局部麻醉药经皮给药的研究进展

马秀兰，韩佳琦，刘哲鹏

0 引言

安全有效的局部麻醉(Local anesthesia，LA)不仅能让患者获得高质量的治疗，还能减轻患者就诊时的焦虑。局部麻醉是让患者在意识保持清醒的情况下，局部痛觉暂时消失，待药效消除后，患者痛觉恢复。相较于全身麻醉，局部麻醉的作用区域小，具有更高的安全性[1-2]。常见的局部麻醉有表面麻醉、浸润麻醉、区域阻滞、神经传导阻滞4类。既往临床上主要采用局部浸润麻醉，这种注射给药方式会导致注射部位疼痛，使得患者顺应性差[3]。近年来研究发现，经皮给药作为一种非侵入式的给药方式，可以成功替代各种侵入式给药方式，尤其适用于皮肤表面局部麻醉这一领域。经皮肤给药实现表面局部麻醉，可以避免肝脏的首过效应，给药后能维持恒定有效的血药浓度，避免因吸收过快产生血药浓度过高而引起的不良反应，还能消除患者对注射的抵触情绪，减少注射麻醉对患者局部的损伤和刺激，提高患者的顺应性。

1 药物透皮机制

广义的经皮给药系统包括皮肤局部药物递送系统(Topical drug delivery systems)和透皮药物递送系统(Transdermal drug delivery systems，TDDS)，两者均在皮肤表面给药，通过皮肤以固定剂量和可调节速率递送药物，区别是前者作用于皮肤或皮下组织，后者是药物经皮肤吸收入血进入体循环[4]。

药物透皮途径包括皮肤附属器途径和表皮途径[5]。皮肤附属器途径是指药物通过毛囊、皮脂腺和汗腺被吸收，但由于皮肤附属器在皮肤表面所占的面积仅为0.1%，因此，不是药物透皮吸收的主要途径。表皮途径是药物透皮吸收的主要途径。表皮途径是指药物先从制剂中释放到皮肤表面，溶解的药物进入角质层，穿过角质层到达活性表皮后继续扩散到达真皮，最后被毛细血管吸收。药物通过角质层有2种途径：①细胞间途径：药物通过角质层细胞之间的间隙到达活性表皮；②跨细胞途径：药物穿过角质层细胞到达活性表皮。角质层由死亡的、扁平的、富含角蛋白的细胞和角质细胞组成，由于其密度高(干燥状态下为1.4 g/cm2)、含水量低(15%～20%)，从而具有阻碍药物渗透的能力。连续替换的角质层则进一步增强皮肤的屏障功能，限制药物透皮的生物利用度[6]。

2 局部麻醉药的经皮给药

当神经受到刺激产生动作电位时，神经膜的通透性改变，引起钠离子内流和钾离子外流。局部麻醉药是通过抑制神经膜的通透性，阻断钠离子内流，抑制动作电位的产生和神经冲动的传导，进而产生局麻作用[7]。根据结构的不同，常见的局部麻醉药主要分为2类：酯类和酰胺类，见表1。

表1 酯类和酰胺类局部麻醉药

酯类局麻药所含的对氨基化合物可形成半抗原，容易引起过敏反应，且渗透性差，不适用于皮肤表面麻醉[8]。而酰胺类局麻药由于不形成半抗原，故其过敏反应少，安全性高，适合经皮给药。市面上用于皮肤表面局部麻醉的有乳膏剂、凝胶剂、喷雾剂、贴剂，见表2。

表2 已上市的局部麻醉经皮给药剂型

膏剂、凝胶剂便于使用，但起效慢且污染衣物；喷雾剂中药物密闭于不透明的容器中，不易被污染及氧化，稳定性高，但想要实现局部麻醉，就需要频繁给药；贴剂用于面部会影响外观，部分患者使用后产生轻至中度的局部皮肤或皮下组织反应，表现为用药部位瘙痒、烧灼感、皮疹、水肿和皮炎。上述皮肤外用局部麻醉剂普遍存在透皮效果差的问题，通常研究人员会采用物理促渗技术改善其透皮性。

促进局部麻醉药经皮渗透的物理方法包括离子电渗技术、超声促渗技术、微针等。Manjunatha等[13]采用离子电渗技术增强离体人皮肤中盐酸利多卡因的渗透性，在电流密度为0.5 mA/cm2时，使用30 min后离子导入盐酸利多卡因的转运量是被动组的6倍。梁哲浩等[14]研究发现，在20 kHz 超声波作用下，盐酸利多卡因凝胶的2 h累积经皮渗透量是被动扩散的9.3倍。Baek等[15]在聚乙烯左旋丙交酯(PLLA)微针上包被了(290.6±45.9)μg的利多卡因，刺进皮肤1、2、5 min后，利多卡因的释放量是EMLA乳膏递送进皮肤内利多卡因量的 22.0、13.6、14.0 倍。微针可以在皮肤上产生可供药物分子输送的可逆通道，可以使用微针预先处理皮肤，再结合局部麻醉药，缩短局部麻醉的起效时间。郭华等[16]使用滚轮微针预处理在利多卡因乳膏表面麻醉下面部色斑患者治疗中的镇痛效果显著，明显减轻患者的个体反应和疼痛程度。

尽管物理促渗方法十分有效，但通常需要依靠专业人员操作相应设备才能实现，成本较高且操作不便。因此，制备出方便患者使用、起效快、药效久、透皮效果好的皮肤外用局部麻醉剂就显得尤为迫切。纳米制剂是应对这些挑战最有前景的解决方案。

3 局部麻醉药外用纳米制剂

3.1 微乳 微乳是一种由水相、油相、表面活性剂和助表面活性剂以一定比例构成的热力学稳定的分散体系，粒径为10～100 nm[17]。微乳对疏水性的局部麻醉药具有较高的增溶能力，可以加大制剂与皮肤之间的药物浓度梯度，有助于提高药物的透皮速率。微乳进入角质层后，油相和表面活性剂可以破坏脂质层的双分子结构，水相则能与角质层发生水合作用，二者共同作用促进药物渗透吸收。朱晓亮等[18]对含药量相同的利多卡因酊剂、凝胶剂和微乳3种制剂的透皮性进行比较研究，结果显示，利多卡因微乳的皮肤渗透速率分别是凝胶剂和酊剂的2.46和3.20倍。

研究发现，利多卡因与百里酚混合后熔点降低，形成低共熔混合物，由于熔点和焓的降低，低共熔混合物具有改善药物溶解性的潜力[19]。Wang等[20]先将利多卡因在室温下与百里酚混合，由固态变成液态后，再将液态的利多卡因依次与油相(油酸乙酯)、表面活性剂(Kolliphor®HS15)、助表面活性剂(乙醇)混合，最后边加水边搅拌，得到高浓度利多卡因(10%)微乳[20]。傅里叶变换红外光谱(FTIR)结果显示，药物均匀分散在微乳中。体外皮肤渗透和局部麻醉效果评价表明，高浓度的利多卡因微乳可快速实现局部麻醉，与相同剂量的利多卡因乳膏相比，利多卡因微乳显示出更强的局部麻醉效果。

微乳中含有大量的表面活性剂(Surfactant，S)和助表面活性剂(Co-surfactant，CS)，具有一定的毒性和刺激性，使得微乳在临床上的应用受限，至今没有实现商业化。Zhang等[21]以橄榄油(OL)、α-亚麻酸(ALA)和亚油酸(LA)为油相，维生素E琥珀酸(VES)为辅助油相，Cremophor®40和Span80 (5∶1，w/w)为表面活性剂，研制出了一种新型无CS、低S的微乳。这种新型微乳对完整皮肤及破损皮肤均无刺激性，将其作为利多卡因经皮递送载体制备出的局部麻醉剂，麻醉强度和作用时间明显优于市售复方利多卡因乳膏。

3.2 脂质体 脂质体是一种由磷脂双分子层构成的类似生物膜组成结构的微型囊泡，脂质体的脂质与角质层脂质发生相互作用之后，能够改变角质层脂质结构，降低其屏障功能[22]。然而，传统脂质体对药物的包封率低，且脂质体主要作用于角质层的上层，很难通过皮肤将药物递送至循环系统。为了改善这一状况，研究人员制备出包括醇质体、传递体在内的一系列新型脂质体作为局部麻醉药经皮递送的载体。

3.3 醇质体 醇质体是由磷脂、乙醇和水组成的一种新型脂质体[23]。乙醇能增加局部麻醉药在载体中的溶解度，还能增加脂质体的变形性，使载有局部麻醉药的醇质体可以快速通过角质层进入体循环。Zhai等[24]制备的罗哌卡因(Ropivacaine,RPV)醇质体呈球形囊泡结构，平均粒径为(73.86±2.40)nm，载药量为8.27%±0.37%，包封率为68.92%±0.29%。在体外透皮实验中，分别比较了RPV醇质体和RPV丙二醇溶液在12 h的药物透皮量。结果显示，醇质体的药物透皮量始终远高于丙二醇对照组，其中0.5 h醇质体的药物透皮量是丙二醇组的19倍，表明醇质体能与皮肤快速相互作用，并以高效、迅速的方式渗透。Babaie等[25]制备的利多卡因醇质体粒径为(105.4±7.9) nm，zeta电位为(-33.6±2.4)mV，包封率为40.14%±2.5%，载药量为8.02%±0.71%。X射线衍射(XRD)结果显示，利多卡因以无定形(非晶态)状态分散在醇质体中。用与利多卡因物理化学结构相似的罗丹明B研究醇质体的渗透过程，荧光显微镜下显示，罗丹明B的乙醇水溶液大部分仍停留在角质层上，而醇质体可以使罗丹明B穿过角质层直至表皮下层。吴文澜等[26]对利多卡因醇质体进行皮肤刺激性实验，结果各实验组豚鼠皮肤均未见异常。

在传统脂质体中包埋表面活性剂可以改变脂质体的变形性和理化性质，形成柔性脂质体，又称传递体[27]。传递体具有可变形性，能够通过自身尺寸1/10～1/5的皮肤毛孔，有报道，传递体在局部应用后，在角质层的脂质层区域可见完整的传递体结构[28]。此外，传递体和皮肤细胞会产生微弱的静电斥力，能够加快带负电荷的传递体穿过皮肤层。研究发现，与普通脂质体包埋盐酸利多卡因相比，传递体作为盐酸利多卡因经皮给药载体的透皮速度更快，皮肤穿透效果更好[29]。除了醇质体和传递体，新型脂质体还包括醇传递体[30]、弹性脂质囊泡[31]、前体脂质体等[32]，但尚未有文献报道使用这些新型脂质体作为局部麻醉药经皮给药的载体。

3.4 脂质纳米粒 第一代的固体脂质纳米粒(Solid lipid nanoparticles，SLN)由在室温和体温下保持固态的脂质以及作为稳定剂的表面活性剂组成。该递送载体能提高亲脂性药物溶解度并促进药物经皮渗透，可作为经皮给药的载体[33]。新一代的脂质纳米粒-纳米结构脂质载体(Nanostructured lipid carriers，NLC)在传统的SLN的基础上进行修饰，SLN中的固体脂质在室温下被液态脂质部分取代，增加了纳米结构中的不规则晶型的比例，使载体具有较高的晶体缺陷，因而可容纳更多的难溶性药物[34]。You等[35]分别制备了含有利多卡因和丙胺卡因的SLN和NLC，并对其进行表征，同时评估和比较了SLN和NLC的离体皮肤渗透能力和麻醉镇痛效果。实验结果表明，SLN比NLC具有更好的离体皮肤渗透能力，但NLC显示出比SLN更强的麻醉镇痛作用。Rodrigues da Silva等[36]制备的布比卡因纳米结构脂质载体(BVC-NLC)镇痛时长是相同载药量布比卡因溶液的2倍。另一个重要的结果是0.125%的BVC-NLC和0.5%布比卡因溶液的镇痛效果差异无统计学意义，表明BVC-NLC能以较低的载药量，保持一定的麻醉水平，从而减少药物使用，降低毒性。

3.5 脂质-聚合物杂化纳米颗粒(Lipid-polymer hybrid nanoparticles，LPNs) LPNs是一种以具有生物可降解性的聚合物纳米粒为内核，外层包覆脂质壳的核-壳结构纳米载体。LPNs内部的聚合物核能够有效封闭活性药物成分，而外层的亲脂性外壳具有与皮肤脂质相似的特性，能够促进药物的经皮渗透[37]。LPNs作为局部麻醉药的经皮给药载体，具有粒径小、包封率高、生物相容性好等优势。而且LPNs的聚合物内核能够增强药物的缓释作用，从而延长局部麻醉的时间。

Wang等[38]使用改进的溶剂萃取/蒸发法制备负载利多卡因的脂质-聚合物杂化纳米颗粒。首先将壳聚糖(CS)和利多卡因(LA)溶解在二氯甲烷(DCM)中形成油相，再将DLPC和DSPE-PEG2000混合后超声分散在PBS中形成水相，然后将油相倒入水相中，在冰浴下用探头超声对混合液进行超声。DCM通过磁搅拌从乳化液中蒸发。最后在4 ℃以10 000 r/min将悬浮液离心15 min，收集LA-LPN。LA-LPN粒径为(88.6±3.4) nm，zeta电位为(13.6±2.4) mV，包封率为85.2%±3.1%，载药量为2.5%±0.6%。在体外透皮实验中，分别比较了LA-LPN、利多卡因脂质体(LA-LPs)和利多卡因溶液(LA-solution)在24 h的药物透皮量，结果显示，LA-LPN的药物透皮量始终远高于其他两组，且LA-LPN的皮肤渗透速率[(65.4±3.1) mg/(h·cm2)]也高于LA-LPs[(40.6±3.5) mg/(h·cm2)]和LA-solution[(29.3±1.8) mg/(h·cm2)]。采用辐射热甩尾潜伏期试验(TFL)评价局部麻醉效果，结果显示，LA-LPNs起效快且持续时间长，麻醉效果优于LA-LPs和LA-solution。Li等[39]设计了用TAT修饰的含有左布比卡因(LEV)和右美托咪定(DEX)的NLC(TAT-LEV & DEX-NLC，TL & D-N)及LPN(TAT-LEV & DEX-LPN，TL & D-L)，将其用于局部麻醉治疗并进行比较。结果显示，与TL & D-N相比，TL& D-L具有更好的皮肤渗透性，局部麻醉时间更长，麻醉强度更高。

3.6 复合凝胶剂 在制备好的含药微乳、脂质体中加入凝胶基质中形成复合凝胶剂，既可以保留纳米制剂透皮性良好的优点，又可以增加制剂黏度，延长在皮肤上的滞留时间，增强表皮组织与药物分子之间的相互作用。Negi等[40]用卡波姆934作为凝胶基质设计和开发复方利多卡因微乳凝胶，其主要药物成分与EMLA乳膏相同(2.5%利多卡因和2.5%丙胺卡因)。与EMLA乳膏相比，复方微乳凝胶具有更好的皮肤渗透性和皮肤吸收性，在大鼠甩尾镇痛实验中，复方微乳凝胶的镇痛效果也更为显著。Hamed等[41]选择山嵛酸甘油酯Compritol888作为凝胶基质，制备2%利多卡因微乳有机凝胶，与不添加微乳液的情况下制备的利多卡因有机凝胶相比，微乳有机凝胶的黏度较低但药物释放速率更高。Omar等[42]选择羟丙甲基纤维素(HPMC K15M)作为凝胶基质，将利多卡因传递体进一步制备成传递体凝胶，然后通过体外透皮实验对利多卡因不同剂型的累计渗透率进行考察。其中利多卡因溶液的药物累计透过率为22.45%±2.85%，利多卡因HPMC凝胶的药物累计透过率为19.81%±1.99%，利多卡因传递体凝胶的药物累计透过率为34.89%±3.44%。在大鼠甩尾实验中，传递体凝胶也展示出了比对照组更好的镇痛效果。

4 促进局部麻醉药经皮渗透的方法

皮肤角质层是局部麻醉药经皮渗透的主要障碍。近年研究发现，可以通过对载体进行修饰，进一步增强纳米制剂穿透皮肤的能力。目前，聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯(TPGS)、透明质酸(Hyaluronic acid，HA)和细胞穿膜肽(Cell penetrating peptides，CPPs)已被证明可以增强用于局部麻醉药的透皮吸收。

Zhao等[43]采用溶剂扩散法制备出一种用聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯(TPGS)修饰的阳离子纳米脂质载体(NLC)，作为利多卡因经皮给药的载体。TPGS是一种非离子型表面活性剂，能够增强药物的经皮渗透性。体外渗透实验表明，修饰过的NLC的皮肤渗透速率和72 h累积药物渗透量显著高于未修饰NLC组和游离药物组，且局部麻醉作用时间最长。

Yue等[44]首先将透明质酸(HA)和亚油酸(LOA)聚乙二醇(PEG)相结合形成HA-PEG-LOA，然后在制备NLCs的过程中加入HA-PEG-LOA，最后载入布比卡因(BPV)，得到HA-BPV-NLC。HA-BPV-NLC在72 h体外透皮实验中的透皮通量是游离BPV的2.5倍、BPV-NLC的1.56倍。HA是一种无种族特异性的酸性黏多糖，是细胞外基质的主要成分之一，作为一种两亲性多糖，其亲水性部分可以提高皮肤的水合作用，疏水性部分能够参与磷脂的复合，利用磷脂与角质层脂质相互作用破坏皮肤屏障，增强皮肤穿透性[45]。

细胞穿膜肽是一种能够穿透多种细胞膜的小分子多肽，具有很强的跨膜转运能力以及较小的细胞毒性，与载药纳米粒结合能提高其透皮效率。Chen等[46]制备了一种转录反式激活肽(Trans-activator of transcription，TAT)，修饰载有RVC的NLC(TAT-RVC-NLC)。首先将TAT与市售聚乳酸-乙醇酸-聚乙二醇-马来酰亚胺(PLGA-PEG-Mal)相结合形成TAT-PEG-PLGA，再通过溶剂置换技术将TAT-PEG-PLGA与载有RVC的NLC相连接，得到TAT-RVC-NLC。从体外透皮实验结果来看，TAT-RVC-NLC的透皮通量高于装载RVC的NLC(RVC- NLC)和RVC溶液。

5 总结

皮肤是人体的主要感觉器官之一，且皮肤的痛觉神经纤维大多数分布在表皮，为缓解皮肤浅表创伤引起的疼痛，避免肝脏代谢的首过效应，降低不良反应，提高患者用药的顺应性及治疗功效等，经皮肤给药实现表面局部麻醉始终是研究人员关注的一个热点。目前，市面上现有的皮肤外用局部麻醉剂普遍存在起效慢、透皮效果差、药物生物利用度低的问题，使用物理促渗技术可以有效对传统剂型的透皮性进行改善，但也使得麻醉过程更加繁琐且所需成本较高。因此，研究人员研制出包括微乳、脂质体、脂质纳米粒、脂质-聚合物杂化纳米颗粒一系列纳米制剂，作为局麻药经皮给药的载体。纳米制剂不仅能溶解更多的局部麻醉药、提高载药量，还能增强药物的经皮渗透能力，在镇痛实验中也表现出了起效快、麻醉效果好、持续时间长的特点。

对纳米制剂的研究，目前的工作主要集中在处方筛选、透皮性验证和镇痛效果评估等方面，关于纳米制剂自身的纳米毒性和不稳定性，以及进入皮肤后的代谢产物是否会产生不良反应等仍然需要进一步研究。相信随着对经皮给药系统研究的不断深入，局部麻醉经皮给药制剂将会在临床上发挥着更加重要的作用，帮助更多患者缓解疼痛，减少痛苦。