第三章 第三節(jié) 藥物消除動力學(xué)

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從生理學(xué)看,體液被分為血漿、細(xì)胞間液及細(xì)胞內(nèi)液幾個部分。為了說明藥動學(xué)基本概念及規(guī)律現(xiàn)假定機體為一個整體,體液存在于單一空間,藥物分布瞬時達(dá)到平衡(一室模型)。問題雖然被簡單化,但所得理論公式不失為臨床應(yīng)用提供了基本規(guī)律。按此假設(shè)條件,藥物在體內(nèi)隨時間變化可用下列基本通式表達(dá):dC/dt=kCn.C為血藥濃度,常用血漿藥物濃度。k為常數(shù),t為時間。由于C為單位血漿容積中的藥量(A),故C也可用A代替:dA/dt=kCn,式中n=0時為零級動力學(xué)(zero-order kinetics),n=1時為一級動力學(xué)(first-order kinetics),藥物吸收時C(或A)為正值,消除時C(或A)為負(fù)值。在臨床應(yīng)用中藥物消除動力學(xué)公式比較常用,故以此為例如以推導(dǎo)和說明。
    一、零級消除動力學(xué)
    當(dāng)n=0時,-dC/dt=KC0=K(為了和一級動力學(xué)中消除速率常數(shù)區(qū)別,用K代k),將上式積分得:
    Ct=C0- Kt,C0為初始血藥濃度,Ct為t時的血藥濃度,以C為縱座標(biāo)、t為橫座標(biāo)作圖呈直線(圖3-6),斜率為K,當(dāng)Ct/C0=1/2時,即體內(nèi)血漿濃度下降一半(或體內(nèi)藥量減少一半)時,t為藥物消除半衰期(half-life time, t1/2)。
    按公式1/2C0=C0-Kt1/2
    可見按零級動力學(xué)消除的藥物血漿半衰期隨C0下降而縮短,不是固定數(shù)值。零級動力學(xué)公式與酶學(xué)中的Michaelis-Menten公式相似:,式中S為酶的底物,Vmax為催化速度,Km為米氏常數(shù)。當(dāng)[S]>>Km時,Km可略去不計,ds/dt=Vmax,即酶以其速度催化。零級動力學(xué)公式與此一致,說明當(dāng)體內(nèi)藥物過多時,機體只能以能力將體內(nèi)藥物消除。消除速度與C0高低無關(guān),因此是恒速消除。例如飲酒過量時,一般常人只能以每小時10ml乙醇恒速消除。當(dāng)血藥濃度下降至消除能力以下時,則按一級動力學(xué)消除。
    二、一級消除動力學(xué)
    當(dāng)n=1時,-dC/dt=keC1=keC,式中k用ke表示消除速率常數(shù) (elimination rate constant)。將上式積分得
    可見按一級動力學(xué)消除的藥物半衰期與C高低無關(guān),是恒定值。體內(nèi)藥物按瞬時血藥濃度(或體內(nèi)藥量)以恒定的百分比消除,單位時間內(nèi)實際消除的藥量隨時間遞減。消除速率常數(shù)(ke)的單位是h-1,它不表示單位時間內(nèi)消除的實際藥量,而是體內(nèi)藥物瞬時消除的百分率。例如ke=0.5h-1不是說每小時消除50%(如果t1/2=1小時則表示每小時消除50%)。按t1/2=0.693/ke計算t1/2=1.39h,即需1.39h后才消除50%.再按    計算,1小時后體內(nèi)尚存60.7%.絕大多數(shù)藥物都按一級動力學(xué)消除。這些藥物在體內(nèi)經(jīng)過t時后尚存
    當(dāng)n=5時,At≈3%A0,即經(jīng)過5個t1/2后體內(nèi)藥物已基本消除干凈。與此相似,如果每隔一個t1/2給藥一次(A0),則體內(nèi)藥量(或血藥濃度)逐漸累積,經(jīng)過5個t1/2后,消除速度與給藥速度相等,達(dá)到穩(wěn)態(tài)(steady state):
    當(dāng)n=5時,At≈97%A0.這一時間,即5個t1/2不因給藥劑量多少而改變。
    藥物自體內(nèi)消除的一個重要指標(biāo)是血漿清除率(plasma clearance,Cl),是肝腎等的藥物消除率的總和,即單位時間內(nèi)多少容積血漿中的藥物被消除干凈,單位用L.h-1(也有人用ml.min-1,和肌酐消除率一致)或按體重計算 L.kg-1.h-1.按定義,CL=RE/Cp,RE是消除速率(rate of elimination),即單位時間內(nèi)被機體消除的藥量,Cp為當(dāng)時的血漿藥物濃度。由于RE非固定值也不易檢測,故常用表觀分布容積(apparent volume of distribution, Vd)計算。 Vd是指靜脈注射一定量(A)藥物待分布平衡后,按測得的血漿濃度計算該藥應(yīng)占有的血漿容積。事實上靜注藥物后未待分布平衡已有部分藥物自尿排泄及(或)在肝轉(zhuǎn)化而消除,故必需多次檢測Cp,作時量曲線圖,將穩(wěn)定下降的消除段向O時延升至和Y軸交點以求得理論上靜注藥量A在體內(nèi)分布平衡時的血漿濃度C0,以此算出Vd=A/C0(圖3-7)。按RE=keA,Cp=A/Vd,故Cl=keVd.在一級動力學(xué)的藥物中,Vd及Cl是兩個獨立的藥動學(xué)指標(biāo),各有其固定的數(shù)值,互不影響,也不因劑量大小而改變其數(shù)值。Vd是表觀數(shù)值,不是實際的體液間隔大小。除少數(shù)不能透出血管的大分子藥物外,多數(shù)藥物的Vd值均大于血漿容積。與組織親和力大的脂溶性藥物其Vd可能比實際體重的容積還大。Cl也不是藥物的實際排泄量。它反映肝和(或)腎功能,在肝和(腎)功能不足時Cl值會下降,因為Cl是肝腎等消除能力的總和。肝清除率雖然難測,但有重要的理論意義。肝清除率小的藥物,首關(guān)消除少,其口服生物利用度大,但易受肝功能,血漿蛋白結(jié)合力及肝藥酶誘導(dǎo)或抑制藥的影響。肝清除率大的藥物,首關(guān)消除多,其口服生物利用度小。有些藥物的肝清除率很高,接近肝血流量,稱為灌流限制性清除,其肝清除率受肝血流量影響較大。藥物以原形自腎消除的百分率比較容易測定。自腎排泄多的藥物易受腎功能影響,自腎排泄少的藥物易受肝功能影響。醫(yī)生可以據(jù)此在肝或腎功能不足病人適當(dāng)調(diào)整劑量。在零級動力學(xué)的藥物中,RE以恒速消除,不隨Cp下降而改變,故Cl 值不固定,與Cp成反比。
    Cl值實際上常用靜脈或肌肉注射藥物A后測定Cp,繪出時量曲線,算出AUC再按CL=A/AUC取得。因為AUC=C0/ke,代入得
    三、連續(xù)恒速給藥
    臨床治療常需連續(xù)給藥以維持有效血藥濃度。在一級動力學(xué)藥物中,開始恒速給藥時藥物吸收快于藥物消除,體內(nèi)藥物蓄積。按 計算約需5個t1/2達(dá)到血藥穩(wěn)態(tài)濃度(Css),此時給藥速度(RA)與消除速度(RE)相等。
    (τ為給藥間隔時間)可見Css隨給藥速度(RA=Dm/τ)快慢而升降,到達(dá)Css時間不因給藥速度加快而提前,它取決于藥物的ke或t1/2.據(jù)此,可以用藥物的keVd或Cl計算給藥速度以達(dá)到所需的有效藥物濃度。靜脈恒速滴注時血藥濃度可以平穩(wěn)地到達(dá)Css.分次給藥雖然平均血藥濃度上升與靜脈滴注相同,但實際上血藥濃度上下波動(圖3-8)。分藥間隔時間越長波動越大,其峰值濃度 ,谷值濃度 Css-min=Css- maxe .如果實際Css過高或過低,可以按已達(dá)到的Css與需要達(dá)到的Css比值調(diào)整給藥速度,即Css(已達(dá)到的)/Css(需要的)=RA(現(xiàn)用的)/RA(將調(diào)整的)
    但從調(diào)整劑量時開始需再經(jīng)過5個t1/2方能達(dá)到需要的Css.
    在病情危重需要立即達(dá)到有效血藥濃度時,可于開始給藥時采用負(fù)荷劑量(loading dose,D1),因為
    Ass就是負(fù)荷劑量。可將第一個t1/2內(nèi)靜脈滴注量的1.44倍在靜脈滴注開始時推注入靜脈即可立即達(dá)到并維持Css.在分次恒速給藥達(dá)到Css時,體內(nèi)Ass是維持劑量(maintenance dose, Dm)與體內(nèi)上一劑量殘留藥物的和,即
    當(dāng)給藥間隔時間τ=t1/2時,即每隔一個t1/2給藥一次時采用首劑加倍劑量的D1可使血藥濃度迅速達(dá)到Css.
    理想的給藥方案應(yīng)該是使CSS- max略小于最小中毒血漿濃度(MTC)而CSS-min略大于最小有效血漿濃度(MEC),即血藥濃度波動于MTC與MEC之間治療窗,這一Dm可按下列公式計算:
    Dm=(MTC - MEC)Vd
    負(fù)荷劑量計算法與上同,即D1=ASS=1.44t1/2 RA=1.44t1/2 Dm/τ,τ為給藥間隔時間。τ可按一級消除動力學(xué)公式推算得
    因此可以根據(jù)藥物的MTC及MEC利用這些公式計算出D1,Dm及τ。注意此時τ≠t1/2,D1≠2Dm(圖3-9)。
    在零級動力學(xué)藥物中,體內(nèi)藥量超過機體消除能力。如果連續(xù)恒速給藥,RA>RE,體內(nèi)藥量蓄積,血藥濃度將無限增高。停藥后消除時間也較長,超過5個t1/2.因為t1/2=0.5C0/K,達(dá)到C0越高t1/2越長。
    臨床用藥可根據(jù)藥動學(xué)參數(shù)如Vd、Cl、ke、t1/2及AUC等按以上各公式計算劑量及設(shè)計給藥方案以達(dá)到并維持有效血藥濃度。除了少數(shù)t1/2特長或特短的藥物,或零級動力學(xué)藥物外,一般可采用每一個半衰期給于半個有效量(half dose at half life interval)并將首次劑量加倍是有效、安全、快速的給藥方法。
    有些藥在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為活性產(chǎn)物則需注意此活性產(chǎn)物的藥動學(xué),如果活性產(chǎn)物的消除是藥物消除的限速步驟的話,則應(yīng)按該產(chǎn)物的藥動學(xué)參數(shù)計算劑量及設(shè)計給藥方案。
    四、一級藥動學(xué)指標(biāo)間的相互關(guān)系
    1.F=A/D×100%口服劑量(D)由于不能100%吸收及存在首關(guān)消除效應(yīng),能進(jìn)入體循環(huán)的藥量(A)只占D的一部分,這就是生物利用度(F)。藥動學(xué)計算時應(yīng)采用絕對生物利用度,相對生物利用度作為評比藥物制劑質(zhì)量的指標(biāo)。生物利用度還包括吸收速度問題,達(dá)峰時間(Tpeak)是一個參考指標(biāo)。
    2.A=C.Vd或C=A/Vd體內(nèi)藥量(A)與血藥濃度(C)比值固定,在許多藥動學(xué)公式中,A與C可以通用,如At=也可用Ct=.
    3.Cp=[D]+[DP] 血漿中藥物有游離型(D)與血漿蛋白結(jié)合型(DP),定量測定時需將血漿蛋白沉淀除去,故通常所說的血漿藥物濃度(Cp)是指[D]與[DP]的總和。只有透析法或超離心法才可能將二者分離以計算藥物的血漿蛋白結(jié)合率×100% 。
    4.曲線下面積(AUC)是一個可用實驗方法測定的藥動學(xué)指標(biāo)。它反映進(jìn)入體循環(huán)藥量的多少。時量曲線某一時間區(qū)段下的AUC反映該時間內(nèi)的體內(nèi)藥量。AUC是獨立于房室模型的藥動學(xué)參數(shù),常用于估算血漿清除率(Cl)。
    5.ke=0.693/t1/2=RE/A=CL/Vd 消除速率常數(shù)是藥物瞬時消除的百分率而不是單位時間藥物消除速率(RE),是決定t1/2的參數(shù),但其本身又取決于Cl及Vd,故不是獨立的藥動學(xué)指標(biāo)。
    6.Vd=A/C0=A/AUC ke 表現(xiàn)分布容積(Vd)是獨立的藥動學(xué)指標(biāo),不是實際的體液容積,取決于藥物在體液的分布。Vd大的藥物與組織蛋白結(jié)合多,主要分布于細(xì)胞內(nèi)液及組織間液。Vd小的藥物與血漿蛋白結(jié)合多,較集中于血漿。Vd不因A多少而變化。
    7.CL=keVd=RE/Cp=A/AUC 血漿清除率(Cl)是肝腎等清除率的總和,也不是實際的藥物消除速率(RE),是另一個獨立于A的重要藥動學(xué)指標(biāo),但受肝腎功能的影響。
    8.t1/2=0.693/ke=0.693Vd/CL 血漿藥物消除半衰期(t1/2)是一個非常實用的藥動學(xué)指標(biāo),雖然獨立于A,但受Cl及Vd雙重制約,Cl大時t1/2短,Vd大時t1/2長。例如慶大霉素Cl小(60ml.min-1),Vd也小(0.25L.kg-1),其t1/2不長(2~3h)。氯喹Cl大(700ml.min-1),Vd也大(185L.kg-1),其t1/2并不短(8天)。藥物在吸收及分布過程中也有半衰期,分別用t1/2a及t1/2α表示。
    9.穩(wěn)態(tài)時RA=RE=CSS.Cl=CSS.Vd.ke
    故CSS是恒速連續(xù)給藥達(dá)到穩(wěn)態(tài)時平均血藥濃度,應(yīng)該和預(yù)期的有效濃度相等。必要時可以按達(dá)到的CSS與預(yù)期的CSS比值調(diào)整劑量或給藥速度(RA)。
    10.分次定時定量給藥時,CSS上下波動。當(dāng)每t1/2給藥一次時,其峰值(CSS- max)與谷值(CSS- min)的比值為2,縮短給藥間隔可以減少CSS波動。
    11. 每t1/2給藥一次時,首次給予加倍劑量,即負(fù)荷劑量(D1)可以立即達(dá)到CSS.
    五、房室模型
    以上所述各種藥動學(xué)公式都是將機體視為一個整體空間,假設(shè)藥物在其中轉(zhuǎn)運迅速,瞬時達(dá)到分布平衡的條件下推導(dǎo)而得的。實際上機體絕非如此簡單,不僅有血漿、細(xì)胞外液及細(xì)胞內(nèi)液等間隔,而且各組織細(xì)胞間存在著無數(shù)的區(qū)間。靜脈注射藥物的時量(對數(shù)標(biāo)尺)關(guān)系并非直線,而是一條由無數(shù)區(qū)段組成的連續(xù)弧線。粗略地看可見早期一段快速下降,后來才逐漸穩(wěn)定緩慢下降。這是因為藥物進(jìn)入血液循環(huán)后快速向組織分布,首先進(jìn)入血注量大的肺、腎、心、腦等器官,然后再向其他組織分布,最后達(dá)到平衡(假平衡)。因此設(shè)想機體由幾個互相連通的房室(compartment)組成。這個房室不是解剖學(xué)上分隔體液的房室,而是按藥物分布速度以數(shù)學(xué)方法劃分的藥動學(xué)概念。多數(shù)藥物按二房室模型轉(zhuǎn)運(少數(shù)單房室或多房室),中央室大致包括血漿及那些血流量多的器官,周邊室包括機體其余部分,界限并不明確。時量曲線因此也只能大致分為分布相及消除相兩個指數(shù)衰減區(qū)段(圖3-10)。其藥動學(xué)規(guī)律與單房室不同,如C=Ae-αt +Be-βt,α及β分別為分布相(A)及消除相(B)的消除速率常數(shù)。而且在分布相中Vd逐漸增大,ke(α)逐漸減少,t1/2逐漸延長,因此藥動學(xué)計算需要特殊處理。即使在消除相,血藥濃度穩(wěn)定線性下降,各組織濃度及其下降速度也不盡相等,故稱假平衡??梢妴栴}非常復(fù)雜。
    正由于問題過于復(fù)雜,臨床應(yīng)用諸多不便,實際運算也存在諸多困難。房室模型并非藥物固有的藥動學(xué)指標(biāo),機體也無此解剖學(xué)間隔,即使運用電子計算機擬合也不一定獲得明確的劃分。用同一藥物試驗,在某些人呈二室模型,另些人可能呈一室或三室模型。同一藥物靜脈注射時呈二室模型而口服則呈單一房室模型。在分布相時藥物實際上已開始消除,到達(dá)消除相時可能已有相當(dāng)分量的藥物已被消除。如果用血管外給藥(口服、肌注等)分布相常被吸收相掩蓋。這些時相的劃分僅靠血藥濃度的測定。如果早期(此時血藥濃度變化較快)取樣間隔過疏,很難據(jù)此準(zhǔn)確劃分時相,因此,越來越多的臨床家及研究者逐漸放棄房室模型而轉(zhuǎn)向采用適用于所有藥物的無房室方法(noncompartmental medtod)來解決實際問題,對此,有待今后深入學(xué)習(xí)。
    從另一方面看,時量曲線在達(dá)到假平衡后已呈單一指數(shù)衰減的直線,此時房室劃分已無需要,可以按β值計算t1/2及其他實用的藥動學(xué)指標(biāo)。
    AUC是與房室無關(guān)的藥動學(xué)指標(biāo),可用實驗方法測定。AUC(0-∞)=C0/ke,或AUC(T-∞)=CT/β,T是消除相開始的時間。