药物的体内过程和药物代谢动力学.ppt
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1、第2章 药物的体内过程和药物代谢动力学,药物的体内过程药物代谢动力学的一些基本概念,药物代谢动力学(药动学),研究药物的体内过程及体内药物浓度随时间而量变(时量关系)的规律,药物的体内过程是机体对药物的处置(disposition)过程:转运(吸收、分布、排泄)转化(代谢),转运和转化的动力学(速率)规律以数学公式和图表示之,体内、血浆内、细胞内,药物在体内(作用部位或血浆中)形成和维持有效浓度与其作用密切相关,药动学是制订给药方案的依据,游离型药物,体循环,结合型药物,代谢物,生物转化(代谢),吸收,排泄,结合 游离,作用部位“受体”,组织库结合,游离 结合,达到并维持一定浓度 时刻在变化,
2、图2-1 药物的体内过程和作用部位药物浓度的变化,分布,第1节 药物的跨膜转运,药物通过细胞膜的方式是否消耗能量:主动转运和被动转运是否需要载体:载体转运和非载体转运通过细胞膜的方式:滤过:水溶性扩散简单扩散:脂溶性扩散载体转运:易化扩散 主动转运,被动转运,药物在体内转运的基本屏障药物通过的方式和影响因素相似,药物在体内通过各种生物膜的运动,称药物的跨膜转运或药物的转运(吸收、分布和排泄),图2-2 药物通过各种生物膜的转运而产生的吸收、分布和排泄,细胞外,细胞膜,细胞内,通过脂质扩散,通过水性信道,通过载体转运,图2-3 药物通过细胞膜的方式,一、被动转运(passive transpor
3、t)依赖于膜两侧的浓度差从浓度高的一侧向浓度低的一侧进行的、通过脂质或孔道的扩散性转运,又称下山转运或顺梯度转运特点:不消耗能量、无饱和性、无竞争性抑制、当膜两侧药物浓度达平衡时则无净转运被动转运包括滤过、简单扩散、易化扩散等被动转运是大多数药物的转运方式,(一)滤过 又称水溶性扩散 药物分子借助于流体静压或渗透压随体液通过细胞膜的水性信道(aqueous channel)由细胞膜的一侧到达另一侧称为滤过(filtration)大多数细胞(如结膜、肠道、泌尿道等上皮细胞膜)的水性信道很小,小分子(MW20-30KD)可滤过,但垂体、松果体、正中隆起、极后区,脉络丛的脑内大部分毛细血管壁无孔隙,
4、一、被动转运(一)滤过 又称水溶性扩散 药物分子借助于流体静压或渗透压随体液通过细胞膜的水性信道(aqueous channel)由细胞膜的一侧到达另一侧称为滤过(filtration)大多数细胞(如结膜、肠道、泌尿道等上皮细胞膜)的水性信道很小,小分子(MW20-30KD)可滤过,但垂体、松果体、正中隆起、极后区,脉络丛的脑内大部分毛细血管壁无孔隙,(二)简单扩散 非极性药物分子以其所具有的脂溶性溶解于细胞膜的脂质层,顺浓度差通过细胞膜称简单扩散(simple diffusion),又称被动扩散(passive diffusion),绝大多数药物藉此通过生物膜 膜两侧药物浓度差 药物脂溶性
5、分子量 解离度 在具备脂溶性的同时,仍需具有一定的水溶性,通过速度,通过程度,绝大多数药物均为弱酸性或弱碱性化合物 分子状态(非解离型)药物疏水而亲脂,易通过细胞膜 离子状态药物极性高,不易通过细胞膜的脂质层,这种现象称为离子障(ion trapping),Ka KaHA H+A-BH+H+B10 pH-pKa=10 pKa-pH=当pH=pKa时,当pH=pKa时,HA=A-B=BH+,pKa是弱酸性或弱碱性药物在50%解离时的溶液的pH值,各药有其特有的、固定的pKa;pKa与药物属于弱酸性或弱碱性无关;当pH与pKa的差异以数学值增减时,解离型与非解离型药物的浓度差异比值却相应地以指数值
6、变化,-3-2-1 0 1 2 3低pH pH=pKa 高pH,碱性(B),酸性(HA),80,50,20,分子型药物浓度(%),图2-4 体液pH对弱酸性或弱碱性药物解离的影响,图2-5 常用的弱酸性药物和弱碱性药物及其pKa值,弱电解质的解离程度在pH变化较大的体内对药物转运的影响更重要胃液pH变化范围1.5-7,尿液为5.5-8,对脂溶性适中的药物有重要临床意义如苯巴比妥的清除在碱性尿内比在酸性尿内快7倍大多数碱性药物为含氮化合物 季铵带电荷,碱性强,不能通过脂质膜,载体转运跨膜蛋白(细胞膜上的一种特殊结构)在细胞膜的一侧与药物或生理性物质结合后,发生构型改变,在细胞膜的另一侧将结合的药
7、物或内源性物质释出,这种转运方式称为载体转运(carrier-mediated transport),易化扩散和主动转运虽皆属之,但有不耗能与耗能之别,载体转运特点:选择性、饱和性、竞争性、竞争性抑制两种方式:主动转运,易化扩散部位:肾小管、胆道、血脑屏障、胃肠道P-蛋白是一重要的主动转运载体,(三)易化扩散是药物以载体但毋需能量的跨膜运动,可加快药物的转运速率特点:需要载体、不消耗能量、不能逆电化学梯度如Vit B12 经胃肠道吸收、葡萄糖进入红细胞、甲氨蝶呤进入白细胞,二、主动转运(active transport)以载体及需要能量的跨膜运动,可从浓度低的一侧向浓度高的一侧转运,又称上山转
8、运或逆梯度转运特点:特异性、饱和性、竞争性抑制、需要载体、消耗能量(ATP水解、其它离子如Na+的电化学梯度)、不依赖于膜两侧的浓度差、可逆电化学梯度、可使药物聚集于某一组织或器官代谢物质和神经递质的转运神经元细胞、脉络丛、肾小管细胞、肝细胞,三、膜动转运(cytosis)大分子物质的转运伴有膜的运动,称膜动转运胞饮(pinocytosis)又称吞饮或入胞,某些液态蛋白质或大分子物质,可通过生物膜的内陷形成小胞吞噬而进入细胞内,如脑垂体后叶粉剂可经鼻粘膜给药吸收胞吐(exocytosis)又称胞裂外排或出胞,某些液态大分子物质可从细胞内转运至胞外,如腺体的分泌及递质的释放,影响药物通过细胞膜的
9、因素药物的理化性质如分子量、脂溶性、极性、解离度体液的pH相对于pKa的变化跨膜转运的速度符合Fick定律:通透量=(C1-C2)(面积 通透系数/厚度)(单位时间分子数)膜两侧药物浓度差、可利用的膜面积、药物分子的通透系数(药物分子的脂溶度)和细胞膜的厚度影响通透率血流量丰富、流速快时则膜两侧的药物浓度差增大,跨膜速率提高;扩血管药物吸收快,缩血管药物吸收慢,第2节 药物的体内过程,药物自进入机体至离开机体,经历4个过程:吸收(absorption)分布(distribution)ADME系统(过程)代谢(metabolism)排泄(excretion)在体内(效应部位)形成和维持血药浓度药
10、物作用开始快慢、作用强弱、持效久暂,一、吸收药物自用药部位进入血液循环的过程称为吸收药物只有经吸收后才能发挥全身作用皮肤、粘膜局部用药,肠腔内发挥作用的药物无需吸收,但仍可能被吸收静脉注射不存在吸收理化性质、给药途径决定吸收速度(作用快慢)和程度(作用强弱)多数药物的吸收过程属被动转运,给药途径:口服(per os,po)、舌下(sublingual)、直肠(rectal)、吸入(inhalation)、皮肤(transdermal)、肌内注射(inramuscular,im)、皮下注射(subcutaneous,sc)、静脉注射(intravenous,iv)等吸收快慢的顺序:吸入、舌下、直
11、肠、肌内注射、皮下注射、口服、皮肤吸收程度:吸入、舌下、直肠、im、sc较完全,口服次之,完整的皮肤不易通过多数药物,(一)口服 最常用给药方便,多数药物能充分吸收(简单扩散)通过胃肠粘膜毛细血管吸收,弱酸性药物虽可在胃中吸收,大部分仍在肠中吸收影响因素:饮水量、空腹与否、胃肠蠕动度、pH、内容物的理化性质、酸、酶、肠道菌群、药物颗粒大小首过(关)消除(first pass elimination),也称首过(关)代谢(first pass metabolism)或首过(关)效应(first pass effect),指药物制剂口服后首次经门静脉系统到达全身循环前,经受肝脏、肠壁细胞代谢灭活,
12、或由胆汁排泄过多,使进入全身血循环内的有效药物量减少,这种作用称为首过(关)消除胃肠道外给药,在首次达到作用部位或靶器官之前,如部分药物在肺内排泄或代谢,也是一种首过(关)消除首过(关)消除多,则生物利用度低;加大用量时应注意其代谢物的毒性和消除过程,图2-6 口服、舌下、直肠、吸入用药后与首关效应的关系,(二)吸入 肺泡表面积大,与血液只隔肺泡上皮和毛细血管内皮,血流量大,药物只要能到达肺泡,吸收极其迅速气态麻醉药、治疗性气体可吸入给药,容易气化的药物可雾化吸入,难溶的色甘酸钠可制成5 m的极微细粉末吸入以气雾剂解除支气管痉挛则属局部用药,(三)舌下给药 由血流丰富的颊粘膜吸收,直接进入全身
13、循环,避免口服后的首过消除,比口服小得多的剂量即有效如硝酸甘油应舌下给药而不能口服(四)局部用药 皮肤、眼、鼻、咽喉、阴道、直肠等部位用药以产生局部作用但多数直肠给药是为了产生吸收作用硝酸甘油软膏等经皮肤给药以维持较长时间的血药浓度,属全身给药,(五)注射给药 静脉注射直接入血,作用迅速;以很高的浓度、极快的速度到达靶器官,也最危险药物水溶液肌内注射,通过毛细血管内皮细胞膜脂质层(简单扩散)和上皮细胞间隙(滤过)进入血内,吸收快而完全。油溶药物肌内注射可减慢吸收而起存储作用,以较高血药浓度维持较长时间皮下注射吸收途径同肌内注射,但吸收较慢,刺激性药物可引起剧痛动脉内和鞘内注射为特殊给药途径,以
14、在特定的靶器官产生较高的药物浓度,二、分布 药物从血液向组织、细胞间液和细胞内液转运的过程称分布(distribution),大部分药物的分布属于被动转运影响因素:药物与血浆蛋白和组织蛋白的结合能力毛细血管通透性、器官和组织的血流量药物的脂溶性、pKa、局部pH转运载体的数量和功能状态特殊组织膜的屏障作用,(一)血浆蛋白的结合药物与血浆蛋白结合形成结合型药物(bound drug),与游离型药物(free drug)同时存在于血液中,并以一定百分数的结合率达到平衡弱酸性药物主要与白蛋白结合;弱碱性药物与白蛋白、脂蛋白、-球蛋白及1酸性糖蛋白结合药物和血浆蛋白的结合符合:DP/PT=D/(KD+
15、D)血浆蛋白结合率的决定因素:游离型药物浓度、血浆蛋白量和药物与血浆 蛋白的亲和力(解离常数KD值),特点与意义药物与血浆蛋白的结合是疏松的、可逆的,结合型药物与游离型药物处于动态平衡结合型药物不能跨膜转运,暂时贮存于血液中;不呈现药理活性;不易穿透毛细血管壁;不能通过血脑屏障;不被代谢灭活;不经肾排泄只有游离型药物能跨膜转运并发挥药理活性特异性低,在同一结合点上的与血浆蛋白结合率都很高的药物,可发生竞争性置换,使游离型药物浓度剧增,如保泰松与华发林血浆蛋白结合率高的药物在结合部位达到饱和后,如稍增药量,可使血浆游离药物大增血浆蛋白含量过低或变质,可增加游离药物,(二)器官血流量组织器官的血流
16、量和膜的通透性决定药物的分布速度血流丰富的器官(肝、肾、肺、脑等)药物分布较快,尤其是在早期,随后还可再分布如静脉注射麻醉药硫喷妥钠,首先分布到血流量大的脑组织发挥作用,随后由于其脂溶性高又向血流量少的脂肪组织转移,使病人迅速苏醒,这种现象称为药物在体内的再分布(redistribution),(三)组织细胞结合药物与某些组织细胞成分具有特殊的亲和力,使这些组织中的药物浓度高于血浆游离药物浓度,使药物的分布具有一定的选择性碘集中在甲状腺,钙沉积于骨骼,肝内氯喹浓度高,庆大霉素与角质蛋白亲和力强药物在体内的一种贮存方式,如脂肪组织是脂溶性药物的巨大储库,如硫喷妥钠不可逆结合则引起毒性反应,如四环
17、素引起小儿生长抑制、牙齿变黄或畸形,(四)体液的pH,pH 7.0,pH 7.4,细胞外,弱酸性药物解离增多,细胞外液浓度高于细胞内液;升高血液pH可使弱酸性药物由细胞内向细胞外转运;降低血液pH则使弱酸性药物向细胞内转移弱碱性药物则相反,如巴比妥类中毒时以碳酸氢钠碱化血液和尿液,(五)体内屏障1.血脑屏障(blood-brain barrier)是血液与脑细胞、血液与脑脊液、脑脊液与脑细胞之间的三种隔膜的总称 脑组织内的毛细血管内皮细胞紧密相连,内皮细胞之间无间隙,毛细血管外表面为星形胶质细胞包围只有脂溶性高的药物才可以简单扩散的方式通过血脑屏障新生儿血脑屏障发育未全,易受药物影响血脑屏障的
18、通透性可改变,脑膜炎时,对青霉素的通透性增高,2 胎盘屏障(placental barrier)胎盘绒毛与子宫血窦之间的屏障称胎盘屏障胎盘对药物的转运其实并无屏障作用几乎所有的药物都能穿透胎盘进入胎儿体内孕妇应禁用致畸或对胎儿有毒性的药物3 血眼屏障(blood-eye barrier)是血液与视网膜、血液与房水、血液与玻璃体屏障的总称吸收入血的药物在房水、晶状体和玻璃体等组织的浓度远低于血液宜局部用药,滴眼或眼周边注射脂溶性或小分子药物较易通过,三、代谢(一)药物代谢的作用药物在体内所发生的化学结构的改变,即药物转化(transformation),或称生物转化,又称药物代谢(metabol
19、ism)药物作为一种异物进入体内后,机体动员各种机制使药物从体内消除代谢是药物在体内消除的重要途径药物代谢途径的多种性不同种族和个体间可有不同途径和程度的代谢代谢形式,决定于给药剂量、药物相互作用、机体的肝、肾功能,生物转化的意义药物经转化后,药理作用减弱或消失(失活)药理作用可发生活化,出现作用(如抗癌药)代谢产物仍保持母体原有的药理学活性,但强度可能改变,作用或毒性增强(包括致突变、致癌、致畸)转化也是药物自机体消除的方式之一,(二)药物代谢部位代谢器官肝脏为主胃肠道、肺、肾、皮肤亚细胞水平内质网、线粒体、胞质液、溶酶体、核膜和质膜上的药物代谢酶代谢环节经肝微粒体混合功能氧化酶(非特异性)
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- 药物 体内 过程 代谢 动力学
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