第二章　CT血管成像碘对比剂使用技术

目前临床应用的含碘对比剂的基本结构是三碘苯环衍生物：3-乙酰-2，4，6三苯甲酸，为含三个碘的苯环（图2-1-1）。

（1）碘原子量大，吸收X线性能较强。

（2）碘与苯环键结合，结构非常稳定。

（3）苯环结构具备多个有效侧链结合点，提供了不断改进整个分子结构、提高亲水性能和降低毒副作用的可能性。

对比剂依照不同性质可以分为单体和二聚体对比剂，离子型和非离子型对比剂，高渗、次高渗和等渗对比剂（表2-1-1）。

药物代谢动力学定量描述药物进入体内的吸收（absorption）、分布（distribution）、代谢（metabolism）和排泄（elimination）过程的动态量度状态，简称 A、D、M、E过程。 静脉注射碘对比剂后，血中药物浓度迅速达到峰值，随后迅速下降。

药物的体内过程包括吸收（血管内给药除外）、分布、代谢和排泄四过程。在这些过程中都涉及细胞膜、细胞内器膜等生物膜对药物的转运。从基本结构上讲，生物膜均是由镶嵌有蛋白质的双层流动态类脂质分子构成，其间有直径约0.6nm的小孔。生物膜对药物的转运方式根据是否耗能，分为主动转运、易化扩散和被动转运三类。

1）主动转运生物膜可通过其间镶嵌的某些特异性载体蛋白，消耗能量转运某些药物。主动转运的最大特点是可逆浓度差进行，并在经同一载体转运的药物间存在竞争性抑制。在药物转运上，主动转运仅限于极少数本身即为内源性活性物质或与内源性活性物质有极相近结构的药物。

2）被动转运包括所有不消耗能量，仅能顺浓度差进行的跨膜转运。被动转运包括简单扩散和滤过两种。由于不能耗能，被动转运均不能逆浓度差进行，亦不存在竞争性抑制。

吸收（absorption）是指药物从给药部位进入体循环的过程。血管内给药不存在吸收。血管外注射给药时，药物主要通过毛细血管内皮细胞间隙，以滤过方式迅速进入血液。其吸收速度主要受注射部位血管丰富程度和药物分子大小影响。口服药物的吸收大多通过胃、肠道黏膜以被动扩散方式进行。虽然弱酸性药物在酸性胃液中解离少，可有部分被吸收，但由于吸收面积、血液供应及停留时间等的巨大差异，包括弱酸性药物在内，口服药物的主要吸收部位在小肠。影响口服药物吸收的因素众多，主要为药物本身的脂溶性、分子大小等理化性质、药物制剂的崩解速度及溶解度、胃排空速度、肠蠕动等胃肠道功能状态以及胃肠血流动力学状况等。

某些药物口服后吸收过程中，在通过胃肠道黏膜及第一次随肝门静脉血流经肝脏时，可有部分被胃肠黏膜，更主要是被肝细胞中酶代谢失活，从而使药物进入体循环的量减少。这一现象称“首过消除”（first pass elimination）或“第一关长效应”。首过消除强的药物，由于不同个体对同一药物代谢能力存在较大差异，可对口服药物吸收度（生物利用度）产生明显影响。

分布（distribution）是药物随血液循环输送至各器官、组织，并通过转运进入细胞间液、细胞及细胞器内的过程。必须指出，药物在体内的分布可达到动态平衡，但往往并不是均匀（浓度相等）的。只有分布到靶器官、组织或细胞的药物，才能产生药理效应。而以被动转运方式分布的药物，其靶位浓度与血药浓度往往是呈比例的。药物在体内的分布主要受下列因素影响：

1）药物的分子大小、解离常数（pKa）、脂溶性等理化性质。

2）药物与血浆蛋白的结合：绝大多数药物都可程度不等地和血浆蛋白以弱的Vander-Waals引力、氢键、离子键等迅速形成可逆的结合，并按质量作用定律处于动态平衡。通常弱酸性药主要和白蛋白结合，弱碱性药和α1-酸性糖蛋白或脂蛋白结合。由于蛋白质的大分子性及两性电解质性，与血浆蛋白结合的药物既不能以滤过方式，也不能以被动扩散的方式进行跨血管转运。只有游离的药物才能进行被动转运分布，发挥作用。药物和血浆蛋白的可逆性结合，可视为药物在体内的一种重要的暂时贮存形式及调节方式。药物与血浆蛋白结合可达饱和，此时再加大剂量将会导致游离药物浓度不成比例的升高，甚至中毒。与血浆蛋白同一位点结合的药物间存在竞争性抑制，使游离药物浓度发生改变，这点在高血浆蛋白结合率药物尤其应该引起重视。如抗凝血药双香豆素的血浆蛋白结合率高达99%，若同时服用竞争同一蛋白结合位点的消炎药保泰松，即使仅使双香豆泰血浆蛋白结合率降为98%，但可发挥作用的游离药物浓度却增加了一倍，势必造成自发性出血等毒性反应。此外血浆蛋白浓度的变化，亦将影响药物的血浆蛋白结合率。基于上述原因，理想的治疗药物监测应直接测定血中游离部分的药物浓度。

3）特殊的膜屏障：血脑屏障和血眼屏障都是由该处毛细血管内皮细胞间连接紧密、孔隙小，并在其外包裹有一层神经胶质细胞膜形成的脂质膜屏障。只有高度脂溶性的药物才能以被动扩散的方式进入脑脊液、脑组织和房水。而通常所说的胎盘屏障和一般生物膜没有明显的区别，因此，在药物分布上几乎不存在差异。这也是孕妇用药必须考虑对胎儿影响的原因。

4）生理性体液pH差异：生理情况下细胞外液pH约为7.4，细胞内液为7.0，乳汁更低，约为6.7。由于前述pH对药物解离的影响，弱酸性药将主要分布在血液等细胞外液中，而弱碱性药则在细胞内液和乳汁中分布高。

5）主动转运或特殊亲和力：少数药物可被某些组织细胞主动摄取而形成浓集，如甲状腺滤泡上皮细胞对碘的主动摄取，使甲状腺中I-浓度比血浆高数十倍。另有少数药物对某些组织、细胞成分具特殊亲和力或形成难解难离的共价结合，亦可产生药物在这些部位的高分布。

碘对比剂在人体内的吸收、分布与排泄无显著性差异，进入血管后没有或极少与血浆蛋白结合。由于含碘对比剂分子量小，可迅速通过毛细血管壁分布到全身组织的细胞间液（细胞外液），其浓度与血浆内浓度相等，基本无对比剂进入细胞内。对比剂的注射流率和对比剂浓度可影响注射后血管内对比剂浓度，但对比剂在人体组织内的分布和排泄速度没有影响。

机体对药物进行的化学转化、代谢称生物转化（biotransformation）。不能简单地将生物转化视为药理活性的灭活。事实上，有些药物必须经生物转化才生成具药理活性的代谢物。如可待因需在肝脏脱甲基代谢为吗啡，才能发挥镇咳止痛作用。但生物转化总的结果是使药物极性升高，有利排泄。药物的生物转化主要在肝细胞微粒体混合功能氧化酶（肝药酶）的催化下进行，主要反应类型、该酶系的组成及催化过程，都与肝细胞对内源性物质的生物转化相同。

现已明确，至少有200余种常用药为肝微粒体混合功能氧化酶的诱导剂或抑制剂。这些药物较长期使用，对自身及与其同时使用的其他药物生物转化能力的影响，是TDM工作中必须注意的。但碘对比剂不参与机体代谢，一般不与大分子物质相互作用。不过，离子型对比剂可在体内进行电离分解，而非离子型对比剂即使在体内还是保持原分子形式。

排泄（excretion）是药物及其代谢物排出体外的过程。药物的生物转化和排泄统称为消除（elimination）。药物排泄的主要途径为经肾脏随尿排出。游离的原型药和代谢物均可通过肾小球毛细血管壁小孔隙滤入原尿中，也有少数弱酸、弱碱药可在近曲小管上皮细胞，以主动转运方式分泌入原尿中。原尿液中的原型药仍可以被动扩散等方式被肾小管重吸收，此时尿液pH通过对药物解离度的影响，明显改变原尿液中药物被重吸收的量。此亦是弱酸或弱碱性药物中毒时，可通过碱化或酸化尿液，促进药物排泄的原因。而代谢物因极性高，一般不会被重吸收。随原尿逐渐浓缩，其中的药物及代谢浓度均上升，最终可远远超出血中浓度。这种浓集现象是许多药物产生肾毒性（nephrotoxicity）的原因，另一方面对用以治疗泌尿系统疾病的药物，则有其利于发挥治疗作用的意义。

碘对比剂在肾脏的排泄与肾小球滤过率（GFR）相关，碘对比剂可顺利穿越肾小球滤过膜，主要以原型从肾小球滤过排出，没有经过肾小管分泌或重吸收。碘对比剂在体内的运转和消除流率是与其血药浓度成正比的，即单位时间内以恒定比例转运或消除。这符合一级动力学特征，也被称为恒比例转运或消除。在单位时间内碘对比剂的消除量与血药浓度成正比，dC/dt＝-kc。其中k是一级动力学消除常数。这样，对比剂静脉团注后其血药浓度C（t）随时间变化的计算公式可以表示如下：

式中，D为碘对比剂的剂量，A和B为常数，k ₁₂和k ₂₁分别为分布相和消除相流率常数。血浆半衰期（t _1/2）为对比剂血药浓度下降一半所需时间。血浆半衰期可从消除流率常数推算出来：

如果肾功能正常，注射对比剂60分钟后，对比剂经尿路排泄35%～40%，8小时排泄80%～90%。据报道，通过静脉注射到体内的碘海醇，于24小时内以原状在尿液中排出的近乎百分之百，尿液中碘海醇浓度最高的情况，出现在注射的一小时后，没有代谢物产生。

药效学（pharmacodynamics）模型是为了定量研究药物体内过程的速度规律而建立的模拟数学模型，常用的有房室模型和消除动力学模型。对比剂适用于房室模型。

房室（compartment）是由具有相近的药物转运流率的器官、组织组合而成。同一房室内各部分的药物处于动态平衡。房室仅是按药物转运动力学特征划分的抽象模型，并不代表解剖或生理上的固定结构或成分。同一房室可由不同的器官、组织组成，而同一器官的不同结构或组织，可能分属不同的房室。此外，不同的药物，其房室模型及组成均可不同。运用房室模型，可将机体视为由一或多个房室组成的系统，从而将复杂的分布过程模型化。

若某药在体内各部位间均有较高及相近的转运流率，可在体内迅速达到分布平衡，则该药属单房室模型。属于单房室模型的药物，在体内达分布平衡后，其血药浓度将只受吸收和消除的影响。而某药在体内不同部位间转运流率存在较大差异的话，则将血液及其他血液供应丰富、并具有较高转运流率的部分，称为中央室，而把其余部分划归周边室，并可依次再分为第一周边室、第二周边室等，此即多室模型。根据划分的房室数，相应称为二室模型、三室模型等。属于多室模型的药物，其首先在中央室范围内达分布平衡，然后再和周边室间达到分布平衡，因此其血药浓度除受吸收和消除的影响外，在室间未达分布平衡前，还受分布的影响。

对比剂常规采用单剂静脉注射，可在体内迅速达到分布平衡，属单房室模型，下面做简单介绍：

单室模式图及药-时关系：单室模型的药物可迅速在体内达到分布平衡，故可不考虑分布的影响。静脉注射用药时，药物直接迅速进入血液，因此也不受吸收的影响。此时体内药量将仅受包括生物转化和排泄在内的消除影响，可建立模式图（图2-1-2）。

图2-1-2中x ₀为剂量，x _t为t时体内药量，C _t表示t时的血药浓度，V为表观分布容积， k为消除流率常数。当按一级动力学方式消除时，体内药量随时间变化的微分方程为：

因体内药量不可能直接测定，故引入比例常数：表观分布容积V，以便用血药浓度表示，即V＝X/C，所以X＝VC。 代入X＝X ₀e ^-kt可得

此即为单室模型单剂静脉注射给药时的药-时关系表达式。

二室模型一级消除动力学：多室模型和前面讨论的单室模型不同，此时存在着由包括血液在内的中央室向周边室分布达到平衡的过程，影响血药浓度的因素更为复杂，本文以单剂静脉注射为例，简介有关药动学知识。

二室模式图和药-时关系：静脉注射时，不存在吸收过程，中央室中的药量或血药浓度受中央室与周边室间双向分布，以及自中央室消除的影响。其模式如图2-1-3所示。

图2-1-3中：

Xc中央室药量

Xp周边室药量

Vc中央室分布容积

Vp周边室分布容积

k ₁₀中央室向周边室转运流率常数

k ₂₁周边室向中央室转运流率常数

中央室药量变化的流率微分方程为：dkc/dt＝k ₂₁•Xp-k ₂₁•Xc-k ₁₀•Xc

对上式积分并引入中央室分布容积Vc，可得中央室（血）药物浓度随时间变化的基本表达式：

式中α为分布流率常数，β为消除流率常数，A、B为经验常数。四者都是由模式参数k ₁₀、k ₁₂、k ₂₁组成的混杂参数（hybridparameters）。 存在：

从式IgC＝IgC ₀-kt/2.303可看出，当血药浓度以对数表示时，与时间t的关系为简单的直线关系。因此，在静脉注射药物后不同时间取血，测定血药浓度。根据血药浓度对数值及相应时间，以图解法或线性回归法（最小二乘方法），即可求得直线方程（图2-1-4）。

此直线方程与纵轴的截距 a＝IgC ₀，故C ₀＝Ig ^-1a；而斜率b＝k/2.303，可计算出消除流率常数：

消除流率常数（eliminationrateconstant，k）表示单位时间内机体能消除药物的固定分数或百分比，单位为时间的倒数。如某药的k＝0.2h ^-1，表示机体每小时可消除该小时起点时体内药量的20%，此即一级消除动力学的恒比消除特点。此时虽然单位时间消除的百分比不变，但随着时间的推移，体内药量逐渐减少，单位时间内消除的药量也逐渐减少，而不是恒定不变的，消除流率常数是反映体内药物消除快慢的一个重要参数。必须指出，一个药物的消除流率常数在不同的个体间存在差异，但对同一个体来说，若无明显的影响药物体内过程的生理化、病理性变化，则是恒定的，并与该药的剂型、给药途径、剂量（只要在一级动力学范围内）无关。

药动学中的半衰期（half life，t _1/2）通常是指血浆消除半衰期，即血浆中药物浓度下降一半所需要的时间。根据这一定义，当t＝t _1/2时，C ₀＝2C，可得

可见，由于一级消除动力学时，k为一常数，半衰期亦为一常数。半衰期恒定不变，是一级消除动力学的又一特征。和消除流率常数一样，半衰期也是衡量药物消除快慢的又一临床常用参数。在药物的临床药动学参数资料中，常告知半衰期，只要知道半衰期，即可求得消除流率常数k值。

如前所述，表观分布容积（apparent volume of distribution，V）是为了用血药浓度计算体内药量而引入的比例常数，表示假设体内药物按血药浓度均匀分布所需要的容积。前已谈到药物在体内分布可达动态平衡，但并非均匀一致，因此表观分布容积仅是一理论容积，并不代表真实的解剖或生理空间。但只要知道某药的表观分布容积V，应用测定的血药浓度，即可根据X _t＝C _t•V，计算得实际工作中无法测定的任一时刻体内的药量，并可按上式计算出欲达某一血药浓度C所需使用的剂量X＝CV。此外，表观分布容积还可用于评估药物在体内的分布特点。人的总体液量约0.6L/kg体重，若某药的V远远大于0.6L/kg体重，提示该药主要分布于细胞内，被某组织、脏器主动摄取或对某些组织成分有特殊亲和力，致使包括血浆在内的细胞外液中浓度低。大多数弱碱性药由于细胞内液比细胞外液偏酸而存在这一情况，如奎尼丁的表观分布容积可超出2L/kg体重。反之，若某药表观分布容积远远低于0.6L/kg体重，则其主要分布于血浆等细胞外液中。多数弱酸性药便是如此，如水杨酸的表观分布容积仅0.2L/kg体重。

单室模型静脉注射用药时V的求算可采用外推法，即根据前面介绍的药-时关系表达式求得t＝0时的C ₀值及注射剂量X ₀，按V＝X ₀/C ₀而计算出。其单位最常采用容积单位每千克体重（如L/kg）。同前述药动学参数一样，V也是仅取决于药物本身的理化性质、体内分布特点，而与该药剂型、用药方式、并在一级消除动力学范围内与剂量都无关。在所有药动学参数中，V和k是两个最基本的参数。

药物清除率（clearance，Cl）是指单位时间内机体从血浆中消除某种药物的总能力，其数值即等于该时间内机体能将多少体积血浆中的该药完全消除。与k和t _1/2相同，Cl也是衡量体内药物消除快慢的一个药动学参数，但与k和t _1/2不同，Cl以具体的解剖生理学概念来表示，可更直观形象地反映机体对药物的消除能力。由于药物在体内按血浆浓度分布的总体积为V，而k表示单位时间内药物被消除的分数，故代表单位时间内机体能消除多少体积血浆药物的清除率可按Cl＝Vk计算，单位为体积单位/时间单位。

通常，碘对比剂的药动学特征大同小异，无显著性差异。现以碘浓度400mg/ml的非离子型对比剂碘美普尔为例做简单介绍。

如同其他对比剂，碘美普尔具有生理惰性。其药动学特征包括：只分布在血管和细胞间液，不进入细胞内：不与血浆蛋白结合，不发生生物学活性：快速而完全地从肾脏排泄。

静脉团注后，碘美普尔表现为剂量相关性，在十几秒内迅速达峰血药浓度，随后，由于对比剂向周边室快速弥散和肾脏排泄，血药浓度迅速下降，其分布半衰期t _1/2α为（0.37±0.24）h，t _1/2β为（1.83±0.33）h，中央室表观分布容积为（160±30）ml/kg，周边室表观分布容积为（280±50）ml/kg。碘美普尔在体内不发生代谢，原药通过肾小球过滤排泄。50%的注射剂量在注射后2h后排出体外，87%的剂量在注射12h排泄，约90%的注射剂量在注射24h通过肾脏排泄，血浆清除率为（1.67±0.16）ml/（min∙kg）（图2-1-5、图2-1-6）。

临床CT检查过程中，使用对比剂可提高病变的显示率、反映病变的血流灌注情况及血脑屏障的完整性等，因此，对比剂的应用在CT检查中相当普遍。增强扫描时，增强效果取决于所用碘对比剂的量、浓度、注射流速以及注射方式等，影响因素较多。因此，正确理解对比剂的增强原理非常重要。另一方面，有关含碘对比剂引起的不良反应，特别是对比剂肾病，已经引起临床医生及放射学医生的关注和重视。如何预防对比剂肾病和危及生命的不良反应，更是值得重视和必须妥善处理的迫切问题。本节重点讨论碘对比剂增强理论，安全方面请参照其他相关章节。

在CT临床应用中，要获得最佳增强效果，必须考虑患者体型方面如身高、体重甚至去脂体重等因素。一般来说，体重越重，达到同样强化效果所需的总碘量越大。如图2-1-7所示：

心排血量降低时，由于循环缓慢，导致对比剂到达延迟，所以增强延迟；对比剂在血管内停留时间延长，增强程度更高，强化时间延长（图2-1-8）。

对比剂浓度相同，提高注射速度，碘注射率增加；注射速度相同，使用高浓度对比剂浓度，碘注射率增加（图2-1-9）。

保持碘对比剂浓度和注射速度不变，增加对比剂剂量将导致强化达峰时间延迟，强化程度增加。如果对比剂剂量足够达到强化的平台期，较多的对比剂剂量将使得平台期延长，将为扫描提供更长的时间窗（图2-1-10）。

使用双筒注射器可在注射对比剂前后注射生理盐水。其优点如下：将对比剂从导管和周围静脉推入，减少对比剂的浪费；减少对比剂静脉路径内高浓度对比剂污染。

相同温度时，对比剂浓度越高，黏度越高。相同浓度时，温度越高，黏度越低。有条件时建议使用前加热到37℃，以降低黏度，便于推注，并能增高人体可承受的注射流率，提高患者耐受度。