第三章 外源物在体内的转运与转化

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– 气体、蒸气与气溶胶经肺吸收的影响因素不同 – 一般情况下…
(一)气态毒物经肺吸收的影响因素1 气态毒物经肺吸收的影响因素
• 气态毒物的浓度
– 即毒物在吸入空气中的分压(或称张力)
• 气态毒物在血液中的溶解度 • 血/气分配系数(blood-gas partition coefficient)
– 是指气体在血液中的分压和在肺泡中的分压达到 饱和时,气体在血液中的浓度与在肺泡中的浓度 饱和 之比值 – 血/气分配系数越大,即溶解度越高,该气体越易 被吸收
二、毒物在组织中的蓄积
蓄积作用(accumulation)
– 有哪几种含义? 有哪几种含义?
• 物质蓄积 • 功能蓄积
主动转运的毒理学意义
• ?
– 富集 – 蓄积毒性
转运体(transporter)及其家族 及其家族 转运体
• 多药耐受蛋白(multi-drug-resistant protein, MDR) • 多耐受药物蛋白(multi-resistant drug protein, MRP) • 有机阳离子转运体(organic-cation transporter, OCT Na+, K+ pumps • 有机阴离子转运多肽(organic-anion transporting polypeptide, OATP) • 有机阴离子转运体(organic-anion transporter, OAT), 等
气态毒物经肺吸收的影响因素2 气态毒物经肺吸收的影响因素
• 肺泡的通气量和血流量
– 通气/血流比值:肺泡通气量与血流量的比值
• 脂/水分配系数
– 气体在呼吸道内的吸收速度与其溶解度有关 – 通常吸收速度与溶解度成正比 – 原因?
(二)气溶胶毒物经肺吸收的影响因素
• 理化特性
– 粒子大小
• 通常只有0.5~2 µm的粒子才可吸入肺泡 ~ • 气溶胶的直径﹥10µm者多数被阻留在上呼吸道 ﹥ • ﹤0.1 µm者则由于其布朗运动而随呼气而呼出
基本概念 Basic Concepts
处置(disposition) 处置
• 处置 - ADME
– 吸收(Absorption) – 分布(Distribution)
• 生物转运—吸收、分布与排泄
– 代谢(Metabolism)
• 生物转化—代谢变化
– 排泄(Elimination) 处置包含了生物转运与转化
• 化学物对生物膜的影响
– 结构 – 功能
第二节 吸 收 Section 2 Absorption
吸收
是指毒物经过各种途径 各种途径透过机体的生物膜进 各种途径 入血液的过程。 • 主要途径
– 胃肠道 – 呼吸道 –皮肤
一、经呼吸道吸收
• 主要通过简单扩散 • 不经过肝脏的生物转化,直接进入体循环而 分布全身 • 肺泡结构和生理特点
• 与靶分子的作用 • 毒性效应
毒物动力学 (toxicokinetics)和毒效应动 力学(toxicodynamics)是毒(药)理研 究的一个既很基础,又很专业的领域
第一节 生物膜和生物转运 Section 1 Biomembrane and Biotransportation
【内容 内容】 内容
二、胃肠道吸收
• 主要吸收途径之一
– 毒物的吸收可在胃肠道任何部位 – 但主要在小肠 – 吸收方式
• 主要是通过简单扩散 • 还可以通过滤过、胞饮或吞噬和主动转运系统
二、胃肠道吸收
• 影响化学毒物经胃肠道吸收的因素: 影响化学毒物经胃肠道吸收的因素: 胃肠道腔内pH; ①、胃肠道腔内 ; 化学毒物的pKa; ②、化学毒物的 ; 化学毒物的脂溶性; ③、化学毒物的脂溶性; 胃肠道充盈程度; ④、胃肠道充盈程度; 胃肠道蠕动情况; ⑤、胃肠道蠕动情况; ⑥、某些特殊生理状况。 某些特殊生理状况。 • 外源化学物经胃肠吸收存在物种差异原因 肠黏膜的静水层厚度不同; ①、肠黏膜的静水层厚度不同; 胃肠黏膜表面积、位置和PH值 ②、胃肠黏膜表面积、位置和 值; 肠道菌丛的差异。 ③、肠道菌丛的差异。
四、其它途径
• 经眼吸收
– 局部作用先于全身作用
• 经注射
– 静脉 – 腹腔 – 皮下 – 肌内
第三节 分 布 Section 3 Distribution
一、外源化学物分布的毒理学意义
• 分布
– 是指毒物被吸收进入血液或其它体液后,随血液 或淋巴液流动分散到全身各组织细胞的过程。
• 影响外源化学物分布的最关键因素
4.易化扩散 易化扩散(facilitated diffusion) 易化扩散
• 利用载体由高浓度向低浓度处移动的过程
– 不易溶于脂质的毒物
• 不消耗代谢能量 • 也可称为促进扩散

– 由于不能逆浓度递度由低浓度处向高浓度处移动
– 由于利用载体,具有一定主动性或选择性,但又 不能逆浓度梯度
5.膜动转运 膜动转运(cytosis transport) 膜动转运
生物转化(biotransformation) 生物转化
• 生物转化 生物转化是指外源化学物在机体内经多 种酶催化发生化学结构与性质变化的过 程称为转化 。
–?
• • • • pH 受体 重金属与蛋白结合 ?
研究处置(ADME)具有重要意义 具有重要意义 研究处置
• 了解毒物在体内的行为过程
– 毒物动力学(toxicokenetics) – 毒效应动力学(toxicodynamics)
• 电离或离解状态和体液中的pH值 • 生物膜两侧体液的蛋白质浓度和与毒物蛋白 质结合的亲合力
滤过(filtration) 滤过
• 定义与特点
– 毒物透过生物膜上亲水性孔道的过程,依靠生物 膜两侧的渗透压梯度和液体静压的作用
• 影响因素
– 化学物分子量的大小
• 4nm孔道通过>200 的分子 • 70nm孔道通过>60000分子
• 为中毒机理研究提供线索 • 为急救和治疗措施提供参考 • 提供接触生物学标志和中毒诊断指标
• 毒物动力学 (toxicokinetics)
– 研究机体对毒物的作用(ADME过程)和靶 器官中毒物或其活性代谢物量的变化
• 机体对毒物的作用 •量
• 毒效应动力学(toxicodynamics)
– 研究靶器官内化学毒物或其代谢物与大分 子(靶分子)的作用及所引起的局部或整体 的毒性效应
肝脏的首过作用(first pass effect) 肝脏的首过作用
• 是指经胃肠道吸收的毒物首先进人肝脏、并 可在肝脏中进行代谢转化作用。
三、经皮肤吸收
• 穿透阶段
– 毒物透过皮肤表皮,即角质层的过程。
• 吸收阶段
– 由角质层进入乳头层和真皮, 并被吸收入血液。
• 吸收方式
– 简单扩散。
经皮肤吸收的主要影响因素
– 非全部
– 水溶性
• 溶解度大的易在上呼吸道吸收 • 溶解度低的气溶胶易到达肺泡被吸收
气溶胶颗粒在呼吸道部位积聚的机制
• 惯性冲击 (inertial impact): 5~30µm • 重力沉降 (sedimentation): 1~5µm • 弥散 (diffusion): 0.5µm • 静电沉淀 (electrostatic precipitation):带电粒 子 一般说来,在毒理学上有意义的颗粒直径为 一般说来 0.1~10 µm
•哪种最有毒理学意义 哪种最有毒理学意义? 哪种最有毒理学意义
简单扩散(simple diffusion) 简单Fra Baidu bibliotek散
• 定义与特点
– 两侧浓度达到动态平衡 动态平衡时,扩散即终止 动态平衡 终止 – 由膜浓度较高 较高的一侧向浓度低的一侧扩散 较高 向 低 – 生物膜两侧浓度差叫浓度梯度或浓度差
• 简单扩散的特点
第三章 外源物在体内的转运与转化 Biotransportation and Biotransformation of Xenobiotics
【目的要求】
• 掌握毒物在体内的来踪去路 • 了解生物转化反应及意义 • 熟悉在体内的分布与贮存 • 了解毒物动力学
【内容 内容】 内容
• 基本概念 • 生物转运与转化概况 • 吸收、分布与贮存、排泄 • 代谢转化反应及意义
– 顺浓度梯度,不需要消耗能量 – 毒物与生物膜不发生化学反应 – 简单的物理过程 - 生物膜不具有主动性
• 毒理学意义
– 大部分外源化学物是通过简单扩散进行生物转运
影响简单扩散的因素
• 浓度梯度(差) • 毒物在脂质中的溶解度
脂水分配系数=脂相中浓度 水相中浓度 脂水分配系数 脂相中浓度/水相中浓度 脂相中浓度 (lipid-water partition coefficient)
• 一些溶于水而不溶于脂质的物质,可通过滤 过完成生物转运过程
特殊转运( 特殊转运(special transport) )
• 毒物先同体内某些物质(载 体)呈物理性结 合后,再透过生物膜的过程
(二)主动转运(active transport) 主动转运
• 定义
– 毒物透过生物膜由低浓度处向高浓度处移动的过程。 毒物透过生物膜由低浓度处向高浓度处移动的过程。
• 生物膜 • 毒物过膜的转运方式
一、生物膜
• 是细胞的膜质结构的总称
– 细胞膜、细胞器膜、细胞核膜; – 特性:
• 脂质 • 镶嵌蛋白 • 多孔(4 nm~ 70 nm) 多孔 ~
– 特性:
• 选择转运
二、毒物过膜的转运方式
生 物 转 运 方 式
滤过(filtration) 滤过 胞吞(endocytosis),胞饮 胞饮(pinocytosis) 胞吞 胞饮 膜动转运(cytosis) 膜动转运 胞吐(exocytosis) 胞吐 被动转运 易化扩散(facilitated diffusion) 易化扩散 主动转运(active transport) 主动转运 简单扩散(simple diffusion) 简单扩散
• 胞饮 吞噬 胞饮和吞噬
– 液体 固体 液体或固体 固体毒物被伸出的生物膜包围 – 被包围的液滴或颗粒并入细胞内达到转运的目的 – 前者称为胞饮,后者称为吞噬,总称为胞吞作用 胞吞作用
• 胞吐作用
– 颗粒物由细胞内运出细胞的过程
• 膜动转运需要消耗能量
• 生物膜对化学物转运的影响
– 阻留 – 屏障
• 所需条件,或者说特点
– 常逆浓度梯度转运,消耗一定的代谢能量 常逆浓度梯度转运, – 需要载体参加 – 当化合物浓度达到一定程度时,载体可以饱和,转运即 当化合物浓度达到一定程度时,载体可以饱和, 达到极限 为什么? 为什么?
• 载体有一定的容量
– 有一定的选择性 – 竞争抑制:一种以上毒物结构相似用同一转运系统时。 竞争抑制:一种以上毒物结构相似用同一转运系统时。
• 理化性质
– i.e. 脂/水分配系数接近于1,易被吸收进入血液
• 皮肤血流速度和出汗状况 • 皮肤完整性
– 如皮肤破损破坏表皮角质层屏障作用,毒物可以 直接进入吸收相
• 人体不同部位表皮的厚度不同、角质层厚度 不同,所以外源化学物的穿透速度 速度有别 速度
–速度在此有何毒理学意义? 速度在此有何毒理学意义? 速度在此有何毒理学意义
生物转运(biotransportation) 生物转运
• 从接触部位吸收, 转运进入组织、细 胞或进入循环系统、再转运至靶组织与 脏器、 最终由排泄器官离开机体过程。
– 有/无化学结构改变 无化学结构改变 – 依本身的理化特性 – 吸收 排泄 吸收-排泄
影响生物转运的因素
影响生物转运的因素: 影响生物转运的因素 外源化学物本身的结构、分子量的大小、 外源化学物本身的结构、分子量的大小、脂/ 水分配系数的大小、带电性、 水分配系数的大小、带电性、与内源性物质的相似 性等。 性等。 • 脂/水分配系数 水分配系数(lipid/water partition coefficient): 水分配系数 : 化学物在含有脂和水的体系中, 化学物在含有脂和水的体系中,在分配达到平 衡时在脂相和水相的溶解度比值。 衡时在脂相和水相的溶解度比值。
– 器官或组织的血流量; – 对毒物的亲和力。
• 毒物在体内分布的特点
– 呈不均匀分布。
影响分布的主要因素
• • • • ①、流经器官或组织的血流量; 流经器官或组织的血流量; ②、器官或组织对化学毒物的亲和力 ; ③、化学毒物与血浆蛋白结合的能力 ; 化学毒物通过组织、细胞屏障的能力。 ④、化学毒物通过组织、细胞屏障的能力。
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