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体内での薬の形

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薬が効果を発揮するには、血液を介して目的の組織にまで到達しなければなりません。

錠剤・カプセル剤・散剤などの内服薬であれば、血液に入る前に吸収される必要もあります。

吸収されたとしても、錠剤の形のまま血管の中を流れるわけではありませんので、ここでは、薬がどのような形で吸収や運搬されるのかを紹介します。

イオン化による影響

内服薬の大部分は、水などの液体に溶けた状態で胃を通過して腸に入ります。

腸の粘膜から吸収され、門脈を経て肝臓に入り、そこから全身を巡る血液にまで到達します。

液体に溶けた状態では、イオン結合している薬は一部がイオン化して、解離型と呼ばれる形になります。

イオン化していない形は非解離型と呼びます。

水に溶かした場合の非解離型と解離型の割合は解離定数と言う数値で表され、薬によって決まった割合です。

しかし、非解離型と解離型の割合は常に一定というわけではなく、水ではない液体に溶かした場合には、その液体のphによって変化します。

解離型となった場合は、酸性物質は溶液中でH+を増やす方向に働き、アルカリ性(塩基性)物質はOH-を増やす方向に働きます。

胃の中は胃酸によって強い酸性の状態にあり、ここに薬を入れた場合を考えてみます。

体内を含めて自然界では偏った状況を嫌い、安定のために酸性やアルカリ性も中和する方向に動こうとします。

酸性の液体には元々H+を多く含んでおり、この中に酸性物質が入ると更にH+が増えることになります。

よって、できるだけH+を増やさない方向、つまり非解離型←解離型に変化します。

アルカリ性(塩基性)物質の場合は逆で、OH-によってH+が打ち消されますので、OH-を増やす非解離型→解離型に変化します。

つまり、酸性溶液の中では、水の場合と比べて、酸性物質は非解離型が多くなり、アルカリ性(塩基性)物質は解離型が多くなるわけです。

もちろん、アルカリ性(塩基性)溶液の中では逆になります。

phが1違うと濃度は10倍もの違いになりますので、非解離型と解離型の割合にも大きな変化があります。

ちなみに、解離型はイオン型とも言い、右肩に+や-が付く電荷を帯びた形で、液体中やプラズマ中でないと存在しません。(もしも空気中で解離型となっても、周囲が電荷を打ち消して、すぐに非解離型となります)

吸収する腸の粘膜に話を移します。

水溶性・脂溶性の所でも紹介しましたが、生体膜は疎水構造で、脂溶性物質は通過しやすく水溶性物質は通過しにくい性質があります。(単純拡散の場合で、エネルギーを使って能動輸送する場合は通過します)

正確な表現ではないのですが、解離型を水溶性・脂溶性で区分すると、超が付くほどの水溶性状態です。

つまり、解離型は生体膜をほとんど通過できません。

生体膜の通過は、腸粘膜の吸収だけでなく、血管に入る時や目的組織に移動する時も、さらには排泄される時にも障壁となります。

以上から、「吸収や排泄されるのは非解離型」・「効果を発揮するのも非解離型」になります。

血漿蛋白との結合による影響

血液中に入った薬は、一部がアルブミンという血漿蛋白と結合した状態で循環します。

アルブミンと結合した形を結合型と言い、結合していないものを遊離型と言います。

分子量で比較するとアルブミンは薬の100倍近くある大きさです。

生体膜はこれほど巨大なものを通過できませんので、結合中の薬は組織移行や代謝・排泄もされない一種の隠遁状態になります。

遊離型を徒歩で移動しているとすれば、結合型はバスに乗って移動しているような状態です。(ただし、移動速度は同じですが)

徒歩の場合はコンビニなどへ自由に出入りできますが、バスに乗った状態は一度降車しないとどこへも入ることができず、存在していないのと同じになります。

よって、「移行や排泄されるのは遊離型」・「効果発揮するのも遊離型」になります。

正確に言えば、遊離型の一部は解離型になりますので、効果発揮するのは非解離型の中で遊離型であるものです。

徒歩とバス乗車の割合は薬によってほぼ一定で、遊離型が少なくなると結合型から補充されます。


血漿蛋白質との結合は、新生児黄疸にも関連しています。

胎児期はヘモグロビンが多く、新生児となり、分解されることでビリルビンが多量に生じます。

しかし、肝臓の代謝機能が不十分であるために、血液中にたくさん残った状態になります。

血液中のビリルビンもアルブミンと結合していれば、無色・無害なのですが、新生児にはまだアルブミンが少ないために、遊離型として循環する割合が多くなります。

この結果として生じるのが新生児黄疸です。

効果の指標

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薬は目的とする臓器や組織に到達して効果を発揮します。

到達した量が少なければ弱い効果が、多ければ強い効果が期待できます。(実際は単純にそう言えないのですが、イメージとしては間違っていません)

しかし、特定の臓器や組織に到達する量を測ることは大変な作業で、臨床試験のような特別な場合にしか実施されません。

薬の大部分は血液を介して臓器や組織に運ばれますし、血液中の濃度と到達量には比例関係がありますので、薬に関する多くの指標は血中濃度から導かれます。

右上図は、経口投与をした場合の血中濃度の推移を示したグラフです。

服用して吸収が進むにつれて血中濃度が高くなり、やがてCmax(最高血中濃度)に達します。

以後は徐々に代謝や排泄されますので、血中濃度は減少に転じます。

Cmaxが大きい値である程、組織到達量も多くなりますので、効果の強さを示す指標とされます。(ここで言う効果の強さとは、同一成分の薬を比較する場合で、異なる成分での強弱比較ではありません)

血中薬物濃度には、最小有効濃度と中毒域と記した下のラインである最小中毒濃度という境界線がある点にも注意が必要です。

最小有効濃度とは、その名前の通り、これ以下の濃度では効果を発揮しないという境界で、服用量が少な過ぎたり吸収が阻害されてこの濃度に達しない場合は、薬としての役を果たしません。

最小中毒濃度は、このラインを超えると中毒症状が発現するという境界です。

(この更に上に、適切な処置をしないと死に至るという、致死濃度という境界があります)

この最小有効濃度と最小中毒濃度の間の濃度を有効血中濃度と言います。

治療を目的とする薬であれば、Cmaxが最小有効濃度を超えて最小中毒濃度を超えないように、服用量や服用間隔が設定されているわけです。

Cmaxに到達するまでの時間をTmax(最高血中濃度到達時間)と言い、この値が小さい程効果が速くなりますので、効果発現の早さの指標となります。

もう一つ時間の指標として重要なものがt1/2(半減期)です。

血液中の薬物濃度が半分になるまでの時間のことで、この値が大きいと効果が長く続きますので、効果持続の指標とされます。

t1/2で注意することは、半減ですから半分になるという点です。

100mg/mlであった濃度が50mg/mlになるのもt1/2経過後ですし、50mg/mlが25mg/mlになるのもt1/2経過後です。

最初の減少速度から考えれば、t1/2を2回経れば0になるように思えますが、1/2×1/2で1/4になり、3回経た後は1/2×1/2×1/2で1/8になります。

グラフの黄色い部分の面積のことをAUC(血中濃度曲線下面積)と言い、この値が大きいほど血中に入った薬が多いことを意味し、吸収量の指標とされます。

静脈注射をして薬を投与した場合は、全量が血液中に入りますので、最もロスが少ない投与法です。

静注投与時のAUCを100とした場合に、他の投与方法でのAUCがいくつになるのかが生物学的利用率(バイオアベイラビリティ)で、100に近いほど効率的な投与方法だと言えます。

体内総薬物量(投与量と考えてもよいです)を薬物血中濃度で割ると、重量÷(重量/容積)ですから容積が求められます。

この数値を分布容積と言い、薬が体内に血中濃度と同じ濃度で広がっているとしたら、どのくらいの容積になるかを示しています。

もしも、血液中にしか存在しない薬であれば、分布容積は血液量と等しくなり、3~4リットル(3000~4000ml)程度です。

この値よりも小さくなることはほとんどなく、多くの薬ではもっと大きな値になります。

血液中から組織へ移行した分があれば、血中濃度はその分だけ低くなり、計算の分母が小さくなるために答えが大きくなったのです。

つまり、分布容積が大きい薬は、血液以外へ移行しやすい薬を意味します。

脂溶性の高い薬は脂肪組織に取込まれやすく、1000リットルを超える分布容積の薬もあります。(脂肪組織に取込まれた薬は放出され難く、蓄積性が問題となる場合もあります)

以上より、分布容積は移行・蓄積の指標とされます。

薬は代謝と排泄によって体内から消えていきます。

薬物消失速度を薬物血中濃度で割ると、全身クリアランスという数値が導かれます。

(重量/時間)÷(重量/容積)ですから(容積/時間)という単位で、時間あたりどれだけの容積が「薬なし」の状態になったのかを示しています。

このことから、全身クリアランスは排泄の早さの指標とされます。

血中濃度は時間とともに変化する値なのに、ここでは定数のように扱っていて理屈が合わないように思えます。それは、単回投与の血中濃度ではなく、定常状態における血中濃度だからです。

定常状態については次のページで紹介します。


動物実験によって求められる数値に、ED50・LD50があります。

ED50は50%有効量と呼ばれる数値で、投与した動物の50%に効果が現れる量のことです。

LD50は50%致死量と呼ばれる数値で、投与した動物の50%が死亡する量です。

LD50は危険性の指標とされ、マウスにおける数値が毒薬や劇薬を指定するときの基準に使用されます。

ED50は小さいほど少量で効く薬、LD50は大きいほど危険性が低い薬ですので、LD50をED50で割った値が大きいほど安全性が高いことを意味します。

この数値を治療係数または安全係数と言います。

投与経路

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経口投与(内服)

口から飲み込み、胃腸を通過して門脈に入り、肝臓を経由して全身循環する血液に到達する投与方法です。

嚥下ができる人であれば、特殊な技能や器具を必要としない簡便な方法です。

しかし、服用してから患部に薬が到達するまでに時間がかかり、速効性はありません。

また、薬が効果を発揮する前の段階で、薬の分解を担う臓器である肝臓を経由するために、薬の一部が分解(代謝)を受けてしまいます。

これを初回通過効果と言い、あまりに分解される割合が高い薬は、他の投与方法にする必要があります。(狭心症治療薬のニトログリセリンやオピオイド系鎮痛薬のブプレノルフィンが内服薬として使用されないのはこのためです)

胃酸で分解される薬も経口投与では効果を発揮できませんし、口・食道・胃・小腸などの粘膜に傷害を与えるような刺激の強い薬も、経口投与には適しません。

しかし、胃では溶けずに腸で溶ける腸溶錠や、吸収後に代謝を受けてから効果を発揮するプロドラックといった製剤技術によって、内服が可能になった薬もあります。

服用した薬の全てが吸収されるわけではなく、初回通過効果の影響もありますので、経口投与では何割かのロスが発生します。

投与した薬の何%が体内で利用されるかを示す数値に、生物学的利用率(バイオアベイラビリティ)があり、90%を超える薬はほとんどありません。

血管内に直接注入した場合は100%が利用されますので、生物学的利用率=経口投与時AUC/静注投与時AUC×100で算定します。

経口投与でない場合は、経口投与AUCを筋注投与時AUCや経皮投与時AUCなどに入れ替えて計算します。

経口投与での吸収に影響する要因

上でも紹介しましたように、薬を飲みこんでから循環血液に入るまでの経路が長いために、途中の環境によって吸収に影響を受けます。

また、薬自体が持つ性質や併用薬によっても影響があります。

食事:胃の中に食物がある場合は、胃粘膜への悪影響は大幅に少なくなりますが、一般に吸収は悪くなります。食品中の成分と化学反応してしまう薬では、食後投与ではなく食前投与や食間投与にする必要があります。逆に、脂溶性が高い薬では、食品中の油成分によって吸収が促進されることもあります。


食後投与とは食事の直後から30分以内に服用することで、胃内に食物があるタイミングでの投与方法です。

胃への負担が少なくなり、飲み忘れる可能性が低いので、多くの内服薬はこの投与方法になっています。

食前投与とは食事の30分以上前の服用で、食間投与とは食事中ではなく食事と食事の間の空腹時に服用することです。

どちらも食事の影響を受けないための投与方法ですから、食事の直前に服用したり間食をした直後に服用してはいけません。

食後の高血糖を抑える薬・糖質の吸収を抑える薬・食欲を高めるための薬などは、食事に関係するものの食後服用では意味がないために、あえて食直前投与とされます。


胃腸機能:疾患や年齢などの影響で、胃腸運動が低下すれば、吸収が遅くなります。嘔吐や下痢がある場合は、吸収が著しく阻害されることもあります。また、胃酸分泌の多寡によって胃内phが大きく変化しますので、イオン化への影響によって吸収率が変わります。胆汁の分泌量も、脂溶性薬の吸収に影響します。

肝臓機能:肝機能の低下は代謝能力も低下しますので、初回通過効果が弱くなる可能性があります。プロドラックでは、活性体への変換が進まない場合もあります。

トランスポーター:体には特定の成分を吸収するためのシステムがあり、この能動輸送システムに便乗できる薬は、効率的に吸収されます。

水溶性・脂溶性:生体膜の通過性は、水溶性物質は悪く・脂溶性物質は良いので、脂溶性が高い薬は吸収されやすい傾向があります。

イオン解離:解離型はほとんど生体膜を通過できませんので、消化管内でどの程度がイオン化されているかによって吸収率が変わります。イオン化に大きく関係するのはphで、消化管内のphが吸収に影響を与えることになります。

併用薬:結合や吸着をしたり分解を促進する薬を併用した場合は、大幅に吸収が悪くなります。直接に影響を及ぼす薬でなくても、胃腸機能・肝臓機能・トランスポーターに影響を与えたり、消化管内のphを変える薬なども、上で紹介した影響を与える可能性があります。

併用薬によって体内動態(吸収・分布・代謝・排泄)に影響があることを薬物相互作用と言います。

影響の大きさによって、併用注意や併用禁忌とされる場合があります。

非経口投与

経口投与以外を総称したものが非経口投与で、初回通過効果を受けない・食事の影響や胃腸機能などの影響も受けないという共通点があります。

舌下投与:舌の下や歯茎の外側に置いて口腔粘膜から吸収させる投与法で、口に入れますが飲み込まないので経口投与とは違います。粘膜への刺激が少なく分子量が小さいことが必要で、一部の薬でのみ可能な投与法です。バッカル錠はゆっくりと吸収させる舌下投与薬で、舌下錠は速効性を期待する舌下投与薬です。

(嚥下に不安がある人向に開発された口腔内崩壊錠(OD錠)は、口の中で溶けますが、口腔粘膜から吸収するわけではないので舌下投与ではありません。唾液と共に飲み込んで消化管から吸収しますので、経口投与になります)

直腸内投与:坐薬や注入軟膏で、肛門から入れて直腸粘膜から吸入させる投与法です。舌下投与よりも吸収効率が良いとされますが、どこでも使用できる方法ではありません。下痢をしている場合や、肛門や直腸に損傷がある場合はできません。

(浣腸も直腸に薬液を入れますが、薬を吸収させる目的ではありませんので、直腸内投与には該当しません)

注射投与:注射針によって体内に直接投与するものです。部位によって、静脈内注射・筋肉内注射・皮下注射・動脈内注射・脊髄腔内注射・組織内注射があります。インスリン製剤などの自己皮下注射を除いて、手技を習得した有資格者にしかできません。影響を受ける要因が少なく、生物学的利用率が高い投与法です。

皮膚投与:経皮投与とも言い、湿布や塗り薬などの皮膚を経由して吸収させる投与法です。簡便な方法ですが、皮膚の部位や状態によって吸収に差があります。

吸入:霧状あるいはパウダー状にした薬を吸い込み、気管支内に投与する方法です。うまく吸入できれば他への影響がほとんどない投与法ですが、慣れないと気管支の奥にまで到達しませんし、口腔に残った薬を飲みこむことになります。

点鼻:こちらも霧状あるいはパウダー状にした薬を鼻腔粘膜から吸収させる方法です。鼻腔には毛細血管が非常に多いので吸収効率は良いです。慣れないと液垂れしたり、肺に吸い込む場合があります。

局所投与:点眼や点耳など、その部分にだけ効かせる投与法です。皮膚投与や吸入・点鼻も局所投与として使用する場合があります

定常状態

慢性的な疾患の治療に使用する薬は、継続的に服用するものが大部分です。

薬の血中濃度は、前に投与した薬が血中に残った状態で次を投与すると、足し算となってCmaxが上昇していきます。

1回の投与量が少しであっても、短時間に投与を繰り返せば、最小中毒濃度を超えてしまう場合があり、このために投与量だけでなく投与間隔も重要になるわけです。

ただし、投与量と投与間隔を上手に調節すれば、吸収速度と排泄速度がつり合って、血中濃度をほぼ一定の範囲に留めることが可能です。

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このような状態のことを定常状態と言い、どのような薬でも、t1/2(半減期)ごとに投与を繰り返せば、4~5回でほぼ定常状態となります。

継続投与する多くの薬では、この状態にして薬の効果を安定させます。

投与速度の計算

定常状態にするための投与速度を、最も簡単な点滴静注の場合で考えます。

前ベージで紹介した式 全身クリアランス=薬物消失速度÷薬物血中濃度を使います。

定常状態は消失速度=投与速度の状態ですから、全身クリアランス=投与速度÷血中濃度となりますので、投与速度は全身クリアランス×血中濃度で求められます。

つまり、全身クリアランスが分かれば、点滴静注の投与速度は簡単に計算できます。

経口投与の場合は少し複雑で、投与速度を(投与量/投与間隔)とし、全身クリアランスも生物学的利用率の影響を受けて(全身クリアランス/生物学的利用率)となります。

これを式に入れ替えて、(投与量/投与間隔)=(全身クリアランス/生物学的利用率)×血中濃度で計算します。

点滴静注でも経口投与でも、上記で算出した速度で投与したとしても、投与直後から定常状態の血中濃度に到達するわけではありません。

投与速度を倍にしても、定常状態に至る時間が半分になるわけではなく、血中濃度が倍になるだけですので、定常状態に達するには、やはりt1/2(半減期)の4~5倍の時間は必要です。

t1/2が12時間の薬であれば、少なくとも2日間は必要になるわけで、医療現場ではそんな悠長なことを言っておれないケースが少なくありません。

迅速に治療濃度に達するためには、初回の投与量を多くする必要があります。

この投与量を負荷投与量と言い、分布容積=体内総薬物量÷薬物血中濃度の式を元に計算します。

分布容積に行き渡る量の薬を一気に投与すると考えると、分布容積=負荷投与量÷血中濃度となり、負荷投与量は分布容積×血中濃度で求められます。

ただし、脂溶性の高い薬では分布容積が非常に大きいので、計算した負荷投与量が現実的でない程に大きな数字になることがあり、注意が必要です。


薬物血中濃度モニタリング(TDM)

副作用の強い薬や有効血中濃度の幅が狭い薬に対して、定期的に血中濃度を計測して治療の参考にします。

対象となる薬は、抗てんかん薬・ジギタリス製剤・キサンチン系薬・不整脈治療薬・炭酸リチウム・免疫抑制剤・アミノグリコシド系抗生物質・グリコペプチド系抗生物質などです。

肝臓や腎臓の疾患によっては、代謝や排泄が影響を受けて血中濃度が変動する場合があります。

変動が無視できない程に大きいと思われる場合は、上記以外の薬に対しても実施されることがあります。

効果や安全性の確認には適した方法ですが、採血による身体的苦痛と検査費用の増加によって患者さんの負担が増えますので、全ての薬を対象にはしません

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