中国药科大学药物代谢动力学

MadebyGuangyuWangon25thDecember,2014第1页共15页中国药科大学药物代谢动力学第二章药物体内转运一、药物跨膜转运的方式及特点1.被动扩散特点：①顺浓度梯度转运②无选择性，与药物的油/水分配系数有关③无饱和现象④无竞争性抑制作用⑤不需要能量2.孔道转运特点：①主要为水和电解质的转运②转运速率与所处组织及膜的性质有关3.特殊转运包括：主动转运、载体转运、受体介导的转运特点：①逆浓度梯度转运②常需要能量③有饱和现象④有竞争性抑制作用⑤有选择性4.其他转运方式包括：①易化扩散类似于主动转运，但不需要能量②胞饮主要转运大分子化合物二、影响药物吸收的因素有哪些①药物和剂型的影响②胃排空时间的影响③首过效应④肠上皮的外排⑤疾病⑥药物相互作用三、研究药物在胃肠道吸收的方法有哪些，各有何特点？1.整体动物实验法能够很好地反映给药后药物的吸收过程，是目前最常用的研究药物吸收的实验方法。缺点：①不能从细胞或分子水平上研究药物的吸收机制；②生物样本中的药物分析方法干扰较多，较难建立；③由于试验个体间的差异，导致试验结果差异较大；④整体动物或人体研究所需药量较大，周期较长。2.在体肠灌流法：本法能避免胃内容物和消化道固有生理活动对结果的影响。3.离体肠外翻法：该法可根据需要研究不同肠段的药物吸收或分泌特性及其影响因素。4.Caco-2细胞模型法Caco-2细胞的结构和生化作用都类似于人小肠上皮细胞，并且含有与刷状缘上皮细胞相关的酶系。优点：①Caco-2细胞易于培养且生命力强，细胞培养条件相对容易控制，能够简便、快速地获得大量有价值的信息；②Caco-2细胞来源是人结肠癌细胞，同源性好，可测定药物的细胞摄取及跨细胞膜转运；③存在于正常小肠上皮中的各种转运体、代谢酶等在Caco-2细胞中大都也有相同的表达，因此更接近药物在人体内吸收的实际环境，可用于测定药物在细胞内的代谢和转运机制；④可同时研究药物对粘膜的毒性；⑤试验结果的重现性比在体法好。缺点：①酶和转运蛋白的表达不完整，此外来源，培养代数，培养时间对结果有影响；②缺乏粘液层，需要时可与HT-29细胞共同培养。通常酸性药物与白蛋白结合，而碱性药物与α1—糖蛋白结合，中性蛋白和酯蛋白结合；有MadebyGuangyuWangon25thDecember,2014第2页共15页些药物还可以和组织蛋白结合如Y蛋白。四、药物的分布及其影响因素：1.组织血流速度2.膜扩散速率3.药物与血浆蛋白、红细胞及组织成分结合作用4.再分布五、药物血浆蛋白结合率常用测定方法的原理及注意事项。1.平衡透析法原理：利用与血浆蛋白结合的药物不能通过半透膜这一原理，将蛋白置于一个隔室内，用半透膜将它与另外一个隔室隔开，游离药物可以自由从半透膜自由透过，而与血浆蛋白结合的药物却不能自由透过半透膜，待平衡后，半透膜两侧隔室的游离药物浓度相等。注意事项：①道南效应：由于蛋白质和药物均带电荷，膜两侧药物浓度即使在透析达到平衡后也不会相等。采用高浓度的缓冲液或加中性盐溶液可以最大限度地降低这种效应。②药物在半透膜上有无保留：药物与膜的吸附影响因素较多，结合程度取决于药物的特点及膜的化学特性，当结合程度很高时，就会对结果影响较大。可设立一个对照组，考察药物与半透膜的吸附程度，如果吸附严重，就应该考虑换膜或者采用其他研究方法。③空白干扰：有时从透析膜上溶解下来的一些成分会影响药物的测定，如用紫外或荧光法，因此在实验之前应该对膜进行预处理，尽可能去除空白干扰。④膜完整性检验：透析结束后，要检查透析外液中是否有蛋白溢出，即检查半透膜的稳定性，如有蛋白溢出，需换膜重复实验。⑤实验通常需要较长时间才能达到平衡，故最好是在低温环境下进行，以防蛋白质被破坏。评价：优点是成本低、简单易行。缺点：费时、对不稳定的药物不合适、易被血浆中酶代谢的药物不合适。2.超过滤法原理：通过药物、药物血浆蛋白结合物的分子量的差异而将两者分开。与平衡透析法不同的是在血浆蛋白室一侧施加压力或超离心力，使游离药物能够快速地透过半透膜而进入另一个隔室，而结合型药物仍然保留在半透膜上的隔室内。注意事项：①不同型号的滤过膜对结合率测定结果的影响。②不同的超滤时间对结合率的影响。③不同压力下超滤对结合率的影响。评价：优点是快速，只要有足够的滤液分析即可停止实验，可用于不稳定的药物血浆蛋白结合率的测定。肾脏排泄药物及其代谢物涉及三个过程：肾小球的滤过、肾小管主动分泌、肾小管重吸收。五、列举多种多药耐药蛋白表达的部位、底物及抑制剂。（P-GP为重点）多药耐药性现象：最早在肿瘤细胞中发现。对药物敏感的肿瘤细胞长期用一种抗肿瘤药物处理后，该细胞对药物敏感性降低，产生耐药性，同时对其他结构类型的抗肿瘤药物敏感性也降低。1.P-糖蛋白（P-GP）表达部位：在人中，P-GP主要表达于一些特殊组织如肠、肾、肝、脑血管内皮、睾丸和胎盘等，成为血脑屏障、血-睾屏障和胎盘屏障的一部分。P-GP将毒物从细胞排出胞外，保护相应组织，免受毒物的危害。MadebyGuangyuWangon25thDecember,2014第3页共15页底物：①钙拮抗剂：维拉帕米②抗癌药：长春新碱、紫杉醇；③HIV蛋白酶抑制剂：印地那韦④类固醇类：地塞米松、氢化可的松⑤免疫抑制剂：环孢素A⑥抗生素类：红霉素⑦其它如吗啡、地高辛。由于底物的广泛性，表现出对多种药物的交叉耐药性。抑制剂：许多物质可以抑制P-GP转运底物。多数抑制剂如维拉帕米、环孢素A等本身也是P-GP底物，属于竞争性抑制剂。但也有些抑制剂是P-GP不良底物或不是P-GP底物。2.多药耐药相关蛋白(MRP)有MRP1、MRP2、MRP3、MRP4和MRP5。最早是在产生多药耐药的肺肿瘤细胞中发现的，是多种肿瘤细胞耐药的原因之一。在正常组织中也有MRP1的表达，在肺和睾丸中表达量相对较高。MRP1是两性有机阴离子转运载体，也转运脂溶性药物或化合物，多数底物是葡萄糖醛酸结合或硫酸结合物。3.乳腺癌耐药蛋白(BCRP)第三章药物的代谢研究药物的生物转化：即药物的代谢，是药物从体内消除的主要方式之一。药物进入体内后部分药物在体内各种代谢酶的作用下进行生物转化，再以原型和代谢物的形式随粪便和尿液排出体外。一、药物在体内的生物转化主要有两个步骤Ⅰ相代谢反应：药物在Ⅰ相反应中被氧化、还原或水解。Ⅰ相代谢酶有细胞色素P450酶、环氧化物水合酶、水解酶、黄素单加氧酶、醇和醛脱氢酶。Ⅱ相代谢反应：药物在Ⅱ相代谢反应中与一些内源性的物质（如葡萄糖醛酸、甘氨酸、硫酸等）结合或经甲基化、乙酰化排出体外。催化Ⅱ相代谢反应的酶有葡萄糖醛酸转移酶、谷胱甘肽转移酶、硫酸转移酶、乙酰转移酶、甲基转移酶。二、药物经生物转化后的活性变化1.代谢物活性或毒性降低；2.形成活性代谢物；3.形成毒性代谢物；4.前药的代谢激活：有些药物本身没有药理活性，需要在体内经代谢激活才能发挥作用。三、细胞色素P450酶生物学特性（P43)1.P450酶是一个多功能的酶系：可以在催化一种底物的同时产生几种不同的代谢物；2.P450酶对底物的结构特异性不强：可代谢各种类型化学结构的底物；3.P450酶存在明显的种属、性别和年龄的差异；4.P450酶具有多型性，是一个超级大家族：5.P450酶具有多态性：即同一属的不同个体间某一P450酶的活性存在较大差异，可将个体按代谢速度快慢分为强代谢型EMs和弱代谢型PMs。其中CYP2D6和CYP2C19呈现出典型的多态性。6.P450酶具有可诱导和可抑制性。苯巴比妥可诱导，特非那定可抑制。四、人肝微粒体中参与药物代谢的P450酶类型：CYP1A、CYP2C、CYP2D、CYP2E、CYP3AEMS：强代谢型PMS：弱代谢型MadebyGuangyuWangon25thDecember,2014第4页共15页五、影响药物代谢的因素1.代谢相互作用：参与药物代谢的P450酶的一个重要的特性就是可以被诱导或抑制；2.种属差异性：不同种属的P450同工酶的组成是不同的，因此同一种药物在不同种属的动物和人体的代谢途径和代谢产物可能是不同的；3.年龄和性别的差异：药物代谢的年龄差异主要在儿童和老年人中表现，这是因为机体的许多生理机能（如肝、肾功能等）与年龄有关；药物代谢存在一定的性别差异，但这一差异没有年龄差异那么显著，且其在人体内的代谢差异没有动物显著；4.遗传变异性：是造成药物的体内过程出现个体差异的主要原因之一；5.病理状态：肝脏是药物的主要代谢器官，因此当肝功能严重不足时，必然会对主要经肝脏代谢转化的药物的代谢产生非常显著的影响。第四章经典的房室模型理论一房室：指药物在体内迅速达到平衡，即药物在全身各组织部位的转运率是相同或者相似的，此时把整个机体视为一个房室，称为一房室模型。二房室：将机体分为两个房室，即中央室和外周室。外周室：把血流不太丰富，药物转运速度较慢且难于灌注的组织（如脂肪，静止状态的肌肉等）归并成一个房室，称为外周室。这些组织中的药物与血液中的药物需要经过一段时间才能达到平衡。中央室：由一些血流比较丰富，膜通透性较好，药物易于灌注的组织（如心肝肾肺等）组成，药物往往首先进入这类组织，血液中药物可以迅速与这些组织中的药物达到平衡一、药动学参数的生理及临床意义1.药峰时间tmax和药峰浓度cmax药物经血管外给药后出现的血药浓度最大值的时间和此时的浓度。用于制剂吸收速率的质量评价。药物吸收快，则峰浓度高，达峰时间短。2.表观分布容积Vd是指药物在体内达到动态平衡时，体内药量与血药浓度相互关系的一个比例常数，其本身不代表真实的容积，主要反映药物在体内分布广窄的程度。对于单室模型，有Vd=X/c。药物的分布容积大小取决于其脂溶性、膜通透性、组织分配系数及与血浆蛋白等生物物质结合率等因素。根据药物的分布容积可粗略地推测其在体内的大致分布情况。如一个药物Vd的为3-5L左右，则该药物可能主要分布与血液并与血浆蛋白大量结合，如双香豆素和苯妥英钠；如一个药物的Vd为10-20L左右，则说明该药物主要分布于血浆和细胞外液，这类药物不易通过细胞膜，因而无法进入细胞内液，如溴化物和碘化物；如一个药物的分布容积为40L，则这个药物可以分布于血浆和细胞内液、细胞外液，表明其在体内分布较广，如安替比林；有些药物的Vd非常大，可以达到100L以上，这一体积远远超过体液总容积，在体内往往有特异性的组织分布，如硫喷妥钠具有较高的脂溶性，可大量分布于脂肪组织。3.消除半衰期：血药浓度下降一半所需的时间。按一级消除的药物则有t1/2=0.693/k4.血药浓度-时间曲线下面积AUC是评价药物吸收程度的重要指标。5.生物利用度F6.清除率CL=k·Vd是指在单位时间内，从体内消除的药物的表观分布容积数。反应药物体内消除的参数。MadebyGuangyuWangon25thDecember,2014第5页共15页二、一房室静注及一房室静脉滴注给药参数及计算。一房室静注：c=c0e-kttkcc303.2lglg0t1/2=0.693/kV=X0/c0CL=kVAUC=c0/k=X0/kV动力学特征：①血药浓度以恒定的速率随时间递减；②消除半衰期与初浓度c0无关；③AUC与给药剂量x0成正比。一房室静脉滴注：是药物以恒速静脉滴注给药的一种方式，血浓C随时间的增加而增加，直到达到稳态Css。kxkdtdx0(K0为滴注速率，x为体内药量，k为一级消除速率常数)动力学特征：①血浓随时间递增，当t→∞时，e-kt→0，血液浓度达到稳态，Css=K0/kV②稳态水平的高低取决于滴注速率，Css和k0成正比。③到达稳态所需时间取决于药物的消除半衰期，而与k0无关，当t=3.32t1/2时，c=0.9Css，当t=6.64t1/2时，c=0.99Css，即经过6.64t1/2时即可达到坪水平的99%。④期望稳态水平确定后，滴注速率即可确定：k0=CssVk静脉注射加静脉滴注给药的动力学：临床上对于半衰期较长的药物采用静脉滴注给药时，欲达到期望的稳态水平需要较长的时间。为迅速达到并维