第三章 外源化学物在体内的生物转运与转化

第三章外源化学物在体内的生物转运和生物转化,2,内容概要,第一节 生物膜与生物转运 第二节 毒物的吸收、分布和排泄 第三节 毒物动力学 第四节 毒物的生物转化,3,第一节 生物膜与生物转运,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。,外源化学物,接触,皮肤肺,消化道,粪,接触,排泄,肝,吸收,再吸收,代谢,血液循环白蛋白结合型游离型,吸收,靶器官(损害),器官组织(贮存),分布,肾,肺,分泌腺,排泄,图2-1 外源化学物在体内的动态过程,4,Absorption （吸收） Distribution（分布） Metabolism（新陈代谢） Excretion（排泄）,第一节 生物膜与生物转运,一、外源化学物的体内动态,5,二、生物膜和生物转运,生物膜,组成,脂质（包括磷脂、糖脂、胆固醇）,糖,蛋白质：结构蛋白、受体、酶、载体、 离子通道等,结构：液态镶嵌模型,功能,隔离功能:包绕和分隔内环境,生化反应和生命活动的场所,内外环境物质交换的屏障,第一节 生物膜与生物转运,6,二、生物膜和生物转运,生物转运,主动转运(active transport),被动转运,膜动转运(cytosis),简单扩散(simple diffusion),易化扩散(facilitated diffusion),滤过(filtration)和水溶扩散（aqueous diffusion）,吞噬作用（phagocytosis）,胞吐(exocytosis),第一节 生物膜与生物转运,7,1、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。2、简单扩散的相关内容：（1）定义：化学毒物从浓度较高的一侧向浓度较低的一侧经脂质双分子层进行扩散性转运。（2）特点：不需要膜蛋白的帮助，也不消耗ATP（三磷酸腺苷），只靠膜两侧保持一定的浓度差，通过扩散发生的物质转运。（3）影响简单扩散的因素： 膜两侧存在浓度梯度 化学毒物必须有脂溶性 化学毒物必须是非电离状态,二、生物膜和生物转运 这里，我们需要了解以下几个问题：,第一节 生物转运,8,二、生物膜和生物转运,3、易化扩散：（1）定义：又称载体扩散，其机制可能是膜蛋白上载体特异地与某种化学物结合后，其分子内部发生构型变化而形成适合该物质透过的通道而进入细胞。（2）只能按顺浓度方向转运，不需消耗能量。4、滤过：是水溶液物质随同水分子经生物膜的孔状结构而透过生物膜的过程。 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（up-hill 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。,12,6、膜动转运（1）定义：细胞与外界环境交换一些大分子物质的过程。（2）特点：在转运过程中生物膜结构发生变化，转运过程具有特异性，生物膜呈现主动选择性并消耗一定的能量。（3）膜动转运包括吞噬作用和胞吐。其中， 吞噬作用:将细胞表面的颗粒物转运入细胞的过程；胞吐：将颗粒物由细胞内运出的过程。,13,一、吸收 首先理解两个概念： 吸收（abosorption）: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。 首过效应（ first-pass effect ）: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，此即在胃肠道黏膜、肝、肺的首过效应。,第二节 毒物的吸收、分布和排泄,14,1、经胃肠道吸收：（1）简单扩散是外源化学物在胃肠道吸收的主要方式。（2）影响吸收的因素： 外源化学物本身的理化性质（脂溶性）；胃肠液的PH值；胃肠道内食物的量和质、肠内菌丛的影响 。如婴儿饮用含有高浓度硝酸盐的井水，由于pH值较高并存在某些菌种，可使硝酸盐还原成亚硝酸盐，导致高铁血红蛋白血症。,15,1、经胃肠道吸收,（3）一般的，有机酸在胃内主要呈非解离状态，脂溶性大，主要在胃和十二指肠内吸收；有机碱在胃内呈解离状态难以吸收，主要在小肠吸收。但由于小肠粘膜的吸收面积较大，即使是弱酸性药物在小肠内也有一定数量的吸收。（4）少数外源化学物，其化学结构或性质与体内所需的营养物质相似，也能通过主动转运进入机体。如：Pb可利用Ga的运载系统。,16,2、经呼吸道吸收： （1）经呼吸道吸收的外源化学物主要有各种气体、可挥发性固体或液体的蒸气、各种气溶胶以及较为细微的颗粒物质等。（2） 吸收部位：以肺吸收为主。（3）需要重视的是：在环境中即使空气中有害物质含量较低，每天也将有一定量的毒物通过呼吸道侵入人体。有些外源化学物可直接经肺静脉进入全身血液循环，并在全身组织器官分布，避免了肝脏的首过消除作用，因此毒性较强。 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,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。 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。,二、分布,19,1、毒物在体内的贮存： 首先，解释一下，贮存库的概念：进入血液中的外源化学物在某些器官组织蓄积而浓度较高，如果外源化学物对这些器官组织未显示明显的毒作用，称为贮存库。 毒理学意义（双重）:第一，对急性中毒具有保护作用，可减少靶器官中的化学毒物的量；第二，可能成为一种游离型化学毒物的来源，具有潜在的危害。,二、分布,20,（1）血浆蛋白质作为贮存库 血浆中各种蛋白均有结合其它化学物质的功能，尤其是白蛋白的结合量最高。 不同的化学毒物与血浆蛋白质结合的量不同。 化学毒物与血浆蛋白的结合是可逆的，其游离态与结合态之间维持动态平衡。,21,（1）血浆蛋白质作为贮存库,只有游离态的外源化学物才能通过毛细血管壁，转运到靶部位产生毒作用，而且浓度越大，毒作用强度越大。 结合状态的外源化学物由于分子质量增大，不能跨膜转运，暂无生物效应，不被代谢排泄，可延缓消除过程和延长化学毒物的毒作用。 此外，血浆蛋白的结合有竞争现象，结合率高的外源化学物可将结合率低的外源化学物从血浆蛋白的结合位点上置换出来。（解毒）,22,1、毒物在体内的贮存,（2）肝脏和肾脏作为贮存库； 肝脏和肾脏具有多种代谢、分泌、排泄、生物转化等方面的功能。很多毒物在肝脏进行生物转化和贮存。 迄今为止，已知世上有600余种化学毒物对肝脏有较强的亲和能力，因而能损害肝脏的细胞。,23,1、毒物在体内的贮存,（3）脂肪组织作为贮存库； 脂溶性有机物易于分布和蓄积在体脂内。 一般的，化学毒物对肥胖者的毒性要比消瘦者低。但当脂肪迅速动用时，可使血中浓度突然增高而引起中毒。,24,1、毒物在体内的贮存,（4）骨骼组织作为贮存库 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。 如铅对骨并无毒性，但骨氟增加可引起氟骨症。,25,二、分布,2、特殊的屏障：屏障是阻止或减少化学毒物由血液进入某种组织器官的一种生理保护机制。（1）血脑屏障(blood-brain barrier) 这是限制血和脑实质之间的物质自由交换的一个系统。血-脑屏障的解剖学和生理学基础是：第一：毛细血管结构与周围血管结构不同，其血管内皮细胞之间相互交接，不存在小孔。第二：脑部毛细血管周围间隙较其他部位血管周围间隙小，约为20mm，恰好为神经细胞间隙。,26,第三：约85%的脑毛细血管周围，有神经胶质细胞包绕。第四：脑部毛细血管的管腔为两层同心内皮细胞膜和细胞膜之间的一薄层细胞浆包绕，任何进入脑内的物质都必须经受细胞浆内各种酶的作用。 上述这些特点限制了通过毛细血管进入脑内物质的种类、大小和速度。 如：新生儿血脑屏障发育不全，通透性较高，容易被吗啡、铅等化学毒物攻击。,27,（2）胎盘屏障(placental barrier) 母体和胎儿进行的物质交换是由若干层结构相间隔的，这种间隔称为胎盘屏障，或称为胎盘膜。 胎盘对化学毒物的防御功能是有限的，特别是在妊娠早期、中期，胎盘屏障薄弱，一些有害物质病毒等就会侵入胎盘，进入胎体，引起胎儿发育异常，如畸形、大脑发育不全。,28,排泄（excretion）是外源化学物及其代谢产物向机体外转运的过程，是生物转运的最后一个环节。1、肾脏排泄： 肾小球过滤；肾小管重吸收；肾小管分泌2、肝胆排泄： （1）粪便排泄：