Biological half-life

人間の体内における水の生物学的半減期は約 7 ～ 14 日です。これは行動によって変化する可能性があります。大量のアルコールを摂取すると、体内の水の生物学的半減期が短くなります。^{[ 9 ] [ 10 ]}これは、トリチウム水で体内に汚染された患者の除染に使用されています。この除染方法の基本は、体内の水が新しい水に置き換えられる速度を上げることです。

肝臓のアルコール脱水素酵素による酸化によってエタノール（飲用アルコール）が人体から除去される速度は限られています。そのため、血液から高濃度のアルコールを除去するにはゼロ次反応速度論に従う可能性があります。また、ある物質の律速段階は他の物質と共通している場合もあります。例えば、血中アルコール濃度はメタノールとエチレングリコールの生化学的性質を変化させるために利用できます。このようにして、メタノールを摂取した人に適切な量のエタノールを与えることで、人体内でメタノールが毒性のあるホルムアルデヒドとギ酸に酸化されるのを防ぐことができます。メタノールは非常に毒性が強く、失明や死を引き起こします。エチレングリコールを摂取した人も同様の方法で治療できます。半減期は、対象となる個人の主観的な代謝速度にも左右されます。

ヒトにおけるセシウムの生物学的半減期は1～4ヶ月である。プルシアンブルーを摂取することで、この半減期を短縮することができる。消化器系において、プルシアンブルーは固体イオン交換体として働き、セシウムを吸収すると同時にカリウムイオンを放出する。

一部の物質については、人体や動物の身体が複数の部分から構成されており、それぞれの部分がその物質に対して独自の親和性を持ち、それぞれの部分が異なる生物学的半減期を持つと考えることが重要です（生理学的薬物動態モデリング）。生物全体から物質を除去しようとすると、生物の一部に存在する負荷が増加する可能性があります。たとえば、鉛に汚染された人にキレート療法でEDTAを投与すると、体から鉛が失われる速度は増加しますが、体内の鉛は脳に移動して最も害を及ぼす傾向があります。^{[ 30 ]}

• 体内におけるポロニウムの生物学的半減期は約30～50日である。
• 体内のセシウムの生物学的半減期は約1～4ヶ月である。
• 体内の水銀（メチル水銀として）の半減期は約65日である。
• 血中の鉛の半減期は28～36日である。^{[ 31 ] [ 32 ]}
• 骨に含まれる鉛の生物学的半減期は約10年である。
• 骨に含まれるカドミウムの生物学的半減期は約30年である。
• 骨に含まれるプルトニウムの生物学的半減期は約100年である。
• 肝臓内のプルトニウムの生物学的半減期は約40年である。

物質によっては、体の部位によって半減期が異なる場合がある。例えば、オキシトシンは静脈内投与した場合、血液中での半減期は通常約3分である。オキシトシンなどの末梢投与（例えば静脈内投与）されたペプチドは、血液脳関門をほとんど通過しないが、この経路で投与された場合、ごく少量（1%未満）がヒトの中枢神経系に入ると思われる。^{[ 33 ]}末梢投与とは対照的に、鼻腔スプレーを介して鼻腔内投与された場合、オキシトシンは確実に血液脳関門を通過し、ヒトにおいて精神活性作用を示す。 ^{[ 34 ] [ 35 ]}さらに、末梢投与の場合とは異なり、鼻腔内投与されたオキシトシンの中枢作用持続時間は少なくとも2.25時間、最長で4時間である。^{[ 36 ] [ 37 ]}この事実と関連していると思われるが、脳内の内因性オキシトシン濃度は末梢レベルの1000倍も高いことがわかっている。^{[ 33 ]}

半減期は、除去速度が指数関数的なプロセスに適用されます。${\displaystyle C(t)}$は、ある時点における物質の濃度である。${\displaystyle t}$その時間依存性は次のように表される。

${\displaystyle C(t)=C(0)e^{-kt}\,}$

ここでkは反応速度定数である。このような減衰速度は、除去速度が物質の量に比例する一次反応から生じる。 ^{[ 41 ]}

${\displaystyle {\frac {dC}{dt}}=-kC.}$

このプロセスの半減期は^{[ 41 ]です。}

${\displaystyle t_{\frac {1}{2}}={\frac {\ln 2}{k}}.\,}$

あるいは、半減期は次のように表される。

${\displaystyle t_{\frac {1}{2}}={\frac {\ln 2}{\lambda _{z}}}\,}$

ここで、λz_は、半対数スケールでの物質の時間-濃度曲線の終末相の傾きである。^{[ 42 ] [ 43 ]}

半減期はクリアランス（CL）と分布容積（V _D）によって決定され、その関係は次の式で表されます。

${\displaystyle t_{\frac {1}{2}}={\frac {{\ln 2}\cdot {V_{D}}}{CL}}\,}$

臨床現場では、これは、薬剤の血清濃度が定常状態に達するまでに、通常の投与開始、中止、または投与量変更後、半減期の4～5倍の時間がかかることを意味します。例えば、ジゴキシンの半減期（またはt 1/2）は24～36時間です_{。つまり、投与量}を変更すると、その効果が完全に現れるまでにほぼ1週間かかります。このため、半減期の長い薬剤（例えば、アミオダロン、消失半減期_{は約58日）}は、通常、初期投与量（ローディングドーズ）_から開始し、より早く望ましい臨床効果が得られるようにします。

多くの薬剤は投与後に血漿中濃度が二相性で低下します。薬剤が中心コンパートメントから組織へ移動する際の急峻な分布相（α相）に続き、薬剤が除去される際の緩やかな消失相（β相）が続きます。半対数グラフでは、2つの相はほぼ直線で、傾きはαとβ、対応する半減期はt _1/2α = 0.693/αとt _1/2β = 0.693/βです。^{[ 6 ] [ 42 ] [ 43 ]}

脂溶性で多区画性薬物の単回投与の場合、作用発現後の臨床持続時間は分布（α）相によって左右されることが多い。これは、分布平衡に達する頃には血漿濃度が最小有効濃度を下回っていることが多く、終末β相が観察可能な効果にほとんど影響を与えないためである。^{[ 6 ]}その結果、終末（β）半減期による薬物の分類は作用持続時間の予測に不十分であり、一方、α半減期はラベルやレビューで報告されることは少ないものの、より有益な情報を提供することが多い。^{[ 6 ]}

排泄が非常に速い場合は例外があり、作用時間の短い薬剤の場合、β相は単回投与後でも効果の持続時間を大幅に短縮する可能性があります（例：トリアゾラム、ミダゾラム）。^{[ 6 ]}

半減期が長い方を終末半減期と呼び、最大の成分の半減期を支配半減期と呼ぶ。^{[ 41 ]}より詳細な説明については、薬物動態学§多区画モデルを参照のこと。