När läkemedel används för att behandla eller förebygga sjukdomar måste doser ges som uppnår de nödvändiga koncentrationerna för de önskade effekterna, men som ändå förblir på nivåer i blodet som inte orsakar överdriven toxicitet. De processer som bestämmer detta kallas tillsammans för farmakokinetik. Detta involverar studier av läkemedelsabsorption i kroppen, distribution i hela kroppen och metabolism och utsöndring för att eliminera läkemedlet från kroppen. Många faktorer bidrar till variationen i farmakokinetiken för ett givet läkemedel, inklusive ålder, kön, kroppsvikt och medicinska tillstånd. Ibland kallas farmakokinetik som klinisk farmakokinetik.
När ett läkemedel ges på något annat sätt än intravenöst måste det absorberas över biologiska membran för att nå blodet. Oftast hänvisar detta till orala läkemedel som absorberas från mag-tarmkanalen (GI). Procentandelen av en dos som når blodet efter absorption kallas biotillgänglighet.
Den vanligaste orsaken till låg oral biotillgänglighet är first-pass metabolism. Alla läkemedel som tas upp från mag-tarmkanalen går först genom levern. Här kan läkemedel brytas ner avsevärt, eller metaboliseras, innan de når blodet. Andra orsaker till minskad oral biotillgänglighet inkluderar förstörelse av läkemedlet av magsyra och hämning av absorption av mat. Vissa läkemedel har mättbar absorption, vilket innebär att endast en viss mängd kan absorberas på en gång.
När läkemedlet väl finns i blodet kan det förbli där eller gå in i olika vävnader i hela kroppen. Distributionsvolymen (Vd) är en indikation på i vilken utsträckning ett läkemedel distribueras utanför blodet. Det är ett matematiskt samband mellan mängden läkemedel i kroppen och koncentrationen i blodet. Detta är en virtuell, snarare än en fysiologisk, volym och uttrycker den volym som skulle behövas för att innehålla allt läkemedel i kroppen vid vilken tidpunkt som helst.
Praktiskt sett används Vd för att beräkna en laddningsdos för ett läkemedel. Detta är den mängd läkemedel som snabbt når effektiva koncentrationer i blodet. Det är dosen som fyller tanken helt, om man så vill. En laddningsdos blir större för läkemedel med stor Vd jämfört med en med liten Vd.
Halveringstiden för ett läkemedel är den tid det tar för koncentrationen i blodet att minska med hälften. Det uttrycks vanligtvis i timmar, men för vissa läkemedel kan det handla om minuter eller upp till flera dagar. Halveringstiden tas i beaktande när man bestämmer hur ofta ett läkemedel ska doseras. En längre halveringstid innebär att läkemedlet kan ges mindre ofta.
Flera organ i kroppen har förmågan att bryta ner droger. Detta kallas läkemedelsmetabolism. Organ med metabolisk förmåga inkluderar levern, njurarna, mag-tarmkanalen och lungorna. Även blodet innehåller enzymer som kan metabolisera läkemedel.
Enzymerna i levern som metaboliserar läkemedel utvecklades långt innan människor tog mediciner avsiktligt. Dessa enzymer inaktiverar toxiner som oavsiktligt intas och förhindrar därmed skador på kroppen. Eftersom många läkemedel är derivat av naturligt förekommande ämnen är de också känsliga för nedbrytning av leverenzymer. Leversjukdomar, såsom cirros eller hepatit, kan minska kroppens förmåga att metabolisera läkemedel.
Två separata processer karakteriserar metabolism i levern: fas I-reaktioner och fas II-reaktioner. Fas I-reaktioner inaktiverar eller avgiftar vanligtvis läkemedel. Efter inaktivering tillför fas II-reaktioner molekyler som gör läkemedlet mer vattenlösligt. Detta förbättrar läkemedelselimineringen genom njurarna.
De vanligaste fas I-enzymerna i levern kallas cytokrom P450-enzymer. Vissa läkemedel kan öka produktionen av dessa enzymer i levern, vilket leder till en minskad koncentration av det metaboliserade läkemedlet i blodet. Detta kallas enzyminduktion. Andra läkemedel kan hämma cytokrom P450-enzymer. Dessa läkemedel kallas enzymhämmare och de kan orsaka en ökad koncentration av det metaboliserade läkemedlet.
Det sista steget i farmakokinetiken är eliminering av läkemedlet från kroppen, även kallat utsöndring eller clearance. För de flesta läkemedel är clearance en konstant faktor, oavsett hur mycket läkemedel som finns kvar i kroppen. Detta kallas linjär farmakokinetik. För vissa läkemedel är clearance dock mättbart, vanligtvis eftersom de metaboliserande enzymerna bara kan bryta ner en fast mängd läkemedel på en gång. Läkemedel med mättbar metabolism och/eller clearance uppvisar icke-linjär farmakokinetik.
Clearance av läkemedel åstadkoms främst av njurarna. Inaktiverade läkemedel utsöndras i urinen och tas ut ur kroppen. En minskning av njurfunktionen, antingen till följd av ålder eller sjukdomar som diabetes eller högt blodtryck, kan minska kroppens förmåga att eliminera läkemedel. Levern utsöndrar också läkemedel, vanligtvis i gallan med eliminering genom avföringen.