JPH0510955A - 薬物または基質の動態解析方法および装置 - Google Patents

薬物または基質の動態解析方法および装置

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JPH0510955A
JPH0510955A JP18380491A JP18380491A JPH0510955A JP H0510955 A JPH0510955 A JP H0510955A JP 18380491 A JP18380491 A JP 18380491A JP 18380491 A JP18380491 A JP 18380491A JP H0510955 A JPH0510955 A JP H0510955A
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Akiyo Shigematsu
昭世 重松
Akiko Hatori
晶子 羽鳥
Hiroko Momose
裕子 百瀬
Akimichi Shigematsu
映理 重松
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 代謝プールの大きさが定量できる、ラジオ
レスピロメトリまたは血液中標識濃度の時間的追跡によ
り薬物またはそれ以外の基質の動態を解析する方法およ
び装置を実現する。 【構成】 放射性炭素標識物質の投与後の時間tを横
軸に、各時間における呼気または血液中の放射能強度y
を縦軸に、いずれも真数スケールでプロットし、式
(I)が近似的に成立するものとして、実験結果に最も
適合する定数a,b,cを求める。 y=a(1−e-bt )e-ct (I)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薬物および基質の動態
解析方法および装置に関するもので、特に、放射性標識
物質の代謝経路の律速段階となる代謝プールの大きさの
情報を得ることができる、薬物および基質の動態解析方
法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】炭素の放射性同位体C14で標識した燃焼
基質物質を生物に投与し、呼気中に二酸化炭素として排
出されるC14の放射能を測定するラジオレスピロメトリ
は、生物体内での代謝の解析に有用な技法の一つとして
利用されている。
【0003】ラジオレスピロメトリの結果の解析には、
投与後の時間の真数を横軸に、呼気中の放射能強度の対
数を縦軸にプロットしたグラフを作ると、多くの場合、
比較的急な立上がりとそれに続く右下がりの部分(以
下、減衰領域と言う)が得られ、減衰領域は一つか二つ
以上の直線部分を含むので、この部分の勾配等を利用し
ていた。経口投与によるラジオレスピロメトリでは、代
謝プールがあると、図5−Aに示すように、立上がり部
分の傾斜が若干緩くなり、直線を含む減衰領域は右にシ
フトして、傾斜も緩くなり、二つ以上の直線部分が含ま
れるので、これに基づいて代謝プールの存在を推定する
ことができる。
【0004】静脈注射による投与の場合には、ラジオレ
スピロメトリの記録波形の立上がりは垂直に近くなる
が、代謝経路にプールがあると、図5−Bに示すよう
に、減衰領域に二つ以上の直線部が現れる。これを利用
して、代謝プールの存在を推定する。
【0005】燃焼基質でない外来性成分、特に体外に呼
気CO2 としての排出が少ない薬物や毒物の経口投与の
場合、標識濃度の追跡は血液について行われ、図6に示
すように、減衰を表す片対数グラフが二つ以上の直線部
から成ることを利用して、代謝プールの存在を推定す
る。
【0006】このような取扱いは、線形コンパートメン
トモデルと呼ばれ、薬物等を投与した後の血中濃度Cp
の時間的変化が次の式で表されることを前提としてい
る。 Cp =C1 exp(−λ1 t)+C2 exp(−λ2 t)+C3 exp(−λ3 t)+・・・ (C1 ,C2 ,C3 ,λ1 ,λ2 ,λ3 等はそれぞれ定
数) 単純な場合として、 Cp =C1 exp(−λ1 t)+C2 exp(−λ2 t) λ1 >λ2 とすると、tが大きい領域では近似的に Cp =C2 exp(−λ2 t) tが小さい領域では近似的に lnCp −λ1 t=lnC1 が成り立ち、それぞれグラフ(片対数)の直線の傾斜か
らλ2 あるいはλ1 、切片あるいは延長の切片からC2
あるいはC1 が求められる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のこのよ
うな解析方法では、代謝プールの存在は検出できても、
その大きさに関しては定性的に知ることができるだけで
あり、定量的な情報を得ることができなかった。
【0008】すなわち、前記の半対数グラフを利用する
線形コンパートメントモデルでは、λ1 、λ2 等の減衰
定数やC1 ,C2 等の係数が求められても、代謝系に関
するその物理的意味は明らかでなく、代謝経路中のプー
ルの大きさを定量的に表すものではない。
【0009】それ故、ラジオレスピロメトリまたは血液
中標識物濃度の追跡により、代謝プールの大きさに関し
て定量的な情報を得る方法が強く要望されている。
【0010】本発明の第一の目的は、代謝プールの大き
さが定量できる、ラジオレスピロメトリまたは血液中標
識濃度の時間的追跡により薬物またはそれ以外の基質の
動態を解析する方法を実現することにある。
【0011】本発明の第二の目的は、代謝プールの大き
さが定量できる、ラジオレスピロメトリまたは血液中標
識濃度の時間的追跡により薬物またはそれ以外の基質の
動態を解析する装置を実現することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の上記第一の目的
は、放射性炭素標識物質の投与後の時間tを横軸に、各
時間における呼気または血液中の放射能強度yを縦軸
に、いずれも真数スケールでプロットし、呼気または血
液中放射能について下記式(I)が近似的に成立するも
のとして、 y=a(1−e-bt )e-ct (I) 実験結果に最も適合する定数a,b,cを求めることに
より、達成される。
【0013】実験結果に対する式の最適化は、各測定時
点におけるデータと、式による数値の、差の二乗の和
(またはその平方根、すなわち標準偏差)を最小にすR
ように、いわゆる最小二乗法の原理により行う。定数
a,b,cの最適化は少なくとも二段階で行う。具体的
には、まず立上がり部分について定数a,bの最適化を
行い、その後に減衰部分について定数cの最適値を求め
(第一段階)、このcの値に対して、さらにb(必要に
応じてaも)の値の最適化を再び行う。この補正された
bの値に対してcの値の補正を行うことが、より好まし
い。定数bとcの間で互に数値の補正を繰り返してもよ
い。
【0014】式(I)の第一因子aは、パルス的に通常
投与される放射性標識物質の投与料に大きく依存する。
しかし、呼気または血液以外への排出の割合にも依存す
る。
【0015】定数bが小さいことは、呼気中放射能の立
上がりが緩やかなことに対応し、代謝経路中で律速段階
となる代謝プール(以下、単に代謝プールと言う)のサ
イズが大きいことを示す。すなわち、代謝プールの相対
的サイズをVで表すと、次のように表すことができる。 b=r/V (rは定数) (III) 従って、定数rを決定すれば、ラジオレスピロメトリの
結果から代謝プールのサイズVを定めることができる。
定数rの具体的な値を定めなくても、bの値によって代
謝プールの相対的な大きさを比較することができる。
【0016】放射能の立上がりの後、極大点以降の減衰
は式(I)の第三の因子e-ct 、従って定数cにより主
に決定される。定数cは、満たされた代謝プールからの
C14の放出(拡散)の速さに対応する。式(I)でa=
1に基準化し、k=c/bとおいて、式(I)を書き換
えれば式(IV)が得られる。 Y=(1−e-bt )e-kbt (IV) 呼気中(または血中)放射能変化に最もよく適合する式
(IV)のb,kの値を求めれば、式(III)により代謝プ
ールの相対的サイズVを求め、また代謝プールからの拡
散の相対的速さをkとして求めることができる。
【0017】C14のプールへの供給の開始が若干遅れる
ことも考えられる。遅れをdとすれば、立上がり領域で
の放射能の変化yは t>d: y=a(1−e-b(t-d) ) で表される。
【0018】また、代謝プールが充分満たされた後でな
いと、C14のプールからの放出が始まらない場合がある
とすれば、式(I)の第三因子の寄与はt=dから始ま
るのでなく、さらに若干遅れると考えられる。プールか
らの放出の遅れをeとすれば、ラジオレスピロメトリで
の放射能の変化yまたはYは、より厳密には式(II)ま
たは(V)で表されるであろう。 t≦d+e: y=a(1−e-b(t-d) ) t>d+e: y=a(1−e-b(t-d) )e-c(t-d-e) (II) (tは投与後の時間を、yは呼気または血液中の放射能
を、a,b,cは各々正の定数を、d,eは0または正
の定数を表す)Y=y/a, c=kbとすると、 t≦d+e: Y=(1−e-b(t-d) ) t>d+e: Y=(1−e-b(t-d) )e-kb(t-d-e) (V) 式(I)または(IV)による定数cの適合度を十分高め
ることができない場合には、式(II)または(V)と適
当なd,eの値を用いることにより、適合度を高めるこ
とができる。
【0019】薬物や毒物のように燃焼基質でない外来性
成分についても、上記と同様代謝経路の律速段階となる
代謝プールの大きさの情報を得ることができる。特に体
外に呼気CO2 としての排出が少ない薬物や毒物の経口
投与の場合には、標識濃度の追跡は血液について行う。
標識物質を投与後の所定時間毎に採血した血液中の放射
能濃度を測定し、縦軸に放射能濃度を取り、横軸に投与
後の時間を取って、グラフ化すれば、前述のラジオレス
ピロメトリ記録波形と近似の曲線が得られ、上述と同様
の解析方法を適用することができる。
【0020】上記第二の目的を達成するため、本発明で
は、薬物および基質の動態解析装置を、放射性標識物質
を投与された生物の呼気または血液中の放射能の時間的
に変化する測定値を入力する入力手段と、所定の複数の
関数を記憶する記憶手段と、入力された放射能測定値の
時間的変化と記憶された関数を比較する比較手段と、比
較により得た放射能測定値の時間的変化と関数との差異
を演算し、この差異が最小となる関数を選択し、選択さ
れた関数を上記差異が減少するように補正する演算手段
と、補正された関数を表示する表示手段から成るものと
する。
【0021】
【実施例】以下に実施例を示し、本発明のさらに具体的
な説明とする。 [実施例1]ラジオレスピロメトリを実施する前に16
ビットパーソナルコンピュータ(以下、コンピュータと
言う)に、前述の式(II)による関数の定数a,bおよ
びcに関してそれぞれ有効数字1から999999ま
で、10進桁0.000001から1000000ま
で、dについては0から0.5おきに20までを記憶さ
せておく。10mCi/mmolのC14でU−位(ユニ
バーサル)に標識したD−グルコース0.1μmolを
含む溶液0.1ccを、体重120〜140gのウィス
ター系雄ラットに経口投与し、投与後約90分間、連続
的に呼気中放射能をラジオレスピロメータで測定した。
測定結果をコンピュータに入力し、メモリに記憶させ
る。入力、記憶された測定結果は表1の通りである。
【0022】記憶されたラジオレスピロメトリの立上が
り部のデータを反復して出力させながら、コンピュータ
のメモリから定数cを0とした関数を呼び出して比較
し、測定データと差の小さいものを3個選んだ。
【0023】定数dを0とし、選ばれた定数aとbの組
合せに、記憶された範囲の定数cを組合せた関数を、減
衰領域の測定データと比較し、差の小さくなる定数cを
3個選択した。cの値のそれぞれについて選択された各
関数の定数aとbを、1段階ずつ増減させながら、測定
データと関数の差を小さくするように調節して、差を最
も小さくした。選ばれた値は a=5.33 ,b=0.185 ,c=0.02 であった。
【0024】しかし、減衰領域でのデータとの差が充分
小さくならない(相対誤差の二乗の平均値の平方根を1
から差引いた値の100倍を適合度αと定義した場合、
80%であった)。そこで定数dを2として、定数cの
選択とそれに対応する定数a,bの調節を再び行ったと
ころ、 a=8.450, b=0.0600, c=0.02
60 とすると、適合度αが改善され、ほぼ100%となっ
た。定数dを3、あるいは定数eを1として同じ調節を
行うと、適合度αはかえって低下した(d=3とした場
合、αは84%となった)。
【0025】 表 1 時間(分) 放射能 時間(分) 放射能 1 0.200 28 3.225 2 0.375 29 3.325 3 0.575 30 3.163 5 1.100 31 3.175 7 1.600 32 3.125 9 2.375 34 3.050 11 2.625 37 2.950 12 2.813 40 2.825 13 2.900 43 2.625 14 3.125 46 2.263 15 3.300 49 2.050 15.5 3.350 52 2.037 16 3.450 53 1.963 16.5 3.362 54 1.950 17 3.400 55 1.838 17.5 3.375 56 1.838 18 3.413 57 1.785 19 3.425 58 1.738 20 3.525 60 1.688 21 3.710 65 1.675 22 3.725 70 1.550 23 3.700 75 1.438 24 3.675 80 1.150 25 3.538 85 1.150 26 3.400 90 1.075 27 3.313
【0026】以上により、 a=8.450,b=0.
0600,c=0.0260,d=2 に決定した。す
なわち、測定データに最も適合する関数は、t>2にお
いて y=8.450(1−e-0.06(t-2))e-0.026(t-2) または Y=(1−e-bt )e-kbt b=0.0600,k=0.0260/0.0600=0.433 であった。この関数とラジオレスピロメトリ測定値のグ
ラフを図1に示す。
【0027】[実施例2]実施例1におけるD−グルコ
ースの代りに、58mCi/mmolのC14でカルボキ
シル基を標識したメチオニン3μCi相当量を、体重1
20ー140gのウィスター系雄ラットに経口投与し、
実施例1と同様にラジオレスピロメトリを行った。測定
結果は表2の通りである。
【0028】 表 2 時間(分) 放射能 時間(分) 放射能 1 0.875 21 2.625 3 1.913 22 2.588 4 2.450 23 2.525 5 2.575 24 2.488 5.5 2.630 25 2.338 6 2.800 26 2.200 6.5 2.890 27 2.100 7 2.975 28 2.063 8 2.988 29 2.013 9 3.025 30 1.963 10 3.063 31 1.913 10.5 3.100 32 1.825 11 3.125 34 1.700 12 3.100 36 1.575 13 3.050 38 1.475 14 3.187 40 1.400 15 3.038 42 1.738 16 3.050 45 1.213 18 2.850 50 1.050 20 2.675 55 0.938 60 0.838
【0029】実施例1と同様立上がり領域のデータに適
合する定数a,bを選択し、それに対して減衰領域のデ
ータに適合する定数cを選択し、測定データ全体に最も
適合する関数を決定した。dについて考慮する必要はな
かった。得られた関数は y=a(1−e-bt )e-ct a=5.053,b=0.185,c=0.0311 Y=(1−e-bt )e-kbt b=0.185,k=0.0311/0.185=0.
17 であった。この関数とラジオレスピロメトリ測定値のグ
ラフを図2に示す。
【0030】[実施例3]実施例2におけるC14標識の
位置をメチオニンのメチル基に変更した以外は、実施例
2と同様にラジオレスピロメトリの解析を行った。測定
結果は表3の通りであった。
【0031】得られた関数は、t>1.5において y=a(1−e-b(t-1.5) )e-c(t-1.5) a=2.831,b=0.0994,c=0.049
5,d=1.5 または Y=(1−e-b(t-1.5) )e-kb(t-1.5) Y=y/2.831,b=0.994,k=0.049 であった。この関数とラジオレスピロメトリ測定値のグ
ラフを図3に示す。
【0032】同じメチオニンでも標識位置がメチル基の
場合には、カルボキシル基標識の場合よりbの値が小さ
く、メチオニンのメチル基を含む部分の代謝プールがカ
ルボキシル基(またはそれを含む部分)のプールよりも
大きいことを示している。
【0033】 表 3 時間(分) 放射能 時間(分) 放射能 1 0.075 24 0.825 2 0.200 25 0.800 3 0.413 26 0.750 4 0.575 27 0.688 5 0.625 28 0.650 6 0.788 29 0.625 7 0.913 30 0.613 8 0.975 31 0.588 8.5 1.012 32 0.575 9 1.025 33 0.563 9.5 1.070 34 0.525 10 1.075 36 0.513 10.5 1.100 38 0.475 11 1.125 40 0.438 12 1.155 45 0.388 13 1.150 50 0.338 14 1.137 55 0.238 15 1.113 60 0.175 16 1.088 65 0.163 18 1.025 70 0.163 20 0.950 75 0.125 22 0.900 80 0.113
【0034】[実施例4]図4に示すように、パーソナ
ルコンピュータを利用して薬物および基質の動態解析装
置を構成した。放射性標識物質を投与された生物の呼気
または血液中の放射能の時間的に変化する測定値を入力
する入力手段として、パーソナルコンピュータ1のキー
ボード2を利用し、所定の複数の関数を記憶する記憶手
段としてパーソナルコンピュータ1のメモリ3を利用
し、パーソナルコンピュータ1の演算部4を、入力され
た放射能測定値の時間的変化と記憶された関数を比較す
る比較手段として、また比較により得た放射能測定値の
時間的変化と関数との差異を演算し、この差異が最小と
なる関数を選択し、選択された関数を上記差異が減少す
るように補正する演算手段として利用し、補正された関
数を表示する表示手段としてパーソナルコンピュータ1
の表示部5(例えばCRT)を利用する。
【0035】
【発明の効果】本発明の薬物または基質の動態解析方法
によると、ラジオレスピロメトリまたは血液中標識濃度
の時間的変化から、薬物またはそれ以外の基質につい
て、その体内代謝経路における代謝プールの大きさを、
少なくとも相対的に定量できる。
【0036】本発明の薬物または基質の動態解析装置
は、ラジオレスピロメトリまたは血液中標識濃度の時間
的追跡により、薬物またはそれ以外の基質について代謝
プールの大きさの少なくとも相対的な定量を可能にす
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明による薬物または基質の動態解
析方法の一実施例で得られた、ラジオレスピロメトリ測
定値と関数を示すグラフである。
【図2】図2は、本発明による薬物または基質の動態解
析方法の他の実施例で得られた、ラジオレスピロメトリ
測定値と関数を示すグラフである。
【図3】図3は、本発明による薬物または基質の動態解
析方法の第三の実施例で得られた、ラジオレスピロメト
リ測定値と関数を示すグラフである。
【図4】図4は、本発明による薬物または基質の動態解
析装置の一実施例を示す説明図である。
【図5】図5Aおよび5Bは、従来の薬物または基質の
動態解析方法で用いる、ラジオレスピロメトリ測定値と
時間の関係を示す片対数グラフである。
【図6】図6は、従来の薬物または基質の動態解析方法
で用いる、血中濃度測定値と時間の関係を示す片対数グ
ラフである。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放射性標識物質を投与された生物の呼気
    または血液中の放射能の時間的変化と、下記式(I)で
    表される、所定の定数を有する関数を比較し、 前記放射能の時間的変化に最も適合する前記関数を選択
    し、 前記関数の単調増加領域について定数aおよびbを、前
    記放射能の時間的変化と前記関数の適合が改善されるよ
    うに補正し、 前記関数の単調減少領域について定数cを、前記適合が
    改善されるように補正し、 補正された定数a,b,cを有する前記関数で前記放射
    能の時間的変化が近似的に表されるものとして、前記定
    数bを、前記標識物質の代謝経路の律速段階をなす代謝
    プールの大きさの尺度とし、 前記定数cを、前記代謝経路における前記代謝プールか
    らの関連代謝物質の放出速度の尺度とすることを特徴と
    する、薬物または基質の動態解析方法。 y=a(1−e-bt )e-ct (I) (tは投与後の時間を、yは呼気または血液中の放射能
    を、a,b,cは各々正の定数を表す)
  2. 【請求項2】 放射性標識物質を投与された生物の呼気
    または血液中の放射能の時間的変化と、下記式(II)で
    表される、所定の定数を有する関数を比較し、 前記放射能の時間的変化に最も適合する前記関数を選択
    し、 前記関数の単調増加領域について定数a,bおよびd
    を、前記放射能の時間的変化と前記関数の適合が改善さ
    れるように補正し、 前記関数の単調減少領域について定数cおよびeを、前
    記適合が改善されるように補正し、 補正された定数a,b,c,dおよびeを有する前記関
    数で前記放射能の時間的変化が近似的に表されるものと
    して、前記定数bを、前記標識物質の代謝経路の律速段
    階をなす代謝プールの大きさの尺度とし、 前記定数cを、前記代謝経路における前記代謝プールか
    らの関連代謝物質の放出速度の尺度とし、 前記定数eを、前記代謝プールが充満するまでの時間と
    することを特徴とする、薬物または基質の動態解析方
    法。 t≦d+e: y=a(1−e-b(t-d) ) t>d+e: y=a(1−e-b(t-d) )e-c(t-d-e) (II) (tは投与後の時間を、yは呼気または血液中の放射能
    を、a,b,cは各々正の定数を、d,eは0または正
    の定数を表す)
  3. 【請求項3】 放射性標識物質を投与された生物の呼気
    または血液中の放射能の時間的に変化する測定値を入力
    する入力手段と、 所定の複数の関数を記憶する記憶手段と、 前記入力された放射能測定値の時間的変化と前記関数を
    比較する比較手段と、 前記比較による前記時間的変化と前記関数との差異を演
    算し、この差異が最小となる前記関数を選択し、選択さ
    れた前記関数を前記差異が減少するように補正する演算
    手段と、 前記補正された関数を表示する表示手段から成ることを
    特徴とする、薬物および基質の動態解析装置。
  4. 【請求項4】 前記関数が時間に関する指数関数を含
    み、前記関数の前記選択および前記補正が、前記指数関
    数に含まれる少なくとも二つの定数に関して行われる、
    請求項3の薬物および基質の動態解析装置。
  5. 【請求項5】 前記関数が下記式(II)で表される、請
    求項4の薬物および基質の動態解析装置。 t≦d+e: y=a(1−e-b(t-d) ) t>d+e: y=a(1−e-b(t-d) )e-c(t-d-e) (II) (tは投与後の時間を、yは呼気または血液中の放射能
    を、a,b,cは各々正の定数を、d,eは0または正
    の定数を表す)
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