零、方差为 σ <sup>2 </sup>CL/F 的随机效应，代表该参数的个体间变异性。
个体间变异的程度用变异系数（%CV；近似为方差估计值的平方根）表示。
我们比较了多种用于计算残余个体内误差 (ε<sub> ij</sub> ) 的模型。由于低于定量限 (LOQ) 或高于检测范围（即 >3200 ng/ml）的药物浓度水平数量众多，排除这些水平会降低统计模型的效力，因此我们将这些浓度水平纳入分析。我们还探索了代表药物浓度类型（即正常水平、低于 LOQ 水平或高于检测范围水平）的协变量，以研究残余个体内误差大小的差异。
使用S-PLUS数据处理程序（S-PLUS 6.2 for Windows，Insightful公司，美国华盛顿州西雅图）的NLME程序[ 16 ]计算群体药代动力学参数的估计值以及患者间和患者内误差(ε)的方差。当目标值之间的差异不超过预设值(0.0001)时，程序即达到收敛，并返回群体药代动力学参数的最终估计值。目标函数（数据对数似然值的两倍减去该对数似然值）用于确定最符合数据的模型。从一般模型到受限模型，目标函数值显著下降（使用自由度等于受限模型中参数个数的卡方分布）被用作确定最终药代动力学模型的依据。每个模型的拟合优度还通过参数估计的精度以及残差与预测浓度散点图的分析来确定。利用后验估计值计算个体药代动力学参数。
协变量
所有研究记录并分析的协变量包括：年龄、体重（kg）、性别、地理分组（东南亚与非洲）、栓剂数量、基线寄生虫血症（/μl）、基线静脉血浆乳酸（mmol/l）、基线血浆葡萄糖（mmol/l）和基线红细胞压积（PCV）。湄索研究中心未测量基线乳酸和葡萄糖水平。因此，湄索的患者被排除在乳酸和葡萄糖的协变量分析之外。所有选定的协变量均由研究者预先认为重要。
在群体药代动力学模型中，除体重外，所有连续型协变量均以其中位数为中心进行标准化，以使群体估计值能够代表平均患者的情况。体重采用异速生长比例法纳入模型，即V/F采用(体重/70)，CL/F采用(体重/70)<sup> 0.75</sup>。目标函数的统计学显著改善、参数估计精度（标准误差）的提高以及个体间和个体内变异性的降低，均被用于确定协变量作为预测因子的重要性。
药效学
为了研究药物动力学参数（CL/F、V/F 和前 6 小时血浆浓度-时间曲线下面积 (AUC) [AUC 0–6h ] 的个体后验估计值）与药物药效学之间的关系，我们探讨了以下预先定义的药效学指标：(a) 治疗失败（死亡或第 7 至 28 天疟原虫涂片阳性或疗效不确定[无涂片或脱落]）与治疗成功（存活且第 7 至 28 天涂片阴性）。由于直肠给药并非根治性治疗，因此复发还取决于后续治疗。(b) 患者是否接受了抢救治疗（逃跑或死亡或已抢救与未抢救）。(c) 基线寄生虫血症在 12 小时内未能下降 40% (PC60)。 （d）基线寄生虫血症下降 50%（PCT<sub> 50</sub>）和 90%（PCT<sub> 90</sub>）所需的时间。除加纳外，所有研究地点每 6 小时记录一次寄生虫计数，并据此确定这些寄生虫清除时间；在加纳，每 4 小时测定一次每个儿童的寄生虫计数。
在适当情况下，进行多元线性或逻辑回归，以建立药效学指标（PCT 50、PCT 90、治疗结果、早期抢救治疗、PC60）与以下自变量之间的关系模型：CL/F、V/F 和 AUC 0-6h的后验个体估计值、入院时的寄生虫血症（对数转换）、基线红细胞压积、年龄和性别。
结果
表2和表3分别列出了各研究中心所有患者的人口统计学、临床、寄生虫学和实验室数据。所有患者均符合中度重症疟疾的诊断标准，寄生虫血症>0.1%，血浆乳酸水平中度升高（曼谷和马拉维除外，分别有3例和7例患者的乳酸浓度>5 mmol/L），以及中度贫血。每位患者通常使用1至3枚栓剂（89%），但南非成年人最多使用6枚栓剂。栓剂排出率很低（<10%），马拉维是个例外，该国19%的儿童排出了栓剂。
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表3。
所有患者的基线实验室数据
https://doi.org/10.1371/journal.pmed.0030444.t003
安全性和临床疗效
来自湄索的一名患者死亡。最可能的死因被认为是输注过量5%葡萄糖溶液导致医源性水中毒。19名患者需要抢救治疗（表4）。
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表4。
所有患者的疗效数据
https://doi.org/10.1371/journal.pmed.0030444.t004
综合不良事件统计显示，179例患者中共发生66例不良事件。主要不良事件为胃肠道反应（主要表现为恶心、呕吐和腹痛）。5例患者出现中枢神经系统或神经系统不良事件，包括惊厥、头晕、意识障碍、反射异常和眩晕。然而，所有报告的不良事件均未导致治疗中断，也未被判定为与直肠ARS治疗存在因果关系。
青蒿琥酯药代动力学
共有来自136例患者的307个浓度水平可用于统计建模（由于可能存在样本污染，排除了给药后13分钟ARS浓度为9224 ng/ml的异常值）。其中，32个（10.4%）浓度水平低于定量限，1个（0.3%）浓度水平高于定量范围。
图 1显示了按研究中心划分的 ARS 浓度随时间变化的散点图。五个研究中心的数据分布无显著差异。由于难以辨别清晰的药代动力学特征，因此无法进行正式的药代动力学建模。观察到的个体峰浓度的中位数（范围）为 269 ng/ml（11–4,720 ng/ml）。
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图 1.观察到的青蒿琥酯浓度（半对数刻度；ng/ml）与给药后时间（h）的关系
研究地点：实心圆，曼谷；空心正方形，加纳；实心三角形，湄索；空心圆，马拉维；星号，南非。
https://doi.org/10.1371/journal.pmed.0030444.g001
DHA药代动力学
共有来自 164 例患者的 424 个浓度水平可用于统计建模（排除 3 个浓度 >6,000 ng/ml 的异常值）。其中，33 个（7.8%）浓度水平低于检测限，3 个（0.7%）浓度水平高于检测范围。图 2显示了按研究中心划分的 DHA 浓度随时间变化的散点图。具有一级生成和消除动力学（包括滞后时间）的单室模型最能拟合数据（生成速率固定为 0.2/h，滞后时间为 0.14 h）。
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图 2. DHA 的观察浓度和人群预测浓度（黑色实线）（半对数刻度；ng/ml）与给药后时间（h）的关系
研究地点：实心圆，曼谷；空心正方形，加纳；实心三角形，湄索；空心圆，马拉维；星号，南非。
预测人群浓度是根据 10 mg/kg 的剂量计算的。
https://doi.org/10.1371/journal.pmed.0030444.g002
数据不支持构建CL/F和V/F随机效应的完整方差-协方差矩阵。CL/F的平均群体估计值为2.64 (l/kg/h)，患者间变异性为66%；V/F的平均群体估计值为2.75 (l/kg)，患者间变异性为96%。这些估计值对应的消除半衰期为43分钟。所有数据均采用对数正态残差模型，该模型给出了目标函数的最小值。在残差模型中加入“研究中心”或“超出检测限值”的协变量并未改善目标函数。图2显示了观察浓度和群体预测浓度随时间的变化。残差图表明估计值无偏差（见图3），且患者特异性特征得到了充分表征（未发表数据）。
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图 3.残差（log
e单位）与人群预测的 DHA 浓度（log
e单位）
残差 = 观测值 − 人口预测的 DHA 浓度。
https://doi.org/10.1371/journal.pmed.0030444.g003
DHA药代动力学变量与协变量之间的关系
179 名患者中有 164 名获得了 DHA 群体药代动力学模型得出的 CL/F 和 V/F 的后验个体估计值。
年龄、体重、性别和地理区域（东南亚与非洲）
当将年龄视为二分变量（儿童≤15岁 vs. 成人>15岁）时，成人和儿童在患者特异性CL/F与人群估计值的偏差（ηCL /F）分布上无显著差异，而成人患者特异性V/F与人群估计值的偏差（ηV /F）则显著高于儿童（p < 0.001）。ηCL /F与体重之间未观察到相关性，而ηV/F与体重之间存在正相关（ r = 0.42）。男性和女性在ηV/F分布上无显著差异，而男性ηCL/F值显著高于女性（ p = 0.003）。东南亚和非洲患者的ηCL /F和ηV /F分布均无显著差异。
基线寄生虫血症、红细胞压积、乳酸和葡萄糖水平以及栓剂数量
未观察到ηCL/F和ηV /F与基线寄生虫血症、乳酸和葡萄糖水平以及基线PCV和ηCL /F之间存在相关性。基线PCV与ηV/F之间存在正相关（r = 0.22，p = 0.005）。ηCL /F和ηV /F的分布与栓剂给药数量（1枚、2枚或3枚及以上）之间均无显著差异。
表5列出了最终的群体参数估计值以及个体间和个体内的变异性。纳入协变量“性别”和“体重”后，CL/F的个体间变异性分别从66%降至62%，V/F的个体间变异性分别从96%降至75%。添加基线PCV和年龄并未显著改善目标函数。
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表5。
DHA的群体药代动力学参数
https://doi.org/10.1371/journal.pmed.0030444.t005
DHA药代动力学参数与药效学变量之间的关系
预先定义的重要的药效学变量包括治疗结果、早期抢救治疗、基线寄生虫血症在 12 小时内未下降 40% (PC60)，以及清除基线寄生虫血症 50% (PCT 50 ) 和 90% (PCT 90 ) 所需的时间。
研究的 DHA 药代动力学参数（179 名研究参与者中有 164 名可用）是 CL/F、V/F 和 AUC 0–6h的后验个体估计值。
治疗结果
在统计建模中，治疗结果是一个二分变量，死亡、第7天至第28天涂片阳性或疗效不确定被归为一组（称为“治疗失败”，n = 91），而治疗成功则定义为第7天至第28天涂片阴性（n = 73）。此治疗结果定义不包括“早期挽救治疗”，后者将在下文“早期挽救治疗”部分进行讨论。
两组患者（治疗失败组和治疗成功组）的 CL/F 和 AUC 0-6h后验个体估计值的分布无显著差异。治疗失败组（ n = 91）患者的 V/F 值显著低于治疗成功组（n = 73）（几何平均值 [95% CI]：2.46 [2.25, 2.66] vs. 3.16 [2.80, 3.60] l/kg；p = 0.001），但经多重逻辑回归分析，校正基线寄生虫血症、基线 PCV、年龄和性别（即预先设定的混杂因素）后，未观察到 V/F 与“治疗结果”之间存在显著关联（p = 0.12）。观察到的“治疗结果”与 V/F 之间的单变量关联受年龄的影响。
早期抢救治疗
在统计建模中，抢救治疗是一个二分变量，将逃跑、死亡或在第7天前接受抢救的患者归为一组（n = 16），与未接受抢救的患者（n = 148）归为一组。未观察到抢救治疗与CL/F和AUC 0-6h之间存在显著相关性。接受抢救治疗的患者V/F值略高于未接受抢救治疗的患者（几何平均值[95% CI]：3.42 [2.58, 4.53] vs. 2.69 [2.49, 2.90] l/kg，p = 0.056）。经调整混杂因素后的多重logistic回归分析显示，V/F与“抢救治疗”之间存在显著相关性（p = 0.01）。V/F值越高，需要抢救治疗的风险也越高（见图4）。但无法区分这反映的是表观分布容积的真正增大，还是药物吸收分数（F）的降低。
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图 4.估计需要抢救治疗的概率与 DHA 的 V/F (l/kg) 的关系
源自多重逻辑回归模型，并对混杂因素进行了调整：基线寄生虫血症、基线 PCV、年龄和性别。
https://doi.org/10.1371/journal.pmed.0030444.g004
基线寄生虫血症在 12 小时内未能下降 40%
有20例患者的寄生虫血症在12小时内未能下降至基线值的40%。未观察到寄生虫血症下降失败与CL/F和AUC 0-6h之间存在显著相关性，但与其余患者相比，12小时内寄生虫血症下降未达40%的患者的V/F值更高（几何平均值[95% CI]：3.36 [2.17, 3.63] vs. 2.67 [2.44, 2.80] l/kg；p = 0.045）。经调整混杂因素后的多重logistic回归分析显示，V/F与“12小时内寄生虫血症未能下降至60%”之间无显著相关性（p = 0.09）。
清除基线寄生虫血症50% (PCT 50 ) 和 90% (PCT 90 )所需时间
两名来自南非的成年患者，由于基线寄生虫血症<10,000/μl，被排除在疗效变量PCT 50和PCT 90的分析之外。未观察到PCT 50和PCT 90与药代动力学参数CL/F、V/F和AUC 0–6h之间存在显著相关性（Spearman秩相关系数范围为-0.07至0.17）。调整基线寄生虫血症、PCV、性别和年龄后，结果不变。图5A和5B分别展示了PCT 50、PCT 90和AUC 0–6h之间缺乏相关性。
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图 5.观察到的 PCT
50 (A) 和 PCT
90 (B) 与 DHA AUC
0–6h的后验估计值(ng/ml × h)
共纳入 162 名患者（其中 2 名患者因基线寄生虫血症 <10,000/μl 而被排除）。
https://doi.org/10.1371/journal.pmed.0030444.g005
由于ARS在体内迅速水解为DHA，且二者抗疟活性大致相当，因此也对ARS和DHA血浆浓度的摩尔总和进行了建模。共收集到168例患者的442个ARS+DHA浓度值。ARS+DHA的后验个体药代动力学参数（即CL/F、V/F和AUC<sub> 0-6</sub>）与疗效变量（定义见上文）之间的关联与单独使用DHA的后验个体药代动力学参数的关联相同（未发表数据）。
讨论
疟疾若不及时治疗，可迅速从非复杂性疟疾发展为重症甚至死亡。无法可靠地服用口服药物的患者病情危重，必须立即治疗。直肠给药的抗疟药（ARS）是目前疗效最迅速的抗疟药，且剂型简单易用。早期的常规药代动力学研究比较了成人和儿童服用10 mg/kg和20 mg/kg剂量的抗疟药，结果显示两组治疗方案在药效学上无显著差异，且未发现安全性问题[ 10 ]。然而，在治疗这种迅速危及生命的感染时，确定药物吸收的速度和可靠性至关重要。即使只有一小部分患者出现药物吸收不良，也会造成严重问题。
本药代动力学分析旨在利用设计和分析协调一致的研究数据，建立并验证直肠内抗生素耐药性综合征（ARS）的群体药代动力学模型。患者样本采用标准化流程处理，药物检测均在同一实验室进行，以最大程度地减少检测变异性。除人口统计学变量、临床反应和寄生虫反应外，栓剂用量和疾病严重程度也可能影响生物利用度。对于治疗失败的患者（无论通过寄生虫学效应还是临床反应判断），生物利用度至关重要；因此，对于此类患者，在进行补救治疗前采集样本进行药代动力学分析。
正如其他ARS药代动力学研究所观察到的[ 11 ]，由于ARS会迅速且广泛地代谢为活性代谢物DHA[ 19 , 20 ]，因此ARS数据的房室模型分析需要频繁采样[ 17 , 18 ]。我们的数据包含丰富和稀疏的采样，且ARS浓度存在显著的患者间差异，这在其他研究中也有报道[ 9 , 10 , 21 ]。因此，无法对数据进行药代动力学模型拟合。在本数据集的部分患者中，给药后6小时仍检测到ARS浓度，提示吸收可能已成为ARS清除的限速步骤。肠外给药的ARS也观察到了类似现象[ 18 , 22 ]，这与口服给药不同，口服给药产生的ARS浓度较低且持续时间较短。
最符合DHA数据的模型是具有一级生成和消除动力学（包括滞后时间）的单室模型。由于数据稀疏且不稳定，生成速率常数和滞后时间均被固定，以获得令人满意的模型拟合效果。其他研究也曾使用单室模型分析DHA的药代动力学[ 10 , 23 ]。然而，选择该模型可能反映了相对较低的采样频率，因为更频繁的采样表明，在分析肠外给药后DHA的代谢时，双室模型更为合适[ 18 ]。DHA的平均群体清除率（CL/F）估计值为2.64 (L/kg/h)，分布容积（V/F）估计值为2.75 (L/kg)，由此得出DHA的消除半衰期为43分钟。这些估计值与先前报道的结果相似[ 10 , 11 , 23 ]。固定的出现速率常数值低于估计的消除速率常数，表明ARS直肠胶囊的吸收速率受限制。因此，DHA的出现速率包括ARS的吸收和消除速率。人群预测的DHA浓度曲线与Karunajeewa等人[ 11 ]观察到的结果相似，最大浓度出现在约3小时。
我们观察到DHA的个体内部变异性很高（93%），CL/F（66%）和V/F（96%）的个体间变异性也相当显著。由于F值未知，因此CL/F或V/F的估计值增加可能是由于清除率或分布容积增加，也可能是由于F值降低。此外，由于无法估计生成速率常数及其个体间变异性，V/F的变化可能源于生成速率常数的变化。这对于重症疟疾患者的治疗具有重要意义，因为对于重症疟疾患者而言，吸收速度至关重要。性别对CL/F有显著影响，男性和女性的CL/F估计值分别为3.17 (l/kg/h)和2.03 (l/kg/h)。观察到体重对V/F有显著影响：体重15 kg时V/F为1.81 (l/kg)，30 kg时为3.04 l/kg，60 kg时为5.52 l/kg，70 kg时为6.34 l/kg。未观察到来自不同地理区域的患者具有不同的药代动力学参数。
与无需抢救治疗的患者相比，需要“抢救治疗”的患者的DHA V/F值更高，且该结果不受基线寄生虫血症、基线PCV、年龄和性别等混杂因素的影响。尽管这可能反映了吸收减少（即F值较小）或表观分布容积确实更大，但进一步研究DHA和ARS+DHA的初始血浆浓度（使用前6小时的AUC）与寄生虫减少之间的关系，并未发现显著相关性。这些化合物的主要、可直接测量的药效学作用是通过加速环状疟原虫的清除来快速降低寄生虫血症。因此，早期吸收不足预计会导致ARS和DHA的AUC与寄生虫血症降低速率之间存在相关性。然而，并未观察到这种情况；AUC最低的患者并没有出现明显的寄生虫清除速度减慢。这表明几乎所有患者都能迅速达到最大疗效，并且直肠给药ARS是一种有前景的中重度疟疾治疗方法。然而，应谨慎解读这些药代动力学结果：（i）模型中 DHA 的出现速率常数是固定的，（ii）ARS 和 DHA 浓度在患者间和患者内均存在较大的变异性，（iii）无法推导出 ARS 的药代动力学，（iv）DHA 的药代动力学参数受 ARS 的吸收和清除的影响。
作者贡献
J. Simpson 分析了数据并撰写了论文。G. Di Perri、M. Gomes、R. Miller、M. Molyneux、V. Navaratnam、F. Nosten、P. Olliaro、L. Pang、I. Ribeiro、K. Weerasuriya、K. Win、S. Ward 和 N. White 设计了这项研究。G. Di Perri、P. Folb、S. Mansor、M. Molyneux、I. Ribeiro、K. Win 和 N. White 分析了数据。T. Agbenyega、K. Barnes、S. Krishna、S. Krudsood、S. Looareesuwan、H. McIlleron、M. Molyneux、J. Mwenechanya、F. Nosten、M. Tembo 和 M. van Vugt 招募了患者。H. McIlleron 和 F. Nosten 收集了数据并进行了实验。 K. Barnes、G. Di Perri、P. Folb、M. Gomes、S. Krishna、S. Mansor、H. McIlleron、M. Molyneux、V. Navaratnam、F. Nosten、P. Olliaro、I. Ribeiro、M. van Vugt 和 N. White 对本文的撰写做出了贡献。K. Barnes 根据南非的实际情况调整了直肠青蒿琥酯工作组设计的研究方案，并担任南非研究的主要研究者。M. Gomes 负责管理世界卫生组织工作组，该工作组负责研究的设计。其工作包括审查研究方案和病例记录表、协调和全面管理研究、管理用于动力学分析的样本、向监管机构提供个体研究报告、向通讯作者提供数据和研究方案以供分析、回复数据查询以及参与论文的撰写。S. Krudsood 负责所有参与者的护理（曼谷研究中心）并管理病例记录表。 S. Looareesuwan 是曼谷研究点的首席研究员。M. Molyneux 分析了数据的临床成分，审核了药代动力学数据，并负责给药、收集、储存和寄送药代动力学样本，以及观察、记录和分析马拉维患者组的床旁和实验室结果指标。S. Mansor 进行了色谱分析以及药物和药代动力学分析。R. Miller 协助进行了药代动力学数据分析。J. Mwenechanya 负责样本采集、数据录入和研究后的患者随访。V. Navaratnam 负责分析患者样本中的药物浓度并进行基础药代动力学分析。L. Pang 协助建立了一个现场研究点，并说服了当地研究人员和赞助机构，使其相信这项研究的可行性、价值和伦理合理性。M. van Vugt 是湄索的治疗医师。 K. Weerasuriya参与了研究设计，制定了临床试验方案，并通过监测临床试验和负责特殊标本运输的后勤工作，为数据收集做出了贡献。K. Win参与了首个青蒿琥酯直肠胶囊的研制，是首位申请TDR临床和动力学研究资助的申请人，并于1995年参加了TDR会议，参与早期研究的设计工作。
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