改进单纯形法计算药物动力学参数
第31卷第7期
2009年O7月
武汉工程大学
J.WuhanInst.Tech.
Vo1.31No.7
Ju1.2009
文章编号:1674—2869(2009)07—0030—03
改进单纯形法计算药物动力学参数
邱迪华,张珩,邱维,全大勇
(武汉工程大学化工与制药学院,湖北武汉430074) 摘要:介绍了改进单纯形法.使用目标函数值的改进单纯形法,对各种给药途径的
线性和非线性药物动力学
参数进行计算.给出了改进单纯形法计算药物动力学参数的Delphi计算机程序,并
以实例予以说明应用改进
单纯形法计算药物动力学参数具有拟合程度好,应用范围广的特点. 关键词:改进单纯形法;药物动力学参数;计算机程序 中图分类号:R969.1文献标识码:A
0引言
药物动力学是研究药物吸收,分布,代谢,排
泄的时间过程并涉及到这种时间过程同药理作用 强度及时间过程关系的一门学科.药物动力学常 用隔室模型来模拟机体系统口].药物动力学的基 本任务,一是在理论上创建模型,提出各种有合理 依据的模型,求出模型的特解和通解,推证与建立 包括输入与输出,体内与体外,药动与药效的的相 关关系在内的一系列重要公式;二是在实验中求
参数,对未知药物,根据机体给药后体液样本中药 物浓度或药效的经时数据,选择合适的模型,求出 该模型中的有关参数,使该模型与试验值能紧密 的嵌合,即"模型嵌合";三是应用参数,即根据已 知的药物动力学参数,应用有关动力学公式,设计 理想制剂与合理的给药
L2].运用现代控制理 论中的系统方块图,对隔室模型进行处理,大大易 化了对隔室模型的理解,记忆和应用_3].通常由实 验数据用最小二乘法得出未知参数的估计值.本 研究引入使用目标函数值的改进单纯形法,给出 了一个用Delphi编写的计算机程序.能用于各种 给药途径隔室模型线性药物动力学和非线性药物 动力学参数的计算.
1方法与程序
1.1改进单纯形法
单纯形法是通过搜索来寻找最优目标的一种 方法.该方法开始在一个单纯形各顶点上做计算, 然后对结果进行比较,根据结果的情况来判断其 变化的大致趋势,作为下一步选点参考.单纯形是 在一定空间中的最简单的图形.二维空间中的单 纯形是三角形.如图1.
2
图1基本单纯性示意图
Fig.1Basicsimplexdiagram 由GHL构成一个单纯形,在各顶点上对应条 件下,求出结果.若比较后,L点最好,H点最差,G 点次差.为寻找最优点,一般可在最差点的对称位 置找.即图中的R点.得到新的单纯形GLR.然后 在R点做实验.重复此过程,直至按预定精度充分
接近最优点.
改进的单纯形法在单纯形法的反射操作基础
上,还视各H,L,G等各点情况,增加扩张,压缩及
整体收缩
,加速了单纯形向最优点区域推进
速度.还可以单纯形法中确定主元素的两个新法
则来提高单纯形法的效率[4].
1.2改进单纯形法程序框图
此图如图2所示.
1.3改进单纯形法药动学计算程序
proceduresimplex(arrt,arrc,w:arrayoIdouble;vatarrel,
xx0:arrayofdouble;k0,tstop:double;alpha,simpsize,U:
integer;varAIC:double);
constmiu=1.8;lamda一0.75;eps一0.000001;
varm,n,xl,xh,xg,count,number2:integer; ys,yg,yh,yhl,yl,ye,yr,h:double; xxr,XXS,xxe,xxc,Y,yo:arrayE0..6]ofdouble;
XX:array[0..6]ofarrayE0..6]ofdouble; 收稿日期:2008—11—13
作者简介:邱迪华(1958一),男,江西萍乡人,讲师,硕士.研究方向:计算药学 第7期邱迪华,等:改进单纯形法计算药物动力学参数31
f构成初始单纯形,顶点为(f=0,1,2…)l
'
一lJ.,……^,l
l
I求Y_的最大值,最小值,次大值,YL,y.及相应的l
人
一
YLlel国>—打印,YL
,,,丫
求反射点及yR\芝一,
?"?nIY
IXs=(1一),y.)ll=(1一)扎,y)I
——
'
.1,yH=y|1
J一/_L,门JJIJ.——yy'
图2程序设计
图
Fig.2Theflowofprogramming beginys:一2;Yg:一1;count:一0;number2:一l; ifmainform.Iv1.Checkedormainform.If1.Checkedor
mainform.Po1.Checkedthenh:一1.7elseh:一0.5; forn:一otonn一1doifarrc[n]>1e一10 thencount:一count+1;
form:一0to6do//数组清零
forn:一0to6d0
xx[m,n]:一0.
form:一0tosimpsizedo
forn:一alphatosimpsize+alpha一1do
ifm一(n—alpha+1)
thenxx[m,n—alpha+1]:一(1+h)*xx0En] elsexx[-m,n—a1pha+11:一xxO[n]; repeatnumbers2:一number2+1; form:一0tosimpsizedo
forn:一1tosimpsizedo
ifxx[m,n]<一0thenxx[m,n]:一0.00001; ifys>Ygthen
form:一0tosimpsizedo
yEm]:一remnant(arrcl,arrc,arrt,w,xx[m],
kO,tstop,u,simpsize);//求各顶点值
yo:一y;sort(y,yo,yl,xl,0,simpsize,0,0);//根据值的大
小,确定yl,yg,yh
yo:一y:sort(y,yo,yh,xh,0,size)size,1,O):yhl:一yh;
yo:一Y,yoExh]:一0;sort(y,yo,Yg,xg,0,simpsize,1,O);
forn:一ltosimpsizedo
beginxxeEn]:一0;
form:一0tosimpsizedo
Ifm<>xhthenxxcl-n]:一XXCIn]+xxl-m,n]; xxcIn]:一(XXCIn]一xx[xh,n])/simpsize; xxr[n]:一2*xxc[n]一xxFxh,n];
end:
yr:一remnant(arrcl,arrc,arrt,w,xxr,kO,tstop,u,
simpsize);
Ifyr<ygthen
begin
If((1,miu)yh+miuyr)<ylthen begin
forn:一1tosimpsizedo
xxe[n]:一(1一miu)*xx[xh,n]+miu*xxrFn]; ye:一remnant(arrcl,arrc,arrt,w,xxe,k0,tstop,u,
simpsize);
ifye<yrthen
beginys:一ye:xxs:一xxe;end
else
beginys:一yr;XXS:一xxrend;
end
else
begin
beginys:一yr;XXS:一xxr;end
end:
end
else
begin?
forn:一1tosimpsizedo
XXSEn]:一(1一lamda)*xx[xh,n]+Iamda* xxrEn];
ys:一remnant(arrcl,arrc,arrt,w,XXS,kO,tstop,u,
simpsize);
end:
Ifys<Ygthen
begin
forn:一1tosimpsizedoxx[xh,n]:一xxs[n];
yExh]:一ys;
end
else
begin
form:一0tosimpsizedo
forn:一1tosimpsizedo,
xx[m,n]:一(xxEm,n]+xx[xl,n])/2; end;
until(abs(yhl--y1)/abs(y1)<eps)or(number2一lOOO); forn:一1tosimpsizedoxXo[n+alpha一1]:一xx[xl,n]; remnant(arrcl,arrc,arrt,w,xxO,ko,tstop,u,simpsize);
AIC:一count*In(y1)+2*simpsize; end:
2实例分析
2.1线性血管外一室模型
C—A*~exp(一Ke*t)一exp(--Ka*t)], 拟合方程为:C:=3.988[exp(一0.456t)一
exp(一3.4780],
32武汉工程大学第31卷
AIC54.150,W一1,AUC(梯)一6.756
1数据及拟合
Table1Dataandfitting 2.2非线性一室静注模型
de/dt=一Vm*C/(Km+C),
拟合方程为:dc/dt=一0.2299*C/(O.1404+C),
AIC=一55.303,W=1,AUC(梯)一10.045. 表2数据及拟合
Table2Dataandfitting 3结语
实验介绍了改进单纯形法的基本原理,给出 了用Delphi编的可视化计算程序,能求出隔室模 型线性药动学和非线性药动学各给药途径的药动 学参数,对药动学的理论教学和实验中的计算均 具意义.
参考文献:
E1]
[2]
[3]
I-4]
高鸿慈,陈华庭.实用药学计算I-M].北京:化学工业 出版社,2006:194.
苏乐群,孙淑娟,谷大建.药效学与药动学诠释[M]. 北京:化学工业出版社,2008:46. 邱迪华,王敏伟,关中玉,等.应用现代控制理论处理
药物动力学中隔室模型[J].中国临床药理学与治疗
学杂志,1998,3(2):133—136.
罗进,张志军,刘任河.单纯形法中确定主元素的两
个新法则[J].武汉工程大学,2008,30(1):122.
Computationofpharmacokineticsparametersbyimprovesimplexmethod QIUDi—hua,ZhangHeng,QIUWei,QUANDa'yong
(SchoolofChemicalEngineeringandPharmacy,WuhanInstituteofTechnology,Wuhan430074,China)
Abstract:Animprovedsimplexmethodisintroducedinthispaper.Thelinearandnonlinear pharmacokineticsparametersinvariousrouteofadministrationarecomputedusingtheimproved
simplexmethodofobjectivefunction.AndtheDelphicomputerprogramforcomputingthe pharmacokineticparametersisobtained.Itisprovedbyexamplesthattheprogramhasgoodfitting
approximationandiswidelyapplied.
Keywords:improvedsimplex;pharmacokineticsparameter;computerprogram 本文编辑:张瑞