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遗传是药物代谢与效应的决定性因素，它是很多药物代谢、转运、活化、功能表达的基石。药物作用的差异化很多是由遗传因素引起的，这种差异主要表现为遗传多态性、种族差异和个体差异。
1.遗传多态性（genetic polymorphism） 是一种孟德尔单基因性状，由同一正常人群中的同一基因位点上具有多种等位基因引起，并由此导致多种表型。例如，异烟肼的代谢有快乙酰化型和慢乙酰化型，使用同样的剂量，前者代谢更快，半衰期更短。
2. 种族差异（racial differences in drug response） 不同种族的人群对药物的代谢与反应也有着显著的差异化，不同人种中，也存在代谢快者和代谢慢者，这些直接影响药物的效果以及不良反应的发生。
3. 个体差异 在同一人种中，即使各项条件相同，依然有部分人对同样的药物有着不同的反应，这就是个体差异。这种反应性差异包括量反应差异和质反应差异。在量反应差异里，有些个体对药物剂量反应敏捷，较小剂量即可产生较强效应，称为高敏性（hypersensitivity）。与之相反，有些个体则需要使用高于常用量才能体现出药物效应，称为低敏性（hyposensitivity），也称为耐受性。质反应包括变态反应和特异质反应（此内容参考药物效应动力学章节）。