2024年3月10日发(作者：寻河灵)
第三章环境污染物在体内的生物转运和生物转化
第一节污染物的生物转运
第二节污染物的生物转化
第三节污染物的代谢动力学
第三节污染物的代谢动力学
一、基本概念
二、一室模型
三、二室模型
1、室
室
(compartment)
：
用数学来研究毒物在体内随时间
变化过程时，将机体视作一个系统，按动力学特点
分成若干部分，每个部分称为室。
不代表解剖学中
所指的部位
划分依据：
毒物转运速率是否一致
第三节污染物的代谢动力学
毒物代谢动力学（toxicokinetics）：
以定量
的概念研究外来化合物在体内的吸收、分布、代
谢、排泄过程的动态变化。——为了阐明其的毒害
作用，需了解其在体内的吸收程度、贮留于何组
织、停留时间长短、代谢转化产物的性质、以及由
体内排泄的速度和途径。
一、基本概念
1、室：
中央室，周边室，一室模型，
二室模型
2、毒物在体内消长的指数曲线
3、主要参数：
表观分布容积，生物
半衰期，消除速度常数，消除率
1、室
一室模型：
当毒物在体内运转速率高，体内分布迅
速达到平衡时，可将机体视为一室模型。
K
a
室
K
e
1
1、室
中央室
如毒物在体内不同部位或器官的转运速率不
同，则血流丰富的并能与血液中毒物达到平衡的部
位或器官，与血液一起被认为是中央室；
周遍室
而血流量少，穿透速度慢，不能立即与血液
中毒物达到平衡的器官，被认为是周遍室。周遍室
可有一个或多个，故可将机体视为
二室或多室
模型
。
2、毒物在体内消长的指数曲线
毒物量
dD
dt
=−
KD
零时的毒物量
消除速度
D=D
−kt
0
e
常数，负号表
示毒物的减少
lg
D=
lg
D
kt
0
−
2.303
将浓度D变换为对数作纵坐标，
t为横坐标，即可拟合一直线
3、主要参数
生物半衰期：
指一种毒物在体内含量或浓度减少
一半所需时间。
T
1
2
=
0.693
K
可表示毒物由机体的消除速度和机体对毒物的消
除能力。
¾
一般指血浆半衰期：血浆毒物浓度下降一半所
需时间。
半衰期长代表什么？
2、毒物在体内消长的指数曲线
毒物浓度
dC
dt
=−
KC
零时的毒物浓度
消除速度
C=C
kt
0
e
−
常数，负号表
示毒物的减少
lg
C=
lg
C
kt
0
−
2.303
将浓度C变换为对数作纵坐标，
t为横坐标，即可拟合一直线
3、主要参数
表观分布容积
(V
d
, apparent Volume of distribution)
：体内毒物量D
与血浆中毒物浓度之比。单位为L，ml（或L/kg、
ml/kg）
毒物量
V
D
d
=
C
血浆中浓度
V
d
能否代表机体对毒物的真正容积？有何意义？
不代表真正的容积，仅仅代表一个比例因子。
V
d
越大表示毒物分布广泛，容易被组织吸收；脂溶性有较大的V
d
什么条件下，V
d
能否代表机体对毒物的真正容积？
3、主要参数
消除速度常数
(K
e
，elimination rate constant)
：单位时间内毒
物由体内消除的数量与体内数量的比例常数。
dD
K
e
=
dt
D
举例K
e
=0.2h
-1
，表示体内每小时约有20%由体内消除
2
3、主要参数
消除率
(Cl，clearance rate)
：
单位时间毒物消除量与血
浆中毒物浓度之比，单位为L/h，L/min，ml/h，
ml/min
Cl=
消除速度
dD
dt
血浆浓度
=
C
=
K
e
D
C
=K
e
V
d
反映什么？
Cl对一种受检物来说是一个不会随时间而改变的常数，它
反应了血浆消除毒物的能力
二、一室模型
依据
lg
C=
lg
C−
kt
将各采样测出的血浆毒物浓
0
2.303
度lgC与t进行拟合，即可得
lgC=lga−bt
lga为直线与纵轴的截点，a为t
0
的血浆浓度C
0
，b
为该直线的斜率。
b=
k
2.303
可依次求得K，Cl，T
1/2
例:
大鼠静脉注射某XB 50mg/kg，不同时间取血样测XB浓度
T（h）123456810
C(μg/ml)
0.310.260.230.180.160.140.100.07
lgC
-0.509-0.585-0.638-0.745-0.796-0.854-1-1.155
解：
lgC对t拟合，求得回归方程：lgC= -0.4393 -0.0709t, ρ= -
0.997, 由此可计算出:
C
0
=lg
-1
-0.4393 =0.3637
(μg/ml)
K
e
=2.303b=2.303×0.0709=0.1633 h
-1
T
1/2
=0.693/0.1633=4.244 h
V
d
=D
0
/C
0
=50/0.3637=137.48 L/kg
Cl=K
e
V
d
=0.1633 ×137.48=22.45 L/h
二、一室模型
毒物进入机体后立即均匀底分布到所有组织
毒物从体内的消除速度与进入机体的毒物浓度
成正比
将机体看作由一个室组成
K
a
室
K
e
lgC=lgC
kt
0
−
2.303
15.85
血
1.2
血
10
毒
1
K
毒
6.31
浓
0.8
2.303
浓
3.98
度
0.6
度
2.51
的
0.4
1.58
对
0.2
1
数
0
mg%
时间（min）
作业
将某外来化合物10.00mg由一体重300g的大白鼠尾静脉注
入，测定结果如下表：
T（hr）0.
C(mg/L)3.042.882.692.391.841.170.42
求出血液中外来化合物的经验方程及常用参数：K
e
,
T
1/2
, V
d
, Cl
3
作业答案
解
：lgC=0.4851-0.02679t
C
0
=3.06mg/L
K
e
=0.0617hr
-1
T
1/2
=11.23
C=3.06e
-0.0617t
V
d
=10.00/3.06=3.27L或V
d
=3.27/0.3=10.9 L/kg
Cl=K
e
V
d
=0.673L/hr·kg
二室模型
吸收速率常数
K
a
两室间转运速率常数
K
12
中央室
周边室
K
21
中央室清除
K
10
分布相
速率常数
消除相
若按一级动力学过程进行，则中央室中浓度变化速率方程为
中央室毒
dC
1
物浓度
dt
=−(K
12
+K
10
)C
1
+K
21
C
2
1
周边室毒物浓度
二室模型
体内不能迅速分布而达到平衡的毒物，如苯、对溴
磷等
二室模型将机体分为中央室和周边室
毒物进入体内，迅速在中心室分布，然后经较长时
间才在周边室达到平衡；
dC
1
dt
=−(K
12
+K
10
)C
1
+K
21
C
2
1
分布相速度常数
消除相线段外延到t=0
时，血浆浓度轴上的截距
C=Ae
−αt
+Be
−βt
消除相速度常数
分布相理论曲线在血
浆浓度轴上的截距
因α＞β，当t足够
大时，即分布相
e
−αt
≈0
后，
C
*
=Be
−βt
取对数
lg
C
*
=
lg
B−
βt
2.303
若
C
*
=
B
2
Cr=C−C
*
=Ae
−αt
T
0.693
α
t
1
=
2
β
lgC
r
=lgA−
2.303
剩余浓度
4
二室模型例题
某大鼠体重300克，静脉注射某外来化合物6.0mg，即20mg/kg体重。
按下表时间取血，测定血液中该化合物浓度，试用二室模型拟合，求
计算血液中该外来化合物浓度的经验方程及常用的模型参数
t(h)C(mg/L)C
*
(mg/L)Cr(mg/L)C估
012.233.099.1412.23
0.253.652.940.713.65
0.52.852.800.052.85
12.562.56
22.102.10
41.401.40
80.660.66
二室模型习题
大鼠静脉注射某化学物70mg/Kg（体重），测定不同时间血浆中化学
物的浓度（μg·mL
-1
），如下表。曲线从后部（4小时之后）呈直线。
t(h)C(mg/L)C
*
(mg/L)Cr(mg/L)
07.001.785.22
0.255.381.723.66
0.54.331.662.67
0.753.51.611.89
1.02.911.561.35
1.52.121.460.66
2.01.701.360.34
2.51.431.270.16
3.01.261.190.07
4.01.05
5.00.90
7.00.70
非线性动力学模型
实际上许多物质的吸收并不是直线，并表示无止
境的，而是随着化合物的剂量的增加会出现饱
和现象。所以目前非线性动力学模型日益受到
重视。
将C-t数据后4点进行线性拟合，得
lgC
*
=0.4893-0.08407t
故得B=lg
-1
0.4893=3.0852（mg/L）
β=2.303×0.08407=0.1936（h
-1
）
根据此回归方程，外推前3点的值如上表，并从实测浓度中减去此
外推值，剩余浓度Cr见上表，将lgCr与时间作直线回归，得回
归方程：
lgCr=0.9680-4.5240t
A=lg
-1
0.9680=9.2907(mg/L)
α= 2.303×4.5240=10.4167（h
-1
）
故得描述此外来化合物在大鼠血液中浓度的方程为：
C=9.2907e
−10.4167t
+3.0852e
−0.1936t
二室模型
通过静脉注射，化合物瞬间在血中出现并达到
高峰浓度，但在非静脉注射时，需要考虑吸收
过程
思考题
化合物通过生物膜的主要方式及其机理、影响因素
外来化合物吸收的途径，影响因素
外来化合物排泄的主要途径
生物转化的主要反应类型，主要催化系统
线性动力学模型的计算
5
2024年3月10日发(作者：寻河灵)
第三章环境污染物在体内的生物转运和生物转化
第一节污染物的生物转运
第二节污染物的生物转化
第三节污染物的代谢动力学
第三节污染物的代谢动力学
一、基本概念
二、一室模型
三、二室模型
1、室
室
(compartment)
：
用数学来研究毒物在体内随时间
变化过程时，将机体视作一个系统，按动力学特点
分成若干部分，每个部分称为室。
不代表解剖学中
所指的部位
划分依据：
毒物转运速率是否一致
第三节污染物的代谢动力学
毒物代谢动力学（toxicokinetics）：
以定量
的概念研究外来化合物在体内的吸收、分布、代
谢、排泄过程的动态变化。——为了阐明其的毒害
作用，需了解其在体内的吸收程度、贮留于何组
织、停留时间长短、代谢转化产物的性质、以及由
体内排泄的速度和途径。
一、基本概念
1、室：
中央室，周边室，一室模型，
二室模型
2、毒物在体内消长的指数曲线
3、主要参数：
表观分布容积，生物
半衰期，消除速度常数，消除率
1、室
一室模型：
当毒物在体内运转速率高，体内分布迅
速达到平衡时，可将机体视为一室模型。
K
a
室
K
e
1
1、室
中央室
如毒物在体内不同部位或器官的转运速率不
同，则血流丰富的并能与血液中毒物达到平衡的部
位或器官，与血液一起被认为是中央室；
周遍室
而血流量少，穿透速度慢，不能立即与血液
中毒物达到平衡的器官，被认为是周遍室。周遍室
可有一个或多个，故可将机体视为
二室或多室
模型
。
2、毒物在体内消长的指数曲线
毒物量
dD
dt
=−
KD
零时的毒物量
消除速度
D=D
−kt
0
e
常数，负号表
示毒物的减少
lg
D=
lg
D
kt
0
−
2.303
将浓度D变换为对数作纵坐标，
t为横坐标，即可拟合一直线
3、主要参数
生物半衰期：
指一种毒物在体内含量或浓度减少
一半所需时间。
T
1
2
=
0.693
K
可表示毒物由机体的消除速度和机体对毒物的消
除能力。
¾
一般指血浆半衰期：血浆毒物浓度下降一半所
需时间。
半衰期长代表什么？
2、毒物在体内消长的指数曲线
毒物浓度
dC
dt
=−
KC
零时的毒物浓度
消除速度
C=C
kt
0
e
−
常数，负号表
示毒物的减少
lg
C=
lg
C
kt
0
−
2.303
将浓度C变换为对数作纵坐标，
t为横坐标，即可拟合一直线
3、主要参数
表观分布容积
(V
d
, apparent Volume of distribution)
：体内毒物量D
与血浆中毒物浓度之比。单位为L，ml（或L/kg、
ml/kg）
毒物量
V
D
d
=
C
血浆中浓度
V
d
能否代表机体对毒物的真正容积？有何意义？
不代表真正的容积，仅仅代表一个比例因子。
V
d
越大表示毒物分布广泛，容易被组织吸收；脂溶性有较大的V
d
什么条件下，V
d
能否代表机体对毒物的真正容积？
3、主要参数
消除速度常数
(K
e
，elimination rate constant)
：单位时间内毒
物由体内消除的数量与体内数量的比例常数。
dD
K
e
=
dt
D
举例K
e
=0.2h
-1
，表示体内每小时约有20%由体内消除
2
3、主要参数
消除率
(Cl，clearance rate)
：
单位时间毒物消除量与血
浆中毒物浓度之比，单位为L/h，L/min，ml/h，
ml/min
Cl=
消除速度
dD
dt
血浆浓度
=
C
=
K
e
D
C
=K
e
V
d
反映什么？
Cl对一种受检物来说是一个不会随时间而改变的常数，它
反应了血浆消除毒物的能力
二、一室模型
依据
lg
C=
lg
C−
kt
将各采样测出的血浆毒物浓
0
2.303
度lgC与t进行拟合，即可得
lgC=lga−bt
lga为直线与纵轴的截点，a为t
0
的血浆浓度C
0
，b
为该直线的斜率。
b=
k
2.303
可依次求得K，Cl，T
1/2
例:
大鼠静脉注射某XB 50mg/kg，不同时间取血样测XB浓度
T（h）123456810
C(μg/ml)
0.310.260.230.180.160.140.100.07
lgC
-0.509-0.585-0.638-0.745-0.796-0.854-1-1.155
解：
lgC对t拟合，求得回归方程：lgC= -0.4393 -0.0709t, ρ= -
0.997, 由此可计算出:
C
0
=lg
-1
-0.4393 =0.3637
(μg/ml)
K
e
=2.303b=2.303×0.0709=0.1633 h
-1
T
1/2
=0.693/0.1633=4.244 h
V
d
=D
0
/C
0
=50/0.3637=137.48 L/kg
Cl=K
e
V
d
=0.1633 ×137.48=22.45 L/h
二、一室模型
毒物进入机体后立即均匀底分布到所有组织
毒物从体内的消除速度与进入机体的毒物浓度
成正比
将机体看作由一个室组成
K
a
室
K
e
lgC=lgC
kt
0
−
2.303
15.85
血
1.2
血
10
毒
1
K
毒
6.31
浓
0.8
2.303
浓
3.98
度
0.6
度
2.51
的
0.4
1.58
对
0.2
1
数
0
mg%
时间（min）
作业
将某外来化合物10.00mg由一体重300g的大白鼠尾静脉注
入，测定结果如下表：
T（hr）0.
C(mg/L)3.042.882.692.391.841.170.42
求出血液中外来化合物的经验方程及常用参数：K
e
,
T
1/2
, V
d
, Cl
3
作业答案
解
：lgC=0.4851-0.02679t
C
0
=3.06mg/L
K
e
=0.0617hr
-1
T
1/2
=11.23
C=3.06e
-0.0617t
V
d
=10.00/3.06=3.27L或V
d
=3.27/0.3=10.9 L/kg
Cl=K
e
V
d
=0.673L/hr·kg
二室模型
吸收速率常数
K
a
两室间转运速率常数
K
12
中央室
周边室
K
21
中央室清除
K
10
分布相
速率常数
消除相
若按一级动力学过程进行，则中央室中浓度变化速率方程为
中央室毒
dC
1
物浓度
dt
=−(K
12
+K
10
)C
1
+K
21
C
2
1
周边室毒物浓度
二室模型
体内不能迅速分布而达到平衡的毒物，如苯、对溴
磷等
二室模型将机体分为中央室和周边室
毒物进入体内，迅速在中心室分布，然后经较长时
间才在周边室达到平衡；
dC
1
dt
=−(K
12
+K
10
)C
1
+K
21
C
2
1
分布相速度常数
消除相线段外延到t=0
时，血浆浓度轴上的截距
C=Ae
−αt
+Be
−βt
消除相速度常数
分布相理论曲线在血
浆浓度轴上的截距
因α＞β，当t足够
大时，即分布相
e
−αt
≈0
后，
C
*
=Be
−βt
取对数
lg
C
*
=
lg
B−
βt
2.303
若
C
*
=
B
2
Cr=C−C
*
=Ae
−αt
T
0.693
α
t
1
=
2
β
lgC
r
=lgA−
2.303
剩余浓度
4
二室模型例题
某大鼠体重300克，静脉注射某外来化合物6.0mg，即20mg/kg体重。
按下表时间取血，测定血液中该化合物浓度，试用二室模型拟合，求
计算血液中该外来化合物浓度的经验方程及常用的模型参数
t(h)C(mg/L)C
*
(mg/L)Cr(mg/L)C估
012.233.099.1412.23
0.253.652.940.713.65
0.52.852.800.052.85
12.562.56
22.102.10
41.401.40
80.660.66
二室模型习题
大鼠静脉注射某化学物70mg/Kg（体重），测定不同时间血浆中化学
物的浓度（μg·mL
-1
），如下表。曲线从后部（4小时之后）呈直线。
t(h)C(mg/L)C
*
(mg/L)Cr(mg/L)
07.001.785.22
0.255.381.723.66
0.54.331.662.67
0.753.51.611.89
1.02.911.561.35
1.52.121.460.66
2.01.701.360.34
2.51.431.270.16
3.01.261.190.07
4.01.05
5.00.90
7.00.70
非线性动力学模型
实际上许多物质的吸收并不是直线，并表示无止
境的，而是随着化合物的剂量的增加会出现饱
和现象。所以目前非线性动力学模型日益受到
重视。
将C-t数据后4点进行线性拟合，得
lgC
*
=0.4893-0.08407t
故得B=lg
-1
0.4893=3.0852（mg/L）
β=2.303×0.08407=0.1936（h
-1
）
根据此回归方程，外推前3点的值如上表，并从实测浓度中减去此
外推值，剩余浓度Cr见上表，将lgCr与时间作直线回归，得回
归方程：
lgCr=0.9680-4.5240t
A=lg
-1
0.9680=9.2907(mg/L)
α= 2.303×4.5240=10.4167（h
-1
）
故得描述此外来化合物在大鼠血液中浓度的方程为：
C=9.2907e
−10.4167t
+3.0852e
−0.1936t
二室模型
通过静脉注射，化合物瞬间在血中出现并达到
高峰浓度，但在非静脉注射时，需要考虑吸收
过程
思考题
化合物通过生物膜的主要方式及其机理、影响因素
外来化合物吸收的途径，影响因素
外来化合物排泄的主要途径
生物转化的主要反应类型，主要催化系统
线性动力学模型的计算
5