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药物化学
1.14.1.2.2 二、药物的酸碱性和解离度对药效的影响
二、药物的酸碱性和解离度对药效的影响

正常情况下,人体70%~75%是由水组成的,因此药物在体内可以被视为稀溶液。临床上使用的多数有机药物为弱酸或弱碱,可以用Bronsted-Lowry理论来解释药物的酸碱性。药物的酸碱性对药效有很重要的影响,同时还影响药物的吸收、转运、分布和排泄。药物在人体pH7.4环境中可部分解离,以部分离子型和部分分子型两种形式存在,体内不同部位,pH的情况不同,会影响药物的解离程度,使解离形式和未解离形式药物的比例发生变化,这种比例的变化与药物的解离常数(pKa)和体液介质的pH有关。以醋酸和甲胺分别代表酸性药物和碱性药物,pKa的计算方法如下:

根据药物的解离常数(pKa)可以决定药物在胃和肠道中的吸收情况,同时还可以计算出药物在胃液和肠液中离子型和分子型的比率。弱酸性药物如水杨酸和巴比妥类药物在酸性的胃液中几乎不解离,呈分子型,易在胃中吸收。弱碱性药物如奎宁(Quinine)、麻黄碱(Ephedrine)、氨苯砜(Dapsone)、地西泮(Diazepam)在胃中几乎全部呈解离形式,很难吸收;而在肠道中,由于pH值比较高,容易被吸收。碱性极弱的咖啡因(Caffeine)和茶碱(Theophyllinate),在酸性介质中解离也很少,在胃中易被吸收。强碱性药物如胍乙啶(Guanethidine)在整个胃肠道中多是离子化的,还有完全离子化的季铵盐类和磺酸类药物,消化道吸收很差。因此,当药物的解离度增加,会使药物离子型浓度上升,未解离的分子型减少,可减少在亲脂性组织中的吸收。而解离度过小,离子浓度下降,也不利于药物的转运。总之,一般具有最适度解离度的药物,才具有最佳的活性。

改变药物的化学结构,有时会对弱酸或弱碱性药物的解离常数产生较大的影响,从而影响生物活性。药物的解离度对活性影响最经典的例子是巴比妥类药物。由于5位取代基不同,使其pKa有差别,在体内的解离度不同,透过血脑屏障的速度和浓度也不同,因而表现在镇静、催眠作用的强弱及显效快慢有明显的差别。例如:巴比妥酸在其5位没有取代基,pKa值约4.12,在生理pH7.4时,有99%以上呈离子型,不能通过血脑屏障进入中枢神经系统而起作用。而当将其5位双取代以后,pKa值达到7.0~8.5之间,在生理pH下,苯巴比妥(Phenobarbital)约有50%左右以分子形式存在,可进入中枢神经系统而起作用,30分钟显效。而海索比妥有90%左右以分子状态存在,15分钟即显效,且海索比妥的作用比苯巴比妥强。常用的巴比妥类药物的pKa与未解离百分率表22-1所示。

表22-1 常用的巴比妥药物的pKa与活性

如果知道药物分子官能团的酸碱性,药物在给定pH下的离子化程度可以通过计算来预测。由于药物的pKa可以测定,也可以通过数据库查询得到,pKa与药物的酸性形式和碱性形式存在以下关系:

通过公式可计算药物的离子浓度,通过预测,判断药物在体内吸收和分布的情况。以表22-1中的戊巴比妥为例,计算在人体pH7.4条件下,戊巴比妥的pKa为8.0,其离子的百分比的计算如下:

则:酸形式的百分比=0.25/1.25=20%

计算说明在人体体液中,戊巴比妥的离子为20%,分子为80%,故戊巴比妥吸收较快。