Plasmahalbwertszeit

Definition und Bedeutung

Die Plasmahalbwertszeit, fallweise auch Eliminationshalbwertszeit genannt, ist die Zeitspanne, die nach intravenöser Verabreichung eines Arzneistoffes zwischen seiner Maximalkonzentration im Blutplasma und dem Absinken auf die Hälfte dieses Wertes vergeht. Sie wird häufig mit dem Symbol t_{1/2} angegeben.

Die Plasmahalbwertszeit ist eine wichtige Kenngröße der Pharmakokinetik, also der Lehre davon, wie ein Arzneistoff im Körper aufgenommen, verteilt, verändert und ausgeschieden wird. Sie hilft zu beschreiben, wie lange ein Wirkstoff in relevanter Konzentration im Blutplasma vorhanden bleibt.

Einflussgrößen und Grundformeln

Die Plasmahalbwertszeit hängt von vielen Vorgängen im zirkulierenden Vollblut und im Organismus ab. Arzneistoffe können unter anderem in der Leber metabolisiert, also chemisch umgewandelt, in Geweben angereichert, von der Niere ausgeschieden oder über die Blut-Hirn-Schranke transportiert werden.

Wird ein Arzneistoff durch die Leber abgebaut, ergibt sich meist ein exponentieller Verlauf der Arzneistoffkonzentration über die Zeit. Dieser kann beschrieben werden durch: C(t)=C_0 e^{-kt}. Dabei ist C(t) die Konzentration nach der Zeit t, C_0 die Anfangskonzentration bei t=0 und k die Eliminationskonstante.

Die Beziehung zwischen Eliminationskonstante und Halbwertszeit lautet: k = ln 2 / t_{1/2}. Dabei ist t_{1/2} der Zeitraum, in dem sich die Konzentration halbiert.

Geltungsbereich der einfachen Modelle

Die genannten Zusammenhänge gelten nur nach intravenöser Verabreichung im Ein-Kompartiment-Modell. Ein Kompartiment ist ein gedachter Bereich im Körper, in dem sich der Wirkstoff gleichmäßig verteilt. Im Ein-Kompartiment-Modell findet keine Verteilung in „tiefere“ Kompartimente statt.

In allen anderen Fällen, zum Beispiel nach extravasaler Verabreichung, wird die Plasmahalbwertszeit möglichst zu späten Zeiten aus der Konzentrations-Zeit-Kurve bestimmt. Dadurch sollen verfälschende Einflüsse der Absorption, also Aufnahme des Stoffes, oder der Verteilung möglichst gering gehalten werden.

Terminale und kontextsensitive Halbwertszeit

Wenn eine Substanz ein ausgeprägtes Verteilungsverhalten zeigt, kann der Abfall der Plasmakonzentration biphasisch verlaufen. Das bedeutet: Die Konzentrations-Zeit-Kurve fällt zunächst rasch ab, bis ein Verteilungsgleichgewicht erreicht ist. Danach flacht der Verlauf ab und wird vor allem durch Elimination bestimmt, also durch Metabolisierung und Ausscheidung.

Die terminale Halbwertszeit, t_{½β}, ist der Zeitraum, in dem der Plasmaspiegel in der Eliminationsphase, also der terminalen Phase, jeweils auf die Hälfte absinkt.

In der Anästhesiologie sind bei Infusionen von Schmerz- und Narkosemitteln therapeutisch wichtige Umverteilungsprozesse zu beachten. Dafür wurde 1992 der Begriff der kontextsensitiven Halbwertszeit eingeführt. Sie ist definiert als die Zeit, die notwendig ist, bis die Plasmakonzentration eines Wirkstoffs nach kontinuierlicher Infusion von definierter Dauer, dem „Kontext“, auf die Hälfte abgesunken ist.

Ein- und Zwei-Kompartiment-Modell

Im 1-Kompartiment-Modell verläuft die Elimination aus dem zentralen Kompartiment mit der Geschwindigkeitskonstante k_e exponentiell abfallend. Die Plasmahalbwertszeit t_{1/2}, also der Zeitraum, in dem die Ausgangskonzentration C_0 des Wirkstoffes im Plasma auf die Hälfte absinkt, ergibt sich als t_{1/2} = ln 2 / k_e.

Das 2-Kompartiment-Modell berücksichtigt zusätzlich zur Elimination eine Verteilung in ein peripheres Kompartiment. Die Konzentrations-Zeit-Kurve verläuft dabei biphasisch: In der α-Phase fällt die Konzentration rasch ab, weil der Verteilungsvorgang dominiert. In der β-Phase nimmt sie langsamer ab, weil die Elimination teilweise durch Rückverteilung kompensiert wird.

Der Konzentrations-Zeit-Verlauf ist durch zwei Plasmahalbwertszeiten charakterisiert: t_{1/2(α)}, die initiale Halbwertszeit, und t_{1/2(β)}, die terminale Halbwertszeit. Sie lassen sich aus den Hybridkonstanten α und β der Exponentialfunktionen in C_t = A · e^{-αt} + B · e^{-βt} berechnen. Es gilt A + B = C_0. Die terminale Halbwertszeit ist besonders wichtig für die Anreicherung von Wirkstoffen, also die Akkumulation, im Körper bei längerer Anwendung.

Abgrenzung zur Plasmastabilität

Die Plasmahalbwertszeit ist nicht dasselbe wie die Stabilität eines Arzneistoffs oder biologischen Stoffs im Blutplasma selbst. Für diese andere Fragestellung wird der Begriff Plasmastabilität verwendet.

Plasmastabilität ist zum Beispiel bei Lagerung, Transport und Analytik von Plasmaproben wichtig, aber auch bei der Entwicklung von Arzneistoffen.