生物学的半減期

生物学的半減期（生物学的半減期、薬理学的半減期）は、生物学的物質（薬剤など）の濃度が血漿中の最大濃度（Cmax ）から_Cmax_の半分まで減少するのにかかる時間である。^[1]^[2]^[3]^[4]^[5]略語で表される。^[2]^[4] $t_{\frac {1}{2}}$

これは、代謝物、薬物、シグナル伝達分子などの体内からの除去を測定するために使用されます。通常、生物学的半減期は、肝臓の代謝と腎臓と腸からの測定対象物質の排泄による体の自然な解毒（浄化）を指します。この概念は、除去率がほぼ指数関数的である場合に使用されます。^[6]

医学の文脈では、半減期は、生物の全血液中を循環しているときに、物質の血漿濃度が定常状態の半分になるまでの時間（血漿半減期）を明確に表します。この測定値は、一定の平均量が常に必要な場合に、どれだけの量の薬剤を服用する必要があるか、どのくらいの頻度で服用する必要があるかを判断するのに役立つため、医学、薬理学、薬物動態学で役立ちます。対照的に、血漿中の物質の安定性は、血漿安定性として表されます。これは、血漿中の薬剤の正確な分析を確実にし、薬剤の発見に不可欠です。

物質の生物学的半減期と血漿半減期の関係は、組織への蓄積、タンパク質結合、活性代謝物、受容体相互作用などの要因により、物質によって複雑になることがあります。 ^[7]

例

水

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飲むと、体内の水の生物学的半減期が短くなります。^[8]^{[9]これは、}トリチウム水で内部汚染された患者の除染に使用されてきました。この除染方法の基本は、体内の水分が新しい水に置き換わる速度を高めることです。

アルコール

肝臓のアルコール脱水素酵素による酸化を通じて人体からエタノール（飲酒）を除去する効果には限界があります。そのため、血液から高濃度のアルコールを除去する場合は、ゼロ次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、他の物質と共通である可能性があります。たとえば、血中アルコール濃度を使用して、メタノールとエチレングリコールの生化学を修正することができます。このようにして、メタノールを摂取した人に適量のエタノールを与えることで、人体内でのメタノールの有毒なホルムアルデヒドとギ酸への酸化を防ぐことができます。メタノールは非常に有毒で、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じように治療できます。半減期は、問題の個人の主観的な代謝率にも関連しています。

一般的な処方薬

金属

人間におけるセシウムの生物学的半減期は 1 ～ 4 か月です。プルシアンブルーを摂取させることで、この半減期を短縮できます。プルシアンブルーは消化器系内で固体イオン交換体として働き、セシウムを吸収しながらカリウムイオンを放出します。

いくつかの物質については、人体や動物の体がいくつかの部分から成り、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、それぞれの部分が生物学的半減期が異なると考えることが重要です（生理学に基づく薬物動態モデリング）。ある物質を生物全体から取り除こうとすると、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、体内から鉛が失われる速度は速まりますが、体内の鉛は脳に移動する傾向があり、そこで最も害を及ぼします。^[28]

体内におけるポロニウムの生物学的半減期は約 30 日から 50 日です。
体内のセシウムの生物学的半減期は約1～4か月です。
体内の水銀（メチル水銀）の半減期は約65日です。
血液中の鉛の半減期は28～36日です。^[29]^[30]
骨に含まれる鉛の生物学的半減期は約 10 年です。
骨中のカドミウムの生物学的半減期は約 30 年です。
骨中のプルトニウムの生物学的半減期は約100年です。
肝臓内のプルトニウムの生物学的半減期は約40年です。

末梢半減期

物質によっては、体の部位によって半減期が異なることがあります。例えば、オキシトシンを静脈内投与した場合、血液中での半減期は通常約3分です。オキシトシンのような末梢投与（静脈内など）されたペプチドは、血液脳関門をほとんど通過しませんが、この経路で投与された場合、ごく少量（< 1%）はヒトの中枢神経系に入るようです。 ^[31]末梢投与とは対照的に、鼻腔スプレーによっ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、ヒトで精神活性効果を発揮します。 ^[32]^[33]さらに、末梢投与の場合とは異なり、鼻腔内オキシトシンの中枢持続時間は少なくとも2.25時間、最長4時間です。^[34]^[35]この事実に関連していると思われますが、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ます。^[31]

レート方程式

一次消去法

半減期は、消失速度が指数関数的であるプロセスに適用されます。が時間における物質の濃度である場合、その時間依存性は次のように表されます。 $C(t)$ $t$

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

ここでkは反応速度定数である。このような減衰率は、消失速度が物質の量に比例する一次反応から生じる。 ^[39]

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

このプロセスの半減期は^[39]

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。

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

ここでλz_は、半対数スケール上の物質の時間-濃度曲線の終末相の傾きである。^[40]^[41]

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。

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

臨床実践では、これは、通常の投与を開始、中止、または投与量を変更した後、薬物の血清濃度が定常状態に達するまでに半減期の4～5倍かかることを意味します。したがって、たと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、投与量を変更しても完全に効果が出るまでに1週間近くかかります。このため、半減期の長い薬剤（例：アミオダロン、消失t_⁠_1/2⁠約 58 日間）は、通常、望ましい臨床効果をより早く達成するために、負荷投与から開始されます。

二相性半減期

多くの薬剤は二相性の消失曲線（最初は急勾配、次に緩勾配）に従います。

曲線の急峻な（初期）部分 —> 体内での薬物の初期分布。

曲線の浅い部分 —> 薬物の最終的な排泄。これは、薬物が組織区画から血液中に放出されることに依存します。

より長い半減期は終末半減期と呼ばれ、最も大きな成分の半減期は主半減期と呼ばれます。^[39]より詳細な説明については、薬物動態学§マルチコンパートメントモデルを参照してください。

参照

半減期は、物理学や薬理学における一般的な数学的概念に関係します。
有効半減期

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