2 podstawowe przypadki.doc

(220 KB) Pobierz
13

MODELOWANIE_4

 

13.              Modele 2-kompartmentowe              25

14.              Modele wielokompartmentowe              27

15.              Modele nieliniowe              28

16.              Uogólniony opis transportu substancji w ustroju              29

17.              Wielokrotne podawanie leków              30

13.  Modele 2-kompartmentowe

W tym przypadku wyróżniamy:

°         Kompartment centralny - to obszar rozmieszczenia krwi w ustroju (krwiobieg, wątroba, serce, nerki i ewentualnie mózg).

°         Kompartment peryferyjny (tkankowy) - to tkanki o mniejszym stopniu ukrwienia (mięśnie, skóra, tłuszcz).

 

Przebiegi czasowe mas (stężeń) substancji

Schemat modelu:

 

 

Opisujące go równania:

 

Rozwiązanie metodą operatorową daje:

 

Równanie charakterystyczne ma 2 pierwiastki - rzeczywiste i ujemne. W badaniach kinetyki przyjęło się stosować tzw. stałe prędkości zdefiniowane następująco:

Składowe związane ze stałą zanikają szybciej. W przypadku znacznych różnic uzasadnione jest pominięcie składnika bardzo szybko zanikającego w porównaniu z drugim - jest to równoważne z uproszczeniem modelu do 1-kompartmentowego.

Wyznaczenie przebiegów czasowych mas (stężeń) wymaga ustalenia sposobu pobudzania, tj. postaci . Rozważmy 2 podstawowe przypadki - wlew i iniekcję dożylną.

°         Iniekcja dożylna dawki

Po obliczeniach otrzymujemy:

°         Wlew naczyniowy o stałej szybkości

Po obliczeniach otrzymujemy:

14.  Modele wielokompartmentowe

Uogólniony opis n-kompartmentowego systemu w postaci macierzowej:

gdzie A to tzw. macierz układu o wymiarze nxn, B (nxn) to diagonalna macierz wejściowa, W (nxn) to diagonalna macierz odwrotności objętości. Stosując do powyższego przekształcenie Laplace'a otrzymujemy:

 

Wprowadza się transmitancję operatorową G(s) którą definiuje się dla zerowych warunków początkowych:

Jest to macierz kwadratowa nxn której element 'ij' wiąże i-te wejście z j-tym wyjściem:

Jeśli znamy tę macierz (wyznaczaną na podstawie eksperymentu, o czym później) to możliwe jest wyznaczenie przebiegu zmian stężenia w dowolnym, nawet niedostępnym pomiarowo kompartmencie, na pobudzenie o zadanej postaci, mianowicie:

Przeprowadzenie wszystkich powyższych obliczeń dla modelu 3-kompartmentowego prowadzi do następujących rezultatów:

°         Równanie charakterystyczne :

.

°         Ogólna postać rozwiązania jest następująca:

Na tej podstawie możliwe jest wyznaczenie zmian stężenia w każdym kompartmencie w obecności (do) 3 pobudzeń. W szczególności, gdy pobudzany jest tylko 1-szy kompartment np. sygnałem to zmiany stężenia obserwowane także w 1-szym kompartmencie opisane są funkcją:

 

Zestawmy otrzymane rezultaty:

rodzaj modelu otwartego

iniekcja naczyniowa

wlew naczyniowy

1-kompartment

2-kompartmenty

3-kompartmenty

n-kompartmentów

 

Przy pozanaczyniowym podaniu substancji wyrażenia mają o jeden składnik exponencjalny więcej,. ponieważ wyróżniamy wtedy dodatkowy kompartment źródłowy.

15.  Modele nieliniowe

Ogólna postać równań opisujących zmiany ilości substancji w i-tym kompartmencie nie zmienia się i jest taka sama jak w przypadku liniowym, jednak strumienie są teraz funkcjami nieliniowymi:.

°         Strumienie typu donorowego, współczynniki przepływu nie są stałe:

.

°         Strumienie typu akceptorowo-donorowego:

.

°         Strumienie zależne od ilości wolnej substancji w kompartmentach:

16.  Uogólniony opis transportu substancji w ustroju

Pewne substancje podawane w procesach terapeutycznych są także wytwarzane w ustroju, np. hormony, insulina, inne. Zatem :

°         Oprócz strumienia dawkowania (Bidi) należy uwzględnić strumień endogenny (Fgi).

°         Równolegle ze strumieniem eliminacji (koi) może istnieć strumień zużycia (Fzi) gdy substancja jest "konsumowana" w tkankach.

Strumienie endogenny i zużycia są na ogół nieliniowymi funkcjami masy badanej substancji i niekiedy zależą dodatkowo od obecności innych substancji.

 

 

Równanie opisujące dynamikę zmian masy ma teraz postać:

 

Rozważmy 2 szczególnie ważne grupy przypadków:

I-Strumienie wymiany oraz strumienie eliminacji zależą od ilości wolnej substancji. Znajduje tu zastosowanie tzw. frakcja wolnego leku . Równanie przyjmuje postać:

koi - to suma stałych szybkości eliminacji liniowej i ewentualnie nieliniowej zależnych od frakcji wolnego leku, kij, kji - to współczynniki wymiany które mogą nie być stałe i mogą zależeć od wolnego leku.

II-Strumienie zależą od całkowitej masy leku. Powyższe równanie przyjmuje postać:

.

Stałe szybkości z dodatkowym indeksem dotyczą części procesu zależnej od masy całkowitej.

17.  Wielokrotne podawanie leków

Opis kinetyki w przypadku przerywanego wlewu pozanaczyniowego i w przypadkach pochodnych

Rozważmy model:

Zakładamy liniowe wchłanianie z kompartmentu źródłowego i liniową eliminację z centralnego, V1 i V2 =const. Lek podawany jest następująco:

Zachodzi:

Przedstawmy superpozycję:

 

W czasie trwania wlewu:

co można przedstawić w postaci:

a to pozwala podać wzór na przebieg stężenia w czasie I-szej przerwy:

Szczegółowe obliczenia prowadzą do wzoru opisującego stężenie w czasie liczonym od zakończenia N-tego wlewu:

Ten ostatni, ogólny wzór pozwala na rozważenie przypadków pochodnych:

a) Przejście do wlewu ciągłego pozanaczyniowego wymaga przyjęcia: N=1, tw staje się czasem bieżącym, traci sens fizyczny - staje się =0, co prowadzi do wzoru .

 

b) Przejście do pozanaczyniowego, wielokrotnego dawkowania typu można uzyskać  wyznaczając  granicę przy :

 

c) Przy naczyniowym podaniu leku we wzorach (*1) i (*2) należy przyjąć:

              co oznacza bardzo szybkie, natychmiastowe wchłanianie leku.

 

d) Dla uzyskania opisu modelu 1-kompartmentowego należy przyjąć:

Dla bliższej ilustracji rozważmy graniczny przypadek wlewu przerywanego gdy , czyli wielokrotne wstrzyknięcie dawki D1 z okresem powtarzania Tc. Dla większej prostoty weźmy model 1-kompartmentowy. Dla tego przypadku (podobnie jak dla każdego innego) wyznaczyć można dolną i górną obwiednię przebiegu stężenia :

Ilustruje to rysunek:

 

Stan stacjonarny oscyluje pomiędzy:

...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin