CN106539557A - 一种基于恒速静脉输入的药代动力学参数的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于恒速静脉输入的药代动力学参数的测定方法，属于药物代谢动力学技术领域，包括：1)经静脉缓慢恒速输入药物，直至达到稳态；2)于不同时间点在另一静脉采血，测定不同时间点的血液中的血药浓度；3)将步骤2)不同时间点的血液药物浓度和对应的时间进行指数回归，计算稳态血药浓度和消除速率常数；4)基于步骤3)缓慢恒速静脉输入获得的消除速率常数，计算药物的消除半衰期；5)基于步骤3)缓慢恒速静脉输入获得的稳态血药浓度和稳态下体内药物总量，计算得到药物的表观分布容积和清除率。该测定方法设计合理，操作简单，计算结果更加准确。

Description

一种基于恒速静脉输入的药代动力学参数的测定方法

技术领域

本发明属于药物代谢动力学技术领域，具体涉及一种基于恒速静脉输入的药代动力学参数的测定方法。

背景技术

药物代谢动力学(pharmacokinetics)简称药动学，是研究药物在体内变化规律的一门学科。其主要内容包括药物的体内过程和体内药物浓度特别是血液药物浓度随时间变化的规律。药物的转运和转化，使药物在器官、组织、体液中的浓度随时间而变化，这个动态过程称为药物的动力学过程或速率过程。这个过程非常复杂，为了便于理解这种动态变化，可通过绘制曲线，建立数学模型，根据药物体内速率过程的规律，用药物分布和消除的模型和函数方程推衍出许多药动学参数，可分别从不同角度定量地反映药物体内过程各环节状况。主要的药动学参数如下：

(1)消除速率常数(K)指单位时间内消除的药物量与体内药物总量的比值，是机体消除药物能力的指标。单位为时间的倒数，如某药的K＝0.1/h，表示每1小时能消除体内10％的药物。一级动力学消除药物的K是一个基本恒定的常数，与药物的剂型、浓度无关；而零级动力学消除药物的K随时间变化。

(2)药物消除半衰期(half-life，t_1/2)指血药物浓度下降一半所需的时间。其意义：①反映药物消除的速度，体现机体消除药物的能力，每个药物有其特有的固定值；②机体消除药物的能力有个体差异，因而人群中药物的t_1/2有一定的变化范围。

(3)表观分布容积(apparent volume of distribution，V_d)是将血液药物浓度与体内总药量联系起来的抽象概念，可大概而定量地反映药物的体内分布情况。表观分布容积假设药物在体内充分分布，在各器官(组织)中的药物浓度达到平衡的前提下，体内的全部药物按血液中同样浓度分布所需的总容积(单位L或L/kg)。如果V_d小则表示药物大部分分布于血浆；如果V_d大则表示药物集中分布至某个器官内或大范围组织内。

(4)清除率(clearance，CL)指机体的消除器官在单位时间内清除含有药物的分布容积的体积，即单位时间内有多少毫升分布容积中所含的药物被清除，其单位为mL/min或L/h。清除率也是药物的固有特征值。

但是，当前药代动力学的主要参数测定方法存在一些误区：

第一，消除速率常数(K)和药物消除半衰期的测定

在测定药物的消除速率常数(K)和药物消除半衰期时，常采用静脉注射给药或血管外给药的方式。静脉注射后药物直接进入体内，仅有分布和消除过程。而血管外给药还有吸收过程。一般来说，药物的分布快，维持时间短；药物的消除慢，而维持时间长。待分布完成后，仅剩消除过程。假设药物按一级动力学进行消除，其血药浓度的对数值(lgC_t)与时间(t)成反比，关系如下：

lgC_t＝lgC₀–(K/2.303)t

这是一个以lg C₀为截距，以-(K/2.303)为斜率的直线方程，将lgC_t与t直线回归后，即可得到直线的斜率(K/2.303)，计算出消除速率常数K。再按下式计算药物的t_1/2。

t_1/2＝0.693/K

目前一直沿用的药物消除半衰期的测定方法，从理论上看，似乎很合理，但仔细分析，可能存在以下问题：

(1)药物分布完成的时间难以确定。一般认为，大多数的药物按一级动力学消除，即消除相的药-时曲线在半对数坐标图上是直线。而分布相由药物的分布和消除组成两部分组成，因而分布相的药时曲线是曲线。直线与曲线的连接点即是分布相与消除相的分界点。然而，药物并不一定完全按一级动力学消除，特别是在静脉注射后的初期，由于中央室的药物浓度高，药物很可能按0级或混合动力学消除。其单纯的消除曲线并不一定是直线，而很可能是呈上凸的曲线。这样，很难从曲线上判断分布结束的时间点。另外，由于实验误差的存在，实际检测到的分布相与消除相的分界点的血药浓度多数情况下并不刚好在理论上的位置。也就是说药物分布完成的时间点在实际工作中很难确定。特别是在药物消除不按或不严格按一级动力学消除时，药物的对数浓度与时间的关系不呈直线时，更难确定。

(2)过多的失血影响消除。在进行半衰期测定时，为了区分分布相与消除相，采血时一般在分布相和消除相各至少设3-4个点，甚至多达各6个点。目前使用最多的动物是大鼠。如果每个采血点的采血量按0.5mL计算，10个采血点将采血5mL。大鼠的血量占体重的6％。以1只250g体重的大鼠为例，血量约15mL。一般快速失血超过总血量的20％(即3ml)，可引起失血性休克，出现心排出血量减少，组织灌注减少。特别是药物消除器官如肝肾血流显著减少，明显影响消除功能。因此采血5mL获得的药物消除半衰期必然与实际差别很大。

(3)消除相血药浓度较低误差较大。静脉注射后，相继出现分布相和消除相。分布相浓度高，而消除相血药浓度较低。而较低的血药浓度在检测时的误差较大。特别是在药物的最低检测线不够低的情况下，最低检测线与血液浓度越接近，检测到的血药浓度误差越大，对半衰期的结果影响越大。

第二，表观分布容积的测定及其误区

表观分布容积一般采用一次性静脉注射的方法进行测定。静脉注射后零时体内的药量即注射的药量与分布平衡零时的血药浓度的比值，即为表观分布容积。

然而，目前药物表观分布容积的计算并没有注意到这一关键点，而是用静脉注射零时的血药浓度进行计算，而不是用分布平衡零时的血药浓度计算。其值明显大于药物分布平衡零时的血药浓度，这样就造成了药物表观分布容积的计算结果被明显低估的现象。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于恒速静脉输入的药代动力学参数的测定方法，该测定方法设计合理，操作简单，计算结果更加准确。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于恒速静脉输入的药代动力学参数的测定方法，根据缓慢恒速静脉输入时的血药浓度计算药代动力学参数：稳态血药浓度、消除速率常数、消除半衰期、表观分布容积及清除率；

具体包括以下步骤：

1)经静脉缓慢恒速输入药物，直至达到稳态；

2)在不同时间点于另一处进行静脉采血，测定不同时间点的血液中的血药浓度；

3)将步骤2)不同时间点的血液药物浓度和对应的时间进行指数回归，计算稳态血药浓度和消除速率常数；

4)基于步骤3)缓慢恒速静脉输入获得的消除速率常数，计算药物的消除半衰期；

5)基于步骤3)缓慢恒速静脉输入获得的稳态血药浓度和稳态下体内药物总量，计算得到药物的表观分布容积和清除率。

步骤3)中，将不同时间点的血液药物浓度C_t和对应的时间t，按公式(1)进行指数回归：

C_t＝Css(1-e^-Kt) (1)

得到的Css值即为稳定状态下的血液药物浓度，得到的K值即为消除速率常数。

步骤4)中，按照消除半衰期与消除速率常数的关系计算得到药物的消除半衰期。

步骤5)中，根据稳定状态下的血液药物浓度Css值和稳态下体内药物总量，计算药物的表观分布容积V_d和清除率：

表观分布容积V_d等于稳定状态下的血液药物浓度Css值除以稳态下体内药物总量；

清除率等于表观分布容积V_d乘以消除速率常数K。

当停止缓慢恒速静脉输入给药后，将停药后不同时间的血药浓度C_t与时间t按公式(2)进行指数回归：

C_t＝Css e^-Kt (2)

得到的Css值即为稳定状态下的血液药物浓度，得到的K值即为消除速率常数；再依次计算药物消除半衰期、稳定状态下体内药物总量、表观分布容积和清除率。

稳定状态下体内药物总量Ass＝R t_1/2/0.693＝1.44R t_1/2

血液药物浓度包括血浆药物浓度、血清药物浓度和全血药物浓度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的基于恒速静脉输入的药代动力学参数的测定方法，缓慢恒速静脉输入是以恒定的、缓慢的速度经静脉给药的方法。由于输入缓慢，血管内与组织器官内的药物浓度容易达到平衡，因而药物的分布过程不明显。恒速静脉输入时药物在体内逐渐蓄积，蓄积量逐渐增加。体内药物的蓄积与消除同时并存，药物的消除量与体内药量成正比，在静脉输入开始时，体内的药物蓄积量少，消除速率低，随着蓄积量的增加，消除速率逐渐增加。当消除的速率达到最大，即等于恒速滴注的速度时，体内药物的蓄积量将不再增加，即体内药量到达稳定状态。在恒速静脉滴注期间，随着体内蓄积药量的增加，体内药量与稳定状态药量的差值越来越小。该方法在缓慢恒速静脉输入药物的同时，在不同时间于另一处静脉采血，分别测定血液中的药物浓度。将不同时间点的血液药物浓度和对应的时间进行指数回归，计算稳态下的血药浓度和消除速率常数；再基于缓慢恒速静脉输入获得的消除速率常数计算药物的消除半衰期；基于缓慢恒速静脉输入获得的稳态血药浓度和静脉输入速度计算药物的表观分布容积和清除率。该测定方法设计合理，操作简单，计算结果更加准确。

附图说明

图1为实施例1大鼠恒速静脉输入左氧氟沙星7.5h给药过程血药浓度与时间曲线；

图2为实施例2大鼠恒速静脉输入奥硝唑20h停药后的血药浓度-时间曲线。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明公开的一种基于缓慢恒速静脉输入的药代动力学参数的测定方法，包括以下步骤：

一.模型建立

1)缓慢恒速静脉输入时的体内药量(血药浓度)-时间关系

缓慢恒速静脉输入是以恒定的、缓慢的速度经静脉给药的方法。由于输入缓慢，血管内与组织器官内的药物浓度容易达到平衡，因而药物的分布过程不明显。恒速静脉输入时药物在体内逐渐蓄积，蓄积量逐渐增加。体内药物的蓄积与消除同时并存，药物的消除量与体内药量成正比，在静脉输入开始时，体内的药物蓄积量少，消除速率低，随着蓄积量的增加，消除速率逐渐增加。当消除的速率达到最大，即等于恒速滴注的速度时，体内药物的蓄积量将不再增加，即体内药量到达稳定状态。在恒速静脉滴注期间，随着体内蓄积药量的增加，体内药量与稳定状态药量的差值越来越小。由于蓄积增加的速率与体内药量与稳定状态药量的差值成反比，即体内药量少时增加速率大，而体内药量多时增加速率少。

d(Ass-At)/dt＝-K Ass (3)(微分方程)

式中d(Ass-At)/dt为累积速率；K为累积速率常数，等于消除速率常数，负号表示药物累积速率随时间变化而减少；Ass为恒速静滴达稳态时的体内药量。

经积分、移项，得到经t时间累积后的体内药量(A_t)与累积达稳态时的药量(Ass)的关系式：

Ass-A_t＝Ass e^-Kt

或：A_t＝Ass(1-e^-Kt) (4)(指数方程)

在平衡状态下，体内药量与血药浓度成正比，可以用血药浓度反映体内药物的量。则经t时间累积后的血药浓度(C_t)与累积达稳态时的血药浓度(Css)的关系式为：

C_t＝Css(1-e^-Kt) (5)

公式5即公式(1)。

2)缓慢恒速静脉输入停药后体内药量(血药浓度)-时间关系

药物缓慢恒速静脉输入较长时间(约5个半衰期)后，体内药量达到稳定状态，即给药速度等于消除速度，体内药物的量将不再继续蓄积增加，体内药物分布也达到了平衡。此时停药，药物继续从体内消除，消除的药物量与体内药物量成正比。体内药物量逐渐减少，血液药物浓度逐渐降低。减少(降低)的程度仅反映药物的消除，而不受分布的影响。血药浓度(C_t)与时间(t)的关系如下列公式：

C_t＝Css e^-Kt (6)

公式(6)即公式(2)。将血药浓度(C_t)与时间(t)按公式(6)进行指数回归，得到的Css值即为稳定状态下的血液药物浓度，得到的K值即为消除速率常数。再依次计算药物消除半衰期、表观分布容积和清除率。

二.稳态血药浓度和消除速率常数的计算

将缓慢恒速静脉输入过程中不同时间点的血液药物浓度(C_t)与时间(t)按公式(5)进行指数回归，得到的Css值即为稳定状态下的血液药物浓度，得到的K值即为消除速率常数；或将停药后不同时间点的血液药物浓度(C_t)与时间(t)按公式(6)进行指数回归，得到的Css值即为稳定状态下的血液药物浓度，得到的K值即为药物消除速率常数。再依次计算药物消除半衰期、表观分布容积和清除率。

1.半衰期的计算

根据消除速率和半衰期的关系式：K＝0.693/t_1/2，知

t_1/2＝0.693/K (7)

将计算出的消除速率常数K代入公式(7)，即可计算出药物消除半衰期t_1/2。

2.稳定状态下体内药物总量的计算

在恒速静脉输入给药时，设滴注速度为R，到达稳态时，R与消除速度相等，则消除速度R＝Ass K

因为K＝0.693/t_1/2；

则R＝Ass 0.693/t_1/2

变换后得：Ass＝R t_1/2/0.693＝1.44R t_1/2 (8)

即恒速静脉输入给药达到稳定状态时，体内药物总量等于1.44倍的一个半衰期的输入药量。由于恒速静脉输入的速度是已知的，半衰期可依据公式(5)计算而得出。因而体内药物总量可依公式(8)计算。

3.表观分布容积的计算

药物表观分布容积的计算公式为：

V_d＝A/C (9)

其中A为体内药物总量，C为药物在体内分布平衡时的血药浓度。

体内药物总量A可由公式(8)求得。分布平衡时的血药浓度C即为稳定状态下的血液药物浓度Css，可在静脉输入达到稳态时采血测到；也可按公式5计算得出。然后代入公式(9)，即可求出表观分布容积。

4.清除率的计算清除率是消除器官单位时间内清除含有药物分布容积的体积，其公式为：CL＝K V_d (10)

式中K为消除速率常数，V_d为表观分布容积。将按公式5计算得到的消除速率常数K和按公式7计算得到的表观分布容积V_d代入公式(10)，即可计算出清除率CL。

实施例1：通过缓慢恒速静脉输入左氧氟沙星测定其主要药代动力学参数

雄性SD大鼠，体重360g，由西安交通大学实验动物中心提供。大鼠经10％水合氯醛腹腔注射麻醉，颈部、头背部小范围脱毛，切开颈部皮肤，分离颈静脉和颈动脉，分别插管，固定。缝合创口，穿马甲。动静脉插管经皮下绕至背部切口穿出，静脉插管再穿经马甲背部的弹簧管与输液泵相连，动脉管粘附于弹簧管上以方便采血。弹簧管上端固定于鼠笼上方，保证大鼠自由活动的同时无法抓咬插管。用RM-1200静脉微量注射泵给大鼠恒速静脉输入盐酸输注盐酸左氧氟沙星注射液(规格2mL:0.2g，扬子江药业集团有限公司)。给药速度48μg/min，输注时间7.5h。分别于给药0.75、1.5、2.25、3、4.5、6和7.5h时经动脉插管各取血0.5mL，分别置于肝素化的EP管中，3000r/min离心10min，分离血浆，置-20℃冷冻待测。血样经二氯甲烷萃取，用高效液相色谱仪检测样品左氧氟沙星的浓度。结果如表1：

表1.大鼠缓慢恒速静脉输入左氧氟沙星过程中的血药浓度

根据血药浓度(C_t)和时间(t)绘制药时曲线，如图1所示。计算相关参数如下：

1)稳态血药浓度和消除速率的计算

将恒速静脉输入过程中左氧氟沙星的血药浓度(C_t)和时间(t)按照公式(5)进行指数回归，得稳态血药浓度C_SS＝5.66μg/mL，消除速率K＝0.58/h。则指数方程为

C_t＝5.66(1-e^-0.58t)，R²＝0.9989

2)半衰期的计算

将K值代入公式(7)，计算半衰期t_1/2：

t_1/2＝0.693/K＝0.693/0.58＝1.2h

3)体内药物总量的计算

已知给药速度R＝48μg/min＝2880μg/h，并已求得t_1/2＝1.2h，代入公式(8)，计算稳态时体内药物总量Ass：

Ass＝1.44R t_1/2＝1.44×2880×1.2＝4977μg

4)表观分布容积的计算

将Ass和C_SS代入公式(9)，计算药物表观分布容积V_d：

V_d＝A/C＝4977/5.66＝879mL或879/0.36＝2441mL/kg＝2.4L/kg

5)清除率的计算

将所求得表观分布容积V_d和消除速率K，代入式(10)，计算出清除率CL：

CL＝K V_d＝0.58×879mL＝510mL/h＝8.5mL/min

结论：基于缓慢恒速静脉输入的药代动力学参数的测定方法，依次计算出左氧氟沙星的稳态血药浓度C_SS、消除速率常数K、半衰期t_1/2、稳态时体内药物总量Ass、表观分布容积V_d和清除率CL分别为5.66μg/mL、0.58/h、1.2h、4.98mg、2.4L/kg和8.5mL/min。

实施例2：缓慢恒速静脉输入奥硝唑后测定其主要药代动力学参数

雄性SD大鼠，体重350g，由西安交通大学实验动物中心提供。大鼠经10％水合氯醛腹腔注射麻醉，颈部、头背部小范围脱毛，切开颈部皮肤，分离颈静脉和颈动脉，分别插管，固定。缝合创口，穿马甲。动静脉插管经皮下绕至背部切口穿出，静脉插管再穿经马甲背部的弹簧管与输液泵相连，动脉管粘附于弹簧管上以方便采血。弹簧管上端固定于鼠笼上方，保证大鼠自由活动的同时无法抓咬插管。用RM-1200静脉微量注射泵给大鼠恒速静脉输入奥硝唑氯化钠注射液(规格100mL：0.5g)。给药速度30μg/min，输入时间20h。停止给药前1、0.5h及停药后0、1、3、5和7h分别经颈动脉插管取血0.5mL，分别置于肝素化的EP管中，离心分离血浆。取血浆样品150μL，加入300μL甲醇溶液，涡旋混匀1min后，3000r/min离心10min，上清液用高效液相色谱仪检测样品奥硝唑的浓度。结果如表2：

表2.大鼠缓慢恒速静脉输入奥硝唑停药后的血药浓度

根据血药浓度(C_t)和时间(t)绘制药时曲线(如图2)，计算相关参数如下：

1)稳态血药浓度和消除速率的计算

将停止给药后奥硝唑的血药浓度(C_t)和时间(t)按照公式(6)进行指数回归，得稳态血药浓度C_SS＝31.77μg/mL，消除速率常数K＝0.1611/h。

则其指数方程为

C_t＝31.77e^-0.1611t，R²＝0.9968

2)半衰期的计算

将K值代入公式(7)，计算半衰期t_1/2：

t_1/2＝0.93/K＝0.693/0.1611＝4.3h

3)体内药物总量的计算

已知给药速度为30μg/min，则消除速度R＝30μg/min＝1800μg/h。将t_1/2代入公式(8)，计算稳定状态下体内药物总量Ass：

Ass＝1.44R t_1/2＝1.44×1800×4.3＝10846μg

4)表观分布容积的计算

将Ass和C_SS代入公式(9)，计算药物表观分布容积V_d：

V_d＝A/C＝10846/31.77＝341.4mL或341.4/350＝0.98L/kg

5)清除率的计算

将表观分布容积V_d和消除速率K，代入公式10，计算出清除速率CL：

CL＝K V_d＝0.1611×341.4＝55.0mL/h＝0.92mL/min

结论：基于缓慢恒速静脉输入的药代动力学参数的测定方法，计算出奥硝唑的稳态血药浓度C_SS、消除速率常数K、半衰期t_1/2、稳定状态下体内药物总量Ass、表观分布容积V_d和清除率CL分别为31.77μg/mL、0.16/h、4.3h、10.8mg、0.98L/kg和0.92mL/min。

Claims (6)

1.一种基于恒速静脉输入的药代动力学参数的测定方法，其特征在于，根据缓慢恒速静脉输入时的血药浓度计算药代动力学参数：稳态血药浓度、消除速率常数、消除半衰期、表观分布容积及清除率；

具体包括以下步骤：

1)经静脉缓慢恒速输入药物，直至达到稳态；

2)同时，于不同时间点从另一静脉采血，测定不同时间点血液中的药物浓度；

3)将步骤2)不同时间点的血液药物浓度和对应的时间进行指数回归，计算稳态血药浓度和消除速率常数；

4)基于步骤3)缓慢恒速静脉输入获得的消除速率常数，计算药物的消除半衰期；

5)基于步骤3)缓慢恒速静脉输入获得的稳态血药浓度和稳态下体内药物总量，计算得到药物的表观分布容积和清除率。

2.根据权利要求1所述的基于恒速静脉输入的药代动力学参数的测定方法，其特征在于，步骤3)中，将不同时间点的血液药物浓度C_t和对应的时间t，按公式(1)进行指数回归：

C_t＝Css(1-e^-Kt) (1)

得到的Css值即为稳定状态下的血液药物浓度，得到的K值即为消除速率常数。

3.根据权利要求2所述的基于恒速静脉输入的药代动力学参数的测定方法，其特征在于，根据消除速率常数K值，按照步骤4)中消除半衰期与消除速率常数的关系计算得到药物的消除半衰期。

4.根据权利要求2所述的基于恒速静脉输入的药代动力学参数的测定方法，其特征在于，根据稳定状态下的血液药物浓度Css值，按照步骤5)中稳定状态下的血液药物浓度Css值和稳态下体内药物总量，计算药物的表观分布容积V_d和清除率。

5.根据权利要求1所述的基于恒速静脉输入的药代动力学参数的测定方法，其特征在于，当停止缓慢恒速静脉输入给药后，将停药后不同时间的血药浓度C_t与时间t按公式(2)进行指数回归：

C_t＝Css e^-Kt (2)

得到的Css值即为稳定状态下的血液药物浓度，得到的K值即为消除速率常数；再依次计算药物消除半衰期、表观分布容积和清除率。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的基于恒速静脉输入的药代动力学参数的测定方法，其特征在于，血液药物浓度包括血浆药物浓度、血清药物浓度和全血药物浓度。