化学毒物在体内的生物转运与生物转化-(9.21)
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化学毒物的生物转运与转化(体内处置)
二、吸收 （Absorption）
吸收途径： ◆消化道(Digestive tract) ◆呼吸道(Respiratory tract) ◆皮肤(Skin)
（一）经消化道吸收
消化道吸收特点：
1. 全程吸收，其吸收速度不同： 口腔粘膜＜胃粘膜＜小肠粘膜。 2. 有多种吸收机制： 胃粘膜-简单扩散 小肠粘膜-简单扩散：脂溶性毒物 滤过：水溶性毒物 主动转运： 营养素主动转运系统 嘧啶主动转运系统 金属离子主动转运系统 吞噬或胞饮
(3)膜动转运（Cytosis） 指化学毒物通过细胞膜运动而发生的转运。
被转运的化学毒物： 固态颗粒物 大分子物质 转运方式： ①入饱作用(endocytosis) 吞噬作用(phagocytosis)—固态毒物 胞饮作用(pinocytosis)—液态毒物 ②胞吐作用(exocytosis)
电离度（pKa）
---弱酸性或弱碱性有机化学毒物 在介质中的解离： 非解离型（CM） 注意： ◆非解离型与解离型的比例依赖于毒物pKa值与 介质的pH值。 解离型（Ci）
◆毒物的非解离型容易通过生物膜。
评价：毒物解离度越小，非解离型越多，越易透过。
pKa的含义：
是化学毒物在介质中(体液)处于动态平衡时， 解离型与非解离型各占50%时介质中的pH值。 公式： pKa = lg [Cn]
[Ci]
+ pH
按Henderson-Hasselbach公式：
有机酸毒物： pKa = lg 有机碱毒物： [Cn] [Ci] [Ci] [Cn] + pH
pKa = lg
+ pH
[举例] 有机酸毒物： Lg HA
[Cn]
[Cn]
[Ci]
毒理学课件：化学毒物在体内的生物转运和生物转化
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2. 特殊转运
外源化学物借助于载体或特殊转运系 统而发生的跨膜运动。
主动转运(active transport) 易化扩散(facilitated diffusion) 吞噬作用（phagocytosis) 和胞饮作用 (pinocytosis)
20
（1）主动转运
1)定义
外源化学物在载体的参与下, 逆浓 度梯度通过生物膜的转运过程。
22
表 细胞膜对外源化学物主动转运系统
名称 ATP-结合盒（ABC）转运蛋白 多药耐受蛋白（P-糖蛋白）
多耐受药物蛋白 乳腺癌耐受蛋白
以溶质为主转运蛋白（SLC）
缩写
mdr mrp Bcrp
功能
减少胃肠道吸收，血-脑屏障，胆 汁分泌，胎盘屏障 尿排泄，胆汁排泄 将化学毒物代谢后的硫酸结合物 排出细胞
有机阴离子转运多肽 有机阴离子转运蛋白 肽类转运蛋白
oatp 肝摄取 oat 肾摄取 pept 胃肠道吸收
Kir6.1/K-ATP通道：帕金森病神经保护的新靶标，国家自然科 学基金:南京医科大学, 胡刚, 240万, 2010, 批准号：81030060 23
（2）易化扩散
第一节 化学毒物在体内的生物转运
第二节 化学毒物在体内的生物转化
第三节 毒物动力学
5
第一节 外源化学物在体内的生物转运 一、生物膜与生物转运 二、吸收 三、分布 四、排泄
6
一、生物膜与生物转运
（一） 生物膜的结构特点
组成
磷脂双分子层 ——脂质
镶嵌蛋白 ——受体、 酶、载
体、离子通道等
特点 功能
膜孔 ——生物膜上水通道
9
1. 被动转运 (1)简单扩散 2)对象
2. 特殊转运
外源化学物借助于载体或特殊转运系 统而发生的跨膜运动。
主动转运(active transport) 易化扩散(facilitated diffusion) 吞噬作用（phagocytosis) 和胞饮作用 (pinocytosis)
20
（1）主动转运
1)定义
外源化学物在载体的参与下, 逆浓 度梯度通过生物膜的转运过程。
22
表 细胞膜对外源化学物主动转运系统
名称 ATP-结合盒（ABC）转运蛋白 多药耐受蛋白（P-糖蛋白）
多耐受药物蛋白 乳腺癌耐受蛋白
以溶质为主转运蛋白（SLC）
缩写
mdr mrp Bcrp
功能
减少胃肠道吸收，血-脑屏障，胆 汁分泌，胎盘屏障 尿排泄，胆汁排泄 将化学毒物代谢后的硫酸结合物 排出细胞
有机阴离子转运多肽 有机阴离子转运蛋白 肽类转运蛋白
oatp 肝摄取 oat 肾摄取 pept 胃肠道吸收
Kir6.1/K-ATP通道：帕金森病神经保护的新靶标，国家自然科 学基金:南京医科大学, 胡刚, 240万, 2010, 批准号：81030060 23
（2）易化扩散
第一节 化学毒物在体内的生物转运
第二节 化学毒物在体内的生物转化
第三节 毒物动力学
5
第一节 外源化学物在体内的生物转运 一、生物膜与生物转运 二、吸收 三、分布 四、排泄
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一、生物膜与生物转运
（一） 生物膜的结构特点
组成
磷脂双分子层 ——脂质
镶嵌蛋白 ——受体、 酶、载
体、离子通道等
特点 功能
膜孔 ——生物膜上水通道
9
1. 被动转运 (1)简单扩散 2)对象
第三章 外源化学物在体内的生物转运和生物转化ppt课件
A ( C C 1 2) R K D
K为扩散系数， A为膜面积，D为膜厚度。
9
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 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。
第一相反应
外源化学物
第二相反应
排出体外
与内源亲水物质结 合，增加亲水性
41
氧化作用 I 相 反 应 的 类 型
硝基和偶氮还原 羰基还原
还原作用
含硫基团还原 醌还原 脱卤还原
酯酶 水解作用 酰胺酶 环氧化物水化酶
42
（一）氧化：最重要的1相反应
氧化反应 微粒体混合功能氧化酶 非微粒体混合功能氧化酶
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。 生物转化的意义：水溶性增加、毒性降低 代谢解毒(metabolic detoxication)：经生物转化大部分 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。 代谢活化(metabolic activation)：经生物转化其毒性被 增强的现象。生成亲电子剂、自由基、亲核剂、氧化 还原剂。
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
36
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
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。
第3章 化学毒物在体内的生物转运与生物转化 (921)
乳腺癌耐受蛋白（ breast cancer
resistance protein, Bcrp）
有机阴离子转运多肽(organic-anion
transporting polypeptide, oatp)
溶质载体
Solute carriers (SLC）
有机阴离子转运蛋白(organic-anion
transporter, oat)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
✓ 化学毒物从胆汁进入小肠后，可能有两条去路：1)直接
10
第一节
化学毒物在体内的生物转运
11
一、生物膜与生物转化
生物膜 (biomembrane): 是把细胞或细胞器与周
围环境分隔开来的半透膜，是细胞膜和细胞器
膜的总称。
12
（一）生物膜的结构特点
生物膜 上具有充满水分的孔道（0.3~0.6 nm）
13
（一）生物膜的结构特点
14
（二）化学毒物通过生物膜的方式
肽类转运蛋白(peptide transporter, pept)
22
（二）化学毒物通过生物膜的方式
4. 易化扩散 (facilitated diffusion)
✓ 不易溶于脂质的化学物，利用载体顺浓度梯度移动的过程，
又载体扩散。
特点：
✓ 顺浓度梯度；
✓ 不消耗能量；
✓ 需载体；
✓ 具有一定选择性, 饱和性，竞争抑制性。
皮肤通透性: 不同部位皮肤对毒物的通透性不同：阴囊>
手臂、后背、腿部、腹部>手掌、足底
32
（四）其他途径
毒理学动物实验：腹腔注射、静脉注射、肌内注射、
皮下注射等
临床：皮内注射、肌肉注射
resistance protein, Bcrp）
有机阴离子转运多肽(organic-anion
transporting polypeptide, oatp)
溶质载体
Solute carriers (SLC）
有机阴离子转运蛋白(organic-anion
transporter, oat)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
✓ 化学毒物从胆汁进入小肠后，可能有两条去路：1)直接
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第一节
化学毒物在体内的生物转运
11
一、生物膜与生物转化
生物膜 (biomembrane): 是把细胞或细胞器与周
围环境分隔开来的半透膜，是细胞膜和细胞器
膜的总称。
12
（一）生物膜的结构特点
生物膜 上具有充满水分的孔道（0.3~0.6 nm）
13
（一）生物膜的结构特点
14
（二）化学毒物通过生物膜的方式
肽类转运蛋白(peptide transporter, pept)
22
（二）化学毒物通过生物膜的方式
4. 易化扩散 (facilitated diffusion)
✓ 不易溶于脂质的化学物，利用载体顺浓度梯度移动的过程，
又载体扩散。
特点：
✓ 顺浓度梯度；
✓ 不消耗能量；
✓ 需载体；
✓ 具有一定选择性, 饱和性，竞争抑制性。
皮肤通透性: 不同部位皮肤对毒物的通透性不同：阴囊>
手臂、后背、腿部、腹部>手掌、足底
32
（四）其他途径
毒理学动物实验：腹腔注射、静脉注射、肌内注射、
皮下注射等
临床：皮内注射、肌肉注射
第二章毒物在体内的生物运转
被动转运——简单扩散
又称脂溶扩散，是外源化学物经生物膜转 运的主要方式。
影响单纯扩散的主要因素
生物膜的浓度梯度差、厚度和面积、
在脂质中的溶解度
脂／水分配系数(lipid／water partition coefficient)是表 示化学物脂溶性的一个参数(亲脂性／亲水性的比值)， 指化学物在含有脂和水的体系中，在分配达到平衡时 在脂相和水相的浓度比值。
主要与抗原特异性结合。 提供接触生物学标志和中毒诊断指标
毒物进入各组织的速度取决于它的脂溶性、分子量、聚合状态及其相应毛细血管血液流动的速度和各种膜屏蔽的通透性。 血流中直接与血细胞或血浆成分发生反应而呈毒性作用
膜动转运(cytosis)
胞吞(endocytosis),胞饮(pinocytosis) 胞吐(exocytosis)
化学物通过生物膜的转运方式
被动转运
单纯扩散(simple diffusion) 易化扩散(facilitated diffusion) 滤过(filtration)
主动转运(active transport) 膜动转运(cytosis)
暂以相对无 活性的形式 存在于某些 组织或器官 中，与血液 中的毒物保 持动态平衡，
一、毒物在血液内的分布
毒物在血液中的形式： 吸收阶段：由角质层进入表皮较深 层和真皮，并被血液吸收
在角质层受损时通透性就会提高。
1.呈物理性溶解状态或离子状态； 血液
分布情况受组织局部的血流量、游离型化学物的浓度梯度、从毛细血管向实质细胞的转运速度、外源化学物与组织的结合点和亲合程
质
粘膜
膜屏障
质
呼出气
膜屏障
如血脑屏障
结合
乳汁
毒理学第三章 毒物的生物转运与转化2
☞溶质载体（solute carriers, SLC)
①有机阴离子转运多肽 (organic-anion transporting peptide , Oarp
②有机阴离子转运蛋白 (organic-anion transporter , Oat )
③肽类转运蛋白 （peptide tr收过程的首过消除
（first-pass elimination）
定义： 毒物从吸收部位转运到体循环的过程中就开始被消除的
现象。 常发生部位：
胃肠道粘膜、肝、肺 毒理学意义：
可减少经体循环到达靶器官或组织的量，减轻毒效应。 例子：
乙醇：胃粘膜，醇脱氢酶氧化 吗啡：小肠粘膜、肝内与葡萄糖醛酸结合
定义： 毒物经过吸收入血或体液后，随血液和淋巴 液分散到全身各组织器官的过程。
影响因素： ＊器官组织血流量 ＊器官组织对毒物的亲和力 ＊各种屏障的作用 ＊某些细胞具有特殊膜转运机制
（一）毒物在组织器官中的贮存 蓄积(accumulation)
外源化学物以相对较高的浓度富集于某些组织器官的现 象称为蓄积 贮存库（storage depot)
固态颗粒入细胞内； ②胞饮作用(pinocytosis)
液态颗粒入胞内； ③胞吐作用(exocytosis)
细胞内到细胞外。
二、吸收
1. 定义 毒物从接触部位（一般为机体的外表面如皮肤 或内表面如消化道粘膜、肺泡的生物膜）转运 至血循环的过程。 2. 毒理中常见的吸收部位： 呼吸道、消化道、皮肤 实验研究也用特殊途径：如腹腔、iv、im、皮 下注射
☞毒物代谢酶特性： 广泛的底物特异性 多态性 立体选择性
☞毒物代谢酶的分布 组织分布 ＊肝：种类最多，活性最强； ＊小肠：次之 ＊皮肤、肺、鼻粘膜、眼 也具有 ＊其他：如肾、脾、心、脑、生殖器官、胎盘、血 也有一定的代谢能力 细胞内分布：内质网（微粒体）、胞质 主要分布 胞核、线粒体、溶酶体 分布较少。 高脂溶性物质的代谢酶多位于生物膜；高水溶性物 质的代谢酶多位于细胞质
第三章外源化学物在体内的生物转运与转化-讲义
如：石棉尘、镍尘等引起肺癌；
案例：2009年7月 新密 张海超 开胸验肺17
3、经皮肤吸收： 由于经皮吸收的第一阶段是外源化
学物扩散通过角质层。那么角质层较 厚的部位吸收较慢，反之较快。
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
18
二、分布
分布(distribution)指外源化学物通过吸收进 入血液或体液后，随体循环（血液和淋巴液）分 散到全身组织器官的过程。
甘油较难通过，葡萄糖几乎不能通过。
9
5、主动转运： （1）定义：指物质不依赖膜两侧浓度差的转运，
可以由生物膜的浓度低的一侧向浓度高的一侧 转运，形成物质在特殊部位的高浓度聚积，因 而，又称为逆浓度梯度转运或上山转运（uphill transport）。
如一些药物和关键离子（如钠、钾、钙离 子）依赖机体特有的载体转运系统（酶或离子 泵）消耗能量进行主动转运。
10
5、主动转运
（2）特点：需要载体参加；化学毒物可逆浓 度梯度转运；需消耗能量；载体往往是生 物膜上的蛋白质，载体对转运的化学毒物 有特异选择性；受载体转运化学物的最大 能力的限制，因而有饱和现象；同一载体 同时转运不同化学物时，有竞争性抑制现 象。
11
5、主动转运
(3)值得一提的是：许多外源化学物的代谢产 物经由肾脏和肝脏排出，主要借助主动转 运。 如：机体需要的某些营养物质：某些 糖类、氨基酸、核酸和无机盐等由肠道吸 收进入血液的过程，必须通过主动转运逆 浓度梯度吸收。
不同的外源化学物在体内各器官组织的分布 不均匀。
影响因素：
组织或器官的血流量、对外源化学物的亲合力。
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二、分布
1、毒物在体内的贮存：
案例：2009年7月 新密 张海超 开胸验肺17
3、经皮肤吸收： 由于经皮吸收的第一阶段是外源化
学物扩散通过角质层。那么角质层较 厚的部位吸收较慢，反之较快。
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
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二、分布
分布(distribution)指外源化学物通过吸收进 入血液或体液后，随体循环（血液和淋巴液）分 散到全身组织器官的过程。
甘油较难通过，葡萄糖几乎不能通过。
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5、主动转运： （1）定义：指物质不依赖膜两侧浓度差的转运，
可以由生物膜的浓度低的一侧向浓度高的一侧 转运，形成物质在特殊部位的高浓度聚积，因 而，又称为逆浓度梯度转运或上山转运（uphill transport）。
如一些药物和关键离子（如钠、钾、钙离 子）依赖机体特有的载体转运系统（酶或离子 泵）消耗能量进行主动转运。
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5、主动转运
（2）特点：需要载体参加；化学毒物可逆浓 度梯度转运；需消耗能量；载体往往是生 物膜上的蛋白质，载体对转运的化学毒物 有特异选择性；受载体转运化学物的最大 能力的限制，因而有饱和现象；同一载体 同时转运不同化学物时，有竞争性抑制现 象。
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5、主动转运
(3)值得一提的是：许多外源化学物的代谢产 物经由肾脏和肝脏排出，主要借助主动转 运。 如：机体需要的某些营养物质：某些 糖类、氨基酸、核酸和无机盐等由肠道吸 收进入血液的过程，必须通过主动转运逆 浓度梯度吸收。
不同的外源化学物在体内各器官组织的分布 不均匀。
影响因素：
组织或器官的血流量、对外源化学物的亲合力。
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二、分布
1、毒物在体内的贮存：
食品毒理学外源化学物在体内的转运与转化
→ 除少数脂/水分配系数极高者，通常脂 /水分配系数越大，扩散速率越快。
脂溶性越大，跨膜扩散速度越快。
整理ppt
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2.影响简单扩散的主要因素：
（3）化学毒物必须是非离子型
HAc
H+ + A-
非离子型，为不带 电荷的极性分子， 脂溶性较大。
不带电荷的小极性分子 容易通过膜，如水、乙 醇、尿素、乳酸
[非离子型] [离子型]
有机酸：环境pH越小，非离子型比例越大。
→ 胃内被吸收（如苯甲酸）
有机碱：环境pH越大，非离子型比例越大。
→ 小肠内被吸收（如苯胺）
pKa
pH
lg
[离子型] [非离子型]
整理ppt
（二）膜孔滤过：
（1）大部分细胞膜：只能通过相对分子质量 ＜100、且不带电荷的极性分子，以及某些非 极性分子（如H2O 、尿素、O2 、CO2 ）。
排泄(Excretion)
生物转化
整理ppt
4
2.相关概念：
（1）生物转运：化学毒物在体内的吸收、 分布和排泄过程称为生物转运 。
（2）生物转化：化学毒物的代谢变化过程。
（3）消除 ：化学毒物的代谢和排泄合称为 消除 。
整理ppt
5
3.研究 ADME 过程有重要的意义：
基本了解毒作用机制。
血/气分配系数越高，经肺吸收速率越快。 如： O2 、 CO2 、乙醇
容易溶于血的物质，容易经肺吸收。
整理ppt
28
2.气溶胶 图2-5
（1）颗粒直径为5 ~ 30μm，沉积在 假复鼻层咽纤部毛→柱状纤上毛皮运动推出→ 咽下
（2）颗粒直径为1 ~ 5μm，沉积在肺 部气管、支气管→ 纤毛运动推出→ 咳出或咽下