在所有的药代动力学过程中,这种药物都会穿过生物膜进行转运。

通过与多糖、氨基糖或唾液酸结合,糖蛋白和糖脂会在细胞表面形成。不同类型的细胞或细胞器的膜在脂质和蛋白质组成上存在差异。蛋白质可以轻松地在膜上移动,从而相互作用并组织结构;而某些贯穿整个膜宽度的蛋白质则环绕着微小的水孔。

特定的上皮细胞或内皮细胞之间存在细胞间隙或通道。被吸附的其他蛋白质具有酶活性、载体功能、受体活性或信号传导能力。脂质分子也可以横向移动。因此,生物膜是极其动态的结构。
以下机制使得药物能够穿过膜:
脂溶性药物通过膜的脂质基质扩散的速率与其水-脂分配系数成正比。脂溶性越强的药物,在膜中的浓度越高,扩散速度也越快。当药物扩散缓慢时,其在膜两侧的浓度差异会更大。

当载体(SLC)与低扩散性的底物结合,并沿着其浓度梯度(从高浓度向低浓度)运输底物时,就会发生促进扩散(facilitated diffusion)。这一过程不需要消耗能量。
载体(ABC)通过水解ATP立即获得能量,并在初级主动运输过程中(从低浓度向高浓度方向)逆浓度梯度运输底物。
利用另一种底物‘B’所具有的能量(且该底物‘B’的移动方向与底物‘A’相同),载体将底物‘A’推过其浓度梯度,使其能够逆浓度梯度移动。
载体能够逆浓度梯度运输底物“A”,其动力来源于另一种底物沿相反方向的流动(即通过通道向下流动)。根据能量需求的不同,载体可以采取以下两种方式之一:
与传统的转运蛋白不同,扩散促进型转运蛋白以被动方式工作,无需消耗能量即可将底物沿着电化学梯度(即从高浓度区域向低浓度区域)运输。这种转运方式的改进主要适用于那些扩散能力较弱的底物,例如进入肌肉细胞和脂肪细胞的葡萄糖转运蛋白GLUT 4。
这是一种主动运输系统,需要能量,并且会被代谢产生的毒素所阻断。这种运输方式会逆着溶质的电化学梯度(从低浓度向高浓度)进行运输,导致物质在膜的一侧选择性积累。与天然代谢物相似的药物可以利用专门为它们设计的运输系统;例如,芳香族氨基酸转运蛋白会主动从胃中吸收左旋多巴和甲基多巴。此外,为了处理外源性物质,人体产生了几种非选择性的转运蛋白,比如P-糖蛋白(P-gp)。根据其来源的不同,主动运输可能是主要的或次要的运输方式。
在主动运输过程中,ATP的水解会立即产生能量。这些转运蛋白属于ATP结合盒(ABC)转运蛋白超家族,其细胞内环具有ATP酶活性。它们的主要功能是促进溶质从细胞质转运到细胞外液或细胞内的细胞器(如内质网、线粒体等)。
一种主动运输方式涉及第二类SLC转运蛋白,其中一种溶质的转运所需的能量来源于另一种溶质(通常是Na+)的浓度差。当两种溶质的浓度梯度导致它们朝相同方向移动时,这种运输方式被称为同向转运或共转运;当它们朝相反方向移动时,则被称为反向转运或交换转运。为了维持第二种溶质(通常是Na+)的跨膜电化学梯度,需要消耗代谢能量(由ATP水解产生)。SLC转运蛋白参与药物和代谢物的吸收与排出过程。
载体转运遵循米氏动力学(包括协助扩散和主动运输),并且具有饱和性。转运速率是通过测定膜中转运蛋白的浓度及其对底物的亲和力(Km)来计算的。在底物浓度达到最大值的一半时,转运速率也达到最大值的一半。通过基因修饰转运蛋白,可以改变它们对不同底物的亲和力,这会影响药代动力学。此外,由于某些细胞中存在特定的转运蛋白,因此药物可能会在特定组织中分布。
药物从输送地点进入血液循环的过程被称为“吸收”。评估药物的有效性时,不仅需要考虑被吸收的药物比例,还需要考虑吸收的速度。除了通过静脉注射给药的情况外,药物必须穿过生物膜;吸收过程受到上述原则的调控。影响吸收的其他因素还包括:
**水溶性** 在固体形式的药物被吸收之前,它们必须先溶解在水性环境中(即生物相中)。对于那些水溶性较差的药物(如阿司匹林、灰黄霉素),其溶解速率会直接影响吸收速率。酮康唑在低pH值下难以溶解,需要胃酸的帮助才能被吸收。以水溶液形式提供的药物,其吸收速度明显快于同种药物以固体形式或油性溶液形式提供的情况。浓度梯度也会影响被动扩散过程:高浓度溶液中的药物比低浓度溶液中的药物吸收得更快。
吸收表面积:表面积越大,吸收速度越快。
药物通过血液循环从吸收部位被带走,这一过程维持了整个吸收表面的浓度梯度。血液流量的增加会加速药物的吸收,就如同风速加快了衣物的干燥速度一样。
由于每种给药途径都有其独特的特点,因此给药途径会直接影响药物的吸收情况。
膜生物技术
碳氢链嵌入到膜的基质中,而极性基团则朝向表面(例如甘油磷酸与乙醇胺/胆碱结合,或者羟基与胆固醇结合)。因此,这种膜具有很高的电阻性,并且相对不透水。无论是外源性还是内源性的蛋白质分子,都会吸附在脂质双层上。通过与多糖、氨基糖或唾液酸结合,糖蛋白和糖脂会在细胞表面形成。不同类型的细胞或细胞器的膜在脂质和蛋白质组成上存在差异。蛋白质可以轻松地在膜上移动,从而相互作用并组织结构;而某些贯穿整个膜宽度的蛋白质则环绕着微小的水孔。
特定的上皮细胞或内皮细胞之间存在细胞间隙或通道。被吸附的其他蛋白质具有酶活性、载体功能、受体活性或信号传导能力。脂质分子也可以横向移动。因此,生物膜是极其动态的结构。
以下机制使得药物能够穿过膜:
被动扩散
膜在药物通过膜的扩散过程中并不起主动作用;药物的扩散是遵循浓度梯度的。这是身体对大多数药物作出反应的机制。药物属于外来化学物质(异生物质),而身体针对天然化合物会发展出专门的代谢机制。脂溶性药物通过膜的脂质基质扩散的速率与其水-脂分配系数成正比。脂溶性越强的药物,在膜中的浓度越高,扩散速度也越快。当药物扩散缓慢时,其在膜两侧的浓度差异会更大。
过滤
过滤是指将药物通过膜中的水溶性孔隙或细胞间膜的缝隙进行传输的过程。大多数毛细血管(包括肾小球)都存在流体动力压力梯度,这使得溶剂能够按照流体动力学原理流动。如果药物的分子大小小于孔隙的直径,它就可以通过过滤作用穿过生物膜。大多数细胞(如肠黏膜、红细胞等)的孔隙非常微小,因此分子量大于100或200的药物无法穿透这些膜。然而,毛细血管(除了脑部的毛细血管)具有较大的细胞间缝隙,大多数药物(包括白蛋白)都可以通过这些缝隙。因此,药物在毛细血管中的扩散速度主要取决于血液流经的速度,而不是药物的脂溶性或介质的pH值。专业运输
这可能是由载体介导的,也可能是通过胞饮作用(pinocytosis)引起的。由承运人负责运输。
当载体(SLC)与低扩散性的底物结合,并沿着其浓度梯度(从高浓度向低浓度)运输底物时,就会发生促进扩散(facilitated diffusion)。这一过程不需要消耗能量。
载体(ABC)通过水解ATP立即获得能量,并在初级主动运输过程中(从低浓度向高浓度方向)逆浓度梯度运输底物。
利用另一种底物‘B’所具有的能量(且该底物‘B’的移动方向与底物‘A’相同),载体将底物‘A’推过其浓度梯度,使其能够逆浓度梯度移动。
载体能够逆浓度梯度运输底物“A”,其动力来源于另一种底物沿相反方向的流动(即通过通道向下流动)。根据能量需求的不同,载体可以采取以下两种方式之一:
与传统的转运蛋白不同,扩散促进型转运蛋白以被动方式工作,无需消耗能量即可将底物沿着电化学梯度(即从高浓度区域向低浓度区域)运输。这种转运方式的改进主要适用于那些扩散能力较弱的底物,例如进入肌肉细胞和脂肪细胞的葡萄糖转运蛋白GLUT 4。
在主动运输过程中,ATP的水解会立即产生能量。这些转运蛋白属于ATP结合盒(ABC)转运蛋白超家族,其细胞内环具有ATP酶活性。它们的主要功能是促进溶质从细胞质转运到细胞外液或细胞内的细胞器(如内质网、线粒体等)。
一种主动运输方式涉及第二类SLC转运蛋白,其中一种溶质的转运所需的能量来源于另一种溶质(通常是Na+)的浓度差。当两种溶质的浓度梯度导致它们朝相同方向移动时,这种运输方式被称为同向转运或共转运;当它们朝相反方向移动时,则被称为反向转运或交换转运。为了维持第二种溶质(通常是Na+)的跨膜电化学梯度,需要消耗代谢能量(由ATP水解产生)。SLC转运蛋白参与药物和代谢物的吸收与排出过程。
载体转运遵循米氏动力学(包括协助扩散和主动运输),并且具有饱和性。转运速率是通过测定膜中转运蛋白的浓度及其对底物的亲和力(Km)来计算的。在底物浓度达到最大值的一半时,转运速率也达到最大值的一半。通过基因修饰转运蛋白,可以改变它们对不同底物的亲和力,这会影响药代动力学。此外,由于某些细胞中存在特定的转运蛋白,因此药物可能会在特定组织中分布。
**Pinocytes**
囊泡通过形成囊泡网络来将颗粒运输穿过细胞。这一过程适用于蛋白质和其他大分子,但对于大多数药物来说,运输方式并没有太大区别。唯一的例外是维生素B12——它需要在胃中与一种内在因子(一种蛋白质)结合后才能被吸收。药物从输送地点进入血液循环的过程被称为“吸收”。评估药物的有效性时,不仅需要考虑被吸收的药物比例,还需要考虑吸收的速度。除了通过静脉注射给药的情况外,药物必须穿过生物膜;吸收过程受到上述原则的调控。影响吸收的其他因素还包括:
**水溶性** 在固体形式的药物被吸收之前,它们必须先溶解在水性环境中(即生物相中)。对于那些水溶性较差的药物(如阿司匹林、灰黄霉素),其溶解速率会直接影响吸收速率。酮康唑在低pH值下难以溶解,需要胃酸的帮助才能被吸收。以水溶液形式提供的药物,其吸收速度明显快于同种药物以固体形式或油性溶液形式提供的情况。浓度梯度也会影响被动扩散过程:高浓度溶液中的药物比低浓度溶液中的药物吸收得更快。
药物通过血液循环从吸收部位被带走,这一过程维持了整个吸收表面的浓度梯度。血液流量的增加会加速药物的吸收,就如同风速加快了衣物的干燥速度一样。
由于每种给药途径都有其独特的特点,因此给药途径会直接影响药物的吸收情况。