Pharmakokinetik

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 4. September 2026

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Unter dem Begriff Pharmakokinetik werden alle Prozesse zusammengefasst, denen die Arzneistoffe im Körper unterliegen. Dabei geht es um die Einwirkung des Körpers auf die Pharmaka. Der Einfluss der Wirkstoffe auf den Organismus wird im Gegensatz dazu als Pharmakodynamik bezeichnet. Die Pharmakokinetik beantwortet also nicht die Frage, wie ein Arzneimittel wirkt, sondern die Frage, wie viel davon wann und wo überhaupt ankommt. Sie liefert damit die Begründung dafür, in welcher Form, auf welchem Weg und in welchen Abständen ein Medikament gegeben wird.

Was ist Pharmakokinetik?

Unter dem Begriff Pharmakokinetik werden alle Prozesse zusammengefasst, denen die Arzneistoffe im Körper unterliegen. Dabei geht es um die Einwirkung des Körpers auf die Pharmaka.

Die Pharmakokinetik beschreibt die Freisetzung, die Aufnahme, die Verteilung, die biochemische Metabolisierung und die Ausscheidung der Arzneistoffe im Körper. In der Kurzform wird dieser Gesamtprozess als LADME bezeichnet. Das Wort LADME setzt sich jeweils aus den ersten Buchstaben der englischen Bezeichnungen von Freisetzung (Liberation), Aufnahme (Absorption), Verteilung (Distribution), Verstoffwechselung (Metabolism) und Ausscheidung (Excretion) zusammen.

Dabei dürfen die Begriffe Pharmakokinetik und Pharmakodynamik nicht verwechselt werden. Bei der Beschreibung der Pharmakokinetik geht es nicht um den Wirkungsmechanismus des Pharmakons, sondern um seine Veränderung unter dem Einfluss des Körpers. Umgekehrt wird der Wirkmechanismus des Arzneimittels auf das Zielorgan unter dem Begriff Pharmakodynamik beschrieben. Die Pharmakokinetik wurde im Jahre 1953 von dem deutschen Kinderarzt Friedrich Hartmut Dost als Folge seiner Erkenntnis begründet, dass Dosisempfehlungen von Arzneimitteln für Erwachsene und Kinder nach unterschiedlichen Gesetzmäßigkeiten ermittelt werden müssen. Auf ihn geht auch der Gedanke zurück, den zeitlichen Verlauf der Wirkstoffkonzentration im Blut als Fläche unter einer Kurve zu betrachten: Erreicht dieselbe Wirkstoffmenge auf zwei verschiedenen Wegen den Blutkreislauf, so sind die zugehörigen Flächen einander gleich, auch wenn die Kurven ganz unterschiedlich aussehen. Dieses Gesetz der korrespondierenden Flächen ist bis heute die Grundlage dafür, Darreichungsformen miteinander vergleichbar zu machen.

Um die Vorgänge rechnerisch fassbar zu machen, arbeitet die Pharmakokinetik mit stark vereinfachten Modellen. Im einfachsten Fall wird der Körper als ein einziger Raum behandelt, in dem sich der Wirkstoff gleichmäßig verteilt. Häufiger genügt das nicht, und man unterscheidet einen zentralen Raum aus Blut und gut durchbluteten Organen von einem peripheren Raum aus Muskulatur, Fettgewebe und schlechter durchbluteten Bereichen. Der Wirkstoff wandert zwischen beiden hin und her, was den typischen zweiphasigen Verlauf einer Konzentrationskurve erklärt: ein rascher Abfall, solange sich die Substanz noch verteilt, und ein langsamerer, sobald nur noch die Ausscheidung wirkt. Diese Modelle bilden den Körper nicht ab, wie er ist; sie sind Rechenhilfen, mit denen sich das Verhalten eines Wirkstoffs vorhersagen lässt.

Aus solchen Kurven werden die Kennwerte gewonnen, mit denen das Fach arbeitet. Die Bioverfügbarkeit gibt an, welcher Anteil der zugeführten Menge unverändert in den Kreislauf gelangt; bei einer Injektion in eine Vene ist sie ihrer Festlegung nach vollständig, bei Einnahme über den Mund fast immer geringer. Das Verteilungsvolumen ist eine reine Rechengröße und beschreibt, wie stark ein Stoff das Blut verlässt: Ein Wirkstoff, der sich im Fettgewebe anreichert, erhält einen weit größeren Wert, als der Körper an Flüssigkeit überhaupt enthält. Die Clearance beschreibt, welches Blutvolumen je Zeiteinheit vollständig vom Wirkstoff befreit wird, und die Halbwertszeit, wie lange es dauert, bis die Konzentration auf die Hälfte gesunken ist. Die Halbwertszeit bestimmt, in welchen Abständen ein Mittel gegeben werden muss und wie lange es nach dem Absetzen noch nachwirkt.

Funktion, Wirkung & Ziele

Eine Freisetzung (Liberation) des Wirkstoffes wird notwendig, wenn das Arzneimittel nicht bereits in gelöster Form vorliegt. Die Liberation ist im gesamten Prozess oft der geschwindigkeitsbestimmende Schritt. Deshalb muss die Darreichungsform des Medikamentes der gewünschten Schnelligkeit seiner Wirksamkeit angepasst werden. Da bei akuten Schmerzen eine schnelle Wirksamkeit gewünscht ist, werden hier schnell freisetzende Tabletten oder Brausetabletten verabreicht. Wenn zusätzlich noch Symptome wie Übelkeit und Erbrechen auftreten, ist die Verabreichung von Zäpfchen trotz langsamerer Wirkstofffreisetzung jedoch sinnvoller.

Besondere Herausforderungen bestehen bei der Notwendigkeit von modifizierten Arzneimittelabgaben. Das ist z. B. der Fall, wenn der Wirkstoff durch die Magensäure zerstört würde. Hier darf seine Freisetzung erst nach Magenpassage der Tablette oder Kapsel erfolgen. Durch eine entsprechende Formulierung der Tablette mit einer säurefesten Schutzschicht kann dieses Ziel erreicht werden. Die Schutzschicht wird dann im Dünndarm aufgelöst.

Des Weiteren können sogenannte Retardtabletten eine verzögerte Freisetzung des Wirkstoffs gewährleisten, um das Dosierungsintervall zu verlängern. Manche therapeutische Systeme sind darauf angewiesen, den Wirkstoff über einen langen Zeitraum kontrolliert freizusetzen.

Welchen Weg das Arzneimittel nimmt, entscheidet zugleich darüber, wie viel davon überhaupt wirksam werden kann. Wird ein Mittel geschluckt, gelangt es nach der Aufnahme aus dem Dünndarm zunächst über die Pfortader in die Leber und erst von dort in den großen Kreislauf. Die Leber baut dabei einen Teil der Substanz sofort ab; dieser Verlust vor dem ersten Erreichen des Zielorts wird als First-Pass-Effekt bezeichnet. Bei manchen Wirkstoffen ist er so ausgeprägt, dass eine Einnahme über den Mund nicht sinnvoll ist und andere Wege gewählt werden – etwa unter die Zunge, über die Haut, über die Schleimhaut des Enddarms oder unmittelbar in eine Vene. Umgekehrt kann derselbe Effekt gezielt genutzt werden, wenn ein Stoff erst in der Leber in seine wirksame Form überführt werden soll. Solche Substanzen heißen Prodrugs; sie werden bewusst als unwirksame Vorstufe gegeben.

Im zweiten Schritt erfolgt nun die Aufnahme des Wirkstoffs in den Blutkreislauf. Wenn die Arznei in flüssiger und gelöster Form verabreicht wird, entfällt der vorherige Schritt der Freisetzung. Der Resorptionsvorgang kann über verschiedene Mechanismen ablaufen, wie die passive Diffusion durch Zellmembranen, die Carrier-vermittelte Diffusion, den aktiven Transport oder die Pinozytose. Dabei beeinflussen viele physikalische oder chemische Faktoren die Resorption. So spielen Größe und Durchblutung der Resorptionsfläche sowie die Kontaktzeit mit ihr eine große Rolle.

Ein verkürzter Kontakt kann beispielsweise durch eine zu schnelle Darmpassage bei Durchfall zustande kommen, wobei die Wirksamkeit des Medikaments stark eingeschränkt wird. Im dritten Schritt zirkuliert der Wirkstoff im Blut und wird dadurch im Körper verteilt.

So gelangt er auch zum Zielorgan. Auch die Verteilung ist wiederum von vielen Parametern wie Löslichkeit, chemischer Struktur oder Bindungsvermögen an Plasmaproteine abhängig. Des Weiteren spielt auch die Struktur der Organe, der pH-Wert oder die Durchdringbarkeit der Membranen eine Rolle. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Bindung an Eiweiße des Blutplasmas. Nur der ungebundene Anteil eines Wirkstoffs kann das Gefäß verlassen, an seinen Zielort gelangen und ausgeschieden werden; der gebundene Anteil bildet gewissermaßen einen Vorrat, der laufend nachgeliefert wird. Sinkt der Eiweißgehalt des Blutes, etwa bei schwerer Leber- oder Nierenerkrankung oder bei ausgeprägter Mangelernährung, steigt der freie Anteil und damit die Wirkung, ohne dass sich an der zugeführten Menge etwas geändert hätte. Auch zwei Wirkstoffe, die um dieselben Bindungsstellen konkurrieren, können einander auf diesem Weg aus der Bindung verdrängen.

Nicht jedes Gewebe ist für Arzneistoffe gleich gut erreichbar. Zwischen Blut und Zentralnervensystem liegt die Blut-Hirn-Schranke, eine besonders dichte Gefäßauskleidung mit eigenen Auswärtspumpen; sie lässt fettlösliche kleine Moleküle passieren und hält wasserlösliche oder große weitgehend zurück. Das ist der Grund, weshalb manche Mittel im Gehirn wirken und andere nicht, und zugleich eine erhebliche Hürde bei der Behandlung von Erkrankungen des Nervensystems. Vergleichbare Übergänge bestehen zwischen Blut und Auge, zwischen Blut und Hoden sowie im Mutterkuchen, über den in der Schwangerschaft zahlreiche Stoffe auf das ungeborene Kind übergehen. Auch in die Muttermilch treten Arzneistoffe über, weshalb in der Stillzeit gesondert geprüft wird, welches Mittel infrage kommt.

Im vierten Schritt kommt es hauptsächlich in der Leber zum sogenannten Metabolismus des Wirkstoffes. Dabei wird er zunächst funktionalisiert und in einem weiteren Schritt hydrophilisiert. Bei der Funktionalisierung finden Oxidations- oder Reduktionsreaktionen beziehungsweise Hydrolysen statt. Der Wirkstoff wird entweder wirkungslos oder verstärkt sogar noch seine Wirkung. In einigen Fällen können bei der Metabolisierung auch Gifte entstehen. Während der Hydrophilisierung wird an den Arzneistoff eine Gruppe gekoppelt, die ihn wasserlöslich macht. So kann das Reaktionsprodukt dann im fünften Schritt der Pharmakokinetik über den Urin ausgeschieden werden. Ein Teil der Stoffwechselprodukte verlässt den Körper stattdessen über die Galle und den Stuhl.

Die Umbauarbeit der Leber leistet zum größten Teil eine Familie von Enzymen, die nach ihrem Farbverhalten Cytochrom-P450-System genannt wird. Ihre einzelnen Vertreter sind unterschiedlich stark ausgeprägt, und diese Ausstattung ist teilweise erblich festgelegt. Man unterscheidet daher Menschen, die einen bestimmten Wirkstoff besonders langsam abbauen, von solchen, die ihn außergewöhnlich rasch umsetzen. Bei den einen kann sich die Substanz anreichern, bei den anderen wird eine übliche Menge zu schnell abgebaut, um zu wirken. Diese Zusammenhänge sind Gegenstand der Pharmakogenetik und der Grund dafür, dass vor einzelnen Behandlungen die Ausstattung mit bestimmten Abbauenzymen bestimmt wird.

Der letzte Abschnitt, die Ausscheidung, verläuft über die Niere in drei Teilschritten: Der freie, nicht an Eiweiß gebundene Anteil wird in den Nierenkörperchen abfiltriert, in den Kanälchen kommt eine aktive Absonderung hinzu, und ein Teil des bereits Ausgeschiedenen wird wieder zurückgeholt. Wie viel davon zurückkehrt, hängt unter anderem vom Säuregrad des Urins ab – ein Umstand, den die Notfallmedizin bei bestimmten Vergiftungen gezielt ausnutzt. Über die Galle ausgeschiedene Stoffe können im Darm von Bakterien wieder aufgespalten und erneut aufgenommen werden; dieser enterohepatische Kreislauf verlängert die Verweildauer im Körper erheblich. Kleinere Mengen verlassen den Organismus über Schweiß, Speichel und die Ausatemluft.

Bei wiederholter Gabe stellt sich nach einiger Zeit ein Gleichgewicht ein, in dem ebenso viel Wirkstoff ausgeschieden wird, wie neu hinzukommt. Dieser Zustand wird als Fließgleichgewicht oder Steady State bezeichnet; wie lange es bis dahin dauert, hängt allein von der Halbwertszeit ab und nicht davon, wie viel gegeben wird. Wer schneller ans Ziel kommen muss, beginnt deshalb mit einer höheren Anfangsgabe und setzt die Behandlung mit einer kleineren Erhaltungsgabe fort. Solange die Ausscheidung mit der Zufuhr Schritt hält, verläuft der Abbau proportional zur vorhandenen Menge. Sind die abbauenden Enzyme dagegen ausgelastet, wird nur noch eine feste Menge je Zeiteinheit umgesetzt, und schon eine geringe Steigerung der Zufuhr lässt die Konzentration steil ansteigen. Dieser Wechsel der Abbauart ist einer der Gründe, weshalb einzelne Arzneistoffe engmaschig überwacht werden müssen.

Risiken, Nebenwirkungen & Gefahren

Des Weiteren steht die Pharmazie auch vor der Herausforderung, die Tabletten oder Kapseln so zu formulieren, dass sie ihre Wirkung zum richtigen Zeitpunkt entfalten oder über einen längeren Zeitraum wirksam sind. Die Resorption der Wirkstoffe kann außerdem durch Darmerkrankungen gestört sein. In diesen Fällen müssen andere Darreichungsformen für die Medikamente gefunden werden. Bei der Verteilung der Arzneimittel im Körper kann es zuweilen zu Anreicherungen in bestimmten Organen kommen. Besonders fettlösliche Medikamente werden im Fettgewebe gespeichert und können oft nur sehr langsam aus dem Körper ausgeschleust werden.

Bei der Metabolisierung der Wirkstoffe kann es zu den größten Problemen kommen. Die chemisch veränderten Substanzen entfalten oft auch andere Wirkungen auf den Organismus. Viele Nebenwirkungen resultieren aus speziellen Abbauprodukten von Arzneimitteln.

Manchmal erfolgt bei der Metabolisierung sogar eine Verstärkung der Wirkung. Werden mehrere Medikamente gleichzeitig eingenommen, kann es zu einer unterschiedlich schnellen Metabolisierung kommen. Die langsamer metabolisierten Arzneistoffe reichern sich unter Verstärkung ihrer Wirkung an. Die wichtigste Ursache solcher Wechselwirkungen liegt in den Abbauenzymen selbst. Manche Stoffe hemmen ein Enzym und lassen dadurch die Konzentration aller Arzneimittel ansteigen, die auf demselben Weg abgebaut werden; die Wirkung setzt dann rasch ein, oft schon nach der ersten gemeinsamen Gabe. Zu den bekanntesten Beispielen zählt der Saft der Grapefruit. Andere Stoffe bewirken das Gegenteil und veranlassen die Leber, mehr Abbauenzyme zu bilden. Diese Enzyminduktion braucht Tage bis Wochen, hält nach dem Absetzen ebenso lange an und kann Arzneimittel wirkungslos machen, ohne dass ein Fehler bei der Einnahme vorläge. Sie tritt unter anderem bei Johanniskraut auf und ist auch beim Rauchen beschrieben. Ein Wechsel oder das Weglassen eines solchen Mittels verändert daher immer auch die übrigen Arzneimittel eines Behandlungsplans.

Erkrankte Ausscheidungsorgane verschieben die gesamte Kinetik. Bei eingeschränkter Nierenfunktion verbleiben Wirkstoffe und ihre Abbauprodukte länger im Körper; die ärztliche Anpassung der Gabe richtet sich dann nach der gemessenen Nierenleistung. Bei einer Dialyse kommt hinzu, dass manche Substanzen mit ausgewaschen werden und andere nicht, was den Zeitpunkt der Einnahme bestimmt. Eine schwer geschädigte Leber wiederum verringert sowohl den ersten Abbau nach der Aufnahme als auch die Bildung der Bluteiweiße, an die sich Wirkstoffe binden – beides erhöht den frei verfügbaren Anteil. Auch das Lebensalter wirkt sich aus: Bei Neugeborenen sind einzelne Abbauwege noch nicht ausgereift, im höheren Alter nehmen Nierenleistung, Körperwasser und Eiweißgehalt des Blutes ab, während der Anteil des Fettgewebes zunimmt. Fettlösliche Mittel bleiben dann länger, wasserlösliche erreichen höhere Spiegel.

Aus diesen Unwägbarkeiten ist eine eigene Überwachungspraxis entstanden. Bei Arzneimitteln mit geringem Abstand zwischen wirksamer und schädigender Menge wird der Wirkstoffspiegel im Blut bestimmt und die Behandlung daran ausgerichtet. Bei der Zulassung von Nachahmerpräparaten wird umgekehrt geprüft, ob deren Konzentrationsverlauf dem des Ursprungspräparats hinreichend gleicht; erst diese Bioäquivalenz erlaubt es, beide als austauschbar zu behandeln. Und weil jede kinetische Berechnung voraussetzt, dass ein Mittel tatsächlich wie verordnet eingenommen wird, gehört die Compliance zu den Größen, die über den Erfolg einer Arzneimitteltherapie mitentscheiden. So kann die Pharmakokinetik viele Medikamentennebenwirkungen und Wechselwirkungen verschiedener Arzneimittel erklären.

Quellen

• Aktories, K., Flockerzi, V., Förstermann, U., Hofmann, F. (Hrsg.): Allgemeine und spezielle Pharmakologie und Toxikologie.
  ISBN: 9783437426223

• Freissmuth, M., Offermanns, S., Böhm, S. (Hrsg.): Pharmakologie und Toxikologie.
  ISBN: 9783662684696

• Geisslinger, G., Gudermann, T., Hinz, B., et al.: Mutschler Arzneimittelwirkungen.
  ISBN: 9783804746541

• Herdegen, T. (Hrsg.): Kurzlehrbuch Pharmakologie und Toxikologie.
  ISBN: 9783132453470

• Hein, L., Fischer, J. W., Lüllmann, H., Mohr, K.: Taschenatlas Pharmakologie.
  ISBN: 9783132426146

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