Zastosowanie programu komputerowego TopFit do wyznaczania parametrów farmakokinetycznych dla modelu dwukompartmentowego.

Transkrypt

1 Ćwiczenie 5. Zastosowanie programu komputerowego TopFit do wyznaczania parametrów farmakokinetycznych dla modelu dwukompartmentowego. Farmakokinetyka stosowana w praktyce klinicznej Celem ćwiczenia jest wyznaczenie parametrów farmakokinetycznych leku podanego w jednorazowej dawce dożylnej i pozanaczyniowej w oparciu o model dwukompartmentowy, analiza podania wielokrotnego z wykorzystaniem programu komputerowego TopFit oraz zastosowanie farmakokinetyki w praktyce klinicznej na podstawie przykładów praktycznych. Wprowadzenie. Założenie o prawie natychmiastowym rozmieszczeniu leku w organizmie, które zostało przyjęte w modelu jednokompartmentowym, nie zawsze jest słuszne, ponieważ w rzeczywistości dla większości leków proces ten trwa przez określony czas. W takim przypadku, oznaczając stężenie leku w osoczu w krótkich odstępach czasowych, bezpośrednio po podaniu dożylnym leku, półlogarytmiczny wykres zmian stężenia jako funkcja czasu ma przebieg dwufazowy (a czasem trójfazowy), a równanie opisujące taką krzywą jest równaniem dwu- lub trójwykładniczym. Szybkie i nieukładające się na linii prostej zmiany stężenia leku w osoczu są wynikiem nie tylko eliminacji, lecz przede wszystkim dystrybucji do tkanek (w których stężenie leku rośnie). W tej fazie, zmiany stężenia leku w osoczu nie odzwierciedlają zmian jego stężenia w tkankach. Po pewnym czasie (od kilku minut do kilku dni) ustala się stan równowagi dystrybucyjnej, w którym stosunek stężenia leku we krwi i w tkankach jest stały. O przebiegu drugiej fazy decyduje już tylko proces eliminacji leku z organizmu (faza eliminacji). Po ustaleniu się równowagi dystrybucyjnej stężeń, szybkości zmian stężeń leku we krwi i w tkankach są równe. Półlogarytmiczną zależność zmian stężenia leku w osoczu (C) jako funkcję czasu (t) oraz w tkankach w modelu dwukompartmentowym, po podaniu jednorazowej dawki dożylnej przedstawiono na Ryc Dwufazowy przebieg zmian stężenia leku we krwi po podaniu dożylnym w modelu dwukompartmentowym może być opisany następującym równaniem: - t - t C Ae Be (5.1) gdzie: C oznacza stężenie leku we krwi obserwowane w czasie t, A i B współczynniki równania, i β stałe szybkości odpowiednio dystrybucji i eliminacji leku, które można

2 obliczyć techniką odejmowania i metodą najmniejszych kwadratów lub w oparciu o program komputerowy do obliczeń farmakokinetycznych. Po pozanaczyniowym podaniu leków charakteryzujących się wolną dystrybucją do tkanek wykres zmian stężenia leku w czasie, oprócz fazy wchłaniania i eliminacji, ma zaznaczoną fazę dystrybucji i jest opisany w modelu dwukompartmentowym równaniem trójczłonowym: - t - t -ka t A e C0 e C B e (5.2) gdzie: C 0 oznacza stężenie początkowe leku w miejscu podania pozanaczyniowego, B, A, stanowią współczynniki równania a pozostałe symbole oznaczają jak wyżej. Półlogarytmiczną zależność zmian stężenia leku w osoczu (C) jako funkcję czasu (t) w modelu dwukompartmentowym, po podaniu jednorazowej dawki pozanaczyniowej przedstawiono na Ryc Ryc Półlogarytmiczna zależność zmian stężenia leku w osoczu krwi (C) jako funkcja czasu (t) w modelu dwukompartmentowym, po podaniu jednorazowej dawki pozanaczyniowej. Końcowy odcinek liniowy tej funkcji pozwala znaleźć β ze współczynnika kierunkowego. Po 2-krotnym zastosowaniu techniki odejmowania, z kolejnych odcinków prostych znajduje się wartości i k a. Do obliczeń można również wykorzystać odpowiedni program komputerowy. Stan stacjonarny Przy wielokrotnym dawkowaniu leku w określonych przedziałach czasowych (tau), krótszych od czasu potrzebnego do całkowitej eliminacji leku z organizmu, lub drogą wlewu dożylnego, ustala się stan stacjonarny, zapewniający określone stężenie leku we krwi i w miejscu jego działania. Istota stanu stacjonarnego polega na zrównaniu się szybkości podawania leku (DR w przypadku wielokrotnych dawek dożylnych i doustnych, k 0 w

3 przypadku długotrwałego wlewu dożylnego) z szybkością eliminacji leku (należy zaznaczyć, że w przypadku podawania dawek wielokrotnych mówimy o średniej szybkości eliminacji). W stanie stacjonarnym następuje wysycenie tkanek lekiem i ustalenie się równowagi między stężeniami leku we krwi i w tkankach, oraz w biofazie. Równowadze tej odpowiada największa korelacja pomiędzy stężeniem leku we krwi, a jego działaniem na receptor. Czas, po którym zostaje osiągnięte stężenie stacjonarne leku we krwi zależy od biologicznego okresu półtrwania (t 0,5 ). Z teorii kumulacji wynika, że 97% wartości stężenia stacjonarnego osiąga się po upływie pięciu t 0,5 danego leku. Ten fakt może stwarzać problemy w przypadku leków o długim t 0,5. Z tego względu, ich dawkowanie rozpoczyna się najczęściej podaniem większej dawki, zwanej inicjującą, a następnie kontynuuje się proces leczenia podawaniem mniejszych dawek podtrzymujących. Sposób obliczenia dawki inicjującej można znaleźć w obszerniejszym opracowaniu. Średnie stężenie leku w stanie stacjonarnym przedstawia równanie: objaśnienie wzoru C F D K V d F D Cl (5.3) gdzie: D oznacza dawkę leku, F ułamek dawki wchłoniętej po podaniu pozanaczyniowym, Cl klirens, a przedział dawkowania leku. Z równania wynika, że tę samą wartość C uzyska się po podaniu dawki D w przedziale dawkowania lub dawki dwa razy mniejszej w przedziale dwa razy krótszym. Ten drugi sposób jest niekorzystny, ponieważ im dłuższy jest przedział dawkowania, tym większe będą oscylacje między wartościami C maks i C min w stanie stacjonarnym. Wykonanie ćwiczenia a) Jednorazowa dawka dożylna w modelu dwukompartmentowym: Po dożylnym podaniu 25 mg leku oznaczono następujące jego stężenia w surowicy krwi chorego o masie ciała 70 kg: Tabela 5.1. Stężenia leku [mg/l] oznaczone w podanym czasie [h] t [h] 0,5 1,5 2,5 5,0 6,0 8,0 10,0 C [mg/l] 2,12 1,19 0,77 0,38 0,31 0,20 0,14

4 1. Uruchomić program TopFit. 2. Otwiera się strona MENU SELECTION, a na niej MAIN MENU, z którego należy wybrać opcję 4 EDIT HEADER. Otwiera się strona HEADER, którą należy opisać, zmieniając okienka tabulatorem, a następnie wcisnąć klawisz F1 (Save). 3. Z MAIN MENU wybrać opcję 5 EDIT DATA. 4. Otwiera się strona FORMULATION DATA. Po wciśnięciu klawisza spacji wybiera się sposób podania leku (bolus/infusion). 5. Wcisnąć klawisz F7. Otwiera się strona DOSING TABLE. Przy pomocy spacji należy rozwinąć listę jednostek czasu i podanej dawki i sprawdzić, czy są one zgodne z danymi z analizowanego przykładu. W tabelce należy wpisać czas t = 0 i podaną dawkę leku a następnie zatwierdzić klawiszem F1. 6. Wcisnąć klawisz F8. Otwiera się strona DATA SETS. Po jej opisaniu należy zatwierdzić klawiszem F1. 7. Podwójnie wcisnąć klawisz F8. Do tabeli należy wpisać dane z Tabeli 5.1, dotyczące stężeń leku oznaczonych w odpowiednich punktach czasowych. Nacisnąć trzykrotnie F1. 8. Z MAIN MENU wybrać opcję 8 ENTER METHODS MENU, a z METHODS MENU opcję 2 STANDARD COMPARTMENT MODELS. 9. Z SELECT DISPOSITION MODEL należy wybrać opcję 2 TWO COMPARTMENT. 10. Ze STANDARD COMPARTMENT MODELS należy wybrać opcję 1 SELECT DATA SETS. 11. Na stronie LIST SELECTION należy zaznaczyć myszą z lewej strony przy pozycji 1 i wcisnąć F Ze STANDARD COMPARTMENT MODEL wybrać opcję 6 START ITERATION. 13. Na stronie RESULTS MENU wybrać opcję 2 VIEW GRAPHICS. Przeanalizować przebieg wykresu z asystentem. 14. Nacisnąć F3 otwiera się strona GRAPHIC PARAMETERS, na osi y w miejsce lin wprowadzić log, a w pozycji Minimum na osi y w miejsce 0 wprowadzić 0,01 i nacisnąć F1. Przeanalizować przebieg wykresu z asystentem. 15. Po naciśnięciu F10 na ekranie ponownie pojawia się RESULTS MENU, z którego należy wybrać opcję 1 VIEW RESULTS.

5 16. Otwiera się strona LIST SELECTION, na której należy wstawić dodatkowy znak przy Statistical tests on model. Aby przeglądać dane należy zaznaczyć READY (F1). 17. Do Tabeli 5.2 wpisać wartości stężeń C obliczonych przez program TopFit na podstawie wybranego modelu dwukompartmentowego oraz błąd % wynikający z dopasowania stężeń badanego leku do wybranego modelu. 18. Do Tabeli 5.3 wpisz wartości parametrów farmakokinetycznych (, β itd.) uzyskane w programie TopFit i omów wyniki z asystentem prowadzącym ćwiczenie. 19. Do Tabeli 5.4 wpisz wartości testu statystycznego oceny dopasowania wyników oznaczeń stężeń badanego leku jako funkcji czasu do modelu dwukompartmentowego. 20. Powtórz obliczenia parametrów farmakokinetycznych leku dla modelu jednokompartmentowego. W tym celu wciśnij 4 x F10, a następnie z METHODS MENU wybierz 2 standard compartment models, a z SELECT DISPOSITION MODEL wybierz 1 one compartment i przeprowadź działania opisane wyżej (od punktu 10 do 16). Do Tabeli 5.4 wpisz z programu TopFit wartości testu statystycznego oceny dopasowania wyników oznaczeń stężeń badanego leku jako funkcji czasu do modelu jednokompartmentowego. Przedyskutuj z asystentem wartości testowe i uzasadnij, który model jest korzystniejszy dla otrzymanych wyników stężenia badanego leku w surowicy chorego. b) Jednorazowa dawka pozanaczyniowa w modelu dwukompartmentowym: Zdrowemu ochotnikowi w wieku 20 lat, o masie ciała 70 kg, podano domięśniowo jednorazową dawkę racemicznego indobufenu (Ibustrin) 200 mg (100 mg w przeliczeniu na enancjomer). W odpowiednich przedziałach czasu pobierano próbki krwi i po otrzymaniu surowicy oznaczono w niej metodą HPLC stężenie optycznie czynnego enancjomeru (-)-Rindobufenu, który nie jest aktywny farmakologicznie i dlatego może być uważany za zanieczyszczenie badanego preparatu. Otrzymane wyniki przedstawiono w Tabeli 5.5. Oblicz parametry farmakokinetyczne enancjomeru (-)-R-indobufenu dla tego ochotnika w oparciu o program komputerowy TopFit. W tym celu wykonaj wszystkie działania przedstawione powyżej, wybierając ze strony FORMULATION DATA (pkt.

6 4 procedury opisanej powyżej) podanie pozanaczyniowe leku (absorption i. m.) oraz model dwukompartmentowy. Na stronie RESULTS MENU wybrać opcję 2 VIEW GRAPHICS. Przeanalizować przebieg wykresu z asystentem. Nacisnąć F3 otwiera się strona GRAPHIC PARAMETERS, wprowadzić log na osi y i nacisnąć F1. Po naciśnięciu F10 na ekranie ponownie pojawia się RESULTS MENU, z którego należy wybrać opcję 1 VIEW RESULTS. Na stronie RESULTS MENU wybierz 1. Otwiera się strona Result section, na której wstaw dodatkowo znak przy Statistical tests on model, a następnie naciśnij F1. Do Tabeli 5.6 wpisz wartości parametrów farmakokinetycznych (, β itd.) uzyskane w programie TopFit i omów wyniki z asystentem prowadzącym ćwiczenie. c) Wielokrotna dawka dożylna w modelu jedno- i dwukompartmentowym na podstawie wyników zapisanych w pamięci programu TopFit: 1. Uruchomić program TopFit Otwiera się strona MENU SELECTION, a na niej MAIN MENU, z którego należy wybrać opcję 1 Load TopFit file, a z niej EXAMPLE. Otwiera się strona MAIN MENU, z której wybrać 4 (Edit header), a po przeczytaniu wcisnąć klawisz F1 (Save). 3. Z MAIN MENU wybrać opcję 5 EDIT DATA. 4. Otwiera się strona FORMULATION DATA. Wcisnąć klawisz F7. Otwiera się strona DOSING TABLE. Po przeczytaniu zatwierdzić klawiszem F1. 5. Wcisnąć klawisz F8. Otwiera się strona DATA SETS, którą zatwierdzić klawiszem F1. 6. Nacisnąć trzykrotnie F1. 7. Z MAIN MENU wybrać opcję 8 ENTER METHODS MENU, a z METHODS MENU opcję 2 STANDARD COMPARTMENT MODELS. 8. Z SELECT DISPOSITION MODEL wybrać opcję 2 TWO COMPARTMENT. 9. Ze STANDARD COMPARTMENT MODELS należy wybrać opcję 1 SELECT DATA SETS.

7 10. Na stronie LIST SELECTION należy zaznaczyć myszą z lewej strony przy pozycji 2 (Bolus multiple doses, po prawej stronie musi być Plasma multiple dose) i wcisnąć F Ze STANDARD COMPARTMENT MODEL wybrać opcję 6 START ITERATION. 12. Na stronie RESULTS MENU wybrać opcję 2 VIEW GRAPHICS. Przeanalizować przebieg wykresu z asystentem. Narysować odręcznie (dokładnie) obserwowany wykres C = f(t). 13. Nacisnąć F3 otwiera się strona Graphic Parameters, zmienić oś y na log i nacisnąć F1. Przeanalizować przebieg wykresu z asystentem. Narysować odręcznie (dokładnie) obserwowany wykres lnc = f(t). 14. Nacisnąć 3 x F Zmienić model dla wybranego podania wielokrotnego dożylnego z dwukompartmentowego na jednokompartmentowy. W tym celu powtórzyć polecenia od punktu 9. Z SELECT DISPOSITION MODEL wybrać opcję 1 ONE COMPARTMENT. 16. Przedyskutować poprawność wyboru odpowiedniego modelu farmakokinetycznego dla jednorazowego domięśniowego podania racemicznego indobufenu. d) Wielokrotna dawka doustna w modelu jedno- i dwukompartmentowym na podstawie wyników zapisanych w pamięci programu TopFit: 1. Jeśli następuje kontynuacja programu opisanego powyżej w punkcie c), nacisnąć 3 x F Z METHODS MENU wybrać 2 standard compartment. 3. Z SELECT DISPOSITION MODEL wybrać opcję 2 TWO COMPARTMENT. 4. Ze STANDARD COMPARTMENT MODELS należy wybrać opcję 1 SELECT DATA SETS. 5. Na stronie LIST SELECTION należy zaznaczyć myszą z lewej strony przy pozycji 6 (Tablet multiple dose, po prawej stronie musi być Plasma multiple dose), usunąć poprzednie zaznaczenie i wcisnąć F1. 6. Ze STANDARD COMPARTMENT MODEL wybrać opcję 6 START ITERATION.

8 7. Na stronie RESULTS MENU wybrać opcję 2 VIEW GRAPHICS. Przeanalizować przebieg wykresu z asystentem. 8. Nacisnąć F3 otwiera się strona Graphic Parameters, zmienić oś y na log i nacisnąć F1. Przeanalizować przebieg wykresu z asystentem Narysować dokładnie obserwowany wykres lnc = f(t). 9. Zmienić model z dwukompartmentowego na jednokompartmentowy. W tym celu powtórzyć polecenia od punktu 10 do 16 z podpunktu a). 10. Przedyskutować poprawność wyboru odpowiedniego modelu farmakokinetycznego z asystentem. e) Zastosowanie farmakokinetyki w praktyce klinicznej na podstawie przykładów praktycznych. Podczas ćwiczenia studenci otrzymają przykłady z praktyki klinicznej, które będą rozwiązywane w oparciu o wiedzę zdobytą podczas wykładów i ćwiczeń oraz dyskutowane z asystentem prowadzącym ćwiczenia.