科研设计与统计

1、 袁秉祥袁秉祥 （西安交通大学医学院药理学系）（西安交通大学医学院药理学系） 82657724; 科研选题科研选题, ,实验设计和数据处理实验设计和数据处理科研科研思路思路和选题和选题创新创新第一节第一节创新创新创新创新创新创新一、一、顺向外展顺向外展（uniuni-directional extrapolation)-directional extrapolation)1 1、沿沿最最新发现新发现, , 思路思路, , 观点观点, , 方向提出方向提出 2 2）应用型、侧向型或枝节性课题（新颖性）应用型、侧向型或枝节性课题（新颖性）1 1）主导性、前沿性、）主导性、前沿性、深入性课题（更快深

2、入性课题（更快, , 更高）更高）2 2、沿着自己研究室的工作积累和长期坚持的研究沿着自己研究室的工作积累和长期坚持的研究方向提出更深入、更全面的课题。方向提出更深入、更全面的课题。3 3、经过国内外的技术合作、学习进修、攻读学位，经过国内外的技术合作、学习进修、攻读学位，将参与的课题延伸或扩展，提出新的的课题。将参与的课题延伸或扩展，提出新的的课题。4 4、通过学术交流（特别是国际学术会议）获得最通过学术交流（特别是国际学术会议）获得最新、最全面的科研信息，综合分析后提出新问题。新、最全面的科研信息，综合分析后提出新问题。开辟新的方向和引导世界跟踪开辟新的方向和引导世界跟踪5、技术引进，填补

3、空白、技术引进，填补空白 二、二、逆向外展逆向外展（reverse extrapolationreverse extrapolation）1 1、以一定线索为依据，对传统理论、观点提、以一定线索为依据，对传统理论、观点提出有根据的疑问，并向相反的方向推论，进出有根据的疑问，并向相反的方向推论，进而开创出新的研究领域，开创新的方向。而开创出新的研究领域，开创新的方向。缺血缺血损伤研究损伤研究抗缺血研究抗缺血研究缺血再缺血再灌注损伤灌注损伤缺血预缺血预适应保护适应保护缺血后适应保护缺血后适应保护灌注治疗灌注治疗短时间缺血短时间缺血舒张血管舒张血管抑制血栓抑制血栓血液流变血液流变抗动脉硬化抗动脉硬化

4、降低耗氧和代谢降低耗氧和代谢 （耐缺氧）（耐缺氧）抑制调亡抑制调亡介入和手术介入和手术药物性保护药物性保护2 2、通过偶然机遇、意外发现，对传统观点提出疑通过偶然机遇、意外发现，对传统观点提出疑问，进行反向思维，进而开创出新的研究领域。问，进行反向思维，进而开创出新的研究领域。提出疑问提出疑问内皮细胞内皮细胞 EDRPsEDRPs NO NO 心血管心血管, ,免疫和神经功能免疫和神经功能19981998年生理与医学年生理与医学NobelNobel奖奖血管内皮损伤血管内皮损伤血管内皮完整血管内皮完整Robert F FurchgottLouis J Ignarro,Ferid Murad三、三

5、、交叉扩展交叉扩展（across extrapolation across extrapolation ）1 1、学科借鉴学科借鉴原油管道输送原油管道输送血液流变学血液流变学2 2、学科交叉学科交叉n生物学生物学+ +信息学信息学生物信息学生物信息学n数学数学+ +医学医学数学药理学，数学生理学数学药理学，数学生理学n医学医学+ +心理学心理学医学心理学医学心理学n医学医学+ +社会学社会学吸烟、酗酒，药物成瘾吸烟、酗酒，药物成瘾n医学医学+ +药学药学临床药学临床药学3 3、临床临床- -基础医学交叉基础医学交叉 从临床寻找实际问题；从基础寻求技术和理论突破；从临床寻找实际问题；从基础寻求技

6、术和理论突破；基础基础-临床结合解决重点或重大问题。临床结合解决重点或重大问题。实验设计实验设计第二节第二节 根据研究目的、工作积累和研究条件，查阅相根据研究目的、工作积累和研究条件，查阅相关文献，进行学术研讨，充分掌握相关理论和技术方关文献，进行学术研讨，充分掌握相关理论和技术方法，提出关键问题，然后进行实验设计。法，提出关键问题，然后进行实验设计。 重复、随机、对照重复、随机、对照一、实验设计的基本原理和原则一、实验设计的基本原理和原则实验设计实验设计实验设计原则实验设计原则1.1.重复（重复（replication） 结果应稳定重复，结果应稳定重复，尽量增加例数，尽量增加例数，减少减少实

7、验误差实验误差：抽样误差抽样误差 偶然因素对抽样的干扰，使总体不同质。偶然因素对抽样的干扰，使总体不同质。均衡均衡随机，样本足够。随机，样本足够。条件误差条件误差 实验条件（时间、环境实验条件（时间、环境）不均衡所致。）不均衡所致。同步平行观察。同步平行观察。系统误差系统误差 实验平台、测定标准和习惯造成的单向偏差。实验平台、测定标准和习惯造成的单向偏差。提高实验条件和学科水平提高实验条件和学科水平。过失误差过失误差 研究者和被研究者的主观意愿、精神因素干扰研究者和被研究者的主观意愿、精神因素干扰了研究结果。了研究结果。严密的实验设计，如双盲法设计严密的实验设计，如双盲法设计。实验设计实验设计

8、 随机目的是把一切干扰因素均衡地分配到各组随机目的是把一切干扰因素均衡地分配到各组（实验组和对照组）中，避免主观因素和实验误差（实验组和对照组）中，避免主观因素和实验误差的影响。获得随机数字的影响。获得随机数字 进行随即分组。进行随即分组。 在实际工作中常采用均衡随机进行分组，即先将在实际工作中常采用均衡随机进行分组，即先将可控制因素（如性别、体重、病情、病程可控制因素（如性别、体重、病情、病程）进）进行分层，然后在每一层次中再进行随机分组。行分层，然后在每一层次中再进行随机分组。 2随机随机（randonmization） 实验设计实验设计实验设计原则实验设计原则 实验设计实验设计实验设计原

9、则实验设计原则 正常组对照（假手术组）正常组对照（假手术组） 对照组对照组模型组对照模型组对照* 阳性组对照阳性组对照 小剂量小剂量 实验组实验组中剂量中剂量 大剂量大剂量 通常以模型组对照为对照组通常以模型组对照为对照组阴性组对照阴性组对照二、分组对照设计二、分组对照设计实验设计实验设计分组对照设计分组对照设计 以机体（动物、病人、标本）自身作为对照的配对资料，以机体（动物、病人、标本）自身作为对照的配对资料，即在同一个体上观察处理前后的变化。如同一标本（血样、尿样）即在同一个体上观察处理前后的变化。如同一标本（血样、尿样）用用2 2种检测方法的结果比较，一批病人两个疗程的比较。种检测方法的

10、结果比较，一批病人两个疗程的比较。 给药前给药前A A 给药后给药后AA A A1 1 给药后给药后A A1 1 A A2 2 给药后给药后A A2 2AS1. 1. 单组自身比较设计单组自身比较设计分组对照设计分组对照设计实验设计实验设计 (n=20) (n=20)1个疗程个疗程2个疗程个疗程 (n=20)有效率有效率=50%有效率有效率=60%配对配对 t 检验检验泊松分布泊松分布关联关联x2和优势和优势x2 正常对照组正常对照组 A A * * 模型对照组模型对照组 B B 阳性对照组阳性对照组 C C 实验组（实验组（1 1） D D 实验组（实验组（3 3） E E 实验组（实验组（

11、1010）F F 2单纯平行对照单纯平行对照实验设计实验设计分组对照设计分组对照设计量反应：单因素（组间）方差分析量反应：单因素（组间）方差分析 两两对比两两对比 （t t、t t 或或q q、q q 检验）检验） 最常用、最简单的设计；实验组和对照组同步开始，同步结束。最常用、最简单的设计；实验组和对照组同步开始，同步结束。（对比组）（对比组） 质反应：质反应：x x2 2检验检验量效关系的显著性检验（量效关系的显著性检验（tr） 实验组和对照组同步开始，多次测量，同步结束，如：给药前、实验组和对照组同步开始，多次测量，同步结束，如：给药前、给药后给药后10、30、60、120min、。 给

12、药前给药前 给药后给药后 对照组对照组 A 。 。 。 实验组实验组 B 。 。 。 3 3多次测量平行对照多次测量平行对照数据处理：多次测量的方差分析数据处理：多次测量的方差分析两两对比两两对比(t,tt,t 或或q,qq,q 检验检验) ) 实验设计实验设计分组对照设计分组对照设计如给药前数据已有差异，应进行数据转化，用变化（差值）或如给药前数据已有差异，应进行数据转化，用变化（差值）或变化率表示。变化率表示。 某些研究和测定无法做到同时同地完成，经常需要跨时间、某些研究和测定无法做到同时同地完成，经常需要跨时间、多中心完成；但在数据处理时应注意批间和顺序变异。多中心完成；但在数据处理时应

13、注意批间和顺序变异。 对照组对照组 A 实验组实验组 B 对照组对照组 A 实验组实验组 B 对照组对照组 A 实验组实验组 B 对照组对照组 A 实验组实验组 B第一批第一批第二批第二批第三批第三批第第1段段第第2段段第第3段段4平行分批分段对照平行分批分段对照实验设计实验设计分组对照设计分组对照设计不可将多批数据综合一并处理，不可将多批数据综合一并处理，而应求出批间变异进行析因处而应求出批间变异进行析因处理：析因理：析因t t检验；方差分析检验；方差分析 临床研究中先将可控因素（如性别、体重、病情、病临床研究中先将可控因素（如性别、体重、病情、病程程）进行分层（如）进行分层（如3个层次），

14、然后在每一层次中再进行个层次），然后在每一层次中再进行随机分组。随机分组。 1层层 2层层 3层层 1层层 2层层 3层层 对照组对照组 实验组实验组 5.平行分层对照（均衡随机）平行分层对照（均衡随机）实验设计实验设计分组对照设计分组对照设计多因素方差分析，按平行对照处理，多因素方差分析，按平行对照处理，t、t （q、q ）检验。）检验。 交叉对照设计适合于动物或病人状态稳定，刺激或药物交叉对照设计适合于动物或病人状态稳定，刺激或药物作用后可恢复到原来状态，如自发性高血压大鼠和二期高血作用后可恢复到原来状态，如自发性高血压大鼠和二期高血压病人对降压药的作用。在进行相对生物度测定时，通常采压病

15、人对降压药的作用。在进行相对生物度测定时，通常采用这种交叉配对设计。用这种交叉配对设计。1) 一次交叉一次交叉（AOB，BOA）：交叉配对设计）：交叉配对设计 A:对照组对照组 清洗期清洗期 B:对照组对照组 B:实验组实验组 （7 t1/2） A:实验组实验组 6. 交叉对照交叉对照实验设计实验设计分组对照设计分组对照设计所得数据可进行显著性检验或所得数据可进行显著性检验或生物等效性分析（生物等效性分析（采用双向采用双向单侧单侧 t t 检验）。检验）。 A B C A B C D A B C D E A B C D E F B C A B C D A B C D E A B C D E F

16、 A C A B C D A B C D E A B C D E F A B D A B C D E A B C D E F A B C E A B C D E F A B C D F A B C D E 33 44 55 662）多次交叉（拉丁方设计）多次交叉（拉丁方设计）实验设计实验设计分组对照设计分组对照设计 拉丁方设计巧妙合理，同一病例、动物和标本可多次使拉丁方设计巧妙合理，同一病例、动物和标本可多次使用，所需例数较少，消除了用药顺序影响和个体差异的干扰，用，所需例数较少，消除了用药顺序影响和个体差异的干扰，统计效率很高。拉丁方设计特别适于病情和模型稳定的珍贵统计效率很高。拉丁方设计特

17、别适于病情和模型稳定的珍贵病例或动物的研究。病例或动物的研究。 缺点：实验周期成倍延长，方差分析数据库稍复杂。缺点：实验周期成倍延长，方差分析数据库稍复杂。6、多因素多水平实验设计、多因素多水平实验设计n正交设计（正交设计（orthogonal design)orthogonal design)n均匀设计（均匀设计（uniformity design)uniformity design)n权重配方法权重配方法（weighted modification methodweighted modification method）n参数法（参数法（parameter method parameter

18、method ）n映射法（映射法（refection methodrefection method）n正交正交 t t 值法值法 （orthogonal t test)orthogonal t test)n综合指数法（综合指数法（comprehensive index methodcomprehensive index method）n等效线法（等效线法（LoeweLoewe）n合并指数法（合并指数法（Chou-TalalayChou-Talalay）实验设计实验设计多因素多水平设计多因素多水平设计1）正交设计）正交设计 (Orthogonal design) 以严谨而巧妙的分组安排来分析多因

19、素多水平的资料以严谨而巧妙的分组安排来分析多因素多水平的资料均衡分散：试验点在试验范围内排列规律整齐均衡分散：试验点在试验范围内排列规律整齐整齐可比：试验点在试验范围内散布均匀。整齐可比：试验点在试验范围内散布均匀。L是正交设计表的符号，例如是正交设计表的符号，例如 L4表示表示4种组合，种组合，L4(23)表示表示3种因素各种因素各2个水平。个水平。L4(23)正交表的代号正交表的代号试验次数试验次数因素的水平数因素的水平数因素数因素数实验设计实验设计多因素多水平设计多因素多水平设计3因素因素2水平，用正交表需要安排水平，用正交表需要安排L4(23)=4组试验；组试验；5因素因素5水平，用正

20、交表需要安排水平，用正交表需要安排L25(55)25组试验。组试验。组组 合合实验组合安排实验组合安排实验次数及结果实验次数及结果Ca2+K+Mg2+123合计合计A1(高）高） 1 (高）高） 1 (高）高） 2.92.82.98.6B1 (高）高） 2(低低)2 (低低)2.02.12.16.2C2 (低低) 1 (高）高） 2 (低低)3.23.33.19.7D2 (低低) 2 (低低) 1 (高）高）3.02.93.19.0Z1 (1水平和水平和)14.818.317.611.111.311.133.5Z2 (2水平和水平和)18.715.215.9D (Z1-Z2)-3.93.11.

21、7 L4（23）三种营养液成分实验设计及其数据处理）三种营养液成分实验设计及其数据处理Ca2+的的 |D| 最大，说明最大，说明Ca2+对实验结果影响最大，且低浓度效对实验结果影响最大，且低浓度效果最好；果最好；K+影响次之，高浓度效果好；影响次之，高浓度效果好；Mg2+影响小，高浓度效影响小，高浓度效果好；结论是：低果好；结论是：低Ca2+、高、高K+和高和高Mg2+为最佳组合。为最佳组合。多因素多水平设计多因素多水平设计 2）均匀设计）均匀设计 (Uniformity design) 1978 1978年，七机部由于导弹设计提出了一个五因年，七机部由于导弹设计提出了一个五因素大于素大于10

22、10水平的试验要求，而试验总数不超过水平的试验要求，而试验总数不超过5050，显然优选法和正交设计都不能做到，方开泰与王元显然优选法和正交设计都不能做到，方开泰与王元经过几个月的共同研究，提出了经过几个月的共同研究，提出了“均匀设计均匀设计”试验试验设计用于导弹设计，并取得了成效。设计用于导弹设计，并取得了成效。排列组合排列组合53125次试验次试验73=343次次正交设计正交设计5225次试验次试验72=49次次均匀设计均匀设计5次试验次试验7次次 每个表有一代号每个表有一代号Un(qs)，U表示均匀设计，表示均匀设计，n次试验，次试验，每个因素有每个因素有q个水平，个水平，s表示最多因素数

23、，即最多有表示最多因素数，即最多有s列，其中列，其中n=q。设计表。设计表U6表示有表示有6个因素（如联用药个因素（如联用药物），做物），做6次试验，每个因素有次试验，每个因素有6个水平（如剂量水个水平（如剂量水平），该表有平），该表有6列，见表列，见表1均匀设计表符号表示的意义均匀设计表符号表示的意义U7(76)均匀表的代号均匀表的代号试验次数试验次数因素的水平数因素的水平数因素数因素数 3 3）权重配方法（）权重配方法（weighted modification methodweighted modification method） 孙瑞元教授利用均匀设计和优化（或超级）拉丁孙瑞元教授利用

24、均匀设计和优化（或超级）拉丁方设计原理，并根据复方药物量效关系规律，建立方设计原理，并根据复方药物量效关系规律，建立的数据分析方法和科学、高效、简便的新药组方方的数据分析方法和科学、高效、简便的新药组方方法。法。 权重配方法进行规范的多比例、多剂量的优选实权重配方法进行规范的多比例、多剂量的优选实验设计与优化研究手段。验设计与优化研究手段。 均匀设计均匀设计 + 优化拉丁方设计优化拉丁方设计 6543216个组分药个组分药配伍组配伍组1配伍组配伍组2配伍组配伍组3配伍组配伍组4配伍组配伍组5配伍组配伍组66个个剂剂量量组组1 2 3 4 5 6U6(66)均匀设计均匀设计 + 66拉丁方设计拉

25、丁方设计配伍组配伍组1配伍组配伍组2配伍组配伍组3配伍组配伍组4配伍组配伍组5配伍组配伍组66543211 2 36个个剂剂量量组组3个组分药个组分药3个组分药个组分药及其及其18个剂个剂量在量在6个配个配伍组中的均伍组中的均匀分布匀分布U6(66)均匀设计均匀设计 + 33拉丁方设计拉丁方设计42只只SD大鼠大鼠正常对照组正常对照组(6只只)给药组给药组(36只只)1ml/100g 10d 11(3) 28(6) 8(2) 20(5) 6 (1) 15(4) 7 (2) 11(4) 20(6) 5 (1) 9 (3) 15(5) 9(1)12(2)16(3)21(4)27(5)36(6)12

26、3456双双密密达达莫莫(D3) (mg/kg) 亚硒亚硒酸酸钠钠(D2) (g/kg) 塞塞来来昔布昔布(D1) （mg/kg） 配伍配伍组组量效量效数数据据 ：三三药药配伍配伍对对血栓指血栓指数数Q Q影影响响，E E为为1/Q1/Q均均数数，SDSD标标准差准差各组分在配伍组中的剂量各组分在配伍组中的剂量联用药效联用药效配伍组别配伍组别 组分组分1 1 组分组分2 2 组分组分3 3E ESDSD1 1 9 9 7 7 11 11 0.0700.0700.0100.0102 212121111 28 280.0780.0780.0150.0153 316162020 8 80.0730.

27、0730.0210.0214 42121 5 5 20 200.0690.0690.0100.0105 52727 9 9 6 60.0650.0650.0180.0186 636361515 15 150.0710.0710.0100.010EmaxEmax0.0930.093DmaxDmax36.0036.0020.0020.0028.0028.00DEmaxDEmax12.0012.0011.0011.0028.0028.00DEminDEmin27.0027.009.009.006.006.00 标化标化剂量剂量 b(dib(di) )b(didjb(didj) )P P值值优化剂量优

28、化剂量优化剂量注释和优化剂量注释和相互作用定性结果相互作用定性结果组分组分1 1d1d1-0.067-0.067- -0.0710.07112.00012.000为组分为组分1DEmax1DEmax组分组分2 2d2d21.8111.811- -0.0370.03720.00020.000为组分为组分2Dmax2Dmax组分组分3 3d3d31.8531.853- -0.0110.01128.00028.000为组分为组分3Dmax3Dmax主药主药交互项交互项d3d1d3d1- -0.305-0.3050.1430.14312.00012.000为组分为组分1 1剂量剂量, ,两组分间呈相加

29、性两组分间呈相加性交互项交互项d3d2d3d2- -2.3712.3710.0790.07911.00011.000为组分为组分2 2剂量剂量, ,两组分间呈相加性两组分间呈相加性组分重要程度组分重要程度组分组分33组分组分22组分组分1 1理论优化组方理论优化组方组分组分1 1剂量剂量12.00012.000组分组分2 2剂量剂量15.50015.500组分组分3 3剂量剂量28.00028.000 ( (注注: :若同组分获得不同两剂量若同组分获得不同两剂量, ,则取其均则取其均数数) )理论优化比例理论优化比例组分组分1 : 1 : 组分组分2 : 2 : 组分组分3 = 1.00 :

30、1.29 : 2.333 = 1.00 : 1.29 : 2.33各各组组分在分在组组方中的作用及其相互作用方中的作用及其相互作用 （DAS软件）软件）5 5）权重配方分析结论）权重配方分析结论 复方塞来昔布抑制血栓形成，双密达莫作用明显复方塞来昔布抑制血栓形成，双密达莫作用明显(权重指数权重指数b=1.853，P0.05)， 亚硒酸钠作用也较明显（亚硒酸钠作用也较明显（b=1.811,P2A,2B AB 2A,2B * * 相加相加 AB AAB A或或B B * * 拮抗拮抗 ABAABA+B+C; AB2AABCA+B+C; AB2A，2B; BC2B2B; BC2B，2C2C； * *

31、 相加相加 A+B+CABCAA+B+CABCA、B B或或C; A+BABAC; A+BABA或或B B； B+CBCBB+CBCB或或C;C; * * 拮抗拮抗 ABC AABC A、B B或或C; AB AC; AB A或或B ; BC BB ; BC B或或C C 5 5）拆方设计）拆方设计实验设计实验设计拆方设计拆方设计 通常药物的实验剂量需要通过预实验摸索通常药物的实验剂量需要通过预实验摸索求得，或通过查阅资料获得。经常以求得，或通过查阅资料获得。经常以mg/kgmg/kg或或g/kgg/kg作为剂量单位，人与动物之间，不同作为剂量单位，人与动物之间，不同种属动物之间的剂量呼应关系

32、应按体表面积种属动物之间的剂量呼应关系应按体表面积来计算。还应注意药效学研究与毒理学研究，来计算。还应注意药效学研究与毒理学研究，临床前研究与临床研究之间的剂量呼应关系。临床前研究与临床研究之间的剂量呼应关系。剂量设计关系到实验的成败。剂量设计关系到实验的成败。四、剂量设计四、剂量设计实验设计实验设计剂量设计剂量设计小鼠小鼠20g大鼠大鼠200g豚鼠豚鼠400g兔兔1.5kg猫猫2.0kg猴猴4.0kg犬犬12kg人人70kg小鼠小鼠20g1.07.012.2527.829.7 64.1124.2387.8大鼠大鼠200g0.141.01.743.94.29.217.856.0豚鼠豚鼠400g

33、0.080.571.02.252.45.29.231.5兔兔 1.5kg0.040.250.441.01.082.44.514.2猫猫 2.0kg0.030.230.410.921.02.24.113.0猴猴 4.0kg0.0160.110.190.420.451.01.96.1犬犬12kg0.0080.060.100.220.230.521.03.1人人70kg0.00260.0180.0310.070.0780.160.321.01. 按体表面积比率换算等效剂量按体表面积比率换算等效剂量 （标准体重）（标准体重） 实验设计实验设计剂量设计剂量设计 从表中动物与人体表面积比值，直接计算从表中

34、动物与人体表面积比值，直接计算标准体标准体重重的人或动物的剂量。的人或动物的剂量。 如大鼠剂量是如大鼠剂量是50 mg/kg，推算人的试用剂量。，推算人的试用剂量。200 g体重大鼠的剂量体重大鼠的剂量10 mg，那么体重为，那么体重为70 kg人人的总剂量为的总剂量为1056560 mg，人的剂量为，人的剂量为560708 mg/kg。 规律：动物越小，剂量（规律：动物越小，剂量（/kg）越大。）越大。实验设计实验设计剂量设计剂量设计 2. 体型系数估算法体型系数估算法实验设计实验设计剂量设计剂量设计在动物和人的体重与标准体重相差较远时用下列公式剂量：在动物和人的体重与标准体重相差较远时用下

35、列公式剂量：33ABBAABWRDDRW DB为欲求算动物剂量，为欲求算动物剂量，DA是已知动物剂量，是已知动物剂量，WA和和WB分分别是它们的体重。别是它们的体重。RA和和RB分别是它们的体重系数，各种动分别是它们的体重系数，各种动物和人的体型系数见下表：物和人的体型系数见下表：种属种属小鼠小鼠大鼠大鼠豚鼠豚鼠兔兔猫猫猴猴犬犬人人R0.060.090.099 0.093 0.082 0.111 0.1040.11非标准体重非标准体重实验设计实验设计剂量设计剂量设计330.110.25010/0.0945BDmgkg 如大鼠（如大鼠（200 g体重）的有效剂量是体重）的有效剂量是50 mg/k

36、g，推算，推算45 kg人的试用剂量：人的试用剂量： 45 kg体重人的估算总量是体重人的估算总量是1045=450 mg，为了更安，为了更安全，取其全，取其1/51/3做为临床研究的初试剂量（做为临床研究的初试剂量（100mg)。 人、各种动物之间的剂量不同，动物的体重人、各种动物之间的剂量不同，动物的体重越小越小,剂量（剂量（/kg）越大。动物和人的剂量比例）越大。动物和人的剂量比例关系（按关系（按kg计算）如下：计算）如下：3. 粗略估算法粗略估算法实验设计实验设计剂量设计剂量设计人人犬犬猴猫兔猴猫兔豚鼠豚鼠大鼠大鼠小鼠小鼠12-33-55-77-99-111）临床前药效学剂量：一般在同

37、种动物）临床前药效学剂量：一般在同种动物LD50的的1/10至至1/50之间。之间。2）人的首次试用剂量：）人的首次试用剂量：一或二种动物一或二种动物LD50的的1/600或或ED50的的1/601/10；长期毒性试验引起可逆性不良反应剂量的长期毒性试验引起可逆性不良反应剂量的1/60；相当于犬最大耐受剂量的相当于犬最大耐受剂量的1/101/5。按体表面积折算，用药效学有效预测剂量的按体表面积折算，用药效学有效预测剂量的1/5。4. 根据根据ED50、LD50、最大耐受量来换算、最大耐受量来换算实验设计实验设计剂量设计剂量设计1）以成人剂量估算：用最小分布容积确定最大浓度）以成人剂量估算：用最

38、小分布容积确定最大浓度 成人剂量成人剂量/血液总量（血液总量（4.5 L) =最大实验浓度（脱水药）最大实验浓度（脱水药） 成人剂量成人剂量/体液总量（体液总量（15 L) =最大实验浓度最大实验浓度2）以动物实验有效剂量来估算：）以动物实验有效剂量来估算： 动物实验有效剂量动物实验有效剂量 /（体重（体重/4）=最大实验浓度最大实验浓度3）以血药浓度（阈浓度）为实验浓度）以血药浓度（阈浓度）为实验浓度4）常用实验浓度：）常用实验浓度： 10-9 310-9 10-8 3 10-8 10-7 3 10-7 10-6 310-6 10-5 mol/L 5. 离体试验浓度（离体试验浓度（mol/L

39、）估计方）估计方法法实验设计实验设计剂量设计剂量设计数据处理数据处理第三节第三节1、统计学、统计学2、量效关系、量效关系C-T曲线曲线数据处理数据处理显著性显著性优效性优效性等效性等效性非劣性非劣性量反应量反应 -受体动力学受体动力学质反应质反应 -机率单位法机率单位法 3、药动学、药动学房室模型判断房室模型判断消除动力学参数计算：消除动力学参数计算：t1/2()、 t1/2( ) 、 k10、k12、k21、CL、Vd、F、AUC 累积动力学参数计算：累积动力学参数计算：Css、Css Css(max)、 Css(min)、生物利用度的等效性研究生物利用度的等效性研究群体动力学研究群体动力学

40、研究PK/PD研究研究非线性动力学非线性动力学量效曲线量效曲线显著性界值显著性界值显著显著性性S- - significanceTS+S优效优效性性superiorityS+ST药效学统计药效学统计数据处理数据处理等效性界值等效性界值非劣非劣性性等效等效性性S- -TnoninferiorS- -S+SSequivalentT药效学统计药效学统计数据处理数据处理单率述描单率述描泊松分布或二项分布法（可信限区间）泊松分布或二项分布法（可信限区间）两率两率对比对比无配对关系无配对关系构成比相同构成比相同例数例数32（22）例数例数3直接机率法直接机率法构成比不同构成比不同2权重法权重法有配对关系有

41、配对关系关联关联2法优势法优势2法法多率多率对比对比有等级顺序有等级顺序等级序值法、等级序值法、Ridit法法无等级顺序无等级顺序多率综合对比多率综合对比2（RC）组间两两对比组间两两对比2（22）一、一、 统计学计数资料（质反应）统计学计数资料（质反应）数据处理数据处理两均数两均数对比对比常态分布常态分布( (参数资料参数资料) )无配对关系无配对关系方差整齐方差整齐t t值法值法方差不齐方差不齐t t 检验检验有配对关系有配对关系配对配对t t值法值法偏态分布（非参数资料）偏态分布（非参数资料）秩和检验，序值法秩和检验，序值法等效性检验等效性检验双向单侧双向单侧t t检验检验多均数多均数对

42、比对比多组对比多组对比单因素方差分析单因素方差分析+ +两两对比两两对比多因素多因素分析分析方差分析方差分析多批资料多批资料析因析因t t值法值法, ,方差分析方差分析两两对比两两对比t t、t t 或或q q、q q 检验检验拉丁方设计拉丁方设计方差分析方差分析二、二、 计量资料（量反应）计量资料（量反应）数据处理数据处理例例1 药效学研究：对照药为药效学研究：对照药为1008 (n=10)；新药；新药为为947 (n=10)。判断差异性和等效性。判断差异性和等效性。 1）计算）计算2组标准误：组标准误：Se3.36； 2）差异性判断：）差异性判断：t=100-943.36=1.79， P0

43、.05，无显著意义。，无显著意义。 3）等效性判断：查表或计算得）等效性判断：查表或计算得T=1.734，等效判断，等效判断标准标准D=0.1，等效界值：，等效界值： L0.11001.7343.364.17 均数差绝对值为均数差绝对值为6，大于，大于L值，故等效性不合格。值，故等效性不合格。 可见可见t检验检验P0.05，并不能说明两药等效。，并不能说明两药等效。例例2 药效学研究：对照药为药效学研究：对照药为602（n=20），新），新药为药为643（n=20），判断差异性和等效性。），判断差异性和等效性。 1) 两组标准误，两组标准误，Se=0.81。 2) 差异性判断：差异性判断： t

44、(60 - 64)0.81=4.94， P0.01，差异有非常显著性意义，差异有非常显著性意义 3) 等效性判断：等效性判断： L0.160-1.644+1.55(38-0.75)0.81=4.64 均数差绝对值（均数差绝对值（4）小于）小于L值（值（4.64），故等效性合），故等效性合格，可见格，可见t检验检验P0.01，并不拒绝两药等效。，并不拒绝两药等效。 量效关系显著性检验量效关系显著性检验 t(r) t(r) 检验检验 散点回归得回归系数散点回归得回归系数(r)(r)，n n为散点数为散点数 数据处理数据处理( )rt rSr2(2)( ).(1)nt rrr-自由度自由度=n-20

45、1234502 04 06 08 01 0 01 2 0y = 1 7 .0 7 7 x + 4 .5 8 9n = 3 7 , r = 0 .9 1 4 , P 0 .0 1D o s e (g /k g )Dose/Effect谢谢！谢谢！六、量六、量-效关系设计和受体动力学效关系设计和受体动力学 量效曲线量效曲线量效实验量效实验曲线直线化曲线直线化量反应（量反应（ScottScott比值法）比值法）质反应（质反应（BlissBliss法）法）直线直线 直线回归直线回归回归参数回归参数量反应量反应KD, EmaxLD50, ED50质反应质反应实验设计实验设计量量-效关系效关系 1. 量反

46、应：效应以可测量的连续变量表示（量反应：效应以可测量的连续变量表示（xS S） 纵坐标纵坐标效应效应 直方双曲线直方双曲线量效曲线量效曲线 浓度浓度/效应效应 对称对称s形形 横坐标横坐标普通剂量或浓度普通剂量或浓度 直线直线（ScottScott法）法） 对数剂量或浓度对数剂量或浓度 E E C/E C lg C C EEmax10logDKD10log E D Emax KDD D 1 KD D E Emax Emax实验设计实验设计量量-效关系效关系 纵坐标（效应）纵坐标（效应） 累加反应数或率累加反应数或率 量效曲线量效曲线 机率单位机率单位 横坐标（剂量）横坐标（剂量） 普通剂量普通

47、剂量 对数剂量对数剂量Blisss法法实验设计实验设计量量-效关系效关系2. 质反应质反应 ：可进行率的对比，反应频数：可进行率的对比，反应频数纵坐标（效应）反应频数或率纵坐标（效应）反应频数或率横坐标（剂量）横坐标（剂量） 普通剂量普通剂量 对数剂量对数剂量量效曲线量效曲线偏态分布曲线偏态分布曲线正态分布曲线正态分布曲线长尾长尾s形曲线形曲线对称对称s形形直线直线举例：竞争性拮抗举例：竞争性拮抗 阿托品阻断阿托品阻断M受体对受体对Ach肠管收缩量效关系的影响肠管收缩量效关系的影响 Ach D 310-8 10-7 310-7 10-6 310-6 10-5 310-5 104 阿托品阿托品A

48、 0 mol/L 7 20 40 62 73 10-8mol/L 0 8 18 44 58 72 310-8mol/L 0 0 5 16 47 64 74 10-7mol/L 0 0 0 9 27 45 65 71 E 1 2log(R-1)-lgApA2.C.实验设计实验设计.量量-效关系效关系lgC pD2 和和pA2的计算：的计算： log(R-1)=-(-logA)+(-logKA) 第一步：第一步：求出求出R1、R2、R3 直线回归求出未加阿托品前直线回归求出未加阿托品前Ach的的KD0；同样求出；同样求出加入阿托品后加入阿托品后Ach的的KD1、KD2和和KD3，求出，求出R1、R

49、2，R3：R1=KD1KD0 第二步：第二步：计算计算pA2值值 输入输入3组组X、Y数据组：数据组： y=log(R-1)，x=-logA；计算计算X的理论值的理论值 0 x，求得，求得pA2 。实验设计实验设计量量-效关系效关系 非竞争性拮抗非竞争性拮抗 麦角酸二乙胺非竞争性拮抗麦角酸二乙胺非竞争性拮抗5-羟色胺犬离基底动脉条收缩作用羟色胺犬离基底动脉条收缩作用 EAmax EABmax LSD（mol/L） 0 10-10 310-10 10-9 310-9 5-HT效应（效应（Emax） 16mm 13mm 11mm 8mm 6mm R(EAmaxEABmax) 1.2308 1.45

50、45 2 2.6667 -logB x 10 9.5229 9 8.5228 log(R -1) y -0.6368 -0.3424 0 0.2218 实验设计实验设计量量-效关系效关系Emax50%EmaxEClog(R -1)-logBpD2.log(R-1) = -(-logB) + (-logKB)输入输入4组组x、y数据组，数据组，x 为为-logB，y为为log(R -1)，直线回归，直线回归，取回归参数和计算取回归参数和计算pD2 ，计算，计算X的理论值的理论值 0 x，求得，求得 pD2 实验设计实验设计量量-效关系效关系实验设计实验设计七、药动学研究设计七、药动学研究设计血药

51、血药浓度浓度C-T曲线曲线临床血药浓度监测临床血药浓度监测指导临床合理用药指导临床合理用药（剂量、给药速度、联合用药）（剂量、给药速度、联合用药）临床生物等效性研究临床生物等效性研究药动学研究设计药动学研究设计ssCssCssCssC房室模型房室模型线性模型线性模型动力学模型动力学模型PK/PD模型模型给药途径和剂型给药途径和剂型机体状态机体状态微分方程微分方程指数方程指数方程直线方程直线方程基础药动学基础药动学临床药动学临床药动学1）显著性检验（）显著性检验（significance trial ）显示试验药的效应是）显示试验药的效应是否不同于对照药或安慰剂。否不同于对照药或安慰剂。2) 优

52、效性检验（优效性检验（superiority trial） 显示试验药的效应是否显示试验药的效应是否大于对照药或安慰剂。大于对照药或安慰剂。3）等效性检验（）等效性检验（equivalence trial） 确认药物效应差别无确认药物效应差别无重要意义，即试验药与阳性对照药在效应上相当。重要意义，即试验药与阳性对照药在效应上相当。4）非劣性检验（）非劣性检验（noninferiority trial） 显示试验药的效应显示试验药的效应不小于阳性对照药。不小于阳性对照药。 临床临床药效学统计药效学统计数据处理数据处理显著性界值显著性界值显著显著S- - significanceTS+S优效优效s

53、uperiorityS+ST药效学统计药效学统计数据处理数据处理等效性界值等效性界值非劣效非劣效等效等效S- -TnoninferiorS- -S+SSequivalentT药效学统计药效学统计数据处理数据处理实验设计和数据处理实验设计和数据处理 袁秉祥袁秉祥 （西安交通大学医学院药理学系）（西安交通大学医学院药理学系） 82657724; 正交设计以严谨而巧妙的分组安排来分析多因素多水平正交设计以严谨而巧妙的分组安排来分析多因素多水平的资料，可以分析出哪个因素是主要因素，哪个因素是次的资料，可以分析出哪个因素是主要因素，哪个因素是次要因素；哪个因素起独立作用，哪些因素有相互影响。正要因素；哪

54、个因素起独立作用，哪些因素有相互影响。正交设计使得方差分析的计算过程比一般方差析因分析简便交设计使得方差分析的计算过程比一般方差析因分析简便明确，应大力提倡。明确，应大力提倡。 1. 正交配方设计正交配方设计实验设计实验设计注意：用正交设计选出最佳组方后，应继续做确认注意：用正交设计选出最佳组方后，应继续做确认性药效试验，以确定药物效应和相互作用。性药效试验，以确定药物效应和相互作用。三、药物相互作用和配方设计三、药物相互作用和配方设计配方设计配方设计另章论述另章论述 例例1：L4（23）设计，）设计，L是正交设计的符号，是正交设计的符号，L4表示表示4种组合，种组合，23表示表示3种因素各种

55、因素各2个水平。个水平。 营养液中的三种成分：营养液中的三种成分：Ca2+、K+、Mg2+，各有，各有2个个水平（高、低浓度），分析各成分的影响和相互作用，水平（高、低浓度），分析各成分的影响和相互作用，找出最佳组合。找出最佳组合。实验设计实验设计配方设计配方设计 例例1：L4（23）实验设计及其数据处理）实验设计及其数据处理 组组 合合 实验组合安排实验组合安排 实验次数及结果实验次数及结果 Ca2+ K+ Mg2+ 1 2 3 合计合计 A 1（高）（高） 1（高）（高） 1（高）（高） 2.9 2.8 2.9 8.6 B 1（高）（高） 2（低）（低） 2（低）（低） 2.0 2.1 2.1 6.2 C 2（低）（低） 1（高）（高） 2（低）（低） 3.2 3.3 3.1 9.7 D 2（低）（低） 2（低）（低） 1（高）（高） 3.0 2.9 3.1 9.0 1水平和水平和(Z1) 14.8 18.3 17.6 11.1 11.1 11.3 33.5 2水平和水平和(Z2) 18.7 15.2 15.9 差值差值 D(Z1-Z2) -3.9 3.1 1.7实验设计实验设计配方设计配方设计 Ca2+的的 |D| 最大，说明最大，说明Ca2+的的浓度变化对实验浓度变化对实验结果影响最大，且低浓度效果最好；结果影响最大，且低浓度效果最好；K+影响