《生物转运》PPT课件

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1、第第2章章 食品中食品中外源化学物外源化学物的来源与的来源与在在体内的生物转运体内的生物转运 2.1 食品中外源化学物的来源：天然物、衍食品中外源化学物的来源：天然物、衍生物、污染物、添加剂。生物、污染物、添加剂。天然物是食品本身含有的天然物是食品本身含有的衍生物是食物在储放和加工烹调过程中产衍生物是食物在储放和加工烹调过程中产生的生的污染物和添加剂都属于外来的污染物和添加剂都属于外来的天然物：植物性有害物质功能团，如多酚 生理作用物质，如胆碱酯酶抑制剂或活化剂产生毒素，如生氰甙，存在于木薯和豆类中致癌物，如苏铁植物中的苏铁素具有致突变和致癌性。抗营养物，能产生营养缺乏或干扰身体对营养素吸收利

2、用的物质称为抗营养物动物性有害物质 2.2 食品中外源化学物在体内的生物转运食品中外源化学物在体内的生物转运外源化学物，经过吸收(absorption)分布(distribution)生物转化即代谢(metabolism)排泄(excretion)过程，即是机体对化学物进行一系列处置的过程外源化学物在体内的动态变化过程 统称为毒物动力学(毒动学)，主要发生变化的参数有质、量两方面，毒物动力学常被写成ADME过程 生物转运：生物转运：外源化学物在体内的吸收、分外源化学物在体内的吸收、分布和排泄的过程称为布和排泄的过程称为生物转运生物转运，即为外源，即为外源化学物在体内量改变的过程化学物在体内量改

3、变的过程生物转化：生物转化：外源化学物经酶催化后，化学外源化学物经酶催化后，化学结构发生改变的代谢过程也称为结构发生改变的代谢过程也称为生物转化生物转化，即为外源化学物在体内质改变的过程即为外源化学物在体内质改变的过程 2.2.1 被动转运被动转运被动转运（被动转运（passive transport）是一种顺）是一种顺浓度梯度的跨膜运输，运输过程中不消耗浓度梯度的跨膜运输，运输过程中不消耗能量。包括能量。包括简单扩散、简单扩散、膜孔过膜孔过滤和易化扩滤和易化扩散散三种三种 简单扩散简单扩散:又称脂溶扩散。大多数化学又称脂溶扩散。大多数化学毒物经简单扩散方式通过生物膜。毒物经简单扩散方式通过生

4、物膜。外源化外源化学物从学物从生物膜的高浓度一侧向低浓度一侧生物膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散扩散的过程的过程，当两侧达到动态平衡时，扩，当两侧达到动态平衡时，扩散即中止散即中止 简单扩散方式的条件简单扩散方式的条件是：是：膜两侧存在浓度梯度膜两侧存在浓度梯度 化学毒物必须化学毒物必须具备一定具备一定脂溶性脂溶性化学毒物必须是非电离状态化学毒物必须是非电离状态简单扩散不消耗能量，不需载体，不受饱简单扩散不消耗能量，不需载体，不受饱和限速与竞争性抑制的影响和限速与竞争性抑制的影响 简单扩散的影响因素简单扩散的影响因素：除生物膜两则浓度：除生物膜两则浓度梯度差可以影响简单扩散外，还有其他因梯度差可

5、以影响简单扩散外，还有其他因素亦可对简单扩散过程发生影响素亦可对简单扩散过程发生影响）外源化学物在脂质中的溶解度：以外源化学物在脂质中的溶解度：以脂脂水分配系数水分配系数来表示，即外源化学物在来表示，即外源化学物在含含有有脂和水脂和水的体系中，在分配达的体系中，在分配达到平衡时，到平衡时，其在脂相其在脂相和和水相中浓度的比值水相中浓度的比值(脂相中的浓脂相中的浓度度/水相中的浓度水相中的浓度)注意：注意：脂水分配系数越大，越容易透过生物膜而进脂水分配系数越大，越容易透过生物膜而进行扩散行扩散一种外源化学物如在水中溶解度过低，即使一种外源化学物如在水中溶解度过低，即使脂水分配系数很大，也不容易透

6、过生物膜进脂水分配系数很大，也不容易透过生物膜进行扩散行扩散既易溶于脂肪又溶于水的外来化合物，最容既易溶于脂肪又溶于水的外来化合物，最容易透过生物膜进行扩散易透过生物膜进行扩散）外源化学物的电离或解离状态：外源化学物的电离或解离状态：u呈离子状态的外源化学物不易通过生物膜呈离子状态的外源化学物不易通过生物膜u非解离状态的外源化学物则容易透过非解离状态的外源化学物则容易透过u外源化学物的离解程度决定于本身的解离外源化学物的离解程度决定于本身的解离常数常数(pKa)和所处介质中的酸碱度和所处介质中的酸碱度(pH)（二）膜孔（二）膜孔滤过滤过膜孔滤过是分子质量较小的外源化学物通膜孔滤过是分子质量较小

7、的外源化学物通过生物膜上膜孔的过程过生物膜上膜孔的过程毛细血管和肾小球的膜的孔（毛细血管和肾小球的膜的孔（4nm）可通）可通过相对分子质量小于过相对分子质量小于50000的分子的分子大部分细胞的膜孔（大部分细胞的膜孔（0.4nm），只能通过），只能通过相对分子质量小于相对分子质量小于100，不带电荷的极性分，不带电荷的极性分子子如如水、乙醇、尿素、乳酸等水溶性小分水、乙醇、尿素、乳酸等水溶性小分子和子和O2、CO2等气体分子等气体分子通过通过凡是分子直径小于孔道直径的物质，皆可凡是分子直径小于孔道直径的物质，皆可在流体静压或渗透压作用下，随同大量水在流体静压或渗透压作用下，随同大量水流跨过细胞

8、膜而被转运。流跨过细胞膜而被转运。外源化学物可以水作为载体，随之而被动外源化学物可以水作为载体，随之而被动转运转运由于许多化学毒物的相对分子质量相对较由于许多化学毒物的相对分子质量相对较大，因此，滤过不是化学毒物透过细胞膜大，因此，滤过不是化学毒物透过细胞膜的主要转运方式的主要转运方式 （三）（三）易化扩散易化扩散易化扩散指不溶于脂的外源化学物，利用易化扩散指不溶于脂的外源化学物，利用载体由高浓度向低浓度移动的过程。载体由高浓度向低浓度移动的过程。又称又称载体扩散载体扩散，可能是膜上蛋白质载体特，可能是膜上蛋白质载体特异地与某种化学毒物结合后，分子内部发异地与某种化学毒物结合后，分子内部发生构

9、型变化而形成适合该物质通过的通道生构型变化而形成适合该物质通过的通道而进入细胞而进入细胞易化扩散只能按顺浓度方向转运，不需消易化扩散只能按顺浓度方向转运，不需消耗能量耗能量 2.2.2 主动转运主动转运 外源化学物外源化学物可逆浓度梯度转运可逆浓度梯度转运需消耗能量需消耗能量需载体参加：载体对转运的需载体参加：载体对转运的外源化学物外源化学物有有特异选择性；载体可达饱和状态，转运量特异选择性；载体可达饱和状态，转运量有一定极限；同一载体转运的两种化学毒有一定极限；同一载体转运的两种化学毒物间可出现竞争性抑制物间可出现竞争性抑制 2.2.3 膜动转运膜动转运膜动转运（膜动转运（cytosis）是

10、细胞与外界环境进）是细胞与外界环境进行的一些大分子物质交换过程，其特点是行的一些大分子物质交换过程，其特点是在转运过程中生物膜结构发生变化。膜动在转运过程中生物膜结构发生变化。膜动转运包括入胞作用和出胞作用转运包括入胞作用和出胞作用u1）入胞作用）入胞作用：又称：又称内吞内吞作用，一些固态颗作用，一些固态颗粒物质进入细胞是由于当其与细胞膜接触粒物质进入细胞是由于当其与细胞膜接触后，可改变膜的表面张力，引起外包或内后，可改变膜的表面张力，引起外包或内凹，将异物包围进入细胞，这种转运方式凹，将异物包围进入细胞，这种转运方式称吞噬作用。对液滴称为胞饮称吞噬作用。对液滴称为胞饮u2）出）出胞胞作用又称

11、外排作用作用又称外排作用：某些大分子物：某些大分子物质通过此种方式从细胞内转运细胞外质通过此种方式从细胞内转运细胞外 2.3 吸收吸收外源化学物从接触部位通过生物膜屏障进外源化学物从接触部位通过生物膜屏障进入血液循环的过程称为入血液循环的过程称为吸收吸收 一一）吸收方式：吸收方式：1）消化道吸收消化道吸收2）呼吸道吸收呼吸道吸收3）皮肤吸收皮肤吸收4）其它途径：作为特殊吸收途径，皮下注其它途径：作为特殊吸收途径，皮下注射、肌肉注射和静脉注射等是临床常用的射、肌肉注射和静脉注射等是临床常用的给药方式，在毒理学实验中还有腹腔注射给药方式，在毒理学实验中还有腹腔注射等染毒方式等染毒方式 2.3.1

12、经经胃肠道胃肠道吸收吸收1）经经胃肠道胃肠道吸收的特点和影响因素：吸收的特点和影响因素：u A、消化道是外源化学物的主要吸收部位，消化道是外源化学物的主要吸收部位，从口腔到直肠的各个部位都可吸收外源化从口腔到直肠的各个部位都可吸收外源化学物学物uB、进入消化道内的脂溶性的非解离型的进入消化道内的脂溶性的非解离型的有机化学物分子以简单扩散方式通过消化有机化学物分子以简单扩散方式通过消化道粘膜上皮层到达粘膜的血液中道粘膜上皮层到达粘膜的血液中uC、简单扩散被认为是最基本最重要的吸收、简单扩散被认为是最基本最重要的吸收方式。单纯扩散主要取决于胃肠道腔内方式。单纯扩散主要取决于胃肠道腔内pH、外源化学

13、物的脂溶性等外源化学物的脂溶性等u D、外源化学物本身的理化性质外，外源外源化学物本身的理化性质外，外源化学物的经消化道吸收主要受胃肠蠕动化学物的经消化道吸收主要受胃肠蠕动(滞滞留时间留时间)、胃肠道内、胃肠道内充盈程度充盈程度、胃肠液的、胃肠液的pH值值(胃液和胆汁分泌胃液和胆汁分泌)、胃肠道存在的食物和胃肠道存在的食物和外源化学物、外源化学物、肠内菌丛的影响等肠内菌丛的影响等2）首过效应首过效应u由于消化道血液循环的特点，除口腔和直肠由于消化道血液循环的特点，除口腔和直肠外，从胃和肠吸收到局部血管的物质都要汇外，从胃和肠吸收到局部血管的物质都要汇入肝门静脉到达肝脏之后再进入体循环入肝门静脉

14、到达肝脏之后再进入体循环u外源化学物在从吸收部位转运到体循环的过外源化学物在从吸收部位转运到体循环的过程中已开始消除，此未到体循环就被在胃肠程中已开始消除，此未到体循环就被在胃肠道粘膜、肝和肺代谢和排泄的现象称道粘膜、肝和肺代谢和排泄的现象称为首过为首过效应效应(first-pass effect)2.3.2 经呼吸道吸收经呼吸道吸收空气中的外源化学物经呼吸道吸收是重要空气中的外源化学物经呼吸道吸收是重要的途径。从呼吸道上端到下端的管径不断的途径。从呼吸道上端到下端的管径不断缩小，起到过滤作用而防止大颗粒气溶胶缩小，起到过滤作用而防止大颗粒气溶胶到呼吸道最末端的肺泡到呼吸道最末端的肺泡u气态物

15、质气态物质水溶性影响其吸收部位，易溶于水溶性影响其吸收部位，易溶于水的气体在上呼吸道吸收，水溶液性较差水的气体在上呼吸道吸收，水溶液性较差的气体可深入肺泡，并主要通过肺泡吸收的气体可深入肺泡，并主要通过肺泡吸收u气态物质到达肺泡后，主要经简单扩散透气态物质到达肺泡后，主要经简单扩散透过呼吸膜而进入血液，吸收速度主要受肺过呼吸膜而进入血液，吸收速度主要受肺泡和血液中物质的浓度泡和血液中物质的浓度(分压分压)差和血气分差和血气分配系数配系数u血气分配系数：血气分配系数：是气体在呼吸膜两侧的是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

16、之比。系数愈大，气在肺泡空气中的浓度之比。系数愈大，气体愈易被吸收入血液体愈易被吸收入血液气溶胶的吸收气溶胶的吸收u各种外源化学物与灰尘、细菌、病毒、植各种外源化学物与灰尘、细菌、病毒、植物花粉和孢子等皆可形成固体气溶胶，气物花粉和孢子等皆可形成固体气溶胶，气溶胶的吸收受颗粒大小和水溶性影响溶胶的吸收受颗粒大小和水溶性影响u一般直径一般直径5 m的颗粒物通常在鼻咽部沉的颗粒物通常在鼻咽部沉淀淀u直径直径15 m颗粒物主要沉淀在肺的气颗粒物主要沉淀在肺的气管、支气管区管、支气管区u直径直径1 m的颗粒物可达到肺泡的颗粒物可达到肺泡u颗粒物从肺泡中清除的效率不高颗粒物从肺泡中清除的效率不高 2.3

17、.3 经皮肤吸收经皮肤吸收皮肤是对外源化学物的天然屏障，吸收比皮肤是对外源化学物的天然屏障，吸收比较困难，四氯化碳、杀虫剂等高脂溶性物较困难，四氯化碳、杀虫剂等高脂溶性物质可以吸收，吸收量大可以引起全身中毒质可以吸收，吸收量大可以引起全身中毒一些多环芳烃和重金属也可经皮肤吸收一些多环芳烃和重金属也可经皮肤吸收外源化学物要经过皮肤的多层上皮细胞和外源化学物要经过皮肤的多层上皮细胞和结缔组织才能到达体液循环系统。与其脂结缔组织才能到达体液循环系统。与其脂溶性成正比，与分子量成反比溶性成正比，与分子量成反比（1）皮肤部位不同通透性不同，阴囊腹）皮肤部位不同通透性不同，阴囊腹部额部手掌足底。物种不同皮

18、肤通部额部手掌足底。物种不同皮肤通透性也不同透性也不同：大鼠及兔的皮肤较猫的皮肤大鼠及兔的皮肤较猫的皮肤更易通透，豚鼠、猪和猴子的皮肤通透性更易通透，豚鼠、猪和猴子的皮肤通透性与人相似与人相似（2）在皮肤角质层受损时通透性会提高；）在皮肤角质层受损时通透性会提高；酸、碱和皮肤刺激物对皮肤产生损伤后其酸、碱和皮肤刺激物对皮肤产生损伤后其通透性也明显提高通透性也明显提高（3）在高温高湿的气象条件下，皮肤的血）在高温高湿的气象条件下，皮肤的血流量增加会提高吸收速率；脂溶性物质在流量增加会提高吸收速率；脂溶性物质在皮肤干裂时也更容易吸收皮肤干裂时也更容易吸收（4）皮肤的血流量和接触面积也会影响外）皮肤

19、的血流量和接触面积也会影响外源化学物经皮吸收的效率源化学物经皮吸收的效率 2.3.4 经其他吸收途径吸收经其他吸收途径吸收注射注射作为特殊吸收途径，皮下注射、肌肉作为特殊吸收途径，皮下注射、肌肉注射和静脉注射等是临床常用的给药方式，注射和静脉注射等是临床常用的给药方式，在毒理学实验中还有腹腔注射等染毒方式在毒理学实验中还有腹腔注射等染毒方式 2.4 分分 布布分布分布指外源化学物吸收进入血液或淋巴液指外源化学物吸收进入血液或淋巴液后，随体循环分散到全身组织器官的过程。后，随体循环分散到全身组织器官的过程。血液循环中的外源化学物按浓度梯度从血血液循环中的外源化学物按浓度梯度从血液向组织液分布液向

20、组织液分布 （一）（一）影响分布的因素影响分布的因素1）血流量和速度血流量和速度2）毛细血管的构造和血毛细血管的构造和血-器官屏障器官屏障uA、血脑屏障血脑屏障uB、胎盘屏障胎盘屏障uC、其他屏障、其他屏障：血：血-睾丸屏障和血睾丸屏障和血-眼屏障眼屏障3）血浆蛋白结合血浆蛋白结合4）贮存贮存 （二）（二）毒物在体内的贮存毒物在体内的贮存进入血液的外源化学物在某些器官组织蓄进入血液的外源化学物在某些器官组织蓄积而浓度较高，如果外源化学物对这些器积而浓度较高，如果外源化学物对这些器官组织未显示明显的毒作用，称为官组织未显示明显的毒作用，称为贮存库贮存库1.与血浆蛋白结合作为储存库与血浆蛋白结合作

21、为储存库u（1）血浆中各种蛋白质都有结合其他化学物质）血浆中各种蛋白质都有结合其他化学物质的能力，尤其白蛋白结合能力最高。的能力，尤其白蛋白结合能力最高。u（2）外源化学物在血中存在的形式有血浆白蛋）外源化学物在血中存在的形式有血浆白蛋白结合型和未结合的游离型，两者之间处于平衡白结合型和未结合的游离型，两者之间处于平衡状态。白蛋白结合型可以认为是暂时性储存外源状态。白蛋白结合型可以认为是暂时性储存外源化学物的一种保护机制。化学物的一种保护机制。u（3）化学毒物与血浆白蛋白的结合是可逆的，）化学毒物与血浆白蛋白的结合是可逆的，由于各种原因结合型可再次游离，解离速度非常由于各种原因结合型可再次游离

22、，解离速度非常快，可用毫秒计快，可用毫秒计u（4）不同化学毒物与血浆白蛋白的结合有竞争）不同化学毒物与血浆白蛋白的结合有竞争性性2.肝脏和肾脏作为储存库肝脏和肾脏作为储存库u肝和肾具有和许多化学毒物结合的能力，肝和肾具有和许多化学毒物结合的能力，因为这些组织的细胞中含有一些特殊的结因为这些组织的细胞中含有一些特殊的结合蛋白合蛋白，能与许多有机酸结合，还能与一能与许多有机酸结合，还能与一些有机阴离子、偶氮染料致癌物和皮质类些有机阴离子、偶氮染料致癌物和皮质类固醇结合固醇结合u肾脏中含有较高浓度的金属硫蛋白，能与肾脏中含有较高浓度的金属硫蛋白，能与镉、汞、砷、铅结合。镉、汞、砷、铅结合。u肝、肾既

23、是毒物转化和排泄的重要器官，肝、肾既是毒物转化和排泄的重要器官，又是外源毒物储存的场所。又是外源毒物储存的场所。3.脂肪组织作为储存库脂肪组织作为储存库u脂溶性高的外源化学物如多氯联苯类脂溶性高的外源化学物如多氯联苯类（PCBs）、有机氯农药（）、有机氯农药（DDT、六六六）、六六六）等等进入体内不易被机体代谢，而容易储存进入体内不易被机体代谢，而容易储存在脂肪组织。在脂肪组织。u脂溶性毒物对环境可造成长期的不良影响脂溶性毒物对环境可造成长期的不良影响4.骨骼作为储存库骨骼作为储存库u骨骼中某些成分对某些化学毒物有特殊亲骨骼中某些成分对某些化学毒物有特殊亲和力。铅、氟、锶和镉等可在骨内蓄积和力

24、。铅、氟、锶和镉等可在骨内蓄积毒物在体内贮存的意义毒物在体内贮存的意义:u减少在靶器官中的毒物的量，对急性中毒减少在靶器官中的毒物的量，对急性中毒具有保护作用具有保护作用u成为游离毒物的来源，具潜在危害成为游离毒物的来源，具潜在危害 2.5 排排 泄泄 排泄是外源化学物及其代谢产物向机体外排泄是外源化学物及其代谢产物向机体外转运的过程，是机体物质代谢全部过程中转运的过程，是机体物质代谢全部过程中的最后一个环节的最后一个环节 排泄的主要途径排泄的主要途径、随同尿液经肾脏排泄、随同尿液经肾脏排泄、经肝脏随同胆汁排泄、经肝脏随同胆汁排泄 、经肺随同呼出气排泄、经肺随同呼出气排泄 、其它排泄途径、其它

25、排泄途径 2.6 毒物动力学毒物动力学毒物动力学是应用动力学原理研究化学毒毒物动力学是应用动力学原理研究化学毒物在体内吸收、分布、生物转化、排泄等物在体内吸收、分布、生物转化、排泄等过程及其量变规律的学科。过程及其量变规律的学科。研究的目的就是对化学毒物在体内重要靶研究的目的就是对化学毒物在体内重要靶组织显示毒性作用的毒物水平提供详细的组织显示毒性作用的毒物水平提供详细的分析分析经典毒物动力学模型经典毒物动力学模型经典毒物动力学的基本理论是经典毒物动力学的基本理论是速率论和房速率论和房室模型室模型速率过程表明了化学毒物在体内吸速率过程表明了化学毒物在体内吸收、分布、消除过程的转运速度，可分为收

26、、分布、消除过程的转运速度，可分为一级和零级速率过程。一级和零级速率过程。化学毒物在体内的速率过程通常符合化学毒物在体内的速率过程通常符合一级动力学一级动力学过程，过程，即化学毒物在体内任何时间吸收、分布、即化学毒物在体内任何时间吸收、分布、代谢和排泄的速度取决于该时刻化学毒物浓度梯代谢和排泄的速度取决于该时刻化学毒物浓度梯度。化学毒物一旦被吸收后就很快进入体内并分度。化学毒物一旦被吸收后就很快进入体内并分布于组织和器官，经代谢和排泄过程消除。布于组织和器官，经代谢和排泄过程消除。一级动力学表明化学毒物的吸收、分布、消除速一级动力学表明化学毒物的吸收、分布、消除速率与所在部位的量成正比。率与所

27、在部位的量成正比。在某些情况下，化学毒物在体内的吸收、消除是在某些情况下，化学毒物在体内的吸收、消除是恒定的，这种情况下的吸收和消除符合恒定的，这种情况下的吸收和消除符合零级动力零级动力学过程学过程“房室模型房室模型”就是把化学毒物在体内的配就是把化学毒物在体内的配置状态分为若干个隔室，凡在同一隔室内置状态分为若干个隔室，凡在同一隔室内的化学毒物都处于动态平衡中，按上述理的化学毒物都处于动态平衡中，按上述理论给出的配置模型称房室模型。论给出的配置模型称房室模型。依据化学毒物进入体内分布速率的快慢，依据化学毒物进入体内分布速率的快慢，房室模型可分为房室模型可分为一室开放模型、二室开放一室开放模型

28、、二室开放模型或多室模型模型或多室模型一室模型一室模型是指毒物进入机体后均匀地分布是指毒物进入机体后均匀地分布到全身组织器官和体液中，迅速达到动态到全身组织器官和体液中，迅速达到动态平衡，即可把平衡，即可把整个机体整个机体看成毒物运转动态看成毒物运转动态平衡的一个房室平衡的一个房室二室模型二室模型是指毒物进入机体后能很快进入是指毒物进入机体后能很快进入机体机体某些部位某些部位，但对，但对另一些部位另一些部位需要一段需要一段时间才能完成，即可把机体分为毒物分布时间才能完成，即可把机体分为毒物分布均匀程度不同的两个房室，毒物以较快速均匀程度不同的两个房室，毒物以较快速度分布到度分布到“中央室中央室”，以较慢速度分布到，以较慢速度分布到“周边室周边室”本章重点：本章重点：外源化学物的来源外源化学物的来源简述外源化学物通过生物膜的方式简述外源化学物通过生物膜的方式生物转运；生物转化；生物转运；生物转化；ADME脂水分配系数；血气分配系数脂水分配系数；血气分配系数吸收；首过效应吸收；首过效应靶器官靶器官；储存库储存库；储存库的意义储存库的意义机体内的主要储存库是什么机体内的主要储存库是什么？