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1、第二章 外源化学物在体内的生物转运生物工程教研室 2009. 81 1内容概要第一节食品中外源化学物质的来源第二节 生物膜和生物转运第三节 吸 收 第四节 分 布第五节 排 泄2 2第一节 食品中外源化学物质的来源l根据其来源分为四大类：l天然毒物l衍生物：食物在贮放和加工烹 调过程中产生的l污染物：外来l添加剂：外来3 3l一、天然毒物l（一）植物性有害物质 l功能团，如植物酚类；l生理作用物质，如胆碱酯酶抑制剂或活 化剂；l毒素的前体，如生氰甙；l致癌物，如苏铁素；l抗营养物，如黄豆中的外源凝集素（ lectins）。 4 4l一、天然毒物l（二）动物性有害物质l本身无毒的；l有的时候有毒
2、的（条件性有毒）；l本身有毒的，如河豚鱼。 第一节 食品中外源化学物质的来源5 5l二、衍生毒物（derived toxicants） l食品在制造、加工（包括烹调）或贮放过 程中化学反应或酶反应形成的（或潜在） 有毒物质l三、污染物l生物学污染物和化学污染物l四、食品添加剂第一节 食品中外源化学物质的来源6 6Absorption A Distribution D Metabolism M Excretion E第二节第二节 生物膜和生物转运生物膜和生物转运一、外源化学物的体内动态7 7qualitative research（定性研究）A、D、M、E及过程quantitative rese
3、arch（定量研究）用数学的方法研究体内外源化学物质浓度变化的规律，（毒动学参parameter ） 毒动学8 8biotransportation （生物转运 ）外源化学物质 位置变化。（A、D、E、）biotransformation （生物转化） 外源化学物质 化学结构变化。（M）体内体内9 9Toxicokinetics (毒物动力学 )Toxicodynamics (毒物效应动力学)一、外源化学物的体内动态第一节第一节 生物膜和生物转运生物膜和生物转运1010Transmembrane substancestransport？1111第二节 生物膜和生物转运一、外源化学物的体内动态外
4、源 化学物接触皮肤皮肤肺肺消化道消化道粪粪接触 排泄肝肝吸收 再吸收胆汁胆汁代谢血液循环血液循环白蛋白结合型白蛋白结合型游离型游离型吸收靶器官靶器官( (损害损害) )器官组织器官组织( (贮存贮存) )分布肾肾肺肺分泌腺分泌腺尿尿呼气呼气乳汁、汗乳汁、汗排泄图3-1 外源化学物在体内的动态过程1212二、生物膜和生物转运 （一）生物膜印象脂质双分子层第二节第二节 生物膜和生物转运生物膜和生物转运1313（一）生物膜印象生生 物物 膜膜组成脂质糖蛋白质：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生化反应和生命活动的场所内外环境物质交换的屏障第二节第二节 生物膜和生物转运
5、生物膜和生物转运1414（二）跨膜转运跨膜转运主动转运(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)胞吞(endocytosis),胞饮 (pinocytosis) 胞吐(exocytosis)第二节第二节 生物膜和生物转运生物膜和生物转运15151.被动转运（下山转运）特点：（1）顺浓度差转运（2）不耗能 简单扩散简单扩散 又称脂溶扩散又称脂溶扩散 滤滤 过过 又称水溶扩散又称水溶扩散 易化扩散易化扩散 又称载体转运又称载体转运1616？tra
6、nsmembrane transportation1）膜两侧化学物质浓度差2）通透性: 脂溶性/离子障易跨膜脂溶性 解离度小 极性低1717（1）简单扩散（lipid diffusion） （脂溶扩散）：大 多数外源化学物质是通过该方式 转运。影响因素：膜两侧浓度差：外源化学物 质在脂质膜的一侧浓度越高，扩散速度越 快，当膜两侧浓度相同时，扩散即停止。 1818Permeable amount（通透量）（C1 C2）膜面积通透系数膜厚度R=AD(C1-C2)/X影响因素： 外源化学物质的脂溶性： 外源化学物质的脂溶性用脂水分配系数 表示，分配系数越大，物质扩散就越快。 1919影响因素： 外源
7、化学物质的解离度 ： 非解离型外源化学物质因其脂溶性大，才 能溶入脂质膜中，易于通过生物膜 。外源化学物质的pKa及所在环境的pH。 决定外源化学物质的解离度。K2(pK2)2020Henderson-Hasselbalch EquationWeak acidic weak basic HA H+ + A- BH+ H+ + BKa = H+A-/HA Ka = H+B/BH+1/Ka = HA/H+ A- 1/Ka = BH+/H+B pKa = pH - logA-/HA pKa=pH-logB/BH+pHpKa=logA-/HA pKa pH=logBH+/Bwhen pH = pKa,
8、 A- = HA B = BH+2121pHpKa= log A- / HAweak acid (弱酸)Handerson-Hasselbalch equation10 pH-pKa = A- / HAHA = H+ + A- Ka = H+ A- / HA（解离常数）pKa： Ka 的负对数pH：H+浓度负对数2222BH+=H+ + B Ka =H+B/BH+weak base (弱碱)-pKa-pH=logBH+/B10 pKa-pH=BH+/B2323膜两侧不同膜两侧不同pHpH状态，弱酸弱碱物质被动状态，弱酸弱碱物质被动 运转达平衡时，膜两侧浓度比较：运转达平衡时，膜两侧浓度比较：
9、例：某弱酸性物 pKa=5.4分子型 离子型 药物总量（分子型+离子型）血浆血浆 pH=7.4pH=7.4胃液胃液 pH=1.4pH=1.4HAHA1 1AA- - 100100 101101HAHA1 1AA- - 0.00010.0001 1.00011.00012424（2）滤过扩散（膜孔或水溶扩散）：指 分子量小的水溶性物质如尿素、水、乙 醇等。受流体静压或渗透压的影响，通 过膜孔被动转运。 归纳：弱酸性药物在酸性环境 中，解离少，吸收多，排泄少 ；而在碱性环境中，解离多， 吸收少，排泄多。当药物pKa不变时，改变溶液的pH，可明显影 响药物的解离度，从而影响药物的跨膜转运。 2525
10、（3）易化扩散（facilitated diffusion） 通过细胞膜上的某些特异性蛋白质通过细胞膜上的某些特异性蛋白质- -通透酶帮助通透酶帮助 而扩散，不需供应而扩散，不需供应ATPATP 两种类型：两种类型： 一种是所谓一种是所谓“载体载体”为中介：为中介：特点是：结构特异性特点是：结构特异性饱和性饱和性竞争性抑制竞争性抑制不消耗不消耗ATPATP2626另一种是所谓“通道”为中介：膜上存 在多种离子通道蛋白，如Na+、K+、Ca2+电 压依赖性通道（VDC）受膜两侧电位差的 影响. 化学依赖性通道（CDC）主要受化 学物质决定。根据通道开关的条件可分为：u电压门控通道u化学门控通道u
11、机械门控通道 2727 转运需要膜上的特异性载体蛋白转运需要膜上的特异性载体蛋白 需要消耗需要消耗ATPATP，因由低浓度或低电位差的一侧因由低浓度或低电位差的一侧 转运到较高的一侧。如转运到较高的一侧。如MgMg2+2+ATPATP酶（钙泵）酶（钙泵） 、儿茶酚胺再摄取的胺泵等、儿茶酚胺再摄取的胺泵等 生理上泵出生理上泵出NaNa+ +与泵入与泵入K K两个过程耦联两个过程耦联 胞饮 （胞饮、入胞） 某些液态蛋白质或大某些液态蛋白质或大 分子物质，可通过生物膜的内陷形成小胞吞分子物质，可通过生物膜的内陷形成小胞吞 噬而进入细胞内。噬而进入细胞内。 胞吐 胞吐又称胞裂外排或出胞。递质释放胞吐又
12、称胞裂外排或出胞。递质释放2.2.主动转运（逆流转运主动转运（逆流转运）3. 3. 膜动转运膜动转运2828外源化学物质生物膜屏障 血液循环第三节第三节 吸吸 收收2929定义：外源化学物质自接触部位通过生理 屏障进入血液循环的过程。 多数外源化学物质通过被动转运被吸收 少数外源化学物质通过主动转运被吸收 吸收途径不同，外源化学物质的吸收量就 不同。如：静脉注射和静脉滴注直接进入 血液，没有吸收过程。 第三节第三节 吸吸 收收3030不同部位皮肤对毒物的通透性不同：不同部位皮肤对毒物的通透性不同： 阴囊阴囊 腹部腹部 额部额部 手掌手掌 足底足底小分子脂溶性、挥发性的物质或气体小分子脂溶性、挥
13、发性的物质或气体 如乙醚、如乙醚、SOSO2 2、NONO2 2、ClCl2 2、光气等可、光气等可 从肺泡上皮细胞迅速吸收从肺泡上皮细胞迅速吸收1. 1. 经消化道吸收经消化道吸收 口服吸收的主要部位是小肠。外源口服吸收的主要部位是小肠。外源 化学物质从胃肠道吸收后，都要经化学物质从胃肠道吸收后，都要经 过门静脉进入肝，再进入血液循环过门静脉进入肝，再进入血液循环 。 首过效应首过效应2. 2.经呼吸道吸收经呼吸道吸收3. 3.经皮肤吸收经皮肤吸收注射，肌注比皮下注射吸收快。注射，肌注比皮下注射吸收快。4. 4.其他途径其他途径3131 外源化学物质本身的理化性质外源化学物质本身的理化性质：
14、脂溶性 、解离度、分子量、pH等。 首过效应首过效应 （首关效应）外源化学物质（首关效应）外源化学物质 在胃肠道吸收后，首先要经过门静脉到在胃肠道吸收后，首先要经过门静脉到 肝，再进入体循环。由于肝脏具有代谢肝，再进入体循环。由于肝脏具有代谢 外源化学物质的功能，未被代谢的化学外源化学物质的功能，未被代谢的化学 原形和代谢产物离开肝脏随体循环分布原形和代谢产物离开肝脏随体循环分布 到全身，这种未到体循环就被肝脏代谢到全身，这种未到体循环就被肝脏代谢 和排泄的现象称首过效应。和排泄的现象称首过效应。 （二）影响外源化学物质吸收的因素（二）影响外源化学物质吸收的因素3232 吸收环境 胃的排空、肠蠕动的快慢 、胃内容物的多少等 血/气分配系数:气体在呼吸膜两侧 的分压达到动态平衡时，在血液内 的浓度与在肺泡空气中的浓度之比 。 气温、湿度、接触面积、皮肤的血 流量也可影响皮肤的吸收 （二）影响外源化学物质吸收的因素3333第三节 吸收六、吸收途径的毒理学意义l不同的吸收途径会影响化学物进入血 中的速度和浓度以及毒效应。 l吸收效率 ：肺泡消化道皮肤lEg：SMON事件亚急性脊髓视神经 炎 (碘氯羟喹）subacute myelo-optico-neuropat
