第9章_影響毒性作用的因素

1、第九章 影響毒性作用的因素n毒性作用是毒物與生物(人或動(dòng)物)機(jī)體相互作用的結(jié)果。外源化學(xué)物或其代謝產(chǎn)物必須以具有生物學(xué)活性的形式到達(dá)靶器官、靶細(xì)胞，達(dá)到有效的劑量、濃度，持續(xù)足夠時(shí)間，并與靶分子相互作用，或改變其微環(huán)境，才能夠造成毒性作用。n在評(píng)價(jià)化學(xué)物毒性時(shí)，可設(shè)法加以控制以避免其干擾，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確，重現(xiàn)性更好，人類接觸化學(xué)物時(shí)，這些因素并不能控制，因此，以動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果外推人時(shí)，特別在制訂預(yù)防措施時(shí)，都應(yīng)予以注意。n毒性作用出現(xiàn)的性質(zhì)和強(qiáng)度主要受四個(gè)方面的影響：化學(xué)物因素毒物與機(jī)體所處的環(huán)境條件機(jī)體因素化學(xué)物的聯(lián)合作用。第一節(jié) 毒物因素1 化學(xué)結(jié)構(gòu)2 理化性質(zhì)3 不純物和化學(xué)物的穩(wěn)定性4

2、 毒物進(jìn)入機(jī)體的途徑1 化學(xué)結(jié)構(gòu)（即構(gòu)效關(guān)系）n每一種外源化學(xué)物的毒性是其固有的性質(zhì)，它是由化學(xué)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)所決定的。n外源化學(xué)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)是決定毒作用的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，因?yàn)樗麤Q定了毒物的理化性 質(zhì)和化學(xué)活性，因而決定了毒物在體內(nèi)可能參與和干擾的過(guò)程，因此決定毒作用的性質(zhì)和大小。研究化學(xué)結(jié)構(gòu)與毒作用的關(guān)系在毒理學(xué)研究化學(xué)結(jié)構(gòu)與毒作用的關(guān)系在毒理學(xué)中具有重要意義：中具有重要意義：n（1）通過(guò)比較，預(yù)測(cè)新化學(xué)物同系物生物活性；n（2）推測(cè)化學(xué)物的毒作用機(jī)理；n（3）按照人類要求生產(chǎn)高效低毒的化學(xué)物；n（4）結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系研究，現(xiàn)已成為毒理學(xué)的一個(gè)重要分支。經(jīng)過(guò)大量研究，目前已找到一些有限的化學(xué)結(jié)構(gòu)與

3、毒性大小之間的規(guī)律：1.1 取代基的影響n苯具有麻醉和抑制造血功能，當(dāng)苯環(huán)中的氫被甲基取代后(甲苯或二甲苯)抑制造血不明顯但麻醉作用和皮膚刺激作用大于苯，使得易察覺(jué)和治療。HHHHHHCH3麻醉作用麻醉作用抑制造血機(jī)能抑制造血機(jī)能NH2麻醉作用麻醉作用抑制造血機(jī)能抑制造血機(jī)能具有形成高鐵血紅蛋白作具有形成高鐵血紅蛋白作用用 HHHHHH被氨基取代后，為苯胺。具有血液系統(tǒng)毒性，與二價(jià)鐵結(jié)合，氧化成三價(jià)鐵，形成高鐵血紅蛋白的作用，失去攜氧能力；n而被硝基(硝基苯)或鹵素取代(鹵代苯)后，具有肝腎毒性，可導(dǎo)致中毒性白內(nèi)障，一般來(lái)說(shuō)毒性更大。n鹵代烷烴類鹵素?cái)?shù)n此類化學(xué)物質(zhì)對(duì)肝臟的毒性可因鹵素增多而增

4、強(qiáng)，如氯甲烷的肝毒性大小依次是CCl4 CHCl3CH2Cl2CH3Cl1.2 同系物的碳原子數(shù)和結(jié)構(gòu)的影響n烷、醇、酮等碳?xì)浠衔?，碳原子愈多毒性愈?甲醇與甲醛除外)。但碳原子數(shù)超過(guò)一定限度時(shí)(一般為79個(gè)碳原子)，毒性反而下降(如戊烷毒性作用己烷庚烷，但辛烷毒性迅速減低)。n由于這類非電解化合物伴隨碳原子數(shù)增加而脂溶脂溶性增大性增大，水溶性相應(yīng)減小，即脂水分配系數(shù)增大。極親脂性化合物，由于不利于經(jīng)水相轉(zhuǎn)運(yùn)，其在機(jī)體內(nèi)易被阻滯于脂肪組織中，反而不易穿透生物膜達(dá)到靶器官。1.3 分子飽和度n碳原子數(shù)相同時(shí)，不飽和鍵增加其毒性增加，如乙烷的毒性乙烯的毒性鄰位間位，分子對(duì)稱的不對(duì)稱的。n化學(xué)物同

5、素異構(gòu)體存在手征性，即對(duì)映體構(gòu)型的右旋(R)和左旋(S)，對(duì)于生物轉(zhuǎn)化和生物轉(zhuǎn)運(yùn)都有一定影響，從而影響毒性。一般來(lái)說(shuō)，左旋異構(gòu)體對(duì)機(jī)體的作用較強(qiáng)，如左旋嗎啡有強(qiáng)烈的生理活性，而右旋嗎啡沒(méi)有作用，如S(-)反應(yīng)停的致畸性比R(+)反應(yīng)停強(qiáng)烈。但也有例外，如左旋和右旋的尼古丁對(duì)大鼠的毒性相等，而右旋尼古丁對(duì)豚鼠的毒性較左旋體大2.5倍。1.5 與營(yíng)養(yǎng)物和內(nèi)源性物質(zhì)的相似性n外源化學(xué)物結(jié)構(gòu)與主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)載體的底物如營(yíng)養(yǎng)物和內(nèi)源性物質(zhì)類似，即可通過(guò)這些特異的載體系統(tǒng)吸收。例如，尿嘧啶類似物抗癌藥物氟尿嘧啶被嘧啶轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)攜帶；鉛鉛在腸管經(jīng)鈣轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)主動(dòng)吸收。2 理化性質(zhì)n2.1 溶解度（1）毒物在水中的溶解

6、度直接影響毒性的大小，水中溶解度越大，毒性愈大。如As2S3溶解度較As2O3小3萬(wàn)倍，其毒性亦小。（2）影響毒性作用部位：如刺激性氣體中在水中易溶解的氟化氫(HF)、氨等主要作用于上呼吸道，而不易溶解的二氧化氮(NO2)則可深入至肺泡，引起肺水腫。（3）脂溶性物質(zhì)，易于吸收且不易被排泄，在體內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，毒性較大。易在脂肪蓄積，易侵犯神經(jīng)系統(tǒng)。n2.2 分散度n分散度是指物質(zhì)被分散的程度。即顆粒越小分散度越大，反之，顆粒越大分散度越小。影響進(jìn)入呼吸道的深度：分散度與顆粒在呼吸道的阻留有關(guān)。n（1）大于10m顆粒在上呼吸道被阻留n（2）5m以下的顆?？傻竭_(dá)呼吸道深部n（3）小于0.5m的顆粒易

7、經(jīng)呼吸道再排出n（4）小于0.1m的顆粒因彌散作用易沉積于肺泡壁n影響溶解度：一般來(lái)說(shuō)顆粒越大，越難溶解n影響化學(xué)物活性：顆粒越小即散度越大，表面積越大，生物活性也越強(qiáng)，如一些 金屬煙（鋅煙、銅煙）因其表面活性大，可與呼吸道上皮細(xì)胞或細(xì)菌等蛋白作用，產(chǎn)生異性蛋白，引起發(fā)燒，而金屬粉塵（鋅塵和銅塵）則無(wú)此作用。n2.3 揮發(fā)性常溫下容易揮發(fā)的化學(xué)物，其易形成較大蒸氣壓，從而易于經(jīng)呼吸道吸收。有些有機(jī)溶劑的LD50值相似，即絕對(duì)毒性相當(dāng)，但由于其各自的揮發(fā)度不同，所以實(shí)際毒性相差較大。如苯與苯乙烯的LC50值均為45mg/L，即其絕對(duì)毒性相同但苯容易揮發(fā)，而苯乙烯的揮發(fā)度僅及苯的1/11，所以苯乙

8、烯在空氣中較難形成高濃度，實(shí)際上比苯的危害性則低得多。n2.4 比重在密閉，長(zhǎng)期空氣不流通的環(huán)境，如沼氣，礦井，地溝等，化學(xué)物因比重不同而分層，如下水溝H2S中毒事件。n2.5 電離度n電離度：是指化學(xué)物呈現(xiàn)1/2為電離型、1/2為非電離型時(shí)的pH值，即為該外源化學(xué)物的pKa值?；瘜W(xué)物主要以簡(jiǎn)單擴(kuò)散的方式跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)：如pKa值不同化學(xué)物在pH不同的局部環(huán)境中電離程度不同，從而影響跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。荷電性影響空氣化學(xué)物的沉降和在呼吸道的阻留率。n在體內(nèi)環(huán)境下，弱酸和弱堿有機(jī)化合物電離度越低，越易吸收，毒作用越強(qiáng)。電離度高很難被吸收，且易隨尿排出。3 不純物和化學(xué)物的穩(wěn)定性n在毒理學(xué)實(shí)際工作中更經(jīng)常的是闡明

9、其工業(yè)品或商品的毒性，工業(yè)品往往混有溶劑，未參加反應(yīng)的原 料、雜質(zhì)、合成副產(chǎn)品等，商品中往往還含有賦形劑或添加劑。這些雜質(zhì)有可能影響、加強(qiáng)、甚至改變?cè)瘜W(xué)物的毒性或毒性效應(yīng)。n例：除草劑2,4,5-三氯苯氧乙酸(2,4,5-T)，在早期對(duì)此化合物進(jìn)行研究時(shí)，由于樣本中夾雜有相當(dāng)量的四氯二苯-對(duì)位-二惡烷(TCDD)(30mg/Kg)，此種雜質(zhì)毒性非常大，急性經(jīng)口LD50(雌大鼠)僅為2,4,5-T的雌大鼠經(jīng)口LD50的400萬(wàn)分之一。因此，即使2,4,5-T中雜質(zhì)含量很低(低于0.5mg/kg)，仍影響其毒性。2,4,5-T的胚胎毒性是由于雜質(zhì)所引起，而不是2,4,5-T本身所致。4 毒物進(jìn)入

10、機(jī)體的途徑n4.1 接觸途徑實(shí)驗(yàn)動(dòng)物接觸外來(lái)化合物的途徑不同，其首先到達(dá)的器官將有差別，中毒效應(yīng)也不盡相同。在相同化合物劑量下，接觸途徑不同，其吸收速度、吸收率也不盡相同。一般認(rèn)為，接觸化合物吸收速度和毒性大小的順序是：n靜脈注射腹腔注射肌肉注射經(jīng)口經(jīng)皮。 n4.2 溶劑n選用的溶劑和助溶劑應(yīng)是無(wú)毒的，與受試物無(wú)反應(yīng)、且制成的溶液穩(wěn)定。常用的溶劑有水、生理鹽水、植物油、二甲基亞砜。常用的助溶劑有吐溫-80，可將水溶性化合物溶于油，脂溶性化合物溶于水。n例如油能促進(jìn)DDT的吸收，另一方面油量過(guò)多會(huì)導(dǎo)致腹瀉而影響吸收。n4.3 毒物濃度與容積同等劑量條件下，一般濃度高的毒性強(qiáng)。如氰化鉀。動(dòng)物試驗(yàn)中

11、一次灌胃容積一般為體重的1-2%，不應(yīng)超過(guò)2%，靜脈注射在鼠類不能超過(guò)0.5mL，較大動(dòng)物不超過(guò)2mL。第二節(jié) 環(huán)境因素n整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的環(huán)境因素都可能影響到毒性的作用，有物理因素、生物因素等。重要重要1 溫度n在正常生理情況下，高氣溫使機(jī)體皮膚毛細(xì)血管擴(kuò)張、血循環(huán)加快、呼吸加速，從而使經(jīng)皮膚或經(jīng)呼吸道吸收的化學(xué)物，吸收速度加快，如對(duì)硫磷經(jīng)皮膚接觸，吸收量隨環(huán)境氣溫升高增加，尤其在30以上。n高溫時(shí)多汗，隨汗液排出氯化鈉等物質(zhì)增多，胃液分泌減少、胃酸降低，影響化學(xué)物經(jīng)胃腸吸收，同時(shí)排汗增多，尿量減少，易于造成經(jīng)腎臟隨尿排出的化學(xué)物或其代謝產(chǎn)物在體內(nèi)存留時(shí)間延長(zhǎng)。n58種化合物在不同環(huán)境溫度(8

12、、26和36)下對(duì)于大鼠LD50的影響：n55種化合物在36高溫環(huán)境下毒性最大，26環(huán)境下毒性最??；n引起代謝增高的毒物如五氯酚，2,4-二硝基酚在8毒性最低；n引起體溫下降的毒物如氯丙嗪在8時(shí)毒性最高。2 氣濕n高氣濕可造成冬季易散熱，夏季不易散熱，增加機(jī)體體溫調(diào)節(jié)的負(fù)荷。n高氣濕伴高溫可因汗液蒸發(fā)減少，使皮膚角質(zhì)層的水合作用增加，進(jìn)一步增加經(jīng)皮吸收的化學(xué)物的吸收速度，并因化學(xué)物易粘附于皮膚表面而延長(zhǎng)接觸時(shí)間。3 氣壓n高氣壓與低氣壓環(huán)境條件不同，可以引起外源化學(xué)物的毒性改變。n例如在低氣壓(如高原)條件，士的寧的毒性降低，但氨基丙苯毒性增強(qiáng)。4 季節(jié)或晝夜節(jié)律n一般動(dòng)物（包括人）24小時(shí)內(nèi)

13、的生理狀況不完全相同，存在生物節(jié)律。外源化學(xué)物的毒性可因每日給藥的時(shí)間或給藥的季節(jié)不同而有差異。不同種屬的晝夜、季節(jié)節(jié)律種屬試 劑給藥時(shí)間毒作用表現(xiàn)小鼠苯巴比妥2:00 Pm睡眠時(shí)間最長(zhǎng)2:00 Am睡眠時(shí)間最短人水楊酸8:00 Am排出速度慢，體內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)8:00 Pm排出速度快，體內(nèi)停留時(shí)間短大鼠苯巴比妥鈉春 季睡眠時(shí)間最長(zhǎng)秋 季睡眠時(shí)間最短5 動(dòng)物籠養(yǎng)形式n動(dòng)物籠的形式（柵欄或密閉，透明或不透明），每籠的動(dòng)物數(shù)，墊料，光線等都會(huì)影響。6 毒物的聯(lián)合作用n外源化學(xué)物在機(jī)體內(nèi)往往呈現(xiàn)十分復(fù)雜的交互作用，或彼此影響代謝動(dòng)力學(xué)過(guò)程，或引起毒性效應(yīng)變化，最終可以影響各自的毒性或綜合毒性。n聯(lián)合作

14、用：是指同時(shí)或先后接觸兩種或兩種以上的外源化學(xué)物對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的毒作用。n6.1 非交互作用n6.1.1 相加作用n是指各種化學(xué)物在化學(xué)結(jié)構(gòu)上如為同系物，或其毒作用的靶器官相同，則其對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的總效應(yīng)等于各個(gè)化學(xué)物單獨(dú)效應(yīng)的總和。n如大部分刺激性氣體的刺激作用一般呈相加作用。n具有麻醉作用的化合物，一般也呈相加作用。n6.1.2 獨(dú)立作用n是指兩種或兩種以上的化學(xué)物作用于機(jī)體，由于其各自作用的受體、部位、靶細(xì)胞或靶器官等不同，所引發(fā)的生物效應(yīng)也不相互干擾，從而其交互作用表現(xiàn)為化學(xué)物的各自的毒性效應(yīng)。n當(dāng)化學(xué)物的聯(lián)合作用表現(xiàn)為獨(dú)立作用時(shí)，如以LD50為觀察指標(biāo)，則往往不易與相加作用區(qū)別，必須深入探討

15、才能確定其獨(dú)立作用。n酒精與氯乙烯的聯(lián)合作用，當(dāng)大鼠接觸上述兩種化學(xué)物之后的一定時(shí)間，肝勻漿脂質(zhì)過(guò)氧化增加，且呈明確的相加作用。n但在亞細(xì)胞水平研究，就顯現(xiàn)出酒精引起的是線粒體脂質(zhì)過(guò)氧化，而氯乙烯引起的是微粒體脂質(zhì)過(guò)氧化。n6.2 交互作用n6.2.1 協(xié)同作用n是指化學(xué)物對(duì)機(jī)體所產(chǎn)生的總毒性效應(yīng)大于各個(gè)化學(xué)物單獨(dú)對(duì)機(jī)體的毒性效應(yīng)總和，即毒性增強(qiáng)。n多個(gè)化學(xué)物之間發(fā)生協(xié)同作用的機(jī)理復(fù)雜而多樣。n可能與化學(xué)物之間影響吸收速率,促使吸收加快、排出延緩、干擾體內(nèi)降解過(guò)程和在體內(nèi)的代謝動(dòng)力學(xué)過(guò)程的改變等有關(guān)。n如馬拉硫磷與苯硫磷的聯(lián)合作用為協(xié)同作用，其機(jī)理是由于苯硫磷抑制肝臟降解馬拉硫磷的酯酶之故。n

16、6.2.2 加強(qiáng)作用一種化學(xué)物對(duì)某器官或系統(tǒng)并無(wú)毒性，但與另一種化學(xué)物同時(shí)或先后暴露時(shí)使其毒性增強(qiáng)。如異丙醇本身并無(wú)肝臟毒性效應(yīng)，但若同時(shí)給予四氯化碳，就會(huì)使四氯化碳的肝毒性大大增強(qiáng)。n6.2.3 拮抗作用是指化學(xué)物對(duì)機(jī)體所產(chǎn)生的總毒性效應(yīng)小（低）于各個(gè)化學(xué)物單獨(dú)對(duì)機(jī)體的毒性效應(yīng)總和?；瘜W(xué)物之間的拮抗作用，是許多解毒藥物的藥理基礎(chǔ)解毒藥物的藥理基礎(chǔ)。如治療有機(jī)磷農(nóng)藥的阿托品。重金屬的絡(luò)合劑二巰丙醇。第三節(jié) 機(jī)體因素n主要包括物種間遺傳學(xué)差異、個(gè)體遺傳學(xué)差異、機(jī)體其他因素。1 種屬和個(gè)體差異n不同物種（species)、品系(strain)的動(dòng)物由于其遺傳因素決定了對(duì)外源化學(xué)物代謝轉(zhuǎn)化方式和轉(zhuǎn)化

17、速率存在差異。1.1 解剖、生理的差異n不同物種、種屬、品系的動(dòng)物的解剖、生理、遺傳學(xué)和代謝過(guò)程均有差異。例如，肝臟分葉，狗為7葉，兔5葉，大鼠6葉，小鼠4葉，且大鼠無(wú)膽囊；大鼠和小鼠全年可發(fā)情，狗只有在春秋兩季兩次發(fā)情；體細(xì)胞染色體的數(shù)目狗為78條，兔44條，大鼠42條，小鼠40條，人46條。各種動(dòng)物的脈率隨體重增加而降低。n此外，各種動(dòng)物的脈率隨體重的增加而降低，小鼠600次/分，大鼠352，豚鼠290，貓240，兔251，狗120，綿羊43，馬38。所以化學(xué)物從血漿中清除的半衰期小鼠較人短，相同劑量的化學(xué)物對(duì)人體的作用時(shí)間比小鼠長(zhǎng)。這可以部分解釋人比小鼠對(duì)毒物更敏感。n2-乙酰氨基芴在大

18、鼠、小鼠和狗體內(nèi)可進(jìn)行N羥化，并與硫酸結(jié)合形成硫酸酯而呈現(xiàn)強(qiáng)致癌作用，而在豚鼠體內(nèi)則不發(fā)生N羥化，故不致癌。n反應(yīng)停對(duì)大小鼠劑量高達(dá)4000mg/kg也幾乎沒(méi)有致畸作用，而0.5-1.0mg/kg的劑量對(duì)人有致畸作用，對(duì)猴、兔等也只有某個(gè)品系才能引起畸胎。n農(nóng)藥敵枯雙對(duì)大小鼠有強(qiáng)烈致畸作用，而對(duì)人是否可致畸尚未得到證明。n因此，在進(jìn)行化合物毒性研究時(shí)，應(yīng)多用幾種動(dòng)物，一般至少用兩種以上，其中一一般至少用兩種以上，其中一種應(yīng)為非嚙齒動(dòng)物種應(yīng)為非嚙齒動(dòng)物。1.2 個(gè)體差異n同一物種同一品系的不同群體動(dòng)物，在相同條件下，接觸相同外源化學(xué)物均存在不同的劑量-反應(yīng)關(guān)系，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)動(dòng)物存在個(gè)體差異。n個(gè)體差

19、異：是指同一種屬（品系）之內(nèi)， 不同個(gè)體對(duì)外源化學(xué)物的反應(yīng)方面存在 的差異n高敏感性：是指對(duì)一般人不引起毒作用的劑量，對(duì)某些人卻發(fā)生極為嚴(yán)重的毒性反應(yīng)。n修復(fù)功能的個(gè)體差異：機(jī)體所有大分子在其損傷后都會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的修復(fù)系統(tǒng)，其作用為將受損傷部位除去，再將空出部分按原樣合成一個(gè)新的部分予以填補(bǔ)，使原有的結(jié)構(gòu)和功能得以恢復(fù)。這些過(guò)程是由于不同功能的酶參與的。各種修復(fù)酶亦可能出現(xiàn)多態(tài)性，使修復(fù)功能出現(xiàn)明顯個(gè)體差異。1.3 代謝酶的多態(tài)性n占優(yōu)勢(shì)的代謝途徑不同，可導(dǎo)致毒性反應(yīng)的不同。如小鼠每克肝臟的細(xì)胞色素氧化酶活性為141活性單位，大鼠為84，兔為22。苯胺在豬、狗體內(nèi)轉(zhuǎn)化為毒性較強(qiáng)的鄰氨基苯酚，而在兔體內(nèi)則生成毒性較低的對(duì)氨基苯酚；萘胺在人體內(nèi)經(jīng)N羥化可誘發(fā)膀胱癌，而豚鼠肝臟內(nèi)不能將其N-羥化，因而不誘發(fā)腫瘤。n代謝酶還存在質(zhì)的差異。如貓，缺乏催化酚葡萄糖醛酸結(jié)合的同功酶，因而貓對(duì)苯酚的毒性反應(yīng)比其他能通過(guò)葡萄糖醛酸結(jié)合解毒的動(dòng)物敏感。2 受體與毒作用的敏感性n蛋白質(zhì)對(duì)于各種外源化學(xué)物包括毒物的辨認(rèn)、結(jié)蛋白質(zhì)對(duì)于各種外源化學(xué)物包括毒物的辨認(rèn)、結(jié)合有高度的特異性與敏感性，結(jié)果會(huì)影響到外源合有高度的特異性與敏感性，結(jié)果會(huì)影響到外源化學(xué)物的生物活性?；瘜W(xué)物的生物活性。高等生物體內(nèi)還有一類重要蛋白質(zhì)就是受體蛋白，它是毒作用的靶分子，不同毒物作用于不同的受體上。