เภสัชจลนศาสตร์ (จากภาษากรีกโบราณpharmakon 'ยา' และkinetikos 'การเคลื่อนไหว การทำให้เคลื่อนที่'; ดูเคมีจลนศาสตร์ ) บางครั้งย่อว่าPKเป็นสาขาหนึ่งของเภสัชวิทยาที่อุทิศให้กับการอธิบายว่าร่างกายส่งผลต่อสารเฉพาะอย่างไรหลังจากได้รับการบริหารยา^{[ 1 ]}สารที่น่าสนใจได้แก่สารเคมีแปลกปลอม ใดๆ เช่นยายาฆ่าแมลงสารเติมแต่งอาหารเครื่องสำอางฯลฯ PK พยายามวิเคราะห์การเผาผลาญ ทางเคมี และค้นหาชะตากรรมของสารเคมีตั้งแต่ช่วงเวลาที่ได้รับการบริหารยาจนถึงจุดที่ถูกกำจัดออกจากร่างกาย อย่างสมบูรณ์ PK อาศัยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ให้ความสำคัญอย่างมากกับความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของยาในพลาสมาและเวลาที่ผ่านไปนับตั้งแต่ได้รับการบริหารยา เภสัชจลนศาสตร์คือการศึกษาว่าสิ่งมีชีวิตส่งผลต่อยาอย่างไร ในขณะที่เภสัชพลศาสตร์ (PD) คือการศึกษาว่ายาส่งผลต่อสิ่งมีชีวิตอย่างไร ปัจจัยทั้งสองนี้มีอิทธิพลต่อปริมาณยาประโยชน์ และผลข้างเคียงดังที่เห็นได้ในแบบจำลองเภสัชจลนศาสตร์/เภสัชพลศาสตร์ (PK/PD )

เมื่อยาเข้าสู่ร่างกาย จะเกิดกระบวนการหลายขั้นตอน ซึ่งอธิบายโดยใช้ตัวย่อADME (หรือ LADME หากรวมการปลดปล่อยเป็นขั้นตอนแยกต่างหากจากการดูดซึม):

• การปลดปล่อย– กระบวนการที่ส่วนประกอบทางเภสัชกรรมที่ออกฤทธิ์ (API) แยกออกจากสูตรยา ^{[ 3 ] [ 4 ]}ดูเพิ่มเติมที่IVIVC
• การดูดซึม– กระบวนการที่ยาเข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิตจากบริเวณที่ให้ยา
• การกระจายตัว– การแพร่กระจายของสารต่างๆ ไปทั่วของเหลวและเนื้อเยื่อของร่างกาย
• กระบวนการ เมตาบอลิซึม(หรือการเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพ หรือการทำให้ไม่ทำงาน) – ปฏิกิริยาทางเคมีของยาและการสลายตัวที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ไปเป็นสารเมตาบอไลต์เอนไซม์เมตาบอลิซึมเช่นไซโตโครม P450หรือกลูคูโรโนซิลทรานสเฟอเรส)
• การขับถ่าย– การกำจัดสารหรือเมตาบอไลต์ออกจากร่างกาย ในบางกรณียาอยู่ในเนื้อเยื่อของร่างกาย ^{อย่างถาวร [ 5 ]}

ตำราเรียนบางเล่มรวมสองขั้นตอนแรกเข้าด้วยกัน เนื่องจากยาจะถูกบริหารในรูปแบบที่ออกฤทธิ์อยู่แล้ว ซึ่งหมายความว่าไม่มีขั้นตอนการปลดปล่อยยา บางเล่มรวมขั้นตอนการกระจายตัว การเผาผลาญ และการขับถ่ายเข้าไว้ในขั้นตอนการกำจัดยา ผู้เขียนบางท่านรวมแง่มุมทางพิษวิทยาของยาไว้ในสิ่งที่เรียกว่าADME-ToxหรือADMETขั้นตอนการเผาผลาญและการขับถ่ายสามารถรวมเข้าด้วยกันได้ภายใต้ชื่อการกำจัดยา

การศึกษาขั้นตอนต่างๆ เหล่านี้เกี่ยวข้องกับการใช้และการจัดการแนวคิดพื้นฐานเพื่อทำความเข้าใจพลวัตของกระบวนการ ด้วยเหตุนี้ เพื่อให้เข้าใจจลนศาสตร์ของยาอย่างถ่องแท้ จำเป็นต้องมีความรู้โดยละเอียดเกี่ยวกับปัจจัยหลายประการ เช่น คุณสมบัติของสารที่ทำหน้าที่เป็นสารช่วย ในการผลิต ยา ลักษณะของเยื่อชีวภาพ ที่เหมาะสม และวิธีที่สารต่างๆ สามารถผ่านเยื่อเหล่านั้นได้ หรือวิธีที่ปฏิกิริยาของเอนไซม์ หลายชนิด อาจกระตุ้นหรือยับยั้งยา

ต่อไปนี้เป็นตัวชี้วัดทางเภสัชจลนศาสตร์ที่วัดกันบ่อยที่สุด: ^{[ 6 ]}หน่วยของขนาดยาในตารางแสดงเป็นโมล (mol) และโมลาร์ (M) หากต้องการแสดงตัวชี้วัดในตารางเป็นหน่วยมวลแทนปริมาณสารให้แทนที่ 'mol' ด้วย 'g' และ 'M' ด้วย 'g/L' ในทำนองเดียวกัน หน่วยอื่นๆ ในตารางอาจแสดงในหน่วยที่มีมิติ เทียบเท่ากันได้ โดยการปรับขนาด^{[ 7 ]}

ตัวชี้วัดเภสัชจลนศาสตร์

ลักษณะเฉพาะ	คำอธิบาย	เครื่องหมาย	หน่วย	สูตร	ค่าตัวอย่างที่คำนวณแล้ว
ปริมาณยา	ปริมาณยาที่ให้	${\displaystyle D}$	${\displaystyle \mathrm {mol} }$	พารามิเตอร์การออกแบบ	500  มิลลิโมล
ช่วงเวลาการให้ยา	ช่วงเวลาห่างระหว่างการให้ยาแต่ละครั้ง	${\displaystyle \tau }$	${\displaystyle \mathrm {h} }$	พารามิเตอร์การออกแบบ	24  ชั่วโมง
ความเข้มข้นสูงสุดในซีรั่ม	ระดับความเข้มข้นสูงสุดของยาในพลาสมาหลังการให้ยา	${\displaystyle C_{\text{max}}}$	${\displaystyle \mathrm {mmol/L} }$	การวัดโดยตรง	60.9  มิลลิโมล/ลิตร
เวลาขั้นต่ำสำหรับ${\displaystyle C_{\text{max}}}$	เวลาขั้นต่ำที่ใช้ในการเดินทางถึงที่หมาย${\displaystyle C_{\text{max}}}$	${\displaystyle t_{\text{max}}}$	${\displaystyle \mathrm {h} }$	การวัดโดยตรง	3.9  ชั่วโมง
ความเข้มข้นของพลาสมาขั้นต่ำ	ความเข้มข้น ต่ำสุด ( ระดับต่ำสุด ) ที่ยาไปถึงก่อนที่จะให้ยาครั้งต่อไป	${\displaystyle C_{{\text{min}},{\text{ss}}}}$	${\displaystyle \mathrm {mmol/L} }$	${\displaystyle C_{\text{min}}={\frac {SFDk_{a}}{V_{d}(k_{a}-k_{e})}}\times \left({\frac {e^{-k_{e}\tau }}{1-e^{-k_{e}\tau }}}-{\frac {e^{-k_{a}\tau }}{1-e^{-k_{a}\tau }}}\right)}$	27.7  มิลลิโมล/ลิตร
ความเข้มข้นของพลาสมาโดยเฉลี่ย	ความเข้มข้นเฉลี่ยของยาในพลาสมาตลอดช่วงเวลาการให้ยาในสภาวะคงที่	${\displaystyle C_{{\text{av}},{\text{ss}}}}$	${\displaystyle \mathrm {h\times mmol/L} }$	${\displaystyle {\frac {AUC_{\tau ,{\text{ss}}}}{\tau }}}$	55.0  ชั่วโมง×มิลลิโมล/ลิตร
ปริมาณการจัดจำหน่าย	ปริมาตรที่ปรากฏซึ่งยาถูกกระจายตัว (เช่น พารามิเตอร์ที่เชื่อมโยงความเข้มข้นของยาในพลาสมากับปริมาณยาในร่างกาย)	${\displaystyle V_{\text{d}}}$	${\displaystyle \mathrm {L} }$	${\displaystyle {\frac {D}{C_{0}}}}$	6.0  ลิตร
ความเข้มข้น	ปริมาณยาในปริมาตรพลาสมาที่ กำหนด	${\displaystyle C_{0},C_{\text{ss}}}$	${\displaystyle \mathrm {mmol/L} }$	${\displaystyle {\frac {D}{V_{\text{d}}}}}$	83.3  มิลลิโมล/ลิตร
ครึ่งชีวิตของการดูดซึม	เวลาที่ต้องใช้ในการดูดซึมยา 50% ของขนาดยาที่กำหนดเข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิต[ 8 ]	${\displaystyle t_{{\frac {1}{2}}a}}$	${\displaystyle \mathrm {h} }$	${\displaystyle {\frac {\ln(2)}{k_{\text{a}}}}}$	1.0  ชั่วโมง
ค่าคงที่อัตราการดูดซับ	อัตราการดูดซึมยาเข้าสู่ร่างกาย ทั้งในรูปแบบรับประทานและรูปแบบการให้ยาทางอื่นนอกหลอดเลือด	${\displaystyle k_{\text{a}}}$	${\displaystyle \mathrm {h} ^{-1}}$	${\displaystyle {\frac {\ln(2)}{t_{{\frac {1}{2}}a}}}}$	0.693  ชั่วโมง−1
ครึ่งชีวิต การกำจัด	ระยะเวลาที่ความเข้มข้นของยาจะลดลงเหลือครึ่งหนึ่งของค่าเริ่มต้น	${\displaystyle t_{{\frac {1}{2}}b}}$	${\displaystyle \mathrm {h} }$	${\displaystyle {\frac {\ln(2)}{k_{\text{e}}}}}$	12  ชั่วโมง
ค่าคงที่อัตราการกำจัด	อัตราการกำจัดยาออกจากร่างกาย	${\displaystyle k_{\text{e}}}$	${\displaystyle \mathrm {h} ^{-1}}$	${\displaystyle {\frac {\ln(2)}{t_{{\frac {1}{2}}b}}}={\frac {CL}{V_{\text{d}}}}}$	0.0578  ชั่วโมง−1
อัตราการให้สารน้ำ	อัตราการให้สารละลายที่จำเป็นเพื่อให้สมดุลกับการขับถ่าย	${\displaystyle k_{\text{in}}}$	${\displaystyle \mathrm {mol/h} }$	${\displaystyle C_{\text{ss}}\cdot CL}$	50  มิลลิโมล/ชม.
พื้นที่ใต้เส้นโค้ง	ค่าอินทิกรัลของกราฟความเข้มข้นเทียบกับเวลา (หลังการให้ยาครั้งเดียวหรือในสภาวะคงที่)	${\displaystyle AUC_{0-\infty }}$	${\displaystyle \mathrm {M} \cdot \mathrm {s} }$	${\displaystyle \int _{0}^{\infty }C\,\mathrm {d} t}$	1,320  ชั่วโมง×มิลลิโมล/ลิตร
		${\displaystyle AUC_{\tau ,{\text{ss}}}}$	${\displaystyle \mathrm {M} \cdot \mathrm {s} }$	${\displaystyle \int _{t}^{t+\tau }C\,\mathrm {d} t}$
การเคลียร์พื้นที่	ปริมาณพลาสมาที่ถูกกำจัดยาออกไปต่อหน่วยเวลา	${\displaystyle CL}$	${\displaystyle \mathrm {m} ^{3}/\mathrm {s} }$	${\displaystyle V_{\text{d}}\cdot k_{\text{e}}={\frac {D}{AUC}}}$	0.38  ลิตร/ชั่วโมง
การดูดซึมทางชีวภาพ	สัดส่วนของยาที่ร่างกายสามารถดูดซึมเข้าสู่ร่างกายได้	${\displaystyle f}$	ไม่มีหน่วย	${\displaystyle {\frac {AUC_{\text{po}}\cdot D_{\text{iv}}}{AUC_{\text{iv}}\cdot D_{\text{po}}}}}$	0.8
ความผันผวน	ความผันผวนระหว่างระดับสูงสุดและต่ำสุดภายในช่วงเวลาการให้ยาหนึ่งครั้งในสภาวะคงที่	${\displaystyle \%PTF}$	${\displaystyle \%}$	${\displaystyle 100{\frac {C_{{\text{max}},{\text{ss}}}-C_{{\text{min}},{\text{ss}}}}{C_{{\text{av}},{\text{ss}}}}}}$ ที่ไหน ${\displaystyle C_{{\text{av}},{\text{ss}}}={\frac {AUC_{\tau ,{\text{ss}}}}{\tau }}}$	41.8%

ในเภสัชจลนศาสตร์สภาวะคงที่หมายถึงสถานการณ์ที่ปริมาณยาที่รับประทานทั้งหมดอยู่ในสมดุลไดนามิก กับการกำจัดยา ในทางปฏิบัติ โดยทั่วไปถือว่าเมื่อเริ่มให้ยาอย่างสม่ำเสมอ สภาวะคงที่จะเกิดขึ้นหลังจาก 3 ถึง 5 เท่าของครึ่งชีวิตของ ยาในสภาวะคงที่และในเภสัชจลนศาสตร์เชิงเส้น AUC = AUC ^{[ 9 ]}

มีการพัฒนารูปแบบจำลองขึ้นเพื่อลดความซับซ้อนของการทำความเข้าใจกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นในการปฏิสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสารเคมี การสร้างแบบจำลองทางเภสัชจลนศาสตร์สามารถทำได้ทั้งแบบไม่ใช้แบบจำลอง แบ่งส่วน (noncompartmental) หรือแบบใช้ แบบจำลองแบ่งส่วน (compartmental ) แบบจำลองหลายส่วนให้ผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงกับความเป็นจริงมากที่สุด อย่างไรก็ตาม ความซับซ้อนในการเพิ่มพารามิเตอร์ด้วยวิธีการสร้างแบบจำลองดังกล่าว ทำให้แบบจำลองส่วนเดียว (monocompartmental)และโดยเฉพาะอย่างยิ่งแบบจำลองสองส่วน (two compartmental)เป็นแบบจำลองที่ใช้บ่อยที่สุด ผลลัพธ์จากแบบจำลองสำหรับยาชนิดหนึ่งสามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรม (เช่น ในการคำนวณความเท่าเทียมทางชีวภาพเมื่อออกแบบยาสามัญ) หรือในการประยุกต์ใช้แนวคิดทางเภสัชจลนศาสตร์ในทางคลินิก เภสัชจลนศาสตร์ทางคลินิกให้แนวทางปฏิบัติมากมายสำหรับการใช้ยาอย่างมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลสำหรับผู้เชี่ยวชาญด้านสุขภาพของมนุษย์และในสัตวแพทยศาสตร์

โดยทั่วไปแบบจำลองจะมีรูปแบบเป็นสูตรทางคณิตศาสตร์ที่มีการแสดงผลในรูปแบบกราฟ ที่สอดคล้องกัน การใช้แบบจำลองเหล่านี้ช่วยให้เข้าใจลักษณะของโมเลกุลตลอดจนพฤติกรรมของยาชนิดหนึ่งๆ โดยพิจารณาจากข้อมูลเกี่ยวกับลักษณะพื้นฐานบางประการ เช่นค่าคงที่การแตกตัวเป็นกรด (pKa) การดูด ซึมเข้าสู่ร่างกาย ความสามารถใน การละลายความสามารถในการดูดซึม และการกระจายตัวในร่างกาย อาจใช้เทคนิคการวิเคราะห์ที่หลากหลายในการพัฒนาแบบจำลอง เช่นการถดถอยแบบไม่เชิงเส้นหรือการตัดเส้นโค้ง

การวิเคราะห์แบบแบ่งส่วน

วิธีการแบบจำลองแบบแบ่งส่วน (Compartment models) ประมาณค่ากราฟความเข้มข้น-เวลาโดยการจำลองเป็นระบบสมการเชิงอนุพันธ์ แบบจำลองเหล่านี้พิจารณาสิ่งมีชีวิตเป็นส่วนประกอบ ที่เกี่ยวข้องกันหลายส่วน ทั้งแบบจำลองแบบส่วนประกอบเดียวและแบบหลายส่วนประกอบมีการใช้งาน แบบจำลองเภสัชจลนศาสตร์แบบแบ่งส่วนมักคล้ายกับแบบจำลองจลนศาสตร์ที่ใช้ในสาขาวิทยาศาสตร์อื่นๆ เช่นจลนศาสตร์เคมีและอุณหพลศาสตร์ข้อดีของการวิเคราะห์แบบแบ่งส่วนเหนือการวิเคราะห์แบบไม่แบ่งส่วนคือความสามารถในการปรับเปลี่ยนพารามิเตอร์และคาดการณ์ไปยังสถานการณ์ใหม่ๆ ข้อเสียคือความยากลำบากในการพัฒนาและตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองที่เหมาะสม แม้ว่าแบบจำลองแบบแบ่งส่วนจะมีศักยภาพในการจำลองสถานการณ์ภายในสิ่งมีชีวิตได้อย่างสมจริง แต่แบบจำลองก็หลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะตั้งสมมติฐานที่ง่ายขึ้นและจะไม่สามารถนำไปใช้ได้ในทุกสถานการณ์ ไม่ว่าแบบจำลองจะซับซ้อนและแม่นยำเพียงใด ก็ยังไม่สามารถแสดงถึงความเป็นจริงได้อย่างแท้จริง แม้ว่าจะพยายามอย่างเต็มที่ในการหาค่าการกระจายตัวต่างๆ ของยาแล้วก็ตาม เนื่องจากแนวคิดของปริมาตรการกระจายตัวเป็นแนวคิดเชิงสัมพัทธ์ที่ไม่ใช่ภาพสะท้อนที่แท้จริงของความเป็นจริง ดังนั้น การเลือกแบบจำลองจึงขึ้นอยู่กับการตัดสินใจว่าแบบจำลองใดให้ค่าความคลาดเคลื่อนต่ำที่สุดสำหรับยาที่เกี่ยวข้อง

แบบจำลองช่องเดียว

แบบจำลองเภสัชจลนศาสตร์ (PK) ที่ง่ายที่สุดคือแบบจำลองหนึ่งช่อง (one-compartmental PK model) แบบจำลองนี้มองสิ่งมีชีวิตเป็นช่องเดียวที่เป็นเนื้อเดียวกันแบบจำลองช่องเดียว นี้ ตั้งอยู่บนสมมติฐานว่าความ เข้มข้นของยาใน พลาสมาในเลือดเป็นข้อมูลเดียวที่จำเป็นในการกำหนดความเข้มข้นของยาในของเหลวและเนื้อเยื่ออื่นๆ ตัวอย่างเช่น ความเข้มข้นในบริเวณอื่นๆ อาจมีความสัมพันธ์โดยประมาณกับความเข้มข้นในพลาสมาในเลือดโดยใช้ปัจจัยคงที่ที่ทราบแล้ว

ในแบบจำลองหนึ่งช่องนี้ แบบจำลองการกำจัดที่พบได้บ่อยที่สุดคือจลนศาสตร์อันดับหนึ่งซึ่งการกำจัดยาเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของยาในร่างกาย มักเรียกว่า เภสัชจลนศาสตร์เชิงเส้นเนื่องจากความเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นเมื่อเวลาผ่านไปสามารถแสดงได้ด้วยสมการเชิงอนุพันธ์เชิงเส้น สมมติว่าให้ ยาฉีดเข้าเส้นเลือดดำครั้งเดียวส่งผลให้มีความเข้มข้นที่เวลา t สมการสามารถแก้ได้เพื่อให้ได้.${\textstyle {\frac {dC}{dt}}=-k_{\text{el}}C}$${\displaystyle C_{\text{initial}}}$${\displaystyle t=0}$${\displaystyle C=C_{\text{initial}}\times e^{-k_{\text{el}}\times t}}$

แบบจำลองสองช่อง

เนื้อเยื่อของร่างกายไม่ได้มี การไหลเวียนของเลือดเท่ากันทั้งหมดดังนั้นการกระจายตัวของยาจึงจะช้ากว่าในเนื้อเยื่อเหล่านั้นเมื่อเทียบกับเนื้อเยื่ออื่นๆ ที่มีการไหลเวียนของเลือดที่ดีกว่า นอกจากนี้ ยังมีเนื้อเยื่อบางส่วน (เช่น เนื้อเยื่อ สมอง ) ที่เป็นอุปสรรคต่อการกระจายตัวของยาอย่างแท้จริง ซึ่งอาจถูกทะลุผ่านได้ง่ายหรือยากขึ้นอยู่กับลักษณะของยา หากพิจารณาสภาพการณ์ต่างๆ ของเนื้อเยื่อแต่ละประเภทควบคู่ไปกับอัตราการกำจัดแล้ว ร่างกายสามารถพิจารณาได้ว่าทำหน้าที่เหมือนสองส่วน คือ ส่วนหนึ่งที่เราเรียกว่าส่วนกลางซึ่งมีการกระจายตัวที่รวดเร็วกว่าและประกอบด้วยอวัยวะและระบบที่มีการไหลเวียนของเลือดที่ดี และส่วนรอบนอกซึ่งประกอบด้วยอวัยวะที่มีการไหลเวียนของเลือดต่ำกว่า เนื้อเยื่ออื่นๆ เช่น สมอง อาจอยู่ในตำแหน่งที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความสามารถของยาในการขนส่งแบบพาสซีฟ (ลิโปฟิลิกสูง) และหลีกเลี่ยงการขับออกอย่างแข็งขันเพื่อข้าม กำแพง เลือด-สมอง (BBB) ​​ที่แยกอวัยวะออกจากการไหลเวียนของเลือด^{[ 10 ]}

แบบจำลองสองช่องจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับว่าการกำจัดเกิดขึ้นในช่องใด สถานการณ์ที่พบบ่อยที่สุดคือการกำจัดเกิดขึ้นในช่องกลาง เนื่องจากตับและไตเป็นอวัยวะที่มีการไหลเวียนของเลือดที่ดี อย่างไรก็ตาม ในบางสถานการณ์ การกำจัดอาจเกิดขึ้นในช่องรอบนอกหรือแม้กระทั่งในทั้งสองช่อง ซึ่งหมายความว่าอาจมีรูปแบบที่แตกต่างกันได้สามแบบในแบบจำลองสองช่อง ซึ่งก็ยังไม่ครอบคลุมความเป็นไปได้ทั้งหมด^{[ 11 ]}

แบบจำลองหลายช่อง

ในโลกแห่งความเป็นจริง เนื้อเยื่อแต่ละชนิดจะมีลักษณะการกระจายตัวเฉพาะตัว และไม่มีชนิดใดที่จะเป็นการกระจายตัวเชิงเส้นตรงอย่างเคร่งครัด แบบจำลองสองส่วนอาจใช้ไม่ได้ในสถานการณ์ที่เอนไซม์บางชนิดที่ทำหน้าที่เผาผลาญยาเกิดการอิ่มตัว หรือในกรณีที่มีกลไกการกำจัดยาที่ทำงานอยู่ซึ่งเป็นอิสระจากความเข้มข้นของยาในพลาสมา หากเรากำหนดปริมาตรการกระจายตัว ของยา ภายในร่างกายเป็น Vd และปริมาตรการกระจายตัวในเนื้อเยื่อ เป็น Vd ปริมาตรการกระจายตัวภายในร่างกายจะถูกอธิบายด้วยสมการที่คำนึงถึงเนื้อเยื่อทั้งหมดที่ทำงานแตกต่างกัน ดังนี้:

${\displaystyle Vd_{F}=Vd_{T1}+Vd_{T2}+Vd_{T3}+\cdots +Vd_{Tn}\,}$

นี่แสดงถึงแบบจำลองหลายช่องที่มีเส้นโค้งจำนวนหนึ่งซึ่งแสดงสมการที่ซับซ้อนเพื่อให้ได้เส้นโค้งโดยรวมมีการพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์ จำนวนหนึ่งเพื่อพล็อตสมการเหล่านี้ ^{[ 11 ]}แบบจำลอง PK ที่ซับซ้อนที่สุด (เรียกว่า แบบจำลอง PBPK ) อาศัยการใช้ข้อมูลทางสรีรวิทยาเพื่ออำนวยความสะดวกในการพัฒนาและการตรวจสอบ

กราฟแสดงความสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้นระหว่างปัจจัยต่างๆ จะแสดงด้วยเส้นโค้งความสัมพันธ์ระหว่างปัจจัยต่างๆ สามารถหาได้โดยการคำนวณขนาดของพื้นที่ต่างๆ ใต้เส้นโค้ง แบบจำลองที่ใช้ในเภสัชจลนศาสตร์แบบไม่เชิงเส้นส่วนใหญ่จะอิงตามจลนศาสตร์ของ Michaelis–Mentenปัจจัยที่ไม่เชิงเส้นของปฏิกิริยาประกอบด้วยสิ่งต่อไปนี้:

• การดูดซึมแบบหลายเฟส: ยาที่ฉีดเข้าทางหลอดเลือดดำจะถูกกำจัดออกจากพลาสมาผ่านกลไกหลักสองประการ: (1) การกระจายตัวไปยังเนื้อเยื่อของร่างกาย และ (2) การเผาผลาญและการขับถ่ายยา การลดลงของความเข้มข้นของยาในพลาสมาที่เกิดขึ้นจะเป็นไปตามรูปแบบสองเฟส (ดูรูป)

  

  • ระยะอัลฟา: เป็นระยะเริ่มต้นที่ความเข้มข้นของยาในพลาสมาลดลงอย่างรวดเร็ว การลดลงนี้เกิดจากการกระจายตัวของยาจากส่วนกลาง (ระบบไหลเวียนโลหิต) ไปยังส่วนปลาย (เนื้อเยื่อของร่างกาย) เป็นหลัก ระยะนี้จะสิ้นสุดลงเมื่อความเข้มข้นของยาในส่วนกลางและส่วนปลายอยู่ในภาวะสมดุลเสมือน
  • ระยะเบต้า: ระยะที่มีความเข้มข้นของพลาสมาลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปหลังจากระยะอัลฟา การลดลงนี้เกิดจากกระบวนการกำจัดยาเป็นหลัก กล่าวคือ การเผาผลาญและการขับถ่าย^{[ 12 ]}
  • บางครั้งอาจพบเฟสเพิ่มเติม (แกมมา เดลต้า ฯลฯ) ^{[ 13 ]}
• คุณสมบัติของยาทำให้เกิดความแตกต่างอย่างชัดเจนระหว่างเนื้อเยื่อที่มีการไหลเวียนของเลือดสูงและต่ำ
• การอิ่มตัวของเอนไซม์: เมื่อปริมาณยาที่มีการกำจัดขึ้นอยู่กับกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีเพิ่มขึ้นเกินกว่าระดับที่กำหนด เอนไซม์ที่รับผิดชอบในการเผาผลาญยาจะเกิดการอิ่มตัว ส่งผลให้ความเข้มข้นของยาในพลาสมาเพิ่มขึ้นอย่างไม่สมส่วน และการกำจัดยาจะไม่คงที่อีกต่อไป
• การเหนี่ยวนำหรือการยับยั้งเอนไซม์ : ยาบางชนิดมีความสามารถในการยับยั้งหรือกระตุ้นกระบวนการเผาผลาญของตัวเอง ใน ปฏิกิริยา ป้อนกลับเชิงลบหรือเชิงบวก (เช่น เกิดขึ้นกับฟลูวอกซามีน ฟลูออกเซทีนและฟีนิโทอิน ) เมื่อให้ยาเหล่านี้ในปริมาณที่สูงขึ้น ความเข้มข้นของยาที่ไม่ถูกเผาผลาญในพลาสมาจะเพิ่มขึ้น และครึ่งชีวิตของการกำจัดก็จะเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องปรับขนาดยาหรือพารามิเตอร์การรักษาอื่นๆ เมื่อต้องการใช้ยาในปริมาณสูง
• ไตยังสามารถสร้างกลไกการกำจัดยาบางชนิดอย่างมีประสิทธิภาพ โดยไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นในพลาสมา

ดังนั้นจึงเห็นได้ว่าความไม่เป็นเชิงเส้นสามารถเกิดขึ้นได้จากสาเหตุที่ส่งผลกระทบต่อลำดับทางเภสัชจลนศาสตร์ทั้งหมด ได้แก่ การดูดซึม การกระจาย การเผาผลาญ และการขับออก

ในทางปฏิบัติ ความสามารถในการดูดซึมของยา (bioavailability) สามารถนิยามได้ว่าเป็นสัดส่วนของยาที่เข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิต จากมุมมองนี้ การให้ยา ทางหลอดเลือดดำจะให้ความสามารถในการดูดซึมสูงสุด และวิธีนี้ถือว่ามีความสามารถในการดูดซึมเท่ากับ 1 (หรือ 100%) ความสามารถในการดูดซึมของวิธีการให้ยาอื่นๆ จะถูกเปรียบเทียบกับวิธีการฉีดเข้าหลอดเลือดดำ (ความสามารถในการดูดซึมสัมบูรณ์) หรือกับค่ามาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับวิธีการให้ยาอื่นๆ ในการศึกษาเฉพาะนั้นๆ (ความสามารถในการดูดซึมสัมพัทธ์)

${\displaystyle B_{A}={\frac {[ABC]_{P}\cdot D_{IV}}{[ABC]_{IV}\cdot D_{P}}}}$

${\displaystyle {\mathit {B}}_{R}={\frac {[ABC]_{A}\cdot {\text{dose}}_{B}}{[ABC]_{B}\cdot {\text{dose}}_{A}}}}$

เมื่อทราบค่าชีวปริมาณออกฤทธิ์ของยาแล้ว ก็สามารถคำนวณการเปลี่ยนแปลงปริมาณยาที่จำเป็นเพื่อให้ได้ระดับยาในพลาสมาที่ต้องการได้ ดังนั้น ชีวปริมาณออกฤทธิ์จึงเป็นปัจจัยทางคณิตศาสตร์สำหรับยาแต่ละชนิดที่มีผลต่อปริมาณยาที่ให้ สามารถคำนวณปริมาณยาในพลาสมาที่มีศักยภาพที่จะออกฤทธิ์ได้จริงโดยใช้สูตร:

${\displaystyle De=B\cdot Da\,}$

โดยที่Deคือขนาดยาที่มีประสิทธิภาพ , Bคือการดูดซึมเข้าสู่ร่างกาย และDaคือขนาดยาที่ให้

ดังนั้น หากยาชนิดหนึ่งมีชีวปริมาณออกฤทธิ์ (bioavailability) เท่ากับ 0.8 (หรือ 80%) และให้ยาในขนาด 100  มิลลิกรัม สมการจะแสดงผลดังต่อไปนี้:

De = 0.8 × 100 มก. = 80 มก.

นั่นหมายความว่ายา 100  มิลลิกรัมที่ให้ไปนั้น จะทำให้ความเข้มข้นในพลาสมาในเลือดอยู่ที่ 80  มิลลิกรัม ซึ่งมีศักยภาพในการออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรมได้

แนวคิดนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการที่มีอยู่ในยาแต่ละชนิด เช่น: ^{[ 14 ]}

• รูปแบบยา
• รูปแบบทางเคมี
• เส้นทางการบริหารยา
• ความเสถียร
• การเผาผลาญ

แนวคิดเหล่านี้ ซึ่งมีการอธิบายอย่างละเอียดในบทความแต่ละเรื่อง สามารถวัดปริมาณและบูรณาการทางคณิตศาสตร์เพื่อให้ได้สมการทางคณิตศาสตร์โดยรวมได้:

${\displaystyle De=Q\cdot Da\cdot B\,}$

โดยที่Qคือความบริสุทธิ์ของยา^{[ 14 ]}

${\displaystyle Va={\frac {Da\cdot B\cdot Q}{\tau }}}$

โดยที่คืออัตราการให้ยา และคืออัตราที่ยาที่ถูกดูดซึมเข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิต${\displaystyle Va}$${\displaystyle \tau }$

สุดท้ายนี้ การใช้สมการเฮนเดอร์สัน-ฮัสเซลบัคและการทราบค่า pH ของยา( ค่า pHที่เกิดสมดุลระหว่างโมเลกุลที่แตกตัวเป็นไอออนและไม่แตกตัวเป็นไอออน) ทำให้สามารถคำนวณความเข้มข้นของยาในรูปที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนได้ และด้วยเหตุนี้จึงสามารถคำนวณความเข้มข้นที่จะถูกดูดซึมได้:${\displaystyle pKa\,}$

${\displaystyle \mathrm {pH} =\mathrm {pKa} +\log {\frac {B}{A}}}$

เมื่อยา 2 ชนิดมีชีวปริมาณออกฤทธิ์ (bioavailability) เท่ากัน จะเรียกว่ายาเหล่านั้นมีฤทธิ์ทางชีวภาพเทียบเท่ากัน หรือยาที่มีชีวสมดุลกัน แนวคิดเรื่องชีวสมดุลมีความสำคัญ เนื่องจากปัจจุบันถูกนำมาใช้เป็นเกณฑ์ในการอนุมัติยาสามัญในหลายประเทศ

เภสัชจลนศาสตร์ของประชากร (popPK) คือการศึกษาแหล่งที่มาและความสัมพันธ์ของความแปรปรวนของความเข้มข้นของยาในกลุ่มบุคคลที่เป็นประชากรผู้ป่วยเป้าหมายที่ได้รับยาในปริมาณที่เกี่ยวข้องทางคลินิก ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}ลักษณะทางประชากรศาสตร์ พยาธิสรีรวิทยา และการรักษาของผู้ป่วยบางประการ เช่น น้ำหนักตัว การทำงานของการขับถ่ายและการเผาผลาญ และการมีอยู่ของการรักษาอื่นๆ สามารถเปลี่ยนแปลงความสัมพันธ์ระหว่างขนาดยาและความเข้มข้นได้ และสามารถอธิบายความแปรปรวนของการได้รับยาได้ ตัวอย่างเช่น ความเข้มข้นของยาที่ขับออกทางไตส่วนใหญ่ในสภาวะสมดุล มักจะสูงกว่าในผู้ป่วยที่มีภาวะไตวายมากกว่าในผู้ป่วยที่มีการทำงานของไตปกติที่ได้รับยาในขนาดเดียวกัน เภสัชจลนศาสตร์ระดับประชากรพยายามระบุปัจจัยทางพยาธิสรีรวิทยาที่สามารถวัดได้ และอธิบายแหล่งที่มาของความแปรปรวนที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในความสัมพันธ์ระหว่างขนาดยาและความเข้มข้น รวมถึงขอบเขตของการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้น เพื่อที่ว่าหากการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงระดับยาที่มีความสำคัญทางคลินิกและส่งผลกระทบต่อดัชนีการรักษา จะสามารถปรับขนาดยาได้อย่างเหมาะสม นอกจากนี้ ข้อดีของการสร้างแบบจำลองเภสัชจลนศาสตร์ระดับประชากรคือความสามารถในการวิเคราะห์ชุดข้อมูลที่กระจัดกระจาย (บางครั้งอาจมีเพียงการวัดความเข้มข้นเพียงครั้งเดียวต่อผู้ป่วย)

เภสัชจลนศาสตร์ทางคลินิก (ซึ่งพัฒนามาจากการใช้เภสัชจลนศาสตร์ประชากรในทางคลินิก) คือการนำความรู้เกี่ยวกับเภสัชจลนศาสตร์ของยาและลักษณะเฉพาะของประชากรที่ผู้ป่วยเป็นสมาชิกอยู่ (หรือสามารถระบุได้ว่าเป็นประชากรกลุ่มใด) มาประยุกต์ใช้โดยตรงในสถานการณ์การรักษา

ตัวอย่างหนึ่งคือการนำไซโคลสปอริน กลับมาใช้ เป็นยากดภูมิคุ้มกันเพื่ออำนวยความสะดวกในการปลูกถ่ายอวัยวะ คุณสมบัติในการรักษาของยาได้รับการพิสูจน์แล้วในตอนแรก แต่แทบไม่เคยถูกนำมาใช้เลยหลังจากพบว่าทำให้เกิดพิษต่อไตในผู้ป่วยจำนวนหนึ่ง^{[ 25 ]}อย่างไรก็ตาม ต่อมาได้มีการตระหนักว่าสามารถปรับขนาดยาไซโคลสปอรินให้เหมาะสมกับผู้ป่วยแต่ละรายได้โดยการวิเคราะห์ความเข้มข้นในพลาสมาของผู้ป่วย (การติดตามเภสัชจลนศาสตร์) การปฏิบัตินี้ทำให้สามารถนำยานี้กลับมาใช้ได้อีกครั้งและอำนวยความสะดวกในการปลูกถ่ายอวัยวะจำนวนมาก

การติดตามทางคลินิกมักจะดำเนินการโดยการกำหนดความเข้มข้นของพลาสมา เนื่องจากข้อมูลนี้มักจะหาได้ง่ายที่สุดและน่าเชื่อถือที่สุด เหตุผลหลักในการกำหนดความเข้มข้นของยาในพลาสมา ได้แก่: ^{[ 26 ]}

• ช่วงการรักษาที่แคบ (ความแตกต่างระหว่างความเข้มข้นที่เป็นพิษและความเข้มข้นที่ใช้ในการรักษา)
• ความเป็นพิษสูง
• เสี่ยงอันตรายถึงชีวิตสูง

พิษวิทยาเชิงนิเวศเป็นสาขาวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับธรรมชาติ ผลกระทบ และปฏิสัมพันธ์ของสารที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม เช่นไมโครพลาสติกและสารอันตราย อื่นๆ ต่อ ชีวภาค^{[ 27 ] [ 28 ]}พิษวิทยาเชิงนิเวศได้รับการศึกษาในเภสัชจลนศาสตร์ เนื่องจากสารที่ก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม เช่นสารกำจัดศัตรูพืชสามารถเข้าสู่ร่างกายของสิ่งมีชีวิตได้ ผลกระทบต่อสุขภาพของสารเคมีเหล่านี้จึงอยู่ภายใต้การวิจัยและการทดลองด้านความปลอดภัยโดยหน่วยงานของรัฐหรือหน่วยงานระหว่างประเทศ เช่นEPAหรือWHO ^{[ 29 ] [ 30} ] ระยะเวลาที่สารเคมีเหล่านี้คงอยู่ในร่างกายปริมาณ^ยาที่ทำให้เสียชีวิตและปัจจัยอื่นๆ เป็นจุดสนใจหลักของพิษวิทยาเชิงนิเวศ