皮肤局部外用药物治疗要取得疗效，就需要在特定时间内有足够浓度的药物摄入皮肤内，以发挥最大的作用。如果药物摄入皮肤不当或药物未能到达皮肤病变部位，迅速从皮肤消除或本身在皮肤中的药理学活性很低等，则会影响药物的局部疗效。目前研究较多的是用体外皮肤法测定药物的透皮速率，较全面地进行药物代谢动力学的研究不多。

皮肤局部用药后的药物动力学与其他用药途径完全不同。一般认为，由浓度差推动的被动扩散，是经皮给药的最基本方式。这一过程可用菲克扩散定律来描述。它将皮肤看作是一个均质膜，药物通过皮肤很快被毛细血管吸收进入体循环，因此药物在皮肤内表面的浓度很低，即符合扩散的漏槽条件。不同体系的经皮给药过程原则上都可用相对简单的分子透过膜的传质模型来描述，从而通过求解由菲克第二定律给出的扩散方程来模拟和预测实际的经皮渗透过程，所不同的只是边界条件，所以建立模型的关键往往在于提出合理的简化，从而获得适当的边界条件。

药物的透皮吸收不同于其他的吸收过程，药物从给药部位进入到体循环要经过一系列的动态过程，因此它的吸收不属于一级动力学，不会出现明显的“峰谷”现象。药物透皮吸收后，在低血药浓度峰值之后，由于角质层有很大的贮库作用和较低的运输能力，常接着一个长时期非常低的血药浓度扩散期，这一扩散期可持续数日之久，故长期局部用药后具有积累作用。

皮肤的药物动力学模型常用来预测或分析药物通过皮肤的吸收情况。人类皮肤可分为两部分即伪同源的膜角质层（sc）和活性表皮（ve）。对于大多数化合物来说，角质层单层膜模型已经代表了皮肤对化合物透皮的阻碍，而对于高脂溶性的药物，活性表皮对药物的透皮吸收也有很大的阻碍，所以必须考虑在内。

一室模型是研究药物透皮扩散机制的主要模型，但一室模型仅考虑了房室的平均血药浓度[〈 C〉（ t）]而不是任意时刻的血药浓度[ C（ t， x）]，忽略了房室模型速率常数相关的生理参数。二室生理相关药动学模型综合考虑了皮肤角质层和活性表皮，含丰富毛细血管的真皮层对药物的透皮没有阻碍而不予考虑。活性表皮这一室代表了存在于角质层和血液之间的所有亲水层。一般假设药物在房室内的浓度和在血液中的浓度相对稳定，不随房室内位置的改变而改变（即 C _v=＜ C _v＞， C _b=＜ C _b＞）。还假设 C _v和 C _b不随时间而改变，也不缓慢扩散（即假设为假稳态）；并假设最初的浓度均为零（即 t=0时， C _sc= C _ve=0）。穿过皮肤的药物在体内达平衡时在sc和ve的方程分别如下：

C _v、 C _b分别代表储库和皮肤内部的血药浓度， C _sc、 C _ve分别代表角质层（sc）和活性表皮（ve）内的平均血药浓度。

药物从贴片转运至sc的净透皮速率可表示为：

药物从ve转运至血中的净透皮速率可表示为：

这个二室模型更准确地反映了皮肤的生理特性，对高脂溶性化合物透皮吸收的描述较一室模型更合理。

皮肤药动学研究早期主要采用回收试验进行评价，通过测定皮肤表面剩余的药量来考察皮肤吸收的药量。虽然该法简单、易行，但其试验结果难以反映药物真实的体内动力学过程。因此，目前主要用于动物实验研究中的安全性评价。

胶条剥离技术又被称为皮肤贴片法，通过反复使用黏性胶条剥离的方法采集同一部位的角质层样本，可以相对无侵袭性地评价药物的经皮渗透情况。对皮肤贴片法不断进行验证，对其加以改进和完善，并利用该方法对多种皮肤用药的药动学进行了初步的研究。具体操作方法为：确定受试皮肤面积并进行清洗；将药物均匀涂布在受试皮肤上；到达治疗时间后，去除皮肤表面剩余的药物；连续使用黏性胶条采集同一部位的角质层样本；利用一些分析技术如紫外-可见分光光度法、高效液相色谱法（包括紫外、荧光、电化学检测器）、高效液相色谱串联质谱法、气相色谱法、闪烁计数法及衰减全反射傅里叶变换红外光谱法（ATRFTIR）等对采集的角质层样本中的药物含量进行测定。但有许多问题，至今仍未解决：①由于皮肤对药物的蓄积作用，药物代谢过程中的吸收相和消除相时间选择无法明确；②反复剥离胶条采集角质层样本，工作繁琐；③如何保证有效清除皮肤表面剩余药物；④胶条采样的规范性和一致性很难达到统一；⑤由于药物经皮蓄积部位不同，皮肤角质层内的药物浓度无法有效预测皮肤活性表皮、真皮中的药物浓度。

微透析技术（microdialysis，MD）是以透析原理为基础的在体取样技术，在非平衡条件下，膜外小分子物质通过扩散进入透析管内，并被微透析管中连续流动的灌流液不断带出，从而达到从活体组织取样的目的。因此，微透析法不仅能够测定内源性或外源性化合物在细胞外液中的浓度，也能够测定特异靶组织内的药物浓度。它具有侵入性小、能够实时评价药物经皮给药后体内过程的优点。因此，在经皮给药系统中已得到广泛应用，主要用于药物通透性、皮肤局部的药物分布代谢方面的研究，生物利用度和生物等效性评价。但是微透析法目前仍存在很多缺点：①微量探针插入皮肤组织的深度难以重复，而探针插入的深度对药物浓度测定的结果有很大影响；②微量渗析液中药物的浓度非常低，仅水溶性好、蛋白结合率低的化合物能成功被测到；③微透析技术仅适用于持续时间在5～10小时之间的体内研究，对缓慢吸收的药物，由于药物的吸收量较低，分析技术很难突破。

拉曼散射光谱技术从物质的分子振动光谱来识别和区分不同的物质结构，成为研究物质分子结构的有效手段。CRS则是在共聚焦原理的基础上，利用拉曼光谱测定皮肤外层的药物浓度。CRS能够提供角质层的水合作用信息，通过测定局部给予增湿剂后，不同作用时间皮肤内水浓度的变化或角质层厚度的改变评价增湿剂疗效。CRS可直接在体考察药物经皮吸收的生物过程，并对皮肤角质层内的药物浓度进行检测，并且测定的深度可达皮肤表面以下几百微米，因此，它更加方便、快捷。但是，CRS也要求皮肤角质层内的药物浓度足够大，而且待检测的药物必须拥有能区别于周围组织的特异光谱特征。

经皮给药系统的分析方法和其他给药途径一样，主要分为血药浓度分析和尿药数据分析。

1.当药物以溶解状态存在于骨架型经皮给药系统中时，给药系统则对药物的吸收无控制作用，此时可用单室模型或双室模型表示药物在体内的动力学过程。若符合单室模型，则给药后体内血药浓度与时间的关系为：

式中， C为时间 t时的血药浓度； X ₀为给药剂量； F为吸收系数（0≤ F≤1），表示吸收占剂量的分数值，即吸收率； k _a为药物的一级吸收速率常数； k _e为药物的一级消除速率常数； V _d为药物的表观分部容积。此式为一般的血管外给药的药物动力学公式，以血药浓度-时间数据可以得出经皮吸收速率常数。

若药物在体内的动力学模型为双室模型时，则给药后体内血药浓度与时间的关系为：

式中， α为分布速度常数； β为消除速度常数； k ₂₁为药物从周边室向中央室转运的一级速度常数； V _C为中央室的表观分布容积。

2.如果经皮给药系统按零级释放速度释放药物（如膜控释型、粘胶分散型），且药物在体内的动力学模型为单室模型时，则给药后体内血药浓度与时间的关系为：

式中， k ₀为经皮给药系统的零级释药速度或药物的最大经皮渗透速率。达稳态时，其稳态血药浓度 C _ss为

若药物在体内的动力学模型为双室模型时，则给药后体内血药浓度与时间的关系为：

式中， T为给药时间。达稳态时，其稳态血药浓度 C _ss为：

式中， k ₁₀为药物从中央室消除的一级速率常数。式8-11和8-13可用于由释药速率预测血药浓度，或由希望得到的血药浓度 C _ss设计经皮给药系统的释药速率。

应用经皮给药系统后测量药物在尿中的排泄量，亦可进行药物动力学分析。如果经皮给药系统的面积为 A，透皮速率为 J _S，应用于皮肤后药物的浓度是 B，则

此式可转换为药物在尿中排泄量 M _u与时间 t的关系：

式中， 是药物通过给药系统控释膜与皮肤的时滞， k ₀为药物在尿中的排泄速率常数。当经皮吸收达稳态时，药物在尿中排泄曲线的斜率为

式中， κ _u/ k _e为药物在尿液中的排泄分数。该式表明药物在尿液中的排泄速率等于药物在尿液中的排泄分数（ κ _u/ k _e）、给药面积（ A）与透皮速率（ J _S）的乘积。因此药物的透皮速率可通过式8-17求得

目前的经皮给药药代动力学的研究方法主要为血药浓度法。血药浓度法作为经典的药动学研究方法，能够应用于临床治疗药物监测，为合理制订给药方案提供依据。经皮给药药代动力学可受生理因素、剂型因素和药物理化性质的影响。皮肤的生理因素，如皮肤的水化作用、角质层的厚度、皮肤条件、温度、皮肤的结合与蓄积作用以及皮肤各种病理因素都会给药物经皮吸收行为带来影响。药物的理化性质决定了药物是否可以透过皮肤以及在皮肤内的转运速率。此外，药物在给药系统中的分散状态、给药系统基质对药物的亲和力以及对皮肤渗透性能的影响均会改变药物在皮肤内的渗透特性。

角质层是影响药物经皮渗透的主要因素。身体不同部位的角质层厚度不同，大致顺序为：足底和手掌＞腹部＞前臂＞背部＞前额＞耳后和阴囊，药物的渗透性大小与之相反。年龄、性别等与角质层厚度的差异有关，比如老人和男性的角质层厚度较儿童和妇女的厚。

指的是皮肤含水量较正常状态多的现象。角质细胞能够吸收一定量的水分，当皮肤被封闭如覆盖塑料薄膜或具有封闭作用的软膏后，水分和汗液在皮肤内蓄积，角质层可水化，细胞膨胀，角质层结构的致密性降低。角质层的水化可使水分含量从正常值的10%～25%增加到50%～70%，其厚度也增加到47nm左右；当含水量达50%以上时，药物的渗透速率可提高5～10倍。皮肤的水化作用对水溶性药物的促渗作用显著大于脂溶性药物。

随着皮肤温度的升高，药物的渗透性提高。皮肤温度每上升10℃，其渗透性能提高3～10倍。温度升高，药物的扩散速率可提高；药物在皮肤内的活度系数下降而溶解度增加；类脂双分子层的流动性增加，从而有助于药物的渗透。

使皮肤受损而减弱其屏障功能的任何因素均能加速药物的渗透，烧伤、溃疡或破损等创面上的透过率有数倍至数十倍的增加，皮疹及一些炎症也会相对提高药物的渗透性。相反，某些皮肤疾病如硬皮病、银屑病、老年角化病等使皮肤角质层增厚、致密，则可降低药物的渗透性。

表皮内的pH为4.2～5.6，真皮内的pH约为7.4。很多药物是有机弱酸和有机弱碱，皮肤和给药系统介质的pH能影响药物的解离度。离子型化合物不易透过角质层，而分子型化合物则有较大的渗透能力。药物的解离程度由药物的p K _a与介质的pH决定，可根据药物的p K _a来调节给药系统介质的pH，改变离子型和分子型的比例，提高分子型的比例，提高药物渗透性。

皮肤表面寄生着许多微生物，包括细菌、真菌、病毒等。这些微生物可对药物产生降解作用，尤其是当药物以薄层涂敷于皮肤表面时此作用更突出。经皮给药制剂贴于皮肤一般为数小时到数天，这将有利于微生物的生长，可使药物产生降解。

药物可在皮肤内酶的作用下发生氧化、还原、水解和结合等过程，代谢作用类似于肝脏。皮肤内酶的含量很低，主要存在于活性表皮，血流量也仅为肝脏的7%，加之用药面积较少，因此皮肤一般不会对药物存在明显的“首过效应”。脂溶性低的药物如阿糖腺苷、茶碱及甲硝唑，经皮吸收后不能达到有效的治疗浓度，设计成具有亲脂性的前体药物后可明显提高其渗透能力，前体药物扩散进入活性表皮后被酶代谢成具有治疗作用的母体药物，继而吸收进入体循环。

药物在经皮吸收过程中可能会产生蓄积作用，蓄积主要发生在角质层，表现为两个方面：①药物与角质层中的角蛋白产生结合与吸附作用；②脂溶性药物溶解在角质层的类脂双分子层中形成高浓度。这些结合均是可逆的，可延长药物在皮肤内的渗透时间，而且有可能在皮肤内形成药物贮库。药物与皮肤的结合力越强，时滞和贮库的维持时间也越长，将有利于局部皮肤疾病的治疗。

通常药物通过角质层的扩散速率与分子量之间存在反比关系，经皮给药宜选用药物作用强的小分子药物。药物分子量大于600，则一般较难通过角质层。分子大小相近、结构相似的药物其经皮吸收率也可能不同。

皮肤的角质层具有类脂膜的通透性，脂溶性药物及油/水分配系数大的药物较易通过角质层屏障，水溶性药物不易通过，但脂溶性太强的药物易蓄积在角质层而难通过亲水性的活性表皮和真皮。药物穿过角质层后，需分配进入活性表皮继而被吸收，但因为活性表皮是个水性组织，只有油/水分配系数适中的药物才具有较好的渗透系数，穿透作用大，故药物经皮吸收的渗透系数往往与油/水分配系数呈抛物线关系，即渗透系数开始随油/水分配系数的增大而增大，但大到一定程度时渗透系数反而下降。

与通过一般生物膜相似，低熔点的药物易透过皮肤，熔点高的水溶性或亲水性药物在角质层的渗透速率很低。

给药系统的性质对药物的释放性能影响很大，药物从给药系统释放越容易，则越有利于药物的经皮渗透。表现为：①剂型：药物从剂型中的释放往往有显著性的差异，越容易从给药系统中释放出来的药物，则越有利于经皮渗透；②基质：同一剂型的不同处方往往对药物有不同的释放影响，一般来说，给药系统的基质对药物的亲和力不应太大，否则药物很难从给药系统中释放出来；③药物浓度：药物在皮肤内的被动扩散是依赖于皮肤两侧的药物浓度梯度，因此给药系统中的药物浓度对该浓度梯度的维持具有重要作用，但增加药物浓度的方法只在低浓度范围内具有实际意义，而对于那些溶解度已经很高或浓度较高的药物则意义不大。

经皮给药药代动力学除了研究单次给药的药代动力学，还要考虑多次给药可能引起该药在体内蓄积或其药代动力学参数发生改变，故需对该药进行多次药代动力学研究。

脱毛是有毛动物进行体内体外透皮试验的必经步骤，否则会影响到药物与皮肤的接触面积。目前常用脱毛剂（如硫化钠溶液等）进行脱毛。因脱毛剂具有较强的碱性，影响了皮肤的渗透能力，可对药物渗透的动力学造成了一定的影响。故在药代动力学试验中建议采用手工剪毛或者先剪毛再用电动剃须刀剃毛的方法进行脱毛。

药物经皮吸收有一个重要因素就是给药部位，一般用在背部、腹部和上臂等。不同部位皮肤血流量、脂质含量和角质层的水合作用造成了药物皮肤渗透性的局部差异。

环境温度可能是由于影响皮肤的血流量而改变药物经皮吸收速度和血药浓度。

采样点的确定对药代动力学研究结果具有显著的影响。一个完整的血药浓度-时间曲线，应包括给药后的吸收分布相、平衡相（峰浓度）和消除相各时相的采样点，给药前采血作为空白样品，给药后的一个完整的血药浓度-时间曲线，一般在吸收分布相至少需要2～3个采样点，平衡相至少需要3个采样点，消除相至少需要6个采样点，总采样点不少于11个，应有3～5个消除半衰期的时间，或采样持续到血药浓度为 C _max的1/20～1/10。为保证最佳采样点，建议在正式试验前，选择2～3只动物进行预试验，然后根据预试验的结果，审核并修正原设计的采样点。采样时间最好安排在早上空腹给药前，以排除饮食、时辰以及其他因素的干扰。

研究药物在体内的动态变化规律时，常采用的测定样本有：血液、唾液、尿液以及其他体液，其中应用最多的是血液。这些体液中药物的浓度较低甚至是微量的，因此所应用的分析方法要有很高的灵敏度。常用的检测技术包括气相色谱法（GC）、高效液相色谱法（HPLC）、气相色谱-质谱（GC-MS）联用法、液相色谱-质谱（LC-MS）联用法和放射免疫法（RIA），这类方法灵敏度、特异性、准确性一般都能适应临床药代动力学研究的需要，多数实验室也具备条件，因此应用最广，大约90%的体内药物浓度测定可以用色谱法来完成。具体选用何种分析方法应根据药物的化学结构、理化性质、仪器条件以及借鉴文献方法等多方面因素来考虑确定。

目前经皮给药药代动力学试验尚未形成一个完整的体系。探索简化可行的研究方法、研究技术、模型，对不同类型、不同理化性质、不同吸收速率和代谢机制、不同剂型的药物进行经皮给药药代动力学研究有重大的意义。皮肤药代动力学试验应揭示出在规定剂型、浓度和剂量下，药物渗透入皮肤或浅表皮肤组织的情况；对于发挥全身作用的经皮给药，应在一定时间内，有足够数量的药物进入体内发挥作用。

[1]Ndri SB，Navtdi WC，Guy RH，et al.Improved bioequivalence assessment of topical dermatological drug products using dermatopharmacokinetics.Pharm Res，2009，26（2）：316-328.

[2]Wiedersberg S，Leopold CS，Guy RH.Dermatopharmacokinetics of betamethasone 17-valerate：Influence of formulation viscosity and skin surface cleaning procedure.Eur J Pharm Biopharm，2009，71（2）：362-366.

[3]刘强，周莉玲，刘莉.论“中药皮肤药动学”的构建.中国实验方剂学杂志，2011，17（5）：242-246.

[4]徐红燕，汤湛，王俏.微透析在皮肤给药研究中的应用.中国新药与临床杂志，2013，32（4）：272-276.

[5]Mélot M，Pudney PD，Williamson AM，et al.Studying the effectiveness of penetration enhancers to deliver retinol through the stratum cornum by in vivo confocal Raman spectroscopy.J Control Release，2009，138（1）：32-39.

[6]王晖.经皮给药的药代动力学研究进展.中国临床药理学与治疗学，2007，12（11）：1216-1220.

[7]郭晓强.水甘油通道3介导的甘油运输与皮肤功能.第二军医大学学报，2009，30（12）：1416-1419.

[8]唐蕾，张春玲，宋光明，等.量子点的活体皮肤渗透和代谢.中国科学：生命科学，2012，42（11）：935-942.

[9]田璐，魏金锋，王爱平.经皮给药实验应注意的问题.中国药理学与毒理学杂志，2013，27（3）：516.