藥物血漿蛋白結(jié)合與藥物代謝動(dòng)力學(xué)課件

第七章藥物血漿蛋白結(jié)合與藥物代謝動(dòng)力學(xué)

●藥物血漿蛋白結(jié)合（簡(jiǎn)稱結(jié)合）系指藥物小分子與血漿蛋白大分子之間的可逆性相互作用而言。

第一節(jié)濃度依賴性血漿蛋白結(jié)合及其引起的非線性動(dòng)力學(xué)

一、理論基礎(chǔ)

1.濃度依賴性結(jié)合的含義

與血漿蛋白有高度親和力的藥物，其結(jié)合程度與藥物濃度密切相關(guān)，這種結(jié)合稱為藥物濃度依賴性結(jié)合，簡(jiǎn)稱為濃度依賴性結(jié)合。2.濃度依賴性結(jié)合引起非線性動(dòng)力學(xué)的原理藥物與血漿蛋白結(jié)合之間的關(guān)系可根據(jù)質(zhì)量作用定律用下列方程式加以描述：CB＝KnPCF/1+CF（7-1）

CB、CF分別為結(jié)合型及游離型藥物克分子濃度，K為結(jié)合常數(shù)，P為血漿蛋白的克分子濃度，n為結(jié)合位點(diǎn)數(shù)（假定只有一類結(jié)合點(diǎn)）。（7-1）式右側(cè)分子、分母各用K除，則：

CB＝nPCF/(1/K+CF)

（7-2）若1/K>>CF,（7-2）式可簡(jiǎn)化為CB=nPCFK

（7-3）由于總藥物濃度Ct為CB與CF之和，則結(jié)合型藥物分?jǐn)?shù)FB可用下式表示：FB＝CB/Ct＝nPCFK/nPCFK+CF

＝

nKP/1+nKP（7-4）n、K、P均為常數(shù)。（7-4）表示1/K>>CF，即藥物與血漿蛋白親和力很低時(shí)，F(xiàn)B為一常數(shù)，其值為nKP/(1+nKP)。只有在這種情況下，結(jié)合才是線性的，即親和力很低的藥物在其濃度改變時(shí)，結(jié)合型與游離型藥物分?jǐn)?shù)（FB與Fu）均保持不變(見圖7-1)。結(jié)合常數(shù)僅為102mol-1的藥物，幾乎是一條與X軸平行的直線。此時(shí)消除速率常數(shù)接近一個(gè)恒定值，總藥物濃度的消除按恒比進(jìn)行，其血藥濃度的衰減符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)。但當(dāng)藥物具有高度親和力時(shí)，K值大，（7-2）式中1/K>>CF的假設(shè)不能成立，（7-4）式亦不能成立，由圖7-1可知，當(dāng)藥物濃度改變時(shí)，F(xiàn)B及Fu不恒定，隨藥物濃度而變化，結(jié)合變?yōu)榉蔷€性，即結(jié)合呈現(xiàn)明顯的濃度依賴性。當(dāng)藥物濃度隨時(shí)間衰減時(shí)，F(xiàn)u越來越小，消除變得相對(duì)越來越慢，此時(shí)總藥物濃度的衰減不按恒比進(jìn)行，即血藥濃度的經(jīng)時(shí)變化不呈一級(jí)動(dòng)力學(xué)函數(shù)關(guān)系。這表現(xiàn)在對(duì)數(shù)濃度-時(shí)間曲線發(fā)生彎曲，依據(jù)結(jié)合對(duì)清除率及表觀分布容積影響程度的不同，曲線可表現(xiàn)為下凹或上凸。二、濃度依賴性結(jié)合引起的非線性動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn)

1.轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制的可飽和性

結(jié)合引起的非線性動(dòng)力學(xué)和代謝引起的非線性動(dòng)力學(xué)一樣，其動(dòng)力學(xué)過程亦呈現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制的可飽和性。對(duì)于前者，由于血漿蛋白上的結(jié)合位點(diǎn)有限，隨濃度不斷提高，結(jié)合愈趨于飽和，F(xiàn)B變小，而Fu則變大。當(dāng)K較大（通常K>104）時(shí)，以及在藥物濃度較高時(shí)，這種結(jié)合能力的飽和現(xiàn)象愈明顯，圖7-1中的K>104的兩條曲線出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折，此時(shí)濃度依賴性結(jié)合引起非線性動(dòng)力學(xué)十分顯著。2.半衰期隨劑量增加而縮短

對(duì)于高度結(jié)合的藥物，特別是親和力很強(qiáng)、結(jié)合位點(diǎn)數(shù)有限的酸性藥物，其超飽和濃度（劑量）和飽和內(nèi)濃度（劑量）相對(duì)比，有不同的動(dòng)力學(xué)特征。突出表現(xiàn)在劑量增大時(shí)，t1/2反而縮短。例如，保泰松

低劑量時(shí)，t1/2達(dá)3天左右，高劑量時(shí)，t1/2僅3h因劑量增大，F(xiàn)u升高，可用于消除的藥物相對(duì)增加（只有游離藥物可供消除）。對(duì)于濃度依賴性結(jié)合引起的非線性動(dòng)力學(xué)來說，結(jié)合能力的飽和并不意味著消除機(jī)制（代謝或排泄）的飽和；而對(duì)于劑量依賴性代謝引起的非線性動(dòng)力學(xué)，劑量增大，t1/2延長(zhǎng)。例如，水楊酸劑量300mgt1/23h10g20h3.血藥濃度及藥-時(shí)曲線下面積隨劑量增大而呈低比例增加

濃度依賴性結(jié)合還將導(dǎo)致劑量與濃度之間的非線性關(guān)系。這類藥物給藥劑量增加，血藥濃度即血漿總藥物濃度并不成比例增加，其總藥物濃度-時(shí)間曲線下面積（AUCt）與劑量亦不成比例，并低于其劑量比。丙吡胺在治療劑量時(shí)出現(xiàn)明顯的濃度依賴性結(jié)合給藥150、200、300mg，AUCt分別為100mg劑量的1.3、1.6及2.0倍，低于劑量比。在劑量依賴性代謝引起的非線性動(dòng)力學(xué)中，當(dāng)劑量超過酶代謝能力時(shí)，血藥濃度及AUC均隨劑量增加而呈現(xiàn)超比例增加，如苯妥英、水楊酰胺等。因?yàn)槊复x能力飽和后，由一級(jí)動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)為零級(jí)動(dòng)力學(xué)。4.超飽和劑量的藥理作用遠(yuǎn)大于根據(jù)飽和內(nèi)劑量所預(yù)測(cè)的作用強(qiáng)度。醫(yī)藥工作者必需了解給藥方案產(chǎn)生的血藥濃度是否接近或超過血漿蛋白的最大結(jié)合能力，多數(shù)藥物的有效治療濃度遠(yuǎn)低于血漿白蛋白濃度，其劑量的改變不致超過結(jié)合飽和點(diǎn)，所引起的動(dòng)力學(xué)及藥理作用強(qiáng)度改變不明顯；但對(duì)某些藥物，例如氯貝特保泰松水楊酸鹽丙吡胺丙戊酸對(duì)血漿蛋白具有高度親和力，在治療劑量下即可引起明顯的濃度依賴性結(jié)合，當(dāng)劑量超過血漿蛋白結(jié)合能力時(shí)藥理作用強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，出現(xiàn)種種不良反應(yīng)。例如水楊酸治療風(fēng)濕病，每天劑量達(dá)4g，大大超過白蛋白結(jié)合能力，CF升高，使肝、腎清除機(jī)制很快飽和，容易引致水楊酸中毒。第二節(jié)藥物血漿蛋白結(jié)合對(duì)藥物代謝動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響一、結(jié)合對(duì)清除率的影響

清除率是表示機(jī)體清除藥物能力的一種重要參數(shù)?！俺浞?jǐn)嚢琛鄙硭巹?dòng)學(xué)模（“well-stirred”model）特別強(qiáng)調(diào)

清除器官血流量Q

器官內(nèi)在清除率（CLint）

血漿蛋白結(jié)合對(duì)器官清除率的影響。對(duì)于僅受單個(gè)器官（如肝臟）清除的藥物，器官清除率等于總體清除率（CL），它們之間具有下列關(guān)系：器官內(nèi)在清除率為在不受血流量限制時(shí)消除器官消除藥物的最大能力，它是藥物的固有特征，與藥物在器官中的攝?。╡xtraction）直接相關(guān)；FB為血漿中結(jié)合藥物分?jǐn)?shù)?！俺浞?jǐn)嚢琛蹦Ｐ蛯⑺幬锓譃?高攝取藥物低攝取藥CL＝Q[FB·CLint/(Q+FB)]（7-5）二、結(jié)合對(duì)藥物分布的影響

結(jié)合通常是藥物向組織分布的一種限定性因素，使較多的藥物儲(chǔ)留合于血漿中，以減弱藥物的最大作用強(qiáng)度，防止作用大幅度波動(dòng)以及延長(zhǎng)藥物作用時(shí)間。但結(jié)合對(duì)表觀分布容積Vd的影響很復(fù)雜，因不同情況可使Vd減小，增大或使藥物呈現(xiàn)選擇性分布。

1.結(jié)合使Vd減小某些藥物如華法林、保泰松、氯貝特、某些磺胺類，丙戊酸等酸類藥物在血漿pH下可解離，與白蛋白的結(jié)合點(diǎn)數(shù)雖有限，但有很高的親和力，結(jié)合百分率很高，這類藥物和白蛋白結(jié)合十分牢固，不易透過生物膜，表觀分布容積很小而半衰期長(zhǎng)，如保泰松。結(jié)合百分率為98%，K高達(dá)2.3×105，Vd只有0.09L/kg(相當(dāng)于注入的白蛋白的分布容積)，t1/2長(zhǎng)達(dá)75小時(shí)。對(duì)于這些藥物，結(jié)合將起到血漿儲(chǔ)留作用，使藥物不易進(jìn)入血管外組織被消除。三、結(jié)合對(duì)半衰期的影響這種影響十分復(fù)雜，除與前述的許多因素有關(guān)外，還與藥物的消除機(jī)制有密切的關(guān)系。高度結(jié)合的藥物通過腎小球?yàn)V過的能力極低，這類藥物中主要通過腎小球?yàn)V過而消除者將有特別長(zhǎng)的半衰期，如二氮嗪，t1/2為30小時(shí)，某些造影劑長(zhǎng)達(dá)一年以上。但結(jié)合通常不影響藥物自腎小管的主動(dòng)分泌過程，如某些青霉素雖然結(jié)合百分率達(dá)90%以上，但仍能迅速通過腎小管分泌機(jī)制而消除，t1/2僅為0.5～1小時(shí)。結(jié)合對(duì)藥物的肝臟代謝的影響與對(duì)腎排泄類似，即通過擴(kuò)散過程進(jìn)入肝細(xì)胞被代謝的藥物的消除速率與結(jié)合程度成反比，如涉及主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，則消除不受結(jié)合的影響。某些藥物如普萘洛爾其結(jié)合反成為一種載體系統(tǒng)，促進(jìn)藥物被運(yùn)送至消除部位，加速其消除，從而使半衰期縮短。這說明消除僅限于游離藥物時(shí)，結(jié)合可減慢消除速率，半衰期延長(zhǎng)；反之，當(dāng)消除不限于游離藥物從而不受結(jié)合影響時(shí)，結(jié)合可加速消除，使半衰期縮短。

1.濃度依賴性結(jié)合導(dǎo)致非線性動(dòng)力學(xué)高度結(jié)合的藥物的蛋白結(jié)合率隨著藥物濃度的改變而改變，總藥物濃度的變化與游離藥物濃度的變化并不平行，兩者具有不同的藥代動(dòng)力學(xué)特征，總藥物濃度不能反映游離藥物濃度，從而影響了血藥濃度-藥物效應(yīng)的相關(guān)性，此時(shí)應(yīng)測(cè)定游離型藥物濃度。丙吡胺是血漿蛋白結(jié)合引起非線性動(dòng)力學(xué)的典型藥物。該藥血漿總濃度的藥時(shí)曲線下面積（AUC）與給藥劑量不成正比，但其游離濃度的AUC卻與劑量成正比；穩(wěn)態(tài)時(shí)游離藥物的腎清除率，分布容積與心臟指數(shù)相關(guān)，不測(cè)定游離藥物的動(dòng)力學(xué)則導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論。又發(fā)現(xiàn)將給藥速率增加4倍，其穩(wěn)態(tài)血藥濃度只增加2倍，而穩(wěn)態(tài)游離藥物濃度同樣增加4倍。通過不同藥動(dòng)力學(xué)模型研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用游離藥物分?jǐn)?shù)以及游離藥物清除率計(jì)算得到的理論穩(wěn)態(tài)血藥濃度與實(shí)測(cè)結(jié)果十分相符，而應(yīng)用總濃度清除率計(jì)算則與實(shí)測(cè)結(jié)果明顯不吻合。另外，游離藥物濃度與該藥的抗心律失常作用的相關(guān)性明顯優(yōu)于總藥物濃度。由于該藥總濃度呈現(xiàn)非線性動(dòng)力學(xué)，故計(jì)算生物利用度時(shí)Dost相應(yīng)面積律不能適用，但游離藥物濃度為線性動(dòng)力學(xué)，因而有提出采用測(cè)定游離藥物濃度的AUC來計(jì)算生物利用度。2.疾病影響藥物血漿蛋白結(jié)合疾病對(duì)藥物蛋白結(jié)合的影響可致通常的血藥濃度-藥物效應(yīng)關(guān)系發(fā)生改變，如僅依據(jù)總藥物濃度調(diào)節(jié)劑量將易導(dǎo)致毒性反應(yīng)。肝、腎疾病時(shí)由于血漿白蛋白濃度降低以及內(nèi)源性蛋白結(jié)合抑制物如膽紅素、游離脂肪酸增多使許多藥物的血漿蛋白結(jié)合率降低，游離藥物分?jǐn)?shù)增加。如肝硬化病人奎尼丁的游離藥物分?jǐn)?shù)幾乎增加3倍，腎臟疾病時(shí)苯妥英，水楊酸，氯貝特等藥物的血漿蛋白結(jié)合率明顯降低，此時(shí)如仍以總濃度的治療范圍調(diào)節(jié)藥物劑量，實(shí)際上增加了游離藥物濃度，將導(dǎo)致實(shí)際上的過量中毒，已有報(bào)告在這類病人中苯妥英中毒明顯增加。此外，手術(shù)與創(chuàng)傷以及營(yíng)養(yǎng)不良等疾病狀態(tài)也可使血漿白蛋白降低，致游離藥物分?jǐn)?shù)增加。還應(yīng)指出，某些疾病如炎癥、惡性腫瘤、腎移植以及應(yīng)激狀態(tài)等，血漿1-酸性糖蛋白（AAG）增加，可使一些與AAG有較大親和力的藥物（主要為堿性藥物）如氯丙嗪、普萘洛爾、利多卡因等的蛋白結(jié)合率升高，游離藥物濃度降低。3.藥物血漿蛋白結(jié)合存在明顯個(gè)體差異這種明顯的個(gè)體差異使血藥濃度-藥物效應(yīng)關(guān)系變得十分復(fù)雜，如奎尼丁血漿蛋白結(jié)合率范圍為50-95%，不同個(gè)體間游離藥物濃度相差可達(dá)10倍之多?？倽舛入m屬正常范圍，結(jié)合率低的患者可引起毒性反應(yīng)，結(jié)合率高的患者則可出現(xiàn)療效降低。血漿樣品先經(jīng)平衡透析或作成超濾液以除去結(jié)合型藥物后再行測(cè)定可得游離藥物濃度。近年來，測(cè)定唾液藥物濃度進(jìn)行治療藥物監(jiān)測(cè)和藥代動(dòng)力學(xué)研究者日漸增多，因唾液為一種無蛋白濾液，測(cè)得的為具有藥理活性的游離藥物濃度。目前國(guó)外已對(duì)茶堿、苯妥英，酰胺咪嗪、丙戊酸、丙吡胺以及利多卡因的游離藥物濃度監(jiān)測(cè)進(jìn)行了大量研究，其與臨床效應(yīng)的相關(guān)性均優(yōu)于總藥物濃度。但在游離藥物濃度推薦為常規(guī)臨床應(yīng)用之前仍需繼續(xù)進(jìn)行大量工作，特別是測(cè)定技術(shù)的改進(jìn)。

第4節(jié)藥物血漿蛋白結(jié)合參數(shù)的計(jì)算通常每分子血漿蛋白（如白蛋白）可與多個(gè)藥物分子結(jié)合，即血漿蛋白分子上有多個(gè)藥物結(jié)合點(diǎn)，其中與藥物親和力特別強(qiáng)的結(jié)合點(diǎn)稱為一級(jí)結(jié)合點(diǎn)（n1），親和力較弱者稱為次級(jí)結(jié)合點(diǎn)（n2），n1大致為1~2點(diǎn)，n2約為10~20點(diǎn)，實(shí)際上對(duì)應(yīng)于n1的結(jié)合常數(shù)K1較對(duì)應(yīng)于n2的結(jié)合常數(shù)K2更為重要。假定血漿蛋白分子上只有一類結(jié)合點(diǎn)，且各點(diǎn)之間互不干擾，從（7-1）式可進(jìn)一步得到下列方程式：r＝nKCF/1+KCF（7-8）r為每分子血漿蛋白結(jié)合的藥物分子數(shù)。（7-8）作不同變換則可得到不同的作圖方法，從而求解藥物與血漿蛋白結(jié)合的參數(shù)。一、Scatchard法將（7-8）式進(jìn)行變換可得：

r/CF＝nK－Kr（7-9）由r/CF對(duì)r作圖得一條直線，此即所謂Scatchard作圖。例如，圖7-2為硫賁妥鈉與血漿蛋白結(jié)合的Scatchard作圖，由斜率求得K為12000，由X軸截矩得n為5，Y軸截矩求得nK為60,000。

0Kn=60,000N=5K=12,000r/CF10-4r/CF10-40圖7-2硫賁妥鈉與血漿蛋白的結(jié)合r：結(jié)合型藥物與白蛋白克分子比CF：游離藥物濃度實(shí)際上按（7-9）式作出的圖形有時(shí)并非直線，多數(shù)場(chǎng)合屬雙曲線，這表明蛋白分子上至少有兩類結(jié)合點(diǎn)，此時(shí)（7-8）式應(yīng)寫為：r＝[niKiCF/(1+KiCF)]（7-10）ii

這種曲線可擬合為不同類型結(jié)合點(diǎn)各自產(chǎn)生的直線的總和。圖7-3為水楊酸與小牛血清白蛋白相互作用的實(shí)驗(yàn)資料，理論曲線為一雙曲線（曲線I＋I(xiàn)I），可按兩類結(jié)合點(diǎn)進(jìn)行分析，方程式（7-10）變?yōu)閞＝

，曲線I＋I(xiàn)I解析為直線I與直線II，由直線I的斜率及截矩得n1為0.72，K1為25000；由直線II得n2為5.3，K2150。由此可見水楊酸的一級(jí)結(jié)合點(diǎn)少于次級(jí)結(jié)合點(diǎn)，但親和力大大強(qiáng)于次級(jí)結(jié)合點(diǎn)。近年來采用電子計(jì)算機(jī)分析更有助于結(jié)合點(diǎn)性質(zhì)的闡明。

(n1K1CF/1+K1CF)+(n2K2CF/1+K2CF) 二、Klotz法由（7-8）式還可得到下列方程式：1/r=1/n+1/nKCF（7-11）1/r對(duì)1/CF作圖得一直線，即KLotz作圖，又稱雙倒數(shù)作圖，由斜率及截矩即可求出K和n，但此法用于n及K測(cè)定時(shí)不及scatchard作圖準(zhǔn)確，故少用。但通過Klotz作圖可了解兩種藥物對(duì)蛋白的競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合。如圖7-4所示，分別作出華法林單獨(dú)及與保泰松共存時(shí)的Klotz圖，比較所作出的兩條直線可知保泰松能抑制華法林與血漿蛋白的結(jié)合，該兩條直線有共同的Y軸截距，表明這兩種藥物共同競(jìng)爭(zhēng)蛋白上的相同結(jié)合點(diǎn)。由圖7-5看出氯苯氧異丁酸和華法林有不同的Y軸截矩，說明兩者競(jìng)爭(zhēng)白蛋白分子上的不同結(jié)合點(diǎn)。華法林＋保泰松華法林1/r1/CF105圖7-414C華法林與蛋白的結(jié)合及保泰松的競(jìng)爭(zhēng)作用華法林＋氯苯氧異丁酸華法林1/CF1051/r圖7-5氯苯氧異丁酸對(duì)14C華法林與人白蛋白結(jié)合的影響四、結(jié)合率的測(cè)定及其評(píng)價(jià)藥物血漿蛋白結(jié)合率（以表示）被定義為結(jié)合型藥物占總藥物量（結(jié)合與未結(jié)合藥物的總和）的百分?jǐn)?shù)。通過值的大小可初步了解藥物與蛋白結(jié)合的程度。其測(cè)定方法主要有兩種：平衡透析法及超濾法。其原理均是利用一半透膜將結(jié)合型藥物與未結(jié)合的游離藥物加以分離，這種半透膜只容許小分子（藥物分子）通過，但不容許大分子（蛋白分子）通過。平衡透析法與超濾法之差別在于前者是在無外力軀動(dòng)條件下藥物分子擴(kuò)散透過半透膜，而后者則是在有外力驅(qū)動(dòng)的情況下（如抽氣，離心等）使藥物分子加速透過半透膜。故前者需時(shí)較長(zhǎng)，而后者則較快速。

在平衡透析時(shí)，膜的一側(cè)含有藥物與蛋白，另一側(cè)僅含有藥物。分析測(cè)定含蛋白一側(cè)的藥物濃度則得到總藥物濃度Ct，測(cè)定另一側(cè)則得到游離藥物濃度CF。因而可按下式計(jì)算得出。