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1. 개요
Pharmacokinetics / 藥 動 學약동학은 약이 인체 내로 어떻게 흡수되고, 인체 내에서 어떻게 분포하고, 대사되고, 배설되는지 다루는 학문이다. 약물동태학이라고 부르기도 한다. 약력학이 약이 인체에 미치는 영향을 연구한다면, 약동학은 반대로 인체가 약을 어떻게 처리하는지 연구한다고 비교할 수 있다. 약동학에서 다루는 중요한 주제, 흡수(Absorption), 분포(Distribution), 대사(Metabolism), 배설(Excretion)을 묶어서 ADME라고 부른다.
2. 영차역학과 일차역학
일차역학(first order kinetics)은 농도에 비례하여 반응이 나타나는 경우를 의미한다. 예를 들어, 어떤 약물의 대사가 일차역학을 따른다면, 약물의 농도가 올라갈수록 더 많은 양이 대사된다는 뜻이다. 단위시간에 일정한 분율로 소실되므로 약물농도를 Cp(t)라고할 경우 미분방정식은 dCp(t)/dt = -kCp(t)가 되게 된다. 위 식을 라플라스변환하고 다시 역라플라스 변환을 하는 경우 Cp(t) = Cp(0) * exp^-kt의 함수가 나오게 된다.(*는 합성곱이 아니다.) -k(제거속도상수)는 위 함수의 자연대수(Natural logarithm)를 취한 그래프의 기울기이다.영차역학(zero order kinetics)은 농도와 무관하게 일정한 반응이 나타나는 경우를 의미한다. 이 경우, 약물의 농도가 올라가더라도 약물의 대사나 배설이 늘어나지 않으므로, 농도가 과도하게 상승하여 독성이 나타날 우려가 커진다. 약물을 대사하거나 배설하는 능력이 농도에 비해 충분하지 못해 포화 상태에 이른 경우 이러한 현상이 나타나게 된다. 예를 들어, 항경련제 페니토인(phenytoin)의 경우 치료 범위 내에서도 영차 역학을 보일 수 있다.
3. 약의 흡수
약의 흡수를 보여주는 지표로는 생체이용률(bioavailability)과 곡선아래면적(Area Under the Curve, AUC)이 있다. 생체이용률은 투여한 약 중에서 온몸 순환(systemic circulation)에 도달한 약의 비율을 나타낸다. 정맥 주사의 경우 직접 순환계로 약을 투여하는 경우이므로, 당연하게도 생체이용률은 100%이다. 경구 투여의 경우, 약이 온몸 순환에 도달하기 전에 간에서 대사되어 배설되는 등의 일차 통과 효과(first pass effect)가 나타나므로, 생체이용률이 100%보다 낮을 수 있다.위의 곡선은 어떤 약을 경구(PO)로 투여했을 때와 정맥 주사(IV)로 투여했을 때, 시간에 따른 혈중 약의 농도를 나타낸 것이다. 정맥 투여의 경우 투여 즉시 혈중 농도가 최대가 되며, 이후 약이 분포되고, 대사되고, 배설됨에 따라서 혈중 농도가 감소하는 양상을 보인다. 이 곡선에서 경구로 투여하는 약의 생체이용률을 (경구 투여시의 곡선아래면적)/(정맥 주사시의 곡선아래면적)으로 구할 수 있다.
4. 약의 분포
약의 분포를 나타내는 지표에는 분포용적(Volume of distribution, Vd)이 있다. 분포용적은 신체에 존재하는 약의 총량을 약의 혈장 농도로 나누어 구할 수 있다. 약의 분포를 결정하는 요인으로는, 약 그 자체의 특성도 있지만, '신체에서 지질의 구성 비율'과 같은 개인에 따라 다른 요인들도 있다. 분포용적은 실제 분포 용적을 나타내는 것이 아니므로, 때에 따라서 신체의 부피보다 더 큰 값이 나오기도 한다.가령, 체중 60kg인 사람의 경우를 생각해 보자. 평균적으로 체액은 전체 체중의 60%를 차지하므로, 이 사람에서 체액의 부피는 36L라고 할 수 있다. 지질의 경우 그 양이 사람마다 편차가 심하지만, 12L라고 가정한다. 그 외에 약물이 추가적으로 결합할 수 있는 혈장 단백질( 알부민 등)이 존재한다. 이런 결합 가능한 성분들은 일명 무반응 수용체라고 불리며, 약물과 결합해 약효가 발휘되는 것을 지연시킨다. 이렇듯 약물이 존재할 수 있는 부위는 크게 세 부류로 나뉜다. 여기서 수용성 약물( 알코올 등)의 경우에는 지질과 거의 결합하지 않으므로, 분포용적이 곧 체액의 용적과 거의 같게 된다. 즉, 위 사례에서 알코올의 분포용적은 36L가 된다. 반면, 이 약물의 지질에 대한 용해성이 커 물보다 5배나 잘 녹는 경우에 분포 용적은 36+12×5=96L가 된다. 계산에서 혈장 단백질 등이 추가 결합 성분은 무시하였다. 이렇듯 분포 용적은 약물 자체의 특성에 따라 사람의 전체 용적보다도 커질 수 있다.
5. 약의 대사
약물대사는 크게 제1상과 제2상으로 나눌 수 있다. 다만, 반드시 두 단계가 일어나지는 않으며, 제1상과 제2상이 순서대로 일어나는 것은 아니다. 따라서, 제1상, 제2상을 각각 산화와 환원(oxidation/reduction), 포합과 가수분해(conjugation/hydrolysis)로 명명하기도 한다.약의 대사 과정 중 제1상에서 가장 중요한 역할을 하는 효소는 사이토크롬 P450(cytochrome P450, CYP)이다. 시토크롬 P450은 전체 약물 중 약 75%의 대사를 담당한다. 어떤 약은 시토크롬 P450을 촉진하거나 억제하기도 하며, 이는 약물 상호작용(drug-drug interaction)이 일어나는 기전 중 하나이다. 예를 들어, 항진균제 케토코나졸(ketoconazole)은 시토크롬 P450을 억제하여, 함께 투여된 약들의 대사를 저해할 수 있다. 시토크롬 P450 이외에 약물 대사 제1상에서 중요한 역할을 하는 효소로는 알코올 탈수소효소(alcohol dehydrogenase)가 있다.