第三章 毒物的生物转运

溶性而在机体的某些部位蓄积。
影响分布的主要因素
化学物与血浆蛋白结合 化学物与其他组织成分结合 化学物在脂肪组织和骨骼中贮存沉积 体内各种屏障的影响
深层（颗粒层、棘层和
生发层）及真皮，然后
通过真皮内静脉和毛细 淋巴管进入体循环。
四、其他途径的毒物吸收
腹腔、皮下、肌肉内和静脉注射进行染毒。
静脉注射化学物直接进入血液，分布全身。
腹腔注射因腹腔具有丰富的血流供应和相对广大 的表面积，使外源化学物的吸收迅速。 经腹腔染毒的化合物主要通过门脉循环吸收，因 此在其到达其他器官前必先经过肝脏。
膜的基本结构是连续排列的脂质双
分子层，膜蛋白可以是结构蛋白、 受体、酶、载体和离子通道等。
具有多孔性
生物膜
磷脂双分子层构成了生物膜的基本骨架，而生物膜的 功能主要通过蛋白质来进行。
流动镶嵌模型
脂质双分子层是细胞膜的主要结构支架；膜蛋白为球蛋白， 分布于脂双层表面或嵌入脂分子中，有的甚至横跨整个脂双 层；细胞膜具有流动性；组成细胞膜的各种成分在膜中的分 布是不均匀的，即具有不对称性。
主动运输和被动运输
主动转运(active transport)
简单扩散(simple diffusion)
生 物 转 运
被动转运
易化扩散(facilitated diffusion) 滤过(filtration)
胞吞(endocytosis),胞饮(pinocytosis)
膜动转运(cytosis) 胞吐(exocytosis)
气体在呼吸道内的吸收速度与其溶解度和
相对分子质量也有关。一般情况下，吸收
速度与溶解度成正比。
吸收还与肺的通气量和血流量，特别是两 者比值有关。通气/血流比值。气体溶解度 的高低也与此有关。
气态物质水溶性影响其吸收部位，易溶于水
的气体在上呼吸道吸收，水溶液性较差的气
体则可深入肺泡，并主要通过肺泡吸收。
皮下或肌内注射时吸收较慢，但可直接进入体循 环。
第三节 分
布
外源化学物通过吸收进入血液
和体液后，随血流和淋巴液分
散到全身各组织的过程称为分
布（distribution）。
不同的外源化学物在体内各器 官组织的分布也不一样。
器官或组织的血流量和对外源化学物的亲和力
是影响外源化学物分布的最关键的因素。
受体的存在使得某些化学物质选择性地作用 于一定的细胞（靶细胞或靶器官） 受体是镶嵌在生物膜脂质双分子层中的某些 特殊蛋白质，是外来化合物作用的靶；存在 于细胞膜、胞浆或细胞核内。不同的受体有 特异的结构和构型。
脂质
组成
糖 蛋白质：结构蛋白、受体、酶、载体、 离子通道等
生 物 膜
结构：流动镶嵌模型
吸入气溶胶沉积部位与颗粒大小的关系
气溶胶的部位取决颗粒物大小
直径在5µ m以上颗粒物在鼻咽
部沉积 直径在2～5µ m的颗粒物沉积 在气管支气管区域。 直径在1µ m及以内的颗粒物可 到达肺泡，它们可被吸收入血 或通过肺泡巨噬细胞吞噬移动
到粘液纤毛远端的提升装置被
清除，或通过淋巴系统清除。
可溶性有毒颗粒物很快被吸收入
在外源化学物的初始分布阶段主要取决于器官 或组织的灌注速率。 人体器官组织灌注速率高的有肺、肾上腺、肾、 甲状腺、肝、心、小肠、脑。 灌注速率低的有皮肤、骨骼肌、结缔组织、脂 肪
某些毒物不易通过细胞膜而使其分布受限， 仅存在于血液中；
而有些毒物可迅速通过细胞膜而分布在全身；
有些毒物因为蛋白结合、主动转运或高度脂
影响胃肠道毒物吸收的因素：
1. 胃肠蠕动的快慢 2. 溶解度和分散度 3. 酸碱度 4. 胃肠道内容物的状况
外源化学物经胃肠道被动扩散主要取决于外
源化学物的脂溶性和酸离解常数（pKa）、
胃肠道内pH。 有机酸和有机碱在不同pH溶液中的解离度 不同，在胃肠道不同部位的吸收有很大差别。
如：弱酸（苯甲酸）易被胃所吸收； 相反，在小肠内（小肠液pH约7.6）则苯甲酸 吸收减少，而弱碱（苯胺）吸收增多。 有机酸和有机碱一般是以分子态吸收，其解 离态不容易吸收，因此胃肠道内的PH值通过
是外来化合物透过 生物膜上的亲水性 孔道的过程。由嵌
入脂质双分子层中
的蛋白质结构中亲
水性氨基酸构成；
影响因素
化学物分子量的大小：0.4nm孔道通过＜200的分
子
毒理学意义：
在渗透压梯度和液体静压作用下，大量的水可以
通过这些孔道进入细胞。水还可以作为载体，携
带一些其他化学物的分子通过此种孔道。
3.主动转运
易化扩散
5.胞饮和吞噬
胞吞（endocytosis）
胞吞对颗粒物称为吞噬（phagocytosis），
对液滴称为胞饮（pinocytosis）。
胞吞
胞饮
小
结
毒物进入有机体的方式主要是扩散而不是主动运
输。对脂溶性毒物的无选择吸收。
大多数脂溶性物质（如DDT等农药残留等）主要
通过在脂质双层中的简单扩散而通过生物膜。 水溶性较强的毒物主要通过细胞膜的水相膜孔进 行扩散。 水溶性较弱的毒物和重金属离子化合物也可通过
脂-水分配系数
带电性
与内源性物质的相似性等。
1.简单扩散
简单扩散又称脂溶扩散，大多数化学毒物 经简单扩散方式通过生物膜。 不需要消耗能量，外来化合物与膜不发生 化学反应，生物膜不具有主动性，只相当 于物理学过程。是生物转运的主要机制。 不需载体，不受饱和限速与竞争性抑制的 影响。
简单扩散方式的条件是： ①膜两侧存在浓度梯度； ②外源化学物有脂溶性； ③外源化学物是非解离状态。
第三章
毒物的体内转运
第一节 生物转运与生物膜 第二节 吸 收 第三节 分布 第四节 排泄
ADME过程
外源化学毒物经与机体接触部位进入血液的过程为吸收
(absorption)；
由体循环分散到全身组织细胞中为分布(distribution)；
在组织细胞内经酶类催化发生化学结构与性质变化的过程 称为生物转化或代谢转化(metabolism)； 在代谢过程中可 能形成新的衍生物以及分解产物，即代谢产物； 外源化学毒物及其代谢物离开机体称为排泄(excretion)。
环的过程中已开始被消除，此即在胃肠道粘膜、肝 和肺的首过效应（first-pass effect）。
例如，乙醇可被胃粘膜的醇脱氢酶氧化，吗啡在小肠粘膜 和肝内与葡糖醛酸结合。
首过效应可减少经体循环到达靶器官组织的外源化 学物数量，或可能减轻毒性效应。外源化学物在吸 收部位引起的消化道粘膜、肝和肺的损伤也与首过 效应有关。
二、经呼吸道吸收
不随同门静脉血流进
入肝脏，未经肝脏的
生物转化过程，直接
进入体循环。
气体、易挥发液体和 气溶胶在呼吸道中的 吸收主要是通过简单 扩散。
影响经呼吸道吸收的因素 肺泡气与血浆中的浓度差。 饱和状态下，气体在血液中的质量浓度 （mg/L）与在肺泡气中的质量浓度 （mg/L）比值，称为血气分配系数。 越大，溶解度越高，表示该气体越易被 吸收。
隔离功能
功能
生化反应和生命活动的场所 内外环境物质交换的屏障
第一节 生物膜和毒物转运
毒物的跨膜运转
化学物通过生物膜的转运方式（耗能与否）：
主要有被动扩散（passive diffusion）
简单扩散，膜孔过滤，易化扩散
主动运输（active transport）
主动转运， 胞饮和吞噬
被动转运是顺浓度梯度进行，不消耗能量的； 易化扩散和主动转运由载体介导，可饱和； 而主动转运和胞饮和吞噬消耗能量，并可逆 浓度梯度进行。
外源化学物的脂溶性可用脂-水分配系数来表示： 脂-水分配系数是当一种物质在脂相和水相的分 配达到平衡时，其在脂相和水相中溶解度的比 值。
解离型极性大，脂溶性小，难以扩散； 而非解离型极性小，脂溶性大，容易 跨膜扩散。 非解离型的比例，取决于该外源化学 物的解离常数pKa和体液的pH。
2.膜孔过滤（filtration）
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但吸收毒物的速度很快。
化学物质主要还是通过占皮肤表面积较大比 例的表皮吸收。

化学物质经皮吸收必须通过多层细胞才
能进入真皮小血管和毛细淋巴管。
经皮吸收的限速屏障是表皮的角质层。
非极性毒物的扩散速度与其脂溶性成正 比，与其分子量成反比。
经皮吸收第一阶段是毒
物扩散通过角质层。
经皮吸收第二个阶段包
括毒物扩散通过表皮较
血引起中毒，不溶性颗粒物则可
引起肺尘埃沉着病。 颗粒物可引起上呼吸道炎症、肺 炎（如锰尘）、肺肉芽肿（如铍 尘）、肺癌（如石棉尘、镍尘）、 肺尘埃沉着病（如二氧化硅尘） 以及过敏性肺部疾患。

三、毒物经皮吸收
毒物经皮吸收必须通过表皮或附属物（汗腺、
皮脂腺和毛囊）。
汗腺和毛囊占皮肤总面积的0.1％～1.0％，
生物膜的功能
1.生物膜可将细胞或细胞器与周围环境隔离，保持细胞或
细胞器内部理化性质的稳定外，还可以选择性地允许或不 允许某些物质透过以便摄入或排出一些物质。
2.保障有机体和外环境中物质的交换，从而维持有机体的 正常生命活动。 3.许多化学物的毒性作用与生物膜有关，特别是大多数毒 性较强和作用较为专一的毒物更是如此。 KCN主要作用于线粒体内膜细胞色素C氧化酶；有机磷化 合物是作用于半埋藏在生物膜外表面的乙酰胆碱酯酶上。
每一循环消耗一个ATP,转运出三个Na+，转进两个K+
4. 易化扩散（促进扩散）
不易溶于脂质的外来化合物， 利用载体由高浓度处向低浓度 处移动的过程。不消耗能量。 具有一定的主动性和选择性， 也可称为载体扩散或促进扩散。 例如，水溶性的葡萄糖由胃肠 道进入血液，由血浆进入红细 胞，并由血液进入神经组织， 都是通过载体扩散。
度及持续时间。
掌握外来化合物的生物转运和生物转化过程，
可有助于了解其生物学作用及毒性作用。
第一节 生物膜和毒物转运 外源化学物的吸收、分布和排泄过 程是通过由生物膜构成的屏障的过 程。
生物膜
生物膜（biomembrane）是细胞膜
（cell membrane）和细胞器膜的总 称。 生物膜主要由脂质和蛋白组成， 生物膜表面也含有少量的糖。生物
外来化合物通过生物膜由低浓度处向高浓度处移动的过程。
生物膜的主动转运具有下列特点： ①需有载体参加； ②外源化学物可逆浓度梯度转运； ③该系统需消耗能量，因此代谢抑制剂可阻止此转运过程；
④载体对转运的外源化学物有特异选择性；
⑤转运量有一定极限，当外源化学物达一定浓度时，载体 可达饱和状态；由同一载体转运的两种外源化学物间可出 现竞争性抑制。
影响其pKa，而影响其吸收。
分子量较小的水溶性化学物可经膜孔滤过。
通过膜孔的水流可能携带小分子外源化学物
通过膜。特别是高剂量水溶性差的外源化学 物以较大容量的低渗溶液染毒时，可能因大 量水流通过膜孔导致吸收增加。
一些颗粒物质如偶氮染料和聚苯乙烯乳 胶可通过吞噬或胞饮作用进入小肠上皮
细胞。
某些外源化学物受胃肠道中的消化酶 或菌群的作用后，可形成新的外源化 学物而影响其吸收或改变其毒性。
毒物的跨膜运转
1. 简单扩散 （simple diffusion）
2. 膜孔过滤（filtration）
3. 主动转运（active transport）
4. 易化扩散（facilitate diffusion）
5. 胞饮（pinocytosis）和吞噬 （phagocytosis）
主要影响转运的因素： 外源化学物本身结构 分子量大小
一、经胃肠道吸收
一般外来化合物在胃肠道中
的吸收过程，主要是通过简
单扩散，还可以通过膜孔过 滤、吞噬或胞饮和主动转运
系统。
水和食物中的有害物质主要 是通过消化道吸收。毒物的 吸收可发生于整个胃肠道， 甚至是在口腔和直肠中，但 主要是在小肠，因肠绒毛， 可增加200～300m2的小肠吸 收面积。
小肠绒毛显微组织图
吸收、分布和排泄过程中，以物理学过 程为主，而且具有类似的机理，故统称 为生物转运（biological transportation）
代谢过程称为生物转化（biological transformation）
化学毒物对机体的毒性作用，一般取决于两个
因素：
一、化学毒物的固有毒性和接触量；
二、化学毒物或其活性代谢物在靶器官内的浓
主动运输的方式通过生物膜。
第二节
吸
收
吸收（absorption）是指外源化学物从接触部位， 通常是机体的外表面或内表面（如皮肤，消化道
粘膜和肺泡）的生物膜转运至血循环的过程。
主要途径：胃肠道、呼吸道和皮肤。
在毒理学实验研究中有时还采用特殊的染毒途径
如腹腔注射、静脉注射、肌内注射和皮下注射等。
首过效应：外源化学物在从吸收部位转运到体循