แบบจำลองหนึ่งส่วน สองส่วน และหลายส่วน

แบบจำลองส่วน (compartmental models) แสดงถึงร่างกายเป็นส่วนจลนพลศาสตร์ (kinetic compartments) หนึ่งส่วนหรือมากกว่านั้นที่ผสมกันอย่างดี ซึ่งยาจะเคลื่อนที่ผ่านกระบวนการอัตราอันดับหนึ่ง (first-order rate processes) จำนวนส่วนที่ต้องการสะท้อนให้เห็นว่าข้อมูลความเข้มข้น-เวลา (concentration-time data) มีพฤติกรรมอย่างไร: การลดลงแบบเอกซ์โพเนนเชียลเดี่ยว (single exponential decline) บ่งชี้ถึงหนึ่งส่วน ในขณะที่เส้นโค้งที่มีระยะการกระจายตัว (distribution phase) และระยะการกำจัด (elimination phase) ที่แตกต่างกันต้องใช้สองส่วนหรือมากกว่านั้น

Definition

แบบจำลองส่วนคือการแสดงทางคณิตศาสตร์ของการกำจัดยา (drug disposition) ซึ่งร่างกายถูกแบ่งออกเป็นส่วนจลนพลศาสตร์หนึ่งส่วนหรือมากกว่านั้น แต่ละส่วนถือว่ามีความเป็นเนื้อเดียวกันทางจลนพลศาสตร์ (kinetically homogeneous) เชื่อมต่อกันด้วยค่าคงที่อัตราการถ่ายโอน (transfer rate constants) และการกำจัด (elimination rate constants) อันดับหนึ่ง ซึ่งรวมกันอธิบายช่วงเวลาของความเข้มข้นยา

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างและการตีความแบบจำลองหนึ่งส่วน สองส่วน และหลายส่วน สิ่งที่ส่วนต่างๆ และค่าคงที่อัตรา (rate constants) แสดงถึง วิธีการเลือกจำนวนส่วน และความสัมพันธ์ของแบบจำลองเหล่านี้กับพารามิเตอร์ที่ได้ เป็นบทความเชิงระเบียบวิธีและให้ความรู้ ไม่ได้ให้คำแนะนำในการให้ยาหรือการรักษา

Core questions

• ส่วนจลนพลศาสตร์แสดงถึงอะไร และเมื่อใดที่ต้องการมากกว่าหนึ่งส่วน?
• แบบจำลองหนึ่งส่วน สองส่วน และหลายส่วนแตกต่างกันอย่างไรในโปรไฟล์ความเข้มข้น-เวลา?
• จะเลือกจำนวนส่วนที่เหมาะสมจากข้อมูลได้อย่างไร?
• ความสัมพันธ์ระหว่างแบบจำลองส่วนกับพารามิเตอร์เช่น การกวาดล้างและปริมาตรคืออะไร?

Key concepts

• ส่วนจลนพลศาสตร์ (ถือว่าเป็นเนื้อเดียวกัน)
• ค่าคงที่อัตราการถ่ายโอนอันดับหนึ่ง
• แบบจำลองหนึ่งส่วน (การลดลงแบบเอกซ์โพเนนเชียลเดี่ยว)
• แบบจำลองสองส่วน (ระยะการกระจายตัวและการกำจัด)
• แบบจำลองหลายส่วนและแบบพหุเอกซ์โพเนนเชียล
• ส่วนกลางและส่วนปลาย
• การเลือกแบบจำลองและความประหยัด

Key theories

การสร้างแบบจำลองส่วนแบบเปิด

การกำจัดยาอธิบายโดยระบบเชิงเส้นของสมการเชิงอนุพันธ์อันดับหนึ่งระหว่างส่วนจำนวนเล็กน้อยที่มีการกำจัดออกจากระบบ (แบบจำลองเปิด) ทำให้เกิดเส้นโค้งความเข้มข้น-เวลาแบบพหุเอกซ์โพเนนเชียลซึ่งพารามิเตอร์ถูกประมาณโดยการปรับให้เข้ากัน

Mechanisms

ในแบบจำลองส่วน แต่ละส่วนถือว่าเป็นปริมาตรที่ยาผสมกันทันทีและสม่ำเสมอ ยาเคลื่อนที่ระหว่างส่วนต่างๆ และออกจากระบบด้วยกระบวนการอันดับหนึ่งซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าคงที่อัตรา ในแบบจำลองหนึ่งส่วน ร่างกายทั้งหมดมีพฤติกรรมเป็นพื้นที่เดียว ดังนั้นความเข้มข้นหลังการให้ยาทางหลอดเลือดดำจะลดลงแบบเอกซ์โพเนนเชียลเดี่ยว ยาหลายชนิดกลับกระจายตัวช้าลงในเนื้อเยื่อส่วนปลาย ทำให้เกิดระยะเริ่มต้นที่รวดเร็ว (ระยะการกระจายตัว) ตามด้วยระยะที่ช้าลง (ระยะการกำจัด) พฤติกรรมสองระยะนี้ถูกจับโดยแบบจำลองสองส่วนที่มีส่วนกลาง (เลือดและเนื้อเยื่อที่สมดุลอย่างรวดเร็ว) และส่วนปลาย ยาที่มีการกระจายตัวที่ซับซ้อนมากขึ้นอาจต้องใช้สามส่วนหรือมากกว่านั้น ทำให้เกิดเส้นโค้งความเข้มข้น-เวลาแบบพหุเอกซ์โพเนนเชียล (polyexponential concentration-time curves) จำนวนส่วนถูกเลือกโดยการตรวจสอบรูปร่างของข้อมูลและความเพียงพอทางสถิติของการปรับให้เข้ากัน โดยเลือกแบบจำลองที่ง่ายที่สุดที่สอดคล้องกับการสังเกตการณ์ จากนั้นค่าคงที่อัตราและสัมประสิทธิ์ที่ปรับให้เข้ากันจะถูกแปลเป็นพารามิเตอร์ที่ตีความได้ เช่น การกวาดล้าง (clearance) ปริมาตรการกระจายตัว (volumes of distribution) และครึ่งชีวิต (half-lives)

Clinical relevance

แบบจำลองส่วนเป็นกรอบการทำงานที่ข้อมูลความเข้มข้น-เวลาดิบถูกเปลี่ยนเป็นพารามิเตอร์ที่ใช้ในการอธิบายและเปรียบเทียบการกำจัดยา และการรับรู้ว่ายาแสดงจลนพลศาสตร์แบบหนึ่งระยะหรือหลายระยะเป็นส่วนหนึ่งของการตีความการศึกษาเภสัชจลนศาสตร์ บทความนี้นำเสนอกรอบการสร้างแบบจำลองเพื่อการอ้างอิงและการศึกษา และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการให้ยาหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

การสร้างแบบจำลองส่วนเป็นระเบียบวิธีที่ได้รับการยอมรับ ซึ่งสืบย้อนไปโดย Wagner พัฒนาในเอกสารเชิงแบบจำลองของเขา ประมวลผลในตำรามาตรฐาน (Gibaldi and Perrier; Rowland and Tozer) และขยายเพื่อเชื่อมโยงจลนพลศาสตร์กับผลกระทบในการทบทวน เช่น Derendorf and Meibohm สิ่งเหล่านี้เป็นแหล่งอ้างอิงและแหล่งความรู้มากกว่าแนวทางปฏิบัติทางคลินิก

History

การวิเคราะห์ส่วนเข้าสู่เภสัชจลนศาสตร์จากการวิเคราะห์จลนพลศาสตร์ของสารติดตาม (tracer kinetics) และทฤษฎีระบบ และได้รับการพัฒนาตลอดช่วงกลางศตวรรษที่ยี่สิบให้เป็นวิธีการมาตรฐานในการอธิบายการกำจัดยา ประวัติศาสตร์ของสาขาที่บันทึกโดย Wagner และเอกสารระเบียบวิธีของเขาและผู้อื่นได้สร้างแบบจำลองเปิดหนึ่งส่วน สองส่วน และหลายส่วน ซึ่งยังคงเป็นคำศัพท์พื้นฐานของการสร้างแบบจำลองเภสัชจลนศาสตร์ ซึ่งต่อมาเสริมด้วยแนวทางตามสรีรวิทยาและประชากร

Debates

แบบจำลองควรมีกี่ส่วน?

การเพิ่มส่วนช่วยปรับปรุงความพอดีแต่เสี่ยงต่อการมีพารามิเตอร์มากเกินไปและการสูญเสียความสามารถในการตีความ การเลือกจะสมดุลระหว่างความพอดีที่ดีกับความประหยัด และบางครั้งข้อมูลเดียวกันสามารถอธิบายได้อย่างเพียงพอด้วยโครงสร้างที่แตกต่างกัน

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

การที่ยาเข้ากันได้กับแบบจำลองสองส่วนหมายความว่าอย่างไร?

หมายความว่าเส้นโค้งความเข้มข้น-เวลาแสดงสองระยะที่แตกต่างกัน — การลดลงอย่างรวดเร็วในช่วงต้นที่สะท้อนถึงการกระจายตัวเข้าสู่เนื้อเยื่อ และการลดลงอย่างช้าๆ ในช่วงหลังที่สะท้อนถึงการกำจัด — ซึ่งแบบจำลองที่มีส่วนกลางและส่วนปลายสามารถอธิบายได้

ส่วนต่างๆ เป็นพื้นที่ทางกายวิภาคจริงหรือไม่?

ไม่ใช่ ส่วนต่างๆ เป็นนามธรรมทางจลนพลศาสตร์ที่เลือกมาเพื่อสร้างพฤติกรรมความเข้มข้น-เวลาที่สังเกตได้ขึ้นมาใหม่ อาจสอดคล้องอย่างหลวมๆ กับกลุ่มเนื้อเยื่อที่มีจลนพลศาสตร์การกระจายตัวที่คล้ายกัน แต่ไม่ใช่เป็นอวัยวะหรือปริมาตรทางกายวิภาคตามตัวอักษร