ZÁKLADY FARMAKOKINETIKY

FARMAKOKINETIKA

• popisuje vliv organismu na léčivo• osud léčiva v organismu• jak se mění časový průběh koncentrací

léčiva v plazmě• zabývá se ději:

absorpce distribuce eliminace (metabolizace & exkrece)

Rozvoj farmakokinetiky

• analytické metody – umožnily stanovit velmi nízké koncentrace léčiv v tělesných tekutinách (imunoassay, HPLC, GC…)

• výpočetní technika (PC software)• potřeby praxe – 60. léta: epidemie

digoxinové toxicity ve VB → zlepšilo se dávkování léčiv u indiv. pacientů (se SS, novorozenců, těhotných žen…) → terapeutický drug monitoring

ABSORPCE

• def. jako přechod léčiva biologickými membránami z místa aplikace do krevního oběhu

• v někt. pří. se neuplatní → inhalace aerosolů bronchodilatancií, systémová i.v. aplikace, tj. přímo do krevního oběhu

• ovlivněna: fyz.chem. vlastnostmi léčiva, koncentrací léčiva, pH prostředí, velikostí absorpční plochy, cirkulací v mí. podání

Cesty transportu léčiv

Dutina ústní a sublinguální absorpce

• sliznice dutiny ústní – silně prokrvená, tenká epitelová vrstva, lipidová bariéra → vstřebání především lipofilních léčiv

• př. nitroglycerin (NTG) – rychlejší, kompaktnější absorpce nežli ze žaludku a střeva → doporučení: nepolykat tbl. ani sliny

• apomorfin, fentanyl, tramadol

Žaludek

• kyselé prostředí, pH = 1-3• rozklad některých léčiv → enterosolventní

obal• usnadňuje absorpci slabých kyselin

(paracetamol, salicylany, barbituráty) potlačením jejich disociace

• ion trapping bazických látek může vést i k vylučování parenterálně podaných léčiv do žaludku (morfin)

• vyprázdnění žaludku má T1/2 cca 30 min

Tenké střevo• hlavním místem vstřebání většiny p.o. podaných

léčiv (zejm. proximální ijejunum)• především vstřebání lipidovou difúzí• přenašečové systémy (levodopa – přenašeč pro

Phe, 5-FU – přenašeče pro U a T, Ca – vit. D-dependentní přenašeč), Fe

• absorpční plocha (řasy, klky, mikroklky) cca 200 m2

• pH = 5-8, slabé K a B se vstřebávají dobře, silné K (pKa = 3) a silné B (pKa > 10) hůře

• účinek větš. léčiv se dostaví do 20-30 min (p.o)

Tlusté střevo, rectum

• absorpce z tlustého střeva méně významná – malá absorpční plocha, hutný obsah omezuje kontakt se sliznicí

• rektum – nevelká, ale dobře prokrvená absorpční plocha

• léčivo podané per rectum se vyhne kyselému obsahu žaludku, střevním enzymům a částečně i metab. 1. průchodu játry

• nástup účinku za 10-15 minut

Absorpce léčiv v plicích

• plíce – místem absorpce i eliminace inhalačních celkových anestetik

• velká rychlost dějů ← velká plocha plic 50-100 m2, bohaté prokrvení, slabá membr., hnací silou rozdíl parciál. tlaků mezi alveolem a krví

• inhalační antiastmatika (cca 1-5 μm částice) – nástup úč. do 2-5 minut (absorpce difúzí), kromoglykát sodný

Absorpce kůží

• léčiva obvykle aplikovaná na kůži pro lokální působení

• většina léčiv se neporušenou kůží absorbuje špatně pro nedostatečnou lipofilitu

• léčebné využití našly transdermální formy estrogenů, NTG, skopolaminu (emeze), nikotinu (odvykání kouření)

Absorpce po parenterálním podání

• intramuskulární (i.m.) a podkožní (s.c.)• většinou efekt rychleji než po p.o. podání,

po i.m. podání než po s.c. (← lepší prokrvení svalů)

• výhoda: není metab. 1. průchodu játry, relativně rychlý nástup účinku

• nevýhoda: bolestivost, riziko tkáň. nekróz, mikrobiální kontaminace, poškození nervů, Hoigné sy.

DISTRIBUCE

• přesun léčiva ze systémové cirkulace do tkání nebo tělesných tekutin

• rychlost závisí: propustnosti kapilár rozsahu vazby léčiva na plazmatické proteiny místních rozdílech pH průtoku krve tkáněmi rozpustnosti v tucích specif. tkáň. bariérách (HEB, placenta, krev-testes)

Propustnost kapilár

• endotelové bu. (mají mezibu. póry, umožňují „bulk flow“ palzm. vody s nízkoMr léčivy) – velikost molekuly určuje rychlost přesunu přes kapiláru

• vysoce lipofilní látky obvykle již po 1. průtoku tkání vytvoří rovnováhu krev/tkáň

• velké molekuly mohou přecházet pinocytózou

• těsné spoje (endotel CNS)→ základ HEB

Vazba na plazmatické proteiny

• jen málo léčiv rozpuštěno v plazmatické vodě → většina ve vazbě na plazmat. mol.

• kyselá léčiva – vázaná zejm. na albumin• zásadité l. – hl. lipoproteiny, β-globulin, α1-

kyselý glykoprotein• jen volné léčivo může: prostoupit stěnou

kapilár, být metabolizováno a vylučováno, vázat se např. na receptor a vyvolat účinek

Distribuce léčiv do tělesných tekutin a tkání

Prostor (oddělení) těla

Objem cca (l/kg) Převážná distribuce do

daného prostoruKrevní plazma 0,04-0,05 Heparin, warfarin,

tolbutamidETC (včetně

plazmy)0,2 Gentamicin

Celková tělesná voda

0,6 Ethanol

Tuková tkáň 0,2-0,35 DDT, thiopental

Kosti 0,07 Fluoridy

Tělesné kompartmenty

Distribuce léčiv

• silná vazba na plazmatické proteiny (↓ intenzita, oddálení, prodloužení účinku léčiva)

• zdánlivý distribuční objem (Vd)• nehomogenní distribuce (vazba na

plazmat. proteiny ↓ Vd, vazba na extravaskulární tkáně ↑ Vd)

• akumulace léčiv (chlorpromazin, chlorochin – sítnice, tetracykliny – kosti…)

ELIMINACE

• proces, při kterém se odstraňuje aktivní forma léčiva z organismu

ELIMINACE

• se dělí na METABOLISMUS (chemická přeměna molekuly léčiva) a EXKRECI (vyloučení léčiva z organismu)

• rychlost, jakou je léčivo eliminováno z organismu je funkcí metabolismu i exkrece

• je popisována f.-kinetickými parametry: eliminační poločas (T1/2) systémová clearance (CL, ml.čas-1)

METABOLIZACE

• dochází k chemické přeměně molekuly léčiva → tvorba látek s:

a. výrazně redukovanou farmakologickou aktivitou (pentobarbital)

b. s přibližně stejnou aktivitou (metamfetamin→amfetamin, diazepam→nordiazepam→oxazepam)

c. výrazně potencovanou aktivitou (proléčiva~prodrugs, enelapril→enelaprilát)

METABOLIZACE

• ENDOGENNÍCH LÁTEK• transfer vodíku H• vysoká substrátová specifita• METABOLIZACE XENOBIOTIK• inzerce kyslíku do substrátu• nízká substrátová specifita• každý ze systémů řízen jiným způsobem

(endogenní l. – operonová teorie, metabolismus xenobiotik indukovatelný, u každého léčiva jinak)

Monooxydázový systém – MFO – mixed function oxygenase

• na cytosolové straně endoplazmatického retikula

• JATERNÍ MFO:1. flavoprotein (NADPH cytochrom P450

reduktasa)2. hemoprotein (CYP 450)3. lipidové komponenty (fosfatidylcholin)

• 2 molekuly kyslíku a léčivo → z reakce vystupuje –OH léčivo a voda

CYP 450 systém

2 FÁZE BIOTRANSFORMACÍ

• I. FÁZE, tzv. nesyntetická – zahrnuje oxidace, redukce a hydrolýzu

• II. FÁZE, tzv. syntetická, konjugační (konjugace – navázání endogenní komponenty)

• některá léčiva vstupují přímo do II. fáze metabolizace, jiná mohou být exkretována bez konjugace

I. FÁZE• zavedení polární funkční skupiny do molekuly

léčiva (-OH, -NH2, -COOH)• rce. ve většině případů katalyzovány

monooxygenázovým systémem CYP 450• OXIDAČNÍ REAKCE:

– hydroxylace(pentobarbital→hydroxypentob.)– O-dealkylace (kodein→morfin)– O-deaminace (amfetamin→fenylpropan)– N-oxidace (imipramin, morfin)– oxidace alif. alkoholů

(ethanol→acetaldehyd→k.octová)

I. FÁZE

• MINORITNÍ REDUKČNÍ REAKCE:– reduktázy – výskyt v ER i cytosolu; navíc MO

v ileu a kolon bohaté na reduktázy → mohou přispívat k metabolismu xenobiotik

– zejm. azoredukce (prontosil→sulfanilamid)– nitro-redukce, redukce aldehydů, ketolátek

• HYDROLYTICKÉ REAKCE:– většina enzymů vně ER, kdekoli - hydrolázy– AChE, BuChE, amidázy

II. FÁZE - KONJUGACE

• konjugace reaktivní skupiny s endogenní molekulou:– k. glukuronová, sulfát, glycin, acetát,

glutathion, aminokyseliny• zisk téměř vždy farmakologicky

neaktivního, hydrofilního metabolitu

TYPY KONJUGAČNÍCH REAKCÍ

GLUKURONIDOVÁ KONJUGACE• nejčastější metabolická

reakce• substráty obsahují –OH, -NH-, -COOH skupiny• katalyzuje je UDP-

glukuronyltransferáza – přítomná v játrech, ledvinách, střevě, plicích

• kofaktorem kys. glukuronová

• metabolity se exkretují do žluči a tenkého střeva odkud se mohou znovu resorbovat

SULFÁTOVÁ KONJUGACE

• 2. nejdůležitější syntetická reakce• v bu. cytoplazmě enzym: sulfotransferáza• kofaktorem je 3-fosdoadenosin-5-

fosfosulfát (PAPS)• saturabilní ← výsledek deplece PAPS• např. ASA, steroidy, methyldopa

N-ACETYLACE

• enzym N-acetyltransferáza – přítomná v bu. cytoplazmě mnoha tkání (játra, střeva, ledviny, plíce, placenta)

• kofaktorem je acetyl-CoA• polymorfismus: rychlí a pomalí

metabolizátoři isoniazidu• acetylderiváty sulfonamidů → nízká

rozpustnost ve vodě → precipitace a krystalurie (prevencí dostatečný příjem tekutin)

METHYLACE, KONJUGACE S GLUTHATHIONEM, AMINOKYSELINAMI

• METHYLACE: enzym methyltransferasa – v cytosolu a ER mnoha orgánů; kofaktorem S-adenosylmethionin; různé N-, O-, S-methyl deriváty tvořeny různými methyltransferázami (COMT)

• GLUTATHIONOVÁ KONJUGACE: typické pro aromatické sloučeniny; N-acetylcysteinové deriváty → exkrece močí

• AMINOKYSELINOVÁ KONJUGACE: zejm. karboxylové kyseliny; konjugace s glycinem, taurinem, glutaminem, ornithinem

Faktory ovlivňující biotransformaci léčiv

i. věkii. farmakogenetické aspektyiii. mezidruhové rozdílyiv. patologické stavyv. pohlavívi. potravavii. současné podání více léčivviii. intestinální mikroflóra

EXKRECE

• vylučování léčiv z organismu do vnějšího prostředí

• probíhá podle obecných zákonitostí přechodu látek přes biologické membrány

• nejdůležitější cestou jsou ledviny, dále exkrece do žluči, sliznicí střev, plícemi, mateřským mlékem, menší význam má exkrece slinami, slzami a potem

RENÁLNÍ EXKRECE

• ledviny – hlavní exkreční orgán řady léčiv, zvl. hydrofilních

• 4 procesy renální exkrece léků:1. glomerulární filtrace2. aktivní tubulární sekrece3. pasivní tubulární reabsorpce4. aktivní tubulární reabsorpce

Glomerulární filtrace (GF)• hydrostatický tlak hnací silou ultrafiltrace

plazmy → primární moč (zdravý dospělý asi 120 ml/min)

• renální exkreci léčiva GF určuje: velikost molekuly a vazba na plazmatické proteiny

• fenestrace v endothelu kapilár umožní prostup mol. cca 20 000 D, léčiva vázaná na bí., zejm albumin (Mr = 68 000 D) bariérou tém. neprocházejí (heparin, dextran) → GF léčiv vysoce vázaných na albumin je jen málo účinná

Glomelurální filtrace

Pasivní tubulární reabsorpce• reabsorpce 99% primární moči v renálních

tubulech → konc. gradient pro zpětnou difúzi léčiva z lumen tubulu do cirkulace

• vysoce lipofilní léčiva – dobrý prostup, až z 99% reabsorbována pasivní difúzí → vylučována ledvinami velmi pomalu

• vysoce polární léčiva (digoxin, aminoglykosidová atb) prostupují tubuly minimálně → významná renální exkrece

• mnohá léčiva slabé kyseliny či baze → jejich ionizace a prostupnost tubuly závisí na pH moče (alkalizace moči NaHCO3 ↑v elimin. barb., ASA)

Pasivní tubulární reabsorpce

Aktivní tubulární sekrece

• na plazmatické (krevní) straně buněk prox. tubulu existují 2 nezávislé sekreční systémy:

A. pro organické anionty (např. PEN, cefalosporiny, salicyláty…)

B. pro organické kationty (např. morfin, dopamin, amilorid, thiamin…)

• slabé kyseliny mohou soutěžit o aktivní tubulární transport, který je saturabilní (př. PEN a probenecid)

Souhrn sekrečních a reabsorbčních dějů v proximálním tubulu

Aktivní tubulární reabsorpce

• probíhá v proximálních tubulech• např. pro ionty, aminokyseliny, glukózu• transportní systémy jsou na luminální straně

buňky• kyselina močová – podléhá v proximálním tubulu

aktivní sekreci i aktivní reabsorpci

JATERNÍ EXKRECE

• přestup: krev→játra → játra→žluč• endotel jaterních sinusoidů velmi porózní

→ léčiva s menší Mr než albumin snadno dosahují extracelulárního prostoru; do hepatocytů pronikají léčiva aktivním transportem a lipidovou difúzí

• exkrece léčiv do žluči → aktivní transportní systémy na kanalikulární membráně hepatocytu (transportéry: a) aniontů, b) kationtů, c) neionizovaných molekul, d) těžkých kovů)

ENTEROHEPATÁLNÍ CIRKULACE

• některá léčiva sekretovaná do žluče se pasivně reabsorbují v tenkém střevě

• šetří endogenní l. (ŽK, vit. D, B12, k. listovou, estrogeny) a prodlužuje účinek léčiv (morfin, fenytoin, TTC)

• aktivní uhlí, cholestyramin → mohou cirkulaci přerušit

• mnoho léčiv ve střevě ve formě konjugátů, např. s k. glukuronovou → β-glukuronidázy, sulfatázy MO

EXKRECE PLICEMI• některé plyny a páry → vylučování primárně

prostou difúzí• rychlost eliminace dána rychlostí dýchání,

průtokem krve plicemi, rozpustností l. v krvi– oxid dusný→ málo rozpustný v krvi, vylučován rychle,

tém. rychlostí, kterou krev dodává látku do plic → rychlé probuzení z narkózy

– ether → vysoce rozpustný, velké depo v krvi → pomalé probuzení z narkózy, pomalý úvod do anestezie

– plicní exkrece ethanolu využívá dopravní policie

EXKRECE DO MLÉKA• nejvýznamnější lipidová difúze látek• rychle pronikají lipofilní látky• pH mateřské mléka cca 7,0 → kumulování

slabých bazí (morfin, beta blokátory…), u slabých kyselin naopak

• rovněž aktivní transport (ranitidin)• kojení může bránit vzniku „abstinenčního

syndromu“ u novorozenců matek léčených např. fenobarbitalem

• léčivo může kontraindikovat kojení

EXKRECE POTEM A SLINAMI

• hlavně lipidová difúze přes epitelové bb. žláz• difúze vodními póry (malé molekuly, př. urea)• aktivní transport je sporný• stanovení hladin léčiv ve slinách (bezbolestné,

korelace s hla. volné plazmat. frakce léčiva, např. fenytoin)

• léčivo eliminované slinami → „chuť“ léčiva po i.v. podání

• exkrece léčiv a metabolitů potem → dermatitidy

FARMAKOKINETIKA (FK)

MATEMATICKÝ POPIS OSUDU LÉKU V ORGANISMU

Lineární (nesaturační) FK

• FK většiny léčiv podaných v terapeutických dávkách

• řídí se kinetikou 1. řádu• rychlost děje je přímo úměrná koncentraci

léčiva (GF, biotransformace) nebo koncentračnímu rozdílu (difúze)

• rychlost děje vyjadřuje jeho poločas T1/2, např. T1/2 absorpce, T1/2 eliminace

Př. poklesu plazmatických koncentrací i.v. podané látky rychle distribuované a vylučované výhradně

glomerulární filtrací v ledvinách

Nelineární (saturační) FK

• kinetika 0. řádu; méně častá• děj probíhá konstantní rychlostí • např. při saturaci nosičového systému,

biotransformačního enzymu

Nelineární (saturační) FK

Vztah mezi dávkou a plazmatickou koncentrací léku

LINEÁRNÍ FK: přímá úměra mezi dávkou léku a jeho plazmat. koncentrací v odpovídajícím časovém intervalu po podání

• např. dvojnásobná dávka → dvojnásobné zvýšení plazmat. koncentrací v ustáleném stavu u daného jedince

NELINEÁRNÍ FK: se řídí kinetikou 0. řádu, např. eliminace EtOH, fenytoinu, salicylátů po vyšších dávkách

• malé zvýšení dávky → velké zvýšení koncentrací → riziko předávkování!!!

Kinetika 1. řádu (lineární) a 0. řádu (nelneární)

FK pojmy

• FK model – nejjednodušší hypotetická struktura, v níž je časový průběh konc. léčiv podobný jako v plazmě reálného organismu (při f-ter. vystačíme většinou s 1- až 2- kompartmentovým modelem)

• kompartment (oddíl) – jednotka o urč. objemu, ve které je lék rovnoměrně rozptýlen; rychlostní konstanty vyjadřují rychlost přesunu léku mezi kompartmenty

Schéma p.o. a i.v. podání – 1-kompartmentový model

Schéma extravaskulárního p.o. podání a i.v. podání – 2 – kompartmentový model

FK pojmy• distribuční fáze α – pokles plazmat. hladin léku

způsobený – eliminací (exponenciála b)– distribucí (přesun z plazmy do tkání (exponenciála a)

• eliminační fáze β – projev eliminace léku, jehož distribuce už skončila

• centrální kompartment – odpovídá v reálném org. obvykle krvi a dobře prokrveným orgánům (srdce, játra, ledviny)

• periferní kompartment – hůře prokrvené tkáně (svaly, tuk)

distribuční fáze α

distribuční fáze β

Absorpce a biologická dostupnost

• ABSORPCE • BIOLOGICKÁ DOSTUPNOST

(BIOAVAILABILITY) – určuje, jaký podíl léčiva z podaného LP se dostane do systémového řečiště

• BAV 0,5 znamená, že ½ léčiva z tablety dosáhla syst. oběhu a je schopná účinku

• neúplná BAV (špatný rozpad tbl., degradace…)• BAV je 100% po i.v. podání

AUC (area under the curve, plocha pod křivkou)

• používá se k výpočtům F• AUC je po stejné dávce a úplné BAV

stejně veliká, nezávisle na způsobu podání

• F = AUC p.o./AUC i.v. …hodnota BAV• TESTY BIOEKVIVALENCE (BAV)

porovnání různých firemních LP s obsahem stejného léčiva podaného shodným způsobem → generikum a originální LP

Absorpční konstanta Ka

• vyjadřuje rychlost absorpce• konstanta 1. řádu, má rozměr [hod-1]• poločas absorpce (hod) = 0,693/ Ka

• velikost Ka ovlivní tvar, ale ne velikost AUC

• retardované lékové formy: často mají jinou farmakokinetiku, např. 0. řádu

• LAG TIME –interval mezi podáním léčiva a objevením se léčiva v systémové krvi

Distribuční objem Vd

• „zdánlivý distribuční objem“• fiktivní objem, ve kterém by se při

rovnoměrném rozptýlení léčiva vytvořila stejná koncentrace jako v plazmě

• výpočet (1-kompartmentový model: Vd = D/co

D – dávka (i.v.) co - plazmatická koncentrace v čase 0

Distribuční objem Vd

• Vd léčiv jen vzácně odpovídá objemu reálných prostorů, odchylky dány nehomogenností distribuce

• l. s velmi malým Vd (0,04 - 0,1 l/kg) jsou převážně v krvi (rozsáhlá vazba na plazm. proteiny, např. warfarin)

• Vd 0,2 l/kg převážně v extracelulární tek.• Vd 0,6 l/kg v celkové tělesné vodě (EtOH)

Klinický význam Vd→ určení nárazové dávky

• při pravidelném dávkování léčiv s dlouhým poločasem by dosažení ustálených koncentrací trvalo neúměrně dlouho

• nárazová dávka (loading dose, LD): naplněním Vd rychle navodí žádoucí terapeutickou koncentraci

• LD = Vd . Css• Css - je požadovaná koncentrace v

ustáleném stavu

Příklad:• U nemocného s

astmatem s Vd theofylinu 35 l chceme rychle dosáhnout css 15 mg/l; jaká bude nárazová dávka?

• LD theofylinu = 35 l x 15 mg/l = 525 mg

Celková clearance léčiva CL

• objem krve nebo plazmy, který se za časovou jednotku úplně očistí od sledované látky všemi eliminačními procesy

• rozměr: objem za čas (l.h-1), (ml.min-1)• CL = rychlost eliminace/koncentrace• vyjadřuje schopnost organismu vylučovat

léčivo všemi eliminačními orgány a cestami (ledviny, plíce, pot, játra…)

Klinický význam CL→ odhad udržovací dávky léčiva při

opakovaném podání nebo při kontinuální infúzi

• rychlost dávkování Ro = CL x css • při poklesu CL ne polovinu (např. při renální

poruše) → k dosažení požadované css je nutné snížit dávkování na polovinu

• CELKOVÁ CLEARANCEI. RENÁLNÍII. EXTRARENÁLNÍ (ZEJM. JATERNÍ)

Příklad:

• U astmatika chceme udržet plasmatickou koncentraci css theofylinu 15 mg/l. Předpokládaná CL = 3 l/kg (průměrná populační hodnota CL z tab. pro nekuřáka, 73 let).

Řešení:

• rychlost dávkování: Ro = CL x css = 3 l/kg x 15 mg/l = 45 mg/h

• zdůvodnění: za 1 hod jsou očištěny od léku 3 l plazmy. Protože 1 l plazmy obsahuje 15 mg léku, vyloučí se 45 mg za 1 hod. K udržení css je nutné 45 mg léku opět dodat (i.v. infúzí nebo intermitentně tabletami).

Biologický poločas T1/2, eliminační konstanta Ke

• Ke (rozměr h-1 nebo min-1) vyjadřuje rychlost eliminace jako podíl z léčiva přítomného v těle vyloučený za časovou j.

• názornější je vyj. Ke pomocí T1/2

• biologický poločas (poločas eliminace) T1/2,

T0,5 je doba, za kterou poklesne množství léčiva v těle na ½. Také hladina farmaka v plazmě klesne na ½, u 2-kompartmentového modelu toto platí v eliminační β fázi

Vztah mezi Ke a T1/2

• T1/2 = 0,693/ Ke = 0,7/ Ke

• naopak Ke = 0,693/ T1/2 = 0,7/ T1/2

• biol. poločas odráží změny dvou hlavních primárních FK parametrů a CL: T1/2 = 0,693 x Vd / CL

• T1/2 se tedy prodlužuje v důsledku poklesu CL nebo zvětšení Vd

Klinický význam T1/2

• T1/2 vyjadřuje pokles plazmatických hladin v eliminační fázi

• za dobu 4 – 5 biol. poločasů se ↓ hladina o cca 95%, eliminace je téměř skončena

• při opakovaném podání nebo při infúzi stálou rychlostí se css dosáhne za dobu 4 - 5 poločasů

• Př. hodnot T1/2 :dopamin: 2-5 min (podává se v i.v. infúzi)penicilin: 30-60 mindigoxin: 36 hod (1,5 dne)amiodaron: cca 1 měsíc

Děkuji Vám za pozornost!

případné dotazy ráda zodpoví:marie.soukupova@lf3.cuni.cz