乙酰胆碱酯酶主要存在于胆碱能神经末梢突触间隙，也存在于胆碱能神经元和红细胞中，可将乙酰胆碱水解为胆碱和乙酸。乙酰胆碱主要通过这一途径终止。
胆碱酯酶（ChE）分为乙酰胆碱酯酶（AChE，亦称真性胆碱酯酶）和丁酰胆碱酯酶（BChE，亦称假性胆碱酯酶）。AChE 活性、特异性高，乙酰胆碱主要由其水解。
抗胆碱酯酶药
抗胆碱酯酶药亦称间接作用的拟胆碱药，通过与 ACh 竞争 AChE 结合位点而抑制 AChE 活性，导致胆碱能神经末梢 ACh 堆积，产生拟胆碱作用。按照与 AChE 结合后水解速度快慢可分为易逆性抗胆碱酯酶药和难逆性抗胆碱酯酶药，后者大部分仅有毒理学意义，无临床价值。
易逆性抗胆碱酯酶药
新斯的明
新斯的明和其他季铵类药物（如吡斯的明）脂溶性低，口服吸收差且不规则，不易进入眼，不易通过血脑屏障。新斯的明可被血浆脂酶水解，肝脏也代谢一部分，主要经胆道和尿道排出。
主要通过 ACh 兴奋 M、N 受体；还能直接兴奋 NM 受体，作用强度骨骼肌 > 胃肠平滑肌 > 心血管及支气管平滑肌。
- 胃肠道：促进胃平滑肌收缩和胃酸分泌，促进食道和肠道的蠕动。
- 骨骼肌神经肌肉接头：除抑制 AChE 外，还可直接激动运动终板 NM 受体而直接兴奋骨骼肌。
- 心血管系统：抗 AChE 药可同时兴奋交感和副交感神经节，但由于副交感神经对心脏支配占主导地位，综合表现为心律减慢、心输出量下降。大剂量抗 AChE 药可舒张血管平滑肌，引起血压下降。
- 其他：增加腺体分泌、使细支气管和输尿道平滑肌收缩并使后者蠕动增加。
- 重症肌无力：新斯的明还可直接激动 NM 受体，兴奋骨骼肌的作用较其他药物强。
- 腹气胀和尿潴留：平滑肌收缩，括约肌松弛
- 竞争型肌松药和阿托品的解毒
治疗量时副作用小，过量时可引起胆碱能神经过度兴奋症状，如恶心、呕吐、出汗、心动过缓、肌肉震颤或肌麻痹。
支气管哮喘、机械性肠梗阻和尿道梗阻禁用。
毒扁豆碱
毒扁豆碱脂溶性好，易于通过胃肠道、皮下及黏膜吸收，并能通过血脑屏障，可产生中枢效应。毒扁豆碱大多数经血浆脂酶水解灭活。
外周作用和新斯的明相似，但无直接兴奋作用；可通过血脑屏障和眼角膜产生相应作用：
- 中枢神经系统：小剂量兴奋，大剂量抑制
- 眼：缩瞳、降低眼压、调节痉挛，作用效果较毛果芸香碱强，但刺激性大，可交替使用。
- 急性青光眼：先用本品滴眼数次，后改用毛果芸香碱维持。
- 毒扁豆碱作用效果类似毛果芸香碱，但起效快且作用强而持久。
- 毒扁豆碱刺激性强，不宜长期使用；
- 两者滴眼时都会引起调节痉挛，需要注意压迫内眦，避免吸收中毒。毒扁豆碱可引起头痛。
毒性较新斯的明严重，大剂量中毒时可致呼吸麻痹。滴眼时应压迫内眦，避免药物流入鼻腔后吸收引起全身症状。
其他
吡斯的明
化学结构和新斯的明相似，作用较弱，作用持续时间久。
安贝氯胺
类似新斯的明。
难逆性抗胆碱酯酶药（有机磷酸酯类）有机磷酸酯类
有机磷酸酯类除少数作为缩瞳药治疗青光眼（如乙硫磷、异氟磷）外，仅具有毒理学意义：
- 农业和环境卫生杀虫剂：敌百果、乐果、马拉硫磷、敌敌畏、内吸磷、对硫磷等
- 战争毒气：沙林、梭曼、塔崩等
有机磷酸酯类脂溶性高，可经呼吸道、消化道黏膜和完整的皮肤吸收。
有机磷在体内的代谢过程
体内的有机磷首先经过氧化和水解两种方式生物转化；氧化使毒性增强，如对硫磷在肝脏滑面内质网的混合功能氧化酶作用下，氧化为毒性较大的对氧磷；水解可使毒性降低，对硫磷在氧化的同时，被磷酸酯酶水解而失去作用。其次，经氧化和水解后的代谢产物，部分再经葡萄糖醛酸与硫酸结合反应而随尿排出；部分水解产物对硝基酚或对硝基甲酚等直接经尿排出，而不需经结合反应。1
有机磷酸酯类中亲电子的磷原子与 AChE 酯解部位丝氨酸羟基上亲核的氧原子共价结合，形成磷酰化 AChE，使 AChE 失去水解 ACh 的能力，导致 ACh 在体内大量积聚而引起一系列中毒症状。若不及时抢救（给予胆碱酯酶复活药），AChE 可在短时间内“老化”，即（可能是）磷酰化 AChE 的磷酰化基团上的一个烷氧基断裂，形成更稳定的单烷氧基磷酰化 AChE。
主要表现为 M 样和 N 样症状，即急性胆碱能危相：
- M 样（毒蕈碱样）效应：乙酰胆碱在副交感神经节后纤维支配的效应器细胞膜上与毒蕈碱型受体结合，产生副交感神经末梢兴奋的效应，表现为心脏活动抑制，支气管胃肠壁收缩，瞳孔插约肌和睫状肌收缩，呼吸道和消化道腺体分泌增多。1
- N 样（烟碱样）效应：乙酰胆碱在交感、副交感神经节的突触后膜和神经肌肉接头的终极后膜上烟碱型受体结合，引起节后神经元和骨骼肌神经终极产生先兴奋、后抑制的效应。1 乙酰胆碱也能与中枢神经的 NN 受体结合，表现为先兴奋、不安，继而出现惊厥，后转为抑制，可致昏迷。
- 敌百虫经口中毒禁用碱性溶液洗胃，否则会转化为毒性更强的敌敌畏；
- 对硫磷则禁用高锰酸钾溶液，否则会转化为毒性更强的对氧磷。
胆碱酯酶复活药
一类能使被有机磷酸酯类抑制的 AChE 恢复活性的药物。临床常用的该类药物有氯解磷定、碘解磷定、双复磷等。
氯解磷定
水溶液稳定，可肌内注射或静脉给药，作用较快，不良反应较少。
- 恢复 AChE 活性：使 AChE 去磷酰化而复活。
- 直接解毒作用：直接与游离的有机磷酸酯类结合，成为无毒的磷酰化氯解磷定从尿排出。
治疗有机磷中毒。
- 可明显缓解外周 N 样症状，对骨骼肌痉挛的抑制作用最明显，能迅速抑制肌束颤动；
- 对中枢系统症状也有一定作用；
- 但对 M 样症状作用较小，故应与阿托品合用。
碘解磷定
最早应用的 AChE 复活药，水溶性差，水溶液不稳定，必须静脉给药且刺激性大，药理作用与应用与氯解磷定类似。
双复磷
作用强（含两个肟基）而持久，兼有阿托平样作用，对 M、N 样中毒均有效，可通过血脑屏障缓解中枢症状。