第五章--影响药物吸收的生理因素(共17页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上第五章 影响药物吸收的生理因素体内药物的吸收取决以下三方面:药物的理化性质;药物的特性;药物的吸收部位的构造和生理功能。它们在制剂生产和生物药剂学评价中非常重要(第六章)。本章重点讲述的是药物在体内药物吸收的生理因素的影响。药物在吸收过程中的生理和病理因素,对药物的选择以及避免可能的药物与药物、药物与食物之间的相互作用是非常重要的。1.细胞膜的性质 在药物吸收过程中,药物分子必须从吸收部位穿过一层或更多的细胞膜进入体循环。药物从吸收部位进入体循环的透过能力与药物的分子结构和细胞膜的物理和生化性质有关。药物必须透过细胞膜才能从吸收部位进入细胞。胞内转运吸收是药物穿过细胞
2、膜的一种方式。一些极性分子不能穿过细胞膜,但是能透过细胞间隙,这种透过方式被称为胞间转运吸收。图5-1描述了这两种方式的不同之处。有些药物可能是通过一种或多种的混合方式被吸收的。细胞膜是细胞的一种重要结构,它把包围整个细胞(血浆原生质膜),并且起到细胞和组织间液的边界作用。此外,细胞膜包裹绝大多数的细胞内器官(例如,线粒体)。从功能上来说,细胞膜是对分子的透过是一种选择性的屏障。细胞膜是半透膜,水、一些小分子和脂溶性分子能透过,但如蛋白质和结合了蛋白质的药物这些带大量电荷的分子和大分子量的物质是不能够透过。图51 小肠上皮细胞转运载体。长方形和椭圆形分别代表主动转运和促进转运载体。主动转运载体
3、的同向箭头表示物质的同向转运力。胞内转运吸收;胞间转运;小肠上皮细胞;刷状膜侧;基膜侧;钠/氨基酸;氨基酸;钠离子,氯离子/氨基酸;氢离子/寡肽;钠离子/D葡萄糖;D果糖;氢离子/乳酸;碳酸根离子;一元羧酸;钠离子/磷酸;钠离子/胆汁;氢离子/硝酸;碳酸氢根/硝酸;氢氧根离子/叶酸;胆碱;糖蛋白;钠泵;己糖;钾泵。药物的跨膜转运受到细胞膜的组成与结构的影响。细胞膜一般是很薄,大约70100埃。细胞膜主要由磷脂、散布的糖和双层蛋白质所组成。人们提出了膜结构的一些假说。1952年Davson与Danielli最开始提出了脂质双分子层理论,认为细胞膜是磷脂质双分子层结构构成,蛋白质分布在其两侧,脂质
4、分子的亲水基分布在膜的外侧,疏水基排列在膜内部。脂质双分子层假说解释了为什么脂溶性药物分子比极性药物分子更容易透过细胞膜,但并不能解释为什么水、小分子如尿素和带电离子可以透过细胞膜。1972年Singer和Nicolson提出了液态镶嵌模型,解释了极性分子的胞间转运。根据此模型,双层脂质膜为基质,球形蛋白镶嵌其中,这些球形蛋白是一些极性分子和带电离子的透过脂质屏障的选择性通道。如图52所示,跨膜转运蛋白交互分布在整个生物膜上,根据对毛细管膜转运的研究(1990,Pratt与Taylor),得出生物膜上有10nm和5070nm的两种小孔,水分子、离子、溶质分子如尿素等从这些小孔透过细胞膜。图52
5、,质膜的模型组成包括蛋白、糖类和脂类。膜内在蛋白质嵌入在质膜中,膜周边蛋白质仅仅结合在膜表面。糖类由单糖和多糖以链状结合而成,它与蛋白结合称之为糖蛋白,与脂质结合称之为糖脂。膜的不对称存在以下几个方面。糖类多分布于外表面,膜周边蛋白质多分布于细胞质侧或内表面。双层的脂质膜由具有不同特征的不许多种类的脂质分子组成。更为重要的是,每一类膜内在蛋白质具有确定的转运方向,它所对应的分子同样如此。2. 药物的跨膜转运2.1被动扩散被动扩散指的是物质从膜的高浓度向低浓度一侧的自发转运过程,此过程因为不需外部能量所以是被动的。图5-3描述了药物分子往返透过生物膜。当膜两侧药物分子浓度相等,往返的药物分子会达
6、到平衡,则药物的净转运为零。当膜一侧药物浓度较高,在任何给定时间,该侧药物分子进入的就比出来的多,结果药物分子从高浓度一侧转运到了另一侧,如图大箭头所示。这种转运的速度被称为流速,由矢量表示。分子自然的会向各个方向运动,因为由分子具有动能并且在空间彼此碰撞。图5-3仅描述了分子向左和向右的运动,因为向其它方向的运动分子受器壁的限制而不能影响浓度改变。大多数药物是通过被动扩散被吸收的。被动扩散的驱动力来自于药物在黏膜侧相对于在血液中的高浓度。根据Ficks扩散定律,药物分子从高浓度一侧扩散至低浓度一侧的速度表示如下:dQ/dt= DAK/h (CGI-CP) (5.1)式中:dQ/dt为扩散速度
7、;D为扩散常数;K 为油水分配系数;A为膜表面积;h为膜厚度;CGI-CP是药物在胃肠道和血浆中的浓度差因为药物在进入血液后,很快分布在较大容积中,与吸收部位相比血液中的药物浓度很低。例如,药物常给予数毫克的剂量,然而血浆中的药物浓度经常在g/ml或ng/ml的数量级范围内。如果是口服给药,CGICP,存在一个较高的浓度梯度,使药物从胃肠道中扩散至血浆中。根据Ficks扩散定律,影响药物被动扩散的还有另外一些因素。例如,药物的脂溶性大小可会影响药物的吸收。油水分配系数K代表的是药物在油相和水相间的分配,脂溶性大的药物其K值也大。膜的表面积也影响吸收的速度,药物可以从胃肠道的大部分表面被吸收。但
8、在小肠的十二指肠部位存在药物的最大吸收,这是因为具有很大表面积的绒毛和微绒毛,而这些绒毛在胃肠道的其它部位较少。在一定的吸收部位,假想膜的厚度h是常数。与药在脑中毛细血管细胞膜的扩散相比,药物在其他部位毛细血管细胞膜的扩散较快。脑部毛细血管和神经胶质紧密结合,像有一层厚的脂膜,使得药物缓慢扩散进脑中。血脑屏障指的就是水溶性分子通过毛细血管细胞膜进入脑的较差的扩散性。但在某些疾病状态下,这些细胞膜可能被破坏,而使药物容易透过。扩散系数D对一种药物来说是一个常数,是当浓度梯度一定时单位时间通过单位面积膜的药物的量。D的量纲是面积每时间单位,例如cm2/sec。因为一定的吸收过程中D,A,K和h都是
9、常数,组合常数或渗透系数P可以定义为: P=DAK/h (5.2)在公式5.1中,药物在血浆中的浓度CP与在胃肠道中的浓度CGI相比非常小。若忽略CP,并且将P带入到公式5.1中,便能得到如下关系式:dQ/dt= P(CGI) (5.3)公式5.3是一级吸收速率表达式。实际上,大部分药物的血管外吸收都是一级吸收过程,而且由于CP 和CGI之间较大的浓度差,药物吸收速度一般要比消除速度快。许多药物既有亲水基团,又有亲油的基团。脂溶性大的药物比脂溶性小或水溶性大的药物更易透过细胞膜。对于弱电解质的药物,如弱酸、弱碱,离子化程度影响药物转运。离子化药物带有电荷更溶于水,而非离子化药物脂溶性更大。弱电
10、解质的离子化程度取决于药物的pKa和溶液的pH。Henderson和Hasselbalch用如下表达式描述了弱酸或弱碱的离子化程度与pKa、pH之间的关系。对于弱酸 盐/酸=(A-)/(HA)=10(pH-pKa) (5.4)对于弱碱 碱/盐=(RNH2)/(RNH3+)=10(pH-pKa) (5.5)根据公式5.4和5.5,若已知药物的pKa,在给定pH的情况下,可以求出游离型与解离型药物的比例。例如,血浆pH为7.4,水杨酸(pKa3.0)大部分以解离型的形式存在,如下所示。盐/酸=10(7.4-3.0) log(盐)/(酸)=7.4-3.0=4.4 盐/酸=2.51104假设药物分配只
11、受Ficks扩散定律的影响,那么药物在膜两侧达到平衡时的浓度应相等。对于非电解质或非解离型的药物,平衡时在膜两侧的浓度相等,但对于电解质或可电离的药物,当膜两侧的介质pH不同时,在平衡时膜两侧的药物浓度不同。例如,水杨酸(pka3.4)在胃液中(pH1.2)的浓度与在血浆中(pH7.4)的浓度不同。(图54)图54,口服弱电解质药物的分配模型根据Henderson-Hasselbalch公式,水杨酸在pH7.4和pH1.2下将以如下比例存在:在血浆中(pH7.4) (RCOO-)/(RCOOH)=2.51104在胃液中(pH1.2) (RCOO-)/(RCOOH)=10(1.2-3.0)=1.
12、5810-2在不同pH下,水杨酸在膜两侧总浓度见表5.1。因此pH影响水杨酸(RCOOH)和水杨酸盐(RCOO-)的透膜分布。假定RCOOH可以自由透过细胞膜,而RCOO-不能透过细胞膜,在这种情况下,水杨酸分配平衡时在血浆中的浓度比在胃液中的浓度高出约25000倍(表5.1)。根据公式5.5,同样可以计算的弱碱的分配比率。表5.1 水杨酸在不同pH下的相对浓度药物胃液(ph1.2)血浆(ph7.4)RCOOH1.00001RCOO-0.015825100药物总浓度1.015825101根据pH分配假说,假如细胞膜两侧的pH不同,那么(1)弱酸或弱碱药物在各自膜的一侧发生不同程度的解离;(2)
13、膜两侧总的药物浓度(包括电离和未电离的)不相等;(3)解离程度高一侧总的的药物浓度高。因此弱酸性药物如水杨酸在胃中(pH1.2)吸收很快,而弱碱性药物如奎尼丁在胃中吸收很慢。影响药物在膜两侧浓度的另一个因素是药物对组织的特殊亲和力。这种亲和力能够阻碍药物在膜两侧的自由扩散。例如,药物可能与血浆或组织蛋白结合,这些药物-蛋白结合体多见于双香豆素类、磺胺类药物等。 而且,像氯丹这种脂溶性杀虫剂可溶解在脂肪组织中。另外,四环素类的药物可与骨骼与牙齿中的钙形成复合物。最终由于主动转运过程或特定的吸收过程,使药物在组织中蓄积。这些过程已经被甲状腺中的碘化物、细胞浆中的钾以及肾上腺素存储位点的儿茶酚胺的蓄
14、积所证明。2.2载体转运理论上脂溶性药物能通过细胞或分布在细胞周围。对小分子量的脂溶性药物,脂质细胞膜不会成为药物扩散和吸收的屏障。分子量小于500MW的药物可以经胞间转运被吸收。人们研究了体内大量的载体转运系统,尤其是胃肠道的离子和人体所需营养物质的吸收中的载体转运系统。2.2.1主动转运主动转运是载体介导的跨膜转运,它在药物在胃肠道的吸收、药物及其代谢产物在肾脏和胆汁的排泄过程中起着重要作用。少数和生理代谢产物相似的脂溶性药物以主动转运的方式在胃肠道中被吸收。主动转运的一个特点是逆浓度梯度转运,即从低浓度一侧向高浓度一侧转运,因此,此过程消耗能量。另外,主动转运需要载体,载体与药物形成复合
15、物并穿过细胞膜,在膜的另一侧解离释放药物(图55)。图55 载体转运示意过程 胃肠道 小肠上皮细胞 血液 药物 载体 复合物载体对药物分子具有高选择性。与发生主动转运的底物在结构上相似药物,很可能以相同的载体转运机制被转运。因此结构相似的药物会互相竞争载体上的结合位点,又由于可利用的载体数量是一定的,如果药物的浓度很高,载体上的结合位点就被饱和。图5.6比较了药物吸收速度和药物在吸收部位浓度的关系。由图注意到,被动扩散的药物吸收速度与药物浓度呈线性关系。相反,载体转运的药物,药物吸收速度随其浓度的增加而增加直到载体分子被完全饱和。当药物浓度过高时,药物吸收速度保持为一常数不便。2.2.2. 促
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