Klinische Pharmakokinetik: Übungsaufgaben mit Schritt-für-Schritt-Lösungen

Auch genannt: Pharmakokinetik

Kostenlose Übungsaufgaben zu Klinische Pharmakokinetik mit Skizzen, Tipps und vollständigen Musterlösungen. Jedes Mal neue Werte, in drei Stufen: Halbwertszeit, Spiegel und Aufsättigungsdosen, Clearance, Vd, S und F, Dosierschema und Nierenanpassung.

Kostenlose ÜbungsaufgabeLeicht
110t (h)C (mg/L)6 mg/L2 hC = ?

Übungsaufgabe (erfundene Werte, keine klinische Empfehlung). Direkt nach einer i.v. Dosis beträgt der Spiegel von tobramycin 6 mg/L. Die Halbwertszeit beträgt 2 h, und das Arzneimittel wird nach einer Kinetik erster Ordnung eliminiert. Wie hoch ist der Spiegel C nach 2 h?

C₀ = 6 mg/Lt½ = 2 ht = 2 h
mg/L
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Was du übst

  1. LeichtHalbwertszeit, Spiegel und Aufsättigungsdosen
  2. MittelClearance, Vd, S und F
  3. SchwerDosierschema und Nierenanpassung

So löst du Aufgaben zu Klinische Pharmakokinetik

  1. Rechne die Halbwertszeit in eine Geschwindigkeitskonstante um: k = 0,693/t½.
  2. Rechne Werte pro kg in Gesamtwerte um: Vd (L) = L/kg × Gewicht, CL (L/h) = L/kg/h × Gewicht.
  3. Wähle die Beziehung: C = C₀·e−kt, LD = Vd·C/(S·F), Erhaltungsrate = CL·Css/(S·F), τ = ln(Cpeak/Ctrough)/k.
  4. Schätze bei der Nierenfunktion zuerst die CrCl nach Cockcroft–Gault und passe dann die Dosis oder das Intervall an.
  5. Prüfe das Ergebnis: Die Spiegel fallen mit jeder Halbwertszeit um die Hälfte, und der Steady State dauert etwa fünf Halbwertszeiten.

Häufige Fehler

  • 1/t½ statt 0,693/t½ zu verwenden.
  • log₁₀ statt ln verwenden.
  • Mit S oder F zu multiplizieren statt zu dividieren.
  • Das Körpergewicht bei Werten pro kg zu vergessen.
  • Die gesamte Aufsättigungsdosis zu geben, obwohl schon ein Teil des Spiegels vorhanden ist.

Wichtige Formeln

Geschwindigkeitskonstante und Halbwertszeit
k = ln 2/t½ = 0,693/t½
Zerfall erster Ordnung
C = C₀·e−kt = C₀·(1/2)t/t½
Zwei Spiegel
k = ln(C₁/C₂)/Δt
Volumen und Clearance
Vd = dose/C₀, CL = k·Vd
Aufsättigungsdosis
LD = Vd·C/(S·F)
Erhaltungsrate
R = CL·Css/(S·F)
Mittlerer Steady State
Css,avg = S·F·D/(CL·τ)
Stationärer Zustand
1 − (1/2)ⁿ nach n Halbwertszeiten; ≈ 97 % nach 5
Infusion
C = (R/CL)(1 − e−kt)
Intervall und Dosis aus Spitzen- und Talspiegel
τ = ln(Cpeak/Ctrough)/k, D = Vd·(Cpeak − Ctrough)
Cockcroft–Gault
CrCl = (140 − Alter) × kg/(72 × SCr mg/dL), × 0,85 bei Frauen
Nierenanpassung
Dosis × CrCl/normal; Dettli Q = 1 − fe·(1 − CrCl/normal)

Klinische Pharmakokinetik von Grund auf lernen

Davor: Dosierungsberechnungen, Pharmazeutisches Rechnen

1Was mit einer Dosis geschieht

Die Pharmakokinetik beschreibt, wie sich der Blutspiegel eines Arzneimittels mit der Zeit verändert. Die klinische Pharmakokinetik verwendet ein einfaches Modell, um Dosen zu wählen: Der Körper ist ein gut durchmischtes Kompartiment mit einem Verteilungsvolumen (Vd) und einer Clearance (CL).

Die meisten Arzneimittel werden nach einer Kinetik erster Ordnung eliminiert: In jeder Stunde wird derselbe Anteil des Arzneimittels entfernt, nicht dieselbe Menge. Deshalb halbiert sich der Spiegel mit jeder Halbwertszeit.

Dieses Modell wird für Arzneimittel mit enger therapeutischer Breite verwendet, wie Aminoglykoside, Vancomycin, Theophyllin, Phenytoin und Digoxin. Alle Werte in dieser Lektion sind typische Lehrbuchzahlen zur Übung.

2Halbwertszeit und Eliminationsgeschwindigkeitskonstante

Die Eliminationsgeschwindigkeitskonstante k (in h⁻¹) und die Halbwertszeit t½ gehören zusammen:

k = ln 2 / t½ = 0,693 / t½ C = C₀ · e−kt = C₀ · (1/2)t/t½

In einem Diagramm mit logarithmischer Konzentrationsachse (einer halblogarithmischen Darstellung) ist der Zerfall erster Ordnung eine Gerade. Aus zwei Spiegeln C₁ und C₂ im Abstand Δt:

k = ln(C₁/C₂) / Δt

Bei regelmäßigen Dosen oder einer Infusion steigt der Spiegel bis zum Steady State: Nach n Halbwertszeiten hat er 1 − (1/2)ⁿ davon erreicht, nach 5 Halbwertszeiten etwa 97 %.

Selbsttest Ein Spiegel fällt in 6 Stunden von 8 mg/L auf 2 mg/L. Wie hoch ist die Halbwertszeit?
  1. 1,5 h
  2. 3 h
  3. 4 h
  4. 6 h

Antwort: 3 h. 8 → 4 → 2 sind zwei Halbierungen in 6 h, also t½ = 3 h. Mit der Formel: k = ln(8/2)/6 = 0,231 h⁻¹ und t½ = 0,693/0,231 = 3 h.

3Aufsättigungsdosis und Erhaltungsdosis

Eine Aufsättigungsdosis füllt das Verteilungsvolumen sofort bis zum Zielspiegel. Eine Erhaltungsdosis ersetzt das Eliminierte, sodass im Steady State die zugeführte Rate der abgegebenen Rate entspricht.

LD = Vd × Ctarget / (S × F) Erhaltungsrate = CL × Css / (S × F)
  • S ist der Salzfaktor: der Anteil des Salzes, der Wirkstoff ist, zum Beispiel 0,8 für Aminophyllin (Theophyllin) und 0,92 für Phenytoin-Natrium.
  • F ist die Bioverfügbarkeit: der Anteil einer oralen Dosis, der das Blut erreicht, 1 bei i.v. Dosen.
  • Vd wird oft pro kg angegeben (L/kg): Multipliziere zuerst mit dem Gewicht.

Bei Dosen alle τ Stunden beträgt der mittlere Steady-State-Spiegel Css,avg = S·F·Dosis/(CL·τ).

Selbsttest Vd = 0,5 L/kg, Gewicht 80 kg, Ziel 10 mg/L. Das Arzneimittel wird als Salz mit S = 0,8 (i.v.) gegeben. Wie hoch ist die Aufsättigungsdosis?
  1. 320 mg
  2. 400 mg
  3. 500 mg
  4. 6,25 mg

Antwort: 500 mg. Vd = 0,5 × 80 = 40 L. Benötigter Wirkstoff: 40 × 10 = 400 mg; geteilt durch S = 0,8 ergibt 500 mg des Salzes. 320 mg multipliziert mit S, statt zu dividieren.

4Spitzenspiegel, Talspiegel und Nierenfunktion

Bei schnellen i.v. Dosen fällt der Spiegel im Dosierintervall τ von einem Spitzen- auf einen Talspiegel. Um einen gewählten Spitzen- und Talspiegel zu erreichen:

τ = ln(Cpeak/Ctrough) / k Dosis = Vd × (Cpeak − Ctrough)

Viele Arzneimittel werden über die Nieren ausgeschieden. Die Kreatinin-Clearance wird mit der Cockcroft–Gault-Gleichung geschätzt, CrCl = (140 − Alter) × Gewicht/(72 × SCr in mg/dL), × 0,85 bei Frauen.

Bei einem fast vollständig über die Nieren ausgeschiedenen Arzneimittel wird die Dosis proportional zur Clearance angepasst (Dosis × CrCl/normal), oder das Intervall wird verlängert (τ × normal/CrCl). Wird nur ein Anteil fe über die Nieren ausgeschieden, beträgt der Dettli-Dosisanteil Q = 1 − fe·(1 − CrCl/normal).

5Ein durchgerechnetes Beispiel

Verfolge jeden Schritt und sage den nächsten voraus, bevor du ihn öffnest. Alle Werte sind für die Übung erfunden.

Durchgerechnetes Beispiel

Die Halbwertszeit von Gentamicin beträgt bei einem Patienten 3 h. Das Ziel ist ein Spitzenspiegel von 8 mg/L und ein Talspiegel von 1 mg/L. Welches Dosierintervall ist bei schnellen i.v. Dosen nötig?

1

Geschwindigkeitskonstante

k = 0,693 / 3 = 0,231 h⁻¹
2

Intervall

Der Spiegel muss von 8 auf 1 mg/L fallen, ein Faktor 8.

τ = ln(8/1) / 0,231 = 2,079 / 0,231 = 9,0 h
3

Mit Halbwertszeiten prüfen

8 → 4 → 2 → 1 sind drei Halbierungen: 3 × 3 h = 9 h. Die Antwort stimmt überein.

Antwort

Das Dosierintervall beträgt 9 h; in der Praxis wird es auf einen praktischen Wert gerundet und die Spiegel werden kontrolliert.

6Häufige Fehler und Prüfungsfragen

  • 1/t½ statt 0,693/t½ für k zu verwenden.
  • log₁₀ statt des natürlichen Logarithmus ln verwenden.
  • Zu vergessen, Vd oder CL „pro kg“ mit dem Gewicht zu multiplizieren.
  • Mit S oder F zu multiplizieren statt zu dividieren.
  • Die volle Aufsättigungsdosis zu geben, obwohl der Patient bereits einen Spiegel hat: Es wird nur die Differenz benötigt.

Leicht: k und t½, der Spiegel nach einer Zeit, Steady State und eine einfache Aufsättigungsdosis. Mittel: Erhaltungsraten, S und F, k aus zwei Spiegeln, Vd und CL. Schwer: Intervall und Dosis aus Spitzen- und Talspiegel, Nierenanpassung, mittlere Steady-State-Spiegel und Infusionen vor dem Steady State.

Selbsttest Eine Infusion wird ohne Aufsättigungsdosis begonnen. Die Halbwertszeit beträgt 6 h. Welcher Anteil des Steady State ist nach 12 h ungefähr erreicht?
  1. 100%
  2. 25%
  3. 50%
  4. 75%

Antwort: 75%. 12 h sind zwei Halbwertszeiten: 1 − (1/2)² = 0,75, also 75 %. 25 % ist der noch fehlende Teil. Der Steady State dauert etwa 5 Halbwertszeiten, hier 30 h.

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Beispielaufgaben

Beispiel 1Leicht
110100t (h)C (mg/L)10 mg/L9 hC = ?

Übungsaufgabe (erfundene Werte, keine klinische Empfehlung). Direkt nach einer i.v. Dosis beträgt der Spiegel von gentamicin 10 mg/L. Die Halbwertszeit beträgt 3 h, und das Arzneimittel wird nach einer Kinetik erster Ordnung eliminiert. Wie hoch ist der Spiegel C nach 9 h?

C₀ = 10 mg/Lt½ = 3 ht = 9 h

Gesucht: C (mg/L)

Tipps anzeigen
  1. Anzahl der Halbwertszeiten: n = t/t½.
  2. C = C₀·(1/2)ⁿ oder C = C₀·e^(−kt) mit k = 0,693/t½.
  3. n = 9/3 = 3.
Antwort und Schritt-für-Schritt-Lösung anzeigen

Elimination erster Ordnung: Pro Stunde wird ein konstanter Anteil des Arzneimittels entfernt, daher gilt C = C₀·e−kt mit k = ln 2/t½ = 0,693/t½. Nach n Halbwertszeiten gilt C = C₀·(1/2)ⁿ. Bei regelmäßigen Dosen oder einer Infusion erreicht der Spiegel nach n Halbwertszeiten 1 − (1/2)ⁿ des Steady State: nach 5 etwa 97 %. Eine Aufsättigungsdosis füllt das Verteilungsvolumen: LD = Vd × C. Die Zahlen dienen nur der Übung; halte dich am Patientenbett immer an die örtlichen Standards und lass Hochrisiko-Dosen doppelt kontrollieren.

Anzahl der Halbwertszeiten

n = 9/3 = 3

Stufe

C = 10·(1/2)3 = 1,25 mg/L

Antwort

C = 1,25 mg/L
Beispiel 2Mittel
Vd = 7 L/kgC = 1 mcg/LLD = ? mcg52 kg · S = 1 · F = 0,7

Übungsaufgabe (erfundene Werte, keine klinische Empfehlung). Ein Patient mit 52 kg soll mit digoxin Tabletten aufgesättigt werden, um einen Spiegel von 1 mcg/L zu erreichen. Das Verteilungsvolumen beträgt 7 L/kg und die Tabletten haben eine Bioverfügbarkeit F = 0,7. Bestimme die gesamte orale Aufsättigungsdosis LD in mcg.

52 kgVd = 7 L/kgC = 1 mcg/LF = 0,7

Gesucht: LD (mcg)

Tipps anzeigen
  1. LD = Vd × C/(S × F).
  2. Für die Tabletten gilt S = 1 und F = 0,7.
  3. Vd = 7·52 = 364 L.
Antwort und Schritt-für-Schritt-Lösung anzeigen

Clearance und Volumen: Im Steady State entspricht die Dosierungsrate der Eliminationsrate, daher gilt die Erhaltungsrate = CL × Css. Eine Aufsättigungsdosis ist LD = Vd × C/(S × F), wobei S der Salzfaktor (Anteil des Wirkstoffs im Salz) und F die Bioverfügbarkeit (1 bei i.v.) ist. Aus zwei Spiegeln ergibt sich k = ln(C₁/C₂)/Δt; bei einem i.v. Bolus gilt Vd = Dosis/C₀ und CL = k × Vd. Die Zahlen dienen nur der Übung; halte dich am Patientenbett immer an die örtlichen Standards und lass Hochrisiko-Dosen doppelt kontrollieren.

Verteilungsvolumen

Vd = 7·52 = 364 L

Benötigte Menge an Wirkstoff

Vd·C = 364·1 = 364 mcg

Aufsättigungsdosis

LD = 364/(1·0,7) = 520 mcg

Antwort

LD = 520 mcg

In der Praxis wird die Dosis auf eine praktische Menge gerundet.

Beispiel 3Schwer
VCss,avg​ = ?200 mg · q12hCL = 0,03 L/kg/h86 kg · S = 1 · F = 1

Übungsaufgabe (erfundene Werte, keine klinische Empfehlung). Ein Patient mit 86 kg nimmt alle 12 h Theophyllin oral ein (F = 1). Die Clearance beträgt 0,03 L/kg/h. Jede Dosis beträgt 200 mg theophylline. Bestimme den mittleren Steady-State-Spiegel Css,avg.

CL = 0,03 L/kg/hτ = 12 hS = 1F = 186 kgD = 200 mg

Gesucht: Css,avg (mg/L)

Tipps anzeigen
  1. Im Steady State entspricht die mittlere zugeführte Rate der abgegebenen Rate: S·F·D/τ = CL·Css,avg.
  2. CL (L/h) = CL (L/kg/h) × Gewicht.
  3. CL = 0,03·86 = 2,58 L/h.
Antwort und Schritt-für-Schritt-Lösung anzeigen

Ein Dosierschema entwerfen: Bei schnellen i.v. Dosen fällt der Spiegel im Intervall vom Spitzen- auf den Talspiegel, daher gilt τ = ln(Cpeak/Ctrough)/k, und die Dosis, die den Spitzenspiegel wiederherstellt, ist Vd × (Cpeak − Ctrough). Der mittlere Steady-State-Spiegel ist Css,avg = S·F·Dosis/(CL·τ). Bei einer Infusion steigt der Spiegel als C = (R/CL)(1 − e−kt). Bei einem über die Nieren ausgeschiedenen Arzneimittel wird die Dosis mit der Kreatinin-Clearance angepasst. Die Zahlen dienen nur der Übung; halte dich am Patientenbett immer an die örtlichen Standards und lass Hochrisiko-Dosen doppelt kontrollieren.

Clearance

CL = 0,03·86 = 2,58 L/h

Mittlerer Steady-State-Spiegel

Css,avg = S·F·D/(CL·τ) = 1·1·200/(2,58·12) = 6,46 mg/L

Antwort

Css,avg = 6,46 mg/L

Fragen und Antworten

Klinische Pharmakokinetik: Worum geht es?

Die Pharmakokinetik beschreibt, wie sich der Blutspiegel eines Arzneimittels mit der Zeit verändert. Die klinische Pharmakokinetik verwendet ein einfaches Modell, um Dosen zu wählen: Der Körper ist ein gut durchmischtes Kompartiment mit einem Verteilungsvolumen (Vd) und einer Clearance (CL).

Die meisten Arzneimittel werden nach einer Kinetik erster Ordnung eliminiert: In jeder Stunde wird derselbe Anteil des Arzneimittels entfernt, nicht dieselbe Menge. Deshalb halbiert sich der Spiegel mit jeder Halbwertszeit.

Klinische Pharmakokinetik: Wie löst man die Aufgaben Schritt für Schritt?
  1. Rechne die Halbwertszeit in eine Geschwindigkeitskonstante um: k = 0,693/t½.
  2. Rechne Werte pro kg in Gesamtwerte um: Vd (L) = L/kg × Gewicht, CL (L/h) = L/kg/h × Gewicht.
  3. Wähle die Beziehung: C = C₀·e−kt, LD = Vd·C/(S·F), Erhaltungsrate = CL·Css/(S·F), τ = ln(Cpeak/Ctrough)/k.
  4. Schätze bei der Nierenfunktion zuerst die CrCl nach Cockcroft–Gault und passe dann die Dosis oder das Intervall an.
  5. Prüfe das Ergebnis: Die Spiegel fallen mit jeder Halbwertszeit um die Hälfte, und der Steady State dauert etwa fünf Halbwertszeiten.
Klinische Pharmakokinetik: Welche Fehler passieren am häufigsten?
  • 1/t½ statt 0,693/t½ zu verwenden.
  • log₁₀ statt ln verwenden.
  • Mit S oder F zu multiplizieren statt zu dividieren.
  • Das Körpergewicht bei Werten pro kg zu vergessen.
  • Die gesamte Aufsättigungsdosis zu geben, obwohl schon ein Teil des Spiegels vorhanden ist.
Klinische Pharmakokinetik: Was wird geübt?
  • Leicht: Halbwertszeit, Spiegel und Aufsättigungsdosen
  • Mittel: Clearance, Vd, S und F
  • Schwer: Dosierschema und Nierenanpassung

Jede Aufgabe hat neue Werte, so lernst du den Lösungsweg statt einer Antwort. Du hängst fest? Öffne zuerst einen kleinen Tipp und die vollständige Erklärung erst, wenn du sie brauchst.

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  • Dein Fortschritt, deine Fehler und gespeicherten Aufgaben bleiben erhalten, damit du vor der Prüfung wiederholen kannst.

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