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Un modèle pharmacocinétique physiologique (PBPK) est un modèle mathématique construit pour prédire l'absorption, la distribution, le métabolisme et l'excrétion (ADME) de substances chimiques naturelles ou synthétiques chez l'homme ou l'animal. Ce type de modèle est utilisé dans la recherche et le développement de nouveaux médicaments, pour l'évaluation des risques de toxicité des substances chimiques et en biologie. Les modèles PBPK essayent d'être mécanistes tout en décrivant mathématiquement la succession des phénomènes anatomiques, physiologiques, physiques, et chimiques impliqués dans le processus complexe de l'absorption, distribution, métabolisme et excrétion. Les modèles PBPK peuvent être utilisés de façon purement prédictive, mais depuis le développement méthodes statistiques bayésiennes capables de traiter les modèles complexes (Gelman et al. 1996), ils peuvent recevoir des applications inférentielles, c'est-à-dire être partiellement ajustés à des données expérimentales (Bois et al. 2010). Ceci est vrai tant pour leurs applications en pharmacologie qu'en évaluation des risques. Ces modèles reposent a priori sur une description anatomique et physiologique du corps, et sur la biochimie du métabolisme. Ils comprennent en général plusieurs compartiments correspondant à des organes ou tissus prédéfinis, avec des interconnexions correspondant au flux sanguin ou lymphatique (et éventuellement à des diffusions). Un système d'équations différentielles pour les concentration ou quantité de substance dans chaque compartiment peut être écrit, et ses paramètres correspondent au débits sanguins, au débit de ventilation pulmonaire, aux volumes d'organes etc. Un exemple de modèle PBPK à 7 compartiments est représenté sur la Figure jointe. Le premier modèle pharmacocinétique décrit dans la littérature scientifique (Teorell 1937) était en fait un modèle PBPK (à compléter voir article en anglais). Cependant, ses équations étaient insolubles à l'époque.

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