药物的构效关系、量效关系
药物本质是化合物，其理化性质与药物的药理作用密切相关。不同药物的化学结构决定了其药理效应，如官能团相同、结构相似的药物一般具有类似的药理效应，而同一化合物由于空间立体构象不同，则很可能其药物效应完全不同。同时，药物效应也取决于药物的血药浓度，药物剂量与效果之间存在重要的关系。
（一）构效关系
药物小分子进入机体后，通过与相应的作用靶点结合发挥作用。构效关系是药物化学结构与其药物效应之间的关系。早期的构效关系研究以定性、直观的方式推测药物化学结构与药物作用结果的关系，从而推测靶活性位点的结构，设计新的活性物质结构。随着信息技术的发展，以计算机为辅助工具的三维模拟技术成为构效关系研究的主要手段，定量构效关系（QSAR）也成为合理药物设计的主要方法之一。
药效功能基团（functional group）理论认为，药物与靶点作用是靶点对药物的识别，继而结合并发挥药物作用，其功能基团是符合靶点对药物分子识别结合的主要立体空间化学分子结构要素——特定的基团或结构骨架。一般来说，具备功能基团的药物，就具备发挥特定药物效应特性的潜力，其具体效果可待进一步验证。早期的药物化学理论认为功能基团对于发挥药物效应是必要的，如苯二氮䓬类药物多为1，4苯并二氮衍生物，具有相同的母核化合物结构，种类很多，临床常用作镇静催眠药。随着计算机模拟技术的兴起，功能基团概念进一步扩充，从一系列特定的化学基团、相似的骨架结构，外延为具有相似化学基团在空间特定位置的组合，如吗啡与哌替啶并不具有相同的结构骨架，但却具有相同的药效团，因而可以产生相近的生理活性。
药物进入机体后以一定空间结构作用于机体，其空间立体构象对药物效应产生重要的影响。这种影响主要体现在光学异构、几何异构及空间构象异构这三个不同的方面。光学异构分子存在手性中心，两个对映体互为镜像和实物，除光学特性不一致，其理化性质相同，但药理活性则有许多不同的情况，如D-（-）-异丙肾上腺素作为支气管舒张剂，比L-（+）异丙肾上腺素作用强800倍（图3-1）；D（-）-肾上腺素的血管收缩作用比L-（+）-肾上腺素强10倍以上。L-（+）-乙酰基β甲基胆碱治疗痛风的效果比D-（-）-乙酰基-β-甲基胆碱强约200倍。几何异构是由双键或环等刚性或半刚性系统导致基团旋转角度不同而产生的现象。如在雌激素构效研究中发现，顺式己烯雌酚中两个羟基距离为0.72 nm，而反式己烯雌酚中两个羟基距离为1.45 nm（图3-2），药用效果显著增强。有些药物会以不同的空间立体构象与不同的靶点结合，所起药物作用亦不相同。例如，组胺可以偏转式构象与H2受体结合，诱导炎症反应；又可以反式构象与H2受体结合，抑制胃酸分泌。
（二）量效关系
剂量-效应关系是指在一定剂量范围内，药物效应随药物剂量减小或浓度降低而减弱，随药物剂量增大或浓度升高而增强，药物剂量大小与血药浓度成正比的关系，简称量效关系。以药理效应为纵坐标、药物剂量或药物浓度为横坐标作图可以得到药物的量效曲线。
图3-1 D-（-）-异丙肾上腺素、L-（+）-异丙肾上腺素与受体结合示意图
图3-2 己烯雌酚几何异构示意图
由于药物效应与血药浓度关系更为密切，在药理学研究中，常用血药浓度效应关系来直观表现这种关系。将药物剂量或药物浓度改用对数值作图，则呈典型的对称S形曲线，这就是通常所说的量效曲线。通过量效曲线，可直观分析药物剂量与效应之间的关系，有利于深入了解药物性质及用药规律，更好地指导临床用药。
根据不同的观测指标，可将量效曲线分为量反应和质反应两种。药物效应强度呈连续性量变，其变化量高低、多少可用具体数值或量的分级表示，称为量反应，如药物作用后血压的升降、平滑肌收缩或舒张的程度、脑部电流变化量等，可用具体数值或最大反应的百分率表示。有些药理效应只能用全或无、阳性或阴性表示则称为质反应，如死亡与生存、抽搐与不抽搐等，需用多个动物或多个实验标本以阳性反应率表示。
1.量反应的量效曲线
以剂量或浓度为横坐标，药物效应为纵坐标作图，便得到量反应的量效曲线，它是一先上升、后平行的曲线（图3-3）。能引起药理效应的最小剂量或最小浓度称最小有效剂量或最低有效浓度，亦称阈剂量或阈浓度。剂量或浓度增加，效应强度亦随之增加；当效应增加到一定程度后，若继续增加药物剂量或浓度而效应不再增加，此时的药理效应极限称为最大效应。在量反应中称为最大效能，它反映了药物的内在活性。如果反应指标是死亡，则此时的剂量称为最小致死量。如将剂量转化成对数剂量，将效应转换为最大效应百分率，则量效曲线为一左右对称的S形曲线。
图3-3 量反应的量效曲线与质反应的量效曲线
2.质反应的量效曲线
参照阳性观测指标，以药物剂量或药物浓度的区段出现的阳性频率作图，得到呈正态分布的曲线称为质反应的量效曲线。如以对数剂量为横坐标，随剂量增加的累计阳性反应率为纵坐标作图，同样也可得到一条典型的对称S形量效曲线（见图3-3）。
3.半数有效量、半数致死量及治疗指数
半数有效量是能引起50%阳性反应（质反应）或50%最大效应（量反应）的浓度或剂量，分别用半数有效浓度（EC50）及半数有效剂量（ED50）表示。如果效应指标为中毒或死亡，则可改用半数中毒浓度（TC50）、半数中毒剂量（TD50）或半数致死浓度（LC50）、半数致死剂量（LD50）表示。LD50及ED50常可通过动物实验从质反应的量效曲线上求出。在药物安全性评价中，TD50/ED50或TC50EC50的比值称为治疗指数，它是药物的安全性指标。治疗指数为4的药物相对较治疗指数为2的药物安全。
一般治疗指数越大，药物越安全。但只用治疗指数来衡量一个药物的安全性有时并不可靠。有的药物在未充分发挥疗效时，可能已经导致少数患者中毒，造成TD与ED两条量效曲线重叠，即ED95有可能大于TD5。较好的药物安全性指标是ED95～TD5间的距离，称为安全范围，其值越大越安全。药物安全性与药物剂量或浓度有关，因此一般应用时需将ED与TD两条曲线同时画出加以比较，见（图3-4）。
图3-4 药物的安全性指标：治疗指数及安全范围
○——有效量的量效关系；△——中毒量的量效关系；●——有效百分数减中毒百分数
从（图3-4）可以看出，A药的治疗指数比B药大，A药与C药的治疗指数相等，但A药的安全范围较大；C药的治疗指数比B药大，而安全范围无区别。
对于药物剂量，各国药典都制定了常用的剂量范围；对于非药典药，一般在说明书上也有介绍。药典对于剧毒类药品还规定了极量（包括单剂量、一日量及疗程量），超限用药造成的不良后果及医生应负的法律责任等。