第三章 外源化学物在体内的生物转运和生物转化

靶器官 (损害) 损害) 器官组织
[接触 接触] 接触
[代谢 代谢] 代谢
肝 消化道
[排泄 排泄] 排泄
游离型
(贮存) 贮存)
肾 胆汁
[排泄 排泄] 排泄
肺
呼气
分泌腺 乳汁、汗 乳汁、
3
粪
尿
图3-1 外源化学物在体内的动态过程
Absorption 吸收 ↓ Distribution分布 ↓ Metabolism代谢 ↓ Excretion排泄 Toxicokinetics (毒物动力学 ) 毒物动力学 Toxicodynamics (毒物效应动力学 毒物效应动力学) 毒物效应动力学 Biotransportation (生物转运 生物转运) 生物转运 Biotransformation (生物转化 生物转化) 生物转化
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（三）皮肤吸收
皮肤通透性较弱⇒屏障； 亲脂性高的化合物⇒皮肤吸收⇒全身性中毒。 1、皮肤构造：表皮、基膜、真皮。
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2、化学物皮肤吸收需通过的屏障： 表皮角质层:M>300，不易通过； 连接角质层:阻止非脂溶性物质； 基膜：仅能阻止某些物质透过。 不同部位皮肤对毒物的通透性不同： 不同部位皮肤对毒物的通透性不同： 阴囊>腹部 额部 手掌>足底 阴囊 腹部>额部 手掌 足底 腹部 额部>手掌 3、吸收途径：表皮；毛囊、汗腺及皮脂腺 表皮吸收主要方式：简单扩散。
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第二节
吸
收
定义：环境化学物经各种途径透过机体的生物膜 而进入血液的过程称为吸收。
环境化学物
消化道
呼吸道
皮肤
注射
毒理学试验
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（一）经胃肠道吸收(Digestive tract)
消化道: 口腔⇒食道⇒胃⇒肠道，主要吸收途径。
胃肠道吸收面积比较：
组织
面积（M2)
口腔
0.02
胃
0.1-0.2
小肠
100
乳汁：有机碱、亲脂性有毒物 唾液、汗液、头发、指甲、月经等
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第五节
毒物的代谢转化
一、生物转化和毒物代谢酶 二、Ⅰ相反应 三、Ⅱ相反应 四、影响生物转化的因素
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一、生物转化和毒物代谢酶： 生物转化和毒物代谢酶： 生物转化（biotransformation）：外源化学物在机体内 生物转化（biotransformation）： 经多种酶催化的代谢转化。 相反应和Ⅱ 经多种酶催化的代谢转化。 Ⅰ相反应和Ⅱ相反应 代谢产物(metabolites)：生物转化的产物。 (metabolites)：生物转化的产物。
性毒物被重吸收，经门静脉回到肝脏⇒再次随胆汁分泌， 形成循环。
⇒延长毒物在体内的停留时间,毒性增加
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b、直接排出体外
高度极性的化合物，随粪便排出。
（三）经呼吸道排出
一些气体和挥发性物质：主要通过简单扩散 由肺排出。 非可溶性颗粒物：肺泡⇒细支气管⇒支气管 ⇒ ⇒ ⇒咽部⇒随痰咳出或进入消化道。
（四）其它途径排出
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影响因素：
膜孔大小: 一般0.4nm；M<100-200的化合物可通过 0.4nm孔。 肾小球滤过肾小球毛细血管内皮细胞微孔直径达到 45nm ,可以允许分子量5000的分子迅速通过。
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（二）特殊转运
对于某些非脂溶性的、分子量较大的、不能 通过被动转运方式转运的环境化学物质。
特 殊 转 运
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第四节
排
泄
排泄（ 排泄（excretion）是外源化学物及其 ） 代谢产物向机体外转运的过程， 代谢产物向机体外转运的过程，是生物转 运的最后一个环节。 运的最后一个环节。 经肾随尿液排出、经肝脏排出、 经肾随尿液排出、经肝脏排出、经呼吸 道排出、 道排出、其他
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主要途径： 主要途径： （一）经肾随尿液排出
大肠
0.5-1
直肠
0.04-0.07
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1、消化道吸收特点：
通过口腔粘膜吸收极少； 胃内弱有机酸类物质易吸收； 小肠：主要吸收部位 扩散吸收为主。吸收面积大，吸收有机 碱类物质多。 滤过吸收M<100-200的物质； 吞噬和胞饮：肠胃道上皮细胞。
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2、影响消化道吸收的因素 、
① ② ③ 小肠的结构特点、消化道的多种酶类和菌丛： 小肠的结构特点、 肠胃道内容物种类数量、排空时间及蠕动状态： 化学物的溶解度和分散度、外源化学物本身的理 外源化学物本身的理 化性质、胃肠液的PH值 化性质、胃肠液的PH值、胃肠道内食物的量和 质。
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4、影响皮肤吸收的因素： ① 角质层厚度； ② 化学物分子大小、脂/水分配系数≅1 易吸收； ③ 高温促进皮肤血液和间质液流动； ④ 角质层损伤 ⑤ 动物种类
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（三）其他吸收途径
胎盘吸收：胎盘屏障
简单扩散（大部分外源化学物、药物）、主 动转运（营养物质）、胞吞作用（病毒、病原菌 及免疫抗体）
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（二）呼吸道吸收
呼吸道: 鼻腔⇒气管⇒支气管及其分支⇒肺泡 ((Alveoli) 1 、吸收特点： 吸收的物质直接进入体循环并分布全身。 吸收速度快。
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2、对气态物质的吸收及影响因素
主要通过简单扩散方式吸收： 影响因素： 影响因素： 分压差大⇒吸收速度快； 血/气分配系数：当肺泡和血液中气态物浓度达到平
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3、膜动转运Cytosis
一些固体颗粒或液滴与细胞膜上的蛋白质具有 特殊亲和力，可改变细胞膜表面张力，引起外包或 内凹，将外源物包围进入细胞。 入胞作用：胞饮 入胞作用 胞饮(pinocytosis) 胞饮 胞吞(endocytosis)--吞噬：摄入的是固体物质。 胞吞 胞饮：Pinocytosis 摄入的是液体物质 出胞作用：胞吐 胞吐(exocytosis) 出胞作用 胞吐
主要担负生物转化的器官是肝脏。其他器官如肾脏、 主要担负生物转化的器官是肝脏。其他器官如肾脏、 小肠、肺脏和皮肤等的生物转化能力明显低于肝脏。 小肠、肺脏和皮肤等的生物转化能力明显低于肝脏。 生物转化的意义：水溶性增加、毒性降低 生物转化的意义：水溶性增加、 代谢解毒(metabolic detoxication)：经生物转化大部分 detoxication)： 外源化学物的代谢产物，毒性降低，易于排出体外， 外源化学物的代谢产物，毒性降低，易于排出体外， 此为解毒反应。 此为解毒反应。 代谢活化(metabolic activation)：经生物转化其毒性被 activation)： 增强的现象。生成亲电子剂、自由基、亲核剂、 增强的现象。生成亲电子剂、自由基、亲核剂、氧化 还原剂。 还原剂。
主动转运 易化扩散 膜动转运
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1、主动转运(active transport) 主动转运 定义： 能量的消耗,利用载体 载体转运以 定义：化学物伴随能量的消耗 能量的消耗 载体 透过生物膜的过程 驱动力：代谢能量 驱动力： 特点： 特点： 需要有载体； 化学物质可逆浓度梯度转运； 载体具有一定选择性； 载体有一定容量； 相似结构底物可发生竞争性抑制
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二、生物膜的结构与功能
脂质
组成
糖 蛋白质：结构蛋白、受体、 蛋白质：结构蛋白、受体、酶、载体、 载体、 离子通道等
生 物 膜
结构：液态镶嵌模型
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
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6
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三、化学物质通过生物膜的方式
动 (active transport) (simple diffusion)— 动 化 (facilitated diffusion) 质
腹腔、皮下、肌肉和静脉注射
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第三节
分布与贮存
分布(distribution)指外源化学物吸收进入血 一 、分布 指外源化学物吸收进入血 流或淋巴液后，随体循环分散到全身组织器官的 流或淋巴液后， 过程。 过程。 不同的外源化学物在体内各器官组织的分布不 不同的外源化学物在体内各器官组织的分布不 均匀。 均匀。
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人体体液pH:
血液 7.3-7.5
口腔 6.2-7.2
胃 1.0-3.0
十二指肠
空肠 6.3-7.3
回肠 7.6
4.8-8.2
结肠 7.8-8.0
直肠 7.8
脑液 7.3-7.4
尿液 4.8-7.5
汗水 4.0-6.8
母乳 6.6-7.0
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2、滤过(Filtration) 滤过 定义： 定义 环境化学物透过生物膜上的亲水性孔道的过程。 驱动力：流体静压或渗透压； 转运物质：分子直径<膜孔的化学物
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2、肝和肾： 存在特殊的结合蛋白，对污染物亲和力高于血浆 蛋白。 3、脂肪组织： 脂溶性污染物可蓄积于脂肪组织中。 4、骨骼组织： 骨中某些成分对环境化学物有特殊亲和力。 F-、Pb、Sr等与骨基质结合 体内贮存的毒理学意义： 体内贮存的毒理学意义： 急性中毒的解毒机制；毒物的二次供给源。
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第三章 外源化学物在体内的生物转运 和生物转化
内容概要 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 生物膜和生物转运 吸 收 分 布 排 泄 毒物的代谢转化
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第一节 生物膜和生物转运
一、外源化学物的体内动态
接触] 接触 外源 [接触 化学物
皮肤 肺
[吸收 吸收] 吸收
血液循环 白蛋白结合型
[分布 分布] 分布
一些化学物在体内的相对累积
血液 狄氏剂 Pb Hg(NO3)2 Hg(CH3)+ Hg(C6H5) 1 1 1 1 1 肝 26.3 1.7 2850 1.5 3600 脑 3.32 1.1 6.7 0.8 4.7 肌肉 37 0.7 83 骨 77 肾 6.6 3960 1.7 2400 脂肪 158 -
外源物及其代谢产物的最主要的排泄途径。 .肾小球被动滤过（renal filtration)；
肾小管的主动分泌(tubular secretion)； 肾小管再吸收(reabsorption) (reabsorption)
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（二）经肝脏排出
毒物⇒肝实质细胞⇒胆汁⇒肠道⇒粪便排 出或进入肝肠循环 1、肝细胞⇒胆汁：主要为主动转运 2、胆汁⇒小肠： a、肝肠循环（enterohepatic cycle)：脂溶
生 物 转 运
过(filtration) 过 (endocytosis), 膜动 (cytosis) (exocytosis)
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(pinocytosis)
（一）、被动转运 ）、被动转运
transport)： 1、简单扩散（Passive transport)： 简单扩散（ 定义： 定义：生物膜两侧的化学物分子从浓度高的 一侧向浓度低的一侧（即顺浓度梯度 顺浓度梯度）扩 顺浓度梯度 散。 驱动力：浓度梯度 转运物质：多数环境化学物 转运速率（R）：
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2、易化扩散(Facilitated diffusion) 易化扩散(Facilitated 定义： 利用载体由高 定义：非脂溶性化学物，利用载体由高 利用载体由高浓度处向低 向低 浓度处移动的过程，称为易化扩散，又称帮助扩 散或载体扩散。 特点： 特点： 需要载体； 不消耗代谢能量。 具有一定的主动性和选择性，但因只能从高浓 度处向低浓度处转运，故又属于扩散性质。
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影响分布的因素 (1)血流量 (2) 外源物与器官的亲和力
浓缩、蓄积器官⇒靶器官或储存库。
(3)血脑屏障(blood-brain barrier)
对毒物进入中枢神经系统（CNS)起保护作用。
(4)胎盘屏障(Placental barrier):
胎盘：营养物质⇒主动转运； 外源化学物 ⇒扩散
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A(C1 − C2 ) R=K D
K为扩散系数， A为膜面积，D为膜厚度。
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影响因素： 浓度梯度； 脂溶性⇒脂水分配系数，一般来说：系数 越大，扩散速率越快； 化学物质的解离度和体液pH：解离型化合 pH 物往往脂溶性较小，难以通过细胞膜扩散。 弱的有机酸在酸性环境中更易扩散，弱的 有机碱在碱性环境中易扩散。
衡时，血液与肺泡空气中的浓度比。
系数高⇒吸收速度快； 溶解度和分子量：
脂溶性物质：脂/水分配系数； 非脂溶性物质：分子量大小。
肺通气量和血流量：
通气量↑ ⇒吸收量↑ ；血流量↑ ⇒吸收量↑
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3、对颗粒物的吸收： 对颗粒物的吸收：
主要受颗粒大小的影响。 进入呼吸道颗粒物的归宿： >10µm，大部分沉积在上呼吸道； 5-10 µm，大部分阻留在气管和支气管； 1-5 µm，可到达呼吸道深部，部分到达肺泡； < 1µm，在肺泡内沉积。 沉积在肺泡内的颗粒物的归宿： 吸收进入血液； 随粘液咳出； 进入淋巴系统； 长期存留在肺泡⇒肺泡灰尘病灶或结节。
二、化学物的贮存： 化学物的贮存： 贮存 进入血液的环境化学物大部分与血浆蛋白或 机体内各组织成分结合。 对蓄积器官产生危害的⇒靶组织 靶器官 靶组织或靶器官 靶组织 靶器官； 对蓄积部位不显示毒害的⇒贮存库 贮存库。 贮存库 主要贮存库： 主要贮存库： 1、血浆蛋白 与血浆蛋白的亲和力高的外源物可取代亲和力低 的化合物。