생물학적 반감기
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1. 개요
생물학적 반감기는 약물, 물질 또는 방사성 동위원소가 체내에서 제거되는 데 걸리는 시간으로, 지수 함수 형태로 감소한다. 일차 반응 속도론을 따르는 약물은 반감기가 일정하며, 청소율과 분포 부피에 의해 결정된다. 약물의 반감기는 임상에서 약물 투여 및 효과 지속 시간에 영향을 미치며, 물, 알코올, 다양한 처방약, 금속 등 다양한 물질의 반감기가 존재한다.
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| 생물학적 반감기 | |
|---|---|
| 약물 반감기 | |
| 정의 | 혈장 내 약물 농도가 절반으로 줄어드는 데 걸리는 시간 |
| 다른 이름 | 생물학적 반감기, 제거 반감기, 약리학적 반감기 |
| 약물 동태 | |
| 설명 | 약물이 몸에서 제거되는 속도를 나타내는 지표. 약물 투여량 및 투여 간격을 결정하는 데 중요하며, 약물이 체내에 축적될 가능성을 예측하는 데 사용됨. |
| 제거 | 약물 농도가 감소하는 과정은 일반적으로 지수 함수적이며, 약물 반감기는 약물 제거 속도를 특징짓는 데 사용됨. |
| 계산 | 반감기를 알면 약물이 체내에서 완전히 제거되는 데 걸리는 시간을 추정할 수 있음. 약 5번의 반감기 후 약물의 약 97%가 제거되고, 약 7번의 반감기 후 약 99%가 제거됨. |
| 임상적 중요성 | 약물 투여 계획 및 치료 효과 지속 시간을 결정하는 데 중요함. 신장 또는 간 기능 장애가 있는 환자의 경우 약물 반감기가 연장될 수 있으며, 이는 약물 축적 및 독성 위험을 증가시킬 수 있음. |
| 약물 상호 작용 | 특정 약물은 다른 약물의 대사 또는 제거에 영향을 미쳐 반감기를 변경할 수 있음. |
| 약물 농도 감소 | 약물 농도 감소는 약물 제거로만 발생하는 것으로 간주될 때 말단 반감기를 계산할 수 있음. |
| 관련 개념 | 약물 동태 약물 대사 약물 제거 혈장 농도 |
2. 주요 개념
약물 성분이 Cmax에 도달하면 반감기는 대략 지수 함수 형태를 띤다. 예를 들어, 어떤 약물 A의 반감기(Cmax = 100, 반감기 3시간)를 살펴보자.
우선 약물 A가 Cmax = 100에 도달하고 농도 감소가 시작된다.
- 3시간 후, 그 농도는 문자 그대로 절반(50)이 된다.
- 농도가 현재의 절반(25)이 되기 위해서는 "반감기 3시간"이 적용된다.
- 농도 25의 약물 A의 농도가 다시 절반(12.5)이 될 때도 3이 적용된다.
- 마찬가지로 적용하여 농도가 6.25가 되기까지 3시간이 필요하다.
- 이하 동일
이처럼 다음 절반의 농도로 감소하는 기간은 고정되어 있으며, 농도의 변동 폭은 초기 단계가 빠르고 시간이 지남에 따라 길어진다.
2. 1. 일차 반응과 반감기
대부분의 약물은 체내에서 일차 반응 속도론을 따라 제거되며, 이 경우 반감기는 일정하다.[39] 일차 반응에서 물질의 농도는 지수 함수적으로 감소하며, 시간 ''t''에서의 물질 농도 ''C(t)''는 다음과 같이 표현된다.:
여기서 ''k''는 반응 속도 상수이다.[39]
이 과정의 반감기는 다음과 같다.[39]
:
반감기는 청소율 (CL)과 분포 부피 (VD)에 의해 결정되며, 그 관계는 다음 방정식으로 설명된다.
:
임상 실무에서, 이는 약물의 혈청 농도가 규칙적인 투여를 시작, 중단 또는 용량을 변경한 후 정상 상태에 도달하는 데 반감기의 4~5배가 걸린다는 것을 의미한다. 예를 들어, 디곡신은 24-36시간의 반감기를 가지므로, 용량 변경이 완전한 효과를 내는 데 거의 일주일이 걸린다. 이러한 이유로 긴 반감기를 가진 약물은 일반적으로 원하는 임상 효과를 더 빨리 달성하기 위해 초회 용량으로 시작한다.
약물 성분이 Cmax에 도달하면 반감기는 대략 지수 함수 형태를 띤다. 예를 들어, 어떤 약물 A의 반감기(Cmax = 100, 반감기 3시간)를 살펴보면, 약물 A가 Cmax = 100에 도달하고 농도 감소가 시작된 후 3시간마다 농도는 절반으로 줄어든다. 이처럼 다음 절반의 농도로 감소하는 기간은 고정되어 있으며, 농도의 변동 폭은 초기 단계가 빠르고 시간이 지남에 따라 길어진다.
2. 2. 이상 반응과 반감기
많은 약물은 이중상 제거 곡선을 따르는데, 초기에는 가파른 기울기를 보이다가 이후에는 완만한 기울기를 나타낸다.[39]- 가파른(초기) 곡선 부분 → 신체 내 약물의 초기 분포.
- 완만한 곡선 부분 → 조직 구획에서 혈액으로 약물이 방출되는 것에 의존하는 약물의 최종 배설.
더 긴 반감기를 ''종말 반감기''라고 하며, 가장 큰 구성 요소의 반감기를 ''지배적 반감기''라고 한다.[39] 자세한 내용은 약동학 § 다구획 모델을 참조할 수 있다.
약물 성분이 최고 혈중 농도(Cmax)에 도달하면 반감기는 대략 지수 함수 형태를 띤다. 예를 들어, 어떤 약물 A의 최고 혈중 농도(Cmax) = 100, 반감기 3시간)를 가정하면 다음과 같다.
약물 A가 Cmax = 100에 도달하고 농도 감소가 시작된 후,
- 3시간 후, 농도는 절반(50)이 된다.
- 농도가 현재의 절반(25)이 되기 위해서는 "반감기 3시간"이 적용된다.
- 농도 25의 약물 A의 농도가 다시 절반(12.5)이 될 때도 3시간이 걸린다.
- 마찬가지로 적용하여 농도가 6.25가 되기까지 3시간이 필요하다.
이처럼 다음 절반의 농도로 감소하는 기간은 고정되어 있으며, 농도의 변동 폭은 초기 단계가 빠르고 시간이 지남에 따라 길어진다.
3. 주요 물질별 반감기
3. 1. 물
인간의 체내에서 물의 생물학적 반감기는 약 7일에서 14일 사이이다. 이는 행동에 따라 달라질 수 있는데, 많은 양의 알코올을 섭취하면 체내 물의 생물학적 반감기가 감소한다.[8][9] 이러한 원리는 삼중수소화된 물에 내부적으로 오염된 환자를 제염하는 데 사용되기도 한다. 즉, 체내의 물이 새로운 물로 교체되는 속도를 빠르게 하는 것이 제염 방법의 기본 원리이다.3. 2. 알코올
에탄올은 인체 내 간에서 알코올 탈수소 효소에 의한 산화를 통해 제거된다. 이 과정은 제한적이어서, 높은 혈중 알코올 농도는 영차 반응 속도를 따를 수 있다.혈중 알코올 농도는 메탄올과 에틸렌 글리콜의 생화학적 작용을 변화시키는 데 사용될 수 있다. 메탄올이 인체 내에서 독성 포름알데히드와 개미산으로 산화되는 것을 에탄올을 투여함으로써 예방할 수 있다. 메탄올은 매우 독성이 강하여 실명 및 사망을 유발한다. 에틸렌 글리콜을 섭취한 사람도 같은 방식으로 치료할 수 있다. 반감기는 개인의 대사율에 따라 달라진다.
3. 3. 주요 처방약
| 물질 | 생물학적 반감기 |
|---|---|
| 아데노신 | 10초 미만(추정)[49][10] |
| 노르에피네프린 | 2분[50][11] |
| 옥살리플라틴 | 14분[51][12] |
| 잘레플론 | 1시간[52][13] |
| 모르핀 | 1.5 ~ 4.5시간[53][14] |
| 플루라제팜 | 2.3시간[54][15] |
| 메토트렉세이트 | 3 ~ 10시간(저용량), 8 ~ 15시간(고용량)[55][16] |
| 메타돈 | 15 ~ 72시간, 드물게 최대 8일[56][17] |
| 디아제팜 | 20 ~ 50시간[57][18] |
| 페니토인 | 20 ~ 60시간[58][19] |
| 부프레노르핀 | 28 ~ 35시간[59][20] |
| 클로나제팜 | 30 ~ 40시간[60][21] |
| 도네페질 | 3일(70시간)[61][22] |
| 플루옥세틴 | 4 ~ 6일(지속 투여시)[62][23] |
| 아미오다론 | 14 ~ 107일[63][24] |
| 반데타닙 | 19일[64][25] |
| 두타스테리드 | 21 ~ 35일(지속 투여시)[65][26] |
| 베다퀼린 | 165일[66][27] |
3. 4. 금속
인체 내 금속의 생물학적 반감기는 금속의 종류에 따라 다르다. 킬레이션 요법 등을 통해 반감기를 단축시킬 수 있다. 예를 들어, 납에 오염된 사람에게 킬레이션 요법으로 EDTA를 투여하면 신체에서 납이 손실되는 속도는 증가하지만, 납이 뇌로 재분포될 수 있다.[28]- 폴로늄의 생물학적 반감기는 약 30~50일이다.
- 세슘의 생물학적 반감기는 약 1~4개월이며, 프러시안 블루를 투여하여 단축할 수 있다. 프러시안 블루는 소화 기관 내에서 고체 이온 교환체로 작용하여 세슘을 흡수하고 칼륨 이온을 방출한다.
- 수은(메틸수은 형태)의 반감기는 약 65일이다.
- 혈액 내 납의 반감기는 28~36일이다.[29][30]
- 뼈 내 납의 생물학적 반감기는 약 10년이다.
- 뼈 내 카드뮴의 생물학적 반감기는 약 30년이다.
- 뼈 내 플루토늄의 생물학적 반감기는 약 100년이다.
- 간 내 플루토늄의 생물학적 반감기는 약 40년이다.
3. 5. 기타
옥시토신은 정맥 주사로 투여 시 혈액 내 반감기가 일반적으로 약 3분이다.[31] 옥시토신과 같은 말초 투여(예: 정맥 주사) 펩타이드는 혈액뇌관문을 매우 잘 통과하지 못하지만, 이 경로를 통해 투여할 때 매우 소량(< 1%)이 인간의 중추 신경계에 들어가는 것으로 보인다.[31] 비강 스프레이를 통해 비강 내 투여하면 옥시토신은 안정적으로 혈액뇌관문을 통과하며 인간에게 정신 작용 효과를 나타낸다.[32][33] 비강 내 옥시토신은 최소 2.25시간에서 최대 4시간의 중추 지속 시간을 갖는다.[34][35] 뇌 내 내인성 옥시토신 농도는 말초 수준보다 최대 1000배 더 높은 것으로 나타났다.[31]4. 임상적 의의
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