Ⅰ One-compartmentmodel( 静脈内急速投与 ) [ シミュレーション実験上の全般的注意点 ] 実習書をよく読み 適切な器具 ( フラスコ, メスシリンダー ) を使用する の流速を 実際の実験状態に近い位置で 別々にしっかりと合わせる ( 最低 3 回 ) 精製水の補給用のチュー

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1 薬物速度論 生体内に投与された薬物は 吸収 分布 代謝 排泄などの速度を持った過程によって その体内量は経時的に変化していく このような速度過程に支配されて生じる現象を研究し 得られたデータを適切に表現するための数学的モデルを構築するのが 薬物速度論 (Pharmacoinetics) である 薬物速度論は 薬物やその代謝物の生体内での挙動を解明することを目的としている 薬物の吸収 分布 代謝 排泄を 速度論に基づいて解析することは これらの過程の基礎となるメカニズムを理解するのに大いに役立ち また個々の患者に対する薬物治療を改善し 最適化する手掛かりとなる 本実習では とフラスコから成る簡単な実験系によって 薬物速度論の原理を理解するため phenolsulfonphthalein( 略称 :PSP) を解析のモデル薬物として用い 一次速度式に従った薬物移行の正当性を確認する フラスコを体の一部に見立てたシミュレーション実験を行い 体内における薬物の動きを解析するための基礎的な速度論的手法を習得する 計算および速度論的解析には エクセルを用いる [ 実習日程 ( 予定 )] 1 日目 ( 実習室 ): PSP 検量線 シミュレーション実験 ( 静注 経口 ) 実験結果 ( 静注 ) の解析 2 日目 ( 端末室 ): 実験結果 ( 経口 ) の解析 血中濃度シミュレーション モーメント解析 [ 実習で使用するモデル薬物 ] phenolsulfonphthalein 略称 PSP (Mw 354): 第 15 改正日本薬局方収載腎機能検査薬, 有機アニオン系色素 動きが分かりやすいので 体内動態を視覚的に捉えることが可能である 赤色を呈しており 血液の色に似ているため 体内をイメージしやすい 定量が比較的楽である定量方法 : サンプル 1 ml + 1 M NaOH 5 ml 吸光度 (560 nm) 検量線濃度 :0, 7.5, 15, 30 µg/ml 0 は blan になる [ 実習の注意点 ] グループで実験を分担してやってもらうので 失敗して他のグループに迷惑をかけないよう 丁寧に実験する アルカリ廃液は 指定された所定の容器に捨てる ピペット, 試験管等の洗い物 : 水系のものは 水でよく洗い 精製水を通し所定の場所で乾燥させる アルカリがついたものは洗剤につけてから ブラシでよく洗い 水系のものと同様の操作を行う 実験終了後は 定量するサンプルが揃っているかどうかよくチェックし 片付ける また 吸光度を測定したサンプルは すぐ捨てない 分光光度計のゼロは セルを入れない状態で押す [ 実験の分担 ] 実験項目担当班静注データ解析経口データ解析 静注 A 基本静注 A 基本経口投与 静注 B 流速静注 B 流速経口投与 静注 C 容積静注 C 容積経口投与 経口投与静注 A 基本経口投与 ハイライト部分は 実際には実験をせず 他班のデータをもらう意味 [ 61 ]

2 Ⅰ One-compartmentmodel( 静脈内急速投与 ) [ シミュレーション実験上の全般的注意点 ] 実習書をよく読み 適切な器具 ( フラスコ, メスシリンダー ) を使用する の流速を 実際の実験状態に近い位置で 別々にしっかりと合わせる ( 最低 3 回 ) 精製水の補給用のチューブ以外はなるだけ短くし 適切な位置にあるか常に確認する 実験中は 各コンパートメントおよび試薬瓶 ( 補給用水 ) の水位に注意する 体外のサンプルはよく撹拌し 定量用サンプルを作製する 定量用のサンプルは フタ付試験管に採取する チューブ 試薬瓶 フラスコ (50ml) サンプリング 体外コンパートメント スターラー 補給用水 体内コンパートメント 図 1 One-compartment model( 静脈内急速投与 ) 用実験装置 One-compartment model (i.v.) X C, V X u X : 体内薬物量 X u : 排泄薬物量 V : 分布容積 : 排泄速度定数 体内コンパ - トメント 体外コンパ - トメント < 理論式 > 図 2 薬物速度論的モデル C D V D V t t e C0 e log C t log t log C0 dx dt u dx dt t u De log t log D [ 62 ]

3 < 実験方法 > A 基本実験 (1) 図 1 に示すような実験装置を組む (2) の流速をそれぞれ 5 ml/min に正確に調整する (3) 体内コンパートメントである 50 ml マイヤーフラスコに精製水 50 ml を入れる また この体内コンパートメントから流出していく水を補給するための精製水を用意する また 各チューブには精製水を満たしておく (4) 薬液として 5 mg/ml の phenolsulfonphthalein(psp) 溶液を 2 ml ピペットにとり 体内コンパートメントに加え ( 静脈内投与に相当する ) スターラーを ON にする (5) のスイッチを ON にしてシミュレーション実験を開始する 実験中は 体内コンパートメントの色の変化にも注目する min 色の変化 (6) 体内コンパートメントからは 実験開始後 1, 2, 5, 10, 15, 20, 30, 40 分に 1 ml サンプリングし そのたびに 1 ml の精製水を体内コンパートメントに補給する 体外コンパートメントからは 実験開始後 2~5 分採取し 以降は 5 分毎に連続的にサンプルを集める (5~10, ) 各サンプルの体積を測る また実験終了後 体内コンパートメント内の溶液の体積も測っておく 体内コンパートメントの最終容積 : ml (7) 体内コンパートメントから採取した液は 15 分までのものは 5 倍希釈する 体外コンパートメントについても同様に 15 分までのものは 5 倍希釈する それ以外の液は希釈しない (8) 定量用サンプル 1 ml に 1 M NaOH 5 ml を加え 吸光度を測定する (560 nm) 検量線より 各サンプルの濃度を計算する B の流速を変化 (5mL/min 2.5mL/min) 実験 A に準じた方法で行うが 以下の点が異なる (2) の流速をそれぞれ 2.5 ml/min に正確に調整する (7) 体内コンパートメントから採取した液は すべて 5 倍希釈する 体外コンパートメントについても同様に すべて 5 倍希釈する C 体内コンパートメントの容積を変化 (52mL 104mL) 実験 A に準じた方法で行うが 以下の点が異なる (3) 体内コンパートメントである 100 ml マイヤーフラスコに精製水 102 ml を入れる (7) 体内コンパートメントから採取した液は すべて 5 倍希釈する 体外コンパートメントについては 15 分までのものは 5 倍希釈する PSP の検量線 µg/ml 0(blan) 吸光度 1 吸光度 2 吸光度 3 平均 -blan Slope: R 2 : [ 63 ]

4 < 実習中課題 > A 体内コンパートメントからの薬物消失の解析 (1) 吸光度の値から (bl: blan) 体内コンパートメントの薬物濃度を エクセルで計算せよ min 吸光度 吸光度 -bl 希釈率 µg/ml (2) 体内コンパートメントの薬物濃度を 時間に対して片対数グラフ上にプロットせよ ( 手書き ) (3) 排泄速度定数 半減期 t 1/2 分布容積 V 全身クリアランス CL tot の値を エクセルで求めよ (4) 曲線下面積 AUC(µg min/ml) および平均滞留時間 MRT(min) の値を エクセルで求めよ B 体外コンパートメントへの薬物排泄の解析 (1) 表に各測定値を書き込み (bl: blan) さらにエクセルで計算して各欄を埋めよ 採取間隔 吸光度 吸光度 希釈率 濃度 排泄液量 排泄量 排泄速度 min -bl µg/ml ml µg µg/min 2~5 5~10 10~15 15~20 20~25 25~30 30~35 35~40 (2) 排泄速度を時間 ( 中間点 ) に対して 片対数グラフ上にプロットせよ ( エクセル ) (3) 排泄速度定数 および排泄の半減期 t 1/2 を エクセルで求めよ One-compartment(i.v.) 解析法における薬物速度論的パラメータの算出法 速度定数 半減期 t 1/2 =(-2.303) 勾配 t / 2 1 ln 2/ 0.693/ 分布容積 V V D / C0 曲線下面積 AUC 平均滞留時間 MRT 全身クリアランス CL tot AUC 0 C 0 n 0 AUC MRT CL tot AUC t t C C n 1 0n n1 2 n AUMC AUC V 0 0 D / AUC n n1 C n [ 64 ]

5 < 考察ポイント > (1) 体内コンパートメントからの薬物消失曲線の解析により得た排泄速度定数の値と 体外コンパートメントへの排泄速度の解析による値とを比較検討せよ (2) 体内コンパートメントおよび体外コンパートメントの解析において 各実験条件下における各種速度論的パラメータを比較せよ 体内基本条件流速を変化容積を変化 ( ) t 1/2 ( ) V ( ) CL tot ( ) 体外基本条件流速を変化容積を変化 ( ) t 1/2 ( ) (3) 本シミュレーション実験を実際に行った班 ( 静注班 ) は 実測値と理論値とのズレを考察せよ (4) の流速や体内コンパートメントの容積は 実際のヒトの場合何に相当するか考察せよ また の流速が低下したり 体内コンパートメントの容積が増大したりした場合 ヒトではどのような変化が体内で起こったと予想されるか 生理学的および生化学的側面より考察せよ ヒトの場合 ヒトにおける変化 の流速に相当流速の低下 体内コンパートメントの容積に相当容積の増加 [ 65 ]

6 Ⅱ One-compartmentmodel( 経口投与 ) 試薬瓶 フラスコ (50ml) フラスコ (200ml) スターラー スターラー サンプリング 体外コンパートメント 補給用水 投与部位コンパートメント 体内コンパートメント 図 3 One-compartment model( 経口投与 ) 用実験装置 X a One-compartment model (p.o.) a 吸収部位コンパ - トメント X C, V 体内コンパ - トメント X u 体外コンパ - トメント X a : 吸収部位薬物量 X : 体内薬物量 X u : 排泄薬物量 V : 分布容積 a : 吸収速度定数 : 排泄速度定数 図 4 薬物速度論的モデル < 理論式 > a F D C V a t t e e a dx dt u a a F D e t e a t [ 67 ]

7 < 実験方法 > (1) 図 3 に示すような実験装置を組む (2) の流速をそれぞれ 5 ml/min に正確に調整する (3)50 ml マイヤーフラスコ ( 投与部位コンパートメント ) 200 ml マイヤーフラスコ ( 体内コンパートメント ) の各々に精製水 30 ml, 200 ml をそれぞれ入れる また 投与部位コンパートメントから流出していく水を補給するための精製水を用意する なお 各チューブには精製水を満たしておく (4) 薬液として 5 mg/ml の PSP 溶液を 2 ml ピペットにとり 投与部位コンパートメントに加え 各スターラーを ON にする ( 経口投与では薬液を飲んだことになる ) (5) のスイッチを ON にしてシミュレーション実験を開始する 実験中は 投与部位および体内コンパートメントの色の変化にも注目する min 色の変化 ( 投与部位 ) 色の変化 ( 体内 ) (6) 投与部位からの薬物の消失を実際に測定することは ヒトの場合には不可能であるから ( 実験動物の場合可能であるが 多くの犠牲を伴う ) 体内および体外コンパートメントからサンプリングを行う 体内コンパートメントからは 実験開始後 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 15, 20, 30, 40, 50, 60 分に 1 ml ずつサンプリングし そのたびに 1 ml の精製水を補給する 体外コンパートメントからは 実験開始後 2~3, ~4, ~6, ~8, ~10, ~12, ~15, ~20, ~30, ~ 40, ~50, ~60 分間 連続的にサンプルを集めるとともに 各サンプルの体積を測る 最初の 2 分間は採取しない なお 体内および体外コンパートメントから採取した液は どちらも希釈しない また実験終了後 各コンパートメント内の溶液の体積を測る 投与部位コンパートメントの最終容積 : ml 体内コンパートメントの最終容積 : ml (7) 定量用サンプル 1 ml に 1 M NaOH 5 ml を加え 吸光度を測定する (560 nm) 検量線より 各サンプルの濃度を計算する PSP の検量線 µg/ml 0(blan) 吸光度 1 吸光度 2 吸光度 3 平均 -blan Slope: R 2 : [ 68 ]

8 < 実習中課題 > A 体内コンパートメントの薬物濃度曲線の解析 (1) 表に吸光度の値を書き込み (bl: blan) 体内コンパートメントの薬物濃度を エクセルで計算せよ min 吸光度 -bl µg/ml min 吸光度 -bl µg/ml (2) 体内コンパートメントの薬物濃度を片対数プロットせよ ( 手書き ) (3) 吸収速度定数 a 排泄速度定数 分布容積 V 全身クリアランス CL tot の値を 手書きグラフを参考にして エクセルを用いて 残差法に基づいて算出せよ さらに 吸収過程および排泄過程の半減期 t 1/2 を算出せよ B 体外コンパートメントへの薬物排泄速度曲線の解析 (1) 表に各測定値を書き込み (bl: blan) さらにエクセルで計算して各欄を埋めよ 採取間隔平均時間吸光度吸光度濃度排泄液量排泄量排泄速度 min min -bl µg/ml ml µg µg/min 2~3 3~4 4~6 6~8 8~10 10~12 12~15 15~20 20~30 30~40 40~50 50~60 (2) 体外コンパートメントへの排泄速度を 時間 ( 中間点 ) に対してエクセルを用いて片対数プロットせよ (3) 吸収速度定数 a 排泄速度定数 の値を エクセルを用いて算出せよ さらに 吸収過程および排泄過程の半減期 t 1/2 を求めよ (4) 体内コンパートメントからの薬物消失曲線の解析により得た速度定数の値と 今回得た排泄速度の解析による結果とを比較検討せよ [ 69 ]

9 C 体内コンパートメントの薬物濃度曲線とのモーメント解析 薬物速度論実習書 (1) エクセルを用いて 台形公式および対数補間法により AUC(µg min/ml) MRT(min) の値を求めよ (2)MRT( 経口 )-MRT( 静注 )=MAT( 平均吸収時間, mean absorption time) の関係式より MAT の値を算出せよ なお MRT( 静注 ) については 経口投与時の より算出する D コンピュータによる経口投与後の血中濃度のシミュレーション (1) a や の値が変化すると血中濃度パターンがどのように変動するかを ピーク (C max T max ) および AUC の動きに着目して エクセルを用いてシミュレーションせよ 図 5 1 a を変化させた場合 ( a 0.5, a 1, a 2; は固定 ) 図 6 2 を変化させた場合 ( 0.5, 1, 2; a は固定 ) < 考察ポイント > (1) 実際に実験した班 ( 経口班 ) については 実測値と理論値とのズレを考察せよ (2) 薬物排泄速度曲線より AUC(µg) MRT(min) の値を求めよ (3) a あるいは が変化した場合 臨床上どのような点に注意を払うべきか考察せよ [ 70 ]