ФармакокинетикаФармакокинетика (от др.-греч. φάρμακον — лекарство и κίνησις — движение) — раздел фармакологии, изучающий процессы, происходящие с фармакологически активными веществами в живом организме. Фармакокинетические исследования позволяют судить о том, что происходит с веществом с момента его поступления до момента полного выведения из организма. Фармакокинетику (ФК) не следует путать с фармакодинамикой (ФД). Фармакокинетика изучает воздействие организма на лекарственное средство, а фармакодинамика — его влияние на организм. Вместе они обуславливают дозировку лекарственного препарата, его терапевтический эффект и нежелательные явления, что показано в ФК/ФД-моделях.
Определение ИЮПАК
Фармакокинетика
Общие сведенияФармакокинетика описывает, как организм влияет на конкретный ксенобиотик через механизмы абсорбции, распределения, метаболической трансформации (например, под действием ферментов, таких как цитохром P450 или глюкуронилтрансфераза) и выведения [2]. Фармакокинетические свойства лекарственных веществ зависят от пути введения и дозы введенного лекарства. Это факторы могут оказывать влияние на скорость всасывания [3]. Для упрощения описания фармакокинетических процессов были разработаны различные фармакокинетические модели. Наиболее приближенной к реальности является многокамерная модель, однако сложность оценки параметров при таком подходе к моделированию приводит к тому, что чаще используются однокамерные или двухкамерные модели. Камеры, на которые разделена модель, обычно описываются схемой ADME (LADME, если высвобождение выделено в отдельный этап):
Стадии метаболизма и выведения можно объединить понятием элиминации. Изучение отдельных фаз требуется для понимания динамики процесса в целом. Поэтому, чтобы полностью понять кинетику лекарственного препарата, необходимо иметь подробные знания о ряде факторов, таких как свойства активных и вспомогательных веществ, строение соответствующих биологических мембран или особенности ферментативных реакций, инактивирующих лекарство. Все эти процессы могут быть описаны математически и представлены в графическом виде. Применение фармакокинетических моделей позволяет понять, как конкретное лекарственное вещество будет вести себя в организме, исходя из информации о его свойствах, таких как константа кислотности, биодоступность, растворимость, абсорбционная способность и др. Фармакокинетические модели используются как в разработке лекарственных препаратов (например, при определении биоэквивалентности), так и в клинической практике. Данные фармакокинетики являются основой множества рекомендаций по эффективному и безопасному использованию лекарств для специалистов в области здравоохранения и ветеринарии. Фармакокинетические параметрыНиже приведены наиболее часто используемые фармакокинетические параметры [6],[7].
В фармакокинетике состояние равновесия между поступлением лекарства в организм и скоростью его элиминации называют стационарным. Для достижения стационарной концентрации при повторном введении обычно требуется время, равное 3–5 периодам полувыведения. Фармакокинетические модели![]() Фармакокинетическое моделирование включает компартментный и некомпартментный анализ. Некомпартментные методы оценивают зависимость концентрации лекарственного вещества в плазме от времени как статистическую кривую распределения. Компартментные методы оценивают график зависимости концентрации от времени с использованием кинетических моделей, основанных на рассмотрении организма как ряда взаимосвязанных компартментов (камер). Наиболее простой является однокамерная модель. Она предусматривает, что лекарство равномерно распределяется по всему организму и его концентрации в плазме крови и других тканях равны, а также что скорость элиминации прямо пропорциональна концентрации лекарства в плазме (кинетика первого порядка). Однако однокамерные модели не всегда достоверно отражают реальную ситуацию. Например, не все ткани организма имеют одинаковое кровоснабжение, поэтому концентрация лекарства в слабо васкуляризированных тканях может быть ниже, чем в тканях с высокой плотностью кровеносных сосудов. Кроме того, некоторые органы (например, головной мозг) отделены гистогематическими барьерами, которые неодинаково проницаемы для веществ различной природы. Учитывая эти особенности, можно разделить организм на два компартмента: центральный, который характеризуется высокой скоростью распределения и включает органы и ткани с хорошо развитым кровообращением, и периферический, состоящий из тканей с более низким кровотоком. Такие ткани, как головной мозг, могут быть отнесены к любому из компартментов, в зависимости от способности конкретного лекарства преодолевать соответствующий барьер, отделяющий их от системного кровотока. Двухкамерные модели могут иметь несколько вариаций в зависимости от того, из какого отдела осуществляется выведение лекарства. Чаще всего элиминация происходит в центральном компартменте, поскольку печень и почки являются органами с хорошо развитым кровоснабжением. Однако в некоторых ситуациях элиминация может происходить в периферическом компартменте или даже одновременно в обоих. Таким образом, существует три разновидности двухкамерных моделей, но этого все ещё может быть недостаточно для полного описания всех происходящих процессов[9]. Эта модель неприменима, если ферменты, участвующие в метаболизме лекарства, полностью насыщаются или присутствует механизм активной экскреции, независимый от концентрации в плазме. В действительности каждая ткань организма имеет свои собственные параметры распределения и ни один из них не является строго линейным. Тогда объем распределения лекарства в организме (VdF) можно представить в виде суммы объемов его распределения в каждой отдельной ткани (VdT):
Такая модель называется многокамерной и описывается множеством кривых, выражающих сложные уравнения, используемые для получения общей кривой. Для построения этих уравнений был специально разработан ряд компьютерных программ [9]. Тем не менее, какой бы сложной и точной ни была эта модель, она по-прежнему не отражает реальности. Это связано с тем, что понятие объема распределения является относительным. Таким образом, выбор модели сводится к определению того, какая из них обеспечивает наименьшую погрешность для исследования кинетики конкретного лекарственного препарата. ![]() Некомпартментный анализНекомпартментный фармакокинетический анализ (NCA) по большей части направлен на оценку экспозиции лекарства, которая выражается площадью под кривой «концентрация — время» (AUC). Для определения площади под кривой чаще всего используется метод трапеций. При этом точность расчетов напрямую зависит от интервалов отбора проб: чем ближе расположены моменты времени, тем лучше трапеции аппроксимируют реальную форму кривой «концентрация — время». Количество временны́х точек, необходимое для успешного проведения NCA, должно быть достаточным, чтобы полностью охватить фазы всасывания, распределения и выведения лекарства. Помимо AUC с использованием методов NCA также можно определять такие параметры, как Cmax (максимальная концентрация), Tmax (время достижения максимальной концентрации), CL (клиренс) и Vd (объем распределения). Компартментный анализКомпартментный анализ использует различные кинетические модели для описания и прогнозирования зависимости концентрации лекарства от времени. Схожие модели применяются в таких дисциплинах, как химическая кинетика и термодинамика. Преимущество компартментного анализа перед NCA заключается в возможности прогнозирования концентрации в любой момент времени. Недостатком является сложность построения корректных моделей, наиболее детально отражающих все фармакокинетические процессы. Простейшей фармакокинетической моделью является однокамерная модель с внутривенным болюсным введением и элиминацией первого порядка. Наиболее сложные модели (называемые PBPK) основаны на использовании информации об анатомо-физиологических особенностях отдельных органов и тканей организма. Однокамерная модельОднокамерная модель характеризуется линейной фармакокинетикой, то есть график зависимости концентрации от времени (в полулогарифмических координатах) представляет собой прямую линию или приближен к ней. При этом снижение концентрации лекарства с течением времени происходит только в результате его элиминации и может быть выражено уравнением: . Многокамерные модели![]() График нелинейной зависимости между исследуемыми параметрами представлен кривой; взаимосвязь между параметрами определяется путем расчета размеров различных областей под этой кривой. Модели, характеризующиеся нелинейной фармакокинетикой, в основном основаны на кинетике Михаэлиса — Ментен. К факторам, указывающим на нелинейность фармакокинетических процессов, относят следующие.
Таким образом, различные факторы могут обуславливать нелинейность фармакокинетики на всех стадиях: от всасывания до элиминации из организма. БиодоступностьС практической точки зрения биодоступность можно определить как долю введенного лекарства, которая достигла системного кровотока и места своего действия в организме. Исходя из этого, внутривенное введение обеспечивает максимально возможную биодоступность, принимаемую за 1 (или 100 %). Биодоступность для других путей введения определяется её отношением к биодоступности при внутривенном введении (абсолютная биодоступность, BA) или биодоступности лекарства, принятого за стандарт (относительная биодоступность, BR):
Определение биодоступности позволяет корректировать дозу лекарственного препарата для достижения необходимой его концентрации в плазме. Используя значение биодоступности, можно определить эффективную дозу конкретного лекарственного препарата, необходимую для получения требуемого терапевтического эффекта, по формуле:
где De — эффективная доза, B — биодоступность и Da —введенная доза. Следовательно, если лекарство имеет биодоступность 0,8 (80 %) и его вводят в дозе 100 мг, эффективная доза будет равна:
То есть в этом случае после введения 100 мг лекарства только 80 мг достигнет системного кровотока и будет оказывать фармакологический эффект. Биодоступность зависит от особенностей конкретного лекарства, таких как [12]:
Влияние этих параметров на биодоступность можно описать математически:
где Q — чистота препарата;
где — скорость абсорбции и — время, за которое лекарство достигает системного кровотока после абсорбции. Наконец, используя уравнение Хендерсона — Хассельбаха и зная константу кислотности лекарства, можно определить, какая его часть будет находиться в неионизированном состоянии и подвергаться всасыванию:
Если лекарственные препараты имеют одинаковую биодоступность, их называют биологическими эквивалентами или биоэквивалентами. Концепция биоэквивалентности активно используется, например, при разработке дженериков во многих странах. LADMEПосле попадания лекарственного препарата в организм происходит ряд процессов, которые обозначаются аббревиатурой LADME:
Фаза высвобождения может отсутствовать, если лекарство вводится в активной форме. Некоторые авторы объединяют распределение, метаболизм и выведение в фазу диспозиции. Концепция может также включать токсикологический аспект применения препарата, в таком случае она именуется ADME-Tox или ADMET. На каждой стадии происходит физико-химическое взаимодействие между лекарственным веществом и организмом, которое можно выразить математически. Таким образом, основу фармакокинетики составляют математические уравнения, которые позволяют прогнозировать поведение лекарства путем определения зависимости концентрации в плазме от времени. Методы анализаБиоаналитические методыДля измерения концентрации лекарства в биологических жидкостях (в первую очередь в плазме) и построения фармакокинетических кривых используют различные биоаналитические методы. Применяемые методы должны быть избирательными и чувствительными. Например, микромасштабный термофорез можно использовать для количественной оценки влияния биологической среды на сродство лекарства к его мишени [13],[14]. Масс-спектрометрияДля целей фармакокинетики в настоящее время часто используют методы масс-спектрометрии из-за сложной природы аналитических проб (обычно плазма или моча) и необходимости высокой чувствительности для определения малых концентраций веществ. Наиболее распространенным методом является ЖХ-МС с тройным квадрупольным масс-спектрометром. Для большей специфичности может использоваться тандемная масс-спектрометрия. Количественное определение лекарства в образцах производят с применением внутренних стандартов и стандартных кривых. Контрольные образцы, взятые перед введением лекарственного препарата, необходимы для определения фона и обеспечения целостности данных. Большое внимание уделяется линейности стандартной кривой; однако чаще используют аппроксимацию кривой с более сложными функциями, такими как квадратичные, поскольку отклик большинства масс-спектрометров не является линейным в больших диапазонах концентраций [15],[16],[17]. Популяционная фармакокинетикаПопуляционная фармакокинетика занимается изучением межиндивидуальной вариабельности кинетики лекарственных препаратов [18],[19],[20]. Определённые демографические, патофизиологические и терапевтические особенности пациентов, такие как масса тела, особенности метаболизма, а также наличие сопутствующей терапии, могут приводить к изменению соотношения «доза — концентрация в плазме», обуславливая вариабельность экспозиции. Например, стационарные концентрации лекарств, выводимых преимущественно с мочой, обычно выше у пациентов с почечной недостаточностью, чем у пациентов с нормальной функцией почек, получающих препарат в той же дозе. Популяционная фармакокинетика направлена на выявление и оценку факторов, оказывающих влияние на экспозицию и терапевтический индекс лекарства, с целью последующей индивидуальной коррекции доз и режимов дозирования, если это необходимо. Клиническая фармакокинетика
Клиническая фармакокинетика — непосредственное применение в клинической практике сведений о кинетике конкретного лекарственного препарата и знаний популяционной фармакокинетики. Примером может служить возобновление использования циклоспорина в качестве иммуносупрессора при трансплантации органов. Несмотря на то что лекарство изначально показало терапевтическую эффективность, его использование было ограничено, поскольку был обнаружен высокий риск возникновения нефротоксичности у определённых групп пациентов [21]. Однако затем стало понятно, что можно снизить нефротоксичность, индивидуализировав дозу циклоспорина для пациента путем анализа его плазменных концентраций (фармакокинетический мониторинг). Это позволило вернуть лекарство в клиническую практику. Клинический мониторинг обычно проводится путем определения концентрации лекарства в плазме, поскольку эти данные легче всего получить и они наиболее надежны. Основными факторами, определяющими необходимость фармакокинетического мониторинга, являются [22]:
ЭкотоксикологияЭкотоксикология — это раздел науки, который изучает воздействие на экосистемы токсичных веществ, таких как микропластик и другие вредные для биосферы вещества [23],[24]. Экотоксикология рассматривается в контексте фармакокинетики, поскольку токсиканты, например пестициды, могут проникать в том числе и в организм человека. Таким образом, влияние этих соединений на здоровье является предметом исследований со стороны международных организаций, таких как Агентство по охране окружающей среды или ВОЗ [25],[26]. Определение того, как долго эти вещества остаются в организме, их летальной дозы и других факторов, — основная задача экотоксикологии. См. такжеИсточники
Внешние ссылкиПрограммное обеспечение
Все программное обеспечение для моделирования, указанное выше.
|
Portal di Ensiklopedia Dunia