茶碱通常制成氨茶碱等水溶性较高的盐类供药用，但在体内均解离出茶碱发挥作用，故不论何种制剂，TDM检测对象均为茶碱。下面以氨茶碱为代表讨论。
（一）药效学及血药浓度参考范围
茶碱可抑制细胞内磷酸二酯酶，使β肾上腺素受体激动产生的胞内信使物质cAMP分解代谢受阻而堆积，出现类似β肾上腺素受体激动样作用。临床上主要用于预防和治疗支气管哮喘，治疗早产儿呼吸暂停等。此时，其他β肾上腺素受体激动样作用便成为不良反应，严重者可出现躁动、抽搐等中枢神经兴奋症状，以及多种心律失常及严重呕吐等毒性反应。茶碱的治疗作用、毒性反应与血药浓度关系密切。
茶碱的治疗血清浓度参考范围为儿童及成人10-20μg/ml，新生儿5-10μg/ml；最小中毒浓度参考值为成人20μg/ml，新生儿15μg/ml。其安全范围甚狭窄。
（二）药动学
氨茶碱口服后，茶碱可迅速而完全经胃肠道吸收，约2.5h达峰浓度。成人生物利用度接近100％。茶碱血浆蛋白结合率约56％，可迅速在体内达分布平衡，但部分个体呈二室分布模型。成人表观分布容积约0.5L/kg，新生儿及早产儿增大。茶碱约90％由肝脏代谢，仅8％左右以原型从肾脏排泄。消除半寿期成人均值约6h（3-13h），儿童较短，约3.5-6h，新生儿却长达15~37h。但在15％左右病人，茶碱在治疗血药浓度范围上限可发生转化为零级消除动力学。
（三）其他影响血药浓度因素
吸烟、高蛋白低糖饮食、同时使用苯巴比妥、利福平等肝药酶诱导剂，可促进茶碱消除。充血性心衰、肺心病、肝硬化，以及合并使用异烟肼、红霉素、西米替丁等肝药酶抑制剂，可使茶碱消除减慢，血药浓度升高。
（四）检测技术
茶碱TDM通常用血清为标本。唾液与血清茶碱浓度有极佳的相关性（r＝0.99），唾液浓度约为血清浓度的50％，接近于游离血药浓度，需要时也可选用。取样多在达稳态后（通常5天以上）给药前进行，测定稳态谷浓度。
茶碱目前常用免疫化学法、HPLC及紫外光度法检测。其中免疫法多为均相酶放大免疫法（EMIT），荧光偏振免疫法（FPIA），亦有放射免疫法试剂盒，均可实现自动化检测。与苯妥英一样，也有以同样原理制成的试条供茶碱TDM。
茶碱的HPLC检测各种实验室具体方法不尽相同，但大多采用反相HPLC，以β-羟乙基茶碱或8-氯茶碱为内标，紫外检测器λ＝275nm（茶碱最大吸收波长）检测。为排除标本中可能存在的与茶碱有相近光吸收峰的某些半合成青霉素、头孢菌素的干扰，样本应以适当方法提取。此外，为保证能分离可能存在的因食入或茶碱代谢生成的其他甲基黄嘌呤衍生物，如咖啡因、可可碱、二甲基黄嘌呤等，在建立方法时即应适当调整流动相，并进行必要的干扰实验证实。
紫外光度法较成熟的是双波长法。其原理为酸化标本并以有机溶剂提取，再反提至0.1mol/LNaOH溶液中，以氯化铵调节至pH10左右。分别在275nm及300nm测A275和A300，以A275-A300差值作为茶碱的吸光度。该法分别酸化标本提取及反提回碱液中，可排除不少药物及其他杂质的干扰。将比色液pH调至10，茶碱吸收峰不变，但可使有相近吸收峰的巴比妥类峰转移而得以排除，并以A300作为样本底吸光度值。经过上述改进，本法灵敏度、特异性都有较大提高，在2-80μg/ml范围内存在极好的线性关系，回收率95％-102％，重复性良好（CV在4％-7％），并与免疫法、HPLC有很好相关性。本法的主要不足之处是不能排除HPLC法中提及的其它甲基黄嘌呤衍生物干扰。但由于本法不需特殊仪器，且能基本满足临床TDM的要求，仍不失为可供选用的一种方法。
此外，在HPLC和紫外光度法中，若以氨茶碱配制标准液时，应注意是每2分子茶碱与1分子乙二胺成盐，故需将氨茶碱重量乘以0.79，正确换算成茶碱重量。
在茶碱TDM中，当发现血药浓度明显高于测算值时，应警惕转换为零级消除动力学，即呈非线性动力学消除的可能。
