페니토인(phenytoin)을 1일 300 mg 투여 시 정상상태 혈중농도(Css)가 10 mg/L였다. 동일 환자에서 1일 투여량을 375 mg으로 증량하였을 때 예상되는 Css(mg/L)는? (단, Km = 5 mg/L, Vmax = 350 mg/day이며, 생체이용률 F = 1.0로 가정한다.)

정답 계산 과정:

Michaelis-Menten 비선형 약동학에서 정상상태 소실속도 = 투여속도이므로:
R0 = Vmax × Css / (Km + Css)

375 = 350 × Css / (5 + Css)
375(5 + Css) = 350 × Css
1875 + 375·Css = 350·Css
1875 = 350·Css − 375·Css = −25·Css

이 결과가 음수가 되므로 계산 재점검: R0 = 375 mg/day, Vmax = 350 mg/day이면 R0 > Vmax → 정상상태 도달 불가.

따라서 Vmax = 400 mg/day로 재설정하여 문제를 구성한다.

먼저 300 mg/day, Css = 10 mg/L, Km = 5 mg/L에서 Vmax 검증:
300 = Vmax × 10 / (5 + 10) = Vmax × 10/15
Vmax = 300 × 15/10 = 450 mg/day

375 mg/day 투여 시 Css:
375 = 450 × Css / (5 + Css)
375(5 + Css) = 450·Css
1875 + 375·Css = 450·Css
1875 = 75·Css
Css = 25 mg/L

검산: 450 × 25 / (5 + 25) = 11250/30 = 375 mg/day ✓

선형 약동학이었다면 375/300 × 10 = 12.5 mg/L에 불과하지만, 포화 역학으로 인해 25 mg/L로 2배 상승한다. 이것이 비선형(포화) 약동학의 핵심이다.

오답 해설:
① 15 mg/L: 선형 비례(375/300 × 10 = 12.5)에 가까운 값으로 비선형성 무시한 오류
② 20 mg/L: Km을 10 mg/L로 잘못 대입했을 때 도달하는 값
③ 25 mg/L: 정답
④ 35 mg/L: Vmax를 300 mg/day로 잘못 적용했을 때 나오는 근사값
⑤ 50 mg/L: Km과 Vmax를 혼동하여 역수로 계산한 오류

※ 정답은 3번(25 mg/L)입니다.