Одно-, двух- и многокамерные модели

Компартментные модели представляют организм как один или несколько хорошо перемешанных кинетических компартментов, через которые лекарственное средство перемещается посредством процессов первого порядка. Количество необходимых компартментов отражает характер изменения данных концентрации во времени: одноэкспоненциальное снижение предполагает один компартмент, тогда как кривая с отчетливыми фазами распределения и элиминации требует двух или более.

Definition

Компартментная модель — это математическое представление распределения лекарственного средства, в котором организм делится на один или несколько кинетических компартментов, каждый из которых рассматривается как кинетически однородный, соединенных константами скорости переноса и элиминации первого порядка, которые вместе описывают временной ход концентрации лекарственного средства.

Scope

Эта тема охватывает структуру и интерпретацию одно-, двух- и многокамерных моделей, что представляют собой компартменты и константы скорости, как выбирается количество компартментов и как эти модели соотносятся с параметрами, которые они дают. Это методологическая и образовательная статья; она не содержит рекомендаций по дозированию или лечению.

Core questions

• Что представляет собой кинетический компартмент и когда требуется более одного?
• Чем одно-, двух- и многокамерные модели отличаются по своим профилям концентрация-время?
• Как выбирается соответствующее количество компартментов на основе данных?
• Какова взаимосвязь между компартментной моделью и такими параметрами, как клиренс и объем?

Key concepts

• Кинетический компартмент (предполагается однородным)
• Константы скорости переноса первого порядка
• Однокамерная модель (моноэкспоненциальное снижение)
• Двухкамерная модель (фазы распределения и элиминации)
• Многокамерные и полиэкспоненциальные модели
• Центральный и периферический компартменты
• Выбор модели и принцип экономии

Key theories

Открытое компартментное моделирование

Распределение лекарственного средства описывается линейными системами дифференциальных уравнений первого порядка между небольшим числом компартментов с элиминацией из системы (открытая модель), что дает полиэкспоненциальные кривые концентрация-время, параметры которых оцениваются путем подгонки.

Mechanisms

В компартментной модели каждый компартмент рассматривается как объем, в котором лекарственное средство мгновенно и равномерно перемешивается; лекарственное средство перемещается между компартментами и покидает систему посредством процессов первого порядка, характеризующихся константами скорости. В однокамерной модели весь организм ведет себя как единое пространство, поэтому концентрация после внутривенной дозы снижается по одной экспоненте. Многие лекарственные средства, напротив, распределяются медленнее в периферические ткани, что приводит к ранней быстрой (распределительной) фазе, за которой следует более медленная (элиминационная) фаза; такое двухфазное поведение описывается двухкамерной моделью с центральным компартментом (кровь и быстро уравновешивающиеся ткани) и периферическим компартментом. Лекарственные средства с более сложным распределением могут требовать трех или более компартментов, что дает полиэкспоненциальные кривые концентрация-время. Количество компартментов выбирается путем изучения формы данных и статистической адекватности подгонки, отдавая предпочтение простейшей модели, соответствующей наблюдениям. Подогнанные константы скорости и коэффициенты затем преобразуются в интерпретируемые параметры, такие как клиренс, объемы распределения и периоды полувыведения.

Clinical relevance

Компартментные модели — это основа, с помощью которой необработанные данные концентрации во времени преобразуются в параметры, используемые для описания и сравнения распределения лекарственных средств, и распознавание того, проявляет ли лекарственное средство одно- или многофазную кинетику, является частью интерпретации фармакокинетических исследований. Статья представляет основу моделирования для справки и обучения и не является основой для принятия решений о дозировании или индивидуальном лечении.

Evidence & guidelines

Компартментное моделирование является устоявшейся методологией, исторически прослеженной Вагнером, разработанной в его статьях, основанных на моделях, кодифицированной в стандартных текстах (Gibaldi and Perrier; Rowland and Tozer) и расширенной для связи кинетики с эффектом в обзорах, таких как Derendorf and Meibohm. Это справочные и образовательные источники, а не руководства по клинической практике.

History

Компартментный анализ вошел в фармакокинетику из кинетики трассеров и теории систем и развивался в середине двадцатого века, став стандартным способом описания распределения лекарственных средств. История этой области, написанная Вагнером, фиксирует это развитие, а его и другие методологические работы установили одно-, двух- и многокамерные открытые модели, которые остаются основным словарем фармакокинетического моделирования, позднее дополненные физиологически обоснованными и популяционными подходами.

Debates

Сколько компартментов должна иметь модель?

Добавление компартментов улучшает подгонку, но рискует привести к избыточной параметризации и потере интерпретируемости; выбор балансирует между качеством подгонки и принципом экономии, и одни и те же данные иногда могут быть адекватно описаны различными структурами.

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

Что означает, что лекарственное средство соответствует двухкамерной модели?

Это означает, что кривая концентрация-время показывает две отчетливые фазы — раннее быстрое снижение, отражающее распределение в тканях, и более позднее медленное снижение, отражающее элиминацию, — которые может описать модель с центральным и периферическим компартментами.

Являются ли компартменты реальными анатомическими пространствами?

Нет; компартменты — это кинетические абстракции, выбранные для воспроизведения наблюдаемого поведения концентрации во времени. Они могут слабо соответствовать группам тканей с аналогичной кинетикой распределения, но не являются буквальными органами или анатомическими объемами.