临床治疗药物监测原理及应用 北京协和医院检验科 苏薇

基本概念 临床治疗药物监测（therapeutic drug monitoring，TDM）是通过测定血中药物浓度，获取个体的药物代谢动力学参数，依据期望的目标浓度，拟定合理的给药方案，使给药个体化，提高药物治疗的有效性，避免毒副作用。

问题1 为什么要进行血药浓度监测?

药物剂量与药物疗效和毒性的相关性 采用相同的药物剂量，不同病人的治疗效果不同，药物的代谢存在个体差异； 采用相同的药物剂量，同一个病人在不同的疾病状况下，治疗效果不同。

问题2 血液中药物的浓度能否反映药物作用的有效性和毒性？

何种药物需要进行TDM 某些药物的药代动力学的个体差异很大，特别是由于遗传特性造成药物代谢速率存在明显差异，如异烟肼、氯吡格雷等。 某些药物的安全范围很窄，为了预防中毒，必须进行监测，如地高辛、茶碱等。

何种药物需要进行TDM 某些药物的动力学参数受药物浓度影响，因此调节剂量很不容易，必须通过多次测定血药浓度，才能够调节剂量，如苯妥英、茶碱等； 某些药物的副作用和所患病的症状不易区分，为帮助诊断需要进行监测，如地高辛和某些抗癫痫药物； 首过消除强及生物利用度差异大的药物，如三环抗抑郁药

何时需要进行TDM 常规剂量下没有看到疗效或出现毒性反应； 药物的消除器官（如肝肾）功能受损； 怀疑由于合并用药而出现的异常反应。 预防用给药，测定血药浓度可以帮助达到预防目的； 慢性疾病需要长期给药，测定血药浓度可以确定病人是否遵照医嘱用药。

常见需要进行TDM的药物 强心药物 抗哮喘药物 抗癫痫药物 免疫抑制剂 抗心律失常药物 抗生素 地高辛 茶碱 苯妥英、苯巴比妥、 卡马西平、丙戊酸 环孢霉素、FK506 利多卡因、奎尼丁、 胺碘酮、美心律 庆大霉素、万古霉素等

抗肿瘤药物 三环抗抑郁药物 抗躁狂症药物 β受体阻断剂 甲氨蝶呤 阿米替林、丙咪嗪 锂 普萘洛尔、阿替洛尔等

四、给药方案个体化的实施 明确诊断 确定给药方案 给 药 测定血药浓度 观察临床的疗效 求算参数、调整用药

药物动力学 (pharmacokinetics, PK) 定量研究药物在生物体内吸收、分布、代谢和 排泄随时间变化的动态规律。即研究机体内药物的存在位置、数量与时间之间的关系。

药物动力学模型 房室模型：将给药对象比作一或多个容器的组合，房室代表其中的容器。各房室间存在药物交换，一定时间后房室间达到动态平衡，同时药物通过代谢和排泄，经其中一个或多个房室排出体外。

单房室模型 假设给药后药物立即分布至全身各体液和组织中，迅速达到分布动态平衡，各个部分的浓度之比是一个常数，并以一定的速率从该室消除 。

二房室模型 将机体视为两部分，并假设药物首先以很快的速度分布到中央室，在该室中瞬间达到动态平衡，然后再以较缓慢的速度分布到周边室。 二房室模型

药时曲线与临床药代动力学研究

dC = － kC dt C = Coe-kt lgC 两边取对数后得对数方程式： k lgC=lgCo－ t 2.303 t 积分得 C为给药后任何时候的血药浓度，C0为起始血药浓度，k为一级速率常数（单位为h-1） 。 t 一级动力学过程药—时曲线

消除速率常数（K） 表示单位时间内机体能消除的药物固定比值 K=0.515h-1 表示每小时机体可消除体内当时药量的51.5%。

消除半衰期（t0.5) 体内药量消除掉一半所需要的时间，一级消除 t0.5=0.693/K 反映体内药物消除的快慢 单次给药后，经过5-6个半衰期体内药物基本消除干净（消除96.9%）。 一级消除动力学t0.5恒定不变。

表观分布容积（V） 假定药物均匀地分布于各组织和体液中，其浓度与血浆药物浓度相同，此时药物分布所需要的容积，称为表观分布容积。V=药物剂量/血浆药物浓度。以L/kg（体重）表示。取决于药物本身的理化性质及体内分布特点。

反映药物在体内分布的状况，一般来说，V越小，则说明该药物主要分布于细胞外液如血浆中； V越大，则分布于组织细胞内。 Vd＞＞0.6 L/kg体重，提示药物向组织分布能力很强，消除速率慢，其毒性较大 Vd＜＜ 0.6 L/kg体重，则药物主要分布在血浆等细胞外液中，向组织分布能力较小

清除率 X0 静脉注射给药剂量, AUC 药时曲线下面积，单位是L/h 清除率(CL)指单位时间内机体消除表观分布容积中多少体积内的药物 CL = X0/ AUC X0 静脉注射给药剂量, AUC 药时曲线下面积，单位是L/h

血药浓度-时间曲线下的面积 AUC＝∑ （ti－ti-1）＋ n Ci-1＋Ci Cn 梯形法 n Ci-1＋Ci Cn i＝1 2 K AUC＝∑ 　　　　（ti－ti-1）＋ 此方法不受房室模型的限制，为计算药物生物利用度最常用的方法

曲线下面积（AUC） 药物生物效应的大小和持续时间与AUC有关。 可用于求生物利用度（F） F=AUCpo/AUCiv • Div/Dpo

与血管外用药有关的参数 生物利用度（F)：表示血管外用药时，药物被机体吸收进入体循环的分数，与药物的剂型有关。 达峰浓度时间（tp) 峰浓度（Cmax)

多剂用药 血管内多剂用药-恒速静脉滴注 血管外多剂用药

TDM的基本概念 稳态血药浓度 取样时间 有效治疗浓度范围 测定药物的类型 速率过程

稳态血药浓度 在恒定间隔时间重复给药的过程中，当一个给药间隔内的摄入药量等于排出量时，血药浓度达到稳态，此时的血药浓度即称为稳态血药浓度(CSS)。 一般给药后45个半衰期到达稳态 多次给药血药浓度达稳态的累积过程示意图

取样时间 药物的吸收相、分布相结束后，于消除相取血； 多剂给药最好达稳态后取样； 根据测定目的选择取样时间：想了解药物浓度是否达到治疗浓度，一般测定谷浓度，即每次服药前取样；判断是否中毒，可测定峰浓度，即达峰浓度时间取样；

取样时间 根据药物的具体情况确定取样时间：氨基糖甙类抗生素表现为峰浓度依赖的抗菌活性，同时具有谷浓度依赖的肾毒性和不可逆耳毒性；服药后2小时的环孢霉素A浓度与AUC的相关性更好，而AUC与移植排斥高度相关。 急性药物中毒时，需立即取样测定。

测定药物的类型 总药物 游离药物：疾病改变了药物的血浆蛋白结合率，如肝肾疾病使白蛋白减少，降低某些药物的蛋白结合率；急性炎症反应提高α-酸性糖蛋白水平，增加碱性药物蛋白结合率。 活性代谢产物

测定药物的类型 对映体：某些药物因含有不对称碳原子而构成手性中心，有左旋体和右旋体之分，在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程具有立体选择性。

有效治疗浓度范围 能够获得治疗效果的最低血药浓度为最小有效浓度，产生毒副反应的最低血药浓度为最小中毒浓度，这两个浓度之间的范围称为有效治疗浓度范围

TDM结果的应用原则

速率过程 dC = － kCn dt 一级速率过程－恒比消除 在单位时间内药物的吸收或消除是按比例进行的，药物转运速率称为一级速率过程 k为比例常数 , n代表消除动力学级数

一级速率过程的特点 药代动力学参数如半衰期、消除速率常数、清除率等与剂量无关 曲线下面积与剂量呈正比 剂量改变时，相应时间点上的血药浓度与剂量的改变呈正比 符合一级速率消除的药物，在调整药物剂量时采用如下公式： 调整剂量=目标血药浓度x现剂量/实测稳态血药浓度

C dC = － ko dt 积分得 C = Co－kot t 零级速率过程－恒量消除 当药物的浓度远大于转运载体或酶浓度时，其转运速率只取决于转运载体或酶的浓度，而与药物浓度无关，称为零级速率过程 。 C dC = － ko dt 积分得 C = Co－kot t 零级速率过程药—时曲线

dC VmC = dt Km+C 非线性速度过程 Michaelis- Menten 动力学 Vm为最大速度，km是Michaelis- Menten常数 (其值为最大速度一半时的血药浓度)

非线性速度过程特点 药物消除动力学是非线性的，遵循米氏方程 血药浓度和AUC与剂量不成正比 药物消除半衰期随剂量增加而延长 符合非线性消除的药物调整剂量时，要测定两个给药速度R（即给药剂量/给药间隔，稳态下等于dc/dt）下的血药浓度，根据米氏方程计算Vm和Km，最后根据米氏方程计算理想血药浓度的给药速度。

非线性过程的转化 当C<<Km时，米氏方程变为 dC Vm • C 转变为一级消除过程 dt Km

目前常规的TDM程序 按照制药商说明书提供的常规剂量给药，同时考虑病人的年龄、体重、肝肾功能、心脏功能和合并用药情况等进行相应调整。 抽血测定血药浓度 根据血药浓度测定结果保持或调整药物剂量 再次抽血测定血药浓度，使血药浓度在有效治疗浓度范围内。

个体化给药方案的制订 一点法：符合一室模型的药物；消除相取血。 稳态一点法：符合一级速率过程的药物，达稳态后采血。 Ritschel一点法：仅适用于主要由肾脏排泄的药物，根据肌苷清除率得到K值，预测最低稳态浓度。 重复一点法：给与患者两个剂量的药物，分别测定血药浓度，即可求出K和V两个参数，求算稳态血药浓度。

个体化给药方案的制订 贝叶斯评估法（Bayesian estimation)： 已知药物代谢动力学参数的群体值及各类参数的变异时，利用患者的一、两个实测血药浓度作为反馈，结合患者的个体特征，估计出个体的药代动力学参数，制订个体化给药方案。

肝脏疾病的药代动力学特点 肝药酶含量和活性下降，口服时肝清除率下降，AUC增大，生物半衰期延长，峰浓度增高。 肝血流量减少，使肝血流限速药物的肝清除率降低 药物与血浆蛋白结合率降低，游离药物增多，表观分布容积增大。 药物的首过效应低下和生物利用度增加

肾脏疾病的药代动力学特点 药物的吸收减少及生物利用度改变 药物的血浆蛋白结合率及分布容积的改变:弱酸性药物蛋白结合率降低 药物的代谢发生改变：主要经氧化反应消除的药物如苯妥英钠的消除速度增加，第二相反应的药物则无影响。 药物的排泄发生改变：主要经肾脏排泄的原形药或其活性代谢产物蓄积，消除半衰期延长，峰浓度和AUC增大，药理作用增强。主要经肝脏代谢后通过肾脏排泄的药物，情况复杂。

肾功能不全时给药方案的调整 根据剂量调整系数了解肾功能损害程度，调整给药剂量或给药间隔： 剂量调整系数＝1－F（1－CLCr/100） CLCr为患者的内生肌酐清除率，F代表肾功能正常时经肾脏排出给药剂量的百分数

充血性心力衰竭的药代动力学特点 药物吸收减少：肠粘膜水肿、瘀血、胃排空速度减慢、肠管蠕动减弱。 表观分布容积减少：有效循环血量减少 药物代谢能力下降：肝脏瘀血、低氧血症等导致肝药酶活性下降 脏器血流减少，药物消除变慢 首过效应减少、生物利用度增加 药物排泄减少：肾小球滤过率减少

心肌梗死的药代动力学特点 药物吸收减少 药物清除率降低：肝血流量减少 非结合型弱碱性药物减少：α1酸性糖蛋白浓度升高，与弱碱性药物结合增加，使这些药物的分布容积减小。如利多卡因、奎尼丁、普萘洛尔、丙吡胺等都属此类。

血药浓度监测的方法学 色谱学方法： 根据样本中各组分理化性质的不同，通过层析作用达到分离，并以适当的检测器检测定量的技术。 免疫化学方法： 药物作为半抗原，可以通过制备相应的抗体对其进行免疫测定。

色谱分析

气相色谱分析（GC） 流动相：气体（氮气）； 固定相：普通填充柱或石英毛细管柱，材料需耐高温； 样品：易气化，耐高温； 检测器：多样，如火焰离子化检测器（FID）、氮-磷检测器（NPD）、电子俘获检测器（ECD）、质量检测器（MS）等；

气相色谱分析的特点 灵敏度高、分辨率和特异性强，可同时测定多种组分。 对样品要求高：容易气化，高温时保持稳定。 样品须预处理

高效液相色谱分析（ HPLC） 流动相：液体（如水、甲醇等） 高压泵： 检测器：多样，如紫外可见光检测器、荧光检测器、电化学检测器、质量检测器等等。

高效液相色谱分析的特点 适用范围广，灵敏度高、特异性强，可同时测定代谢产物。 样品需预处理 操作烦琐 仪器维护成本高 对操作人员的技术要求高

免疫化学分析

原理： 分析系统中存在3种成分，即标本中的被测药物、试剂中的标记药物及药物的特异性抗体。被测药物、标记药物与特异性抗体竞争性结合，被测药物的浓度与标记药物和抗体的结合率呈负相关。 特点： 标本无须预处理，分析速度快，操作简便，但抗体的质量影响测定的准确性，分子结构与母药相似的代谢产物和内源性物质干扰测定，使测定结果偏高。

酶免疫分析（EIA） 原理： 标记物是酶或具有酶作用的基质和辅基，一般是均相酶免疫分析，即分析过程中不需要分离游离和结合的抗原。 种类： 酶放大免疫分析（EMIT） 基质荧光标记酶免疫分析（SLFIA） CEDIA均相酶免疫法 微粒子捕获酶免疫分析（MEIA）

酶放大免疫分析（EMIT） 原理：酶与小分子药物结合形成酶标物后，酶活性不降低，但酶标物与大分子抗体结合后，酶受抑制而失去活性。酶活性的大小与标本中的药物浓度呈正比。一般采用葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G-6-PDH）作标记酶，测定还原型辅酶I在340nm的吸光度。 特点：测定试剂稳定安全，在普通的自动生化仪上就可使用，应用广泛，但测定灵敏度较低 （10-6g/ml）。

CEDIA均相酶免疫法 原理：将β-半乳糖苷酶用限制性内切酶切成一大一小两个片段,大的称为酶受体(EA),小的为酶供体(ED)，EA和ED单独存在时没有酶活性，只有装配成亚基并聚合成四聚体后才有酶活性。用ED标记药物分子，不影响它与EA的装配，但当相应抗体存在时，抗原抗体结合后形成的空间位阻使酶装配受阻，遵循竞争结合模式即可检测药物浓度。该法一般采用氯酚红- β-半乳糖苷作底物，经β-半乳糖苷酶催化产生氯酚红，在560nm测定吸光度变化率。

特点：灵敏度高于一般的酶免疫法，而且可以直接在一般的生化分析仪上使用，但试剂成本较高。

荧光偏振免疫分析（FPIA） 原理：分子量小的物质不能产生偏振光，分子量大的物质在受到一定方向振动的光照射后，能激发出偏振光。荧光标记药物由于分子量小，基本没有偏振光性，而药物与抗体结合后，分子量变大，荧光偏振光度增大，根据竞争结合原理，被测药物浓度与荧光偏振强度成反比。 特点：测定灵敏（可达10-8g/ml）、快速、试剂稳定，应用广泛，但试剂成本较高。

微粒子捕获酶免疫分析（MEIA）

化学发光免疫分析（CLIA) 原理：以化学发光分子（一般为吖啶酯）标记药物，药物特异性抗体结合在固相的细磁粉上，将与抗体结合的部分和未结合的部分进行分离，测定结合部分的化学发光强度，被测药物浓度与发光分子的光量呈负相关。 特点：试剂稳定，没有放射污染问题，灵敏度高（可达10-15g/ml）。

强心甙类-地高辛

作用机制 抑制心肌细胞膜上的Na+K+-ATP酶，使胞内Ca2+浓度升高，导致正性肌力作用，增加心输出量。 电生理效应：抑制房室结的传导速度，从而控制室上性心动过速、心房纤颤和心房扑动。

临床应用 治疗充血性心力衰竭和室上性心律失常，对房扑、房颤、阵发性房性心动过速等心律失常有效。

不良反应 胃肠道症状：厌食、恶心、呕吐、腹泻、腹痛等，多见。 心律失常：房性和室性期外收缩伴二联律最多见，此外还有不同程度的房室传导阻滞、房性心动过速、结性心动过速、房颤、房扑、室性心动过速、室颤等。 中枢神经系统症状：乏力、失眠、头痛、视觉改变等，不常见。

药代动力学 吸收：口服生物利用度为60-80%，达峰浓度时间为60-90分钟。 分布：8-12小时完成分布，血浆蛋白结合率25%，分布容积V 5-10L/kg，主要分布于肾、心、肝等脏器中，心肌浓度是血清浓度的15倍以上。 消除和排泄：一级动力学，消除半衰期为36-51h，60-90%以原型药经肾小球滤过或肾小管排泌，10%通过肝脏代谢。

有效治疗浓度：0.8-2.0ng/ml 中毒浓度：1.5ng/ml就有病人出现中毒，2.0ng/ml以上中毒发生率急剧增加。

影响药物代谢的因素 疾病： 肾、心、肝功能，尤其是肾脏功能对其体内过程的影响最大。 甲亢者地高辛吸收减少，血药浓度降低；甲减者则相反，易中毒。 低钾镁血症和高钙血症时，心肌对地高辛的敏感度提高，治疗浓度范围内即可严重中毒。

病例 一风湿性心脏病心力衰竭病人，在肾功能正常时，服用地高辛治疗的剂量应为每日0.25mg，但患者伴有肾功能不全，检查内生肌酐清除率为60ml/min，如何调整地高辛剂量？

根据内生肌苷清除率调整用药剂量 确定病人在没有肾功能障碍时的合理治疗剂量； 查出药物从肾脏以原药形式排泄的百分数（F)，如地高辛为75%； 测定内生肌苷清除率估计肾功能障碍的程度； 剂量调整系数＝1－F（1－CLCr/100） 利用剂量调整系数，计算出适当的日剂量。

药物相互作用 血药浓度升高：奎尼丁、钙拮抗剂、胺碘酮等心脏病药，广谱抗生素、环孢霉素等。 血药浓度降低：苯妥英钠（肝药酶诱导剂）

血药浓度监测 标本：血清或血浆 取样时间：连续用药10天，于某次用药前取样；如怀疑中毒，立即取样；急于调整剂量可于服药后8－12小时取样。 检测方法：荧光偏振免疫分析、CEDIA酶免疫分析、化学发光免疫分析。

抗癫痫药-苯妥英钠

作用机制 降低神经细胞膜对Na+的通透性，稳定细胞膜，降低其兴奋性。 增强神经系统抑制性递质γ氨基丁酸的作用。

临床应用 抗癫痫：是癫痫大发作的首选药物，也可用于治疗各种原因引起的惊厥或抽搐。 治疗外周神经痛：三叉神经痛 抗心律失常：用于治疗强心甙治疗引起的心律失常

不良反应 小脑-迷路系统的中毒症状：眼球震颤、共济失调、复视、视力模糊、眩晕等。 大脑皮层活动的异常表现：记忆力减退、思想不集中、迟钝、判断能力差、语言障碍、昏睡和昏迷等。 四肢小抽搐（慢性中毒），全身性大抽搐（急性过量中毒）。 牙龈增生

药代动力学 吸收：口服后主要经小肠吸收，吸收过程可持续48h，达峰时间3－12h，生物利用度为90%。 分布：静脉推注，30-60分钟完成分布。体内分布广，在脑组织中的浓度与血浆中的浓度相近。分布容积为0.7L/kg，血浆蛋白结合率90%左右，蛋白结合率改变对苯妥英钠在体内的动力学过程产生很大影响。

消除：几乎全部经肝药酶代谢转化成无活性的代谢物后，再由肾脏等排泄。当血药浓度达5-10mg/L时，苯妥英容易由一级消除转变为非线性消除，遵循米氏方程。 没有恒定的清除率、半衰期和达稳态时间，这些药动力学参数都受Vm和Km的影响并随血药浓度的变化而改变。 排泄：主要转变成代谢产物对羟基苯乙内酰脲（p-HPPH）通过肾脏排泄，以原药形式排出的占5%以下。

有效治疗浓度：10-20μg/ml，游离药物浓度1-2 μg/ml。

影响血药浓度的因素 血浆蛋白结合率的改变：肾功能衰竭，低蛋白血症；同时服用其他酸性药物如保泰松、水杨酸等；内源性物质如胆红素升高等。 肝脏功能

药物相互作用： 抑制肝药酶减缓苯妥英的代谢速率：异烟肼、氯霉素、保泰松、心得安、双香豆素。 诱导肝药酶加速苯妥英的代谢速率：卡马西平、扑痫酮、苯巴比妥和利福平

血药浓度检测 标本：血清或血浆 取样时间：连续服药10天以上某次服药前取样。 测定方法：HPLC，免疫化学方法

剂量的调整 已知某一剂量R1下的苯妥英钠药浓度CSS1,和群体Km值，根据米氏方程 Vm•CSS1 R1= Km+ CSS1 大致计算个体的Vm值，再计算靶浓度Css2下的剂量R2。如果采用R2后达到了满意的靶浓度，则将R2作为维持量。

病例 某病人服用苯妥英剂量为300mg/d时，稳态浓度为8mg/L，改为350mg/d后两个月，患者自述自改量后未再发作过，但思想不能集中，血清苯妥英浓度20mg/L，考虑已有轻度中毒反应，欲将血药浓度降至14mg/L，问改用什么剂量？

R2 - R1 Km= R1 R2 - Css1 Css2 R Vm= R+ Km• Css

环孢霉素A

作用机制 下调白介素-2及其受体的表达，选择性抑制T辅助细胞的增殖和活化。

临床应用 器官移植后的抗排异和多种自身免疫病的治疗

不良反应 肝肾损害 震颤、高血压、多毛等

药代动力学 特点：随移植物的种类及功能恢复而变化 吸收：口服或肌肉注射吸收不完全且不规则，约4h达峰浓度，生物利用度30%。 分布：呈多室模型，主要分布在红细胞内，表观分布容积个体差异大。 消除：呈双相，先是半衰期为5h的快消除相，然后是半衰期为16h的慢消除相。肝脏代谢产生30余种代谢物，再经肾脏和胆道排泻。

有效治疗浓度：随移植器官和移植时间的长短而不同 中毒浓度：谷浓度600ng/ml

影响血药浓度的因素 肝脏功能 药物相互作用：大环内酯类、氨基糖甙类、磺胺、两性霉素等可干扰环孢素的消除，而苯妥英、利福平等肝药酶诱导剂则加速其消除。

血药浓度检测 样本类型：全血 取样时间：空腹服药前（谷浓度），服药后2h 测定方法： HPLC法：特异性好，可将原药与代谢产物分别测定，但预处理和操作复杂，耗时长。 免疫法：存在交叉反应，但操作简便快速。