中國(guó)藥科大學(xué)中藥分析技術(shù)課件中藥代謝動(dòng)力學(xué)

1、中藥代謝動(dòng)力學(xué) 楊杰 08.12.19中藥藥代動(dòng)力學(xué)的概念 中藥藥代動(dòng)力學(xué)是借助于動(dòng)力學(xué)原理，研究中藥活性成分、組分、中藥單方、復(fù)方在體內(nèi)吸收absorption、分布distribution、代謝metabolism、排泄elimination的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及其體內(nèi)量效關(guān)系，并用數(shù)學(xué)函數(shù)加以定量描述的一門邊緣學(xué)科。 主要研究藥物的體內(nèi)過(guò)程及體內(nèi)藥物濃度隨時(shí)間變化的規(guī)律。中藥藥代動(dòng)力學(xué)研究的意義 中藥和西藥存在著非常大的“語(yǔ)言”差別，而“語(yǔ)言”問(wèn)題是中藥走向國(guó)際化道路的最大障礙，那么走向國(guó)際化道路的通用語(yǔ)言是什么呢？是中藥的物質(zhì)基礎(chǔ)：包括藥物的化學(xué)成分、藥代動(dòng)力學(xué)、毒理研究、嚴(yán)格規(guī)范的GCP臨

2、床試驗(yàn)數(shù)據(jù)。中藥藥效學(xué)藥動(dòng)學(xué)侯選新藥毒性研究 美國(guó)最近一項(xiàng)報(bào)告指出，藥物研究過(guò)程中只有10%的新藥候選物可進(jìn)入市場(chǎng)，而大約40%的藥物是由于無(wú)體內(nèi)活性或藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)不佳而遭淘汰。因此，在藥物設(shè)計(jì)及新藥開發(fā)早期進(jìn)行藥物代謝研究將有助于獲得安全、有效的治療藥物，降低候選藥物的淘汰率。 中藥藥代動(dòng)力學(xué)對(duì)于了解中藥的作用機(jī)制、指導(dǎo)臨床合理用藥、優(yōu)選用藥方案、指導(dǎo)劑型改進(jìn)和新藥研究設(shè)計(jì)的重要性日益引起重視。中藥成分復(fù)雜，其不同的作用可由不同的成分引起，而且可能是若干成分共同作用的結(jié)果。如延胡索擴(kuò)冠脈的成分是其季胺類生物堿，而鎮(zhèn)痛成分則主要是所含的四氫巴馬汀。不同的成分在體內(nèi)代謝、消除的途徑、速度都不可

3、能相同，同一個(gè)中藥，不同的作用或其所涉及的有效成分，在體內(nèi)有不同的藥動(dòng)學(xué)過(guò)程。所以中藥藥代動(dòng)力學(xué)與西藥藥代動(dòng)力學(xué)相比要復(fù)雜得多。 藥物代謝與藥物不良反應(yīng) 為保證藥物臨床應(yīng)用的安全性，在開發(fā)過(guò)程中一定要對(duì)新藥進(jìn)行全面細(xì)致的安全評(píng)價(jià)，并要充分預(yù)測(cè)在人體內(nèi)可能產(chǎn)生的毒性。一般可用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)藥物的安全性。 自由型藥物 結(jié)合型藥物組織Binding and storage給藥部位 肝等Biotransformation靶器官Sites of actionAbsorptionDistribution代謝物MetabolismExcretion循環(huán)系統(tǒng) 藥物體內(nèi)ADME過(guò)程一、吸收（Absorption）

4、二、分布（Distribution）三、代謝 (Metabolism)四、排泄(Excretion)五、主要藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)六、應(yīng)用（一）吸收（Absorption） 藥物在胃腸道的吸收小腸是營(yíng)養(yǎng)成份以及藥物的主要吸收部位。對(duì)于首過(guò)效應(yīng)大的藥物，口服給藥往往生利用度很低 其他吸收途徑口腔粘膜、鼻腔粘膜、直腸粘膜、皮膚、肺部、皮下、肌肉、眼部口服主要吸收部位在小腸 首過(guò)消除（first pass elimination）口服藥物在吸收過(guò)程中受到胃腸道和肝臟細(xì)胞的酶的滅活代謝，導(dǎo)致進(jìn)入體循環(huán)的活性藥量減少的現(xiàn)象。 研究胃腸道吸收的常用方法在體回腸灌流法本法能避免胃容物和消化道固有生理活動(dòng)對(duì)結(jié)果影響。

5、2）腸外翻囊法（everted sacs）該方法可根據(jù)需要研究不同腸段的藥物吸收或分泌特及其影響因素3) Caco-2細(xì)胞模型（Caco-2 cell model） 可作為研究藥物吸收的快速篩選工具; 在細(xì)胞水平上研究藥物在小腸粘膜中的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝; 可以同時(shí)研究藥物對(duì)粘膜的毒性; 由于Caco-2細(xì)胞來(lái)源于人, 不存在種屬的差異性。 （二）分布 (Distribution)影響因素2、體內(nèi)屏障（1）血腦屏障（2）胎盤屏障3、其他（3）血眼屏障1、蛋白結(jié)合率血漿蛋白 藥物的代謝和排泄統(tǒng)稱為消除（elimination）。藥物的代謝(metabolism)，也稱為生物轉(zhuǎn)化(biotransf

6、ormation)，是藥物從體內(nèi)消除的主要方式之一。（三）代謝 (Metabolism)藥物消除藥物不經(jīng)任何代謝而直接以原型隨糞便和尿液排出體外在體內(nèi)經(jīng)代謝后，再以原型和代謝物的形式隨糞便和尿液排出體外。（1）專一性酶如乙酰膽堿酯酶、單胺氧化酶等。它們分別轉(zhuǎn)化乙酰膽堿和單胺類藥物。（2）非專一性酶AChEP-450代謝酶如肝臟微粒體混合功能酶系統(tǒng)，如： 細(xì)胞色素P-450。它們能在體內(nèi)轉(zhuǎn)化約200種化合物代謝方式 一相反應(yīng) 二相反應(yīng)親脂性藥物 水溶性代謝產(chǎn)物 高水溶性代謝產(chǎn)物 氧化、還原、水解 結(jié)合反應(yīng) 第一相反應(yīng)：以細(xì)胞色素P450為核心的單加氧酶系的作用下，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，極性增強(qiáng)。第二

7、相反應(yīng)：第一相反應(yīng)后，生成的初級(jí)代謝產(chǎn)物與內(nèi)源性物質(zhì)（葡萄糖醛酸、硫酸鹽等）結(jié)合，轉(zhuǎn)化為水溶性更高的化合物。16 第一相反應(yīng)氧化反應(yīng) 氧化反應(yīng)是藥物代謝中最常見(jiàn)、最重要的反應(yīng)。某些氧化反應(yīng)由線粒體和細(xì)胞質(zhì)中的脫氫酶或氧化酶催化，而大部分氧化反應(yīng)是由肝臟微粒體單加氧酶末端酶系細(xì)胞色素P450催化。 細(xì)胞色素P450酶系統(tǒng)是電子傳遞系統(tǒng)，該系統(tǒng)的核心是細(xì)胞色素P450。參與向底物傳遞氫的還有NADPH-細(xì)胞色素P450還原酶和NADPH，它們起提供電子的作用。17 1. C-烷基的氧化:一般來(lái)說(shuō)，甲基、亞甲基和次甲基的氧化性依次降低。但由于這些基團(tuán)所處的化學(xué)環(huán)境不同，實(shí)際上也很難預(yù)測(cè)其氧化性的難易

8、。 川芎嗪在大鼠體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化 川芎嗪在家兔體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化 182. N-烷基的氧化: FAD-單加氧酶是肝臟含量最豐富的黃酶之一，約占肝細(xì)胞總蛋白質(zhì)量的0.5，它催化仲胺的羥基化和叔胺、羥胺的氧化，因此也稱胺氧化酶（amine oxidase）。 吳茱萸堿在大鼠體內(nèi)的生物（轉(zhuǎn)化） 19 3. O-和S-烷基的氧化 由微粒體FAD-單加氧酶催化，主要有S-脫烷基、脫硫和S-氧化三種類型。 4. 脂肪環(huán)的羥基化脂肪環(huán)化合物由于具有亞甲基結(jié)構(gòu)，同直鏈狀烷烴一樣易于氧化代謝。如將環(huán)己烷給予家兔，有38左右的環(huán)已烷被氧化為環(huán)己醇，后者繼續(xù)被氧化為反式環(huán)己二醇，最后以葡萄糖醛酸形式排出體外。環(huán)己醇也可以

9、葡萄糖醛酸形式排出體外。 20 雙鍵鄰位的亞甲基易于被氧化代謝，但雙鍵本身也能夠被氧化代謝生成環(huán)氧化物。一般來(lái)說(shuō)，環(huán)氧化物在化學(xué)上是不穩(wěn)定的，反應(yīng)性豐富，常常與生物體內(nèi)源性大分子蛋白質(zhì)以及核酸等共價(jià)結(jié)合，導(dǎo)致組織壞死和致癌等等。在生物體中形成的該類環(huán)氧化物可迅速被存在于肝微粒體或肝細(xì)胞可溶部分的環(huán)氧化物水解酶分解。5. 雙鍵的氧化21 分子中含有芳香基的藥物較多，其上的氫被羥基取代是芳香基氧化的特征，又稱為羥基化反應(yīng)。般來(lái)說(shuō)電子密度高的部位優(yōu)先被氧化。例如：芳環(huán)上已有羥基或氨基等供電子取代基，它們的對(duì)位（P-位）或鄰位（O-位） 容易被氧化。而像硝基苯具有吸電子取代基的化合物就很難發(fā)生羥基化，

10、把硝基還原后進(jìn)行氧化可得到p-氨基酚主要代謝產(chǎn)物。 6. 芳香環(huán)的氧化：22第一相反應(yīng)還原反應(yīng) 與氧化代謝反應(yīng)相比，生物體內(nèi)進(jìn)行的還原反應(yīng)就顯得很少，但對(duì)于藥物的生物轉(zhuǎn)化也有重要的意義。硝基化合物還原為羥胺是生物體常見(jiàn)的還原代謝反應(yīng)，從啟動(dòng)高鐵血紅蛋白形成開始，有時(shí)也產(chǎn)生細(xì)胞毒、致突變、致癌等活性代謝產(chǎn)物，這些反應(yīng)在毒理學(xué)研究上有重要意義。能夠進(jìn)行還原反應(yīng)的官能基有：硝基、偶氮基、N-和 S-氧化物、環(huán)氧化物、過(guò)氧化合物、羰基（醛、酮）、烯基、二硫化物、C-鹵素，等等。23 厚樸酚在大鼠體內(nèi)的生物還原 24 第一相反應(yīng)水解反應(yīng)（1）環(huán)氧化物的水解： 具有芳基和烯基的脂肪族碳?xì)浠衔锶菀妆谎趸?/p>

11、生成環(huán)氧化物。環(huán)氧三元環(huán)應(yīng)力大，反應(yīng)性強(qiáng)。與多種生物體成分發(fā)生親電反應(yīng)而使細(xì)胞壞死、突變、致癌，等等。生物體防御這種有害反應(yīng)發(fā)生的酶類有環(huán)氧化物水解酶，將環(huán)氧化物催化為反式鄰二醇。25青蒿素的人體內(nèi)生物轉(zhuǎn)化 26（2）糖苷鍵的水解： 糖苷鍵水解是天然藥物中糖苷化合物進(jìn)人生物體后最普遍的反應(yīng)?？诜o藥水解反應(yīng)主要發(fā)生在胃腸道內(nèi)，靜脈給藥水解反應(yīng)主要發(fā)生在肝臟內(nèi)和腸肝循環(huán)過(guò)程中。 27淫羊藿苷在人體內(nèi)的代謝 28 第二相反應(yīng)結(jié)合反應(yīng) 藥物代謝的結(jié)合反應(yīng)就是藥物經(jīng)過(guò)第一相的氧化、還原、水解等生物轉(zhuǎn)化，代謝物進(jìn)入第二相與生物內(nèi)源性分子如葡萄糖醛酸、硫酸鹽、磷酸鹽、甘氨酸或其它氨基酸、硫氰酸鹽結(jié)合或乙酰

12、化、甲基化等，生成水溶性的、無(wú)藥理作用的產(chǎn)物，從尿液或膽汁排泄。 29 （1）葡萄糖醛酸結(jié)合反應(yīng) 具有或在第一相反應(yīng)生成的羥基（-OH）、巰基（-SH）、氨基（-NH2）、羧基（-COOH）等的化合物均能與葡萄糖醛酸反應(yīng)。催化該反應(yīng)的酶是UDP-葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶（UDP-glucuronyl transferase，UGT）。 30葛根素在大鼠膽汁和尿液中的排泄 31葛根素在大鼠體內(nèi)的轉(zhuǎn)化 （2）硫酸結(jié)合反應(yīng) 32（3）磷酸結(jié)合反應(yīng) （4）氨基酸結(jié)合反應(yīng) （5）乙?；Y(jié)合反應(yīng) 。（6）甲基結(jié)合反應(yīng) 33藥物代謝作為特殊條件下的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，有一定的特點(diǎn)，歸納如下： 氧化反應(yīng)為主 反應(yīng)底物種類

13、多 代謝物水溶性增加 藥物轉(zhuǎn)化的多樣性 藥物代謝是多種因素作用的結(jié)果 藥物代謝后活性變化代謝物活性或毒性降低形成活性代謝物形成毒性代謝物前藥的代謝激活藥物代謝的部位 藥物在肝臟的代謝 藥物在腸道內(nèi)的代謝 藥物在腎臟內(nèi)的代謝 藥物在肺部的代謝 藥物在腦部的代謝藥物代謝研究常用的方法 1、體內(nèi)研究方法 在整體水平上進(jìn)行的，給予一定劑量的藥物后，于不同的時(shí)間段分別收集膽汁、尿液和糞便，然后采用 HPLC、LC-MS 和 LC-MS/MS等方法從膽汁、尿液和糞便尋找藥物的代謝產(chǎn)物（包括相和相代謝物），并對(duì)代謝產(chǎn)物進(jìn)行初步的分析和鑒定，最終確定藥物在體內(nèi)的代謝途徑。鹽酸關(guān)附甲素在人和大鼠體內(nèi)代謝途徑2、

14、體外研究方法肝微粒體體外溫孵法、肝細(xì)胞體外溫孵法、 離體肝灌流法 、肝切片法 體外代謝研究可以排除體內(nèi)諸多的干擾因素，直接觀察到代謝酶對(duì)底物的選擇性代謝；對(duì)于體內(nèi)代謝轉(zhuǎn)化率低，且缺乏靈敏檢測(cè)手段的藥物來(lái)說(shuō)，體外代謝不失為一種很好的研究手段；具有快速簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，適合于大批量化合物的藥動(dòng)學(xué)篩選；研究費(fèi)用相對(duì)較低。與體內(nèi)代謝情況不完全一致，因此體外代謝無(wú)法代替體內(nèi)代謝研究，兩者相輔相成。（四）排泄 (Excretion)藥物的排泄途徑、膽汁排泄肝腸循環(huán)、糞便排泄、乳腺、汗腺、呼吸、唾液、淚水、腎排泄腎小球?yàn)V過(guò)腎小管主動(dòng)分泌腎小管被動(dòng)重吸收40峰值濃度（Cmax）和達(dá)峰時(shí)間(tmax)最小有效濃度（M

15、EC）有效期（effective period）最小中毒濃度(MTC)半衰期（elimination half-life t1/2) 指血漿中藥物濃度下降一半所需的時(shí)間。t1/2的意義反映機(jī)體消除藥物的能力與消除藥物的快慢程度；一次用藥后經(jīng)過(guò)5個(gè)t1/2后體內(nèi)藥物基本清除干凈；按t1/2的長(zhǎng)短常將藥物分為5類：超短效為t1/21h，短效為1-4 h，中效為4-8 h，長(zhǎng)效為8-24 h，超長(zhǎng)效為24 h；肝腎功能不良者，藥物的t1/2將相應(yīng)延長(zhǎng)，此時(shí)應(yīng)依據(jù)病人肝腎功能調(diào)整用藥劑量或給藥間隔。 時(shí)-量曲線 時(shí)間代謝排泄相Cmax潛伏期持續(xù)期殘留期MTCMECTmax血藥濃度(mg/L)吸收分布相

16、43 表觀分布容積(apparent volume of distribution，Vd) 指體內(nèi)藥物均勻分布時(shí)，由體內(nèi)藥量與血藥濃度的比例常數(shù)（單位為:L或L/kg)。 Vd的意義：反映藥物分布到體內(nèi)各部位的能力； 反映藥物劑量與血藥濃度的關(guān)系，用于藥量計(jì)算； 表觀分布容積Vd值與藥物分布范圍藥物Vd ( L)分布范圍雙香豆素 3-5血液內(nèi)碘化物10-20細(xì)胞外液安替比林 40全身體液碘 115甲狀腺中蓄積Vd用于給藥方案設(shè)計(jì)及調(diào)整 對(duì)于某一具體藥物而言，Vd為已知常量，而治療所需的有效濃度（C）也是清楚的，所以可以據(jù)此計(jì)算或調(diào)整所需治療劑量。曲線下面積(AUC) 由時(shí)-量曲線與坐標(biāo)橫軸圍成

17、的面積稱為曲線下面積(area under the curve，AUC)，它與藥物吸收的總量成正比。用于評(píng)價(jià)吸收程度。 時(shí)間血藥濃度(mg/L)絕對(duì)生物利用度用于比較兩種吸收途徑的吸收差異相對(duì)生物利用度用于比較兩種不通制劑的吸收差異生物利用度(F)生物利用度(bioavailability，F(xiàn)) 是指藥物經(jīng)血管外 (extravascular, ev) 給藥后能被吸收進(jìn)入體循環(huán)的百分?jǐn)?shù)。 4950速率過(guò)程 藥物的體內(nèi)過(guò)程導(dǎo)致在不同器官、組織、體液間的藥物濃度隨時(shí)間變化而改變，此動(dòng)態(tài)的藥物轉(zhuǎn)運(yùn)和轉(zhuǎn)化過(guò)程，稱為動(dòng)力學(xué)過(guò)程或速率過(guò)程。一級(jí)消除動(dòng)力學(xué)零級(jí)消除動(dòng)力學(xué)半衰期恒定(t 0.693Ke)(2)

18、停藥后約經(jīng)5個(gè)t藥物基本消除完畢(3）時(shí)量曲線下面積與所給予的單一劑成正比。()半衰期不恒定 （t1/2 = 0.5 C0/k。）()時(shí)量曲線下面積與所給的單一劑量不成正比。藥物代謝動(dòng)力學(xué)模型房室模型 （compartment models） 非房室模型 (non- compartmental models) 生理藥物代謝動(dòng)力學(xué)模型（phsicological pharmacokinetic model)房室模型（compartment models）根據(jù)藥物在體內(nèi)分布速率的特點(diǎn)對(duì)機(jī)體進(jìn)行抽象進(jìn)行劃分。目前常用房室模型有：1、開放性一室模型(open one compartment model

19、 )2、開放性二室模型(open two compartment model )3、開放性多室模型(open multi-compartment model )外周室一室模型與二室模型比較One compartment modelTwo compartment model體內(nèi)D0ke中央室D0k12k21k10lgCtke/2.303*絕大多數(shù)藥物在體內(nèi)按一級(jí)速率消除 BlgCt消除項(xiàng)分布項(xiàng)A一室模型二室模型體內(nèi)分析的特點(diǎn) 1生物樣品組成復(fù)雜，干擾雜質(zhì)多，大多需要分離和凈化2可供分析的樣品量少，尤其是連續(xù)測(cè)定時(shí)，很難再度獲得完全相同的樣品 3被測(cè)藥物和代謝物的濃度或活性極低，且波動(dòng)范圍大。 4

20、.測(cè)定數(shù)據(jù)的處理和闡明有時(shí)較為困難5. 工作量較大.生物樣品前處理方法樣品均勻化 對(duì)于生物樣品，應(yīng)在測(cè)定前混合均勻，以免造成測(cè)定誤差。可置渦流混合器上混勻，血漿樣品往復(fù)振搖亦可達(dá)到均勻化的目的。 對(duì)含有不溶性組分的樣品(例如組織和糞便)，須將樣品進(jìn)行勻漿處理，以保證樣品的均勻性。 同時(shí)還應(yīng)注意取樣的代表性問(wèn)題。 2. 去蛋白處理 生物樣品如血漿、血清等含有大量的蛋白質(zhì)，它們能結(jié)合藥物，因此對(duì)于某些藥物的測(cè)定，必須先將與蛋白結(jié)合的藥物游離之后再作進(jìn)一步處理。 通常去蛋白過(guò)程是將蛋白質(zhì)變性處理后，把與蛋白結(jié)合的藥物解離出來(lái)，離心分離以除去蛋白。 加入適當(dāng)?shù)某恋韯┗蜃冃詣?，使蛋白質(zhì)脫水而沉淀(如有機(jī)

21、溶劑、中性鹽)，甲醇、乙腈、丙酮和乙醇是沉淀蛋白常用的有機(jī)溶劑 有的是由于蛋白質(zhì)形成不溶性鹽而析出(如高氯酸) 中性鹽可用氯化銨等。 無(wú)機(jī)鹽沉淀蛋白是可逆的，即將蛋白稀釋后仍具有生理活性，而有機(jī)溶劑和酸類沉淀的蛋白是不可逆的。 也可用透析法與超濾法除去樣品中蛋白。 是否會(huì)導(dǎo)致生物樣品中的藥物發(fā)生分解或影響藥物的提取。3. 被測(cè)組分的提取 生物樣品中被測(cè)組分一般需提取后才能進(jìn)行色譜分析，這一步驟包含了樣品的凈化與濃縮。 液液萃取 一般弱酸性藥物可加入一定量的酸，弱堿性藥物可加入一定量的堿，使藥物以分子狀態(tài)存在，有利于有機(jī)溶劑的提取效果； 有時(shí)加入一些強(qiáng)離子的無(wú)機(jī)鹽(如氯化鈉)， 利用鹽析作用，能

22、促進(jìn)組分進(jìn)入有機(jī)相。 在液質(zhì)聯(lián)用中，必須使用可揮發(fā)性的酸和堿，甲酸、乙酸、氨水等。通過(guò)選擇不同的有機(jī)溶劑可提高選擇性。一般可選用乙酸乙酯、乙醚、二氯甲烷、氯仿、正己烷、甲基叔丁基醚、甲醇、乙腈等有機(jī)溶劑及其不同比例的混合物進(jìn)行提取。 兩性藥物或水溶性很強(qiáng)的藥物通?？捎秒x子對(duì)萃取法。針對(duì)呈解離狀態(tài)的藥物，可以加入反離子來(lái)形成離子對(duì)絡(luò)合物，再用有機(jī)溶劑萃取出來(lái)。一般堿性藥物用十二烷基磺酸類作為反離子；酸性藥物可用烷基季銨類化合物作為反離子，如四丁基銨等。形成離子對(duì)后可用相應(yīng)有機(jī)溶劑提取。 固相分離 固相分離又稱為固相提取柱法，其常用的柱填料有吸附劑、高分子大孔樹脂、離子交換樹脂、鍵合硅膠等。On-

23、line identication of the constituents of Buyang Huanwu decoction in pig serum using combined HPLCDADMS techniques Journal of Chromatography B, 831 (2006) 288302補(bǔ)陽(yáng)還五湯：補(bǔ)氣活血通絡(luò)，中風(fēng)，心腦血管疾病。黃芪：黃酮、皂苷；赤芍：芍藥苷；當(dāng)歸：揮發(fā)油類成分；川芎：生物堿；桃仁：苦杏仁苷、甾體皂苷；紅花：紅花苷、黃酮；地龍：蛋白質(zhì)紅花川芎黃芪Screening and identication of potential bioactive components in a combined prescription of Danggui Buxue decoction using cell extraction coupled with high performance liquid chromatography Biomed. Chromatogr. 22: 157163 (2008)當(dāng)歸補(bǔ)血湯： 補(bǔ)氣補(bǔ)血當(dāng)歸黃芪川芎提取物hepatic cell line H