1、第一節 毒物的吸收、分布、生物轉化與排泄 毒物分子的跨膜轉運FreeBound組織器官體循環吸收生物轉化排泄游離型結合型代謝物12021/7/20 星期二 被動轉運 (passive transport) 特點： 順膜兩側濃度差轉運 高 低 不消耗能量 不需載體，無飽和性 各藥間無競爭性抑制現象絕大多數毒物按此方式通過生物膜22021/7/20 星期二體液pH對毒物被動轉運的影響pKa：弱酸或弱堿類毒物在50%解離時的溶液的pH 值。Ka = H+ A HA pKa = pH - log A HA A HA 10pH-pKa =酸性 堿性pKa-pH32021/7/20 星期二 膜兩側不同pH

2、狀態，弱酸類毒物被動運轉達平衡時， 膜兩側濃度比較：例：某弱酸性毒物 pKa=5.4分子型 離子型 毒物總量 （分子型+離子型）血漿 pH=7.4胃液 pH=1.4HA1A-100 101HA1A-0.0001 1.000142021/7/20 星期二主動轉運 (active transport) 特點： 逆濃度差轉運 消耗能量 需載體，有飽和性 有競爭性抑制現象（例：丙磺舒與青霉素）易化擴散 (facilited diffusion) 特點： 不需要能量，有飽和性 52021/7/20 星期二特殊轉運 (specialized transport) 內攝作用（endocytosis）液體毒物

3、：吞飲作用（pinocytosis）顆粒毒物：吞噬作用（phagocytosis）62021/7/20 星期二主要影響毒物通過細胞膜的因素藥物的脂溶性膜面積與厚度毒物的濃度差局部血流量72021/7/20 星期二（一）經胃腸道吸收是藥物和毒物吸收最重要的部位之一，治療服用、誤用或者自殺。 如安眠藥、有機磷等。影響消化道對毒物吸收速度的因素：1.毒物的理化性質2.胃腸道存留食物的多少3. 毒物在胃腸道各部位的停留時間4. 胃腸道的吸收面積和吸收能力5. 胃腸道局部的pH6. 胃腸道的分泌能力7. 腸道的微生物菌叢（約有60種細菌對毒物有轉化作用） 一、吸收（absorption ） 82021/

4、7/20 星期二胃腸道血液（二） 經肺吸收 氣體、揮發性溶劑或顆?？山浻煞尾课眨缥私o藥(吸入麻醉)、噴霧給藥 (噴霧劑)，因此藥物可通過肺泡壁吸收產生毒性作用。呼吸道表面積30 100M2，毛細血管網的總長度約2000km鼻咽支氣管肺泡毒物92021/7/20 星期二（三） 經皮膚吸收成人的體表面積約1.8平方米毒物通過皮膚吸收的途徑1.單純擴散 （大部分親脂性毒物）2.毛發區的毛囊吸收3.汗腺管吸收4.經破損皮膚部位吸收影響毒物通過皮膚吸收的因素1.毒物的性質和濃度2.皮膚的酸堿度、水分含量、面積和 厚度。3.皮膚的解剖和生理特性（與年齡、 種族和種屬有關）102021/7/20 星期

5、二毒物從血液向組織、細胞間液或細胞內液轉運的過程稱為分布。 二、分布 distribution（一）分布容積 distribution volume體內毒物總量和血漿藥物濃度之比，Vd非體內生理空間，因此也叫表觀分布容積 (Apparent volume of distribution) A：體內藥物總量 C：平衡時血藥濃度112021/7/20 星期二藥物（毒物）在人體內的分布情況區域 總量的% 70kg人的體液（L） 給1g化合物后血漿濃度（mg/L）血漿 4.5 3 333總細胞外液 20 14 71總體液 55 38 26組織結合 - - 025122021/7/20 星期二1. 藥物

6、與血漿蛋白結合（Protein binding）可逆影響轉運、無藥理活性 不同藥物與血漿蛋白結合率不同藥物之間有競爭性（二）藥物（毒物在組織中的儲存）132021/7/20 星期二unbound90mg10mg boundunbound90mg + 5mg10mg -5mg bound95mg bound5mg unbound95mg 5mg bound5mg + 5mg unboundsignificantnegligible142021/7/20 星期二與血漿蛋白結合率比較高的藥物 95% boundThyroxine 甲狀腺素Warfarin 華法林Diazepam 地西泮Frusemi

7、de 呋塞米Heparin 肝素Imipramine 丙咪嗪 90% but 95% boundGlibenclamide 格列本脲Phenytoin 苯妥英Propranolol 普萘洛爾Sodium Valproate 丙戊酸鈉152021/7/20 星期二2. 藥物在肝臟和腎臟的儲存肝臟細胞內的蛋白谷胱甘肽S-轉移酶藥物、毒物有機酸肝臟、腎臟中的金屬硫蛋白金屬離子162021/7/20 星期二3. 藥物在脂肪組織中的儲存高脂溶性的有機化合物，如硫噴妥。4. 藥物在骨骼組織的儲存含有氟、鉛等金屬的化合物172021/7/20 星期二（三） 體內生物膜屏障（membrane barriers

8、)血腦屏障 Blood Brain Barrier胎盤屏障 Placental barriers182021/7/20 星期二 藥物在機體內發生化學結構的改變過程，是藥物在體內消除的重要途徑三、生物轉化 Biotransformation 1. 藥物代謝的部位 肝臟： 肝外部位：腸、腎、腦 等192021/7/20 星期二2.藥物在體內轉化的兩個步驟： I相反應 II相反應 藥物 代謝物 結合物 （氧化、水解、還原等） （結合）藥物經生物轉化后，其結局如下： 滅活、毒性降低極性增加 產生毒性代謝物202021/7/20 星期二專一性酶 如ChE, MAO等非專一性酶（細胞色素 P450藥物代謝

9、酶系，CYP450）生物轉化主要在肝臟進行，因促進體內藥物生物轉化的酶主要是肝臟微粒體氧化酶系統（又稱肝藥酶）也稱為細胞色素P-450氧化酶。其特點是:專一性低，活性有限，個體差異大和活性可受藥物影響3. 生物轉化酶的特點及種類：212021/7/20 星期二CYP2D6家族亞家族酶1）細胞色素 P450藥物代謝酶系，CYP450是相反應中促進藥物生物轉化的主要酶系統，有許多種同工酶。222021/7/20 星期二Fe3+-O DP-450HOH P-450P-450P-450P-450P-450Fe2+-O2- HFe2+-O2 DDDDFe2+ Fe3+ Fe3+ DHHHHO2 e e

10、2H+ H2O(1)(2)(3)(4) D（結合）（活化）（加氧）（藥物氧化）232021/7/20 星期二藥物（毒物）RH在細胞色素 P450藥物代謝酶系的作用下，進行如下反應RH +O2 ROH +H2ONADPH + H+ NADP+242021/7/20 星期二常見的肝藥酶誘導劑Phenytoin 苯妥英Phenobarbitone 苯巴比妥Carbamazepine 卡馬西平Rifampicin 利福平Griseofulvin 灰黃霉素Chronic alcohol intake 長期飲酒Smoking 吸煙252021/7/20 星期二Chloramphenicol 氯霉素Sodi

11、um valproate 丙戊酸鹽Sulphonamides 磺胺類藥Phenylbutazone 保泰松Isoniazid 異煙肼Amiodarone 胺碘酮Omeprazole 奧美拉唑常見的肝藥酶抑制劑262021/7/20 星期二 四、排泄 excretion藥物和毒物以原形或代謝產物形式通過排泄或分泌器官排出體外的過程排泄途徑尿液糞便肺臟汗腺乳汁272021/7/20 星期二 1.經尿液排泄 絕大部分藥物經腎臟排出體外只有非與血漿蛋白結合的藥物（分子量小于6000的化合物）可被腎小球濾過腎小管分泌：主動分泌 如丙磺舒，同類藥物之間有競爭性腎小管的重吸收：脂溶性藥物在排泄過程中可被腎小

12、管再吸收（與藥物本身的pKa、血和尿的pH有關）282021/7/20 星期二尿液pH值對藥物排泄的影響：弱酸性藥物在堿性尿液中解離多，重吸收少，排泄快，而在酸性尿液中解離少，重吸收多，排泄慢。弱堿性藥物則相反。（巴比妥類中毒時用碳酸氫鈉解救）意義：改變尿液pH值可以改變藥物的排泄速度，用于藥物中毒的解毒或增強療效。2. 經其它途徑排泄胃腸道及膽汁排泄肝腸循環292021/7/20 星期二腸肝循環（enterohepatic circulation)LiverDrug指自膽汁排進十二指腸的結合型藥物在腸中經水解后被再吸收的過程。302021/7/20 星期二經肺排泄揮發性高的有機溶劑如乙醇等經

13、唾液、汗腺排泄鉛、砷等重金屬和某些生物堿等經乳汁、頭發排泄許多金屬、毒品、有機氯農藥等可從乳汁排泄而影響嬰兒。某些重金屬可排泄到頭發中。312021/7/20 星期二第二節 毒代動力學 Toxicokinetics 在毒理學研究中根據產生毒性作用的劑量，定性和定量地研究實驗動物體內藥物的吸收、分布、代謝和排泄隨時間的動態變化規律。毒代動力學研究所用的劑量遠遠高于藥效劑量和臨床擬用劑量，并且為多次重復用藥，其給藥情況和毒理學研究的實際情況相同或相似，所獲結果對動物毒理學試驗研究方案的設計、結果的評價以及將動物試驗結果外推到人的安全性評價等方面都有很大的幫助。322021/7/20 星期二第三節

14、動力學模型 (Kinetic model)動力學模型經典動力學模型Classical Ttoxicokinetics生理動力學模型Physiological toxicokinetics332021/7/20 星期二房室概念和房室模型： 動力學的房室(compartment)概念是抽象的數學概念，其劃分取決于毒物在體內的轉運及/或轉化速率。 一房室模型 (one compartment model) 二房室模型 (two compartment model) 中央室 (central compartment) 周邊室 (peripheral compartment)（一）經典動力學模型 Cla

15、ssical Ttoxicokinetics342021/7/20 星期二一房室模型（First-order compartment model）藥物吸收消除 一室模型計算公式：352021/7/20 星期二二房室模型二室模型藥物中央室周邊室吸收消除362021/7/20 星期二 二室模型計算公式：C=Ae t+Be t C: t 時血漿藥物濃度 : 分布速率常數 : 消除速率常數 B 相外延至縱軸的截距 A 實測濃度和相各相應 t 時濃度之差形成的直線在縱軸上的截距 e: 自然對數之底2.718斜率= -/2.303 斜率=- /2.303 A+B 372021/7/20 星期二一房室模型：

16、體內藥物瞬時在各部位達到平衡，即給藥后血液中濃度和全身各組織器官部位濃度迅即達到平衡。 二房室模型：藥物在某些部位的藥物濃度和血液中的濃度迅速達平衡，而在另一些部位中的轉運有一速率過程，但彼此近似，前者被歸并為中央室，后者則歸并成為外周室。 三房室模型：轉運到外周室的速率過程有較明顯快慢之分。 382021/7/20 星期二39 一級消除動力學 (First order elimination kinetics )： n = 1 dC/dt = - kC零級消除動力學 (Zero order elimination kinetics) n = 0 dC/dt = - kdC/dt = - kC

17、n消除速率常數 (Rate constant for elimination) 392021/7/20 星期二零級 一級 零級 對數濃度 一級濃度 402021/7/20 星期二一級消除動力學數學表達公式412021/7/20 星期二一級消除動力學特點：消除速率與血藥濃度有關，屬恒比消除 有固定半衰期 如濃度用對數表示則時量曲線為直線422021/7/20 星期二零級動力學(zero-order elimination kinetics)0級消除動力學 數學表達公式 0級消除動力學特點：消除速率與血藥濃度無關，屬定量消除無固定半衰期 血藥濃度用真數表示時量曲線呈直線432021/7/20 星期

18、二(二)生理毒代動力學模型 生理毒代動力學房室模型與經典毒代動力學房室模型的基本差別，在于描述藥物(毒物)轉運進出房室的速率常數不同，可用以表示組織中藥物的濃度。經典毒代動力學由數據定義速率常數，因此這些模型通常基于數據進行論述；而生理毒代動力學則能體現已知的或假設的生理過程，因此這些模型通常基于生理學進行論述。442021/7/20 星期二生理毒代動力學的優點：1. 這些模型能提供藥物分布于任何組織器官的時程。2. 能預測改變生理參數對藥物組織濃度的影響。3.通過體表面積換算，相同模型能反映藥物通過不 同物種的毒代動力學。4.能使復雜的治療方案容易調節。生理毒代動力學的缺點：1.需要較多的信

19、息2.許多數學方程較難掌握3.許多參數在不同物種、品系或病理情況下很難定義。盡管如此，生理毒代動力學無論在理論上還是應用上，都比經典毒代動力學在毒理學領域有應用前景。452021/7/20 星期二一房室模型藥物的藥量-時間關系 Time course of drug concentration時 間 （分）血漿藥物濃度 (mg/L) 口 服 靜脈注射 一、一次給藥462021/7/20 星期二hrs Plasma concentration 峰濃度（Cmax） 一次給藥后的最高濃度 此時吸收和消除達平衡 達峰時間（Tmax） AUC 曲線下面積 單位：ngh/mL 反映藥物體內總量Area u

20、nder curve 472021/7/20 星期二(1)描述引起試驗動物全身申毒的量效關系和時效關系；(2)了解藥物毒性研究中出現中毒癥狀與結果之間的關系， 為預測這些毒理學結果與臨床用藥安全性之間的關系提 供資料；(3)明確重復用藥對動力學特征的影響;(4)探討給藥劑量、藥物體液濃度和毒性反應之間的關系；(5)預測藥物毒性作用的靶器官(組織)，并解釋中毒機制；(6)明確是原形藥物還是某種特定代謝產物引起的毒性反 應，以及與毒性反應種屬間差異的關系；(7)明確動物毒性劑量和臨床劑量之間的關系，為臨床安全 用藥提供依據。二、藥物毒代動力學的研究目的482021/7/20 星期二 1，藥物毒性效

21、應的定量 全身中毒的定量可為評估受試種屬負荷劑量提供依據，并有助于明確種屬間、劑量組間和性別間的毒性相似性和差異性。中毒程度可用原形藥物或其特定代謝產物的血漿(血清或全血)濃度或AUC表示。 2，采樣時間點的調整 在毒代動力學研究中，采集體液的時間點應達到所需的頻度，但不可太頻繁以免干擾正常的研究，并引起動物過度的生理應激反應。每項研究的測試時間點應滿足藥物中毒評估的要求。時間點的確定應以早期毒性研究的動力學數據為基礎，也可根據預試驗或劑量-毒性效應研究，以及在相同動物模型或可以合理外推的其它動物模型另行研究。三、藥物毒代動力學考慮的一般原則的492021/7/20 星期二3，確定劑量水平以達

22、到合適的中毒量 毒性研究中劑量水平的設置主要由受試種屬的毒性和藥理學效應所決定。以下列舉的毒代動力學原理有助于劑量水平的設置。 (1)低劑量:即無毒性反應的劑量。任何毒性研究的動物最小中毒量在理論上應等同于，或剛剛超過推薦病人(或已知的)的最高用量。 (2)中等劑量：根據毒性研究的目的，中等中毒劑量應該能正常反映較低(或較高)中毒劑量的適當倍數(或分數)，以體現劑量-毒性效應關系。 (3)高劑量：在毒性研究中，高劑量水平通常由毒理學的需要而定。一般要有少數動物中毒死亡，或體重明顯減輕。502021/7/20 星期二4，中毒程度的評估 在藥物毒性研究中，全身毒性效應必須通過適當數量的動物和劑量組

23、進行測定，以能獲得適用的毒代動力學數據，為風險評估提供依據。 毒代動力學可用在主體藥物毒性研究或其它相關研究的動物，或有代表性的部分動物身上進行。毒代動力學數據的樣本，通常采用主體研究所用的動物，因為主體動物包括了大動物如犬，而其它的相關研究常用較小的種屬如嚙齒類動物。同時應該采用雌雄兩種動物。512021/7/20 星期二5，毒性作用復雜因素探索 應考慮藥物與蛋白結合、組織攝取、受體性質和代謝途徑上的種屬差異。例如，對于蛋白結合率高的藥物，用游離(未結合)型藥物濃度來表示中毒量更為合適。此外，代謝產物的藥理活性和毒理作用以及生物藥品的抗原性。血漿濃度相對較低時，特定的組織或器官中也可有藥物和

24、(或)其代謝產物的存在。這些均為藥物毒性作用的復雜因素。 522021/7/20 星期二6，給藥途徑 以改變給藥途徑(例如吸人、體表或非腸道釋放)來進行毒代動力學研究時，應基于受試藥物擬推薦給藥途徑的動力學性質。 對某一藥品采用新的臨床給藥途徑時，例如一種初期作為口服劑型開發的產品隨后又作為靜脈給藥產品進行開發的情況下，必須確定改變臨床給藥途徑是否會顯著降低安全范圍。該過程包括在人體比較現行的和推薦的給藥途徑下，進入體內原形藥物和(或)其相關代謝產物量 (AUC和Cm)。如果新給藥途徑引起人AUC和(或)CM的增加，或有生物轉化通路的變化，則應通過動物毒理學和動力學研究以保證安全性。如果推薦的

25、新途徑與現有途徑相比，進人體內的藥物無顯著改變，則其它的非臨床毒性研究可著重于局部毒性試驗。532021/7/20 星期二7，代謝產物的測定 藥物毒代動力學的主要目的是了解受試藥物在產生毒理作用種屬中達到的全身中毒量。但在下列情況下，血漿或其它體液中代謝產物濃度的測定在毒代動力學試驗中更為重要： (1)當受試藥物為前體藥物而其代謝產物已知是活性藥物時； (2)當藥物可被轉化為一種或多種具有藥理或毒理活性代謝產物，且這些產物可導致明顯的組織器官反應時； (3)受試藥物在體內可被廣泛生物轉化時； 上述情況在毒性研究中給予動物該藥物后，測定主要代謝產物的血漿或組織濃度是評價中毒量的合適手段。5420

26、21/7/20 星期二8，數據的統計評價 所獲數據應能對中毒量進行有代表性的評價。但由于動力學參數存在個體內和個體間的差異，毒代動力學資料的動物樣本較小，因此通常不需要高精度的統計學處理。應該注意平均值或中位數的計算以及變異性的測定，在某些情況下，個體動物的數據可能比統計分析的成組資料更為重要。552021/7/20 星期二9，分析方法 將毒代動力學結合毒性試驗，早期建立的分析方法應根據生物轉化情況和種屬差異來選擇分析藥物和檢測基質(生物體液或組織)。研究方法對被測藥物應是特異的，有足夠的準確度和精密度，定量限應滿足為獲得毒代動力學數據所預期測定的濃度范圍。562021/7/20 星期二 必須

27、說明分析藥物和檢測基質(生物體液或組織)的選擇理由，檢測來自不同種屬樣本時，內源性物質可能會引起的干擾。通常選擇血漿、血清或全血作為毒代動力學研究的基質。 如果藥物是消旋體或其它對映異構體的混合物，對所選的分析物(消旋體或對映異構體)應另加說明。 在非臨床研究中檢測的藥物和基質理論上應與臨床研究一致。如果在非臨床和臨床研究中采用了不同的分析方法，則它們均應進行充分認證。572021/7/20 星期二10，報告 指對得到的毒代動力學數據、毒性效應結果的評價、以及應用毒代動力學資料對毒理學結果進行解釋的綜合報告。應提供動力學研究分析方法的概述，及其選擇測定基質和藥物的依據。動力學資料在申報資料中的

28、位置，取決于是特異地對某一毒性研究，還是能支持所有的毒性試驗。582021/7/20 星期二四 、毒代動力學研究的特殊問題1，單劑量毒性研究 通常在藥品開發的早期進行，這些研究一般早于生物分析方法建立之前，因此無法進行毒代動力學監測。如果需要對其進行研究，可在研究中采集血漿樣本，儲存以備后期分析，但要求待分析物在樣木基質中穩定性數據合乎要求。為解決在單劑量毒性研究中出現的問題，在此項研究完成后可另進行毒代動力學研究。 單劑量動力學研究結果有助于劑量方案的選擇，并有助于預測給藥期間藥物毒性效應的速率和持續時間，這可為后期研究選擇合適的劑量水平。592021/7/20 星期二2，重復劑量毒性研究

29、方案設計和種屬選擇要盡可能與藥效學和藥代動力學原則相符合。毒代動力學可納入毒性研究設計中，包括最初重復劑量研究過程中，對合適的劑量水平中毒過程進行監測。后期研究采用的步驟將依據前期研究的結果和試驗設計方案中出現的變化。早期毒性研究結果出現問題時，對特定藥物的監測或特征描述可以擴大、縮小或修改。602021/7/20 星期二3，遺傳毒性研究 當體內遺傳毒性研究出現陰性結果時，毒代動力學可以較好地描述所用種屬的全身中毒情況或對特定組織的毒性效應。 4，致癌研究 (1)預試驗確定劑量范圍: 為獲得有助于主體研究設計的毒代動力學資料，應特別對早期毒性研究末包括的種屬和品系，以及首次使用的給藥途徑和方法

30、進行整體觀察。毒代動力學數據有助于臨床給藥資料缺乏時選擇劑量水平，并有助于理解非線性動力學所導致研究過程的復雜性。612021/7/20 星期二 理想設計應保證致癌研究所選劑量產生全身中毒反應，而且這些反應大于人用最大劑量反應的若干倍。但這種理想的劑量選擇將不可避免地受到種屬特異性的干擾。因此應在致癌研究不同階段對所用劑量的原形藥物及其代謝物出現全身中毒量進行評價，以便通過動物模型中毒量和人體給藥量的比較，來研究該毒理學過程的發展。 在受試動物和人體均可達到的給藥量基礎上確定最高劑量，在該劑量獲得的致癌性試驗結果，可作為試驗的終點。 622021/7/20 星期二 (2)主體研究: 處理方案和

31、種屬的選擇，應盡可能根據已在大鼠和小鼠進行的藥代動力學和毒代動力學資料。 通過監測確保在主體研究中，中毒量與獨立的或特定劑量范圍研究中得到的動力學過程一致。這種監測僅適用于少數研究，但6個月后沒有必要再繼續進行。632021/7/20 星期二5，生殖毒性研究 生殖毒性研究時，中毒劑量的極限通常由母體毒性所決定。毒代動力學數據并非對所有藥物生殖毒性試驗都是需要的，但在某些情況下，毒代動力學監測是有價值的，尤其是對母體毒性低的藥物。 在缺乏藥理或毒理資料而難以斷定全身中毒量是否足夠時，毒代動力學原理有助于確定在生殖過程不同階段給藥以達到的中毒量。 雌性動物的下述試驗組可用于收集毒代動力學數據。642021/7