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【徐小鷗】2019年公衛(wèi)執(zhí)業(yè)醫(yī)師《衛(wèi)生毒理學(xué)》課程精講——生物轉(zhuǎn)運(yùn)、吸收、分布和排泄

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相信很多考生想要知道如何掌握《衛(wèi)生毒理學(xué)》中生物轉(zhuǎn)運(yùn)、吸收、分布和排泄的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容,為幫助大家更好的備考,現(xiàn)在將【徐小鷗】2019年公衛(wèi)執(zhí)業(yè)醫(yī)師《衛(wèi)生毒理學(xué)》課程精講——生物轉(zhuǎn)運(yùn)、吸收、分布和排泄分享給大家,具體講義內(nèi)容如下:

一、生物轉(zhuǎn)運(yùn)

(一)概念

生物轉(zhuǎn)運(yùn):化學(xué)毒物穿越機(jī)體的各種生物膜,進(jìn)行吸收、分布和排泄的過程。

在生物轉(zhuǎn)運(yùn)中,化學(xué)毒物自身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不發(fā)生變化。

(二)化學(xué)毒物的膜轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制

1.被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) 是化學(xué)毒物順濃度差通過生物膜的過程。

(1)簡(jiǎn)單擴(kuò)散:又稱脂溶擴(kuò)散,是大多數(shù)化學(xué)毒物通過生物膜的方式。該轉(zhuǎn)運(yùn)方式不消耗能量,不需要載體,不受飽和限速與競(jìng)爭(zhēng)性抑制的影響。

生物膜兩側(cè)的濃度梯度對(duì)于擴(kuò)散速率的影響最為重要。

脂/水分配系數(shù):當(dāng)一種物質(zhì)在脂相和水相之間的分配達(dá)到平衡時(shí),其在脂相和水相中溶解度的比值。

化學(xué)毒物必須具有脂溶性,但其脂/水分配系數(shù)過大或過小,都難以通過此種方式跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。

處于非解離態(tài)的物質(zhì)極性弱,脂溶性好,容易跨膜擴(kuò)散。

(2)濾過

是化學(xué)毒物透過生物膜上親水性孔道的過程。

借助于流體靜壓和滲透壓使水通過膜上的微孔,溶解于水的分子直徑小于膜孔的化學(xué)毒物隨之被轉(zhuǎn)運(yùn)。

一般細(xì)胞的膜孔只能通過分子量為數(shù)百Da以下的極性分子如水、乙醇、尿素、乳酸等以及O2、CO2等氣體分子。

2.特殊轉(zhuǎn)運(yùn) 化學(xué)毒物借助于載體或特殊轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)而發(fā)生的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。

(1)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn):是化學(xué)毒物在載體的參與下,逆濃度梯度通過生物膜的過程。

主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn):①轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)對(duì)于化學(xué)毒物的結(jié)構(gòu)具有特異選擇性;②載體具有一定的容量;③被轉(zhuǎn)運(yùn)的化學(xué)毒物之間可發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)性抑制;④需要消耗能量。

參與主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的載體為ATP-結(jié)合盒(ABC)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白超家族,成員包括:①多藥耐受蛋白(Mdr)/P-糖蛋白(P-gp),可將化療藥物從腫瘤細(xì)胞中排出,導(dǎo)致腫瘤的耐藥;也可將化學(xué)毒物轉(zhuǎn)運(yùn)出小腸細(xì)胞、腦細(xì)胞、肝細(xì)胞、腎細(xì)胞等,使這些細(xì)胞免受損害;還可保護(hù)胎兒免受某些化學(xué)毒物的傷害。②多耐受藥物蛋白(Mrp),可將化學(xué)毒物的代謝產(chǎn)物移出細(xì)胞,葡萄糖醛酸和谷胱甘肽結(jié)合物是其適宜底物。③乳腺癌耐受蛋白(Bcrp),可將化學(xué)毒物代謝后的硫酸結(jié)合物排出細(xì)胞。

(2)易化擴(kuò)散

又稱為載體擴(kuò)散。但化學(xué)物質(zhì)為順濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn),因此不需消耗能量。由于有載體的參與,易化擴(kuò)散也存在對(duì)底物的特異選擇性、飽和性和競(jìng)爭(zhēng)性抑制。

參與易化擴(kuò)散的主要載體為溶質(zhì)載體(SLC)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族,成員有:①有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)多肽(Oatp),是位于細(xì)胞膜上的雙向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,可轉(zhuǎn)運(yùn)各種酸、堿和中性化合物,在肝臟攝取化學(xué)毒物的過程中尤為重要;②有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Oat),是腎臟攝取陰離子的轉(zhuǎn)運(yùn)體;③有機(jī)陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Oct),參與肝臟、腎臟對(duì)于陽離子的攝??;④肽類轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Pept),可轉(zhuǎn)運(yùn)二肽、三肽及某些化學(xué)毒物和藥物。

(3)轉(zhuǎn)運(yùn)體:即載體,參與化學(xué)毒物及其代謝產(chǎn)物主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的轉(zhuǎn)運(yùn)體分為兩類。

ATP-結(jié)合和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ABC)超家族包括:①多藥耐受蛋白(Mdr);②多耐受藥物蛋白(Mrp);③乳腺癌耐受蛋白(Bcrp)。

溶質(zhì)載體(SLC)為主的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族包括:①有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)多肽(Oatp);②有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Oat);③有機(jī)陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Oct); ④肽類轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Pept)。

(4)膜動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)

指細(xì)胞與外環(huán)境之間進(jìn)行的某些顆粒物或大分子物質(zhì)的交換過程。

①吞噬作用和胞飲作用:是通過細(xì)胞膜的流動(dòng)將某些固體顆粒、液態(tài)微滴或大分子物質(zhì)包繞并吞入細(xì)胞的過程;

②胞吐作用:是某些顆粒物或大分子物質(zhì)通過上述方式從細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外的過程。

二、吸收、分布和排泄

(一)吸收的途徑和影響因素

1.吸收:是化學(xué)毒物從機(jī)體的接觸部位透過生物膜進(jìn)入血液的過程。

吸收主要的部位是胃腸道、呼吸道和皮膚。在毒理學(xué)試驗(yàn)中還采用腹腔注射、靜脈注射、皮下注射和肌肉注射等。

2.經(jīng)胃腸道吸收

小腸是吸收的主要部位,其次是胃。

簡(jiǎn)單擴(kuò)散 小腸內(nèi)的pH達(dá)到6以上,弱堿性物質(zhì)比弱酸性物質(zhì)易于吸收。

主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) 5-氟尿嘧啶可利用嘧啶的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)吸收。鉈、鈷、錳可利用鐵的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng),鉛可利用鈣的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。

少數(shù)物質(zhì)經(jīng)過濾過、吞噬作用和胞飲作用被吸收。

消化道內(nèi)容物的數(shù)量和性質(zhì)、胃腸的蠕動(dòng)和排空速度以及腸道菌叢等均可對(duì)化學(xué)毒物的吸收產(chǎn)生影響。

存在于腸道黏膜上皮細(xì)胞刷狀緣膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)體Mdr、Mrp和Bcrp可將其底物(如免疫抑制劑環(huán)胞霉素、抗腫瘤藥物紫杉醇、長(zhǎng)春新堿、秋水仙素等)由細(xì)胞內(nèi)排回腸腔,使它們難以吸收。

經(jīng)胃腸道吸收的化學(xué)毒物可在胃腸道細(xì)胞內(nèi)代謝,或通過門靜脈系統(tǒng)到達(dá)肝臟進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化,或不經(jīng)生物轉(zhuǎn)化直接排入膽汁。

這種化學(xué)毒物進(jìn)入體循環(huán)之前即被消除的現(xiàn)象稱為體循環(huán)前消除或首過消除,可使經(jīng)體循環(huán)到達(dá)靶器官的化學(xué)毒物原形數(shù)量減少,但BaP、DDT等毒物可通過淋巴管吸收,直接吸收入血。

3.經(jīng)呼吸道吸收

空氣中的化學(xué)毒物以氣態(tài)(氣體、蒸氣)和氣溶膠(煙、霧、粉塵)的形式存在。

氣態(tài)物質(zhì)在呼吸道吸收主要取決其脂溶性和濃度。鹽酸,二氧化硫。

當(dāng)氣態(tài)物質(zhì)由肺泡氣進(jìn)入血液的速度與由血液返回肺泡氣的速度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),其在血液中的濃度與在肺泡氣中的濃度之比稱為血/氣分配系數(shù)。

氣溶膠中霧的吸收與氣態(tài)物質(zhì)相似,脂溶性和吸入濃度是主要影響因素。煙和粉塵的顆粒直徑大小與其到達(dá)呼吸道的部位關(guān)系密切。吸入的顆粒物可經(jīng)沖擊、重力、截留和彌散4種機(jī)制沉積在呼吸道。

直徑≥5μm;

直徑2.5μm左右的細(xì)顆粒;

直徑在1μm及以下的顆粒物;

直徑在0.1μm及以下,尤其在10——20nm。

4.經(jīng)皮膚吸收

穿透階段是指化學(xué)毒物通過被動(dòng)擴(kuò)散透過表皮角質(zhì)層的過程。一般認(rèn)為,非極性物質(zhì)透過角質(zhì)層的能力與脂溶性成正比,與分子量成反比。

吸收階段是指化學(xué)毒物通過表皮深層(顆粒層、棘層和生發(fā)層)和真皮層并經(jīng)靜脈或毛細(xì)淋巴管進(jìn)入體循環(huán)的過程。

角質(zhì)層受損、皮膚潮濕、充血及發(fā)炎等有利吸收。

5.經(jīng)其他途徑吸收

靜脈注射可使受試物直接入血,往往導(dǎo)致最為迅速、明顯的毒效應(yīng)。

腹腔表面積很大、血液供應(yīng)豐富,故注入的受試物吸收速度快,吸收后主要經(jīng)門靜脈進(jìn)入肝臟,然后才能進(jìn)入體循環(huán)。

皮下、肌內(nèi)注射易受局部血液量和毒物劑型的影響,吸收速度相對(duì)較慢,但可直接進(jìn)入體循環(huán)。

(二)分布過程、部位和影響因素

1.分布的概念 指化學(xué)毒物吸收后,隨血液或淋巴液分散到全身組織細(xì)胞的過程。

2.分布過程和影響因素

器官或組織的血流量及其對(duì)化學(xué)毒物的親和力是影響分布的關(guān)鍵因素。隨時(shí)間推移,分布受到化學(xué)物經(jīng)膜擴(kuò)散速率和及其與組織器官親和力的影響,發(fā)生再分布。

分布后的化學(xué)毒物可以較高的濃度富集于某些組織器官,這些組織器官稱為貯存庫?;瘜W(xué)毒物的貯存庫可能就是其靶器官或單純的富集地點(diǎn)。

3.化學(xué)毒物在體內(nèi)的貯存庫

(1)血漿蛋白

清蛋白是血漿中含量最豐富的蛋白質(zhì),結(jié)合能力最強(qiáng)。轉(zhuǎn)鐵蛋白、銅藍(lán)蛋白、α-脂蛋白和β-脂蛋白

結(jié)合后的化學(xué)毒物不能分布到血管外組織發(fā)揮生物學(xué)作用,在一定程度上可減緩急性毒效應(yīng)的發(fā)生;但又可使化學(xué)毒物消除的時(shí)間延長(zhǎng)。

化學(xué)毒物與血漿蛋白的結(jié)合是暫時(shí)的、可逆的。

(2)肝臟與腎臟

陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)多肽、含多個(gè)巰基的可誘導(dǎo)的金屬硫蛋白(MT)均發(fā)揮一定結(jié)合作用,可能與它們的代謝和排泄功能有關(guān)。

(3)脂肪組織

許多有機(jī)毒物易于分布和富集在脂肪組織中,如氯丹、DDT、二噁英、多氯聯(lián)苯和多溴聯(lián)苯等。

化學(xué)毒物在脂肪組織中并不呈現(xiàn)生物學(xué)活性,但當(dāng)發(fā)生快速的脂肪動(dòng)員時(shí),其中的化學(xué)毒物會(huì)大量入血導(dǎo)致游離型毒物的濃度突然增加,可造成靶器官的損害。

(4)骨骼

鉛和鍶可置換骨質(zhì)羥磷灰石晶格結(jié)構(gòu)中的鈣。氟可替代骨質(zhì)中的-OH而沉積在骨骼中。

化學(xué)毒物與骨組織的結(jié)合也是可逆的,可以通過晶體表面的離子交換和破骨活動(dòng)從骨中釋放入血,使血漿濃度增加。

4.特殊屏障

屏障 某些器官或組織的生物膜具有特殊的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)和生理學(xué)功能,可以阻止或延緩某些化學(xué)毒物進(jìn)入。

(1)血腦屏障和血腦脊液屏障

血腦屏障:主要由腦內(nèi)的毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞、基底膜和星形膠質(zhì)細(xì)胞構(gòu)成,內(nèi)皮細(xì)胞之間結(jié)合緊密,可有效阻止極性物質(zhì)通過。只有既具有脂溶性,又非轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白底物的化學(xué)毒物才有可能進(jìn)入腦內(nèi)。

血腦脊液屏障:主要是由腦脊液側(cè)的內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成,它們具有緊密連接和主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng),可防止化學(xué)毒物透過。轉(zhuǎn)運(yùn)速度與化學(xué)物的脂溶性和解離度有關(guān)。

(2)胎盤屏障

胎盤屏障由分隔母體和胎兒血液循環(huán)的一層或幾層細(xì)胞構(gòu)成。

人有3層,細(xì)胞的層數(shù)越少,通透性越強(qiáng)?;瘜W(xué)毒物經(jīng)過胎盤屏障的主要方式是簡(jiǎn)單擴(kuò)散。胎盤屏障的作用有限,多種化學(xué)毒物包括藥物、農(nóng)藥、重金屬、有機(jī)溶劑等都可經(jīng)胎盤轉(zhuǎn)運(yùn)至胎兒體內(nèi)。

(三)排泄途徑和影響因素

1.排泄:化學(xué)毒物由不同途徑排出體外的過程。

經(jīng)過腎臟、糞便、肺臟和其它途徑排泄。

2.經(jīng)腎臟排泄

(1)腎小球?yàn)V過 分子量小于白蛋白(60kDa)的物質(zhì),只要不與血漿蛋白結(jié)合,都可以在腎小球?yàn)V過,濾過后根據(jù)脂溶性大小進(jìn)行排泄。

(2)腎小管分泌 多為主動(dòng)過程。被分泌到腎小管腔內(nèi)的化學(xué)毒物可經(jīng)尿液排出體外,也可被重吸收。轉(zhuǎn)運(yùn)體把化學(xué)毒物由血液轉(zhuǎn)運(yùn)至腎小管細(xì)胞、再將其排入腎小管管腔。

3.經(jīng)糞便排泄

(1)混入食物中未被吸收的化學(xué)毒物

(2)隨膽汁排泄的毒物 肝臟具有各種轉(zhuǎn)運(yùn)體可將化學(xué)毒物從血液轉(zhuǎn)運(yùn)到肝臟;另一些轉(zhuǎn)運(yùn)體把肝細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)毒物或其代謝產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)到膽汁。

一般情況,分子量大于325Da的物質(zhì)可從膽汁排出,谷胱甘肽或葡萄糖醛酸結(jié)合物主要由膽汁排出。經(jīng)膽汁排出的多數(shù)物質(zhì)經(jīng)肝內(nèi)代謝而水溶性增強(qiáng),進(jìn)入腸道后可隨糞便排出體外。

4.經(jīng)肺和其他途徑排泄

體溫下以氣態(tài)存在的物質(zhì)以及揮發(fā)性液體均可經(jīng)簡(jiǎn)單擴(kuò)散方式由肺排出;排出的速度與吸收的速度相反,如乙烯可被快速排泄。

其他排泄途徑包括乳汁、腦脊液、汗液、唾液、毛發(fā)和指甲等。

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