毒理學基本概念

第一章毒理學基本概念第一節(jié)定義和術(shù)語第二節(jié)劑量、劑量-效應(yīng)關(guān)系和劑量-反應(yīng)關(guān)系第三節(jié)表示毒性的常用指標第四節(jié)安全限值第一節(jié)定義和術(shù)語1毒物（toxicant，poisons，toxicagent）一般認為，在一定條件下，較小劑量即能夠?qū)C體產(chǎn)生損害作用或使機體出現(xiàn)異常反應(yīng)的外源化學物稱為“毒物”。毒物一詞的概念實際上很模糊，因為毒物與非毒物之間并沒有絕對的界限，條件的不同、劑量的不同，二者之間通?？梢赞D(zhuǎn)化。1.1劑量的不同Thedosethatmakesasubstanceapoison.例如：食鹽，攝入劑量超過1g/kg體重就可導致中毒。硒：人體每日安全攝入量50~200ug，低于50ug會導致克山病，心肌炎等。超過會中毒，導致神經(jīng)過敏、痙攣、呼吸困難、嘔吐、嗜睡等。每日攝入量超過1mg就可能導致死亡。1.2接觸途徑蛇毒在蛇咬人后經(jīng)傷口接觸則為毒物，但若經(jīng)口飲下不會中毒（除非消化道有損傷）。蛇毒主要是蛋白質(zhì)和多肽，有蛋白質(zhì)的性質(zhì)，受到胃酸破壞，毒性部分消失，功能基團仍在，所以劑量不足時不會中毒或沒明顯的中毒癥狀，但功效仍在。1.3機體的異常例如：過敏體質(zhì)；此人之食，也許是他人之毒。Centuriesago,theancientRomanpoetandphilosopherLucretiussaidthat：oneman’sfoodmaybeanotherman’spoison.代謝障礙：糖尿?。粷h語中有一句成語叫“飲鴆止渴”，鴆酒便是放了砒霜的酒，歷史上砒霜被稱之為“毒王”。17～19世紀，砒霜曾被用于內(nèi)服袪痰、蝕瘡去腐、治療哮喘或外敷傷口，也曾被當作注射劑使用于治療梅毒或肺結(jié)核上。在17世紀的英國，砷的多種化合物被用來制取防腐劑。到了19世紀，砒霜被用來治療癌癥，如慢性白血病、惡性淋巴瘤、皮膚癌及子宮頸癌。1.4其他蝦等軟殼類食物含有大量濃度較高的五價砷化合物，人在服用維生素C之后，由于化學作用，原來無毒的砷酸酐轉(zhuǎn)變?yōu)橛卸镜膩喩樗狒簿褪桥??？芍^：大量海鮮+大量維生素C=砒霜。所以，一定不要同時食用海鮮和維生素C。2毒性（toxicity）毒性：外源化學物與機體接觸，或進入人體內(nèi)的易感部位后，能引起損害作用的固有能力。毒性是物質(zhì)一種內(nèi)在的、不變的性質(zhì)。取決于物質(zhì)本身的特性，尤其是化學結(jié)構(gòu)。2.1功能團的影響在化學物結(jié)構(gòu)中增加鹵族元素和羥基會使分子的極性增強，從而加大毒性。在化學物中引入羧基和硫酸根，水溶性增加，脂溶性降低，不容易通過細胞膜，難以吸收，因此毒性降低。2.2基團的電荷性的影響電負性基團，如硝基、苯基、氰基、醛基等，均可與機體中帶正電的基團相互吸收，從而使毒性增強。2.3光學異構(gòu)的影響動物體內(nèi)的酶對光學異構(gòu)體有高度的特異性，只能作用于一種光學異構(gòu)體。一般來說，左旋體對機體作用較強。但也有少數(shù)例外。3毒性作用（toxiceffect）毒性作用：也稱為毒效應(yīng)，是指外源化學物對生物體的損害作用。最主要的影響因素是劑量，與劑量相聯(lián)系的是接觸時間、持續(xù)時間、接觸頻率、間隔時間等。這些都是影響毒性作用的因素。

毒性作用的分類：按引起毒性效應(yīng)的時間分為速發(fā)型（immediatetoxiceffect）和遲發(fā)型(delayedtoxiceffect).急性毒作用(acutetoxiceffect)：指短時間內(nèi)(24h)一次或多次接觸化學物后，在短期內(nèi)(2W)出現(xiàn)的毒作用。慢性毒作用(chronictoxiceffect)：指長期甚至終生接觸小劑量化學物緩慢產(chǎn)生的毒作用按作用的部位分為局部或全身作用。局部毒性作用(localtoxiceffect)：某些外源化學物在機體接觸部位直接造成的損害作用。全身毒性作用(systemictoxiceffect)：是指化學物質(zhì)經(jīng)血液循環(huán)到達其他組織器官引起的毒作用。按毒性作用可否消失分為可逆或不可逆作用?？赡孀饔?reversibleeffect)是指停止接觸外源化學物后可逐漸消失的毒性作用。不可逆作用(irreversibleeffect)是指在停止接觸外源化學物后其毒性作用繼續(xù)存在，甚至對機體造成的損害作用可進一步發(fā)展。過敏反應(yīng)(hypersensitivity)也稱之為變態(tài)反應(yīng)(allergicreaction)，是機體對外源化學物產(chǎn)生的一種病理性免疫反應(yīng)。引起這種過敏性反應(yīng)的外源化學物稱為過敏原，過敏原可以是完全抗原，也可以是半抗原。許多外源化學物作為一種半抗原，當其進入機體后，首先與內(nèi)源性蛋白質(zhì)結(jié)合形成抗原，然后再進一步激發(fā)抗體的產(chǎn)生。當再次與該外源化學物接觸后，即可引發(fā)抗原抗體反應(yīng)，產(chǎn)生典型的變態(tài)反應(yīng)癥狀。變態(tài)反應(yīng)是一種有害反應(yīng)，沒有典型的S型劑量-反應(yīng)關(guān)系曲線，但對特定的個體來說，變態(tài)反應(yīng)與劑量有關(guān)。例如一個經(jīng)花粉致敏的人，其過敏反應(yīng)強度與空氣中花粉的濃度有關(guān)。特異體質(zhì)反應(yīng)（idiosyncraticaction）通常是指機體對外源化學物的一種遺傳性異常反應(yīng)。例如，病人接受一個標準治療劑量肌肉松弛劑琥珀酰膽堿(succinylcholine)，一般情況下引起的肌肉松弛時間較短，因為它能迅速被血清膽堿酯酶(cholinesterase)分解。但有些病人由于這種酶的缺乏，可出現(xiàn)較長時間的肌肉松弛甚至呼吸暫停。又如，體內(nèi)缺乏NADH高鐵血紅蛋白還原酶(NADHreductase)的人，對亞硝酸鹽及其他能引起高鐵血紅蛋白癥的外源化學物異常敏感。4毒效應(yīng)譜（spectrumoftoxiceffects）外源化學物與機體接觸后引起毒效應(yīng)，效應(yīng)的范圍從微小的生理生化正常值的異常改變到明顯的臨床中毒表現(xiàn)，直至死亡。毒效應(yīng)隨著劑量的增加而產(chǎn)生一系列的性質(zhì)與強度的變化，稱之為毒效應(yīng)譜。生理負荷增加→生理變化不明顯→亞臨床改變→患病率（臨床中毒癥狀）→死亡率5選擇毒性、靶器官不同外源化學物對機體產(chǎn)生的損害作用可能是不同的，這就是選擇毒性（selectivetoxicity）。（1）物種和細胞學的差異。如：農(nóng)藥、先鋒、黃曲霉素。（2）個體反應(yīng)的差異。如吸煙（3）不同組織器官對化學物在轉(zhuǎn)化過程的差異。如：眼睛對甲醇。外源化學物可以直接發(fā)揮毒效應(yīng)的器官或組織就稱為該物質(zhì)的靶器官（targetorgan）。外源化學物對機體存在選擇毒性的原因：某個特定的器官成為毒物的靶器官可能有多種原因：①該器官的血液供應(yīng)；②存在特殊的酶或生化途徑；③器官的功能和在體內(nèi)的解剖位置；④對特異性損傷的易感性；⑤對損傷的修復能力；⑥具有特殊的攝入系統(tǒng)；⑦代謝毒物的能力和活化／解毒系統(tǒng)平衡；⑧毒物與特殊的生物大分子結(jié)合等。例如:鎘通過消化道吸收進入血液后，部分與血紅蛋白結(jié)合，部分與低分子硫蛋白結(jié)合。所形成的鎘金屬硫蛋白經(jīng)血液輸送至腎，被腎小管重新吸收而蓄積于腎，引起腎機能障礙，并出現(xiàn)低分子蛋白尿，抑制維生素D的活性，繼而引起骨軟化癥。病人患病后全身非常疼痛，終日喊痛不止，因而取名“痛痛病”。發(fā)病是由于神通川上游某鉛鋅礦的含鎘選礦廢水和尾礦渣污染了河水，使其下游用河水灌溉的稻田土壤受到污染，產(chǎn)生了“鎘米”，人們長期食用“鎘米”和飲用含鎘的水而得病。如甲基汞的靶器官是腦，鎘的靶器官是腎。痛痛病毒作用的強弱主要取決于該物質(zhì)在靶器官中的濃度。但靶器官不一定是濃度最高的場所。如鉛在骨中沉積，骨中含量最高，但對骨頭不產(chǎn)生毒效應(yīng)，但會緩慢釋放對造血系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等產(chǎn)生毒作用。DDT在脂肪中的濃度最高，但并不對脂肪組織產(chǎn)生毒性。6生物學標志（biomarker）是指外源化學物通過生物學屏障并進入組織或體液中，對該外源化學物或其生物學后果的測定指標。生物學標志可分為:接觸生物學標志、效應(yīng)生物學標志和易感性生物學標志三類。接觸生物學標志(biomarkerofexposure)：測定組織、體液或排泄物中吸收的外源化學物、其代謝物或與內(nèi)源性物質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物，作為吸收劑量或靶劑量的指標，提供關(guān)于暴露于外源化學物的信息。接觸生物學標志包括反映內(nèi)劑量和生物效應(yīng)劑量兩類標志物(如化學物原型、代謝物、血紅蛋白加合物、DNA加合物等)，用以反映機體生物材料中外源性化學物或其代謝物或外源性化學物與某些靶細胞或靶分子相互作用產(chǎn)物的含量。這些接觸生物學標志如與外劑量相關(guān)或與毒作用效應(yīng)相關(guān)，可評價接觸水平或建立生物閾限值。效應(yīng)生物學標志(biomarkerofeffect)：機體中可測出的生化、生理、行為或其他改變的指標，包括反映早期生物效應(yīng)(earlybiologicaleffect)、結(jié)構(gòu)和／或功能改變(alteredstructure／functon)及疾病(disease)三類標志物，提示與不同靶劑量的外源化學物或其代謝物有關(guān)聯(lián)的對健康有害效應(yīng)的信息。如血壓指標。易感性生物學標志(biomarkerofsusceptibility)是關(guān)于個體對外源化學物的生物易感性的指標，即反映機體先天具有或后天獲得的對接觸外源性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)能力的指標。如外源化學物在接觸者體內(nèi)代謝酶及靶分子的基因多態(tài)性，屬遺傳易感性標志物。環(huán)境因素作為應(yīng)激原時，機體的神經(jīng)、內(nèi)分泌和免疫系統(tǒng)的反應(yīng)及適應(yīng)性，亦可反映機體的易感性。易感性生物學標志可用以篩檢易感人群，保護高危人群。從暴露到健康效應(yīng)的模式圖和與生物學標志的關(guān)系接觸標志效應(yīng)標志暴露吸收劑量靶劑量生物學效應(yīng)健康效應(yīng)易感性標志生物學標志的意義：可能成為評價外源化學物對人體健康狀況影響的有力工具。接觸標志用于人群可定量確定個體的暴露水平；效應(yīng)標志可將人體暴露與環(huán)境引起的疾病提供聯(lián)系，可用于確定劑量—反應(yīng)關(guān)系和有助于在高劑量暴露下獲得的動物實驗資料外推人群低劑量暴露的危險度；易感性標志可鑒定易感個體和易感人群，應(yīng)在危險度評價和危險度管理中予以充分的考慮。第二節(jié)劑量、劑量-效應(yīng)關(guān)系和劑量-反應(yīng)關(guān)系1劑量是指給予機體的量或機體接觸的量。是決定外源化學物對機體造成損害作用的最主要因素。接觸劑量(exposuredose)：又稱外劑量，是指外源化學物與機體(如人、指示生物、生態(tài)系統(tǒng))的接觸劑量，此可以是單次接觸或某濃度一定時間的接觸。吸收劑量(absorbeddose)：又稱內(nèi)劑量(internaldose)，指外源化學物穿過一種或多種生物屏障，吸收進人體內(nèi)的劑量。到達劑量(delivereddose)：又稱靶劑量(targetdose)或生物有效劑量(biologicallyeffectivedose)，是指吸收后到達靶(如組織、細胞)的外源化學物和／或其代謝產(chǎn)物的劑量。反應(yīng)是指外源化學物與機體接觸后引起的生物學改變，可分為兩類：量反應(yīng)質(zhì)反應(yīng)2量反應(yīng)與質(zhì)反應(yīng)量反應(yīng)：屬于計量資料，有強度的差別。指接觸一定劑量外來化學物后所引起的一個生物、器官或組織的生物學改變。此種變化的程度用計量單位來表示，例如毫克、單位等。例如某種有機磷化合物可使血液中膽堿酯酶的活力降低，四氯化碳能引起血清中谷丙轉(zhuǎn)氨酶的活力增高，苯可使血液中白細胞計數(shù)減少等，均為各種外來化學物在機體引起的效應(yīng)。質(zhì)反應(yīng)：屬于計數(shù)資料，無強度的差別，不能以具體數(shù)值來表示。指接觸某一化學物的群體(population)中出現(xiàn)某種效應(yīng)的個體在群體中所占比率，一般以百分率或比值表示，如死亡率、腫瘤發(fā)生率等。其觀察結(jié)果只能以“有”或“無”、“異?！被颉罢！钡扔嫈?shù)資料來表示。3劑量-反應(yīng)曲線劑量-量反應(yīng)關(guān)系和劑量-質(zhì)反應(yīng)關(guān)系統(tǒng)稱為劑量反應(yīng)關(guān)系，是毒理學的重要概念，是受試物與機體損傷之間存在因果關(guān)系的重要證據(jù)。劑量-反應(yīng)關(guān)系可用曲線表示，以反應(yīng)的值作為縱坐標，以劑量為橫坐標。一般情況下，劑量反應(yīng)曲線有下列四種基本類型：（1）直線型（2）拋物線型在飼料中敵殺磷染毒七天的劑量-反應(yīng)關(guān)系（3）“全或無”反應(yīng)（allornoneresponse）坡度極陡的線性劑量-反應(yīng)關(guān)系。當劑量增加到一定高度時，反應(yīng)迅速增加，再稍增加即可引起死亡，無法觀測到高劑量的反應(yīng)。例如致畸試驗。（4）S型曲線最典型的劑量-反應(yīng)曲線。實際上更為常見的劑量-反應(yīng)曲線是非對稱S-狀曲線。非對稱S-形曲線兩端不對稱，一端較長，另一端較短。S型曲線劑量50100死亡率%非對稱S型曲線50100死亡率%劑量對稱S型曲線實驗動物個體對外源化學物的易感性分布和劑量-反應(yīng)關(guān)系的模式圖

個體易感性：A.完全相同；B.成正態(tài)分布；C.成偏態(tài)分布曲線轉(zhuǎn)換為直線50100死亡率%劑量S型曲線（5）U型曲線第三節(jié)表示毒性大小的常用指標

由于外源化學物具有選擇毒性，不同毒物對機體產(chǎn)生的損害作用可能是不同的，因此不同化學物質(zhì)之間毒性大小的比較只能是相對的。為了定量描述或比較外源化學物的毒性大小，根據(jù)實驗動物體內(nèi)試驗得到毒性參數(shù)分為兩類，一類為毒性上限參數(shù)，是在急性毒性試驗中以死亡為終點的各項毒性參數(shù)，即致死劑量。另一類為毒性下限參數(shù)，即觀察到有害作用最低水平及最大無作用劑量，可以從急性、亞急性、亞慢性、慢性毒性試驗中得到。1、致死劑量絕對致死量或濃度(absolutelethaldose，LD100或LC100)：指化學物質(zhì)引起受試實驗對象全部死亡所需要的最低劑量或濃度。最大耐受劑量或濃度(maximaltolerancedose，MTD，LD0或MTC，LC0)：指化學物質(zhì)不引起受試對象出現(xiàn)死亡的最高劑量或濃度。最小致死劑量或濃度(minimallethaldoseMLD，LD01或MLC，LC01)：指化學物質(zhì)引起受試實驗對象中的個別成員出現(xiàn)死亡的劑量或濃度。半數(shù)致死劑量/濃度(medianlethaldose,LD50/LC50)：指化學物質(zhì)引起一半受試對象出現(xiàn)死亡所需要的劑量或濃度。常用以表示急性毒性的大小。LD50數(shù)值越小，表示外源化學物的毒性越強；反之，LD50數(shù)值越大，則毒性越低。為什么常用半數(shù)致死劑量表示急性毒性的大??？急性毒性劑量-反應(yīng)關(guān)系曲線050100LD50LD100LD0LD52、NOEL和NOAEL未觀察到損害作用劑量（noobservedadverseeffectlevel，NOAEL）。也稱為最大無作用劑量（maximalno-effectlevel，MNEL）、未觀察到有作用劑量（noobservedeffectlevel，NOEL），是指某種外源化學物在一定時間內(nèi)按一定方式或途徑與機體接觸后，根據(jù)目前現(xiàn)有認識水平，用最為靈敏的試驗方法和觀察指標，未能觀察到對機體造成任何損害作用或使機體出現(xiàn)異常反應(yīng)的最高劑量，最大無作用劑量是是評定外源化學物對機體造成損害作用的主要依據(jù)。以此制定每日允許攝入量（acceptabledailyintake，ADI），和最高允許濃度（maximalallowableconcentration，MAC）3閾值（threshold）閾值（threshold）為一種物質(zhì)使機體（人或試驗動物）開始發(fā)生效應(yīng)的劑量或濃度，即低于閾值時效應(yīng)不發(fā)生，而達到閾值時效應(yīng)發(fā)生。在安全性毒理學評價時，常假設(shè)NOAEL為閾值（個體）的近似值，特別是在食品安全性毒理學評價時。4基準劑量由于NOAEL和LOAEL都是實驗中的兩個具體劑量值，易受每組樣本含量和組間劑量距寬窄等因素影響，因此Crump（1984）提出用基準劑量（benchmarkdose，BMD）代替。BMD是指LC1、LC5和LC10的95%可信限下限。因此，這是用實驗中全部劑量組的數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計處理而得。BMD已成功應(yīng)用于發(fā)育毒性和生殖毒性的危險評價。也許，在其他有害效應(yīng)的安全評價中也有可能使用BMD。5毒作用帶毒作用帶（toxiceffectzone），指閾劑量作用下限與致死毒作用上限之間的距離，是根據(jù)毒性和毒性作用特點綜合評價化合物危險性的常用指標。包括急性毒作用帶，慢性毒作用帶。急性毒作用帶（Zac）通常以LD50/Limac表示，大則表示該毒物引起急性致死性中毒的危險性越小。慢性毒作用帶（Zch）通常以Limac/Limch表示，大則表示該毒物引起慢性中毒的危險性越大。第四節(jié)安全限值食品中有毒物質(zhì)的毒理學數(shù)據(jù)主要從動物毒理學試驗中獲得，動物試驗外推到人通常有三種基本的方法：利用不確定系數(shù)（安全系數(shù)）；利用藥動學外推（廣泛用于藥品安全性評價并考慮到受體易感性的差別）；利用數(shù)學模型。毒理學家對于“最好”的模型及模型的生物學意義尚無統(tǒng)一的意見。對毒效應(yīng)無可確定閾值的化學物對毒效應(yīng)無可確定閾值的化學物，根據(jù)定義，對無閾值的外源化學物在零以上的任何劑量，都存在某種程度的危險度。這樣，對于遺傳毒性致癌物和致突變物就不能利用安全限值的概念，只能引入實際安全劑量（virtualsafetydose，VSD）的概念?；瘜W致癌物的VSD，是指低于此劑量能以99%可信限的水平使超額癌癥發(fā)生率低于10-6，即100萬人中癌癥超額發(fā)生低于1人。對毒效應(yīng)有閾值的化學物安全限值（safetylimit）是指為保護人群健康，對生活和生產(chǎn)環(huán)境和各種介質(zhì)（空氣、水、食物、土壤等）中與人群身體健康有關(guān)的各種因素（物理、化學和生物）所規(guī)定的濃度和暴露時間的限制性量值，在低于此種濃度和暴露時間內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)有的知識，不會觀察到任何直接和（或）間接的有害作用。也就是說，在低于此種濃度和暴露時間內(nèi)，對個體或群體健康的危險是可忽略的。制定安全限值的前提是必須從動物實驗或人群調(diào)查得到LOAEL或NOAEL。安全限值可以是每日容許攝入量（ADI）、參考劑量（RfD）、可耐受攝入量（TI）、參考濃度（