A nicotina pode ser encontrada na corrente sanguínea na forma ionizada, não ionizada e ligada a proteínas plasmáticas na proporção de 69%, 31% e inferior a 5%, respetivamente. É rapidamente distribuída pelos tecidos, sendo que apresenta uma elevada afinidade para o fígado, rim, baço e pulmões e menor afinidade para o tecido adiposo. Para além disso, sabe-se que ela pode ser encontrada no músculo esquelético em concentrações próximas à da corrente sanguínea. No tecido cerebral esta substância liga-se com elevada afinidade aos recetores, sendo que esta ligação é superior num indivíduo fumador relativamente a um não fumador, uma vez que os primeiros apresentam um maior número de recetores colinérgicos nicotínicos.

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      Por outro lado, tem a capacidade de se acumular acentuadamente em alguns líquidos biológicos, nomeadamente no suco gástrico e na saliva através da captura de iões, já que estes apresentam um pH acídico que leva à ionização da nicotina.

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      Na mulher grávida, a nicotina tem a capacidade de atravessar facilmente a barreira placentária e acumular-se no líquido amniótico e soro fetal, onde se encontra em maiores quantidades relativamente ao soro materno. Para além disso, no período pós-natal, pode-se acumular no leite materno podendo levar a implicações no latente.

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A acumulação da nicotina nos diferentes órgãos e tecidos e os seus efeitos dependem da via de administração e da frequência de dosagem.

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     O tempo de semivida de uma substância é importante para prever a sua taxa de acumulação no organismo, após sucessivas exposições e para prever o tempo da sua eliminação. No caso da nicotina, o tempo de semivida é de 2 horas. O que se verifica é que um fumador pode apresentar níveis significativos de nicotina no sangue durante pelo menos 6 a 8 horas podendo mesmo chegar às 24 horas, uma vez que a maioria destes indivíduos fuma mais do que um cigarro em 2 horas.