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跨膜運輸:被動擴散、載體飽和與主動外排

科目:專技 - 藥理學與藥物化學|題數:7
跨膜運輸:被動擴散、載體飽和與主動外排
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建立於 2026年10月21日

學習重點 藥物跨膜方式包括水相擴散、脂溶性擴散、載體運輸及胞吞作用;油水分配係數是脂溶性擴散的重要決定因素。 依費克擴散定律,在其他條件相同時,擴散速率與表面積、濃度差成正比,與膜厚度成反比。 Amantadine 在生理 pH 下雖主要呈質子化形式,其金剛烷骨架的高親脂性仍是理解其入腦能力的結構重點。 吸收運輸體飽和可使高劑量藥物的吸收比例下降,造成生體可用率降低;吸收比例下降不等於吸收總量下降。 P-glycoprotein(P-gp)是利用 ATP 的主動外排運輸蛋白,在血腦障壁限制 loperamide 進入腦部。 核心觀念 一、四種跨膜方式如何區分 細胞膜的脂質雙層內部具有疏水性。藥物能否通過,取決於分子大小、脂溶性、解離程度,以及是否有適合的運輸蛋白。 方式移動途徑判斷重點 水相擴散aqueous diffusion經水性孔道或細胞間隙移動受分子大小、孔道大小及濃度差影響;帶電物質也受電位差影響。 脂溶性擴散lipid diffusion藥物溶入脂質雙層,再穿越細胞膜油水分配係數是主要決定因素之一;也受解離程度、分子大小等影響。 載體運輸special carrier由膜上的運輸蛋白辨識並運送具有選擇性、可飽和性,也可能受競爭性抑制。 胞吞作用endocytosis膜內陷形成囊泡,將物質帶入細胞可運送大分子,部分透過受體辨識後進行。 油水分配係數(partition coefficient)表示藥物在油相與水相間的分配情形。對其他條件相近的分子而言,較能分配進油相者,通常較容易進入脂質膜。因此,看到分配係數與跨膜機制的配對,應聯想到lipid diffusion,不能將它當成所有運輸方式的共同主導因素。 載體運輸可分為促進性擴散與主動運輸。前者順電化學梯度移動,不直接消耗代謝能量;後者與能量供應耦合,可逆電化學梯度運送。主動運輸不一定直接使用 ATP,也可利用其他離子的梯度。 二、費克擴散定律:厚度是反比因子 單純被動擴散不需載體,也不直接消耗 ATP。以未帶電溶質為例,其淨移動方向由高濃度往低濃度。費克定律可寫成: 擴散速率=D × K × A × 濃度差/h D:膜內擴散係數,愈大則擴散愈快。 K:膜與水相間的分配係數,反映藥物進入膜的傾向。 A:表面積,愈大則總擴散速率愈快。 濃度差:膜兩側差距愈大,淨擴散速率愈快。 h:膜厚度或擴散距離,愈厚則擴散愈慢。 不同教材對「通透係數」的定義略有差異。若定義P=D × K/h,公式即為擴散速率=P × A × 濃度差,不可再除以厚度,否則會重複計算。作答時掌握:表面積、通透率係數及濃度差增加,擴散加快;通過部位厚度增加,擴散減慢。 在膜性質固定等條件下,單純被動擴散速率隨濃度差增加,不會出現載體數量有限所造成的飽和現象。 三、Amantadine:親脂性與解離程度須合併判斷 血腦障壁的內皮細胞具有緊密連接,限制物質從細胞間隙通過。一般而言,小分子藥物若具有適當親脂性,較有利於經脂質膜進入腦部;帶電與高度極性通常不利於此途徑。 Amantadine 為一級胺,在生理 pH 下主要以質子化形式存在,但其金剛烷(adamantane)骨架是疏水性的碳氫籠狀結構,提供高親脂性。此結構特徵是理解它能進入中樞、用於治療帕金森氏症的重點。 「主要帶電」不等於所有分子都永久帶電,也不代表完全無法入腦。應合併考慮解離平衡與整體結構,不能說親脂性會使電荷消失。此處要辨認的是親脂性,而非親水性、親電性或容易被代謝。 四、吸收載體飽和:吸收比例與吸收總量不同 部分具有胜肽或胺基酸樣結構的藥物,可利用腸道運輸體吸收。例如PEPT1 是氫離子耦合的胜肽運輸體,可運送部分胜肽樣藥物;胺基酸類似物則可能利用其他胺基酸運輸體。不能只憑有胺基或醯胺鍵,就認定一定由 PEPT1 運送。 運輸體數量與單位時間的運送能力有限。低劑量時,運輸體可處理較大比例的藥物;劑量增加、逐漸達到飽和後,吸收量增加的幅度跟不上投藥量,因而吸收比例下降,口服生體可用率降低。 生體可用率是給藥劑量中,以原形進入全身循環的比例。比例下降時,實際進入體內的總量仍可能增加,只是未隨劑量等比例增加;不宜寫成「多出的藥物完全無法吸收」。 發生飽和的位置其他條件相同時的典型趨勢 吸收型運輸體吸收比例下降,生體可用率可能下降。 首渡代謝代謝掉的比例下降,生體可用率可能上升。 腸道外排運輸體排回腸腔的比例下降,生體可用率可能上升。 高劑量下生體可用率降低也可能涉及溶解度限制,並非所有情況都由運輸體造成。但當線索指向載體吸收及其容量限制時,應掌握吸收運輸體飽和的機制。 五、P-gp 與 loperamide 的血腦障壁外排 P-gp 屬於 ATP-binding cassette(ABC)運輸蛋白家族,透過 ATP 水解取得能量,將受質外排,因此屬於active transport protein,主動運輸蛋白。它不是血漿結合蛋白、受體蛋白或被動運輸蛋白。 在血腦障壁,P-gp 位於腦微血管內皮細胞朝向血液的一側,將受質排回血液,限制其在腦內累積。在腸道,P-gp 則可將藥物排回腸腔,影響口服吸收。 Loperamide 是作用於 μ-opioid 受體的止瀉藥,可減少腸道蠕動。它具有親脂性,也是P-gp 的受質;一般治療劑量下,血腦障壁的主動外排使其腦內濃度受限,因此不易產生明顯中樞類鴉片作用。 Loperamide 的含氮結構為三級胺,並非四級銨。其不易產生中樞作用的主因,也不是脂溶性太低、不會由胃腸道吸收、半衰期太短或 opioid 受體親和力太弱。應將能否進入作用部位與到達後能否作用於受體分開判斷。 常考陷阱 把厚度寫成正比:厚度增加代表擴散距離變長,速率下降;表面積、通透率係數與濃度差則與速率呈正向關係。 分配係數配到水相擴散:油水分配係數主要對應脂溶性擴散;水相擴散重視水性通路與分子大小。 認為帶電藥物絕對不能入腦:Amantadine 的判斷重點是金剛烷骨架提供高親脂性,不能改選高親水性或高親電性。 把所有飽和現象都判為生體可用率下降:須先分辨飽和的是吸收、代謝還是外排;吸收載體飽和才是本單元「劑量增加、吸收比例下降」的核心。 把生體可用率下降當成吸收總量下降:下降的是比例,總量仍可能增加。 把 P-gp 外排當成被動擴散:運送方向朝外不代表被動;P-gp 利用 ATP,屬主動運輸。 將 loperamide 缺乏明顯中樞作用歸因於受體作用弱:關鍵是 P-gp 限制腦內暴露;它仍能作用於腸道的 μ-opioid 受體。 記憶口訣 費克定律:「面大、差大跑得快;膜厚、路長慢下來。」 分配係數:「油水看分配,穿脂看親脂。」 吸收飽和:「載體有上限,加量降比例。」 P-gp:「燒 ATP 往外排,限制 loperamide 入腦來。」

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  1. 2.藥物通過體內某一部分的擴散速率與下列何種因素成反比? (A)表面積 (B)通透率係數 (C)濃度差 (D)通過部位的厚度
  2. 51 Amantadine 在生理 pH 值下以帶電形式(protonated form)存在,它之所以能進入腦而達到治療帕金森氏症的目的,主要是利用...
  3. 1.在藥物通過細胞膜的方式中, partition coefficient是下列何種分子運送的主要決定因素? (A)aqueous diffusion (B)lipid dif...
  4. 56.下圖結構藥物的生體可用率會隨劑量增加而降低,此與下列何者最有關連? (A)metabolism (B)water solubility (C)transporter...
  5. 50. 下列何者是下圖化合物不具有CNS活性的主因? (A)半衰期太短 (B)脂溶性太低 (C)為P-glycoprotein的受質 (D)對於opioid受體的...
  6. 46.P-Glycoprotein係屬於下列那一類蛋白質? (A)Active transport protein (B)Plasma binding protein (C)Receptor protein...
  7. 1 Loperamide 是類鴉片藥物,其不易進入腦部之主要原因為何? (A)是四級銨藥物 (B)不會從胃腸道吸收 (C)大量與血中蛋...