实验动物作为人类的“替身”，在科学研究中具有悠久的历史。早在古代，动物已被用于生理机制的初步探索；至17世纪，威廉·哈维通过动物实验揭示血液循环规律，为现代医学奠定重要基础。随着20世纪遗传学与微生物控制理论的发展，实验动物学逐渐成为一门独立学科，并于20世纪50年代建立起标准化体系。

在众多实验动物中，小鼠因其基因组与人类高度同源、遗传背景清晰等优势，成为应用最广泛的模式动物。除了小鼠，大鼠、兔、犬以及与人类遗传背景更为接近的灵长类动物，也被广泛应用于生物医药研究。选择合适的动物模型当然很重要，精准的给药剂量设计也是确保实验科学性与可重复性的关键环节。剂量过低可能导致药效无法充分显现，而剂量过高则可能引发毒性反应或干扰对药效机制的正确判断。因此，合理计算并优化给药策略，已成为衔接临床前研究与临床转化的重要桥梁。

图1. 集萃药康呼吸系统平台给药方式

给药剂量计算：从基础公式到精准换算

基础计算原则

给药剂量指单位体重所给予的药物量，常以mg/kg或g/kg表示。药物的药效和毒性多呈剂量依赖性，而达到相同药效的剂量因动物种属、年龄及给药途径有所不同。

其基本计算公式为：给药量（mg/kg）= 药物剂量（mg）/ 动物体重（kg）。

例如，药物剂量为10 mg，小鼠体重为20 g（0.02 kg），则给药量为：10 mg / 0.02 kg = 500 mg/kg。

体表面积换算：更为科学的方法

在动物体重差异较大时，采用体表面积剂量（mg/m²）是更准确的方法。该法基于能量代谢原理，即动物与人体释放的能量与体表面积成正比。多项研究表明，基础代谢率、热能消耗、肝肾功能、血药浓度等指标均与体表面积密切相关。

体表面积计算公式常采用：BSA（m²）=[K × W^(2/3)]/10000，其中K为体型常数，W为体重（g），10000 是 cm² → m² 的换算系数。

表1. 常见动物的参考K值[1]

体表面积归一化因子（Km）是药物剂量跨物种科学换算的关键参数，其核心依据为剂量应与体表面积成正比，而非体重，这一方法被美国FDA和欧洲EMA推荐为标准剂量换算依据。

借助Km值，可实现从动物剂量到人类等效剂量（HED）或从人类剂量到动物等效剂量（AED）的互相换算[2]：从动物剂量换算为人类等效剂量（HED）：HED (mg/kg)=动物剂量 (mg/kg) × (动物 Km/人类 Km);

从人类剂量换算为动物等效剂量（AED）：AED (mg/kg)=人类剂量 (mg/kg) × (人类 Km/动物 Km)。

也可借助剂量换算系数直接折算：从动物剂量换算为人类等效剂量（HED）：HED (mg/kg)=动物剂量 (mg/kg) ÷ 剂量换算系数;

从人类剂量换算为动物等效剂量（AED）：AED (mg/kg)=人类剂量 (mg/kg) × 剂量换算系数。

表2. 常见物种Km值与剂量换算系数[2]

实际换算示例

假设某药物的人类临床剂量为100 mg（按70 kg体重），需换算为200 g大鼠的剂量（mg/kg）。

利用Km值进行计算

大鼠剂量(mg/kg) = 人类剂量 (mg/kg) × (人类 Km/大鼠Km) = 100/70 × (37/6) ≈ 9 (mg/kg)。

折算系数法

已知大鼠剂量约为人类剂量的6.2倍，因此大鼠剂量 = 6.2 ×（100 / 70）≈ 9 mg/kg。

不同给药途径的技术要点和剂量调整

常用给药途径及其特点

不同给药途径影响药物的吸收途径、速率、分布范围及代谢方式，进而影响药效表现及毒性。

表3. 不同给药途径的剂量关系及特点[3]

最大给药容量的控制

为确保动物健康并准确评估药效，需严格控制每次给药的最大容量。一般原则如下：

• 静脉注射量宜小于体重的1/100；

• 皮下、肌内及腹腔注射容量不宜超过体重的 1/40[3]；

例如，对一只20 g小鼠，腹腔注射不宜超过0.5ml，静脉注射不宜超过0.2ml。

从文献到实践：给药剂量的优化策略

图2. 科学研究中估算起始剂量的五个步骤[2]

文献查询与剂量确定

确定剂量的首要步骤是系统检索相关文献。例如，在研究LY294002在BALB/c小鼠乳腺癌模型中的剂量时，可检索：“LY294002 breast tumor BALB/c mg/kg”或“LY294002 breast cancer BALB/c mg/kg”。如无直接文献参考，可采取如下策略：

• 汇总相近动物的给药数据；

• 利用物种间剂量换算公式：动物B剂量 = 动物A剂量 ×（动物A Km / 动物B Km）。
  

对全新化合物，通常先进行急性毒性实验，测定其半数致死量（LD₅₀）或最大耐受剂量（MTD），并以1/10–1/5 MTD 作为初始给药剂量。具体步骤包括：

• 若首次实验无明显效果且无中毒，可增加剂量；

• 若出现中毒但药效显著，则应降低剂量；

• 推荐设置多剂量组，以全面评估药物效果。

特殊情况的剂量调整

• 年龄因素：幼龄动物代谢系统尚未成熟，对药物更敏感，剂量应低于成年动物；

• 药物特性：需综合考虑生物利用度、半衰期、峰值浓度等参数；

• 溶剂选择：不同溶剂可能影响药物吸收与生物利用度。

种属差异性的考量

不同动物对同一药物的反应存在种属差异，与代谢途径及速率密切相关，因此，不宜完全照搬等效剂量，应一半依据计算，一半依靠实验验证。例如：

• 犬无汗腺，对发汗药不敏感，对流涎药敏感；

• 大鼠无胆囊，利胆药及肝肠循环明显的药物表现不同；

• 吗啡对多数动物有抑制作用，但对猫却引起兴奋。

在创新药物研发过程中，选择恰当的实验动物模型并制定科学的给药方案是至关重要的环节。集萃药康依托丰富的小鼠模型资源、专业的技术支持以及全面的数据分析能力，为客户提供高质量的临床前研究解决方案。无论您致力于小分子药物、抗体药物、核酸药物，还是细胞与基因治疗领域的研究，集萃药康均能提供精准匹配的模型资源与专业技术服务，助力研发进程高效推进。

参考文献

[1] 宁夏医科大学实验动物中心https://www.nxmu.edu.cn/sydwzx/info/1015/1211.htm

[2] J Basic Clin Pharm. 2016 Mar;7(2):27–31.

[3]《医学动物实验技术》.魏泓主编, 2024.

[4] Estimating the Maximum Safe Starting Dose in Initial Clinical Trials for Therapeutics in Adult Healthy Volunteers. FDA, 2005.