Descriviamo il caso di una donna di 25 anni (peso corporeo, 43 kg) che intenzionalmente ha assunto un sovradosaggio di 5,9 g di caffeina (dose clinica abituale, 0,2-0,9 g/giorno) come tentativo di suicidio e che è stata ricoverata d'urgenza al Kyoto Medical Center. La paziente, che aveva una storia di depressione nevrotica, potrebbe aver assunto contemporaneamente lorazepam, quetiapina, risperidone e trazodone (dosi sconosciute). I risultati dei laboratori clinici per questo caso sono mostrati nella Tabella. La paziente ha dato il consenso informato scritto a prendere parte a questo studio e alla sua pubblicazione. Il Comitato Etico del Kyoto Medical Center ha approvato questo studio (18-018). All'arrivo, il livello di coscienza del paziente, valutato con il punteggio della Glasgow Coma Scale, era di 3 oculare, 5 verbale e 6 motorio (E3V5M6), con una frequenza respiratoria di 16 respiri/min, una temperatura corporea di 36,6 °C, una pressione arteriosa di 113/72 mmHg, una frequenza cardiaca di 83 bpm e un prolungamento del QT sull'elettrocardiogramma con un QTc di 491 ms. I dati di laboratorio mostravano ipokaliemia, iperglicemia e iperacidemia lattica. Al paziente fu somministrata una soluzione di bicarbonato di Ringer e cloruro di potassio, ma non fu somministrato carbone attivo e non fu sottoposto a dialisi artificiale. A 24 ore dall'ammissione, il livello di coscienza del paziente era migliorato a E4V5M6 con un prolungamento del QTc di < 430 ms. Il paziente rifiutò un esame endoscopico per sospetta ulcera esofagea a seguito dell'assunzione di caffeina; di conseguenza, fu somministrato lansoprazolo. Il paziente fu dimesso il terzo giorno di ospedalizzazione dopo che i segni vitali anomali si erano normalizzati. Abbiamo misurato le concentrazioni plasmatiche di caffeina e del suo metabolita primario paraxantina, insieme ad altri farmaci, e abbiamo anche generato un modello PBPK di concentrazione di caffeina e del suo metabolita per il paziente in esame, dopo una dose orale auto-somministrata di caffeina (5.9 g); i risultati sono mostrati nella figura. Abbiamo analizzato le concentrazioni plasmatiche di caffeina e paraxantina mediante cromatografia liquida, utilizzando un programma di gradiente di eluizione seguito da spettrometria di massa tandem [] secondo i metodi precedentemente descritti [] con lievi modifiche. Abbiamo usato un analizzatore di massa tandem API4000 (AB Sciex, Framingham, MA, USA) in modalità di ionizzazione positiva per elettro-spray e l'abbiamo collegato direttamente ad un sistema Shimadzu LC-20 AD dotato di una colonna di octadecilsilano (C18) (XBridge, 3.5 μm, 2.1 mm × 150 mm, Waters, Milford, MA, USA). Le condizioni di cromatografia liquida per caffeina e paraxantina erano le seguenti: il solvente A era acido formico al 0.1% in acqua, e il solvente B era acido formico al 0.1% in metanolo. Il seguente programma di gradiente è stato usato con un flusso di 0.20 mL/min: 0-1 min, mantenimento al 5% B; 1.1-17 min, gradiente lineare dal 5% B al 100% B (v/v); 17.1-21 min, mantenimento al 100% B; e 21.1-24 min, mantenimento al 5% B. La temperatura della colonna è stata mantenuta a 40 °C. Le preparazioni di campioni (2.0 μL) sono state iniettate con un auto-sampler. Caffeina e paraxantina sono state quantificate utilizzando le transizioni m/z 195 → 138 e 181 → 124, rispettivamente, con 13C-caffeina come standard interno (m/z 198 → 140). In queste condizioni, i livelli di caffeina e paraxantina nel plasma erano misurabili a concentrazioni ≥10 ng/mL e rilevabili a concentrazioni ≥1.0 ng/mL. La variabilità inter- e intra-analisi per le determinazioni di caffeina e paraxantina erano entro il 15% dei coefficienti di variazione. La caffeina e la paraxantina autentiche sono state acquistate da Fujifilm Wako Pure Chemicals, Osaka, Giappone, e la 13C-caffeina è stata ottenuta da Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA. Le concentrazioni plasmatiche di quetiapina, trazodone e risperidone, che sono stati ingeriti contemporaneamente alla caffeina, sono state determinate come descritto in precedenza [] La Figura B mostra le concentrazioni plasmatiche di caffeina e del suo metabolita primario paraxantina, insieme ai profili di concentrazione del farmaco, calcolati con il PBPK, che è stato auto-somministrato in una singola dose orale eccessiva nel caso in esame. Le concentrazioni plasmatiche di caffeina e paraxantina erano di 100 e 7,3 μg/mL, 81 e 9,9 μg/mL, 63 e 12 μg/mL, e 21 e 14 μg/mL a 12, 20, 30, e 56 ore, rispettivamente, dopo una dose orale eccessiva di 5900 mg. Le misurazioni dei farmaci somministrati contemporaneamente hanno rivelato un livello plasmatico di quetiapina di 10 ng/mL 12 ore dopo la somministrazione, con tracce rilevabili (≥0.10 ng/mL) a 20-56 ore, forse dopo una dose approssimativamente normale di 25 mg di quetiapina []. Sono stati determinati anche livelli plasmatici di trazodone di 50 e 17 ng/mL a 12 e 20 ore, rispettivamente, dopo la somministrazione, con tracce rilevabili (≥0.10 ng/mL) a 30 e 56 ore, forse dopo una dose approssimativamente normale di 50 mg di trazodone [], come giudicato dal nostro precedente sistema di simulazione [, ]. Allo stesso modo, tracce rilevabili di risperidone (~ 0.10 ng/mL) sono state trovate nel plasma, ma la concentrazione non è stata determinata (dati non mostrati). Un rapido test delle urine per rilevare le benzodiazepine (Triage DOA, Sysmex, Kobe, Giappone) ha mostrato un livello marginalmente falso positivo in questo caso. Riportiamo anche i profili di concentrazione plasmatica di caffeina e paraxantina generati dalla modellazione PBPK. Basandoci sulle concentrazioni di sangue umano di volontari sani che sono stati trattati per via orale con una dose terapeutica normale [,,], abbiamo impostato un modello PBPK semplificato di caffeina, costituito da compartimenti intestinale, epatico, renale e centrale, come descritto in precedenza [,,]. I valori iniziali per la frazione assorbita × disponibilità intestinale (F·F) e la clearance epatica (CLh) sono stati stimati dalle costanti di eliminazione in modelli empirici a compartimento singolo. La costante di velocità di assorbimento (ka), il volume della circolazione sistemica (V1) e i valori di clearance intrinseca epatica (CLh,int) con deviazione standard (come parametri per i modelli PBPK) sono stati determinati mediante adattamento utilizzando analisi di regressione non lineare; questi parametri finali sono mostrati nella Tabella. Il sistema risultante di equazioni differenziali è stato risolto per ottenere le concentrazioni di caffeina e del suo metabolita (indicato con il sottinteso m) per il paziente con overdose nello studio in corso: dove Xg, Ch, Cr, e Cb sono la quantità di composto nel compartimento intestinale e le concentrazioni di substrato epatico, renale, e sanguigno, rispettivamente. V e Vr sono i volumi di fegato (1.5 L) e rene (0.28 L), e Qh/Qr sono i flussi di sangue della circolazione sistemica ai compartimenti epatici/renali (96.6 L/h). Una simulazione PBPK completa di caffeina è stata anche effettuata con parametri fisico-chimici specifici di caffeina usando il simulatore Simcyp versione 20 (Certara UK, Simcyp Division, Sheffield, UK) seguendo i parametri di popolazione modificati recentemente descritti [].