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1、,第三节 毒物动力学,（Toxicokinetics）,概述,1. 定义：毒物动力学是以速率论的观点出发，用数学模型分析和研究外源化学物数量在生物转运和转化过程中的动态变化规律。,教材61页,毒物动力学（toxicokinetics）是研究机体对化学毒物的作用（ADME过程）和靶器官中化学毒物或其活性代谢物的量。毒物效应动力学（toxicodynamics）研究在靶器官中化学毒物或其活性代谢物与大分子（靶分子）的作用，及其所引起的局部的或整体的毒性效应。,概述,2. 目的：有助于毒理学研究的设计（如剂量和染毒途径）；通过对暴露、时间依赖性的靶器官剂量与毒作用关系研究，解释毒作用机制；确定有关剂
2、量、分布、代谢和消除的参数，用以进行对人的危险性评价。,教材61页,（一）时量曲线,血浆毒物浓度随时间变化的动态过程，可用时量关系来表示。 在染毒后不同时间采血样，测定血毒物浓度，以血毒物浓度为纵坐标，时间为横坐标作图即为毒物浓度时间曲线（concentrationtime curve），简称时量曲线 。,时量曲线可定量的分析毒物的体内动态变化。毒物的ADME过程是同时进行的。时量曲线实际上是吸收、分布速率和消除速率的代数值。,非静注染毒的时量曲线可分为三个期：,潜伏期 （latent period )-染毒后到开始出现毒作用的一段时间，毒物的吸收和分布过程持续期 ( persistent p
3、eriod )-毒物持续有害浓度的时间，其长短与毒物的吸收及消除速率有关残留期 ( residual period )-体内毒物已降到有害浓度以下，但尚未从体内完全消除。残留期的长短与消除速率有关,静注染毒的时量曲线一般无潜伏期。,血毒物浓度,一、经典毒物动力学,基本理论：速率论和房室模型。基本思想：外源化学物的血液或血浆浓度与其组织中的浓度保持动态平衡，血浆浓度的变化可以反映组织中的浓度变化。研究的核心问题： 时间与毒物水平的关系时量曲线,教材61页,房室模型（compartment model）是用来描述毒物在体内的分布情况，房室模型是假设机体象房室，毒物进入体内可分布于房室中，由于分布速
4、率的快慢，可分为一室开放模型、二室开放模型或多室开放模型。,化学毒物内转运的速率过程分为一级、零级和非线性。,（一）基本概念,1、速率类型：按化学物在体内转运或转化的速率不同分：,（1）一级速率过程（first order rate process）概念：指毒物在机体内某一瞬间的变化速率与其瞬间含量的一次方呈正比。,公式： dc/dt=-KeC dc/dt 为毒物浓度随时间的变化率 Ke 为速率常数 C 为体内毒物浓度 多数毒物在体内过程符合一级速率过程。,特点*： 毒物任何时间的消除速率与毒物该时间在体内的量成正比。 血浆浓度的对数值对时间作图可得一直线。 毒物的半减期恒定，不因毒物本身数量
5、、染毒途径或方式而发生变化。 血浆和其他组织的毒物浓度以单位时间某恒定分值减少，即恒比衰减。,（2）零级速率过程( zero order rate process )概念：当化合物的量超过机体的转运能力时，它们的转运速度与其本身数量无关，即转运速度与化合物数量的零次方呈正比。,公式： dc/dt=-Ke 说明毒物在体内随时间变化速率过程与毒物浓度无关。部分需要载体转运或限速酶代谢的毒物的体内过程符合零级速率。,特点*： 血浆浓度对时间作为一直线； 毒物在任何时间的消除速率是一常数，为恒量衰减，半减期与体内毒物量无关； 毒物半减期随初始浓度或剂量增加而增加。,（3）非线性动力学（non-line
6、ar toxical kinetics）,非线性动力学是指外源化学物剂量较大，化学物在体内的某些过程不符合线性速度过程的要求，存在明显的非线性特征。当血毒物浓度很高时，毒物消除慢、血毒物浓度的变化相当于零级，为非线性动力学过程；当血毒物浓度较低时转为线性动力学过程。,具有非线性动力学特征的毒物，在重复染毒时血毒物浓度的增加与剂量增加不成正比关系，剂量增加，会使稳态血毒物浓度的增加超过按比例的增加量，毒性效应增强。,2、房室模型（compartment model） 是按照动力学的特点将机体分为若干部分，每个部分叫做房室，用以描述毒物在体内的分布状态，并因此推导出代谢动力学的有关参数和数学方程。
7、,说明：房室不是具备解剖学位置或生理学功能的概念。是指在动力学上相互之间难以区分，转运、转化性能相近的组织、器官和体液。凡是转运、转化相似者均可以视为一个房室。 由于分布速率的快慢，可分为一室开放模型、二室开放模型或多室开放模型。,当毒物吸收入血循环后，立即均匀分布到全身体液和各组织器官中，迅速达到动态平衡，将整个机体视为一个房室，称为一室开放模型。以一室模型处置的化学毒物从机体消除通常符合一级动力学。,（1） 一室开放模型（open one compartment model）,一室开放模型时量曲线：,（2） 二室开放模型（open two compartment model） 当毒物在体内
8、组织器官中分布速率不同，毒物先进入中央室，然后较缓慢地进入周边室。中央室和周边室之间的转运是可逆的，达到动态平衡时，两室间的转运速率相等。,二室开放模型时量曲线 iv：时量曲线在半对数坐标上表现为二项指数衰减曲线。前段下降迅速，反应毒物从中央室向周边室分布过程，称为分布相、快相；后段曲线下降趋缓，反应毒物消除过程，称为消除相或慢相。,非iv：分布相可部分或全部被上升趋势的吸收相遮盖，此时与一房室曲线类似。,多房室模型由一个中央室和若干个周边室相互连接而成。-中央室多由血液及供血丰富、血流通畅的组织、脏器组成，如细胞外液、心、肝、肾、腺体等。-周边室则由供血量少、血流缓慢或化学物不易通过的脏器如
9、静止状态的肌肉、脂肪、骨、皮肤。,封闭式模型 如化学物进入机体后仅在各房室间转运、而从不从机体排泄或代谢转化的，称为封闭式模型开放式模型 如毒物以各种途径、不可逆地从机体排泄或经历代谢过程的，称为开放式模型，大多数毒物符合开放式模型。,多次染毒的时量曲线,一次接触毒物，每经过一个半减期，体内毒物量下降至原有量的一半，经5个t1/2可消除96%以上，可认为是基本消除；每隔一个半减期染毒一次，约5个半减期可达到稳态浓度。,（三）基本参数,1. 半减期（half life，t1/2） 指外源化学物的血浆浓度下降一半所需的时间，它是表示毒物消除速度的参数。（单位：min、hr、d ）,t1/2短，说明
10、毒物消除迅速，不易蓄积中毒。,2. 曲线下面积（area under curve，AUC） 指时量曲线下覆盖的总面积，或指毒物从在血浆中出现至完全消除为止这一过程内曲线下覆盖的总面积。是反应机体消除能力大小的参数。（单位为 mg L h-1 ）,3. 表观分布容积（apparent volume of distribution，Vd） 指在体内达到动态平衡时，根据体内毒物量（D）与血毒物浓度 （C）的比值，表示毒物以血毒物浓度计算应占有的体液容积，（单位用L 或Lkg表示）。,VdD（体内毒物量）C（血毒物浓度），VdD0（静注毒物量）C0（零时毒物浓度）,4. 消除速率常数（eliminat
11、ion constant，Ke） 表示体内消除毒物的快慢，可以单位时间内体内毒物被消除的百分率表示（单位为h-1 ） 。 Ke值大，说明消除速率快。,5. 清除率（clearance，CL） 清除率是指在单位时间内，从体内清除表观分布容积的部分，即单位时间血中毒物清除量，单位为L/h或L/(hkg)。 按清除途径不同，可有肾清除率（CLr）、肝清除率（CLh）。血浆清除率则是肾和肝清除率的总和。,CLVdKe 或 CLDAUC,6. 生物利用度（bioavailability，F） 又称生物有效度。是指毒物被机体吸收利用的程度。经口生物利用度指经口染毒的AUC与该毒物静注后的AUC的比值，以经
12、口吸收百分率表示。,F（AUCpoAUCiv）100,7. 房室概念 房室模型是按照动力学的特点将机体分为若干部分，每个部分叫做房室，用以描述毒物在体内的分布状态，并因此推导出代谢动力学的有关参数和数学方程。,t1/2=0.693/Ke,AUC=C0/Ke,二、生理毒物动力学模型,教材65页,physiological toxicokinetics；physiologically based toxicokinetics，PBTK,房室模型的缺点: 组成模型的基本单位“房室”，仅仅是一个数学上的抽象概念，缺乏实际的解剖学、生理学意义。 生理毒物动力学模型基于以下的思路：毒物的理化性质；机体的生理、生化状态。,以“生理学室”代替经典模型中的隔室，这些“生理学室”分别代表与毒物体内分布有关系的单个或多个脏器、组织或体液。房室之间经体液循环联系。 根据质量平衡关系，按模型建立速度方程，对方程进行求解，得出各个组织或器官的毒物浓度与时间的关系。,将毒物体内过程同一些生理、生化参数之间建立数学联系，有助于阐明毒物体内过程。预测在靶组织中毒物原型或其活性代谢物的剂量。,毒物动力学 时量曲线 毒物动力学参数各自代表意义 一级消除动力学特征 零级消除动力学特征 房室模型,复习,
