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1.2沈婵娟等通过比较茯苓醇提物、空白血清和含药血清的HPLC图谱,结果显示雌雄大鼠入血成分略有差异,雄性大鼠含药血清中有11种移行成分,其中6中为原型药物,5中为代谢产物,雌性大鼠含药血清中有9种移行成分,其中5种为原型药物,4中为代谢产物,提示药物代谢存在性别差异。
1.3黄柏中16个成分入血,7个以原型药物存在,9个为代谢产物,初步确定巴马丁和小檗碱为黄柏的主要入血成分。
1.4谢长等对菝葜抗炎活性部位进行血清药物化学研究表明,菝葜提取物含药血清中发现了45种入血成分,另发现新妇苷、黄杞苷、白藜芦醇、槲皮素为主要入血成分,即可能为菝葜抗炎活性部位的药效物质基础。
1.5雷公藤提取物给药后24h内血中先后出现了8个移行成分,其中5个为原型药物,2个为代谢产物,1个为血清固有产物。雷公藤为8个入血成分之一。没食子酸的研究表明,给药后血清中确定5个血中移行成分,4个为原型成分,另外1个入血成分则可能是某种化学成分的代谢产物。4个入血成分可能为没食子的体内直接作用物质,3种含药血清中均含没食子酸,提示没食子的作用物质可能是没食子鞣质在体内降解后的没食子酸。
1.6程星烨等采用LC-MS/MS对延胡索活性部位入血成分进行研究,通过对保留时间比对、离子碎片解析等综合分析,坚定了9个入血成分均为原型成分,同时也发现部分生物碱是以葡萄糖酸醛结合物的形式存在。
1.7龙血竭给药后在含药血清中发现6个入血成分,其中5个都属原型成分,分别为,3,4'-二羟基-5-甲氧基二苯乙烯、剑叶龙血素B,4'-羟基-4,2'-二氢查耳酮(新化合物)、剑叶龙血素A和龙血素B;1个可能为原型成分或代谢产物。此外,还有学者对金银花、防风、五味子、乌药、羊藿等药材进行了血清药物化学研究,为深入研究中药药效物质基础和阐明作用机制奠定了一定的基础。
2血清药物化学在中药复方物质基础方面的研究现状
2.1对当归芍药散的研究表明,给药后大鼠入血成分中有7个被确定为原型吸收、1个被确定为代谢产物吸收,并发现当归芍药散的药效成分可能为芍药苷磺酸盐、芍药内酯苷、芍药苷、阿魏酸、川芎内酯I、藳本内酯和丁烯酜内酯。
2.2郭辉等对大黄附子汤的研究表明,给药后发现18个入血成分,其中初步确定4个为原型成分,14个为代谢产物,血中移行成分主要来源于大黄和附子两味君药,复方中的芦荟大黄素、大黄酸、大黄素、细辛脂素均以原型形式直接吸收入血,初步推测其为治疗寒积腹痛的药效物质基础。
2.3地黄饮子研究表明,给药后家兔血清中9个入血成分,其中2个为原型成分,7个为代谢产物,这些分别来源于五味子、远志、石菖蒲、巴戟天、山茱萸、肉苁蓉、附子和麦冬。
2.4复方贞术调脂胶囊研究表明,给药后血清中发现有28个药源性成分,其中10个为原型成分,18个为代谢产物。体内药效物质并非体外成分的简单相加,经体内生物转化和选择性吸收,体外主要成分巴马汀和小檗碱在体内经代谢后含量明显降低,而丹酚酸A和丹酚酸B等含量较高的物质在实验中未被检测到。
2.5生脉散的研究表明,给药后血清中产生18个血中移行成分,利用质谱数据表征血中移行成分的结构,其中13个为原型药物,5个为代谢产物,推测他们有可能为生脉散的体内直接作用物质。
2.6吕永海等采用RRLC-Q-TOF/MS检测到复方丹参片的入血成分,14个原型药物和8个代谢产物,其中丹参醛、丹参新醌B、丹参素的糖结合物(M1)和丹参新醌B的甲基化产物(M8)等是利用LC-MS首次在大鼠体内检测到。利用UPLC-Q-TOF/MS鉴定了心肌缺血大鼠血浆中的22个生物标志物,其中7个标志物出现在嘌呤代谢途径中,丹参酮ⅡA和丹参酚酸B分别具有调节钙离子通道和抑制肾上腺素β受体的作用。此外,对灯盏细辛提取物、芍药甘草汤、舒胸片、四逆散、酸枣仁汤、三黄泻心汤、大承气汤等的血清药源性成分的研究初步明确了复方中众多化学成分在体内的吸收情况,为中药是我药效物质基础研究奠定了一定的基础。
3血清药物化学在其他领域的应用
近些年,药食同源的中药材成为我国功能性食品的资源宝库。血清药物化学在寻找食品功能因子和功能性食品功效物质基础的研究方面起到了很大的作用。功能食品中的功能因子,与药物中的药效活性成分基本类似,因此中药血清药物化学的研究方法也可以应用到药食同源的中药材食品功能因子的开发,同时,该法较之传统的研究方法,血中移行成分比原药的化学成分减少了很多,这在很大程度上降低了研究的难度,提高了研究的针对性,也节约了研究成本,为我们的功能性食品研究提供了新的思路。此外,孙志翠等人提出,借鉴“中药血清药物化学”研究思路,运用化学分析分离方法,观察给药后进入脑脊液的化学成分,通过关联透过血脑屏障的移行成分与中药复方的药理效应,来阐明药物透过血脑屏障来发挥作用的物质基础,这一方法的引入为中药复方体内的药代动力学研究开辟了了新的道路,为中药物质基础的研究迈了新的一步。
4研究中药血清药物化学的意义
4.1促进了中药血清药理学和中药药代动力学发展
中药血清药理学是一种离体的实验方法,是指给动物服药后,再取经消化、吸收、分布,代谢和排泄等体内过程的含药血清作为药物源进行药理学实验的方法。在实验中受到的影响因素较多,结果重现性低,引入血清药物化学的方法,可以根据给药后入血成分和血清HPLC指纹图谱的变化规律,消除不利的因素,采取合理的实验方案,利用化学分离技术有效的集合入血成分。药物动力学是应用动力学的基本原理,定量的描述药物通过各种途径进入人体内的吸收、分布、代谢和排泄等过程的动态变化规律。应用血清药物化学可在众多的复方成分中富集入血成分,形成有效成分群,从而更加清晰,全面的阐释复方中药效物质在体内经时量变化过程和药代动力学模型,探讨药物动力学参数与药物效应之间的关系,研究药物制剂体外的动力学特征与动力学之间的关系,也可以推测体内药量与时间的关系,以药物动力学参数定量的描述药物在体内的变化规律。
4.2建立中药及复方的质量标准
建立既符合中医药特色、又能走向国际的中药质量标准体系,是中药实现现代化、标准化的关键。中药成分复杂,进入血液的成分才是起效的根本物质。因此通过指纹图谱模式结合中药血清药物化学方法,同时以中药复方中的主要成分和血中移行成分均为指标,既能合理地评价复杂的中药复方的稳定性和真实性,也可以更真实全面的体现中药多途径多靶点的作用特点。
4.3有助于阐明中药复方的配伍机制
配伍是中药在临床应用的特点,通过配伍可增强疗效,降低毒副作用,扩大适应范围,改变药性药味以适应病情需要。按照配伍变化的发生部位,分为药物进入机体前由其理化性质的改变所引起的,称之为体外配伍变化。体内药物相互作用主要表现在药物再吸收、分布、代谢与排泄过程中产生的协同、拮抗或毒副作用。利用现代科学方法和先进的技术,通过中药血清药物化学方法可以全面分析复方的血中移行成分、确定复方的药效物质,阐明有效成分的体内动态变化和成分间相互作用及消长规律的研究,能够在一定程度上科学地诠释复方的配伍规律。
二、结合工作岗位,选择实验课程内容
打破理论课程为主,实践课程为辅的传统教学内容的安排,重新组织和设计教学内容,加大实验课程的比重,将实践课程融入理论课程的学习中。在实验课程内容的选择上,我们结合工作岗位,选择典型实验,例如针对主要岗位群岗位的基本技能要求,我们开设药物的氧化变质反应,药物溶解度和熔点测定,抗生素性质的实验,甾体药物的性质实验,维生素的性质,解热镇痛药物的性质实验,磺胺醋酰钠的制备,扑热息痛的制备,盐酸普鲁卡因的合成。每个实验项目以工作任务为核心,结合工作岗位由基本技能训练项目到综合实验技能训练项目的顺序进行编排设计,由易到难,符合学生的认知特点。实验课程内容设计强调所学知识与职业岗位同步,使教学内容与生产实践、工作过程紧密结合,学生在完成真实或虚拟的工作任务过程中逐步实现能力和知识体系的构建[2]。
三、以行动为导向,改进教学方法
(一)创建开放式的学习环境
药物化学是一门实践性较强的课程,理论教学离不开实验。通过实验室的开放,激发学生的学习兴趣,鼓励学生发散思维,不断创新,这样不仅可以最大限度地发挥实验器材及场地的作用,而且有利于锻炼学生的操作技能,培养他们的观察能力、解决问题的能力,使学生养成严谨细致,诚实守信及节约的职业习惯。在教学过程中,鼓励学生根据自己的能力,选择适合自己的角色,进行讨论式学习,竞争学习,研究学习等,培养学生团队合作的能力;在业余时间,可以安排相关专家讲座,网络课程等开放性学习活动。
(二)开发工学结合的教学资源
基于制药专业一线的工作过程,开发工学结合的教学资源辅助药物化学改革,例如,工作任务单、实训任务书、实训指导书、视频素材、工学结合教材等。同时开发网络课程,在模拟的工作环境下,扮演不同的角色,提高综合技能。
(三)采用“任务驱动”形式,按照工作过程“六步法”组织教学
教学活动与企业工作运行模式相融合,采用“任务驱动”的形式,以学生为主体,以与企业专家共同研讨设计的“任务书”和“工作单”等来引导教学,采用“咨询-计划-决策-实施-检查-评价”六步骤教学法,使学生有计划,有目的完成工作任务,不断提高学生职业素质和能力。
1)咨询。教师下发“实验任务书”,帮助学生明确任务和理解工作要求。依据任务要求,教师提出几个引导性问题,在寻找问题答案过程中,例如,“药物的氧化变质反应”实验项目任务书中,要求学生结合已学知识,完成工作任务如下:影响药物氧化变质的外界因素有哪些;药物结构中哪些官能团易被氧化;可采用哪些措施防止药物氧化变质。教师可通过提问的方式了解学生对任务内容的完成情况,对于知识的难点和重点,教师通过详细讲解的方式帮助学生理解和掌握。
2)计划。学生以小组(2~3人)为单位,制订设计实验方案,包括工作内容、仪器、分工、采用的组织方式等。
3)决策。各组通过制作幻灯片或选择喜欢的展现方式,简要汇报实验方案和分工要求,教师组织各组学生互相指出计划的优缺点,共同完成计划方案的优化,确定实施方案。
4)实施。学生按方案完成任务,详细记录工作过程与结果,合理分析结果,完成实验报告并提出改进意见;教师监控学生工作的全过程,并提供个性化的辅导。
5)检查。该环节渗透于其他各个工作环节中。在实施过程中不断自查、小组互查,教师在各组完成任务过程中不断进行过程检查,任务完成过程中,学生可以采用幻灯片,口头汇报,书面汇报等形式接受检查。
6)评价反馈。学生工作成绩由学生自我评价,组员间相互评价,教师评价相结合的方式完成。各个环节尽可能做到客观评价,这样才能激发学生的积极性,通过评价找出自身的不足,不断提高与进步。
2药物化学实验网络课程建设内容
药物化学实验网络课程平台是由如下几部分组成:课程介绍、教学大纲、教学日历、教师信息、教学材料(教案、讲稿、实验视频、实验教学的PPT)、答疑讨论、课程问卷、课程作业组成。在药物化学的实验网络平台建设中推行课程介绍,使学生对本课程有了更为深入的了解和认识,为本课程的学习奠定基础。同时在给平台中推行电子教案、讲稿、大纲、教学日历、教学材料(教案、讲稿、实验视频、实验教学的PPT),提高授课时效。例如,使用计算机多媒体技术模拟实验过程,把学生从形象思维引导到逻辑思维,使教学内容更为形象、生动,调动学生的学习兴趣,提高教学效果和学生的学习效率。药物化学实验网络课程不再是理论课教学的重复,而是知识的延伸、拓展和能力的训练过程。师生可以通过网络平台存储的教学资源,根据需要迅速、任意地选择和调用图文视频资料获取学习资源,便于学生根据教学要求进行自主学习,学生在有限的时间内任意反复接触较多的实验教学资料,提高学生的实践能力。学生还可以根据网络平台的课程作业进行网上自测,巩固所学知识,如有问题,学生可以在线提出问题,教师进行网上答疑讨论。网上答疑讨论,以教师与学生、学生与学生之间对药物化学实验学习的有关问题进行在线双向讨论。教师对学生提出的问题进行解答,便于学生和教师进行良好沟通,教师根据学生的普遍问题调整教学策略,学生的疑惑得以解答后促使学生能够对药物化学实验更好的学习,起到教学相长的双重效果。学生在线填写课程问卷,课程问卷是对教学效果的反馈,教师根据教学效果的反馈意见,对学生情况和教学内容进行分析,提出整改措施,提高效果。
导学案必须围绕一个学习目标,分层递进地设计活动。为了提取实验的主要信息,每个实验都设置了知识目标、能力目标、情感和素质目标,方便学生对照目标检查即将/是否完成的实验目标。如阿司匹林的合成,设计的实验目标是:①知识目标:巩固阿司匹林的结构、物理化学性质和用途;掌握酯化与重结晶的原理和实验操作;熟悉合成中杂质的来源及除去方法;理解影响实验结果的主要因素及如何设计和优选工艺参数。②能力目标:培养学生的实践操作能力、协作能力与科研创新能力。③情感与素质:阳光展示,快乐学习,加强实验安全意识,注重培养实事求是、严肃认真的科学态度以及良好的道德品质。
1.2重点、难点
每个实验操作过程都较繁琐冗长,重点难点要突出。一般合成实验中设置的重点和难点只有一两个,即合成反应的原理和实验操作,实验设计中影响因素及其水平的选择。
1.3实验原理
实验原理即操作的理论依据,只有真正理解了实验原理,才能理解实践操作过程的意义和目的,实验方案设计才能得心应手。根据理论指导实践操作,实践又修正理论的原理,设计的实验原理均是以问题探究的形式让学生自主预习与探究。如药物的合成实验中,通常设计的问题是:①简述药物的结构、性质、作用与用途。②合成化学反应的原理及其操作(要求写出化学反应方程);③杂质有哪些,如何除去这些杂质?④如何鉴定所得产品是目标产物?
1.4仪器与试药
要求学生自己列出,并说明每种试剂在反应中起什么作用,试剂规格和浓度是多少,实验前均需要提前准备好,这样在实验中才不会用错试剂。如磺胺醋酰钠的制备中,氢氧化钠试液有4种不同浓度(见表1),稍有不慎,将会有一步走错,全盘皆输的后果。
1.5实验操作及关键点
每个实验项目操作均不相同,根据具体的操作提出针对性的问题进行探究。在磺胺醋酰钠的制备实验中,设计的探究问题是:①在反应过程中加料很重要,先后的原则,每次只加其中的一种,以使反应液始终保持pH值。如果pH值过高,则多,如果pH值过低,则多。②酰化反应为(放热、吸热)反应,应采取措施控制反应温度为。③调pH至7时,析出的固体是,调至pH7以下时,固体(A增多、B减少)。④调pH至4~5时,析出的固体又是,调至pH4以下时,固体(A增多、B减少)。⑤制备钠盐时所需要氢氧化钠的量如何计算,氢氧化钠量偏多或偏少对实验结果有何影响?⑥根据磺胺类药物的结构与理化性质,请设计出2种以上的鉴别方法,并比较三种磺胺类药物的鉴定结果的异同。以上问题有些书上能找到答案,有些则需要探索后才能得到答案。
1.6原始记录、结果与讨论
科研过程要求原始记录真实、完整,这样实验过程中一旦出现异常情况即可查找原始记录,分析原因,寻找解决办法。在磺胺醋酰钠的制备实验中,我们设计的原始记录见表2和表3。通过表2和表3的数据可以从实践操作层面回答以上探究的问题。科研过程中对数据的处理和结果的分析是必不可少的环节,因此需要对学生加强引导与训练,使其具备一定的科研素质。
1.7巩固与拓展
此环节既是检测学生对实验重点内容的掌握情况,又是对与此实验相关的知识的拓展延伸,起到事半功倍的效果。在对乙酰氨基酚的实验中,设计的巩固与拓展问题有:针对药物的结构与性质间关系我们提出了“亚硫酸氢钠在实验中起什么作用”的问题;针对反应的原理及常用酰化试剂我们提出了“酰化反应为何选用醋酐而不用醋酸作酰化剂”的问题;针对精制的操作提出了“对乙酰氨基酚的合成中的特残杂质是什么”的问题;针对单因素实验结果提出了“影响酰化反应产率的因素有哪些”的问题,并要求学生根据单因素试验结果,自己设计一个正交试验来选择最佳的酰化反应条件。在思考回答这些问题时,即加深了对原来知识的记忆,又拓展了运用知识的新能力。
1.8反思与报告
课后师生均进行反思,对本次实验进行小结,以便能更好地开展以后的实验教学。每人提交一份实验报告,以锻炼学生的基本科研写作能力。
2在药物化学实验教学中引入导学案模式教学的意义
2.1由被动学习向主动学习转变
传统教学是教师口头告知需要做实验预习,因而大多数学生的预习是被动的,将课本上原理与操作过程照抄一遍给教师检查。导致实验课上是学生对实验的目的、原理、实验操作过程等基本不了解,而实验操作亦无新意与挑战性,很容易引起学生对教学实验的认识疲劳,在满足了学生的一点好奇心以后,可能会导致学生对教学试验的厌倦,丧失对实验的兴趣,因而很少有学生去主动探究实验的奥妙。采用导学案模式教学后,学生人手一份学案资料,按照学案资料能有目的地完成预习;实验环节丰富多彩且富有挑战性,学生对学习乐此不疲;实验成绩评价多元化,能激发学生的学习主动性,积极地完成学习任务。
2.2由机械地操作向丰富多彩地探究活动转变
例如对乙酰氨基酚的合成实验,传统的教学实验按照教材操作[3],基本上是“照单抓药”式,只是训练学生的机械式地操作技能或技术。至于为什么要这样进行操作,怎样做才能做得更好,实验过程中出现异常现象怎么处理等等诸多问题学生完全也不用去考虑,因为试验指导书、教材、老师都是这样记载、讲述和要求的。引入导学案模式后,我们设计了四个循序渐进的从理论到实践的问题进行探究,且增加了对理论与实践成果的展示与点评,巩固与拓展、反思与反馈等环节,学生在丰富多彩地教学环节中有效地完成了学习任务,学生发现问题、解决问题以及探索创新等能力均得到较大地提高。
2.3实验成绩评价由单一向多元化转变
传统的实验成绩由实验报告成绩确定,有的学生实验不做或做得不好,课后抄别组的实验数据甚至是照抄别的同学的报告,最后也得高分,这样误使学生认为实验操作不重要,重要是写好报告。而引入导学案模式后,实验成绩从预习、活动探究成果、展示与点评次数、实验报告、劳动以及纪律等多个环节较客观、公正地评价,有效地激发了学习的热情,使学生对各个环节学习的均较重视。
3讨论
经过一个学期的实践教学,大多数学生都适应且能良好地完成教学目标。课前积极主动完成预习、课堂探究、展示与交流活动开展有条不紊且有声有色,巩固和反思等环节能一丝不苟地完成,实验报告能及时完成且效果良好,并且能体会实验的乐趣,学会倾听与分工合作,学生的探索发现能力和解决问题能力提到了提升。但在实践中还需要注意几个问题,以便能更好地开展教学活动。
一是关于导学案的使用。导学案包括“导”和“学”两部分。“导”即教师的引导和指导,包括课前预习、课堂探究、巩固练习、课后拓展反思、兴趣与能力培养等各个具体的环节。教师需要全程参与、监督与指导,当学生在讨论过程中容易偏离话题或进入沉闷时,教师要及时引导、鼓励与点拨,同时也需要对重点、难点的内容进行精讲,并进行拓展延伸,培养学生的创新思维与能力。“学”即学生自主学习,主要以“问题探究”形式进行,包括课前对旧知识的回顾、新知识的预习,然后带着未能解决的问题进入课堂探索,课后学生需要自主整理、归纳、复习巩固,形成能力。
二是教学中要充分激发学生的学习兴趣与求知欲望。在实践过程中可以采取多种措施以激发学生的兴趣与求知欲望:①选择的实验内容最好是学生熟悉的药物,这些药物贴近生活,不再是纸上谈兵,易产生共鸣与兴趣。②鼓励学生进行展示,补充、提问与点评,评选优秀小组与组员等,均可加分并累积作为平时成绩的依据,使学生积极主动地参与。③实验成绩评价多元化,包括自评分、互评分和师评分,从预习、探究中展示、点评、补充、质疑、解疑、巩固拓展训练、反思、实验报告、劳动和纪律等各个环节进行评价,使评价更客观、公平与公正。④教师对学生实验探究活动表示出极高的信任,对其成果表示肯定,增强学生的自信与成就感。⑤在教学实践将导学案模式与科学试验的原理与方法[4]、多媒体手段等有机结合,让学生体验科学探索的过程,图、文与演示的直观生动与学习的乐趣。通过这些措施,能有效激发学习的兴趣与求知欲,提高了教学效果。