目前臨床應用的含碘對比劑的基本結構是三碘苯環衍生物：3-乙酰-2，4，6三苯甲酸，為含三個碘的苯環（圖2-1-1）。

（1）碘原子量大，吸收X線性能較強。

（2）碘與苯環鍵結合，結構非常穩定。

（3）苯環結構具備多個有效側鏈結合點，提供了不斷改進整個分子結構、提高親水性能和降低毒副作用的可能性。

對比劑依照不同性質可以分為單體和二聚體對比劑，離子型和非離子型對比劑，高滲、次高滲和等滲對比劑（表2-1-1）。

藥物代謝動力學定量描述藥物進入體內的吸收（absorption）、分布（distribution）、代謝（metabolism）和排泄（elimination）過程的動態量度狀態，簡稱 A、D、M、E過程。 靜脈注射碘對比劑后，血中藥物濃度迅速達到峰值，隨后迅速下降。

藥物的體內過程包括吸收（血管內給藥除外）、分布、代謝和排泄四過程。在這些過程中都涉及細胞膜、細胞內器膜等生物膜對藥物的轉運。從基本結構上講，生物膜均是由鑲嵌有蛋白質的雙層流動態類脂質分子構成，其間有直徑約0.6nm的小孔。生物膜對藥物的轉運方式根據是否耗能，分為主動轉運、易化擴散和被動轉運三類。

1）主動轉運生物膜可通過其間鑲嵌的某些特異性載體蛋白，消耗能量轉運某些藥物。主動轉運的最大特點是可逆濃度差進行，并在經同一載體轉運的藥物間存在競爭性抑制。在藥物轉運上，主動轉運僅限于極少數本身即為內源性活性物質或與內源性活性物質有極相近結構的藥物。

2）被動轉運包括所有不消耗能量，僅能順濃度差進行的跨膜轉運。被動轉運包括簡單擴散和濾過兩種。由于不能耗能，被動轉運均不能逆濃度差進行，亦不存在競爭性抑制。

吸收（absorption）是指藥物從給藥部位進入體循環的過程。血管內給藥不存在吸收。血管外注射給藥時，藥物主要通過毛細血管內皮細胞間隙，以濾過方式迅速進入血液。其吸收速度主要受注射部位血管豐富程度和藥物分子大小影響。口服藥物的吸收大多通過胃、腸道黏膜以被動擴散方式進行。雖然弱酸性藥物在酸性胃液中解離少，可有部分被吸收，但由于吸收面積、血液供應及停留時間等的巨大差異，包括弱酸性藥物在內，口服藥物的主要吸收部位在小腸。影響口服藥物吸收的因素眾多，主要為藥物本身的脂溶性、分子大小等理化性質、藥物制劑的崩解速度及溶解度、胃排空速度、腸蠕動等胃腸道功能狀態以及胃腸血流動力學狀況等。

某些藥物口服后吸收過程中，在通過胃腸道黏膜及第一次隨肝門靜脈血流經肝臟時，可有部分被胃腸黏膜，更主要是被肝細胞中酶代謝失活，從而使藥物進入體循環的量減少。這一現象稱“首過消除”（first pass elimination）或“第一關長效應”。首過消除強的藥物，由于不同個體對同一藥物代謝能力存在較大差異，可對口服藥物吸收度（生物利用度）產生明顯影響。

分布（distribution）是藥物隨血液循環輸送至各器官、組織，并通過轉運進入細胞間液、細胞及細胞器內的過程。必須指出，藥物在體內的分布可達到動態平衡，但往往并不是均勻（濃度相等）的。只有分布到靶器官、組織或細胞的藥物，才能產生藥理效應。而以被動轉運方式分布的藥物，其靶位濃度與血藥濃度往往是呈比例的。藥物在體內的分布主要受下列因素影響：

1）藥物的分子大小、解離常數（pKa）、脂溶性等理化性質。

2）藥物與血漿蛋白的結合：絕大多數藥物都可程度不等地和血漿蛋白以弱的Vander-Waals引力、氫鍵、離子鍵等迅速形成可逆的結合，并按質量作用定律處于動態平衡。通常弱酸性藥主要和白蛋白結合，弱堿性藥和α1-酸性糖蛋白或脂蛋白結合。由于蛋白質的大分子性及兩性電解質性，與血漿蛋白結合的藥物既不能以濾過方式，也不能以被動擴散的方式進行跨血管轉運。只有游離的藥物才能進行被動轉運分布，發揮作用。藥物和血漿蛋白的可逆性結合，可視為藥物在體內的一種重要的暫時貯存形式及調節方式。藥物與血漿蛋白結合可達飽和，此時再加大劑量將會導致游離藥物濃度不成比例的升高，甚至中毒。與血漿蛋白同一位點結合的藥物間存在競爭性抑制，使游離藥物濃度發生改變，這點在高血漿蛋白結合率藥物尤其應該引起重視。如抗凝血藥雙香豆素的血漿蛋白結合率高達99%，若同時服用競爭同一蛋白結合位點的消炎藥保泰松，即使僅使雙香豆泰血漿蛋白結合率降為98%，但可發揮作用的游離藥物濃度卻增加了一倍，勢必造成自發性出血等毒性反應。此外血漿蛋白濃度的變化，亦將影響藥物的血漿蛋白結合率。基于上述原因，理想的治療藥物監測應直接測定血中游離部分的藥物濃度。

3）特殊的膜屏障：血腦屏障和血眼屏障都是由該處毛細血管內皮細胞間連接緊密、孔隙小，并在其外包裹有一層神經膠質細胞膜形成的脂質膜屏障。只有高度脂溶性的藥物才能以被動擴散的方式進入腦脊液、腦組織和房水。而通常所說的胎盤屏障和一般生物膜沒有明顯的區別，因此，在藥物分布上幾乎不存在差異。這也是孕婦用藥必須考慮對胎兒影響的原因。

4）生理性體液pH差異：生理情況下細胞外液pH約為7.4，細胞內液為7.0，乳汁更低，約為6.7。由于前述pH對藥物解離的影響，弱酸性藥將主要分布在血液等細胞外液中，而弱堿性藥則在細胞內液和乳汁中分布高。

5）主動轉運或特殊親和力：少數藥物可被某些組織細胞主動攝取而形成濃集，如甲狀腺濾泡上皮細胞對碘的主動攝取，使甲狀腺中I-濃度比血漿高數十倍。另有少數藥物對某些組織、細胞成分具特殊親和力或形成難解難離的共價結合，亦可產生藥物在這些部位的高分布。

碘對比劑在人體內的吸收、分布與排泄無顯著性差異，進入血管后沒有或極少與血漿蛋白結合。由于含碘對比劑分子量小，可迅速通過毛細血管壁分布到全身組織的細胞間液（細胞外液），其濃度與血漿內濃度相等，基本無對比劑進入細胞內。對比劑的注射流率和對比劑濃度可影響注射后血管內對比劑濃度，但對比劑在人體組織內的分布和排泄速度沒有影響。

機體對藥物進行的化學轉化、代謝稱生物轉化（biotransformation）。不能簡單地將生物轉化視為藥理活性的滅活。事實上，有些藥物必須經生物轉化才生成具藥理活性的代謝物。如可待因需在肝臟脫甲基代謝為嗎啡，才能發揮鎮咳止痛作用。但生物轉化總的結果是使藥物極性升高，有利排泄。藥物的生物轉化主要在肝細胞微粒體混合功能氧化酶（肝藥酶）的催化下進行，主要反應類型、該酶系的組成及催化過程，都與肝細胞對內源性物質的生物轉化相同。

現已明確，至少有200余種常用藥為肝微粒體混合功能氧化酶的誘導劑或抑制劑。這些藥物較長期使用，對自身及與其同時使用的其他藥物生物轉化能力的影響，是TDM工作中必須注意的。但碘對比劑不參與機體代謝，一般不與大分子物質相互作用。不過，離子型對比劑可在體內進行電離分解，而非離子型對比劑即使在體內還是保持原分子形式。

排泄（excretion）是藥物及其代謝物排出體外的過程。藥物的生物轉化和排泄統稱為消除（elimination）。藥物排泄的主要途徑為經腎臟隨尿排出。游離的原型藥和代謝物均可通過腎小球毛細血管壁小孔隙濾入原尿中，也有少數弱酸、弱堿藥可在近曲小管上皮細胞，以主動轉運方式分泌入原尿中。原尿液中的原型藥仍可以被動擴散等方式被腎小管重吸收，此時尿液pH通過對藥物解離度的影響，明顯改變原尿液中藥物被重吸收的量。此亦是弱酸或弱堿性藥物中毒時，可通過堿化或酸化尿液，促進藥物排泄的原因。而代謝物因極性高，一般不會被重吸收。隨原尿逐漸濃縮，其中的藥物及代謝濃度均上升，最終可遠遠超出血中濃度。這種濃集現象是許多藥物產生腎毒性（nephrotoxicity）的原因，另一方面對用以治療泌尿系統疾病的藥物，則有其利于發揮治療作用的意義。

碘對比劑在腎臟的排泄與腎小球濾過率（GFR）相關，碘對比劑可順利穿越腎小球濾過膜，主要以原型從腎小球濾過排出，沒有經過腎小管分泌或重吸收。碘對比劑在體內的運轉和消除流率是與其血藥濃度成正比的，即單位時間內以恒定比例轉運或消除。這符合一級動力學特征，也被稱為恒比例轉運或消除。在單位時間內碘對比劑的消除量與血藥濃度成正比，dC/dt＝-kc。其中k是一級動力學消除常數。這樣，對比劑靜脈團注后其血藥濃度C（t）隨時間變化的計算公式可以表示如下：

式中，D為碘對比劑的劑量，A和B為常數，k ₁₂和k ₂₁分別為分布相和消除相流率常數。血漿半衰期（t _1/2）為對比劑血藥濃度下降一半所需時間。血漿半衰期可從消除流率常數推算出來：

如果腎功能正常，注射對比劑60分鐘后，對比劑經尿路排泄35%～40%，8小時排泄80%～90%。據報道，通過靜脈注射到體內的碘海醇，于24小時內以原狀在尿液中排出的近乎百分之百，尿液中碘海醇濃度最高的情況，出現在注射的一小時后，沒有代謝物產生。

藥效學（pharmacodynamics）模型是為了定量研究藥物體內過程的速度規律而建立的模擬數學模型，常用的有房室模型和消除動力學模型。對比劑適用于房室模型。

房室（compartment）是由具有相近的藥物轉運流率的器官、組織組合而成。同一房室內各部分的藥物處于動態平衡。房室僅是按藥物轉運動力學特征劃分的抽象模型，并不代表解剖或生理上的固定結構或成分。同一房室可由不同的器官、組織組成，而同一器官的不同結構或組織，可能分屬不同的房室。此外，不同的藥物，其房室模型及組成均可不同。運用房室模型，可將機體視為由一或多個房室組成的系統，從而將復雜的分布過程模型化。

若某藥在體內各部位間均有較高及相近的轉運流率，可在體內迅速達到分布平衡，則該藥屬單房室模型。屬于單房室模型的藥物，在體內達分布平衡后，其血藥濃度將只受吸收和消除的影響。而某藥在體內不同部位間轉運流率存在較大差異的話，則將血液及其他血液供應豐富、并具有較高轉運流率的部分，稱為中央室，而把其余部分劃歸周邊室，并可依次再分為第一周邊室、第二周邊室等，此即多室模型。根據劃分的房室數，相應稱為二室模型、三室模型等。屬于多室模型的藥物，其首先在中央室范圍內達分布平衡，然后再和周邊室間達到分布平衡，因此其血藥濃度除受吸收和消除的影響外，在室間未達分布平衡前，還受分布的影響。

對比劑常規采用單劑靜脈注射，可在體內迅速達到分布平衡，屬單房室模型，下面做簡單介紹：

單室模式圖及藥-時關系：單室模型的藥物可迅速在體內達到分布平衡，故可不考慮分布的影響。靜脈注射用藥時，藥物直接迅速進入血液，因此也不受吸收的影響。此時體內藥量將僅受包括生物轉化和排泄在內的消除影響，可建立模式圖（圖2-1-2）。

圖2-1-2中x ₀為劑量，x _t為t時體內藥量，C _t表示t時的血藥濃度，V為表觀分布容積， k為消除流率常數。當按一級動力學方式消除時，體內藥量隨時間變化的微分方程為：

因體內藥量不可能直接測定，故引入比例常數：表觀分布容積V，以便用血藥濃度表示，即V＝X/C，所以X＝VC。 代入X＝X ₀e ^-kt可得

此即為單室模型單劑靜脈注射給藥時的藥-時關系表達式。

二室模型一級消除動力學：多室模型和前面討論的單室模型不同，此時存在著由包括血液在內的中央室向周邊室分布達到平衡的過程，影響血藥濃度的因素更為復雜，本文以單劑靜脈注射為例，簡介有關藥動學知識。

二室模式圖和藥-時關系：靜脈注射時，不存在吸收過程，中央室中的藥量或血藥濃度受中央室與周邊室間雙向分布，以及自中央室消除的影響。其模式如圖2-1-3所示。

圖2-1-3中：

Xc中央室藥量

Xp周邊室藥量

Vc中央室分布容積

Vp周邊室分布容積

k ₁₀中央室向周邊室轉運流率常數

k ₂₁周邊室向中央室轉運流率常數

中央室藥量變化的流率微分方程為：dkc/dt＝k ₂₁?Xp-k ₂₁?Xc-k ₁₀?Xc

對上式積分并引入中央室分布容積Vc，可得中央室（血）藥物濃度隨時間變化的基本表達式：

式中α為分布流率常數，β為消除流率常數，A、B為經驗常數。四者都是由模式參數k ₁₀、k ₁₂、k ₂₁組成的混雜參數（hybridparameters）。 存在：

從式IgC＝IgC ₀-kt/2.303可看出，當血藥濃度以對數表示時，與時間t的關系為簡單的直線關系。因此，在靜脈注射藥物后不同時間取血，測定血藥濃度。根據血藥濃度對數值及相應時間，以圖解法或線性回歸法（最小二乘方法），即可求得直線方程（圖2-1-4）。

此直線方程與縱軸的截距 a＝IgC ₀，故C ₀＝Ig ^-1a；而斜率b＝k/2.303，可計算出消除流率常數：

消除流率常數（eliminationrateconstant，k）表示單位時間內機體能消除藥物的固定分數或百分比，單位為時間的倒數。如某藥的k＝0.2h ^-1，表示機體每小時可消除該小時起點時體內藥量的20%，此即一級消除動力學的恒比消除特點。此時雖然單位時間消除的百分比不變，但隨著時間的推移，體內藥量逐漸減少，單位時間內消除的藥量也逐漸減少，而不是恒定不變的，消除流率常數是反映體內藥物消除快慢的一個重要參數。必須指出，一個藥物的消除流率常數在不同的個體間存在差異，但對同一個體來說，若無明顯的影響藥物體內過程的生理化、病理性變化，則是恒定的，并與該藥的劑型、給藥途徑、劑量（只要在一級動力學范圍內）無關。

藥動學中的半衰期（half life，t _1/2）通常是指血漿消除半衰期，即血漿中藥物濃度下降一半所需要的時間。根據這一定義，當t＝t _1/2時，C ₀＝2C，可得

可見，由于一級消除動力學時，k為一常數，半衰期亦為一常數。半衰期恒定不變，是一級消除動力學的又一特征。和消除流率常數一樣，半衰期也是衡量藥物消除快慢的又一臨床常用參數。在藥物的臨床藥動學參數資料中，常告知半衰期，只要知道半衰期，即可求得消除流率常數k值。

如前所述，表觀分布容積（apparent volume of distribution，V）是為了用血藥濃度計算體內藥量而引入的比例常數，表示假設體內藥物按血藥濃度均勻分布所需要的容積。前已談到藥物在體內分布可達動態平衡，但并非均勻一致，因此表觀分布容積僅是一理論容積，并不代表真實的解剖或生理空間。但只要知道某藥的表觀分布容積V，應用測定的血藥濃度，即可根據X _t＝C _t?V，計算得實際工作中無法測定的任一時刻體內的藥量，并可按上式計算出欲達某一血藥濃度C所需使用的劑量X＝CV。此外，表觀分布容積還可用于評估藥物在體內的分布特點。人的總體液量約0.6L/kg體重，若某藥的V遠遠大于0.6L/kg體重，提示該藥主要分布于細胞內，被某組織、臟器主動攝取或對某些組織成分有特殊親和力，致使包括血漿在內的細胞外液中濃度低。大多數弱堿性藥由于細胞內液比細胞外液偏酸而存在這一情況，如奎尼丁的表觀分布容積可超出2L/kg體重。反之，若某藥表觀分布容積遠遠低于0.6L/kg體重，則其主要分布于血漿等細胞外液中。多數弱酸性藥便是如此，如水楊酸的表觀分布容積僅0.2L/kg體重。

單室模型靜脈注射用藥時V的求算可采用外推法，即根據前面介紹的藥-時關系表達式求得t＝0時的C ₀值及注射劑量X ₀，按V＝X ₀/C ₀而計算出。其單位最常采用容積單位每千克體重（如L/kg）。同前述藥動學參數一樣，V也是僅取決于藥物本身的理化性質、體內分布特點，而與該藥劑型、用藥方式、并在一級消除動力學范圍內與劑量都無關。在所有藥動學參數中，V和k是兩個最基本的參數。

藥物清除率（clearance，Cl）是指單位時間內機體從血漿中消除某種藥物的總能力，其數值即等于該時間內機體能將多少體積血漿中的該藥完全消除。與k和t _1/2相同，Cl也是衡量體內藥物消除快慢的一個藥動學參數，但與k和t _1/2不同，Cl以具體的解剖生理學概念來表示，可更直觀形象地反映機體對藥物的消除能力。由于藥物在體內按血漿濃度分布的總體積為V，而k表示單位時間內藥物被消除的分數，故代表單位時間內機體能消除多少體積血漿藥物的清除率可按Cl＝Vk計算，單位為體積單位/時間單位。

通常，碘對比劑的藥動學特征大同小異，無顯著性差異。現以碘濃度400mg/ml的非離子型對比劑碘美普爾為例做簡單介紹。

如同其他對比劑，碘美普爾具有生理惰性。其藥動學特征包括：只分布在血管和細胞間液，不進入細胞內：不與血漿蛋白結合，不發生生物學活性：快速而完全地從腎臟排泄。

靜脈團注后，碘美普爾表現為劑量相關性，在十幾秒內迅速達峰血藥濃度，隨后，由于對比劑向周邊室快速彌散和腎臟排泄，血藥濃度迅速下降，其分布半衰期t _1/2α為（0.37±0.24）h，t _1/2β為（1.83±0.33）h，中央室表觀分布容積為（160±30）ml/kg，周邊室表觀分布容積為（280±50）ml/kg。碘美普爾在體內不發生代謝，原藥通過腎小球過濾排泄。50%的注射劑量在注射后2h后排出體外，87%的劑量在注射12h排泄，約90%的注射劑量在注射24h通過腎臟排泄，血漿清除率為（1.67±0.16）ml/（min?kg）（圖2-1-5、圖2-1-6）。

臨床CT檢查過程中，使用對比劑可提高病變的顯示率、反映病變的血流灌注情況及血腦屏障的完整性等，因此，對比劑的應用在CT檢查中相當普遍。增強掃描時，增強效果取決于所用碘對比劑的量、濃度、注射流速以及注射方式等，影響因素較多。因此，正確理解對比劑的增強原理非常重要。另一方面，有關含碘對比劑引起的不良反應，特別是對比劑腎病，已經引起臨床醫生及放射學醫生的關注和重視。如何預防對比劑腎病和危及生命的不良反應，更是值得重視和必須妥善處理的迫切問題。本節重點討論碘對比劑增強理論，安全方面請參照其他相關章節。

在CT臨床應用中，要獲得最佳增強效果，必須考慮患者體型方面如身高、體重甚至去脂體重等因素。一般來說，體重越重，達到同樣強化效果所需的總碘量越大。如圖2-1-7所示：

心排血量降低時，由于循環緩慢，導致對比劑到達延遲，所以增強延遲；對比劑在血管內停留時間延長，增強程度更高，強化時間延長（圖2-1-8）。

對比劑濃度相同，提高注射速度，碘注射率增加；注射速度相同，使用高濃度對比劑濃度，碘注射率增加（圖2-1-9）。

保持碘對比劑濃度和注射速度不變，增加對比劑劑量將導致強化達峰時間延遲，強化程度增加。如果對比劑劑量足夠達到強化的平臺期，較多的對比劑劑量將使得平臺期延長，將為掃描提供更長的時間窗（圖2-1-10）。

使用雙筒注射器可在注射對比劑前后注射生理鹽水。其優點如下：將對比劑從導管和周圍靜脈推入，減少對比劑的浪費；減少對比劑靜脈路徑內高濃度對比劑污染。

相同溫度時，對比劑濃度越高，黏度越高。相同濃度時，溫度越高，黏度越低。有條件時建議使用前加熱到37℃，以降低黏度，便于推注，并能增高人體可承受的注射流率，提高患者耐受度。