药物的效应关系
药物的效应取决于三种关系：量效关系、构效关系和时效关系。
（一）量效关系（dose-effect relationship）
在一定范围内，药物效应的强弱与单位时间内药物剂量大小或浓度高低呈一定的关系，即剂量-效应关系，简称量效关系。
1.量效曲线（dose-effect curve）
以药物效应为纵坐标，药物剂量或浓度为横坐标作图得到量效曲线，如以药物的效应（E）为纵坐标，药物的剂量或浓度（C）为横坐标作图，则得到直方双曲线；如将药物浓度或剂量改用对数值（lgC）作图，则呈典型的S形曲线。
定量阐明药物的剂量（或浓度）与效应之间的关系，有助于了解药物作用的性质，为临床用药提供参考。药物效应是连续增减的量变，可用具体数量或最大反应的百分数表示的，称为量反应，如血压、心率、血糖浓度等，其研究对象为单一的生物单位。如果药物效应表现为反应性质的变化，而不是随着药物剂量或浓度的增减呈连续性量的变化，则称为质反应，其反应只能用全或无、阳性或阴性表示，如存活与死亡、惊厥与不惊厥等，其研究对象为一个群体。量效曲线以累加阳性率与对数剂量（或浓度）作图，也呈S形曲线。
量效曲线在药理学上有重要意义，分析S形量效曲线，可解释如下概念：
（1）最小有效量（minimum effective dose）：药物产生效应的最小剂量，亦称阈剂量（threshold dose）。
（2）最小有效浓度（minimum effective concentration）：药物产生效应的最小浓度，亦称阈浓度（threshold concentration）。
（3）半数有效量（median effective dose，ED50）：在量反应中指能引起50％最大反应强度的药物剂量，在质反应中指引起50％试验动物出现阳性反应的药物剂量。量效曲线在50％效应处的斜率最大，故常用半数有效量计算药物的效应强度。半数有效量常以效应指标命名，如果效应指标为死亡，则称为半数致死量（median lethal dose，LD50）。
（4）半数有效浓度（median effective concentration，EC50）：在量反应中指能引起50％最大反应强度的药物浓度，在质反应中指引起50％试验对象出现阳性反应的药物浓度。
（5）中毒量（toxic dose，TD）和最小中毒量（minimum toxic dose）：它们分别为引起中毒的剂量和引起中毒的最小剂量。
（6）极量（maximum dose）和致死量（lethal dose）：它们分别为最大治疗剂量和引起死亡的剂量。
（7）治疗指数（therapeutic index，TI）和安全范围（margin of safety，MOS）：表示药物安全性的两个指标。药物的LD50（临床用TD50）与ED50的比值称为治疗指数，用于表示药物的安全性，药物的ED50越小，LD50（或TD50）越大说明药物越安全。当药物的量效曲线与其剂量毒性曲线不平行时，TI值不能完全反映药物的安全性，此时，需要采用安全范围来表示药物的安全性。安全范围以LD5（临床用TD5）与ED95或LD1（临床用TD1）与ED99之间的距离表示药物的安全性。药物安全范围越窄，用药越不安全，有的药物安全范围为负值（ED95与LD5或TD5相互重叠），说明该药物极易使人中毒。
（8）治疗窗（therapeutic window）：一般来说，药物剂量在安全范围内不会发生严重毒性反应。近年来提出“治疗窗”的概念，它是指疗效最佳而毒性最小的剂量范围，比安全范围更窄。下列情况须确定治疗窗：①药物效应不易定量。②用于重症治疗，不允许无效。③安全范围小且毒性大的药物。
（9）效能（efficacy）：也称最大效应（maximum effect，Emax），指药物随着剂量或浓度的增加，效应也相应增加，当剂量增加到一定程度时再增加剂量或浓度其效应不再继续增强的药物效应，即药物产生最大效应的能力。具有高效能的完全激动药（full agonist）占领很少部分受体可产生很大效应；具有低效能的部分激动药（partial agonist）或拮抗药（antagonist），即使占领极大部分受体，也仅能产生较小或不产生效应。
（10）效价强度（potency）：能引起等效反应的药物相对浓度或剂量，其值越小则效价强度越大。将药效性质相同的两个药物的效价强度进行比较称为效价比，如10 mg吗啡的镇痛作用与100 mg哌替啶的镇痛作用强度相当，则吗啡的效价强度为哌替啶的10倍。
效能与效价强度，是比较同类药物作用强弱的两个指标，评价一个药物需从效能与效价强度两个方面分析。药物的效能取决于药物本身的内在活性和药理作用特点。以利尿药呋塞米和环戊噻嗪为例，呋塞米的效能为每日能排出钠250 mmol/L，而环戊噻嗪的效能为每日能排出钠160 mmol/L，按效能呋塞米大于环戊噻嗪，约为环戊噻嗪的1.5倍；呋塞米每日排出钠100 mmol/L时需要35 mg，而环戊噻嗪只需用0.4 mg，呋塞米和环戊噻嗪产生等效反应的剂量比为88（35/0.4），因此，按效价强度环戊噻嗪是呋塞米的88倍。临床上选用产生同种药物效应的药物时，当然希望选用高效能的药物。高效能药物产生的疗效是低效能药物无论多大剂量也不能产生的。就呋塞米和环戊噻嗪的利尿作用而言，虽然环戊噻嗪的效价强度大于呋塞米，但其利尿效能却比呋塞米弱。当然高效能药物与低效能药物的适用范围和适应证也不同。如环戊噻嗪用于轻度水肿，而呋塞米用于严重水肿、急性肺水肿、脑水肿和急性肾衰竭。
2.量效关系的相关因素
量效关系也与下述因素相关，如下所述：
（1）量效关系与个体差异（individual variability）：药物效应的各种数据带有群体均值的性质，但人体对药物的反应存在着个体差异，有的差异甚至很大。例如，有的人对小剂量某种药物即产生强烈反应，称为高敏性，而有的人则需很大剂量才能产生反应，称为高耐受性，还有人对药物的反应与常人有质的不同，称为特异质。对个体差异大而且安全范围窄的药物应实行剂量（或用药方案）个体化。个体差异表现为两种情况：一是达到同样效应时不同患者需药剂量不同，二是用同等剂量时不同患者的效应不同。
（2）量效关系与连续用药：就同一个体而言，有些药物连续使用可产生耐受性，药量需不断加大，有的药物则形成依赖性。仅仅是心理或精神上的依赖性称为习惯性。有的药物如麻醉性镇痛药、某些中枢兴奋药，能形成生理或功能上的依赖，即有成瘾性，停用则出现戒断症状。后一种情况已成为严重的社会问题，故对这些药品应严格控制，避免滥用。
（3）量效关系与药物剂型和给药途径：不同剂型可影响量效关系，这是因为个体使用不同剂型，药物实际吸收进入血液循环的药量不同，即人体对药物的生物利用度不同。同种药物的同一剂型，由于生产工艺、配方、原料质量的差别，不同厂家的产品即使所含药物的标示量相同，其效应也可能不同，称之为相对生物利用度不同，这是当前较普遍的问题，应引起注意。此外，随着药学的发展，出现了一些新的剂型，如缓释制剂和控释制剂等，影响药物的起效、达峰和维持时间，当然也影响量效关系。不同的给药途径也可影响量效关系，因为不同的给药途径，药物的生物利用度不同。
（二）构效关系（structure-activity relationship，SAR）
构效关系是指药物或其他生理活性物质的化学结构与其生理活性之间的关系，是药物化学的主要研究内容之一。最早期的构效关系研究以直观的方式定性推测生理活性物质的结构与活性的关系，进而推测靶酶活性位点的结构和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定量构效关系（quantitative structure-activity relationship，QSAR）成为构效关系研究的主要方向，QSAR也成为药物设计的重要方法之一。
非特异性结构药物和特异性结构药物：根据药物的化学结构对生物活性的影响程度，宏观上将药物分为非特异性结构药物和特异性结构药物。前者的生物活性与结构的关系主要是由这些药物特定的理化性质决定的。而多数药物，其化学结构与活性相互关联，药物一般通过与机体细胞上的受体结合发挥药效，这类药物的化学反应性、官能团分布、分子的外形和大小及立体排列等都必须与受体相适应，即药物对受体的亲和力及其内在活性是由药物的化学结构决定的。如拟胆碱药物的化学结构与乙酰胆碱相似，都有季胺或叔胺基团。
构效关系没有普遍规律，自从Hansch提出用回归方程表示构效关系以来，定量构效关系的研究发展迅速，而将化合物的量子化学指数和分子连接性指数等引入Hansch方程中，使药物的定量构效关系研究更趋成熟。1990年以后，随着计算机计算能力的提高和众多生物大分子三维结构的准确测定，基于结构的药物设计逐渐取代了定量构效关系在药物设计领域的主导地位。
在另一些情况下，相似的化合物也可具有相反或拮抗作用，这是由于这些药物虽然能与受体结合，但没有内在活性，同时还阻碍了激动药与受体的结合，因此具有对抗作用。如在去甲肾上腺素的同系物中，如果氮原子上的取代基逐渐增大，虽然与受体仍有亲和力，但其内在活力随碳原子数目的增加而逐渐降低，其作用也就由激动变为拮抗。
旋光异构体（optical isomer）：指分子结构完全相同，物理化学性质相近，但旋光性不同的物质。凡含有不对称碳原子的化合物就有旋光异构体，在其两个对映体中，只有一个能与特定受体的分子相吻合。有的药物，其左旋体与右旋体的药理作用可完全不同，如奎尼丁为奎宁的右旋体，但奎尼丁为抗心律失常药，而奎宁则为抗疟药。
药物的理化性质对药物的吸收与分布影响很大。药物结构中不同官能团的改变可使整个分子的理化性质、电荷密度等发生变化，进而影响或改变药物与受体的结合，影响药物在体内的吸收和转运，最终影响药物的药效，有时甚至会产生药物不良反应。因为不论是吸收还是分布，药物都必须借助主动或被动转运，越过重重生物膜的障碍。药物的油水分配系数与电离度等理化性质是决定其能否被动扩散通过生物膜的关键。离子化的物质亲水性很强，极易溶于水而难以溶于脂，因此不易透过生物膜。反之，非离子化的物质亲脂性强，易溶于脂而难溶于水，因此易于通过生物膜。
（三）时效关系（time-effect relationship）
药物进入人体后在不同时间内，其呈现的效应亦不同，这种时间与效应的关系称为时效关系。以给药后时间为横坐标，药物效应为纵坐标，根据给药后产生的药效随时间的变化（时效关系）绘制出的曲线，称为时效曲线（time-effect curve）。