药物在体内经历吸收、分布、代谢和排泄,始终处于动态变化之中,受这些过程综合作用的影响。由此可见,药物在体内的处置过程较为复杂,常常要借助数学的原理和方法来阐明体内药量随时间而变化的动力学规律性。
(一)药物的时量关系和时效关系
药物在体内需经过吸收、分布、代谢和排泄过程,使得体内药量和浓度随着时间的推移而发生有规律的变化,称体内药量或浓度与时间的这种关系为药物的时量关系。在这一过程中血液中的药物和体内其他各组织的药物浓度始终处于动态平衡之中,因而血药浓度的变化可间接地反映作用部位药物浓度的变化,所以常用血药浓度一时间曲线来反映药物的时量关系。同样药物的效应也随着时间的推移而发生有规律的变化,表现为药效的显现和消失的过程,称药效与时间的这种关系为药物的时效关系。
图2为单次口服给药后的血药浓度—时间曲线,从中可以看出药物的吸收、分布和消除与血药浓度变化的关系,即药物的吸收、分布和消除之间的相互消长的反映。曲线的上升段为吸收分布相,在此相中药物自给药部位迅速吸收并迅速向组织中分布,此时药物的吸收量远大于其消除量,以吸收分布为主,表现为血药浓度迅速上升。曲线的中间段为平衡相,此时药物的吸收速率与消除速率相当,体内的药量达到暂时的动态平衡,表现为血药浓度的变化趋于平缓。曲线的下降段为消除相,此时给药部位的药物已大部分被吸收,因此药物的消除量远大于其吸收量,以消除为主,表现为血药浓度迅速下降。
图2 血管外给药的血药浓度一时间曲线
从时效关系的角度来看,上述的曲线可分为潜伏期、有效期和残留期。潜伏期是指从开始用药至血药浓度达到最低有效浓度的时间,其长短主要取决于药物的吸收和分布的速度。有效期是指血药浓度维持在最低有效浓度之上的时间,其长短主要取决于药物的吸收和消除速率。残留期内血药浓度已降到最低有效浓度以下,从药物降至最低有效浓度直至完全从体内消除的时间为药物的残留期,残留期的长短主要取决于药物的消除速率。残留期长说明药物在体内有蓄积现象,在此期内多次反复用药易导致蓄积中毒。
(二)药动学参数及其临床意义药物动力学参数是反映药物体内过程动态变化规律性的一些常数,如吸收和消除速率常数、分布容积、消除半衰期等,它们可以作为反映药物在体内动态变化内在规律性的指标。临床上常常根据药物动力学参数,设计安全有效的给药方案,包括最佳的给药剂量、给药间隔和给药途径等;针对不同的生理病理状态,制订个体化给药方案,使用药更为安全合理。此外,这些参数还有助于阐明异常的药物反应、药物间的相互作用、药物的异常分布和消除等问题,同时有些参数还是评价药物制剂质量的重要指标,在药剂学和新药的开发研究中常常被用于制剂的质量评价。下面简单介绍几种常用的药物动力学参数的临床意义。
图3 受试者口服单剂量制剂A、制剂B和制剂C后的血药浓度—时间曲线
1.药峰时间和药峰浓度 药物经血管外给药吸收后的血药浓度最大值称为药峰浓度(Cmax),达到药峰浓度所需的时间即为药峰时间(tmax),二者是反映药物吸收快慢的重要指标,常被用于制剂的质量评价。与吸收速率常数相比,它们能更直观和准确地反映出药物的吸收速率,因此更具有实际意义。药物的吸收速度快,则其达峰时间短,且峰浓度高,反之亦然。药物的吸收速率是影响药物的疗效和毒性的重要因素之一,由图3可以看出吸收速率对药物的疗效和毒性的影响。A、B、C 3种制剂的吸收程度相似(即血药曲线下面积相似),但吸收速度不同,制剂A的吸收速度最快,制剂C的吸收速度最慢,制剂B的吸收速度介于二者之间。
2.表观分布容积(Vd) 是指药物在体内达到动态平衡时,体内药量与血药浓度之比,其本身不代表真正的容积,只反映药物在体内分布广窄的程度,因此无直接的生理学意义,其单位为L或L/kg。对于单室模型的药物,分布容积与体内药量X与血药浓度C的关系为,Vd=X/C。药物的分布容积的大小取决于其脂溶性、组织分配系数及药物与生物物质(如血浆蛋白质)的结合率等因素。如药物的血浆蛋白结合率高,则其组织分布较少,血药浓度高。根据体液的分布情况,由药物的分布容积可推测其在体内的分布情况。
3.消除速率常数(k)和消除半衰期(t1/2) 消除速率常数是药物从体内消除速率的一个常数,而消除半衰期是指血药浓度下降一半所需的时间,二者都是反映药物从体内消除快慢的常数,且存在倒数的关系。由于消除半衰期比消除速率常数更为直观,故临床上多用消除半衰期来反映药物消除的快慢,它是临床制订给药方案的主要依据。按一级消除的药物,半衰期和消除速率常数之间的关系为,t1/2=0.693/k。
4.血药浓度—时间曲线下面积(AUC) 可用梯形面积法进行估算血药浓度—时间曲线下面积。它是评价药物吸收程度的一个重要指标,常被用于制剂的质量评价。
5.生物利用度(F) 是指药物经血管外给药后,药物被吸收进入血液循环的速度和程度的一种量度,它是评价制剂吸收程度的重要指标。生物利用度可以分为绝对生物利用度和相对生物利用度。绝对生物利用度主要用某种非血管给药途径的吸收情况与静脉注射相比较。相对生物利用度主要用于比较两种制剂的吸收情况,可分别用下式表示:
6.清除率(CI) 是指在单位时间内机体能将多少升体液中的药物清除掉,其单位为L/h或L/(h·kg),它是反映药物从体内消除的另一个重要的参数。清除率CI与消除速度常数k和分布容积之间的关系为,CI=k·Vd。
(三)房室模型概念
为了分析药物在体内运动(转运与转化)的动态规律,用数学方程式加以表示,就需要建立一个模型模拟动物机体,称为动力学模型。生理学可将体液分为血浆、细胞外液及细胞内液,药物就分布于此各部(也称房室)。药动学的房室模型概念与此不同,它建立在一种抽象的数学概念中,其划分依赖于药物转运速率的不同而概括为不同房室。只要药物在各器官细胞组织中的转运速率相同,尽管其解剖位置不同,就可划归成一个房室。如药物在体内组织间转运速率高,瞬时体内药物分布达到平衡,就可将机体称为单一房室模型。如果药物在体内不同组织器官内转运速率有明显差异,血流丰富的组织药物迅速与血浆中的达到平衡称为中央室;而血流量少、转运速率慢的组织,不能立即与血浆达到平衡,称为周边室,因而视机体为二室模型。大多数药物在体内的转运和分布符合二室模型。药物在机体内的房室模型,应根据实验结果(血药浓度—时间曲线)来具体分析。