在镇静镇痛或者全身麻醉诱导和维持过程中，麻醉药物的作用位点是中枢神经系统。大脑中枢存在特定区域负责记忆和觉醒，麻醉药物就是作用和调节这些区域发挥作用。一些研究者认为脑内前额皮质（prefrontal cortex）、杏仁核（amygdala）、丘脑（thalamus）、下丘脑（hypothalamus）区域负责情感的产生和维持。临床中，尤其是苯二氮䓬类（benzodiazepines）药物作用于以上区域和核团，产生抗焦虑、镇静催眠、抗惊厥、肌肉松弛和安定作用。患者通常不希望记起手术过程，大脑中枢负责消除记忆的区域主要是海马区，同样与杏仁核有千丝万缕的联系。苯二氮䓬类药物同样可以作用于以上区域，产生遗忘作用。以下将讨论药物最基本的几个概念。

在边缘系统中，网状激活系统是位于脑干腹侧中心部分神经细胞和神经纤维相混杂的结构。其神经核和纤维束有两个特点：没有特异的感觉或运动功能；各个核中发出的纤维散漫地投射到前脑（包括大脑皮质）、脑干和脊髓的许多部分。具有多种神经元、多突触的特点，可以把自身体内和体外的各种刺激广泛地传递到大脑皮质各部的神经元，以保持大脑皮质的醒觉状态。此系统包括网状结构和毗邻的皮层和丘脑，广泛分布γ-氨基丁酸（gammaaminobutyric acid，GABA）受体。静脉麻醉药物作用于该区域GABA受体使患者意识丧失，例如苯二氮䓬类药物、巴比妥药物和丙泊酚。丘脑在网状激活系统相对比较独立，同样也是感觉传导中继站，来自全身各种感觉的传导通路（除嗅觉外），均在丘脑内更换神经元，然后投射到大脑皮质。氯胺酮（ketamine）选择地抑制大脑及丘脑，但自主神经反射并不受抑制，产生分离麻醉作用。

阿片受体在体内至少存在8种亚型。在中枢神经系统内至少存在4种亚型：μ、κ、δ、σ。吗啡类药物对不同类型的阿片受体，亲和力和内在活性均不完全相同。阿片类药物可以使神经末梢释放乙酰胆碱、去甲肾上腺素、多巴胺及P物质等神经递质减少。阿片类药物作用于受体后，引起膜电位超极化，使神经递质释放减少，从而阻断神经冲动的传递而产生镇痛等各种效应。从麻醉角度来看，阿片类药物对μ受体作用强度最大，μ受体激活后不仅产生镇痛、镇静和欣快的作用，并且引起呼吸抑制、体内激素改变和神经递质的释放。

神经信号传导和GABA _A 和NMDA受体

受体是一类存在于胞膜或胞内的，能与细胞外专一信号分子结合进而激活细胞内一系列生物化学反应，使细胞对外界刺激产生相应的效应的特殊蛋白质。许多药物是通过和细胞表面（细胞膜）的受体结合而发挥作用。例如阿片类受体，无论是天然阿片类药物例如吗啡，或者人工合成阿片类药物例如哌替啶，具有相似的分子结构，均可以同体内阿片类受体结合产生镇痛作用。

受体和药物作用相关的两个重要特性是亲和力和内在活性。亲和力是指药物和其靶部位（受体或酶）的结合能力，而内在活性是指药物和受体结合后产生药理效应的能力。药物和受体有效地结合（具有亲和力），结合后药物-受体复合物对靶系统能产生最大效应（具有内在活性）称为完全激动剂；产生小于最大效能的药物称为部分激动剂。相反，药物可以和受体有效结合（具有亲和力）但无内在活性，且可阻断激动剂和其受体的结合称为拮抗剂。

静脉麻醉药物和吸入型麻醉药有一个共同的分子基础：激活离子型受体，神经元膜内外离子改变产生电流，导致神经元的去极化产生效能。

麻醉药物通过增强、抑制或干扰神经递质的功能，调节神经递质在突触中的传递。兴奋性N-甲基-D-门冬氨酸（NMDA）受体和抑制性γ-氨基丁酸A型（GABA _A）受体作为中枢神经系统中最重要的二种离子型受体，通过和其在痛觉神经元突触胞膜上的特异性神经递质相结合传递，控制相关痛觉信息。氯胺酮和氧化亚氮（nitrous oxide）作用于NMDA受体，丙泊酚和苯二氮䓬类药物作用于GABA受体。丙泊酚可激活氨基丁酸（GABA）受体-氯离子复合物，常规剂量时增加氯离子传导，大剂量时使GABA受体脱敏，从而抑制中枢神经系统。因此临床上静脉注射小剂量丙泊酚可产生更强的镇静效能。苯二氮䓬类能增强GABA能神经传递功能和突触抑制效应，还能增强GABA与GABA _A受体相结合的作用。

药动学即药物代谢动力学，主要研究机体对药物的作用，也就是药物在体内的吸收、分布、代谢及排泄等；而药效学即药物效应动力学，主要研究药物对机体的作用及机制。两种因素对于选择麻醉药物和判断药物的作用非常重要。

选择和使用麻醉药物应该根据以下几个药理学参数：第一个参数是药物效能，是指药物可产生的最大效应，随着剂量或浓度的增加，效应逐渐加强，当效应增强至最大程度时，再增加剂量或浓度，效应不再增强。第二个参数是效价强度，是指药物产生一定效应所需的剂量或浓度，其数值越小则强度越大。第三个参数是药物起效时间，一种药物可以在很短时间内产生理想的效果称为起效快速。

分布容积和药物清除率是药物代谢动力学的两个基本参数。分布容积是指当血浆和组织内药物分布达到平衡后，体内药物按此时的血浆药物浓度在体内分布时所需的体液容积。药物清除率是机体清除器官在单位时间内清除药物的血浆容积，即单位时间内有多少体积的血浆中所含药物被机体清除。

临床上使用一种药物可根据其优缺点选择不同的给药方式。不同剂型的药物吸收后，进入体循环的药量与给药量的比值被称为生物利用度（bioavailability）。一般来讲静脉给药生物利用度较高，口服给药生物利用度较低。

肠内给药，特别是口服给药，通常是最安全和方便的给药途径。然而口服给药的缺点一是吸收较慢且不规则，药效易受胃肠功能及胃肠内容物的影响；二是某些药物会对胃肠产生不良刺激作用；三是某些药物，如青霉素、胰岛素口服易被破坏而失效，只能注射给药。其他口服途径如舌下含服，指使药剂直接通过舌下毛细血管吸收入血，以完成吸收过程的一种给药方式。黏膜给药途径多用于口腔科医师，例如在局部麻醉注射前给口腔黏膜涂抹利多卡因凝胶。

肠外给药方式在临床上常用的有三种：静脉给药（IV）、肌内注射（IM）和皮下注射（SQ）。由于静脉给药起效快，生物利用度高，剂量准确易控，又便于血药浓度的监测，特别是在抢救急重病症过程中作用尤为突出，现在已成为临床上不可或缺的重要给药方式。然而，注射药物也有其特定的局限性，在造成一定的组织损伤的同时伴随一系列的副作用。肌内注射主要适用于不宜或不能做静脉注射，要求比皮下注射更迅速发生疗效时，以及注射刺激性较强或药量较大的药物时。肌内注射的缺点除了局部疼痛外，剂量因为组织吸收不明确而不宜把控。皮下注射指将药液注入皮下组织，可以迅速达到药效，同时也被迅速吸收。例如发生过敏反应时可迅速皮下注射肾上腺素。

吸入给药同样也是临床上比较常用的给药方式。气体或挥发性药物吸入后，由肺上皮和呼吸道黏膜吸收。由于表面积大，药物可经这一途径迅速进入血液循环。此外，药物的溶液可以经雾化以气雾剂形式吸入。对肺部疾病可使药物直接作用于病变部位。某些短时间中度镇静口腔手术使用单一药物吸入也是非常好的一个方法。

药物经过吸收到达循环后，有些与血浆蛋白结合，有些以非结合方式存在。酸性药物在很大程度上与血浆白蛋白结合，而碱性药物优先与α-酸性糖蛋白结合。麻醉药物中，蛋白结合程度从12%的氯胺酮到98%的丙泊酚。年龄因素、厌食症或者药物滥用引发的一些合并症会使血液中的血浆蛋白减少，循环中的游离药物分子增加从而增强药物效果。

药物进入血液后，随血液循环向全身分布，一部分与结合位点相结合，一部分储存在亲和力较强的组织中。由于体内环境的非均一性（血液、组织），导致药物浓度变化的速度不同。为了定量地研究这些过程的变化，需建立数学模型，称其为动力学模型，而隔室模型是最常用的模型。一室模型：药物进入血液迅速分布全身，并不断被清除。二室模型：把机体看成药物分布速度不同的两个单元组成的体系称为双室模型，其中一个称为中央室，由血液和血流丰富的组织、器官组成（心、肺、肝、肾等），药物在中央室迅速达到分布平衡；另一室为周边室，由血液供应不丰富的组织、器官组成（肌肉、皮肤等），药物在周边室分布较慢。

高脂溶性药物例如丙泊酚或芬太尼会迅速透过脂质屏障并快速达到最大分布体积。分布体积指药物在体内被组织摄取的能力，表观容积大的药物体内存留时间较长。

静脉注射药物多迅速在中央室达到分布平衡，并通过血脑屏障分布于中枢神经系统发挥作用。血脑屏障是指脑毛细血管阻止某些物质进入脑循环血的结构，这种结构可使脑组织少受甚至不受循环血液中有害物质的损害，从而保持脑组织内环境的基本稳定，对维持中枢神经系统的正常生理状态具有重要的生物学意义。

有些药物对某些组织有特殊的亲和力，如甲状腺、肝肾等器官集聚较多。同时分布到作用部位必须通过生物膜、血脑屏障、胎盘、脑脊髓等屏障。影响分布的另外一个因素是药物与血浆蛋白结合力，结合态药物不能通过生物膜也没有药理作用，不能由肾小球滤过。

分布过程的药物相互作用主要表现在与血浆蛋白结合的竞争。当药物合用时，它们可以在蛋白结合部位发生竞争性相互置换，结果与蛋白结合部位亲和力较高的药物将另一种与蛋白结合力较低的药物置换出来，使之游离型增多，药理活性增强。如保泰松、阿司匹林、苯妥英钠可使双香豆素从蛋白结合部位置换出来引起出血；亦可将与蛋白结合的磺酰脲类降血糖药置换出来引起低血糖等。

药物生物转化过程：第一步，通过氧化、还原或水解作用，在分子结构中引入（氧化）或暴露出（还原或水解）极性基团，如：—OH，—COOH，—SH，—NH ₂等。氧化作用有可能形成活性产物如环磷酰胺，就是通过氧化代谢形成活性代谢物而发挥抗癌作用的，也可能产生毒副作用。第二步：极性基团与葡萄糖醛酸、硫酸、甘氨酸或谷胱甘肽共价结合，生成极性大、易溶于水和易排出体外的结合物，这是解毒过程。药物代谢对药学性质的影响结果是药物的失活、活化或产生新的毒性。

药物从体内消除（elimination）主要有两种方式，即代谢（metabolism）和排泄（excretion）。代谢是大部分药物从体内消除的主要方式。药物的代谢反应大致可以分为氧化（oxidation）、还原（reduction）、水解（hydrolysis）和结合（conjugation）四种类型，氧化、还原和水解为Ⅰ相代谢，结合反应为Ⅱ相代谢。有些药物可以同时通过几种反应类型进行代谢。麻醉药物瑞芬太尼的药物浓度衰减符合三室模型，有效的生物学半衰期约3～10min，与给药剂量和持续给药时间无关。不同于其他阿片类药物，瑞芬太尼代谢不受血浆胆碱酯酶及抗胆碱酯酶药物的影响，不受肝、肾功能及年龄、体重、性别的影响，主要通过血浆和组织中非特异性酯酶水解代谢，约95%的瑞芬太尼代谢后经尿排泄，主代谢物活性仅为瑞芬太尼的1/4 600。