Czas T półtrwania leku w organizmie to czas, po którym masa leku w organizmie zmniejsza się o połowę

Czas \(T\) półtrwania leku w organizmie to czas, po którym masa leku w organizmie zmniejsza się o połowę – po przyjęciu jednorazowej dawki. Przyjmij, że po przyjęciu jednej dawki masa \(m\) leku w organizmie zmienia się w czasie zgodnie z zależnością wykładniczą:

$$m(t)=m_{0}\cdot\left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{t}{T}}$$

gdzie:

\(m_{0}\) – masa przyjętej dawki leku

\(T\) – czas półtrwania leku

\(t\) – czas liczony od momentu przyjęcia dawki.



W przypadku przyjęcia kilku(nastu) dawek powyższa zależność pozwala obliczyć, ile leku pozostało w danym momencie w organizmie z każdej poprzednio przyjętej dawki. W ten sposób obliczone masy leku z przyjętych poprzednich dawek sumują się i dają informację o całkowitej aktualnej masie leku w organizmie. Pacjent otrzymuje co \(4\) dni o tej samej godzinie dawkę \(m_{0}=100 mg\) leku \(L\). Czas półtrwania tego leku w organizmie jest równy \(T=4\) doby.



Zadanie 1.

Wykres zależności masy \(M\) leku \(L\) w organizmie tego pacjenta od czasu \(t\), liczonego od momentu przyjęcia przez pacjenta pierwszej dawki, przedstawiono na rysunku:

A. matura z matematyki

B. matura z matematyki

C. matura z matematyki

D. matura z matematyki



Zadanie 2.

Oblicz masę leku \(L\) w organizmie tego pacjenta tuż przed przyjęciem jedenastej dawki tego leku. Wynik podaj w zaokrągleniu do \(0,1 mg\). Zapisz obliczenia.

Rozwiązanie

Zadanie 1.
Poprawnym wykresem będzie ten z odpowiedzi A. Powiedzmy sobie może jeszcze dlaczego to jest akurat ten wykres. Aby dojść do tej odpowiedzi, musimy zrozumieć istotę samego zadania.

Mamy pacjenta, który przyjmuje dawkę omawianego leku i zgodnie ze wzorem, z czasem tego leku jest coraz mniej. Ze wzoru wynika, że spadek ten jest wykładniczy (a nie liniowy, jak odpowiedzi D). W grę wchodzą więc już tylko dwie odpowiedzi - A oraz B (odpowiedź C odrzucamy, ponieważ w odpowiedzi C mamy funkcję rosnącą). No i teraz najważniejsze pytanie - skąd się biorą trzy fragmenty wykresu? Wynika to z faktu dodawania kolejnej dawki leki, co tym samym powoduje skokowe zwiększenie dawki leku w organizmie. Jeżeli więc pacjent po \(4\) dobach ma w swoim organizmie \(50mg\) leku i dostaje kolejną dawkę \(100mg\), to w czwartej dobie wartość ta skacze mu do \(150mg\), dokładnie tak jak na wykresie z odpowiedzi A.

Zadanie 2.
Krok 1. Analiza ilości leku w organizmie pacjenta.
Musimy sobie uzmysłowić, że przed przyjęciem jedenastej dawki tego leku, pacjent będzie miał śladowe ilości pierwszej dawki (śladowe, bo wraz z upływem czasu tego leku w organizmie jest coraz mniej), nieco większe drugiej dawki i całkiem spore wartości dziewiątej czy też dziesiątej dawki. Musimy też dostrzec, że termin "przed przyjęciem jedenastej dawki" oznacza, że od pierwszej dawki upłynęło \(t=40\) dni, a od dawki dziesiątej upłynęły raptem \(t=4\) dni. Zapiszmy zatem ile każdej z dawek zostało temu pacjentowi w organizmie, zaczynając może od najnowszej, czyli dziesiątej dawki.

Pacjent otrzyma jedenastą dawkę leku po upływie \(4\) dni od przyjęcia dziesiątej dawki. To oznacza, że z dziesiątej dawki w organizmie zostanie:
$$100\cdot\left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{4}{4}}=100\cdot\left(\frac{1}{2}\right)^{1}=50$$

W orgazmie pacjenta jest jeszcze np. lek z dziewiątej dawki, który był podany \(8\) dni wcześniej. Tego leku w organizmie pacjenta będzie:
$$100\cdot\left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{8}{4}}=100\cdot\left(\frac{1}{2}\right)^{2}=100\cdot\frac{1}{4}=25$$

Z ósmej dawki zostanie:
$$100\cdot\left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{12}{4}}=100\cdot\left(\frac{1}{2}\right)^{3}=100\cdot\frac{1}{8}=12,5$$

I tak analogicznie możemy rozpisywać kolejne dawki, aż dojdziemy do pierwszej, która była \(40\) dni wcześniej, zatem z tej dawki zostało:
$$100\cdot\left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{4}{4}}=100\cdot\left(\frac{1}{2}\right)^{10}$$

Krok 2. Obliczenie sumy wszystkich dawek leku.
Naszym celem jest teraz zsumowanie tych wszystkich dawek. Widzimy wyraźnie, że kolejne dawki leku tworzą ciąg geometryczny, w którym \(a_{1}=50\) oraz \(q=\frac{1}{2}\). Korzystając zatem ze wzoru na sumę \(n\) początkowych wyrazów ciągu geometrycznego, możemy zapisać, że:
$$S_{n}=a_{1}\cdot\frac{1-q^n}{1-q} \\
S_{10}=50\cdot\frac{1-\left(\frac{1}{2}\right)^{10}}{1-\frac{1}{2}} \\
S_{10}=50\cdot\frac{1-\frac{1}{1024}}{\frac{1}{2}} \\
S_{10}=50\cdot\frac{\frac{1023}{1024}}{\frac{1}{2}} \\
S_{10}=50\cdot\frac{1023}{1024}:\frac{1}{2} \\
S_{10}=\frac{51150}{1024}:\frac{1}{2} \\
S_{10}=\frac{51150}{1024}\cdot2 \\
S_{10}=\frac{51150}{512} \\
S_{10}\approx99,9$$

To oznacza, że przed przyjęciem jedenastej dawki nasz pacjent ma w organizmie około \(99,9mg\) leku.

Odpowiedź

1. A.
2. ok. \(99,9mg\)

2 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
Maria

I to ma być podstawa? XDDD