111 年 國立成功大學臨床藥學與藥物科技研究所乙組《藥劑學》

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第 1 題10 分

  1. Describe the physical, chemical and biological characteristics of a drug to be considered in designing its dosage form. (10%)

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這一題的完整詳解

核心觀念
設計劑型時必須同時考慮藥物的物理特性、化學特性與生物學特性。這三大類特性直接決定藥物在體內的釋放行為、穩定性及最終的臨床療效。


一、物理特性

特性重要性劑型設計的影響
粒徑與形態粒徑決定表面積,影響溶解速率(dissolution rate∝1rdissolution\ rate\propto \frac{1}{r})。細粉有利於速效劑型;粗粒或顆粒化可減緩釋放,適用於控釋劑型。
密度與流動性高密度或低流動性會造成壓片困難或不均勻。必須加入流動助劑或調整壓縮參數,以確保片劑均勻性。
吸濕性(hygroscopicity)高吸濕性會導致藥物吸潮、結塊或分解。需選擇防潮包裝、加入抗潮劑(如硅膠)或改用非吸濕性載體。
結晶形態與多形性不同晶型的溶解度與穩定性差異顯著。透過結晶篩選或固體分散技術(如納米結晶)獲得最佳晶型。
黏度與黏附性(液體劑型)高黏度會影響注射針頭阻力與滴度均勻性。調整溶劑比例或加入增稠劑/稀釋劑以達適當黏度。

二、化學特性

特性重要性劑型設計的影響
水溶性 / 油溶性水溶性差的藥物難以形成口服速釋劑型。可採用固體分散體、微乳化、脂質體或包覆技術提升溶解度。
酸鹼度(pKa)與離子化程度pKapK_a 與胃腸 pH 決定藥物在不同部位的離子化比例,進而影響吸收。透過緩衝劑或包覆層(如腸溶)調整藥物在特定 pH 下的釋放。
分配係數(logP)logP 反映藥物的脂溶性,與細胞膜通透性相關。高 logP 藥物適合使用脂質基劑型;低 logP 則需增溶劑或載體。
化學穩定性(光、熱、氧、酸鹼)不穩定藥物易在製程或儲存期間降解。必須選擇適當的防護劑(抗氧劑、光屏蔽劑)或使用低溫、避光包裝。
相容性(與賦形劑)與賦形劑發生化學反應會影響效力或產生雜質。事前進行相容性試驗,選擇惰性賦形劑或加入隔離層。

三、生物學特性

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第 2 題10 分

  1. Describe three methods to prepare the dosage form of tablets. What excipients are commonly used in tablets and their purposes? (10%)

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核心觀念

  • 片劑(tablet)是固體口服劑型,製備過程必須兼顧藥物的含量均勻性、流動性、壓縮性、崩解與溶出等品質屬性。
  • 製備方式主要分為直接壓片(Direct Compression)、濕法顆粒化(Wet Granulation)、**乾法顆粒化(Dry Granulation)**三大類。
  • 輔料(excipients)在片劑中扮演填充、黏合、崩解、潤滑、流化、護膜等多重功能,確保製程可行與最終品質。

一、三種製備方法

方法製程概述主要適用情形優缺點
直接壓片 (Direct Compression)①將藥粉與各類輔料混合均勻 → ②直接送入壓片機進行壓縮成片。- 藥物本身具有良好流動性與壓縮性<br>- 輔料已具備足夠的黏合與崩解功能優點:製程簡單、時間短、成本低,熱與濕處理少,降低藥物降解風險。<br>缺點:對藥物及輔料的流動/壓縮性要求嚴格,若不符合需改用其他方法。
濕法顆粒化 (Wet Granulation)①將藥粉與部分輔料混合<br>②加入適量粘合劑溶液(如PVP、羥丙基甲基纖維素)形成濕潤顆粒<br>③乾燥 → 篩選 → 再與餘下輔料混合 → 壓片。- 藥物本身流動性差或壓縮性不佳<br>- 需提升片劑的硬度、降低粉末黏附優點:可改善流動與壓縮性,顆粒尺寸均一,降低片劑碎屑率。<br>缺點:製程較長,需要乾燥步驟,可能產生熱或濕敏感藥物的降解。
乾法顆粒化 (Dry Granulation)①將藥粉與輔料混合<br>②壓碎 (Slugging):以高壓將混合物壓成厚片,再碎裂成顆粒;或 滾壓 (Roller Compaction):使用雙輥壓機把混合物壓成薄片或帶狀,再碎裂。<br>③篩選 → 混入餘輔料 → 壓片。- 藥物對濕熱極度敏感<br>- 無法使用濕法顆粒化的情況優點:避免水分與熱,適合熱不穩定或吸濕藥物。<br>缺點:顆粒密度較高,可能需較大壓力才能達到理想硬度;對設備投資較高。

二、常用輔料與其功能

輔料類別代表常見品名功能說明
填充劑 / 稀釋劑 (Diluents)乳糖 (Lactose), 微晶纖維素 (MCC), 醣醇 (Mannitol), 磷酸鈣 (Calcium Phosphate)提供足夠的片劑重量,改善流動性與壓縮性,亦可作為甜味或口感調整。
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第 3 題10 分

  1. Please compare the mechanisms, advantages, and disadvantages of the four sterilization methods used in pharmaceutical industry. (10%)

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核心觀念
本題考查藥劑學中 滅菌(sterilization) 的基本概念與實務運用。關鍵定義包括:

  • 滅菌:在規定條件下,將所有活微生物(包括芽孢)完全消除,使產品達到無菌狀態。
  • 滅菌指標:常以 D 值(在特定條件下,使微生物數量下降 1 log)的倒數或 Z 值(溫度提升 1 ℃ 時 D 值減少的倍數)作為劑量設計依據。
  • 滅菌劑量(Sterilization Dose):由 時間 × 力度(溫度、壓力、輻射劑量等) 組成,必須滿足 滅菌指標 ≥ 12 D(即 10⁻¹² 的存活率)才能保證無菌。

解題方法

  1. 列舉常見四種藥廠滅菌方式:熱滅菌(高壓蒸氣滅菌)、乾熱滅菌、過濾滅菌、輻射滅菌。
  2. 針對每一方式說明:
    • 機制(利用熱、壓力、孔徑或電離輻射破壞微生物結構或 DNA)
    • 優點(滅菌效率、對藥品相容性、成本、操作便利性)
    • 缺點(對熱敏感物質的破壞、設備投資、滅菌時間、殘留問題)
  3. 比較時以「滅菌效率、適用產品、成本、操作安全、設備需求」作為評分指標,逐項對照即可完整回答。

四種滅菌方法比較

滅菌方式機制優點缺點
高壓蒸氣滅菌(Moist Heat)利用 121 ℃、15 psi 的飽和蒸氣,熱能透過水的高熱容與導熱性快速傳遞,破壞蛋白質變性與酶失活,導致微生物死亡。- 滅菌速度快(15–30 min)<br>- D 值低,適用於大多數耐熱藥品和容器<br>- 設備成熟、成本較低<br>- 無化學殘留- 不適用於熱敏感藥物(如生物製劑、蛋白質、酶)<br>- 需要耐高壓容器<br>- 可能造成某些塑膠材料變形
乾熱滅菌(Dry Heat)以 160–170 ℃ 的乾熱空氣,透過 氧化作用 及 蛋白質變性 破壞微生物結構;常以 熱風循環 或 熱箱 實施。- 無潮濕,不會產生水分殘留<br>- 適合耐熱、耐濕的玻璃、金屬、粉末藥物<br>- 設備簡單,維護成本低- 滅菌時間較長(2–3 h)<br>- 高溫易使某些藥物降解<br>- 不適用於濕潤或熱敏感的產品
過濾滅菌(Filtration)以 0.22 µm(或更小)孔徑的濾膜(纖維素酯、聚偏二氟乙烯等)機械阻擋微生物,不依賴熱。
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第 4 題20 分

  1. For different ointment bases, use O or × to indicate their characteristics and give one example each in the following table. (20%)
Oleaginous baseAbsorption baseW/O emulsionO/W emulsion
Water soluble
Water removable
Water absorbable
Occlusive
Example

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核心觀念
藥膏/藥膏基底依其組成與結構可分為四大類:

類別主要組成基本性質說明
Oleaginous base(油性基底)以凡士林、石蠟、礦物油等純油脂為主,無乳化劑。完全不溶於水,形成封閉的油層,具有極佳的 occlusive(阻隔) 效能,水分難以滲透或被移除。
Absorption base(吸收基底)以甘油、聚乙二醇、丙二醇等親水性溶媒與少量油脂混合,常加入乳化劑。兼具油溶與水溶特性,能 吸收 皮膚表面的水分,使藥物較易穿透皮膚。
W/O emulsion(水在油乳)內相為水,外相為油;以油相為連續相,需乳化劑(如 Span 系列)穩定。水相被油相包裹,呈 water‑removable(可被油相帶走)或 water‑absorbable(可被皮膚吸收),同時保有一定 occlusive 效果。
O/W emulsion(油在水乳)內相為油,外相為水;以水相為連續相,需乳化劑(如 Tween 系列)穩定。具 water‑soluble(易於用水洗去)特性,水分可自由流通,阻隔性較弱。

解題方法

  1. 先釐清四種基底的 水相與油相的相對位置 與是否含有 乳化劑。

  2. 根據相對位置判斷基底對水的四個屬性:

    • Water soluble:能在水中完整溶解或被水洗去 → 只有 O/W emulsion。
    • Water removable:水相被油相帶走,使用油性溶劑或擦拭即可去除 → Oleaginous base、W/O emulsion。
    • Water absorbable:基底能吸收皮膚表面水分 → Absorption base、W/O emulsion。
    • Occlusive:能形成不透水層,阻止蒸發 → Oleaginous base、Absorption base(較輕)、W/O emulsion(中度)。
  3. 為每一欄挑選一個常見且符合上述特性的 例子。


選項分析與答案填寫

| | Oleaginous base | Absorption base | W/O emulsion | O/W emulsion |

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第 5 題10 分

  1. Describe the factors that affect the area under plasma concentration-time curve (AUC) of a drug following oral administration. (10%)

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核心觀念

  • AUC 定義:血漿濃度‑時間曲線下面積(AUC)反映藥物在體內的總暴露量。
  • 基本公式(單次口服)
    AUC0−∞=F×DCL\text{AUC}_{0-\infty}= \frac{F \times D}{CL}
    其中 DD 為給藥劑量,FF 為口服生物利用率 (bioavailability),CLCL 為全身清除率。AUC 直接與 FF 成正比、與 CLCL 成反比。

影響 AUC 的主要因素

類別具體因素如何影響 FF 或 CLCL對 AUC 的結果
給藥劑量 (Dose)藥物劑量大小直接乘於公式分子劑量增加 → AUC 成比例增加(若非飽和吸收)
生物利用率 (F)1. 溶解度與粒徑:溶解度低或粒徑過大減緩藥物在胃腸道的溶解速率,降低吸收率。<br>2. 腸道通透性 (Permeability):跨膜通道較差時,吸收受限。<br>3. 胃排空速率:胃排空過慢會延遲藥物到達小腸,降低峰值但不一定改變 AUC(除非吸收窗口受限)。<br>4. 腸道代謝與首過效應:肝臟或腸道的 CYP450、酯酶等酵素在首過時將藥物代謝掉,降低 FF。<br>5. P‑gp 及其他外排泵:提升藥物在腸道上皮的外排,減少有效吸收。<br>6. 食物效應:脂溶性藥物與高脂餐同服可提高溶解度、促進吸收;相反,某些食物會改變胃 pH、刺激胃排空,影響 FF。<br>7. 胃酸/腸道 pH:酸性或鹼性環境影響藥物的離子化程度,進而影響通透性。FF 下降 → AUC 減少;FF 上升 → AUC 增大
全身清除率 (CL)1. 腎臟排泄:腎小球過濾、主動分泌與再吸收。腎功能下降時 CL 下降,AUC 增大。<br>2. 肝臟代謝:CYP450、UGT 等系統的代謝活性。誘導或抑制會分別降低或提升 CL。
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📄 以下 3 題共用同一段題幹
  1. The plasma concentration (Cp, mg/L) of a drug after a single iv bolus injection (180 mg) in a healthy adult male volunteer is best described by the following equation. (15%)
Cp=3.2e−6.4t+0.8e−0.2t,t:hrC_p = 3.2e^{-6.4t} + 0.8e^{-0.2t}, \quad t\text{:hr}

第 6-(1) 題5 分

(1). Estimate the clearance of the drug. (5%)

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核心觀念

  • 清除率 (Clearance, CL):藥物從體內全部清除的速率;在靜脈給藥(IV bolus)時,
    CL=DoseAUC0−∞\mathrm{CL}=\frac{\text{Dose}}{\text{AUC}_{0-\infty}}
  • 血漿濃度-時間曲線:給定的兩指數式
    Cp(t)=Ae−αt+Be−βtC_p(t)=A e^{-\alpha t}+B e^{-\beta t}
    表示雙室模型的線性藥代動力學,積分後即可得到曲線下面積 (AUC)。
  • 積分技巧:對指數函數的整體積分
    ∫0∞e−kt dt=1k  (k>0)\int_0^\infty e^{-k t}\,dt=\frac1{k}\;(k>0)

解題方法

  1. 寫出 AUC 的積分式
AUC0−∞=∫0∞(3.2e−6.4t+0.8e−0.2t) dt\text{AUC}_{0-\infty}= \int_{0}^{\infty} \bigl(3.2e^{-6.4t}+0.8e^{-0.2t}\bigr)\,dt
  1. 分別積分兩項
∫0∞3.2e−6.4t dt=3.2[e−6.4t−6.4]0∞=3.26.4=0.5  mg⋅h/L\int_{0}^{\infty}3.2e^{-6.4t}\,dt =3.2\left[\frac{e^{-6.4t}}{-6.4}\right]_{0}^{\infty} =\frac{3.2}{6.4}=0.5\;\text{mg·h/L}
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第 6-(2) 題5 分

(2). Estimate the central volume of distribution of the drug. (5 %)

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核心觀念

  • 二室模型:單次靜脈推注後,血漿濃度可寫成雙指數衰減式
    Cp(t)=Ae−αt+Be−βtC_p(t)=A e^{-\alpha t}+B e^{-\beta t}
    其中 A,BA,B 為雙指數的截距,α,β\alpha,\beta 為快相與慢相的速率常數。
  • 中心體積 (V₁):定義為藥物剛注入時(t=0t=0)血漿濃度與給藥量之比例
    V1=DoseCp(0)且  Cp(0)=A+BV_1=\frac{\text{Dose}}{C_p(0)}\quad\text{且}\; C_p(0)=A+B

解題方法

  1. 辨認模型參數
    題目給予血漿濃度式
    Cp=3.2e−6.4t+0.8e−0.2t(mg/L)C_p = 3.2e^{-6.4t}+0.8e^{-0.2t}\quad(\text{mg/L})
    因此
    A=3.2  mg/L,B=0.8  mg/LA=3.2\;\text{mg/L},\qquad B=0.8\;\text{mg/L}
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第 6-(3) 題5 分

(3). How long would you suggest to take the blood sample in order to describe adequately this plasma concentration-time profile? (5 %)

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核心觀念
本題考查藥物血漿濃度-時間曲線的「雙指數衰減」模型,以及如何以半衰期或濃度衰減比例決定抽血時間點,使曲線的兩個相容相(快速相與慢速相)都能被充分觀測。關鍵公式:

  • 雙指數模型
    Cp(t)=A e−αt+B e−βtC_p(t)=A\,e^{-\alpha t}+B\,e^{-\beta t}
    其中 A,BA,B 為各相的初始濃度,α,β\alpha ,\beta 為對應的衰減速率常數(h⁻¹)。

  • 半衰期公式
    t1/2=ln⁡2kt_{1/2}= \frac{\ln 2}{k}
    kk 為衰減速率常數。

  • 充分描述的概念:抽樣時間須足夠長,使濃度衰減至「可忽略」的水平(常取 ≤1% 或 ≤5% 的初始濃度),同時涵蓋快相的消失與慢相的終末階段。


解題方法

  1. 辨識兩相的速率常數

    • 快相:A=3.2 A=3.2\,mg/L,α=6.4 \alpha =6.4\,h⁻¹
    • 慢相:B=0.8 B=0.8\,mg/L,β=0.2 \beta =0.2\,h⁻¹
  2. 計算各自的半衰期

t1/2快=ln⁡26.4=0.108  h  (≈6.5  min)t_{1/2}^{\text{快}}=\frac{\ln 2}{6.4}=0.108\;\text{h}\;(≈6.5\;\text{min})

t1/2慢=ln⁡20.2=3.465  ht_{1/2}^{\text{慢}}=\frac{\ln 2}{0.2}=3.465\;\text{h}

  1. 決定抽血上限時間
    • 快相在 3–4 個半衰期內已降至 ≈10% 以下,即 t≈0.3 t\approx0.3\,h 內可視為基本消失,故不影響抽樣上限的決策。

    • 慢相需較長時間才能衰減至可忽略水平。常用的「1 %」或「5 %」準則:

      • 以 5 % 為例,設定 Cp(t)=0.05 Cmax⁡C_p(t)=0.05\,C_{\max},其中 Cmax⁡=A+B=4.0 C_{\max}=A+B=4.0\,mg/L。
        因快相在此時已可忽略,僅保留慢相項:
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📄 以下 3 題共用同一段題幹
  1. The plasma concentration-time profiles of Drug A after a single iv bolus injection to a subject in the absence and presence of Drug B, a plasma protein binding displacer, are displayed in the following figure. (25%)

🖼️【此處有附圖,請對照原卷】

第 7-(1) 題15 分

(1). Describe the effect of this drug-drug interaction on the pharmacokinetic parameters of Drug A. (15%)

🖼️ 本題含圖表,以下為原卷對應頁面:
原卷第 3 頁

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核心觀念

Drug B 是血漿蛋白結合置換劑,會使 Drug A 的游離分率 fuf_u 上升。靜脈注射後,可由濃度-時間曲線的高度、斜率與曲線下面積(AUC),判讀分布容積、清除率及消除半衰期的變化:

AUCiv=DoseCL\mathrm{AUC}_{iv}=\frac{\mathrm{Dose}}{CL} t1/2=0.693kt_{1/2}=\frac{0.693}{k}

其中 CLCL 為全身清除率,kk 為消除速率常數。

解題方法與判讀

比較圖中的兩條曲線:加入 Drug B 後,Drug A 的血漿濃度整體較低,但兩條曲線的終末下降斜率大致平行。

  • 分布容積增加: 靜脈推注後,較多游離 Drug A 離開血漿並分布至組織,因此血漿濃度下降;以 C0=Dose/VdC_0=\mathrm{Dose}/V_d 理解,濃度較低代表表觀分布容積較大。
  • 清除率增加、AUC 下降: 游離分率增加,使可供代謝或排除的藥物比例提高。
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第 7-(2) 題5 分

(2). Does Drug A have a relatively large volume of distribution? Why? (5%)

🖼️ 本題含圖表,以下為原卷對應頁面:
原卷第 3 頁

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核心觀念

分布容積 VdV_d 是「體內藥物總量/血漿藥物濃度」的比例,反映藥物分布至血漿以外組織的程度。靜脈推注後,在圖示的一室模型下:

Vd=DC0,k=CLVdV_d=\frac{D}{C_0},\qquad k=\frac{CL}{V_d}

其中 DD 為劑量、C0C_0 為初始血漿濃度、CLCL 為清除率。血漿蛋白結合與分布容積的關係為:

Vd=Vp+Vtfufu,tV_d=V_p+V_t\frac{f_u}{f_{u,t}}

VpV_p、VtV_t 分別為血漿與組織容積;fuf_u、fu,tf_{u,t} 分別為血漿與組織中的游離比例。當組織分布項占優勢時,VdV_d 會隨 fuf_u 增加而近乎同比增加。

解題方法

圖中橫軸為時間,縱軸為血漿濃度 CpC_p,兩者皆使用任意單位;縱軸採對數刻度,標示 0.1、1、100.1、1、10。單用 A 的初始濃度約為 44,合用 B 後約為 22,兩條半對數直線近乎平行。

  1. 由初始濃度判斷分布容積變化。

    相同 A 劑量下:

    Vd,A+BVd,A=C0,AC0,A+B≈42=2\frac{V_{d,A+B}}{V_{d,A}} =\frac{C_{0,A}}{C_{0,A+B}} \approx\frac{4}{2}=2

    因此,加入蛋白結合置換劑 B 後,A 的分布容積約增加為兩倍。

  2. 由斜率判斷清除率變化。

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第 7-(3) 題5 分

(3). Does Drug A have a relatively high systemic clearance? Why? (5%)

🖼️ 本題含圖表,以下為原卷對應頁面:
原卷第 3 頁

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核心觀念

靜脈注射後,藥物的總體清除率可由劑量與血中濃度-時間曲線下面積表示:

CL=DoseAUCCL=\frac{Dose}{AUC}

高肝抽取率藥物的清除率主要受肝血流量限制,通常較不受血漿游離分率 fuf_u 改變影響;低抽取率藥物的清除率則較容易隨 fuf_u 上升而增加。

解題方法

圖中加入置換劑 Drug B 後,Drug A 的總血中濃度整體下降;兩條曲線的末端斜率大致平行,表示末端消除速率常數相近。相同靜脈劑量下,Drug A 與 Drug B 併用時的 AUCAUC 較小,因此依 CL=Dose/AUCCL=Dose/AUC,併用時的總體清除率較大。

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