藥物血漿蛋白結(jié)合與藥物代謝動力學(xué)

第七章藥物血漿蛋白結(jié)合與藥物代謝動力學(xué) 藥物血漿蛋白結(jié)合 簡稱結(jié)合 系指藥物小分子與血漿蛋白大分子之間的可逆性相互作用而言 第一節(jié)濃度依賴性血漿蛋白結(jié)合及其引起的非線性動力學(xué) 一 理論基礎(chǔ)1 濃度依賴性結(jié)合的含義與血漿蛋白有高度親和力的藥物 其結(jié)合程度與藥物濃度密切相關(guān) 這種結(jié)合稱為藥物濃度依賴性結(jié)合 簡稱為濃度依賴性結(jié)合 2 濃度依賴性結(jié)合引起非線性動力學(xué)的原理藥物與血漿蛋白結(jié)合之間的關(guān)系可根據(jù)質(zhì)量作用定律用下列方程式加以描述 CB KnPCF 1 CF 7 1 CB CF分別為結(jié)合型及游離型藥物克分子濃度 K為結(jié)合常數(shù) P為血漿蛋白的克分子濃度 n為結(jié)合位點數(shù) 假定只有一類結(jié)合點 7 1 式右側(cè)分子 分母各用K除 則 CB nPCF 1 K CF 7 2 若1 K CF 7 2 式可簡化為CB nPCFK 7 3 由于總藥物濃度Ct為CB與CF之和 則結(jié)合型藥物分?jǐn)?shù)FB可用下式表示 FB CB Ct nPCFK nPCFK CF nKP 1 nKP 7 4 n K P均為常數(shù) 7 4 表示1 K CF 即藥物與血漿蛋白親和力很低時 FB為一常數(shù) 其值為nKP 1 nKP 只有在這種情況下 結(jié)合才是線性的 即親和力很低的藥物在其濃度改變時 結(jié)合型與游離型藥物分?jǐn)?shù) FB與Fu 均保持不變 見圖7 1 結(jié)合常數(shù)僅為102mol 1的藥物 幾乎是一條與X軸平行的直線 此時消除速率常數(shù)接近一個恒定值 總藥物濃度的消除按恒比進行 其血藥濃度的衰減符合一級動力學(xué) 但當(dāng)藥物具有高度親和力時 K值大 7 2 式中1 K CF的假設(shè)不能成立 7 4 式亦不能成立 由圖7 1可知 當(dāng)藥物濃度改變時 FB及Fu不恒定 隨藥物濃度而變化 結(jié)合變?yōu)榉蔷€性 即結(jié)合呈現(xiàn)明顯的濃度依賴性 當(dāng)藥物濃度隨時間衰減時 Fu越來越小 消除變得相對越來越慢 此時總藥物濃度的衰減不按恒比進行 即血藥濃度的經(jīng)時變化不呈一級動力學(xué)函數(shù)關(guān)系 這表現(xiàn)在對數(shù)濃度 時間曲線發(fā)生彎曲 依據(jù)結(jié)合對清除率及表觀分布容積影響程度的不同 曲線可表現(xiàn)為下凹或上凸 血漿藥物濃度 mol 10 3 圖7 1藥物與血漿蛋白結(jié)合的濃度依賴性 a 結(jié)合藥物分?jǐn)?shù) FB 與血漿藥物濃度之間的關(guān)系 b 游離藥物分?jǐn)?shù) Fu 與血漿藥物濃度之間的關(guān)系 曲線上的數(shù)字表示藥物與血漿蛋白的結(jié)合常數(shù) K 二 濃度依賴性結(jié)合引起的非線性動力學(xué)的特點 1 轉(zhuǎn)運機制的可飽和性結(jié)合引起的非線性動力學(xué)和代謝引起的非線性動力學(xué)一樣 其動力學(xué)過程亦呈現(xiàn)轉(zhuǎn)運機制的可飽和性 對于前者 由于血漿蛋白上的結(jié)合位點有限 隨濃度不斷提高 結(jié)合愈趨于飽和 FB變小 而Fu則變大 當(dāng)K較大 通常K 104 時 以及在藥物濃度較高時 這種結(jié)合能力的飽和現(xiàn)象愈明顯 圖7 1中的K 104的兩條曲線出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折 此時濃度依賴性結(jié)合引起非線性動力學(xué)十分顯著 2 半衰期隨劑量增加而縮短對于高度結(jié)合的藥物 特別是親和力很強 結(jié)合位點數(shù)有限的酸性藥物 其超飽和濃度 劑量 和飽和內(nèi)濃度 劑量 相對比 有不同的動力學(xué)特征 突出表現(xiàn)在劑量增大時 t1 2反而縮短 例如 保泰松低劑量時 t1 2達3天左右 高劑量時 t1 2僅3h因劑量增大 Fu升高 可用于消除的藥物相對增加 只有游離藥物可供消除 對于濃度依賴性結(jié)合引起的非線性動力學(xué)來說 結(jié)合能力的飽和并不意味著消除機制 代謝或排泄 的飽和 而對于劑量依賴性代謝引起的非線性動力學(xué) 劑量增大 t1 2延長 例如 水楊酸劑量300mgt1 23h10g20h3 血藥濃度及藥 時曲線下面積隨劑量增大而呈低比例增加濃度依賴性結(jié)合還將導(dǎo)致劑量與濃度之間的非線性關(guān)系 這類藥物給藥劑量增加 血藥濃度即血漿總藥物濃度并不成比例增加 其總藥物濃度 時間曲線下面積 AUCt 與劑量亦不成比例 并低于其劑量比 丙吡胺在治療劑量時出現(xiàn)明顯的濃度依賴性結(jié)合給藥150 200 300mg AUCt分別為100mg劑量的1 3 1 6及2 0倍 低于劑量比 在劑量依賴性代謝引起的非線性動力學(xué)中 當(dāng)劑量超過酶代謝能力時 血藥濃度及AUC均隨劑量增加而呈現(xiàn)超比例增加 如苯妥英 水楊酰胺等 因為酶代謝能力飽和后 由一級動力學(xué)轉(zhuǎn)為零級動力學(xué) 4 超飽和劑量的藥理作用遠(yuǎn)大于根據(jù)飽和內(nèi)劑量所預(yù)測的作用強度 醫(yī)藥工作者必需了解給藥方案產(chǎn)生的血藥濃度是否接近或超過血漿蛋白的最大結(jié)合能力 多數(shù)藥物的有效治療濃度遠(yuǎn)低于血漿白蛋白濃度 其劑量的改變不致超過結(jié)合飽和點 所引起的動力學(xué)及藥理作用強度改變不明顯 但對某些藥物 例如 氯貝特 保泰松 水楊酸鹽 丙吡胺 丙戊酸對血漿蛋白具有高度親和力 在治療劑量下即可引起明顯的濃度依賴性結(jié)合 當(dāng)劑量超過血漿蛋白結(jié)合能力時藥理作用強度明顯增強 出現(xiàn)種種不良反應(yīng) 例如水楊酸治療風(fēng)濕病 每天劑量達4g 大大超過白蛋白結(jié)合能力 CF升高 使肝 腎清除機制很快飽和 容易引致水楊酸中毒 第二節(jié)藥物血漿蛋白結(jié)合對藥物代謝動力學(xué)參數(shù)的影響 一 結(jié)合對清除率的影響清除率是表示機體清除藥物能力的一種重要參數(shù) 充分?jǐn)嚢?生理藥動學(xué)模 well stirred model 特別強調(diào) 清除器官血流量Q 器官內(nèi)在清除率 CLint 血漿蛋白結(jié)合對器官清除率的影響 對于僅受單個器官 如肝臟 清除的藥物 器官清除率等于總體清除率 CL 它們之間具有下列關(guān)系 器官內(nèi)在清除率為在不受血流量限制時消除器官消除藥物的最大能力 它是藥物的固有特征 與藥物在器官中的攝取 extraction 直接相關(guān) FB為血漿中結(jié)合藥物分?jǐn)?shù) 充分?jǐn)嚢?模型將藥物分為 高攝取藥物 低攝取藥 高攝取藥物利多卡因 哌替啶 嗎啡 普萘洛爾等 具有很高的內(nèi)在清除率 不論結(jié)合程度如何 在清除器官中均能全部攝取游離及結(jié)合型均可被清除 高攝取藥物的清除率不受結(jié)合的影響 與器官血流量成正比 這類藥物FB Clint Q 方程式 7 5 則為 CL Q 7 6 低攝取藥物 清除僅限于血循環(huán)中游離藥物 內(nèi)在清除率很低 FBCLint Q 這類藥物方程式 7 5 可改寫為 CL FB Clint 7 7 清除率與血漿蛋白結(jié)合率和消除器官的內(nèi)在清除率有關(guān) 從以上討論看出 血漿蛋白結(jié)合率能明顯影響低攝取藥物的清除率 但對高攝取藥物的清除率沒有影響 二 結(jié)合對藥物分布的影響 結(jié)合通常是藥物向組織分布的一種限定性因素 使較多的藥物儲留合于血漿中 以減弱藥物的最大作用強度 防止作用大幅度波動以及延長藥物作用時間 但結(jié)合對表觀分布容積Vd的影響很復(fù)雜 因不同情況可使Vd減小 增大或使藥物呈現(xiàn)選擇性分布 1 結(jié)合使Vd減小某些藥物如華法林 保泰松 氯貝特 某些磺胺類 丙戊酸等酸類藥物在血漿pH下可解離 與白蛋白的結(jié)合點數(shù)雖有限 但有很高的親和力 結(jié)合百分率很高 這類藥物和白蛋白結(jié)合十分牢固 不易透過生物膜 表觀分布容積很小而半衰期長 如保泰松 結(jié)合百分率為98 K高達2 3 105 Vd只有0 09L kg 相當(dāng)于注入的白蛋白的分布容積 t1 2長達75小時 對于這些藥物 結(jié)合將起到血漿儲留作用 使藥物不易進入血管外組織被消除 2 結(jié)合使Vd增大另有一些藥物如三環(huán)抗抑郁藥 酚噻嗪類及某些中樞性鎮(zhèn)痛藥等弱堿性或非解離藥物 與血漿蛋白親和力低 但結(jié)合位點數(shù)多 故也有較高的結(jié)合百分率值 它們對白蛋白的結(jié)合不牢固 且其往往與許多組織結(jié)合較強 故分布容積大 較易為消除器官消除 半衰期較前類藥物短 如丙咪嗪結(jié)合百分率為95 但K僅為7 0 101M 1 Vd值達40L kg t1 2為16小時 3 結(jié)合使藥物選擇性分布還有少數(shù)藥物如普萘洛爾為代表的高攝取藥物 結(jié)合使它們呈現(xiàn)選擇性肝臟分布 這類藥物在肝臟中與組織蛋白的親和力或結(jié)合位點數(shù)高于血漿蛋白 其在肝臟中的清除包括血漿中游離型及結(jié)合型藥物 這類藥物的結(jié)合實際上不損害藥物的血管外分布 而是使其選擇性地移向具有高度親和力或有較多結(jié)合位點數(shù)的組織 故其分布容積較大而介于上述兩類藥物之間 因易為肝臟攝取并代謝 故半衰期較上述兩類藥物均短 如普萘洛爾 結(jié)合百分率為93 2 Vd為3 62L kg t1 2僅為167分鐘 三 結(jié)合對半衰期的影響 這種影響十分復(fù)雜 除與前述的許多因素有關(guān)外 還與藥物的消除機制有密切的關(guān)系 高度結(jié)合的藥物通過腎小球濾過的能力極低 這類藥物中主要通過腎小球濾過而消除者將有特別長的半衰期 如二氮嗪 t1 2為30小時 某些造影劑長達一年以上 但結(jié)合通常不影響藥物自腎小管的主動分泌過程 如某些青霉素雖然結(jié)合百分率達90 以上 但仍能迅速通過腎小管分泌機制而消除 t1 2僅為0 5 1小時 結(jié)合對藥物的肝臟代謝的影響與對腎排泄類似 即通過擴散過程進入肝細(xì)胞被代謝的藥物的消除速率與結(jié)合程度成反比 如涉及主動轉(zhuǎn)運機制 則消除不受結(jié)合的影響 某些藥物如普萘洛爾其結(jié)合反成為一種載體系統(tǒng) 促進藥物被運送至消除部位 加速其消除 從而使半衰期縮短 這說明消除僅限于游離藥物時 結(jié)合可減慢消除速率 半衰期延長 反之 當(dāng)消除不限于游離藥物從而不受結(jié)合影響時 結(jié)合可加速消除 使半衰期縮短 第三節(jié)游離藥物濃度監(jiān)測的必要性 目前 絕大多數(shù)文獻報告的血藥濃度監(jiān)測和藥代動力學(xué)研究是通過測定血漿 血清 總藥物濃度 即一般所謂的血藥濃度 進行的 因為通常采用的血樣制備方法 無論是蛋白沉淀法還是有機溶劑提取法 測得的藥物濃度是結(jié)合型與游離型藥物濃度的總和 這在一般情況下是可行的 因為多數(shù)藥物在治療藥物濃度范圍內(nèi)血漿蛋白結(jié)合率比較恒定 總濃度的變化能夠反映游離藥物濃度的變化 另外 游離藥物濃度與總濃度比值的個體差異較藥物代謝速率的個體差異小得多 然而 在一些特殊情況下測定總濃度將使結(jié)果的解釋發(fā)生錯誤 應(yīng)同時測定游離藥物濃度 1 濃度依賴性結(jié)合導(dǎo)致非線性動力學(xué)高度結(jié)合的藥物的蛋白結(jié)合率隨著藥物濃度的改變而改變 總藥物濃度的變化與游離藥物濃度的變化并不平行 兩者具有不同的藥代動力學(xué)特征 總藥物濃度不能反映游離藥物濃度 從而影響了血藥濃度 藥物效應(yīng)的相關(guān)性 此時應(yīng)測定游離型藥物濃度 丙吡胺是血漿蛋白結(jié)合引起非線性動力學(xué)的典型藥物 該藥血漿總濃度的藥時曲線下面積 AUC 與給藥劑量不成正比 但其游離濃度的AUC卻與劑量成正比 穩(wěn)態(tài)時游離藥物的腎清除率 分布容積與心臟指數(shù)相關(guān) 不測定游離藥物的動力學(xué)則導(dǎo)致錯誤結(jié)論 又發(fā)現(xiàn)將給藥速率增加4倍 其穩(wěn)態(tài)血藥濃度只增加2倍 而穩(wěn)態(tài)游離藥物濃度同樣增加4倍 通過不同藥動力學(xué)模型研究發(fā)現(xiàn) 應(yīng)用游離藥物分?jǐn)?shù)以及游離藥物清除率計算得到的理論穩(wěn)態(tài)血藥濃度與實測結(jié)果十分相符 而應(yīng)用總濃度清除率計算則與實測結(jié)果明顯不吻合 另外 游離藥物濃度與該藥的抗心律失常作用的相關(guān)性明顯優(yōu)于總藥物濃度 由于該藥總濃度呈現(xiàn)非線性動力學(xué) 故計算生物利用度時Dost相應(yīng)面積律不能適用 但游離藥物濃度為線性動力學(xué) 因而有提出采用測定游離藥物濃度的AUC來計算生物利用度 2 疾病影響藥物血漿蛋白結(jié)合疾病對藥物蛋白結(jié)合的影響可致通常的血藥濃度 藥物效應(yīng)關(guān)系發(fā)生改變 如僅依據(jù)總藥物濃度調(diào)節(jié)劑量將易導(dǎo)致毒性反應(yīng) 肝 腎疾病時由于血漿白蛋白濃度降低以及內(nèi)源性蛋白結(jié)合抑制物如膽紅素 游離脂肪酸增多使許多藥物的血漿蛋白結(jié)合率降低 游離藥物分?jǐn)?shù)增加 如肝硬化病人奎尼丁的游離藥物分?jǐn)?shù)幾乎增加3倍 腎臟疾病時苯妥英 水楊酸 氯貝特等藥物的血漿蛋白結(jié)合率明顯降低 此時如仍以總濃度的治療范圍調(diào)節(jié)藥物劑量 實際上增加了游離藥物濃度 將導(dǎo)致實際上的過量中毒 已有報告在這類病人中苯妥英中毒明顯增加 此外 手術(shù)與創(chuàng)傷以及營養(yǎng)不良等疾病狀態(tài)也可使血漿白蛋白降低 致游離藥物分?jǐn)?shù)增加 還應(yīng)指出 某些疾病如炎癥 惡性腫瘤 腎移植以及應(yīng)激狀態(tài)等 血漿 1 酸性糖蛋白 AAG 增加 可使一些與AAG有較大親和力的藥物 主要為堿性藥物 如氯丙嗪 普萘洛爾 利多卡因等的蛋白結(jié)合率升高 游離藥物濃度降低 3 藥物血漿蛋白結(jié)合存在明顯個體差異這種明顯的個體差異使血藥濃度 藥物效應(yīng)關(guān)系變得十分復(fù)雜 如奎尼丁血漿蛋白結(jié)合率范圍為50 95 不同個體間游離藥物濃度相差可達10倍之多 總濃度雖屬正常范圍 結(jié)合率低的患者可引起毒性反應(yīng) 結(jié)合率高的患者則可出現(xiàn)療效降低 血漿樣品先經(jīng)平衡透析或作成超濾液以除去結(jié)合型藥物后再行測定可得游離藥物濃度 近年來 測定唾液藥物濃度進行治療藥物監(jiān)測和藥代動力學(xué)研究者日漸增多 因唾液為一種無蛋白濾液 測得的為具有藥理活性的游離藥物濃度 目前國外已對茶堿 苯妥英 酰胺咪嗪 丙戊酸 丙吡胺以及利多卡因的游離藥物濃度監(jiān)測進行了大量研究 其與臨床效應(yīng)的相關(guān)性均優(yōu)于總藥物濃度 但在游離藥物濃度推薦為常規(guī)臨床應(yīng)用之前仍需繼續(xù)進行大量工作 特別是測定技術(shù)的改進 第4節(jié)藥物血漿蛋白結(jié)合參數(shù)的計算 通常每分子血漿蛋白 如白蛋白 可與多個藥物分子結(jié)合 即血漿蛋白分子上有多個藥物結(jié)合點 其中與藥物親和力特別強的結(jié)合點稱為一級結(jié)合點 n1 親和力較弱者稱為次級結(jié)合點 n2 n1大致為1 2點 n2約為10 20點 實際上對應(yīng)于n1的結(jié)合常數(shù)K1較對應(yīng)于n2的結(jié)合常數(shù)K2更為重要 假定血漿蛋白分子上只有一類結(jié)合點 且各點之間互不干擾 從 7 1 式可進一步得到下列方程式 r nKCF 1 KCF 7 8 r為每分子血漿蛋白結(jié)合的藥物分子數(shù) 7 8 作不同變換則可得到不同的作圖方法 從而求解藥物與血漿蛋白結(jié)合的參數(shù) 一 Scatchard法將 7 8 式進行變換可得 r CF nK Kr 7 9 由r CF對r作圖得一條直線 此即所謂Scatchard作圖 例如 圖7 2為硫賁妥鈉與血漿蛋白結(jié)合的Scatchard作圖 由斜率求得K為12000 由X軸截矩得n為5 Y軸截矩求得nK為60 000 r CF 10 4 0 圖7 2硫賁妥鈉與血漿蛋白的結(jié)合r 結(jié)合型藥物與白蛋白克分子比CF 游離藥物濃度 實際上按 7 9 式作出的圖形有時并非直線 多數(shù)場合屬雙曲線 這表明蛋白分子上至少有兩類結(jié)合點 此時 7 8 式應(yīng)寫為 r niKiCF 1 KiCF 7 10 i i 這種曲線可擬合為不同類型結(jié)合點各自產(chǎn)生的直線的總和 圖7 3為水楊酸與小牛血清白蛋白相互作用的實驗資料 理論曲線為一雙曲線 曲線I II 可按兩類結(jié)合點進行分析 方程式 7 10 變?yōu)閞 曲線I II解析為直線I與直線II 由直線I的斜率及截矩得n1為0 72 K1為25000 由直線II得n2為5 3 K2150 由此可見水楊酸的一級結(jié)合點少于次級結(jié)合點 但親和力大大強于次級結(jié)合點 近年來采用電子計算機分析更有助于結(jié)合點性質(zhì)的闡明 n1K1CF 1 K1CF n2K2CF 1 K2CF 圖7 3水楊酸與小牛血清白蛋白的結(jié)合曲線 二 Klotz法 由 7 8 式還可得到下列方程式 1 r 1 n 1 nKCF 7 11 1 r對1 CF作圖得一直線 即KLotz作圖 又稱雙倒數(shù)作圖 由斜率及截矩即可求出K和n 但此法用于n及K測定時不及scatchard作圖準(zhǔn)確 故少用 但通過Klotz作圖可了解兩種藥物對蛋白的競爭性結(jié)合 如圖7 4所示 分別作出華法林單獨及與保泰松共存時的Klotz圖 比較所作出的兩條直線可知保泰松能抑制華法林與血漿蛋白的結(jié)合 該兩條直線有共同的Y軸截距 表明這兩種藥物共同競爭蛋白上的相同結(jié)合點 由圖7 5看出氯苯氧異丁酸和華法林有不同的Y軸截矩 說明兩者競爭白蛋白分子上的不同結(jié)合點 圖7 414C華法林與蛋白的結(jié)合及保泰松的競爭作用 圖7 5氯苯氧異丁酸對14C華法林與人白蛋白結(jié)合的影響 三 Sandberg和Rosenthal法 7 8 式可進一步變換為下式 CB CF nKP KCB 7 12 由CB CF比值對CB作圖可得一直線 即所謂Sandberg和Rosenthal作圖 其直線斜率可求出K Y軸截矩為結(jié)合點的相對數(shù)目 如P已知 可求出n 不難看出該法較上述前兩種方法簡便 可不必測定蛋白濃度即可求出K值 在結(jié)合動力學(xué)中K值遠(yuǎn)較n重要 而Scatchard及klotz法均要求測定蛋白濃度 否則無法求出r 圖7 6即是應(yīng)用第3種方法研究不同pH對利多卡因蛋白結(jié)合率的影響的結(jié)果 由圖看出當(dāng)pH從7 4降為7 0時 親和力顯著減少 結(jié)合位點數(shù) np 也有減少 CB CF 四 結(jié)合率的測定及其評價 藥物血漿蛋白結(jié)合率 以 表示 被定義為結(jié)合型藥物占總藥物量 結(jié)合與未結(jié)合藥物的總和 的百分?jǐn)?shù) 通過 值的大小可初步了解藥物與蛋白結(jié)合的程度 其測定方法主要有兩種 平衡透析法及超濾法 其原理均是利用一半透膜將結(jié)合型藥物與未結(jié)合的游離藥物加以分離 這種半透膜只容許小分子 藥物分子 通過 但不容許大分子 蛋白分子 通過 平衡透析法與超濾法之差別在于前者是在無外力軀動條件下藥物分子擴散透過半透膜 而后者則是在有外力驅(qū)動的情況下 如抽氣 離心等 使藥物分子加速透過半透膜 故前者需時較長 而后者則較快速 在平衡透析時 膜的一側(cè)含有藥物與蛋白 另一側(cè)僅含有藥物 分析測定含