第章外源性化学物质的体内过程
食品毒理学 第三章 外源化学物生物转化和生物转运
第三章外源化学物生物转化和生物转运外源化学物对机体的毒性作用，一般取决于两个因素：①外源化学物的固有毒性和接触量；②外源化学物或其活性代谢物到达作用部位的效率。
一、外源化学物的体内动态过程吸收→分布→生物转化（代谢）→排泄Absorption → Distribution → Metabolism → Excretion二、生物转运1. 生物膜的化学组成脂质双分子层基架，分子数超过蛋白质分子数100倍以上。
(稳定性和流动性)蛋白质镶嵌或贯穿于脂质双分子层中，各种功能的物质基础。
糖类多为短糖链，与膜脂质或蛋白质结合，形成糖脂或糖蛋白。
有的可作为膜受体的识别部分，特异性地和激素或递质分子相结合；有的则作为抗原物质，表达某种免疫信息液态/流动镶嵌模型（fluid mosaic model）以液态的脂质双分子层为基架,其中镶嵌着具有不同分子结构和不同生理功能的球形蛋白质。
3.意义生物膜这种液态/流动镶嵌结构与外源性化学物转运密切相关。
膜的流动性1. 使膜可以承受较大的张力和外形变化而不致破裂，即使发生较小的断裂，也可以自动融合修复；2. 使细胞具有变形能力生物膜与细胞物质、能量和信息的转换息息相关。
4.生物膜的功能5.生物膜的生物转运方式6.影响生物转运的因素外源化学物本身的结构、分子量的大小、脂/水分配系数的大小、带电性、与内源性物质的相似性等。
影响简单扩散的主要因素生物膜的浓度梯度、厚度、面积、脂/水分配系数、解离度等。
脂/水分配系数 (lipid/water partition coefficient)：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溶解度比值。
第二节吸收吸收外源化学物从接触部位通过生物膜屏障进入血液循环的过程。
吸收部位消化道、呼吸道、皮肤；注射（皮下注射、肌肉注射和静脉注射）；染毒首过效应除口腔和直肠外，从胃和肠吸收到局部血管的物质都要汇入肝门静脉到达肝脏之后再进入体循环，未到体循环就被肝脏代谢和排泄的现象首过效应积极的保护作用（肝脏非靶器官）在吸收部位发生代谢后再进入体循环的现象都称为首过效应一、经消化道吸收消化道是水和食物中外源物的主要吸收部位，从口腔到直肠的各个部位都可吸收外源化学物，经消化道吸收主要在小肠内进行小肠是消化道中最长的部分1.吸收机制：简单扩散膜孔过滤载体中介吞噬或胞饮等脂溶性的非解离型的有机化学物分子以被动扩散方式通过消化道粘膜上皮层到达粘膜的血液外源化学物经膜孔(直径为0.4nm)滤过主要是较小(分子量小于200)的水溶性分子一些金属类可以经特异的转运载体机制吸收，如铬和锰可以通过铁转运机制吸收，铅可以利用钙转运机制吸收等一些颗粒物质如偶氮染料和聚苯乙烯乳胶可通过吞噬或胞饮作用进入小肠上皮细胞2. 影响胃肠道吸收的因素（1）外源化学物的性质固体物质且在胃肠中溶解度较低者，吸收差；脂溶性物质较水溶性物质易被吸收；同一种固体物质，分散度越大，与胃肠道上皮细胞接触面积越大，吸收越容易；解离状态的物质不能借助简单扩散透过胃肠粘膜而被吸收或吸收速度极慢。
第章外源性化学物质的体内过程
Handerson-Hasselbalch公式说明
⑴、pKa为弱酸、弱碱性物质溶液在50％解离时溶 液的pH值。
⑵、体液的pH或物质的pKa以算术值增减时， 解离 型与非解离型物质浓度比值以指数的形式变化。故 体液pH的微小变化会明显影响物质的转运速度及平 衡时膜两侧的物毒浓度。如用碱化血液和尿液的办 法来解救弱酸性毒物中毒，就是利用该原理降低细 胞内的毒物浓度和促进毒物的排泄。
2.3 影响吸收的因素
①化学物质的理化因素（MW，pKa，形状等）；
②化学物质的剂型； ③化学物质浸入机体的途径； ④化学物质接触机体局部的生理生化环境（血流量、
组织的机能状态、 体液的pH等）；
⑤首过效应（首过消除，第一关卡效应）：指饮食 进入胃肠道后，化学物质吸收进入血液循环之前， 被胃肠粘膜细胞及肝细胞分解，使进入血液循环的 量减少。
1 生物转运
生物膜是细胞膜、细胞器膜和细胞间质膜的总称。 其基本结构由脂质双层和镶嵌的蛋白质及少量的糖
组成的流动性膜结构。 生物膜的功能包括：隔离、屏障功能；作为重要生
化反应和生命现象的场所；内外物质的交换。 1.1 被动转运（passive transport, down hill
血浆中与血浆蛋白结合的量与血浆中总量之比。 3.2.3 与血浆蛋白结合后活性的变化 3.2.4 与血浆蛋白结合的意义
3.2.1 特点
①特异性：化合物只能与其特异性血浆蛋白结合。 多数化合物与血浆白蛋白结合。
②可逆性:化合物可从结合的蛋白上游离下来。结 合与游离的速度取决于血浆中游离的化合物浓度。
2 吸收
2.1 概念：吸收指外源性化学物质从接触部 位进入血液循环的过程。
吸收的量和速度直接影响活性物作用的强度 和时间。
毒理学 尔雅答案.
第一章绪论一、名词1、毒理学: 研究所有外源因素对生物系统的损害作用、生物学机制、安全性评价与危险性分析的科学。
2、毒物: 是指较低的剂量进入机体后能引起疾病或危及生命的物质。
二、选择1、描述毒理学直接关注的是——，以期为安全性评价和危险度管理提供信息。
AA、毒性鉴定B、接触毒物时间C、接触毒物剂量D、毒性强弱E、以上全是2、经典的毒理学研究对象是A、核素B、细菌C、病毒D、各种化学物质E、以上都是3、外源化学物的概念A、存在于人类生活和外界环境中B、与人类接触并进入机体C、具有生物活性，并有损害作用D、并非人体成分和营养物质E、以上都是三、填空1、毒理学研究领域主要分为描述毒理学、机制毒理学和管理毒理学2、动物实验的“3R”法分别是优化、减少和取代第二章毒理学基本概念一、名词1、外源化学物：是在人类生活的外界环境中存在、可能与机体接触并进入机体，在体内呈现一定的生物学作用的化学物质，又称为“外源生物活性物质”。
2、毒性：是指化学物引起有害作用的固有的能力。
3、毒物：在一定的条件下，以较小剂量进入机体就能干扰正常的生化过程或生理功能，引起暂时或永久性的病理改变、甚至危及生命的化学物质。
4、靶器官：毒物被吸收后随血流到全身各组织器官，但起发挥毒作用的部位则只限于一个或几个组织器官，毒物直接发挥作用的器官称为靶器官。
5、生物学标志：是指外源化学物通过生物学屏障进入组织或体液后，对该化学物或其代谢产物、以及它们所引起的生物学效应的测定指标。
6、暴露生物学标志：是测定组织、体液或排泄物中的外源化学物、其代谢物或与内源性物质的反应产物，作为吸收剂量或靶剂量的指标，可提供有关化学物质暴露的信息。
7、效应生物学标志：指机体中可测出的生化、生理、行为或其他改变的指标。
8、易感生物学标志：是关于个体对外源化学物的生物易感性的指标，反映机体先天具有或后天获得的对暴露外源性物质产生反应能力的指标。
9、量反应：此类效应的观察结果为计量资料，有强度和性质的差别，可用某种测量的数值表示。
食品毒理学
绪论食品应具备的基本条件：卫生安全、无毒无害；含有人体所需要的营养素和有益成分；感官性状良好、可被人体接受。
1食品中主要的外源化学物质：天然物、衍生物、污染物、添加剂。
2毒性大小在很大程度上取决于摄入的剂量。
毒理学奠基人：西班牙的Orifila。
17毒理学的研究方法：体内试验、体外试验、人个体观察、流行病学观察。
2毒理学实验可采取整体动物、游离的动物肝脏、组织、细胞进行。
根据采用的方法不同，可分为体内试验（也称整体动物实验）、体外实验（利用游离器官、培养的细胞或细胞器进行研究）、人个体观察（仅限于低浓度、短时间的接触，并且毒作用应有可逆性）、流行病学研究.3体外试验是利用什么进行研究：游离器官、细胞、细胞器。
3体外试验有：大量全胚胎培养、胚胎细胞团培养、生精细胞与旧质细胞共培养、现代食品安全性六大问题：营养失控、微生物致病、自然毒素、环境污染物、人为加入食物链的有害物质、其他不确定的饮食风险。
9食品毒理学的作用：从毒理学的角度，研究食品中可能含有的外源化学物质对食用者的毒作用机理，检验和评价食品的安全或安全范围，从而确保人类的健康。
第一章毒物的种类按其用途和分布范围可分为：工业化学品；食品中的有毒物质；环境污染物；日用化学品；农用化学品；医用化学品；生物毒素；军事毒物。
18外源化学物的毒性及性质影响因素：剂量，接触条件、接触途径，接触期限，速率和频率。
毒性作用分类：1速发或迟发型作用·2局部或全身作用·3可逆或不可逆作用·4对形态或功能的影响·5过敏性反应·6特异体质反应。
损害作用的特点：1机体的正常形态、生长发育过程受到严重的影响，寿命亦将缩短；2机体功能容量或对额外应激状态代偿能力降低；3机体维持稳态能力下降；4机体对其它某些环境因素不利影响的易感性增高。
反映毒作用终点的观察指标大致分为两类：特异指标；死亡指标。
生物学标志分类：接触生物学标志，效应生物学标志，易感性生物学标志。
毒理学第三章 毒物的生物转运与转化
(二) 外源化学物通过生物膜的方式
1. 被动转运（passive transport） ＊简单扩散（simple diffusion) ＊滤过（filtration)
2. 特殊转运（special transport) ＊主动转运（active transport) ＊易化扩散（facilitated diffusion) ＊膜动转运（cytosis）
双功能诱导剂 单功能诱导剂
第二节 外源化学物在体内的生物转化
毒物代谢酶的主要诱导剂 巴比妥类
以PB为代表，可诱导CYP2B1/2、2C、3A1/2、 NADPH-细胞色素P-450 还原酶、EH、UDPGT和GST； 多环芳烃类 以3-MC为代表可诱，导CYP1A1/2、EH 和ST； 醇 / 酮类 如乙醇、异烟肼可诱导CYP2E1； 甾类 如孕烯醇酮16α-腈、地塞米松可诱导CYP3A1/2； 氯贝特（安妥明）类过氧化物酶体诱导剂： 可诱导CYP4A1/2和NAT。 多氯联苯（PCB，如Aroclor1254） 兼有PB和3-MC样诱导作用
Disposition
Summary
absorption
Biotransportation distribution
Biotranformation
excretion
Elimination
(metabolism metabolic transformation)
§研究外源化学物ADEM过程的意义
第二节 外源化学物在体内的生物转化
第三章 外源化学物在体内的 生物转运与生物转化
前言 毒物的如何进入机体内的？ 在体内发生了什么？ 如何排出体外？
第三章 外源化学物在体内的生物转运与转化(1)
生发层）和真皮（dermis），并被吸收入血，为吸收阶 段。 经皮肤吸收主要机理是简单扩散，扩散速度与很多因素 有关。在穿透阶段主要影响因素是外来化合物分子量的 大小、角质层厚度和外来化合物的脂溶性。
31
血气分配系数: 气态物质在呼吸膜两侧的分压达到动态平 衡时，在血液中的浓度与在肺泡空气中浓度之比，称为血 气分配系数。血气分配系数越大，即溶解度越高，表示该 气体越易被吸收。 ➢ 血气分配系数高的气态化学物质经肺吸收的速率主要 取决于呼吸频率和深度。 ➢ 血气分配系数低的气态化学物质经肺吸收的速率主要 取决于肺血流量；
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4. 其它途径吸收
其它途径吸收
静脉注射： 腹腔注射： 肌肉和皮下注射。
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二、分布
１.概念 分布是外源化学物通过吸收进入血液或其它体液后，随着 血液或淋巴液的流动分散到全身各组织的过程。
２.影响外源性化学物分布的主要因素 ① 器官或组织的血流量。 ② 器官或组织与外源性物质的亲和力。
24
对于经胃肠道吸收的化学物，首过消除非常多见。 因为它们在经体循环到达机体其它部位前，首先 要经过胃肠道粘膜细胞、肝和肺的首过消除。
首过效应可以减少经体循环到达靶器官组织的外 源性化学物的数量，可能减轻毒性效应。 乙醇可被胃粘膜的醇脱氢酶氧化； 吗啡在胃肠道粘膜细胞和肝脏与葡糖醛酸结合； 锰经门静脉进入肝脏后排泄到胆汁。
第二节 毒物的吸收、分布和排泄
一、吸收（absorption) 基本概念 吸收是指外源化学物从接触部位，通常是机体的外表面或
内表面的生物膜转运至血循环的过程。外源性化学物主要 是通过消化道、呼吸道和皮肤吸收。 首过效应（first-pass effect） 外源性化学物在从吸收部位转运到体循环的过程中，已经 开始被消除，此即首过效应或首过消除。
第3章-外源化学物在体内的生物转运和生物转化
一些水溶性大分子如葡萄糖、氨基酸、 核苷酸等。
（二）主动转运 (active transport) 化学物由浓度低--转运→ 浓度高
一侧，引起能量消耗。特点： （1）需有载体参加 （2）载体有一定容量，可饱和 （3）特殊选择性 （4）两种结构相近物质可出现竞争抑制 （5）需消耗一定能量 （6）外源化学物可逆浓度梯度转运
血气分配系数低的气态外源化学 物经肺吸收速率主要取决于经肺血流量 （灌注限制性），在血液和气相之间达 到平衡时间约为8-21min。
血气分配系数高的气态外源化学 物经肺吸收速率主要取决于呼吸的频率 和深度（通气限制性），在血液和气相 之间达到平衡的时间至少为1h。
B．取决于气态物在血液中的溶解度 溶解度越大，越易被吸收。 一般水溶性大的物质在血液中的溶
2. 一些特殊的结合蛋白，与毒物的亲和 力很强。如金属硫蛋白（meta1lothionein） 能与镉、汞、锌及铅结合；肝细胞中的γ 蛋白能和胆红素、有机酸、有机阴离子结 合。Z蛋白能和有机酸或金属离子结合。
1、简单扩散(simple diffusion) 又称顺流转运。
简单扩散方式的条件是： ①膜两侧存在浓度梯度； ②外源化学物必须有脂溶性；
脂/水分配系数（lipid／water partition coefficient）是当一种物质在脂相和水相的 分配达到平衡时，其在脂相和水相中溶解度 的比值。一般来说，外源化学物的脂/水分配 系数越大，经膜扩散转运的速率较快。
（三）经皮（skin）吸收
皮肤是一个十分紧密的屏障。经皮 吸收是外来化学物透过完整皮肤进入 血液的过程。
1、经皮吸收的途径
(1) 表皮脂质屏障：需通过紧密排 列的角质层（限速屏障），再经多层细 胞达到真皮，最后进入血液。
食品毒理学-第三章2 生物转化 (1)
（2）醛脱氢酶（Aldehyde dehydrogenase ALDH）
能将醛类代谢成酸类 具有基因多态性 二硫化四乙基秋兰姆（戒酒硫）是抑
制剂
1
单胺氧化
(3) 单胺氧化酶（ Monoamine oxidase ）
存在于肝、肾、肠、神经组织的线粒体 中；
制作用大于诱导作用。
1
黄素单加氧酶
吡咯烷生物碱类物质、单响尾蛇毒蛋白等 物质经FMO代谢形成叔胺氮氧化物，属于解毒 过程；但经P450形成亲电化合物，属于增毒反 应。 —大鼠具有高活性的P450； —豚鼠则有高活性的FMO；
1
3、醇、醛、酮氧化-还原系统和胺氧化
（1）醇脱氢酶（Alcohol dehydrogenase ADH）： 位于胞浆、分布于肝、肾、肺、胃粘膜 – 能催化醇类转变为醛类，
CH3
H
R-N →R-N +HCHO
CH3 CH3
(5) 氧化基团转移：氧化脱氨、脱硫、脱卤素。
R—CH—NH2→R—C=O+NH3
│
│
CH3
CH3
1
细胞色素P450催化的反应
(6) 酯裂解（cleavage of esters）：羧酸酯、磷酸酯。
R1COOCH2R2→R1COOH+R2CHO
(7) 脱氢（dehydrogenation） O ║
1
还原反应
3 羰基还原 经羰基还原酶和醇脱氢酶作用。 外源性底物：氟哌啶醇、柔红霉素、华 法林、4-硝基苯乙酮等。 内源性底物：前列腺素。
1
还原反应
4 醌还原 NAD(P)H氧化还原酶 双电子还原,形成无毒性的产物。 NADPH-P450还原酶 单电子还原, 形成超氧阴离子等自由基； 百草枯、阿霉素的代谢活化。
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Handerson-Hasselbalch 公式
? 以弱酸性物质为例 ：
HA
H ? ? A?
Ka
?
[H ? ][A? [HA]
]
pKa ? pH ? log [A? ] [HA]
pH ? pKa ? log [A? ] [HA]
[ 10( pH ? pKa) ? A? ] [HA]
当pH=pKa时，[A- ]=[HA]
3 分布
? 3.1 概念：分布指化合物随血液转运到各组 织器官的过程。它影响靶器官的生物效应和 毒性。
? 3.2 化学物质与血浆蛋白的结合 ? 3.3 影响分布的因素
3.2 化学物质与血浆蛋白的结合
? 化学物质与血浆蛋白的结合是体内过程的中间环节。 ? 3.2.1 特点 ? 3.2.2 结合率：血浆蛋白结合率是指 某一化合物在
? 有害外源性化学物质的体内过程影响其对机体的毒 性作用。
? 研究毒物体内过程的学科称为 毒物代谢动力学 （毒 动学，toxicokinetics ）。
第2章 外源性化学物质的体内过程
? 1 生物转运（transport） ? 2 吸收（absorption） ? 3 分布（distribution） ? 4 生物转化（见第3章） ? 5 排泄（excretion） ? 6 毒物动力学（toxicokinetics）
运;③转运速率亦取决于细胞膜的功能。 ? 2.1 膜泵转运 ： 在膜载体 (泵)的帮助下进行的主
动转运。 ? 2.2 出胞（胞吐）、入胞（胞饮）作用 ：指依细胞
膜的变形及断裂运动进行的跨膜转运。是大分子及 颗粒物质的转运方式。
载体转运r1的特点r2
? ①特异性； ? ②可逆性； ? ③饱和性； ? ④竞争抑制现象。
? 其转运速率受物质的水溶性、分子大小的影 响。
1.1.３ 易化扩散
? 易化扩散（载体扩散）：指在特殊载体的帮 助下进行的被动转运。
? 是被动载体转运，具有速率高、受载体功能 影响和具有竞争抑制现象。
? 如葡萄糖、氨基酸等的转运。
1.2 主动转运
? 主动转运 ：指在膜的帮助下所进行的耗能转运。 ? 特点：①耗能;②可由低浓度一侧向高浓度一侧转
1 生物转运
? 生物膜是细胞膜、细胞器膜和细胞间质膜的总称。 ? 其基本结构由脂质双层和镶嵌的蛋白质及少量的糖
组成的流动性膜结构。 ? 生物膜的功能包括：隔离、屏障功能；作为重要生
化反应和生命现象的场所；内外物质的交换。 ? 1.1 被动转运 （passive transport, down hill
? 1.1.1 简单扩散 (simple diffusion) ? 1.1.2 滤过（filtration ） ? 1.1.3 易化扩散 （facilitated diffusiion ）
1.1.1 简单扩散
? 简单扩散 (脂溶扩散 ,lipid diffusion) ：指物质借 其脂溶性穿过脂质生物膜的被动转运过程。它是最 重要的转运形式。
? 转运速率符合 Fick定律：R=K·A(c1－c2)/d ? R—扩散速率 ? K—扩散常数 ? A---膜面积 ? (c1－c2)---膜两侧浓度差 ? d—膜厚度
影响转运的因素
? 转运速率除与膜两侧的物质浓度有关外，还
取决于体液的pH、物质本身的脂溶性和极性。
? 可用Handerson-Hasselbalch公式来解释。
血浆 中与血浆蛋白结合的量与血浆中总量之比。 ? 3.2.3 与血浆蛋白结合后活性的变化 ? 3.2.4 与血浆蛋白结合的意义
3.2.1 特点
? ①特异性： 化合物只能与其特异性血浆 ） ? 1.2 主动转运 （positive transport ）
1.1 被动转运
? 被动转运 ：指毒物借生物膜两侧的浓度差或电势差 由膜浓度高的一侧向浓度低的一侧转运的一类跨膜 转运方式。
? 其特点有： ①只由膜浓度高侧向浓度低侧转运；② 不耗能；③转运速率与膜两侧的浓度或电势差成正 比。转运形式有：
Handerson-Hasselbalch 公式说明
? ⑴、pKa为弱酸、弱碱性物质溶液在 50％解离时溶 液的 pH值。
? ⑵、体液的 pH或物质的 pKa以算术值增减时， 解离 型与非解离型物质浓度比值以指数的形式变化。故 体液 pH的微小变化会明显影响物质的转运速度及平 衡时膜两侧的毒物浓度。如用碱化血液和尿液的办 法来解救弱酸性毒物中毒，就是利用该原理降低细 胞内的毒物浓度和促进毒物的排泄。
2 吸收
? 2.1 概念：吸收指外源性化学物质从接触部 位进入血液循环的过程。
? 吸收的量和速度直接影响活性物作用的强度 和时间。
? 2.2 吸收途径 ? 2.3 影响吸收的因素
2.2 吸收途径
? ①消化道：口腔粘膜→血液； 胃肠粘膜→肝脏→血液； 直肠、肛门粘膜→血液。
? ②呼吸道： ? ③皮肤： ? ④注射部位： ? ⑤生殖道粘膜：
第2章外源性化学物质的体内过程
? 外源性化学物质与机体接触后在体内经历吸收、分 布、生物转化和排泄四个基本过程。
? 其中吸收、分布和排泄是原物质在体内生物膜的一 侧转向另一侧的过程，合称 跨膜转运 （生物转运， biaotranspotation ）；生物转化和排泄是使进入 体内原物质减少的过程，合称 消除 （elimination ）。
2.3 影响吸收的因素
? ①化学物质的理化因素（ MW，pKa，形状等）；
? ②化学物质的剂型； ? ③化学物质浸入机体的途径； ? ④化学物质接触机体局部的生理生化环境（血流量、
组织的机能状态、 体液的pH等）；
? ⑤首过效应（首过消除，第一关卡效应）：指饮食 进入胃肠道后，化学物质吸收进入血液循环之前， 被胃肠粘膜细胞及肝细胞分解，使进入血液循环的 量减少。
? ⑶、弱酸性物质在生物膜碱侧（ pH高侧），易解离， 不易向酸侧（ pH低侧）转运。否则相反。
? ⑷、转运达到平衡时，弱酸性物质在膜碱侧的浓度 较高。否则相反。
1.1.2 滤过
? 滤过（水溶扩散，aqueous diffusion,膜孔 扩散）:指物质经膜水溶性孔道的被动扩散。 如水、乙醇、尿素、甘油等的转运。