1-コンパートメントモデル、2-コンパートメントモデル、および多コンパートメントモデル

コンパートメントモデルは、薬物が一次速度過程で移動する、1つまたは複数の十分に混合された動態コンパートメントとして身体を表します。必要なコンパートメントの数は、濃度-時間データがどのように挙動するかを反映します。単一の指数関数的減衰は1つのコンパートメントを示唆し、明確な分布相と消失相を持つ曲線は2つ以上を必要とします。

Definition

コンパートメントモデルは、薬物動態の数学的表現であり、身体が1つまたは複数の動態コンパートメントに分割され、それぞれが動態的に均一であると見なされ、薬物濃度の時間経過を記述する一次移動および消失速度定数によって接続されています。

Scope

このトピックでは、1-コンパートメントモデル、2-コンパートメントモデル、および多コンパートメントモデルの構造と解釈、コンパートメントと速度定数が何を表すか、コンパートメントの数の選択方法、およびこれらのモデルが生成するパラメータとの関係について説明します。これは方法論的および教育的な項目であり、投与量や治療のガイダンスを提供するものではありません。

Core questions

• 動態コンパートメントは何を表し、いつ複数のコンパートメントが必要とされますか？
• 1-コンパートメントモデル、2-コンパートメントモデル、および多コンパートメントモデルは、その濃度-時間プロファイルにおいてどのように異なりますか？
• データから適切なコンパートメントの数はどのように選択されますか？
• コンパートメントモデルとクリアランスや分布容積などのパラメータとの関係は何ですか？

Key concepts

• 動態コンパートメント（均一と仮定される）
• 一次移動速度定数
• 1-コンパートメントモデル（単指数関数的減衰）
• 2-コンパートメントモデル（分布相と消失相）
• 多コンパートメントモデルと多指数関数モデル
• 中心コンパートメントと末梢コンパートメント
• モデル選択と倹約の原則

Key theories

開放コンパートメントモデリング

薬物動態は、少数のコンパートメント間の一次微分方程式の線形システムと、システムからの消失（開放モデル）によって記述され、適合によってパラメータが推定される多指数関数的な濃度-時間曲線を与えます。

Mechanisms

コンパートメントモデルでは、各コンパートメントは薬物が瞬時に均一に混合される容積として扱われます。薬物はコンパートメント間を移動し、速度定数によって特徴付けられる一次過程によってシステムから排出されます。1-コンパートメントモデルでは、全身が単一の空間として挙動するため、静脈内投与後の濃度は単一の指数関数として減少します。多くの薬物は、代わりに末梢組織によりゆっくりと分布し、初期の急速な（分布）相に続いてより遅い（消失）相を生じます。この2相挙動は、中心コンパートメント（血液および急速に平衡に達する組織）と末梢コンパートメントを持つ2-コンパートメントモデルによって捉えられます。より複雑な分布を持つ薬物には、3つ以上のコンパートメントが必要となる場合があり、多指数関数的な濃度-時間曲線を示します。コンパートメントの数は、データの形状と適合の統計的妥当性を検討し、観測と一致する最も単純なモデルを優先して選択されます。適合された速度定数と係数は、クリアランス、分布容積、半減期などの解釈可能なパラメータに変換されます。

Clinical relevance

コンパートメントモデルは、生体内の濃度-時間データを薬物動態の記述と比較に使用されるパラメータに変換するための枠組みであり、薬物が単相または多相動態を示すかを認識することは、薬物動態研究の解釈の一部です。この項目は、参照および教育のためのモデリングフレームワークを提示するものであり、投与量や個別の治療決定の根拠となるものではありません。

Evidence & guidelines

コンパートメントモデリングは確立された方法論であり、Wagnerによって歴史的に追跡され、彼のモデルベースの論文で開発され、標準的な教科書（Gibaldi and Perrier; Rowland and Tozer）で体系化され、Derendorf and Meibohmなどのレビューで動態と効果を結びつけるために拡張されました。これらは臨床診療ガイドラインではなく、参照および教育資料です。

History

コンパートメント解析は、トレーサー動態学とシステム理論から薬物動態学に導入され、20世紀半ばにかけて薬物動態を記述する標準的な方法として発展しました。Wagnerのこの分野の歴史は、この発展を記録しており、彼や他の研究者の方法論的論文は、薬物動態モデリングの基本的な語彙として残る1-、2-、および多コンパートメント開放モデルを確立し、後に生理学的ベースおよび集団アプローチによって補完されました。

Debates

モデルはいくつのコンパートメントを持つべきか？

コンパートメントを追加すると適合は改善されますが、過剰パラメータ化と解釈可能性の喪失のリスクがあります。選択は適合度と倹約の原則のバランスを取り、同じデータが異なる構造によって適切に記述されることもあります。

Key figures

• John G. Wagner
• Milo Gibaldi
• Donald Perrier
• Malcolm Rowland
• Hartmut Derendorf

Seminal works

• wagner-1981
• wagner-1969-twocomp
• gibaldi-perrier-1982

Frequently asked questions

薬物が2-コンパートメントモデルに適合するとはどういう意味ですか？

それは、濃度-時間曲線が2つの異なる相を示すことを意味します。初期の急速な減少は組織への分布を反映し、後期のより遅い減少は消失を反映しており、これらは中心コンパートメントと末梢コンパートメントを持つモデルで記述できます。

コンパートメントは実際の解剖学的空間ですか？

いいえ、コンパートメントは観測された濃度-時間挙動を再現するために選択された動態的な抽象概念です。それらは、類似の分布動態を持つ組織のグループに漠然と対応するかもしれませんが、文字通りの臓器や解剖学的容積ではありません。