外来化合物的体内过程和代谢试验.ppt

1、第二章 外来化合物的体内过程和代谢试验,第一节 生物转运,一、生物转运机理,简单扩散(simple diffusion) 外来化合物由生物膜的分子浓度较高的一侧向浓度较低一侧扩散的过程。,特点：不需要消耗能量，外来化合物与膜不发生化学反应，生物膜不具有主动性。 影响因素：浓度梯度、脂溶性、解离状态,2 载体扩散 不易溶于脂质的外来化合物，利用载体由高浓度向低浓度处移动的过程。也可称为易化扩散或促进扩散（facilitated diffusion)。,其主要特点是：转运过程需要载体参加，但不消耗代谢能量；生物膜具有一定主动性或选择性,例：水溶性葡萄糖由胃肠道进入血液、由血浆进入红细胞并由血液进入

2、神经组织都是通过载体扩散。,3主动转运（active transport) 外来化合物透过生物膜由低浓度处向高浓度处移动的过程。,其主要特点是：可逆浓度梯度转运，故消耗一定的代谢能量；转运过程需要载体参加。载体既然是生物膜的组成成分，故有饱和性。主动转运有一定的选择性。如果两种化合物基本结构相似，在生物转运过程中又需要同一转运系统，两种化合物之间可出现竞争，并产生竞争抑制。,4 滤过(filtration) 滤过是外来化合物透过生物膜上亲水性孔道的过程。,孔道直径：一般 0.44nm; 如小肠上皮细胞，0.4nm; 肾小球710nm,凡不溶于脂质，分子直径小于亲水性孔道的物质，可随水分子滤过。

3、,5 胞饮和吞噬 液体或固体外来化合物被伸出的生物膜包围，然后将被包围的液滴或较大颗粒并入细胞内，达到转运的目的，前者称为胞饮（pinocytosis)，后者称为吞噬(phagocytosis)。,机体内外来异物的消除，例如白细胞吞噬微生物，肝脏网状内皮细胞对有毒异物的消除都与此有关。,二、吸收,1 概念 吸收是外来化合物经过各种途径透过机体的生物膜进入血液的过程。,2 吸收途径1）消化道吸收及影响因素胃肠道中pH值外来化合物的溶解度和分散度脂水分配系数胃肠蠕动和胃肠道内容物,2）皮肤吸收及影响因素化学物浓度、脂溶性、分子量大小皮肤角质层厚度、接触部位与面积气象条件、劳动强度3）呼吸道吸收毒物

4、状态颗粒大小与吸收部位,3）呼吸道吸收溶解度与分子量肺的通气量和血流量血气分配系数,三、分布,1 概念 分布是外来化合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细胞的过程。,2 影响分布的主要因素1）外来化合物与血浆蛋白结合 阴离子价越高，与血浆蛋白结合力越强血浆蛋白减少时，与毒物的结合力降低小儿血浆蛋白与毒物的结合力远小于成人,2）外来化合物与其他组织成分结合 多种蛋白质、粘多糖、核蛋白、磷脂等,如：铅 骨骼 镉 肾 DDT、六六六 脂肪组织,4）体内屏障（barrier) 胎盘屏障、血脑屏障、血眼屏障、乳腺屏障，等,3）贮库和靶器官某些外来化合物对脂肪、骨骼等组

5、织具有特殊亲和力和专一性，并在这些组织浓集，形成所谓贮库和靶器官。,四、排泄,1 概念 排泄是外来化合物及其代谢产物向机体外转运的过程 。,2 主要排泄途径1）随同尿液经肾脏排泄,经肾小球滤过后进入肾小管的物质有两条去路：,1）随同尿液经肾脏排泄主要排泄机理：肾小球滤过、肾小球简单扩扩散、肾小管主动转运、 肾小管分泌,2）经肝脏随胆汁排泄,随同胆汁进入肠道的系统有两条去路：,2）经肝脏随胆汁排泄毒物经肝脏实质细胞进入胆汁的主要方式：主动转运，并有最少有三种转运系统：,有机酸类和胆红素有机碱类中性有机物,还可能有一种转运系统： 负责金属转运排泄,第二节 生物转化,一、生物转化的概念,外来化合物在

6、体内经过一系列生物化学变化，形成其衍生物以及分解产物的过程称为生物转化，或称为代谢转化。,一、生物转化的概念,生物转化的场所：几乎遍布全身；最主要的是肝脏。,二、生物转化的主要反映类型,外来化合物的生物转化过程主要包括四种反应类型，即： 氧化反应、还原反应、水解反应、结合反应,(1)氧化、还原和水解反应是生物转化第一阶段的反应（也称相反应）。 (2)结合反应是第二阶段的反应（也称相反应）。,三、生物转化的特点,1 反应的连续性例：阿斯匹林（乙酰水杨酸）水解羟化,2 反应类型多样性,3 解毒与致毒的两重性1）同一类型反应发生在不同物质，后果不同2）同一类型反应发生在同一底物的不同部位，后果不同,

7、四、影响生物转化的因素,1 毒物对代谢酶的抑制和诱导作用。 抑制是一种外来化合物使另一种化学物质的代谢酶系活力降低，使有关化学物的生物转化过程变慢，以致延缓体内消除。 诱导是一种外来化合物使另一种化学物代谢酶活力增强，并因此促进另一化学物的生物转化过程，这种现象称为代谢酶诱导。诱导现象的发生主要通过肝微粒体酶活力增强。 2 影响毒物代谢的种属差异和个体差异,第三节 外来化合物的蓄积作用,一、蓄积性的概念,如果一种外来化合物反复多次进入机体而且其前此进入剂量尚未完全消除，后一次剂量又已进入，以致这一化学物质在体内的总量不断增加，此种现象即称为蓄积，外来化合物的这种性质称为蓄积性。,1） 物质蓄积

8、：即量的蓄积，指当前后两次剂量之间的时间间隔不足以使前次剂量转化和排泄完毕，后次剂量又进入体内，此时体内总剂量便是前次剩余剂量和后次剂量总和，如此反复，使体内毒物蓄积量逐渐增加，导致机体出现中毒效应。 2)功能蓄积：机体受到毒物损害作用时其修复（如酶的复活、再生、细胞的修补等等）也需要时间，倘若前次剂量造成的损害尚未完全修复，后次剂量又进入体内，则损害程度也逐渐加重。如此反复，也导致机体出现中毒效应。,二、 生物半减期及测定 生物半减期指进入机体的外来化合物由体内消除一半所需的时间（以T12表示）。,测定时，可将被检物由静脉注入，然后按一定时间间隔，连续多次测定该物质在血液中浓度。一般外来化合

9、物在血液中浓度的下降速度是先快后慢，其在血液浓度的对数值与时间成直线关系，可在图上根据浓度降低一半找出其对应的时间，即为血液浓度的生物半减期。,三、蓄积率及测定 指在一定期间内，外来化合物在机体内的蓄积量与同一期间进入机体总量的百分比。 蓄积率越高，表明该化学物质蓄积性越大。,测定时，可用两群条件一致的动物，第一群动物（蓄积群）在一定期间先每日给予一定剂量被检化学物质，但动物不能发生死亡，经一定时间给予一定剂量后，与第二群动物（对照群）同时分别测定该被检物的LD50。,四、蓄积系数与蓄积性毒性试验,LD50(n) K LD50(1),（一）蓄积系数的概念：是指达到同一效应（如ED50或LD50

10、）分次给予实验动物所需外来化合物总剂量（以LD50(n)表示）与一次给予所需剂量（以LD50(1)表示）之比，以K表示。 即：,K值越大，蓄积性越弱，反之，K值越小蓄积性越强。,1K3： 明显蓄积 3K5： 中等蓄积 K5： 轻度蓄积,K1： 高度蓄积,（二）蓄积性毒性试验,1 固定剂量法 1）按常规方法测出受试化学物质的LD50；2）再取一批条件相同的实验动物，分成两组，20只组左右，一组为试验组，另一组为对照组，雌雄分别进行。 3）每日以一定剂量受试物灌胃，可在1 20150 LD50之间选择剂量，由于剂量固定，每日应根据体重调整灌胃量。,4）同时每日观察和记录实验组动物的累积死亡数，直至

11、 累积死亡数达实验动物总数一半为止， 计算累积总接触剂量。按公式：,5）若接触剂量已累积达五倍LD50，而受试动物死亡仍未达到半数，也可终止试验，并作出K5的结论。,LD50(n) K LD50(1),2 定期递增剂量法 1）在测出受试物LD50后，同上法选择条件相同的试验动物，分成对照组与接触组，每组动物亦20只左右，雌雄分别进行。2）试验开始时的最初4天，每天给予动物110LD50的剂量然后以四天为一期，每期的每日剂 量递增为前一期每日剂量的1.5倍。 3）直到有半数动物死亡或累积剂量达到LD50的5倍为止。,如按上述剂量递增，到第20天，累计剂量即可达到LD50的5.3倍。此法时间最长一

12、般不超过28天。其余K值计算 和蓄积系数评定与前述方法相同。,五、 耐受性 在某些情况下，某一外来化合物反复作用于机体后，有时本来可以引起机体呈现一定效应的剂量，却不再能引起效应，必须加大剂量才能使机体呈现预期的效应。此种现象即机体对这一化学物质的耐受性或称习惯性。,第四节 毒物动力学,一、基本概念,1 毒物动力学（toxicokinetics） 是利用数学方法研究外来化合物进入机体的生物转化和生物转运随时间变化的规律和过程。,2 室（compartment）： 它是毒物动力学数学模型，其含义是假设机体是由一个或多个室组成，室为有界的空间，外来化学物随时间变化在其中运动，它不代表解剖学部位、器

13、官或生理学功能单位，而是理论的机体容积。,3速率过程（rate process） 一级速率过程 表明化学物质在机体内随时间变化过程与化合物浓度成正比,即： dcdt=KC 零级速率过程 表明化合物在机体内随时间变化过程与浓度无关，即： dcdt=K,二、一室模型整体理论数学模型,此学说认为：金属毒物在体内的蓄积量决定于该金属在体内的吸收量（摄入量吸收率）及其由体内的排泄率，其中排泄率的高低取决于该物质生物半减期的长短。而体内蓄积量在每日吸收量与生物半减期两个因素的制约下，不可能无限增加，在一定情况下将达到一极限值，即所谓最大蓄积量。,2、 蓄积性具有以下特点： （1）在每次摄入毒物剂量相同的条

14、件下，稳态时体内毒物平均蓄积量随每次摄入量（。）的增加而增加。 （2）在每次摄入毒物剂量相同的条件下，稳态时体内毒物平均蓄积量随摄入时间间隔的加大而减小。 （3）在每次摄入毒物剂量相同，时间间隔相同的条件下，不同外来化合物在体内达到稳态时的平均蓄积量与其生物半减期成正比，因而可以用生物半减期作为外来化合物蓄积性的量度。,1、公式： 稳态时，体内的毒物的平均蓄积量A平均可由下式定义： A平均1.44。T12,3、例 某地渔民每日食鱼567克，鱼中甲基汞含量为2mgKg，甲基汞的吸收率接近100， 甲基汞在人体内生物半减期约为70天，其中毒阈剂量为100mg人，问此地渔民是否会出现汞中毒？,解:

15、由已知， 。2（5671000）1001.134mg A平均1.441.13470=114.31mg 由计算结果得知，人体最大平均蓄积量为114.31mg，超过中毒阈剂量，故有发生蓄积中毒的可能。,那么，此地渔民从开始进食该鱼后，大约需经多长时间才可能出现中毒效应呢？为此，我们还需要进一步研究体内蓄积量达到中毒阈剂量所需的时间问题。,如前所述,第n次摄入毒物后的时间间隔内，体内平均蓄积量可由下式定义： An平均（0Andt） 将（7）式从0范围内取定积分得： 0Andt0 （1-e-nK）k An平均0 （1-e-nK）k（12）,将（10）式代入（12）式得：An平均A平均（1-e-nK）

16、令fAn平均A平均 ，表示第n次摄入毒物后的时间间隔内，体内毒物平均蓄积量（An平均）占稳态时平均蓄积量（A平均）的分数，则：e-nK1-f，两边同时取常用对数得： -nk2.303lg(1-f), 又Kln2T12 所以， n=-3.32 T12lg(1-f) （13） 式（13）中，若以f表示某物质的中毒阈剂量与稳态时体内最大平均蓄积量之比，则n即为出现中毒效应所出现的时间。 由此可知，上例中发生中毒症状所需时间为： n=-3.3270 lg(1- 100114.31)209.73天 即该地渔民食入此鱼后约210天将发生汞中毒。,三、二室模型,K12：化合物从室向室的分布常数 K21：化合

17、物从室向室反分布常数 K10：化合物从室消除的速率常数,四、非线性动力学,第五节 代谢试验,一、代谢试验的目的,是阐明外来化合物在体内吸收、分布、排泄等生物转运过程和其转变为代谢物的生物转化过程。 通过代谢试验可以阐明下列情况： 1）外来化合物在体内吸收、分布、排泄的速度和程度、蓄积的程度和主要蓄积器官，同时也 可发现可能存在的靶器官。 2）外来化合物在机体内可能的代谢产物，并对其毒性作用初步了解。 3）代谢试验的结果还可提供某些外来化合物的代谢动力学参数，掌握毒物动力学全部情况后，可对其毒性作出初步估计。,二、代谢试验的方法,1、实验动物与染毒剂量 可选用雌雄两性大鼠或小鼠 ，按两个剂量考虑： （1）相当于引起中毒的剂量 （2）参照人体实际接触的剂量,二、代谢试验的方法,2、受试物给予方式（1）是静脉注射，可对受试物的分布和排泄情况有较为直接明确的了解；（2）是采用人体实际接触的方式，在食品毒理学中，主要是经口方式，多采用灌胃或将 被检物混入饲料，以便了解吸收过程的实际情况。,三、代谢试验的内容,1测定受试物在血浆中的含量或浓度 2测定受试物在胃肠中吸收情况 3测定受试物在主要器官中分布情况及主要浓集器官 4测定受试物通过尿、粪、和胆汁的排泄情况 5受试外来化合物在体内生物转化情况,