第三节　法医毒物动力学研究内容

法医毒物动力学的研究内容包括法医毒物的毒物动力学、死后分布、动态分布、死后再分布、死后弥散、毒物分解动力学、死后毒物产生情况等。

一、毒物动力学

(一)毒物动力学的概念

毒物动力学(toxicokinetics)是应用药代动力学原理，探讨药物及其他外源性化学物毒性或不良作用发生和发展规律的一门交叉边缘学科。它运用药代动力学的原理和方法定量研究毒性剂量下药物在动物体内吸收(absorption)、分布(distribution)、代谢(metabolism)、排泄(excretion)(简称ADME)的过程和特点，探讨药物毒性发生和发展的规律性，从而为毒物安全性评价提供科学依据。毒物动力学和法医毒物动力学是一种交叉关系，法医毒物动力学研究内容中的毒物动力学是一个狭义的概念，专指法医毒物在机体内的动力学过程。

(二)毒物动力学模型

根据动力学原理和生理学基础将毒物动力学模型分为隔室模型、生理药(毒)物动力学模型和药(毒)动学药(毒)效学链式模型。在法医毒理学研究中最常用的为隔室模型，其中又以一室模型和二室模型多用。

(三)毒物转运的速率过程

毒物通过各种染毒途径进入体内后，经吸收、分布、代谢、排泄，体内毒物或血毒物浓度处于动态变化过程中。在毒物动力学研究中，通常将毒物在体内转运的速率过程分为一级速率过程、零级速率过程和非线性速率过程。

(四)毒物动力学参数

法医毒物动力学也和毒物动力学一样通过某些动力学参数来评价或反映毒物的体内过程特征。目前常用的主要参数有:速率常数(κ)、表观分布容积(Vd)、血药浓度曲线下面积(AUC)，达峰浓度(Cmax)，达峰时间(tmax)，半衰期(t1/2)。速率常数有吸收速率常数(κa)、总消除速率常数(κ)和尿药排泄速率常数(κe)，其中总消除速率常数包括经肾排泄、胆汁排泄、生物转化以及从体内消除的一切其他可能的途径。

吸收速率常数、药物峰浓度和达峰时间反映药物吸收入体的快慢，表观分布容积反映药物的分布特性，消除速率常数、半衰期衡量药物从体内消除的快慢，在法医毒物动力学中有比较重要的意义。

(五)毒物动力学参数的影响因素

影响毒物动力学参数的主要因素有毒物本身的理化因素、遗传因素、年龄和性别、药物相互作用及机体病理状态等。

(六)毒物动力学的法医学意义

1.法医毒物动力学特性的推断

通过毒物动力学研究可获得毒物原体及其代谢物的毒物动力学方程和参数，推断其法医毒物动力学特性。如通过表观分布容积可推断毒物的死后分布和死后再分布特征。

2.肇事或中毒当时机体内毒物浓度推断

非事发当时采血者，如一氧化碳中毒经高压氧治疗后死亡或酒后肇事者经抢救或逃跑，通过毒物动力学方程和参数可推断其肇事或中毒当时体内毒物浓度。

3.服毒时间、毒物入体途径的判断

应用毒物动力学方程、根据毒物在体内分布规律及毒物原体和代谢产物的动态关系进行推断，可为法医学中死亡时间的推断提供可靠的方法。

4.服毒量和体内毒物浓度的推断

应用体内毒物浓度与服毒量关系可推断服毒量或体内毒物浓度。

5.毒物联合作用机制的研究

通过不同药(毒)物之间毒物动力学影响的研究可解释其联合作用机制。本实验室研究显示，乙醇可加快氯胺酮在的体内消除或转化，对氯胺酮的代谢或消除有促进作用;也可加快甲基苯丙胺的吸收，并促进其代谢为苯丙胺，但对其清除过程无明显影响;福康片和洛非西定均可降低吗啡的吸收及血液中吗啡的浓度;氯胺酮和甲基苯丙胺合用可减缓彼此在体内的消除过程而增加其作用时间和吸收程度。其他学者报告乙醇也可加速乌头碱的吸收与分布。这为药毒物的联合作用研究提供了新的思路和方法。

二、死后分布

(一)死后分布概念

毒物(药物)一旦被吸收进入血液循环，便有可能分布到机体的各个部位和组织。药物通过各种途径吸收后从血液循环到达机体各个部位和组织的过程称为分布(distribution)。常用组织脏器中毒(药)物的含量来表示。分布反映的是活体状态下毒(药)物在体内的转运情况，为了与这种活体时毒物在机体内的分布相区别，准确反映中毒死亡当时尸体各脏器和体液中毒物含量的对比情况以及与死后再分布相对应，经一系列法医毒物动力学研究，我们提出了死后分布的概念。鉴于目前的学术著作中尚无一个严格的定义，笔者将中毒死亡当时毒物在尸体内的分布状态，即中毒死亡当时毒物在尸体各器官组织中的含量状态称为毒物的死后分布(postmortem distribution)，用中毒死亡当时尸体组织脏器中毒物(药物)的含量来表示。由于服毒量、染毒途径和个体差异等因素不同，中毒机体可死亡于毒物动力学的不同时相，因此在法医毒物动力学研究中常用毒物的动态分布，来研究染毒后不同时相机体内毒物的分布状态变化。

(二)机制和影响因素

毒物死后分布其实是机体内分布过程的一个终末状态，其机制也是毒物(药)物的跨膜转运，与分布的机制和影响因素相似——包括药(毒)物的脂溶性、毛细血管通透性、器官和组织的血流量、与血浆蛋白和组织蛋白的结合能力、药物的pKa和局部的pH、药物转运载体的数量和功能状态、特殊组织膜的屏障作用等。

(三)法医学意义

1.检材采取

许多毒物分布、死后分布和动态分布规律可以成为检材采取的主要依据。除血、肝、肾、尿、脑、脾外，脑脊液、脊髓是硬膜外麻醉意外必取检材，胆汁是许多毒物中毒，如佐匹克隆、氯氮平、地西泮、阿普唑仑、吗啡的较好检材，脂肪组织和骨髓也可作为检材;但可疑氰戊菊酯、甲氰菊酯中毒时不宜取尿液为检材，可疑敌敌畏中毒时不宜取肝脏为检材。

2.死亡时相判断

不同毒物在毒物动力学不同时相各组织体液中浓度比例关系不同，利用死后分布和动态分布规律可判断死亡时相，通过尿和血中酒精浓度比值可判断采血或死亡时的毒物动力学时相进而推断饮酒或死亡时间。

3.血中毒物浓度的推断

利用死后各组织、体液毒物浓度与血毒物浓度的比例关系可推断死亡时血中毒物浓度的范围，尤其在碎尸、空难、交通事故、腐败等无法采取尸体血的特殊条件案件中更为重要。

4.入体途径推断

本研究室通过研究不同入体途径动物模型的利多卡因死后分布规律，为硬膜外麻醉意外案件法医学鉴定中利多卡因入体途径的推断提供了方向，为麻醉意外法医学判定提供了依据。

5.判断是否发生毒物的死后再分布

通过尸体中央部位血(心血，肺动、静脉血)和外周血(股动、静脉血，锁骨下动、静脉血)药(毒)物的含量比较可判断毒物是否发生了死后位置依赖的血浓度变化。

三、死后再分布

(一)概念

死后再分布(postmortem redistribution，PMR)即毒(药)物在尸体内浓度的改变过程，特别是心血中毒物浓度的变化。这种毒(药)物浓度随着取材部位的不同、检材收集和死亡时间间隔的不同而发生变化，毒(药)物浓度与部位和时间的依赖关系在法医科学中被称为死后再分布。

(二)发生机制及影响因素

死后再分布的机制比较复杂，目前认为与顺浓度梯度扩散、死后血液流动、生前吸收分布不均、毒物的降解和破坏、微生物的作用以及各种毒物之间的相互影响作用等有关。

死后弥散可能是毒(药)物死后再分布的主要发生机制，一般认为碱性、亲脂性毒物具有较大的表观分布容积(volume of distribution，Vd)，具有较大分布容积的脂溶性毒物特别容易发生死后再分布现象;死后弥散与蓄积库的部位和弥散距离、毒(药)物的物理性质和尸体摆放姿势有很大关系，受保存温度影响较大。

死后微生物的作用使尸体细胞自溶释放溶酶体，使某些结合型的毒物变成游离型，从而导致组织和血液中毒物浓度升高。

死后血液流动可能是死后再分布的又一机制，死后由于不同体位下血液的流动以及腐败气体的产生对血液的推动作用，致使死后随时间的变化，不同部位毒物浓度有较大的差异，但也存在争议。

死后毒物的降解也可能是毒物死后再分布的机制之一。Yonemitsu证明反苯环丙胺在人体内死后时间依赖的血浓度变化与其分解有关。

本实验室研究显示，除地西泮、艾司唑仑、氯氮、氯丙嗪、氯氮平、地芬尼多、毒鼠强、曲马多、MDMA、氯胺酮、利多卡因、布比卡因、普罗帕酮、对硫磷、甲拌磷、敌敌畏等表观分布容积较大、脂溶性较强、蛋白结合率较高的毒物外，其他一些表观分布容积较小、酸性或水溶性的毒(药)物，如乙醇、苯巴比妥、异烟肼也可发生死后再分布。其他学者报告氰化物也可发生死后再分布。

(三)怀疑发生毒物死后再分布的情况

在中毒案件法医学定中若非死亡当时采血检测，出现以下情况之一时，应考虑发生毒物死后再分布的可能性。

1.临床治疗剂量用药患者死后血药浓度高于临床治疗浓度上限，或达中毒血浓度或致死血浓度。

2.临床治疗患者死后血药浓度高于生前监测药物浓度。

3.死后尸体内有明显的药(毒)物蓄积库，尤其胃中检出大量药(毒)物。

4.死者血中所检出药物的表观分布容积大于3L/kg。

5.呼吸道吸入或胃肠用药者解剖时有呼吸道食物反流者。

6.尸体内检出弥散性强的药物，如利多卡因或布比卡因等。

(四)法医学意义

1.检材采取

了解毒物的死后再分布对中毒死亡案件检材的收集意义重大。死后再分布造成死后心血和周围血中毒物含量差别较大，一般认为周围血如股静脉血仅受到局部组织——肌肉和脂肪的影响，周围血(如股静脉或锁骨下静脉血)成为毒物分析的“黄金标准”，应用结扎血管采集周围静脉血进行毒物分析。但也有学者认为“黄金标准”的周围血也不能解决所有问题，尸体腐败不严重时的玻璃体液和髂腰肌、高度腐败时胸膜渗出液也是比较有效的检材。Hargrovecf研究发现，结扎股动脉与未结扎股动脉时，血中舍曲林、帕罗西汀、西酞普兰、地西泮、阿普唑仑、苯海拉明、异丙嗪和氢可酮等八种药物浓度无显著性差异。因此，尸体解剖中应常规取心血、周围血(股静、动脉或锁骨下静、动脉血)玻璃体液进行毒物分析。

2.毒物分析结果的评价和使用

死后再分布现象的存在并不否认心血在毒物鉴定中的作用。超大剂量毒物中毒死亡的案例死后再分布的影响不至于改变中毒结论的评定。但对于摄入量与致死量接近的案例或怀疑用药过量而致死的案例应特别注意死后再分布的影响。因此，中毒的法医学鉴定中应同时取心血、周围血、肌肉、玻璃体液及其他组织等多种检材，进行全面定量分析和比较，以消除死后再分布的影响。

四、死后弥散

(一)概念

死后弥散(postmortem diffusion)是指毒物从机体内的蓄积库(reservoir)，诸如胃肠道、肝脏、肺和心肌等被动扩散释放到周围组织，导致周围组织或血中毒物浓度升高的过程。死后弥散是死后再分布的一种机制，有部分学者认为它是死后再分布的主要或全部原因。

(二)发生机制及影响因素

根据FICK第一定律，弥散就是被动扩散，被动扩散的速度与生物屏障两侧药物(非离子型)浓度梯度成正比。毒物的弥散作用可以在死后立即出现，毒物从机体内的蓄积库，诸如胃肠道、肝脏、肺和心肌等被动扩散释放到周围组织，导致周围组织或血管内毒物浓度升高。毒物蓄积库的形成主要有三种途径:①生前毒物的富集器官或组织，死后容易与其形成浓度梯度。②死后肠道、血管中或椎管内残留的未吸收的毒物。③濒死期误吸或胃内容的反流入肺中，使肺形成新的蓄积库。死后弥散主要决定于毒物本身的理化性质、生物膜完整性和蓄积库-组织毒物浓度差，同时受到生前吸收分布不均、毒物的降解和破坏、组织pH的改变、微生物的作用、蓄积库的部位和弥散距离、尸体保存温度、尸体摆放姿势、给药途径，以及各种毒物之间相互影响作用的影响。

(三)法医学意义

1.死后弥散研究可正确解释死后再分布机制

本实验室研究显示地西泮、氯氮平、氯丙嗪、地芬尼多、苯巴比妥、曲马多、毒鼠强、利多卡因、普罗帕酮、异烟肼、对硫磷、甲拌磷、敌敌畏均可发生死后弥散，可正确解释其死后再分布。

2.死后弥散研究可为生前服毒与死后染毒的鉴别提供依据

本实验室研究提示肌肉和脑组织中是否检出盐酸地芬尼多，肌肉和脑中是否检出毒鼠强，脾、颞肌、胆汁、玻璃体液中是否检出利多卡因，尿中是否检出苯巴比妥、氯氮平或氯氮平可为区别其生前服毒(药)和死后染毒(药)提供一定依据。进一步研究提示组织和体液中检出地西泮和氯氮平的代谢产物(Ⅰ、Ⅱ相)可成为区别其生前服毒(药)和死后染毒(药)的依据。

五、毒物分解动力学

(一)概念

毒物分解动力学(toxic decomposition kinetics)研究毒物在尸体、检材和自然环境中动态变化过程或稳定性(stability)，运用动力学理论和分析技术经数学模拟来揭示此变化过程的规律性。生物检材中毒物及其代谢产物浓度随时间变化的动态过程是毒物分解动力学研究的中心问题。应用生物检材中毒物分解动力学数学模型和参数，可以推测生物检材中毒物浓度的经时变化，推断中毒死亡当时尸体内毒物含量，指导选择最佳检材存放条件，正确分析和使用毒物分析结果。

(二)机制和原因

毒物在生物体内代谢的机制包括氧化、还原、水解、乙酰化等生物转化过程形成代谢产物。毒物及其代谢产物又可与体内的硫酸、葡糖醛酸、氨基酸或蛋白质等结合成复合体或缀合物，总称为结合物。

研究表明，毒物在尸体和生物检材中的分解机制与其体内代谢相似。生物检材中的毒物及其代谢产物也经过氧化、还原、水解等转化过程改变其原来的结构或化合状态，成为另一种物质，即通常所称的分解产物。代谢产物和分解产物的主要区别在于，体内代谢产物的生成是在生理情况下由各种酶催化完成的，而体外分解产物的生成是由尸体内和环境中的各种因素催化完成的，如腐败、酸碱性环境等。两者结构可相同也可不同。

(三)影响因素

目前研究表明，保存检材中毒物的分解动力学主要受保存条件的影响，包括温度、时间、器皿类型、防腐剂和pH等。

1.温度

温度是影响保存生物检材中毒物分解主要因素之一。研究表明毒物在生物检材中的分解速度与保存温度相关。温度在20～35℃时，生物检材的腐败发生最快，因而毒物及其代谢产物的分解速度也较快;检材被冷藏或冷冻时，腐败均较慢，分解亦较慢。

2.时间

对于大多数药物而言，短时间保存比长时间保存分解慢。

3.器皿类型

主要影响具有挥发性的毒物，例如乙醇和一氧化碳等。器皿类型、器皿顶空气体体积及器皿密封是否良好都会影响样本中乙醇的稳定性以及样本中HbCO饱和度。

4.防腐剂

防腐剂对生物检材中的毒物是否会产生影响，与防腐剂的种类以及毒物的种类等有关。本实验室研究证实，加入1%氟化钠可减慢血中异烟肼、曲马多、苯巴比妥、氯氮平、氯丙嗪、甲拌磷和毒鼠强等7种毒物的分解，却加快对硫磷、敌敌畏、甲胺磷、氧化乐果、氰戊菊酯、氯氰菊酯、甲氰菊酯和呋喃丹等8种毒物的分解。甲醛固定可减慢肝中异烟肼、对硫磷、甲拌磷、甲氰菊酯、氰戊菊酯、氯氰菊酯和呋喃丹等7种毒物的分解，却加快地西泮、氯氮、艾司唑仑、氯氮平、氯丙嗪、曲马多、敌敌畏、甲胺磷、氧化乐果和毒鼠强等10种毒物的分解。其他学者认为，毒鼠强在甲醛或甲醛中有较强的稳定性，而防腐剂氟化钠或EDTA-Na2的添加与否，对血液样品中CO的稳定性并无明显影响。但甲醛则能够干扰血液中HbCO的检验，对血液中HbCO的稳定性会产生一定的影响。

5.pH

储存环境的pH对生物检材中的毒物稳定性的影响主要与毒物的化学结构有关，例如巴比妥类催眠药是巴比妥酸的衍生物，因而巴比妥类药物在强碱性条件下分解加快。苯二氮杂类药物具有碱性，其结构中的七元环在强酸中可水解开环。有机磷结构中含有酯键，强酸或强碱均能使其分解。

6.其他

湿度对毒物的分解速度也有一定的影响。

(四)法医学意义

1.法医检材存储条件选择

本实验室和其他学者有关E605、3911、DDVP、甲胺磷、氧化乐果、氰戊菊酯、氯氰菊酯、甲氰菊酯、毒鼠强、吗啡、氯胺酮、呋喃丹、曲马多、苯巴比妥、地西泮、氯氮、艾司唑仑、氯氮平、氯丙嗪、普罗帕酮、地芬尼多、异烟肼、利多卡因、布比卡因、普鲁卡因和甲胺磷、吗啡、丁丙诺啡、苯巴比妥、苯海索在保存检材中的分解动力学研究结果均提示，低温保存可降低大部分毒物的分解，毒物分析检材最好应－20℃冷冻保存。

2.中毒死亡当时或取材当时尸体内毒(药)物浓度推断

运用毒物分解动力学方程和参数可以推断中毒死亡当时或取材当时尸体中毒物浓度。本实验室已建立保存血和肝中E605、3911、DDVP、甲胺磷、氧化乐果、氰戊菊酯、氯氰菊酯、甲氰菊酯、毒鼠强、吗啡、氯胺酮、呋喃丹、曲马多、苯巴比妥、地西泮、氯氮、氯氮平、氯丙嗪、普罗帕酮、地芬尼多、异烟肼、利多卡因、布比卡因和普鲁卡因的分解动力学方程，取得其参数，为中毒死亡当时或取材当时尸体内毒(药)物浓度推断提供了一种新的思路和方法。

3.毒物检出时限的确定

埋葬尸体中毒物分解动力学的研究可以预测埋葬尸体中毒物检出时限。许多学者关于苯巴比妥、碳氧血红蛋白、氯普噻吨、地西泮、呋塞米和对硫磷(E605)的尸体发掘检出的回顾性研究，本实验室氰化物、对硫磷、甲拌磷、敌敌畏、甲胺磷、氧化乐果、氰戊菊酯、氯氰菊酯、甲氰菊酯、呋喃丹、毒鼠强的埋葬尸体中毒物分解动力学实验研究已为怀疑中毒案件的尸体发掘提供了依据。

六、毒物死后产生

(一)概念

毒物死后产生(postmortem production of poison)是指由于腐败、碳水化合物和蛋白质的分解，在尸体和保存检材中产生醇类、硫化氢或氰化物等生前未服用毒物的现象。

(二)机制和影响因素

毒物死后产生的主要机制为碳水化合物和蛋白质的分解。主要受尸体和检材保存(埋藏)时间、方式、地点、温度、死亡原因和微生物种类等因素的影响。

(三)法医学意义

在醇类、硫化氢和氰化物中毒法医学鉴定中应注意区分是生前服毒还是死后产生。