藥物跨膜轉運概述
藥物在體內吸收、分布、轉化及排泄的過程中,首先必須跨越多層生物膜,進行多次轉運,這種過程叫做藥物跨膜轉運。見下圖就是藥物在體內轉運的示意圖
生物膜是細胞膜和細胞器膜(如線粒體膜、核膜、溶酶體膜等)的總稱。可以是單層細胞(如小腸上皮)或多層細胞(如皮膚、胎盤等)。它是由蛋白質和液態的脂質雙分子層(主要是磷脂)所組成。蛋白質分布在脂質層的兩側,有些則嵌入膜內部或貫穿至膜兩側,構成膜孔(直徑約0.8 nm)及特殊的轉運系統(載體)。由於生物膜具有脂質性的特點,只有脂溶性大、極性小的藥物較易通過;極性大的藥物,則只允許分子量小的(200 Da 以下)通過膜孔轉運,或通過特殊載體轉運。見下圖:跨膜轉運方式分類
一、被動轉運被動轉運( passive transport),也稱被動擴散(passive diffusion),即藥物從濃度高的一側向濃度低的一側的跨膜轉運。轉運動力來自膜兩側的濃度差,當膜兩側藥物濃度達到平衡時,轉運即停止。它不耗能、不需要載體、不受飽和限速及競爭抑制的影響。被動轉運又分為兩種情況:
(一)脂溶擴散(lipid diffusion)
脂溶擴散又稱簡單擴散(simple diffusion),即藥物依靠其脂溶性先溶於脂質膜,而後從高濃度一側向低濃度一側的被動轉運方式(見圖3-2)。它也是藥物轉運中一種最常見、最重要的轉運方式。影響藥物脂溶擴散的主要因素有:
① 膜面積和膜兩側的濃度差。膜面積越大擴散越快;藥物在脂質膜的一側濃度越高,擴散速度也越快,到膜兩側濃度相同時擴散停止。
② 藥物的脂溶性。即藥物的油/水分配係數,一般分配係數愈大,藥物溶入脂質膜中越多,擴散就越快。但由於藥物必須首先溶於體液才能抵達細胞膜,故水溶性太低也同樣不利於藥物通過細胞膜,所以藥物在具備脂溶性的同時,仍需具有一定的水溶性才能迅速通過脂質膜。
③ 藥物的解離度。因為除極少數極性分子的藥物(如毛花苷丙)外,絕大多數藥物都是弱酸性或弱鹼性的非極性分子,所以藥物在溶液中都以非解離型和解離型兩種形式存在。只有非解離型藥物因其脂溶性大,才能溶入脂質膜中,易於通過生物膜;而解離型藥物因脂溶性小,則不易通過生物膜,並被限制在膜的一側,形成所謂的離子障(ion trapping)。因而藥物的解離度是影響藥物脂溶擴散的另一重要因素。
④ 藥物的pKa 及藥物所在環境的pH 最終將決定藥物的解離度,pKa 和pH 之間的關係可用Handerson-Hasselbach 公式表示:
例如苯巴比妥、水楊酸等弱酸性藥物中毒時,鹼化尿液可使藥物的重吸收減少,而增加其排泄以解毒。
二)膜孔擴散(diffusion through pores)
膜孔擴散,也稱膜孔濾過(filtration through pores)或水溶擴散(aqueous diffusion),是指水溶性小分子藥物受流體靜壓或滲透壓的影響,通過生物膜膜孔(親水通道)的被動轉運方式二、載體轉運
載體轉運(carrier transport)是指藥物首先與生物膜上相應的載體結合,再將藥物轉運到膜的另一側的過程。由於需要載體參與,故有飽和限速及競爭抑制。載體轉運方式主要有:
(一)主動轉運(active transport)
主動轉運指逆濃度差的載體轉運(它可使藥物在體內聚集於某一器官或組織),需要消耗能量。採用主動轉運方式的藥物並不多,一般與藥物的吸收關係不大。但兒茶酚胺通過胺泵進入囊泡、青黴素從腎小管的主動排泌等都屬於這種轉運類型。所以,當丙磺舒和青黴素合用時,兩個弱酸性藥物在腎小管管壁細胞中依靠同一載體排泌,可發生競爭性抑制,從而延緩青黴素的排出,而增加其作用的持續時間。
(二)易化擴散(facilitated diffusion)
易化擴散指順濃度差的載體轉運,不耗能。如體內葡萄糖和一些離子(Na+、K+、Ca2+等)的吸收即採用此種轉運方式,其轉運的速度遠比脂溶擴散要快得多。另外,極少數藥物還可通過膜動轉(cytopsistransport)方式轉運,即通過生物膜的運動,將大分子物質以包裹的方式進行被動轉運,如胞飲(pinocytosis)和胞吐(exocytosis)。