Проникнення через біологічні бар'єри речовин, розчинних переважно в воді, здійснюється шляхом дифузії через водні канали (пори), а тому визначається розмірами молекули і практично не залежить від коефіцієнта розподілу в системі масло / вода. Молекули малого розміру вільно проходять через пори. Якщо діаметр молекули більше діаметра пір, вона не проникає через мембрану. Крива залежності "проникність - розміри молекул" носить S-подібний характер (малюнок 3).
Малюнок 3. Залежність проникності біологічних бар'єрів від розмірів молекул водороастворімих речовин
Можна уявити, що зі збільшенням розмірів молекул їх взаємодія зі стінками білкових каналів все більшою мірою перешкоджає вільній дифузії. Так, радіус пір мембран епітелію шлунково-кишкового тракту становить 0,3 - 0,8 нм. Хімічні речовини, що надходять в організм per os, і мають молекулярну масу менше 400 Д, можуть проходити через епітелій кишечника, але лише за умови, що молекули мають циліндричну форму. Для молекул кулястої форми, межа проникності через епітелій шлунково-кишкового тракту - 150 - 200 Д.
В цілому дифузія водо-розчинних речовин через бар'єри також описується рівнянням Фіка, однак, як дифузійної поверхні слід враховувати тільки ефективну інтегральну площу пір.
Проникність біологічних бар'єрів для електролітів ще більш ускладнена. Пори біологічних мембран погано проникні (а часом і непроникні зовсім) для заряджених молекул, причому величина заряду має більше значення, ніж їх розміри. Частково це обумовлено взаємодією (тяжінням або відвернути) іонів з зарядами білкової стінки каналів, частково їх гідратацією у водному середовищі. Ступінь гідратації тим вище, чим вище заряд. Розміри гідратованого іона значні, що ускладнює його дифузію. У зв'язку з цим проникність мембран для двовалентних іонів завжди нижче, ніж для одновалентних, а тривалентні практично на здатні долати біологічні бар'єри.
Слабкі органічні кислоти і підстави здатні до реакції дисоціації, тобто утворення іонів, у водному середовищі. Причому недіссоціірованних і, отже, незаряджені молекули таких речовин проникають через ліпідні мембрани і пори відповідно до величини коефіцієнта розподілу в системі масло / вода, диссоциированного ж молекули через ліпідний бішар і пори не дифундують. Для проникності подібних речовин велике значення має величина їх рКа. визначальна, яка частина розчиненої речовини буде перебувати в іонізованої і неионизированной формі при даних значеннях рН середовища. рКа являє собою негативний логарифм константи дисоціації слабких кислот і підстав, і чисельно дорівнює рН, при якому 50% речовини знаходиться в іонізованій формі. Ступінь дисоціації речовини може бути розрахована за формулами:
Log (неіоніз.форма) / (іонізір.форма) = рКа - рН (для слабких кислот)
Log (іонізір.форма) / (неіоніз.форма) = рКа - рН (для слабких основ)
Кисле середовище сприяє перетворенню слабких кислот (RCOOH RCOO - + Н +) в неіонізовану форму, і навпаки, лужна (рН більше рКа) - в іонізовану. Для слабких основ (RNH2 + H + RNH3 +) справедлива зворотна залежність: зменшення рН (збільшення концентрації водневих іонів в середовищі) сприяє перетворенню речовин в іонізовану форму.
Відмінності в значеннях рН по обидві сторони біологічної мембрани суттєво впливають на процеси резорбції, є причиною нерівномірного розподілу речовин в організмі. Значення рН плазми крові і різних тканин не однакові (таблиця 3).
Таблиця 3. Значення рН різних рідин організму людини
Орган або рідина