第四节 污染物的代谢动力学
一、基本概念
1、代谢动力学（ toxicokinetics)：用数学方法研
究毒物的吸收、分布、生物转化和排泄等代谢过
程随时间变化的规律
? 目的：了解毒物在体内的消长规律，为毒物的安
全性评价提供依据。
2、室 (房室,comparment)
? 将机体作为一个系统，按动力学特点分为若干
部分，每个部分称为室。
? 划分依据：毒物转运速率是否近似。
? 一室模型,毒物转运速率高，能迅速与体内各
组织达到平衡
? 二室 (或多室 )模型,毒物在不同组织和器官中
的转运速率不同。
将血流丰富，能与血液迅速达到分布平衡
的组织和器官与血液一起，称为 中央室 ；
其它血流量少毒物穿透速率慢的组织，称
为 周边室 。
3、几个主要参数
（１）表观分布容积 （ Vd,apparent volume
of distribution),
Vd=D/C (L,ml,或 L/kg,ml/kg)
式中,D— 体内毒物总量；
C— 血液中毒物浓度
?Vd越大，表明毒物容易与组织或器官结合，
血液中浓度低,
（２）半衰期（ T1/2),某中毒物在体内含量减少一
半所需要的时间。与消除速率常数 (K)成反比,
T1/2=0.696/K
一般亲水性毒物半衰期短，亲脂性毒物半衰期长。
（ 3）消除速率常数 (K),单位时间内毒物在体内的
消除数量与体内数量的比例常数。
K=(dD/dt)/D
（４）消除率 (Cl,clearance rate),单位时间内毒
物消除量与血浆中毒物浓度之比,
Cl=消除速率／血浆浓度＝ dD/dt/C=KD/C=KVd
单位,L/h,ml/min等
4、一级速率过程
? 线性动力学模型符合一级速率过程。其公
式为,
dC/dt = － keC
式中,dC/dt — 化学物浓度随时间变化率；
ke — 速率常数；
C— 体内化合物浓度。
二、一室模型 (单室模型 )
将机体视为单一的室,指外来化学物进入
机体后，能迅速均匀地分布于整个机体之中。
1、模型假设
?毒物直接进入血液；
?毒物迅速分布并在各组织和器官中建立平衡。
2、可用于描述,
?毒品静脉注射；
?一些口服药品。
3、模型,
消除速度与与血液中毒物浓度成正比
KCdtdC ?? lgC (mg/L)
t (min)
?积分得,C=Co-ket
?对数化得,
? InC= InCo－ ket
或
3 0 3.2lglg 0
ktCC ??
lgc0
斜率：
K/2.303
进一步可求得分布容积，消除率，半衰期等,
0
0
C
DV
d ?
Cl=KVd
T1/2=0.693/K
? 例：磺溴酞 (BSP)静脉推注 0.01mg/g后，各时点测定
结果见下表,
? 求：分布容积，消除率和半衰期
? 解：首先以 lgc对 t拟合，求得直线回归方程,
lgc=1.12-0.05t,r=-0.999,又
则可得 c0=0.1318mg/ml
K=2.303b=2.303× 0.05=0.115/min
T/min 2 3 5 10 15 20
C(mg%) 10.5 10.9 5.7 4.1 2.2 1.1
lgc 1.02 1.04 0.76 0.61 0.33 0.05
303.2l o g 0
ktCL o g C ??
Cl=KVd=0.087
T1/2=0.693/K=6.02 0 7 6.01 3 1 8.0 01.000 ??? CDV d
三、两室模型
１、假设,
? 毒物直接进入血液；
? 将机体分为中央室和周边室。
? 毒物进入血液后，迅速向中央室分布，浓度迅速下降，称
为 分布相（ ?－阶段） ；此后，血浆毒物浓度缓慢下降，
反映毒物从体内得排除过程，称为 消除相（ ?－阶段）,
２、应用
多数毒物在体内得运转符合两室模型。
３、模型
中央室,C1 周边室,C
２
K12
K21
Ka
Ke
22112112
1 )( CKCKK
dt
dC ????
tt BeAeC ?? ?? ??1
?,?— 分布相和消除相的速率常数
A,B— 中央室和周边室的初始浓度。
C0=A+B
4、参数计算。采用剩余法计算。
当 t足够大时（分布相之后），由于 ?>>?,?0,因此有
C*=B
tBtBC ?? 4343.0lg303.2lg*lg ????
椐此可先求出 B和 ?参数估计值。
对于未被拟合的 ?相数据，其剩余浓度
为,
Cτ=C-C*= A,因此,
303.2lglg
atAC ???
椐此可先求出 A和 ?参数。
其他参数的计算见右边公式
BA
DV
d ??
BA
BAK
?
?? ??
21
??
BA
BAKe
?
??
eKkK ???? 2112 ??
T1/2=0.693/ ?
te ??
te ??
te ??
应用举例
某大鼠体重３００ g,静注化学物６,0mg,血浆中该化合
物的浓度变化,
时间 t(h) C
(mg/L)
C* Cτ 拟合值
0 12.23 3.09 9.14 12.38
0.25 3.65 2.94 0.71 3.63
0.5 2.85 2.80 0.05 2.85
1 2.56 2.54
2 2.10 2.09
4 1.40 1.42
6 0.66 0.66
请用适当模型，描述其代谢动力学过程，并计算模型参数,
解：用半对数纸作图 。 可用
二室模型描述 。
后 4点呈直线 。 拟合有,
lgC*=0.4893-0.08407t
B=lg-10.4893=3.0852 (mg/L)
?=0.08407/0.4343=0.1936
(h-1)
计算前３点的剩余浓度
Cτ(见表 ） 。 将 lgCτ对时间
作直线回归, 得,
lgCτ=0.9680-4.5240t
A=lg-10.9680=9.29(mg/L)
?=4.5240/0.4343=10.4167
(h-1)
因此，拟合模型为,
tt eeC 1 9 3 6.04 1 6 7.101 0 8 5 2.329.9 ?? ??
将模型参数带入前述公式，可计算出,
Vd=1.62 L/kg,K21=2.74 h-1,K21=2.74 h-1,K12=7.14 h-1; K e=0.735 h-1
以上模型未考虑吸收过程，考虑吸收过程时，模型可修改
为,
tktt aGeBeAeC ??? ??? ??
1
G 为暴露剂量,Ka为吸收速率常数。可用相似方法计算。
一、基本概念
1、代谢动力学（ toxicokinetics)：用数学方法研
究毒物的吸收、分布、生物转化和排泄等代谢过
程随时间变化的规律
? 目的：了解毒物在体内的消长规律，为毒物的安
全性评价提供依据。
2、室 (房室,comparment)
? 将机体作为一个系统，按动力学特点分为若干
部分，每个部分称为室。
? 划分依据：毒物转运速率是否近似。
? 一室模型,毒物转运速率高，能迅速与体内各
组织达到平衡
? 二室 (或多室 )模型,毒物在不同组织和器官中
的转运速率不同。
将血流丰富，能与血液迅速达到分布平衡
的组织和器官与血液一起，称为 中央室 ；
其它血流量少毒物穿透速率慢的组织，称
为 周边室 。
3、几个主要参数
（１）表观分布容积 （ Vd,apparent volume
of distribution),
Vd=D/C (L,ml,或 L/kg,ml/kg)
式中,D— 体内毒物总量；
C— 血液中毒物浓度
?Vd越大，表明毒物容易与组织或器官结合，
血液中浓度低,
（２）半衰期（ T1/2),某中毒物在体内含量减少一
半所需要的时间。与消除速率常数 (K)成反比,
T1/2=0.696/K
一般亲水性毒物半衰期短，亲脂性毒物半衰期长。
（ 3）消除速率常数 (K),单位时间内毒物在体内的
消除数量与体内数量的比例常数。
K=(dD/dt)/D
（４）消除率 (Cl,clearance rate),单位时间内毒
物消除量与血浆中毒物浓度之比,
Cl=消除速率／血浆浓度＝ dD/dt/C=KD/C=KVd
单位,L/h,ml/min等
4、一级速率过程
? 线性动力学模型符合一级速率过程。其公
式为,
dC/dt = － keC
式中,dC/dt — 化学物浓度随时间变化率；
ke — 速率常数；
C— 体内化合物浓度。
二、一室模型 (单室模型 )
将机体视为单一的室,指外来化学物进入
机体后，能迅速均匀地分布于整个机体之中。
1、模型假设
?毒物直接进入血液；
?毒物迅速分布并在各组织和器官中建立平衡。
2、可用于描述,
?毒品静脉注射；
?一些口服药品。
3、模型,
消除速度与与血液中毒物浓度成正比
KCdtdC ?? lgC (mg/L)
t (min)
?积分得,C=Co-ket
?对数化得,
? InC= InCo－ ket
或
3 0 3.2lglg 0
ktCC ??
lgc0
斜率：
K/2.303
进一步可求得分布容积，消除率，半衰期等,
0
0
C
DV
d ?
Cl=KVd
T1/2=0.693/K
? 例：磺溴酞 (BSP)静脉推注 0.01mg/g后，各时点测定
结果见下表,
? 求：分布容积，消除率和半衰期
? 解：首先以 lgc对 t拟合，求得直线回归方程,
lgc=1.12-0.05t,r=-0.999,又
则可得 c0=0.1318mg/ml
K=2.303b=2.303× 0.05=0.115/min
T/min 2 3 5 10 15 20
C(mg%) 10.5 10.9 5.7 4.1 2.2 1.1
lgc 1.02 1.04 0.76 0.61 0.33 0.05
303.2l o g 0
ktCL o g C ??
Cl=KVd=0.087
T1/2=0.693/K=6.02 0 7 6.01 3 1 8.0 01.000 ??? CDV d
三、两室模型
１、假设,
? 毒物直接进入血液；
? 将机体分为中央室和周边室。
? 毒物进入血液后，迅速向中央室分布，浓度迅速下降，称
为 分布相（ ?－阶段） ；此后，血浆毒物浓度缓慢下降，
反映毒物从体内得排除过程，称为 消除相（ ?－阶段）,
２、应用
多数毒物在体内得运转符合两室模型。
３、模型
中央室,C1 周边室,C
２
K12
K21
Ka
Ke
22112112
1 )( CKCKK
dt
dC ????
tt BeAeC ?? ?? ??1
?,?— 分布相和消除相的速率常数
A,B— 中央室和周边室的初始浓度。
C0=A+B
4、参数计算。采用剩余法计算。
当 t足够大时（分布相之后），由于 ?>>?,?0,因此有
C*=B
tBtBC ?? 4343.0lg303.2lg*lg ????
椐此可先求出 B和 ?参数估计值。
对于未被拟合的 ?相数据，其剩余浓度
为,
Cτ=C-C*= A,因此,
303.2lglg
atAC ???
椐此可先求出 A和 ?参数。
其他参数的计算见右边公式
BA
DV
d ??
BA
BAK
?
?? ??
21
??
BA
BAKe
?
??
eKkK ???? 2112 ??
T1/2=0.693/ ?
te ??
te ??
te ??
应用举例
某大鼠体重３００ g,静注化学物６,0mg,血浆中该化合
物的浓度变化,
时间 t(h) C
(mg/L)
C* Cτ 拟合值
0 12.23 3.09 9.14 12.38
0.25 3.65 2.94 0.71 3.63
0.5 2.85 2.80 0.05 2.85
1 2.56 2.54
2 2.10 2.09
4 1.40 1.42
6 0.66 0.66
请用适当模型，描述其代谢动力学过程，并计算模型参数,
解：用半对数纸作图 。 可用
二室模型描述 。
后 4点呈直线 。 拟合有,
lgC*=0.4893-0.08407t
B=lg-10.4893=3.0852 (mg/L)
?=0.08407/0.4343=0.1936
(h-1)
计算前３点的剩余浓度
Cτ(见表 ） 。 将 lgCτ对时间
作直线回归, 得,
lgCτ=0.9680-4.5240t
A=lg-10.9680=9.29(mg/L)
?=4.5240/0.4343=10.4167
(h-1)
因此，拟合模型为,
tt eeC 1 9 3 6.04 1 6 7.101 0 8 5 2.329.9 ?? ??
将模型参数带入前述公式，可计算出,
Vd=1.62 L/kg,K21=2.74 h-1,K21=2.74 h-1,K12=7.14 h-1; K e=0.735 h-1
以上模型未考虑吸收过程，考虑吸收过程时，模型可修改
为,
tktt aGeBeAeC ??? ??? ??
1
G 为暴露剂量,Ka为吸收速率常数。可用相似方法计算。
