어떤 경로를 통하던지 체내로 유입된 약물은 수많은 효소에 의해 변형되고 분해됩니다. 효소에 의한 생물학적 변형은 원래의 화합물을 유익하거나, 해로운 것으로 전환시키거나, 효능을 상실하게도 합니다. 이러한 약물을 변화시키는 생화학적 반응의 과정을 약물대사라고 일컫습니다. 약물의 대사과정과 생체이용률을 고려하여 약물 투여법을 결정하는 것은 환자에게 적절한 치료를 제공하기 위해 필수적인 과정입니다. 이번 게시글에서는 약물의 다양한 투여 방법과 장단점에 대해 알아보고 약물의 생체이용률 및 대사경로를 소개합니다.
약물의 생체이용률이란? (Bioavailability)
약물의 생체 이용률은 투여한 용량 중 약물이 작용하길 원하는 신체 부위에 도달하여 생물학적 효과를 나타내는 양을 의미합니다. 적절하고 효과적인 치료를 위해서는 약물이 적합한 투여 경로를 통해 효과를 보일 수 있을 만큼 약물이 전달되어야 합니다. 약물의 생체이용률은 약효를 나타내는 활성 성분의 약물동력학 성질에 따라 다르며 제제에 따라 달라질 수 있습니다. 만약, 약물이 배설되거나 흡수되는 속도와 유사한 속도로 분해되어 불활성화되면, 생물학적 효과를 보이는 약물이 거의 남지 않을 것입니다.
약물의 대사 경로
우리 몸으로 들어온 약물은 수많은 효소에 의해 변형되고 분해되기 시작합니다. 약물을 변화시키는 생화학적 반응을 약물대사라고 부릅니다.
간은 약물대사를 담당하는 주요 장기입니다. 경구(입)로 투여된 약물은 소화관을 통하여 흡수된 후, 문맥순환을 통해 간으로 이동합니다. 생체 내에서 흡수된 약물의 대사는 주로 간의 microsome에서 이루어지고 여러 가지 효소작용에 의해 진행됩니다. (위장관, 혈액, 근육조직 및 신장에서도 약물 대사가 이루어집니다.)
약물의 대사는 먼저 산화, 환원반응 및 가수분해 등을 통해 수산기, 아민기, 카르복실기 등과 같은 기능 기를 가지는 생성물로 변형됩니다. 그다음, 다양한 효소가 관여하여 수용성의 생성물로 변형되고 최종적으로 담즙이나 소변으로 배설됩니다. 약물의 대사에 영향을 미치는 요인으로는 1) 혈장단백결합, 2) 간의 효소생성 level, 3) 유전적 성향, 4) 지방조직에 농축 여부, 5) 간 기능 등이 있습니다.
약물의 배설은 주로 신장을 통해 이루어집니다. 사구체 여과를 통해 혈장단백과 결합하지 않은 약물이 배설되고, 신 세뇨관에서 재흡수 또는 분비가 이루어집니다. 그 외에 폐, 소화기, 피부, 유즙, 태반 등으로도 약물이 배출됩니다.
간 초회통과 효과
약물을 경구로 투여하면, 상당량이 간으로 먼저 이동합니다. 약물이 간에서 대사 될 경우, 전신 순환에 도달하는 약물(대사체가 아닌 활성을 가진 처음 약물)은 처음 흡수되었을 때의 양 보다 상당히 감소하게 되는데, 이런 현상을 ‘간 초회통과 효과’라고 부릅니다. 약물의 생체이용률을 높이기 위한 다양한 방법이 있는데, 간 초회통과를 회피하는 경로로 약물을 투여하는 방법도 그중 한 가지입니다. 다음으로는 약물의 다양한 투여경로에 대해 알아보겠습니다.
다양한 약물 투여 경로, 장단점
다음으로는 약물의 다양한 투여 경로와 그 장단점에 대해 알아보겠습니다.
1. Oral administration (PO), 경구투여
경구 투여는 물질이 입을 통해 섭취되는 투여 경로입니다. 혈류를 통해 신체의 다른 부분에 도달하는 전신 효과를 나타내기 위해 많은 약물을 경구로 복용합니다. 경구투여는 편리하고 경제적이며, 피부를 손상시키지 않고, 약물투여가 대상자에게 많은 부담을 주지 않는다는 장점이 있습니다. 그러나 오심, 구토가 심한 대상자 또는 삼키지 못하는 대상자에게는 부적합하며 약물이 위장관을 통과하기 때문에 분해 및 변성에 취약하며, 소장벽을 통한 혈액순환계로의 흡수율이 매우 낮다는 단점이 있습니다.
2. Subcutaneous injection (SC), 피하주사
피하 주사는 진피와 표피 아래에 위치한 피하 조직 의 지방 조직에 투여됩니다. 피하 조직에는 혈관이 거의 없으므로 약물의 느리고 지속적인 흡수를 위한 것입니다. 약물의 흡수 속도는 정맥주사나 근육주사 보다 느리지만 경구투여나 피내주사보다는 빠릅니다. 일반적으로 피하주사를 통해 투여되는 약물에는 인슐린, 단클론항체, 헤파린 등이 있습니다. 이러한 약물은 분자가 너무 커서 장에서 흡수되지 않기 때문에 피하주사를 이용하여 투여됩니다.
3. Intradermal injection (ID), 피내주사
피내 주사는 표피와 피하조직 사이에 있는 진피에 물질을 표면적으로 주입하는 것입니다. 이 경로는 피하조직이나 근육에 주사하는 것에 비해 드물게 사용되며, 일반적으로 일부 예방 접종, 알레르기 테스트 또는 일부 감염에 대한 이전 노출을 확인하기 위한 테스트와 같이 국부적 반응이 필요할 때 사용됩니다. 물질에 대한 신체의 반응이 표면에 더 가깝기 때문에 쉽게 관찰할 수 있습니다.
4. Intravenous injection (IV), 정맥주사
정맥주사는 약물을 정맥으로 직접 전달합니다. 정맥 경로는 순환계에 직접 도입되어 빠르게 분배되기 때문에 신체 전체에 약물과 체액 대체물을 전달하는 가장 빠른 방법입니다. 이런 이유로 IV 경로는 응급상황이나 빠른 조치가 필요한 경우 선호됩니다. IV로 전달된 약물의 생체이용률은 약물이 흡수되지 않거나, 혈류에 들어가기 전에 대사 되어 변형될 수 있는 경구 투여와 달리 정의상 100%입니다.
5. Intramuscular injection (IM), 근육주사
근육 주사는 근육에 주사하는 것입니다. 근육 주사는 주로 삼각근, 외측광근, 측둔 근, 배둔근에 놓습니다. 근육에는 혈관의 분포가 많아 흡수가 빠르고, 약물효과가 빨리 나타납니다. 하지만, 신경과 혈관에 손상을 줄 위험이 있습니다.
6. Intraosseous injection (IO), 골내주사
골내 주사는 일반적으로 약물이나 수액이 혈류로 빠르게 들어가야 하고 정맥 접근이 어렵거나 불가능한 응급 상황에서 사용됩니다. 즉, 정맥주사 (IV)가 불가능할 때, 대안으로 사용되는 투여방법입니다.
7. Intraperitoneal injection (IP), 복강내주사
복강 내 주사 또는 IP 주사는 물질을 복막에 주사하는 것입니다. 인간보다 동물에 더 자주 적용됩니다. 일반적으로 많은 양의 혈액 대체액이 필요하거나 저혈압 또는 기타 문제로 인해 정맥 주사에 적합한 혈관을 사용하지 못하는 경우에 선호됩니다. 인간에서 이 방법은 일부 암, 특히 난소암을 치료하기 위해 화학요법 약물을 투여하는 데 널리 사용됩니다.
8. Rectal administration (직장 투여)
직장으로 투여되는 약물은 일반적으로 경구투여보다 더 빠르게 흡수되고, 더 높은 생체이용률을 나타냅니다. 직장투여의 또 다른 장점은 경구투여에 비해 메스꺼움이 적고 구토로 인한 약물의 소실을 방지할 수 있다는 점입니다. 직장 투여 경로는 소화관을 통한 약물의 진행을 방해할 수 있는 연하곤란, 장폐색 또는 장폐색과 같은 소화관 운동성 문제가 있는 환자에게 유용합니다.
9. Sublingual administration (SL, 설하 투여 (혀 아래 투여), 경구투여의 일종)
혀 아래 조직을 통해 혈액으로 확산되는 약리학적 투여 경로를 나타냅니다. 심혈관 약물, 스테로이드, 바르비투르산염, 벤조디아제핀, 아편유사 진통제, 일부 단백질, 비타민 및 미네랄을 포함한 많은 약물이 설하 투여를 통해 흡수됩니다. 혀 아래의 결합 조직에는 많은 모세 혈관이 포함되어 있기 때문에 물질이 모세 혈관으로 확산되어 정맥 순환으로 들어갑니다.
설하 투여는 일반적인 경구 투여에 비해 다음과 같은 이점이 있습니다. 보다 직접적이며 더 빠르게 흡수되고, 혈류에 들어가기 전에 타액 효소에 의해서만 물질이 분해될 위험이 있는 반면, 경구 투여약물은 분해 위험이 있는 위장관의 환경을 통과해도 활성을 유지해야 합니다. 또한, 위장관에서 흡수된 약물은 간으로 전달되어야 하며, 간에서 대사 되거나 변성이 될 위험이 있습니다.
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