第三章生物转运和转化

类等可通过简单扩散经肺排出。
经肺排泄速率与其吸收速率成反比。
血／气分配系数低的物质（如乙烯）排泄快；
血／气分配系数高的物质（如氯仿）排泄慢。 （四）其他排泄途径
➢ 经乳腺排入乳汁 ➢ 汗腺和唾液
➢ 头发和指甲
毛发中重金属等含量可作为生物监测的指标
第二节 外源化合物在体内的生物转化 一、生物转化和毒物代谢酶
肠肝循环具有重要的生理学和毒理学意义：
生理学上，可使一些机体需要的化合物被重新利用。
毒理学上，可使化学毒物从肠道排泄的速度显著减慢，生物半 减期延长，毒作用持续时间延长。
例如甲基汞主要通过胆汁从肠道排出，由于肠肝循环,使其生物 半减期平均达70天。
（三）经肺排出
在体温下优先以气态存在的物质，主要经肺排泄，如一氧化碳、醇
括羧酸，磺酸，尿酸和磺酰胺等有机酸。
（二）经肝脏排泄
➢ 胆汁排泄可看作为经尿排泄的补充途径，小分子经肾排泄，较大
分子经胆汁排泄
➢ 谷胱甘肽和葡萄糖醛酸结合物，主要就是经胆汁排出
2. 外来化学物从胆汁进入小肠后的去路
化学毒物及其代谢物由胆汁进入肠道。一部分可随粪便排出，一部
分由于肠液或细菌的酶催化，增加其脂溶性而被肠道重吸收，重新 返回肝脏，形成肠肝循环（enterohepatic circulation）。
由于骨骼组织中某些成分与某些化学毒物有特殊亲和力，因 此这些物质在骨骼中的浓度很高：
氟离子可替代羟基磷灰石晶格基质中的OH－， 使骨氟含量增加，
铅和锶则替代了骨质中的钙而贮存在骨中。
化学毒物在骨中的沉积和贮存是否有损害作用，取决于化学 毒物的性质：
铅对骨并无毒性， 放射性锶可致骨肉瘤及其他肿瘤， 骨氟增加可引起氟骨症，
溶解度，分子大小和分散度
（2）化学物与皮肤接触条件
接触皮肤的面积，持续时间 、皮温和湿度等
（3）皮肤的结构和状况
不同部位的角质层厚薄不同
（四）其它吸收途径
经眼
焦磷酸四乙酯
经静脉注射、腹腔注射
经皮下注射和肌肉注射等
三 分布
(一 )外源化合物分布的毒理学意义
分布的概念：化学毒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）
研究分布的意义：不同的化学毒物在体内各器官组织的分布也不一样。
研究化学毒物在体内的分布规律，有利于了解化学毒物的靶器官
和贮存库。
在分布的开始阶段，器官和组织内化学物的分布主要取决于器官和 组织的血液供应量。
再分布（ redistribution）：化学毒物的最终分布受化学毒物经膜扩散 速率和器官对化学毒物的亲和力的影响，在机体内的不均匀分布。
被动转运之二 膜孔滤过（filtration）
是化学物通过细胞膜上的亲水性孔道的过程。 动力为生物膜两侧的液体静压梯度差和渗透压梯度差 与毒理学的关系 水溶性差的化合物低渗染毒 化合物的肾小球滤过特殊转运之一 主动转运(active transport) 特点 1.需要通过蛋白载体 ——结构的选择性，竞争性抑制，可饱和性 2.逆浓度差，需要耗能 与毒理学的关系
透过生物膜屏障进入血液循环的过程。
首过消除（first-pass elimination）：外源化学物在从吸收部位转运
到体循环的过程中已开始被消除。 （一）经胃肠道吸收
消化道是外来化合物的主要吸收部位。 吸收方式： 1．简单扩散 脂溶性化合物
简单扩散被认为是化合物通过消化道吸收最基本最重要的吸收 方式。简单扩散主要取决于外源化合物的pka、脂溶性和胃肠道腔 内的pH。 2．主动转运 水溶性化合物及金属离子；甲基汞 3．吞噬作用 主要吸收颗粒物质，如偶氮染料
如铅一次经口染毒后2h，剂量的50％在肝内。1个月后铅 体内残留剂量的 90％与骨的晶格结合。
一次静脉注射二恶英（ TCDD）后5分钟，剂量的15％在肺 内，仅约1％在脂肪中，但24小时后仅有剂量的0.3％在肺中，约 20％在脂肪中。
组织细胞与化合物的亲和力不同 : ①高度亲和力的化学物 ：代谢转化
的浓度增高，可经简单扩散从肾小管回到血液中。 调节尿液pH可减少毒物经肾小管重吸收。
➢ 尿呈酸性时，有利于碱性毒物的解离和排出； ➢ 尿呈碱性时则酸性化学毒物较易排出。
如苯巴比妥中毒时可服用碳酸氢钠使尿呈碱性而促进排泄。 3.肾小管细胞主动转运
肾小管细胞共有两个主动转运系统：
➢ 有机阳离子转运系统，以排出甲基烟酰胺为典型例子； ➢ 有机阴离子转运系统，以排出对－氨基马尿酸为典型例子，还包
生物转化（biotransformation），亦称代谢转化（metabolic
transformation），是指外来化学物（毒物）在体内经历酶促反应
化过程中，其数量随时间推移而发生动态变化的规律。
第一节
外源化学物在体内的生物转运 一 生 物 膜和生物转运
脂质分子在水溶液中的排列
圆粒结构
双分子层结构
（二）外来化学物通过生物膜的方式
简单扩散
①被动转运
滤过
主动转运
②特殊转运
易化扩散
膜动转运 胞吞
胞吐
被动转运之一
简单扩散（simple diffusion），又称顺流转运。在膜两侧的外 来化学物从高浓度向低浓度扩散，直至达到动态平衡，此过程不消 耗能量，也不与膜起反应。 Fick定律： R=K×A(c1-c2)/d 简单扩散的影响因素
(2) 气态化学物在呼吸道的吸收部位的深浅决定于水溶性。
气体吸收的影响因素 （3）气态化学物在血液中的溶解度 ：
血/气分配系数（blood/gas partition coefficient）——在饱 和状态时，气体在血液中的浓度（mg/L）与肺泡气中的浓度（mg/L） 之比
➢ 血/气分配系数高的化合物，吸收取决于肺通气量 ➢ 血/气分配系数低的化合物，吸收取决于肺血流量
（1）血浆蛋白贮存库：
血浆中各种蛋白均有结合其他化学物的功能，尤以白蛋 白的结合量最高。故外源化合物在血中存在的形式有血浆蛋白结合 型和未结合的游离型两者之间存在动态平衡。
白蛋白结合型可以认为是暂时性储存外源化合物的一种 保护机制，使游离型的外源化合物浓度降低；结合是可逆 的。
不同的外源性化合物与血浆蛋白的结合是有竞争性的。 （2）肝、肾贮存库： 可能的机制： ①肝血管窦是一种高度多孔性膜
2.气溶胶 气溶胶经呼吸道吸收时，首要条件是和呼吸道表面接触，从而积
聚（deposition或称附着）并被溶解。
➢ 直径在5μm及以上的颗粒 —— 鼻咽部 ➢ 直径在2～5μm —— 气管支气管区域 ➢ 直径在1μm及以内的颗粒物 —— 肺泡
附着在呼吸道的微粒的去向： ①随粘液咳出或被咽入胃肠道；
②溶解后被吸收入血； 西玛津 ③附着在肺泡表面的难溶颗粒，有的可达淋巴间隙和淋巴腺，部分微粒
故骨骼也是氟和锶的靶组织。 （2）氟骨症
贮存库的毒理学意义： 一方面，贮存库对急性中毒具有保护作用，可减缓化学物到达毒作用点
的量。 另一方面，成为二次污染源 ，是慢性中毒的重要条件。
(三) 特殊的屏障
屏障是阻止或减少化学物由血液进入某种组织器官的一种生理保护 机制。
主要的屏障有血脑屏障和胎盘屏障等。 （1）血脑屏障（blood-brain barrier）：
程。 被机体吸收的化合物可通过各种不同的途径排出体外。
一 经肾脏排泄 1.肾小球滤过
肾小球的毛细血管有较大的膜孔（约70nm），并有滤过压，因 此除与大分子蛋白结合的化学毒物外，分子量＜ 60000Da的化学物 分子几乎都能通过肾小球滤过而到达肾小管。 2 肾小管细胞简单扩散
经肾小球滤过后，肾小管原尿中水被重吸收，脂溶性化学毒物
转运（biotransport）。
生物转化（biotransformation），亦称代谢转化（metabolic
transformation），是指外来化学物（毒物）在体内经多种酶催
化，转化形成其衍生物以及分解产物的过程。
消除 （elimination）:代谢过程与排泄过程的合称
毒物动力学（toxicokinetics）研究化学毒物在生物转运和生物转
贮存库 ②低亲和力的化学物 ：不易进入该组织
特殊的屏障 (二 ) 贮存库 定义： 进入血液的化学毒物在某些器官组织蓄积而浓度较高，如果 化学毒物对这些器官组织未显示明显的毒作用，称为贮存库 （storage depot）。 主要有下列几种：
➢ 血浆蛋白贮存库 ➢ 肝、肾贮存库 ➢ 脂肪贮存库 ➢ 骨骼贮存库
影响毒物在胃肠道吸收的因素：
➢ 毒物的理化性质 ➢ 胃肠状况：肠蠕动，存留的食物量 ➢ 机体状况：饥饿，病理状态
（二）经呼吸道吸收 空气中的化学物是以气体，蒸气和气溶胶等形式存在，因而呼吸
道是气态化学物进入机体的主要途径。 气溶胶（aerosol）是指悬浮在空气中的烟、雾和粉尘的总称。
1.气体和蒸气 机制：简单扩散 影响因素： （1）气态化学物的浓度 CO
解剖学和生理学基础：
①中枢神经系统（CNS）的毛细血管内皮细胞间相互连接很紧密； ②毛细血管周围被星形胶质细胞突包围；
③在CNS间液中蛋白质浓度很低；
④脑毛细血管内皮细胞含有Mdr，Mrp,Bcrp。
因此，化学毒物必须穿过上述屏障才能进入大脑，其通透速度主 要取决于化学毒物的脂溶性和解离度。
例如，按每日0.1mg/kg.bw剂量的汞隔日给大鼠注射不同汞化合物， 注射硫酸汞，2周后大鼠脑组织中汞含量为0.024mg/kg，而注射甲 基汞时，则为0.755mg/kg，差别显著。
主动转运方式对于被吸收后化学物的不均匀分布及从肾和肝排
泄过程特别重要。
主动转运体系：
➢ ATP-结合盒转运蛋白（ABC蛋白）： ①多药耐受蛋白（Mdr）
②多耐受药物蛋白（Mrp） UDP和GSH ③乳腺癌耐受蛋白（Bcrp) 硫酸结合产物