毒理学—毒物代谢动力学
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药物毒理学
毒物代谢动力学
第一节 毒物的吸收、分布、生物转化与排泄
毒物分子的跨膜转运
吸收
体循环
游离型
组织器官
Free
Bound
结合型
代谢物
生物转化
排泄
2
被动转运 (passive transport)
绝大多数毒物按此方式通过生物膜
➢特点：
顺膜两侧浓度差转运 高
低
不消耗能量
不需载体，无饱和性 各药间无竞争性抑制现象
易化扩散 (facilited diffusion)
特点： 不需要能量，有饱和性
6
特殊转运 (specialized transport) 内摄作用（endocytosis）
液体毒物：吞饮作用（pinocytosis） 颗粒毒物：吞噬作用（phagocytosis）
7
主要影响毒物通过细胞膜的因素
（一）分布容积 distribution volume
体内毒物总量和血浆药物浓度之 比 ， Vd 非 体 内 生 理 空 间 ， 因 此
也叫表观分布容积 (Apparent
volume of distribution)
Vd
A(mg) C(mg/ L)
A：体内药物总量 C：平衡时血药浓度
12
药物（毒物）在人体内的分布情况
血脑屏障 Blood Brain Barrier 胎盘屏障 Placental barriers
19
三、生物转化 Biotransformation
药物在机体内发生化学结构的改变过程，是药物 在体内消除的重要途径
1. 药物代谢的部位
肝脏：
肝外部位：肠、肾、脑 等
2.药物在体内转化的两个步骤：
I相反应
(2) (3)
Fe2+-O2 D H
Fe2+ D
P-450
H
（活化）
O2
P-450
e¯
（加氧）
24
药物（毒物）RH在细胞色素 P450药物代谢酶系的作用下， 进行如下反应
RH +O2
ROH +H2O
NADPH + H+
NADP+
25
常见的肝药酶诱导剂
Phenytoin
苯妥英
Phenobarbitone 苯巴比妥
例：某弱酸性毒物 pKa=5.4
血浆 pH=7.4
分子型
[HA] 1
离子型
毒物总量
（分子型+离子型）
[A-]
100
101
胃液 pH=1.4
ห้องสมุดไป่ตู้
[HA] 1
[A-] 0.0001
1.0001
5
主动转运 (active transport)
特点： 逆浓度差转运 消耗能量 需载体，有饱和性 有竞争性抑制现象（例：丙磺舒与青霉素）
药物的脂溶性 膜面积与厚度 毒物的浓度差 局部血流量
8
一、吸收（absorption ）
（一）经胃肠道吸收
是药物和毒物吸收最重要的部位之一，治疗服用、误用或者自杀。 如安眠药、有机磷等。
影响消化道对毒物吸收速度的因素：
1.毒物的理化性质 2.胃肠道存留食物的多少 3. 毒物在胃肠道各部位的停留时间 4. 胃肠道的吸收面积和吸收能力 5. 胃肠道局部的pH 6. 胃肠道的分泌能力 7. 肠道的微生物菌丛（约有60种细菌对毒物有转化作用）
1.单纯扩散 （大部分亲脂性毒物） 2.毛发区的毛囊吸收 3.汗腺管吸收 4.经破损皮肤部位吸收
影响毒物通过皮肤吸收的因素
1.毒物的性质和浓度 2.皮肤的酸碱度、水分含量、面积和
厚度。 3.皮肤的解剖和生理特性（与年龄、
种族和种属有关）
11
二、分布 distribution
毒物从血液向组织、细胞间液或细胞内液转运的过程称 为分布。
Thyroxine 甲状腺素 Warfarin 华法林 Diazepam 地西泮 Frusemide 呋塞米 Heparin 肝素 Imipramine 丙咪嗪
> 90% but < 95% bound
Glibenclamide 格列本脲 Phenytoin 苯妥英 Propranolol 普萘洛尔 Sodium Valproate 丙戊酸钠
区域 总量的% 70kg人的体液（L） 给1g化合物后血浆浓度（mg/L）
血浆
4.5
3
总细胞外液 20
14
总体液
55
38
组织结合 ---
---
333 71 26
0～25
（二）药物（毒物在组织中的储存）
1. 药物与血浆蛋白结合（Protein binding）
•可逆 •影响转运、无药理活性 •不同药物与血浆蛋白结合率不同 •药物之间有竞争性
3
体液pH对毒物被动转运的影响
酸性
pKa： 弱 酸 或 弱 碱类毒物在50% 解离时的溶液的 pH 值。
Ka =
[ H+ ] [ A ] [HA]
[ A ]
pKa = pH - log
[HA]
[ A ]
10pH-pKa =
碱性
pKa-pH
[HA]
4
膜两侧不同pH状态，弱酸类毒物被动运转达平衡时， 膜两侧浓度比较：
II相反应
药物
代谢物
结合物
（氧化、水解、还原等） （结合）
药物经生物转化后，其结局如下： ①灭活、毒性降低极性增加 ③产生毒性代谢物
21
3. 生物转化酶的特点及种类：
专一性酶 如ChE, MAO等 非专一性酶（细胞色素 P450药物代谢酶系，CYP450）
生物转化主要在肝脏进行，因促进体内药物生物转化的酶 主要是肝脏微粒体氧化酶系统（又称肝药酶）也称为细胞 色素P-450氧化酶。其特点是: 专一性低，活性有限，个体差异大和活性可受药物影响
9
（二） 经肺吸收
气体、挥发性溶剂或颗粒可经由肺部吸收，如吸人给药(吸入麻醉)、喷雾
给药 (喷雾剂)，因此药物可通过肺泡壁吸收产生毒性作用。呼吸道表面积30～
100M2，毛细血管网的总长度约2000km
毒 物
鼻
血 液
咽
胃
支
肠
气
道
管
肺泡
10
（三） 经皮肤吸收
成人的体表面积约1.8平方米
毒物通过皮肤吸收的途径
肾小管分泌： 主动分泌 如丙磺舒，同类药物之间 有竞争性
肾小管的重吸收：
脂溶性药物在排泄过程中可被肾小管
再吸收（与药物本身的pKa、血和尿
的pH有关）
29
尿液pH值对药物排泄的影响：弱酸性药物在碱性尿液中 解离多，重吸收少，排泄快，而在酸性尿液中解离少， 重吸收多，排泄慢。弱碱性药物则相反。（巴比妥类中 毒时用碳酸氢钠解救）
14
90mg
unbound
10mg bound
negligible
5mg unbound
95mg bound
significant
90mg + 5mg
unbound
10mg -5mg bound
5mg + 5mg unbound
95mg – 5mg bound
15
与血浆蛋白结合率比较高的药物
> 95% bound
16
2. 药物在肝脏和肾脏的储存
肝脏细胞内的蛋白 谷胱甘肽S-转移酶
药物、毒物 有机酸
肝脏、肾脏中的 金属硫蛋白
金属 离子
17
3. 药物在脂肪组织中的储存
高脂溶性的有机化合物，如硫喷妥。
4. 药物在骨骼组织的储存
含有氟、铅等金属的化合物
18
（三） 体内生物膜屏障（membrane barriers)
22
1）细胞色素 P450药物代谢酶系，CYP450
是Ⅰ相反应中促进药物生物转化的主要酶系统，有许多种同工酶。
CYP2D6
家族
亚家族
酶
23
D
OH
Fe3+
P-450
DH
（药物氧化）
Fe3+-O D
H
P-450 (4)
2H+
H2O
Fe3+ D
H
(1)
P-450
（结合）
e¯
Fe2+-O2- D H
P-450
意义：改变尿液pH值可以改变药物的排泄速度，用于药 物中毒的解毒或增强疗效。
2. 经其它途径排泄
胃肠道及胆汁排泄 肝肠循环
30
肠肝循环（enterohepatic circulation)
指自胆汁排进十二指肠的结合型药物在肠中经水解后被 再吸收的过程。
Liver
Drug
31
经肺排泄
挥发性高的有机溶剂如乙醇等
氯霉素 丙戊酸盐 磺胺类药 保泰松 异烟肼 胺碘酮 奥美拉唑
27
四、排泄 excretion
药物和毒物以原形或代谢产物形式通过排泄或分泌 器官排出体外的过程
排泄途径
尿液
粪便
肺脏
汗腺
乳汁
1.经尿液排泄
① 绝大部分药物经肾脏排出体外 ②只有非与血浆蛋白结合的药物（分子 量小于6000的化合物）可被肾小球滤 过
经唾液、汗腺排泄
铅、砷等重金属和某些生物碱等
经乳汁、头发排泄
许多金属、毒品、有机氯农药等可从乳汁排泄而影响婴儿。某些 重金属可排泄到头发中。
32
Carbamazepine 卡马西平
Rifampicin
利福平
Griseofulvin
灰黄霉素
Chronic alcohol intake 长期饮酒
Smoking
吸烟
26
常见的肝药酶抑制剂
Chloramphenicol Sodium valproate Sulphonamides Phenylbutazone Isoniazid Amiodarone Omeprazole
毒物代谢动力学
第一节 毒物的吸收、分布、生物转化与排泄
毒物分子的跨膜转运
吸收
体循环
游离型
组织器官
Free
Bound
结合型
代谢物
生物转化
排泄
2
被动转运 (passive transport)
绝大多数毒物按此方式通过生物膜
➢特点：
顺膜两侧浓度差转运 高
低
不消耗能量
不需载体，无饱和性 各药间无竞争性抑制现象
易化扩散 (facilited diffusion)
特点： 不需要能量，有饱和性
6
特殊转运 (specialized transport) 内摄作用（endocytosis）
液体毒物：吞饮作用（pinocytosis） 颗粒毒物：吞噬作用（phagocytosis）
7
主要影响毒物通过细胞膜的因素
（一）分布容积 distribution volume
体内毒物总量和血浆药物浓度之 比 ， Vd 非 体 内 生 理 空 间 ， 因 此
也叫表观分布容积 (Apparent
volume of distribution)
Vd
A(mg) C(mg/ L)
A：体内药物总量 C：平衡时血药浓度
12
药物（毒物）在人体内的分布情况
血脑屏障 Blood Brain Barrier 胎盘屏障 Placental barriers
19
三、生物转化 Biotransformation
药物在机体内发生化学结构的改变过程，是药物 在体内消除的重要途径
1. 药物代谢的部位
肝脏：
肝外部位：肠、肾、脑 等
2.药物在体内转化的两个步骤：
I相反应
(2) (3)
Fe2+-O2 D H
Fe2+ D
P-450
H
（活化）
O2
P-450
e¯
（加氧）
24
药物（毒物）RH在细胞色素 P450药物代谢酶系的作用下， 进行如下反应
RH +O2
ROH +H2O
NADPH + H+
NADP+
25
常见的肝药酶诱导剂
Phenytoin
苯妥英
Phenobarbitone 苯巴比妥
例：某弱酸性毒物 pKa=5.4
血浆 pH=7.4
分子型
[HA] 1
离子型
毒物总量
（分子型+离子型）
[A-]
100
101
胃液 pH=1.4
ห้องสมุดไป่ตู้
[HA] 1
[A-] 0.0001
1.0001
5
主动转运 (active transport)
特点： 逆浓度差转运 消耗能量 需载体，有饱和性 有竞争性抑制现象（例：丙磺舒与青霉素）
药物的脂溶性 膜面积与厚度 毒物的浓度差 局部血流量
8
一、吸收（absorption ）
（一）经胃肠道吸收
是药物和毒物吸收最重要的部位之一，治疗服用、误用或者自杀。 如安眠药、有机磷等。
影响消化道对毒物吸收速度的因素：
1.毒物的理化性质 2.胃肠道存留食物的多少 3. 毒物在胃肠道各部位的停留时间 4. 胃肠道的吸收面积和吸收能力 5. 胃肠道局部的pH 6. 胃肠道的分泌能力 7. 肠道的微生物菌丛（约有60种细菌对毒物有转化作用）
1.单纯扩散 （大部分亲脂性毒物） 2.毛发区的毛囊吸收 3.汗腺管吸收 4.经破损皮肤部位吸收
影响毒物通过皮肤吸收的因素
1.毒物的性质和浓度 2.皮肤的酸碱度、水分含量、面积和
厚度。 3.皮肤的解剖和生理特性（与年龄、
种族和种属有关）
11
二、分布 distribution
毒物从血液向组织、细胞间液或细胞内液转运的过程称 为分布。
Thyroxine 甲状腺素 Warfarin 华法林 Diazepam 地西泮 Frusemide 呋塞米 Heparin 肝素 Imipramine 丙咪嗪
> 90% but < 95% bound
Glibenclamide 格列本脲 Phenytoin 苯妥英 Propranolol 普萘洛尔 Sodium Valproate 丙戊酸钠
区域 总量的% 70kg人的体液（L） 给1g化合物后血浆浓度（mg/L）
血浆
4.5
3
总细胞外液 20
14
总体液
55
38
组织结合 ---
---
333 71 26
0～25
（二）药物（毒物在组织中的储存）
1. 药物与血浆蛋白结合（Protein binding）
•可逆 •影响转运、无药理活性 •不同药物与血浆蛋白结合率不同 •药物之间有竞争性
3
体液pH对毒物被动转运的影响
酸性
pKa： 弱 酸 或 弱 碱类毒物在50% 解离时的溶液的 pH 值。
Ka =
[ H+ ] [ A ] [HA]
[ A ]
pKa = pH - log
[HA]
[ A ]
10pH-pKa =
碱性
pKa-pH
[HA]
4
膜两侧不同pH状态，弱酸类毒物被动运转达平衡时， 膜两侧浓度比较：
II相反应
药物
代谢物
结合物
（氧化、水解、还原等） （结合）
药物经生物转化后，其结局如下： ①灭活、毒性降低极性增加 ③产生毒性代谢物
21
3. 生物转化酶的特点及种类：
专一性酶 如ChE, MAO等 非专一性酶（细胞色素 P450药物代谢酶系，CYP450）
生物转化主要在肝脏进行，因促进体内药物生物转化的酶 主要是肝脏微粒体氧化酶系统（又称肝药酶）也称为细胞 色素P-450氧化酶。其特点是: 专一性低，活性有限，个体差异大和活性可受药物影响
9
（二） 经肺吸收
气体、挥发性溶剂或颗粒可经由肺部吸收，如吸人给药(吸入麻醉)、喷雾
给药 (喷雾剂)，因此药物可通过肺泡壁吸收产生毒性作用。呼吸道表面积30～
100M2，毛细血管网的总长度约2000km
毒 物
鼻
血 液
咽
胃
支
肠
气
道
管
肺泡
10
（三） 经皮肤吸收
成人的体表面积约1.8平方米
毒物通过皮肤吸收的途径
肾小管分泌： 主动分泌 如丙磺舒，同类药物之间 有竞争性
肾小管的重吸收：
脂溶性药物在排泄过程中可被肾小管
再吸收（与药物本身的pKa、血和尿
的pH有关）
29
尿液pH值对药物排泄的影响：弱酸性药物在碱性尿液中 解离多，重吸收少，排泄快，而在酸性尿液中解离少， 重吸收多，排泄慢。弱碱性药物则相反。（巴比妥类中 毒时用碳酸氢钠解救）
14
90mg
unbound
10mg bound
negligible
5mg unbound
95mg bound
significant
90mg + 5mg
unbound
10mg -5mg bound
5mg + 5mg unbound
95mg – 5mg bound
15
与血浆蛋白结合率比较高的药物
> 95% bound
16
2. 药物在肝脏和肾脏的储存
肝脏细胞内的蛋白 谷胱甘肽S-转移酶
药物、毒物 有机酸
肝脏、肾脏中的 金属硫蛋白
金属 离子
17
3. 药物在脂肪组织中的储存
高脂溶性的有机化合物，如硫喷妥。
4. 药物在骨骼组织的储存
含有氟、铅等金属的化合物
18
（三） 体内生物膜屏障（membrane barriers)
22
1）细胞色素 P450药物代谢酶系，CYP450
是Ⅰ相反应中促进药物生物转化的主要酶系统，有许多种同工酶。
CYP2D6
家族
亚家族
酶
23
D
OH
Fe3+
P-450
DH
（药物氧化）
Fe3+-O D
H
P-450 (4)
2H+
H2O
Fe3+ D
H
(1)
P-450
（结合）
e¯
Fe2+-O2- D H
P-450
意义：改变尿液pH值可以改变药物的排泄速度，用于药 物中毒的解毒或增强疗效。
2. 经其它途径排泄
胃肠道及胆汁排泄 肝肠循环
30
肠肝循环（enterohepatic circulation)
指自胆汁排进十二指肠的结合型药物在肠中经水解后被 再吸收的过程。
Liver
Drug
31
经肺排泄
挥发性高的有机溶剂如乙醇等
氯霉素 丙戊酸盐 磺胺类药 保泰松 异烟肼 胺碘酮 奥美拉唑
27
四、排泄 excretion
药物和毒物以原形或代谢产物形式通过排泄或分泌 器官排出体外的过程
排泄途径
尿液
粪便
肺脏
汗腺
乳汁
1.经尿液排泄
① 绝大部分药物经肾脏排出体外 ②只有非与血浆蛋白结合的药物（分子 量小于6000的化合物）可被肾小球滤 过
经唾液、汗腺排泄
铅、砷等重金属和某些生物碱等
经乳汁、头发排泄
许多金属、毒品、有机氯农药等可从乳汁排泄而影响婴儿。某些 重金属可排泄到头发中。
32
Carbamazepine 卡马西平
Rifampicin
利福平
Griseofulvin
灰黄霉素
Chronic alcohol intake 长期饮酒
Smoking
吸烟
26
常见的肝药酶抑制剂
Chloramphenicol Sodium valproate Sulphonamides Phenylbutazone Isoniazid Amiodarone Omeprazole