被动扩散的主要途径
diffusio passiva 过程在机体内通过两条独立途径实现，每条途径对分子的化学和物理性质都有特定的要求。
- 跨细胞扩散（通过脂质双层）。 分子直接溶解在细胞膜的脂质基质中并穿过它。为了成功克服屏障，物质必须具备高脂溶性（对脂肪有很强的亲和力）且不带电荷，即处于非离子化状态。这是绝大多数药理学药物的基础途径。
- 细胞旁扩散（通过水孔和通道）。 在这种情况下，物质绕过脂质，通过细胞间隙或专业的水通道移动。该途径仅对分子量非常小的亲水性化合物开放——其直径必须小于孔径本身。利用这一途径的经典例子包括水、离子以及小分子水溶性物质，如尿素（urea）。
脂溶性与两亲性的作用
物质穿过膜脂质双层的速度与其脂溶性直接相关。在药理学中，这一性质的通用测量指标是标准化“有机溶剂（辛醇）—水”系统中的分配系数。该指标越高，分子就越容易嵌入细胞壁的脂质结构中，而低系数则表明渗透困难。
然而，存在绝对脂溶性的严重问题。如果分子对脂肪的亲和力过高，它可能会直接“卡”在膜的脂质相内部，失去进入细胞内液（cytosolum）或细胞外空间水环境的能力。
因此，为了成功从膜中脱离，分子必须具备两亲性——即脂溶性与水溶性的微妙平衡。从化学角度来看，这种能力是通过物质结构中存在电负性原子（氧、氮或硫）来保证的。它们与水分子相互作用，形成氢键并确保所需程度的亲水性。
菲克定律与速度影响因素
被动扩散的动力学在数学和概念上由菲克定律描述。该过程的速度（$dQ/dt$）按以下原则计算：浓度差乘以表面积和扩散系数，然后将结果除以膜厚度。
扩散转运的速度受以下关键因素影响：
- 浓度梯度（$C_1 - C_2$）：充当该过程的主要驱动力。
- 表面积：呈现直接正比例关系（可用面积越大，扩散越迅速）。
- 扩散系数：主要由特定物质的脂溶性（“辛醇/水”系数）决定的参数。
- 膜厚度：呈现反比例特征（屏障增厚会合乎逻辑地减慢过程）。
- 相对分子质量：转运速度与分子质量的平方根成反比，因此较大的结构移动明显更慢。
- 附加参数：分子的空间构型和环境温度也会对过程强度产生影响。
带电分子的限制与滤过
脂质双层对于带电粒子和极性化合物而言是难以跨越的屏障。离子无法自由穿过膜，原因有二。首先，它们受到细胞膜电位的抵抗。其次，存在水合现象：在水环境中，带电粒子会立即被一层致密的水分子包围，这在物理上排除了它们与脂质的紧密接触。极性亲水物质也几乎无法穿过双层，因为它们在脂肪中的溶解度极其低下。
它们的另一条途径是滤过——即通过由膜糖蛋白构成的水孔（aquaporinae）在水环境中的被动扩散。
然而，这条途径受到严格的解剖学限制。水孔的直径在 0.3–0.4 nm 范围内波动，这使得它们仅对水和小分子（例如甘油——glycerinum）通透。同时，绝大多数亲水性药物分子的直径大于 1 nm。主要的药代动力学结论是，亲水性药物在物理上无法通过孔隙，也无法通过简单滤过进入细胞，因此该途径对大多数药物而言没有实质意义。
简述：主题相关问答
除了被动扩散之外，药物分子跨细胞膜转运的机制还有哪些？
除了被动扩散外，药物分子跨细胞膜的转运机制还包括以下几种：
- 易化扩散（diffusio facilitata）——在转运蛋白（例如 SLC 超家族）参与下的双向转运。
- 原发性主动转运——利用 ATP 水解能量的物质单向转运（例如 ABC 超家族）。
- 继发性主动转运——由溶质转运蛋白执行。
- 胞吞作用——亲水性物质的转运机制（例如通过血胎屏障）。
药物分子在体内的电离度取决于哪些参数？
药物分子在体内的电离程度由两个主要参数决定：环境的 pH 值和物质的电离常数（$K_a$ 或 $pK_a$）。为了精确计算电离型与非电离型的比例，需应用亨德森－哈塞尔巴赫方程。pH 值与 $pK_a$ 值之间的差异决定了平衡向离子生成或非电离分子生成的方向移动。
环境 pH 值如何影响弱酸的被动扩散？
环境 pH 值决定了弱酸非电离级分的比例，被动扩散能力直接取决于该比例。在酸性环境中，弱酸主要以非电离（亲脂）形式存在，这使它们能够轻松穿过生物膜。在碱性环境中，平衡向阴离子生成方向移动：弱酸被电离、变为亲水性且几乎无法穿过脂质双层，这会恶化其吸收并加速排泄。
究竟是哪些蛋白质构成了细胞膜中的水孔（通道）？
细胞膜中的水孔（通道）由贯穿脂质双层全层的膜整合蛋白构成。其中包括：
- 水通道蛋白（aquaporinae）——特化的膜糖蛋白，形成用于水及溶解在其中的细小亲水分子（如尿素和甘油）转运的通道。
- 离子通道——结构复杂的螺旋状整合蛋白，形成供离子顺浓度梯度进行简单扩散的孔道壁。
为了回忆菲克定律，请使用“分子与分母”法则：面积、梯度和脂溶性（系数）位于分子中——它们会“加速”该过程。膜厚度和分子量位于分母中——它们会“减缓”该过程。
课堂与考试常见问题
被动扩散的过程是否需要消耗ATP能量？
不是，这个过程绝对不需要消耗 ATP 能量。分子的移动完全依靠膜两侧的物理浓度差。
为什么亲水性药物无法通过孔道过滤方式被吸收？
膜水孔的直径仅为 0.3–0.4 nm。由于大多数亲水药物分子的尺寸超过 1 nm，它们在物理上无法通过这些狭窄的通道。
如果药物分子具有绝对（过高）的亲脂性，会发生什么？
这样的化合物很容易嵌入细胞膜，但会“卡”在它的脂质相中。为了离开细胞膜并进入细胞内的水环境，该物质需要最低限度的亲水性（两亲性）。
该主题的其他拓展内容
- 协助扩散与膜转运蛋白的作用
- 主动转运：与被动分子的区别
- 环境pH值对外源分子电离程度的影响
- 水通道蛋白（aquaporinae）的结构与功能
- 生物利用度的概念及其与亲脂性的关系
在“药理学”课程中完整学习本主题
这里是浓缩精华。课程涵盖课堂和考试所有必考点。
- “被动扩散”完整学习指南及该学科另外 5,304 页内容
- 每章学完后配有课后练习与测试 —— 犹如临床小测验
- AI 导师随时解答您的专业问题
- 本学科 116 个视频课程
“普通药理学”板块的其他主题
免费视频课程：药理学配有笔记的简短课程——无需注册。
本资料由 WhiteCoat Pro 讲师根据医学院校教学大纲编写。仅供教育参考。