العلاقة بين الجرعة والاستجابة

د. جاد الله السيد محمود

المساهمة الرئيسية في هذا المقال

العلاقة بين الجرعة والاستجابة

تصف العلاقة بين الجرعة والاستجابة (أو العلاقة بين التعرض والاستجابة) اختلاف التأثير الناتج عن مستويات مختلفة من التعرض (أو من الجرعات) لمحفز (عادة مادة كيميائية) بعد وقت تعرض محدد.[1] يطبق هذا على كائن مفرد (تكون نتيجة الاختبار مثلاً أنَّ كمية صغيرة لم يحدث لها أي تأثير، وكمية كبيرة كانت قاتلة)، أو على مجموعة أفراد (مثلاً كم عدد الأشخاص أو الكائنات المتأثرة في مستويات مختلفة من التعرض).

تعتمد عموماً العلاقات بين الجرعة والاستجابة على زمن التعرض وعلى طريق التعرض (مثل الطريق الإنشاقي أو الهضمي)؛ وربما يؤدي تكميم الاستجابة بعد أزمنة تعرض مختلفة أو بعد التعرض من خلال طرق مختلفة لعلاقات ونتائج مختلفة على تأثير المحفز يمكن أخذها بالاعتبار. ينتج هذا التقييد عن تعقيد الأنظمة الحيوية وغالباً عن العمليات الحيوية غير المعروفة التي تعمل بين التعرض الخارجي والاستجابة النسيجية أو الخلوية الضائرة.

أهميتها

إنَّ دراسة الاستجابة مع الجرعة وتطوير نماذج للجرعة مع الاستجابة أمر أساسي في تحديد مستويات "الأمان" و"الخطورة" والجرعات للأدوية والملوثات الممكنة وباقي المواد التي يتعرض لها الناس (أو الكائنات).

وغالباً ما تكون هذه النتائج أساس السياسة العامة؛ فمثلاً طورت وكالة الحماية البيئية الأمريكية تقارير ودليلاً موسعاً حول تقييمات وبرامج ونماذج العلاقة بين الجرعة والاستجابة.[2]

منحني الجرعة والاستجابة

هو عبارة عن منحني بسيط (محورين محور س ومحور ع) يدرس كمية المحفز (أي تركيز الملوث أو كمية الدواء أو درجة الحرارة أو الشدة المطبقة أو الإشعاع وذلك حسب المراد دراسته) مع استجابة المستقبل (أي الكائن المدروس).

قد تكون الاستجابة المدروسة فيزيولوجية أو كيمياحيوية، أو حتى قد تكون الموت، وبذلك يمكن عدها (أو حساب نسبتها، مثل معدل الوفيات) أو ترتيبها ضمن أصناف وصفية (كما في تصنيف شدة الآفة) أو قياسات متتابعة (مثل ضغط الدم).[3] يمكن دراسة عدد التأثيرات (نقاط النهاية) غالباً ضمن مستويات تنظيمية مختلفة (مثل الدراسة على عينة من عدة كائنات أو على حيوان واحد كامل أو على نسيج أو على خلية).

عموماً ترسم الجرعة المقاسة (عادة بـ مغ أو مكغ أو غ لكل كغ من وزن الجسم بالنسبة للتعرض الفموي أو بـ ملغ لكل متر مكعب من هواء البيئة بالنسبة للتعرض الإنشاقي) على محور السينات أما الاستجابة على محور العينات (تتضمن الوحدات الأخرى: مول مقسماً على وزن الجسم أو مول لكل حيوان، أما بالنسبة للتعرض الجلدي فتكون الوحدات غالباً مول لكل سم مكعب). وتفضل نماذج استخدام الدواء ذات الأساس الحيوي على استخدام لوغاريتم الجرعة، لأنَّ لوغاريتم الجرعة يمكن أن يطبق بصرياً جرعة عتبة في حين أنَّه قد لا يكون لمثل هذه الجرعة وجود. في بعض الحالات تكون الجرعة المرسومة على محور السينات على شكل خوارزمية وفي مثل هذه الحالات يكون المنحني ملتوياً، مع وجود جزء حاد في المنتصف (كما في المنحني التالي).

عادة ما يشار إلى النقطة الأولى على طول المخطط التالية للوصول إلى استجابة أعلى من الصفر (أو أعلى من الاستجابة الشاهدة) بكونها جرعة العتبة؛ وبالنسبة لمعظم الأدوية المفيدة أو الترفيهية تحصل التأثيرات المرغوبة ضمن جرعات أكبر قليلاً من جرعة العتبة تلك. أما عند استخدام جرعات أعلى فتظهر التأثيرات غير المرغوبة، كما أنَّها تصبح أقوى بزيادة الجرعة. وكلما كانت المادة أقوى كلما كان المنحني حاداً أكثر. في الحالات الكمية فغالباً ما يصمم محور العينات بالنسب المئوية، مما يشير إلى النسبة المئوية لعدد المتعرضين الذين حصل لهم استجابة معيارية (والتي قد تكون الموت إذا كان المطلوب قياس LD50). ويشار لمثل هذا المنحني بمنحني الجرعة مع الاستجابة الكمومي، لتمييزه عن منحني الجرعة مع الاستجابة المتدرج، حيث تكون الاستجابة في ذلك الأخير مستمرة (إما بقياسها أو بالحكم عليها). المنحني الأكثر استخداماً للعلاقة بين الجرعة والاستجابة هو منحني EC50 (نصف التركيز الأعلى الفعال)، حيث تكون نقطة EC50 نقطة انعطاف المنحني.

يمكن إنجاز التحليل الإحصائي لمنحنيات الاستجابة مع الجرعة من خلال طرق ارتدادية مثل نموذج بروبيت probit model أو نموذج لوغيت logit model أو باستخدام طرق أخرى مثل طريقة سبيرمان كاربر Spearman-Karber method.[4] وتفضل عادةً النماذج التجريبية القائمة على ارتداد لاخطي مقارنة مع استخدام بعض تحول بسيط للبيانات التي تجعل العلاقة بين الجرعة والاستجابة خطية.[5] عادة ما تكون منحنيات الاستجابة مع الجرعة ملتوية وذات طور واحد ويمكن أن تتناسب مع معادلة هيل التقليدية Hill equation. كما اقترح نموذج معمم للحالات متعددة الأطول أيضاً.[6]

مشاكل في النموذج الخطي

مفهوم العتبات والعلاقة الخطية بين الاستجابة والجرعة وحصول جميع الاستجابات أو عدم حصول أي منها قد لا ينطبق على الحلات غير الخطية. في حين أنَّه يمكن تفضيل نموذج العتبة أو النموذج الخطي الذي لا يحوي عتبة اعتماداً على الظروف الموجودة.

المراجع

• Crump, KS; Hoel, DG; Langley, CH; Peto, R (1976). "Fundamental carcinogenic processes and their implications for low dose risk assessment". Cancer Research 36 (9 Part1): 2973–9. PMID 975067.
• Lockheed Martin (2009). Benchmark Dose Software (BMDS) Version 2.1 User's Manual Version 2.0 (PDF) (Draft ed.). Washington, DC: United States Environmental Protection Agency, Office of Environmental Information.
• Altshuler, B (1981). "Modeling of dose-response relationships". Environmental Health Perspectives 42: 23–7. doi:10.1289/ehp.814223. PMC 1568781. PMID 7333256.
• Hamilton, MA; Russo, RC; Thurston, RV (1977). "Trimmed Spearman-Karber method for estimating median lethal concentrations in toxicity bioassays". Environmental Science & Technology 11 (7): 714–9. doi:10.1021/es60130a004.
• Bates, Douglas M.; Watts, Donald G. (1988). Nonlinear Regression Analysis and its Applications. Wiley. p. 365. ISBN 9780471816430.
• G. Y. Di Veroli, C. Fornari, I. Goldlust, G. Mills, S. B. Koh, J. L. Bramhall, F. M. Richards, and D. I. Jodrell, “An automated fitting procedure and software for dose-response curves with multiphasic features,” Sci. Rep., vol. 5, p. 14701, 2015. http://www.nature.com/articles/srep14701

المصادر

https://en.wikipedia.org/wiki/Dose%E2%80%93response_relationship

انظر : قوالب علم تأثير الدواء - مقالات علم تأثير الدواء