心电变化既需要暴露模型,也需要生理解释

阿斯利康(AstraZeneca)与英国华威大学(University of Warwick)研究者在 2015 年综述中,比较药代动力学—药效学(pharmacokinetic–pharmacodynamic,PK/PD)和系统药理学模型怎样用于心血管安全性评价。模型处理心电间期、血压、心率和收缩功能,并尝试把临床前药物响应联系到人体反应。

QT 间期延长是心室复极变化的敏感信号,却不能单独准确判断尖端扭转型室性心动过速(torsades de pointes,TdP)风险。作者讨论心率校正、昼夜基线变化、个体遗传与健康状态,以及药物浓度与效应之间的时间延迟,说明这些因素怎样影响浓度—心电关系。

原综述图示心血管药物效应从临床前或体外证据转向人体预测的三条建模路线。

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心血管药物效应的三种转化建模路线;图中曲线用于概念说明。(TA Collins 等,CC BY 4.0)(TA Collins et al. / CPT: Pharmacometrics & Systems Pharmacology, 2015, 图4;CC BY 4.0)

体外多通道数据可进入细胞与全心模型

机制模型把离子通道抑制数据带入心肌细胞动作电位计算,再通过细胞排列与电活动传播模拟组织或全心的心电图。综述介绍索他洛尔的组织模拟,以及西沙必利与胺碘酮的全心比较:两药都可延长 QT,模型却借助传导效应解释其不同的促心律失常风险。

这种换算仍受物种影响。综述引用的模拟中,同样 70% 的 hERG 钾通道阻断,对应人、犬和豚鼠模型的动作电位时程延长约 80%、30% 和 20%。

作者也报告不一致结果:一些动作电位模型总体低估临床 QT 变化,放宽浓度比较范围后预测才改善。另一模拟器比较 6 种抗精神病药,预测的平均 QTc 变化与观察较一致,但没有覆盖全部个体变异。组织分布、细胞内暴露和参数设置因此仍需验证。

血压反馈模型需要足以区分参数的数据

血压、心率、每搏输出量和外周阻力相互影响。综述介绍的尼卡地平和硝苯地平模型,把平均动脉压反馈与药物作用结合;但通常只观察到心率和平均动脉压,其他状态缺少测量,容易出现不同参数组合都能解释同一结果的问题。后续研究用结构可辨识性分析减少参数。

作者区分两步用途:先用 PK/PD 模型量化最关注终点的暴露—反应,再用系统模型分析反馈和可能作用位置。当时,多尺度心脏电活动与收缩模型尚未充分用于药物安全性或药效评价;血流动力学系统模型的人体预测也缺少足够临床反馈。

三条转化路线取决于证据与机制覆盖

综述比较三条路线:直接拟合临床前和人体浓度—效应关系;用体外作用强度与生理知识推算人体效应;以及把临床前系统模型与人体生理参数结合。后两类需要区分药物特性和生理系统参数,模型复杂程度应与可测信息相适应。

一个体外驱动的转化例子同时模拟多潘立酮与酮康唑的暴露和 QT 影响,基本重现原研究结论,但基线和部分效应仍存在偏差。作者将长期结构损伤列为另一缺口:常见短期功能测量难以刻画慢性过程,也难以把罕见严重事件准确追溯到药物暴露。

来源与延伸阅读

  1. Modeling and Simulation Approaches for Cardiovascular Function and Their Role in Safety Assessment. CPT: Pharmacometrics & Systems Pharmacology. 2015. doi:10.1002/psp4.18 ↗