不论哪种给药途径，药物进入血液后，再随血液运至机体各组织，称为药物的分布。药物分布有明显的规律性：①药物首先分布于脑、心、肝、肾等血流量相对较大的器官组织，然后再分布到肌肉、皮肤或脂肪等血流量相对较小的组织，这种现象称为药物再分布。硫喷妥钠因高脂溶性，给药后快速进入脑组织，产生麻醉效应;然后向脂肪组织转运，作用消失。②药物在体内分布是有选择性的，碘集中分布于甲状腺组织，链霉素主要分布于细胞外液，灰黄霉素以脂肪、皮肤和毛发的等组织分布较多，能沉积在皮肤角质和新生的毛发、指(趾)甲角质部分。
影响药物分布因素主要有：药物与血浆蛋白结合和体内特殊屏障等。药物进入血液后，与血浆蛋白结合。由于血浆中的蛋白含量相对稳定，与药物结合量有限，随着药物量增加，结合达到饱和后，再增加药量，可使血液中游离药物浓度剧增，导致药效增强，或毒性增大。只有游离的药物才能产生药效，进行代谢和排泄，而结合型的药物起着药库的作用。这种药库对药物疗效、作用时间有重要的影响。药物与血浆蛋白结合选择性差，当理化性质相近的药物联合用药时，将出现与蛋白结合竞争现象。即使两药都在正常治疗量，也可使其中的一种药物游离浓度升高。服用双香豆素后，再服用保泰松，可使血中双香豆素游离浓度成倍增加(前者蛋白结合率为99%，后者为98%)，其抗凝作用增强，导致渗血，甚至出血不止。
在某些病理情况下，血浆蛋白减少，如肝硬化、慢性肾炎、尿毒症等，药物与血浆蛋白结合减少，游离药物增高，也易发生毒性反应。
机体有些组织对药物的通透性具有特殊的屏障作用，主要有血脑屏障(blood.brainbarrier)、血睾屏障(blood—testisbarrier)、胎盘屏障(placentalbarrier)等。血脑屏障是血液与脑组织，血液与脑脊液，脑脊液与脑组织3种屏障的总称，前两者对药物进入脑中具有重要的屏障作用，脑毛细血管内皮细胞间链接紧密，间隙较小，基膜外还有一层星状细胞包围，只有脂溶性高或分子量小的水溶性药物可以通过被动转运，进入脑组织。抗癌药物和氨基糖苷类抗生素等，因为脂溶性差，难以透过血脑屏障。但在脑膜炎症时，血管通透性增高，磺胺嘧啶和青霉素等血浆蛋白结合率低的药物，可以进入脑脊液，治疗化脓性脑脊髓膜炎。高渗透性溶液可显著开放血脑屏障，如甘露醇;某些疾病也会促进血脑屏障通透性增加，如中风、惊厥、脑水肿等;脑损伤如脑缺血、缺氧、脑外伤等均影响血脑屏障的通透性。环孢素能抑制血脑屏障上的P一糖蛋白功能，促进柔红霉素、尼莫地平进入脑内。
胎盘屏障是胎盘绒毛与子宫血窦间的屏障，药物均能透过胎盘进入胎儿体内，仅快慢和程度不同。妊娠期间，禁止使用对胎儿生长发育有影响的药物。
血眼屏障是血液与视网膜，血液与房水，血液与玻璃体屏障的总称。脂溶性药物及分子量小于100的水溶性药物易于通过血眼屏障。一般给药眼内难以达到有效浓度，往往用局部滴眼和眼周给药。

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