法醫(yī)毒理學(xué)（學(xué)科）

學(xué)科法醫(yī)毒理學(xué)（學(xué)科）01學(xué)科介紹研究方法生物轉(zhuǎn)運(yùn)學(xué)科作用相關(guān)概念吸收目錄030502040607分布生物轉(zhuǎn)化排泄目錄0908基本信息法醫(yī)毒理學(xué)（forensictoxicology）是一門研究外源因素（化學(xué)、物理、生物因素）對生物系統(tǒng)的有害作用的應(yīng)用學(xué)科。是一門研究化學(xué)物質(zhì)對生物體的毒性反應(yīng)、嚴(yán)重程度、發(fā)生頻率和毒性作用機(jī)制的科學(xué)，也是對毒性作用進(jìn)行定性和定量評價的科學(xué)。是預(yù)測其對人體和生態(tài)環(huán)境的危害，為確定安全限值和采取防治措施提供科學(xué)依據(jù)的一門學(xué)科。學(xué)科介紹學(xué)科介紹主要應(yīng)用生理學(xué)、藥理學(xué)、生物學(xué)、生物化學(xué)和病理學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的理論和技術(shù)；通過動物實(shí)驗(yàn)、臨床觀察和流行病學(xué)調(diào)查方法，研究外來物質(zhì)的吸收、分布、代謝和排泄、毒性作用及其機(jī)制和中毒治療，不僅為保護(hù)人類和其他生物，免遭化學(xué)物質(zhì)的有害作用，保障人民身體健康，而且也是直接為研制有良好選擇作用的毒物，通過比較毒性和選擇毒法，研制出更具選擇性的藥物和農(nóng)藥等，并進(jìn)行化學(xué)物質(zhì)的安全性評價或危險性評價，制訂衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，提供科學(xué)依據(jù)。毒理學(xué)與藥理學(xué)密切相關(guān)，目前已發(fā)展成為具有一定基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)手段的獨(dú)立學(xué)科，并逐漸形成了一些新的毒理學(xué)分支。學(xué)科作用學(xué)科作用目前公認(rèn)的毒理學(xué)定義是研究外源性化學(xué)物質(zhì)對生物體的危害的科學(xué)。由于毒理學(xué)的研究目的是為保護(hù)生物體的健康或安全提供科學(xué)依據(jù)的一門學(xué)科，因此從學(xué)科性質(zhì)上毒理學(xué)屬于預(yù)防醫(yī)學(xué)，貫穿了預(yù)防為主的思想。由于毒理學(xué)的研究對象廣泛，包括化學(xué)因素、物理因素、生物因素，而生物體包括人、動物、植物，因此毒理學(xué)與藥理學(xué)、生理學(xué)、病理學(xué)、化學(xué)、生物化學(xué)、生物學(xué)有聯(lián)系；與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)有聯(lián)系；與法醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、生態(tài)學(xué)及環(huán)境保護(hù)有聯(lián)系；可以說，它與地球上生命的整個未來有聯(lián)系。因而，毒理學(xué)在臨床醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、環(huán)境保護(hù)、動物學(xué)、優(yōu)生優(yōu)育、職業(yè)勞動保護(hù)和食品衛(wèi)生等領(lǐng)域中均有廣泛用途。也因此毒理學(xué)的分類非常復(fù)雜，可從不同角度分類，并不完全一致。研究方法人群調(diào)查動物實(shí)驗(yàn)研究方法動物實(shí)驗(yàn)1、體內(nèi)實(shí)驗(yàn)法通常在整體動物進(jìn)行，使實(shí)驗(yàn)動物在一定時間內(nèi)，按人體實(shí)際接觸方式接觸一定劑量的受試外來化合物，然后觀察動物可能出現(xiàn)的形態(tài)或功能變化。實(shí)驗(yàn)多采用哺乳動物，例如大鼠、小鼠、豚鼠、家兔、倉鼠、狗和猴等。通常檢測外來化合物一般毒性，例如急性毒性試驗(yàn)、亞慢性毒性試驗(yàn)和慢性毒性試驗(yàn)等。2、體外實(shí)驗(yàn)法大多利用游離器官、原代培養(yǎng)細(xì)胞、細(xì)胞系和細(xì)胞器等進(jìn)行。利用器官灌流技術(shù)可對肝臟、腎臟、肺和腦等進(jìn)行灌流，借此可使離體臟器在一定時間內(nèi)保持生活狀態(tài)，與受試外來化合物接觸，觀察臟器出現(xiàn)的形態(tài)和功能變化，同時還可觀察受試物在臟器中的代謝情況；游離細(xì)胞和細(xì)胞器多用于外來化合物對機(jī)體各種損害作用的初步篩檢、作用機(jī)理和代謝轉(zhuǎn)化過程的深入研究，有許多優(yōu)點(diǎn)。上述整體、器官、細(xì)胞和亞細(xì)胞水平的研究，各自都有一定的特點(diǎn)和局限性，在實(shí)際工作中，應(yīng)主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究目的和要求，采用最適當(dāng)?shù)姆椒?，并且相互?yàn)證。人群調(diào)查為了將動物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，在人體上進(jìn)行驗(yàn)證，有時需要進(jìn)行人群調(diào)查。根據(jù)動物試驗(yàn)結(jié)果和外來化合物本身的性質(zhì)，選用適當(dāng)?shù)挠^察指標(biāo)，采用流行病學(xué)的方法進(jìn)行人群調(diào)查。人群調(diào)查的特點(diǎn)是可以取得在人體直接觀察的資料，但易受許多其他混雜因素的影響和干擾；結(jié)果和評定必須去偽存真，由表及里，并與動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合考慮分析，才能得出較為符合實(shí)際的結(jié)論。相關(guān)概念相關(guān)概念一、毒性毒性是一種物質(zhì)對機(jī)體造成損害的能力。毒性較高的物質(zhì)，只要相對較小的數(shù)量，則可對機(jī)體造成一定的損害；而毒性較低的物質(zhì)，需要較多的數(shù)量，才呈現(xiàn)毒性。物質(zhì)毒性的高低僅具有相對意義。在一定意義上，只要達(dá)到一定數(shù)量，任何物質(zhì)對機(jī)體都具有毒性；在一般情況下，如果低于一定數(shù)量，任何物質(zhì)都不具備毒性；關(guān)鍵是此種物質(zhì)與機(jī)體接觸的量。除物質(zhì)與機(jī)體接觸的數(shù)量外，還與物質(zhì)本身的理化性質(zhì)以及其與機(jī)體接觸的途徑有關(guān)。二、劑量劑量是決定外來化合物對機(jī)體損害作用的重要因素。劑量的概念較為廣泛，可指給予機(jī)體的數(shù)量，或與機(jī)體接觸的外來化合物的數(shù)量、外來化合物吸收進(jìn)入機(jī)體數(shù)量、外來化合物在靶器官作用部位或體液中的濃度或含量。由于內(nèi)劑量不易測定，所以一般劑量的概念，系指給予機(jī)體的外來化合物數(shù)量或機(jī)體接觸的數(shù)量。劑量的單位是以每單位體重接觸的外來化合物數(shù)量表示，例如mg/kg體重。1、致死量致死量即可以造成機(jī)體死亡的劑量。但在一群體中，死亡個體數(shù)目的多少有很大程度的差別，所需的劑量也不一致，因此，致死量又具有下列不同概念。生物轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理概念生物轉(zhuǎn)運(yùn)概念外來化合物在機(jī)體的吸收、分布和代謝過程，統(tǒng)稱為生物轉(zhuǎn)運(yùn)。機(jī)理外來化合物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運(yùn)主要通過下列機(jī)理：一簡單擴(kuò)散外來化合物在體內(nèi)的擴(kuò)散是依其濃度梯度差決定物質(zhì)的擴(kuò)散方向，即由生物膜的分子濃度較高的一側(cè)向濃度較低的一側(cè)擴(kuò)散，當(dāng)兩側(cè)達(dá)到動態(tài)平衡時，擴(kuò)散即中止。簡單擴(kuò)散過程，不需要消耗能量，外來化合物與膜不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生物膜不具有主動性，只相當(dāng)于物理過程，故稱為簡單擴(kuò)散。簡單擴(kuò)散是外來化合物在體內(nèi)生物轉(zhuǎn)運(yùn)的主要機(jī)理。在一般情況下，大部分外來化合物通過簡單擴(kuò)散進(jìn)行生物轉(zhuǎn)運(yùn)。除生物膜兩則濃度梯度差可以影響簡單擴(kuò)散外，還有其他因素亦可對簡單擴(kuò)散過程發(fā)生影響。1、外來化合物在脂質(zhì)中的溶解度，可以脂水分配系數(shù)來表示，即外來化合物在脂相中的濃度與在水相中濃度的比值（脂相中的濃度/水相中的濃度）。脂水分配系數(shù)越大，越容易透過生物膜而進(jìn)行擴(kuò)散。但外來化合物在生物轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，除經(jīng)過脂相外，還要通過水相，因?yàn)樯锬さ臉?gòu)造包括脂相和水相，所以一種外來化合物如在水中溶解度過低，即使脂水分配系數(shù)很大，也不容易透過生物膜進(jìn)行擴(kuò)散，只有既易溶于脂肪又易溶于水的外來化合物，才最容易透過生物膜進(jìn)行擴(kuò)散。2、外來化合物的電離或離解狀態(tài)。呈離子狀態(tài)的外來化合物不易通過生物膜；反之，非離解狀態(tài)的外來化合物則容易透過。外來化合物的離解程度決定于本身的離解常數(shù)（pK）和所處介質(zhì)中的酸堿度（pH）。除上述兩種主要因素外，還有許多其他因素也可對簡單擴(kuò)散發(fā)生影響。吸收途徑概念吸收概念吸收是外來化合物經(jīng)過各種途徑透過機(jī)體的生物膜進(jìn)入血液的過程。途徑1、經(jīng)胃腸道吸收胃腸道是外來化合物最主要吸收途徑。許多外來化合物可隨同食物或飲水進(jìn)入消化道并在胃腸道中吸收。一般外來化合物在胃腸道中的吸收過程，主要是通過簡單擴(kuò)散，僅有極少種類外來化合物的吸收是通過吸收營養(yǎng)素和內(nèi)源性化合物的專用主動轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。外來化合物在胃腸道的吸收可在任何部位進(jìn)行，但主要在小腸。外來化合物在胃內(nèi)吸收主要通過簡單擴(kuò)散過程。由于胃液酸度極高（pH1.0），弱有機(jī)酸類物質(zhì)多以未能解離形式存在，所以容易吸收；但弱有機(jī)堿類物質(zhì)，在胃中離解度較高，一般不易吸收。小腸內(nèi)的吸收主要也是通過簡單擴(kuò)散。小腸內(nèi)酸堿度相對趨向中性（pH6.6），化合物離解情況與胃內(nèi)不同。例如，弱有機(jī)堿類在小腸主要呈非離解狀態(tài)，因此易被吸收。弱有機(jī)酸與此機(jī)反，例如苯甲酸在小腸中不易被吸收。但事實(shí)上由于小腸具有極大表面積，絨毛和微絨毛可使其表面積增加600倍左右，因此小腸也可吸收相當(dāng)數(shù)量的苯甲酸。此外，小腸粘膜還可以通過濾過過程吸收分子量為100～200以下的小分子，胃腸道上皮細(xì)胞亦可通過胞飲或吞噬過程吸收一些顆粒狀物質(zhì)。分布影響因素概念分布概念分布是外來化合物通過吸收進(jìn)入血液或其它體液后，隨著血液或淋巴液的流動分散到全身各組織細(xì)胞的過程。影響因素1、外來化合物與血漿蛋白結(jié)合外來化合物進(jìn)入血液之后往往與血漿蛋白，尤其是血漿白蛋白結(jié)合。這種結(jié)合是可逆的，它可以視為外來化合物在體內(nèi)分布運(yùn)輸?shù)囊粋€過程。與血漿白蛋白結(jié)合的外來化合物與未結(jié)合的游離化學(xué)物質(zhì)呈動態(tài)平衡，又由于血漿白蛋白與化學(xué)物質(zhì)結(jié)合的專一性不強(qiáng)，所以當(dāng)有另一種外來化合物或藥物或生理代謝產(chǎn)物存在時，可以發(fā)生競爭現(xiàn)象。例如DDE(DDT代謝物）就可競爭性置換已與白蛋白結(jié)合的膽紅素，使其在血中游離。2、外來化合物與其他組織成分結(jié)合外來化合物還可與其它組織成分結(jié)合，如多種蛋白質(zhì)、粘多糖、核蛋白、磷脂等。這些結(jié)合有分布意義，有的也有毒理意義。例如一氧化碳與血紅蛋白具有高度親合力，導(dǎo)致缺氧而中毒。又如除草劑百草枯不論何種途徑接觸，均可濃集分布于肺引起損傷。3、外來化合物在脂肪組織和骨骼中貯存沉積脂溶性外來化合物可貯存于脂肪組織中，并不呈現(xiàn)生物學(xué)活性。只有在脂肪被動用、外來化合物重新成為游離狀態(tài)時，才出現(xiàn)生物學(xué)作用。DDT在脂肪組織中的貯存即如此。骨骼也可作為許多外來化合物的貯存沉積場所。例如鉛可取代骨骼中的鈣，被機(jī)體吸收的鉛有40%可沉積于骨骼中，對機(jī)體危害相對較小。但在一定條件下，可游離釋放，進(jìn)入全身循環(huán)，對機(jī)體造成損害。4、體內(nèi)各種屏障的影響機(jī)體內(nèi)有若干膜屏障，對保護(hù)一些器官有重要意義。研究外來化合物在機(jī)體內(nèi)的分布是否可以透過這些屏障，具有重要的毒理學(xué)意義。排泄主要途徑概念排泄概念排泄是外來化合物及其代謝產(chǎn)物向機(jī)體外轉(zhuǎn)運(yùn)的過程，是機(jī)體物質(zhì)代謝全部過程中的最后一個環(huán)節(jié)。主要途徑1、隨同尿液經(jīng)腎臟排泄腎臟排泄外來化合物的效率極高，也是最重要的排泄器官，其主要排泄機(jī)理有三：即腎小球?yàn)V過、腎小球簡單擴(kuò)散和腎小管主動轉(zhuǎn)運(yùn)，其中簡單擴(kuò)散和主動轉(zhuǎn)運(yùn)更為重要。腎小球過濾是一種被動轉(zhuǎn)運(yùn)，腎小球毛細(xì)管具有孔道，直徑約40°A左右，分子量在7萬以下的物質(zhì)皆可濾過。因此大部分外來化合物或其代謝產(chǎn)物均可濾出，只有與血漿蛋白結(jié)合的化學(xué)物質(zhì)因分子量過大，不易透過孔道。但需指出，凡是脂/水分配系數(shù)大的化學(xué)物質(zhì)或其代謝產(chǎn)物，則又可被腎小管上皮細(xì)胞以簡單擴(kuò)散方式重吸收入血。只有水溶性物質(zhì)或離子型物質(zhì)等才進(jìn)入尿液。腎小管主動轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)際上是腎小管主動分泌，此種主動轉(zhuǎn)運(yùn)可分為兩種系統(tǒng)，一為供有機(jī)陰離子化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)；一為供有機(jī)陽離子化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。此兩個系統(tǒng)均位于腎小管的近曲小管。這兩種轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)均可以轉(zhuǎn)運(yùn)與蛋白質(zhì)結(jié)合的物質(zhì)，且存在兩種化學(xué)物質(zhì)通過同一轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)時的競爭作用。2、經(jīng)肝臟隨同膽汁排泄經(jīng)過肝臟隨同膽汁排出體外是外來化合物在體內(nèi)消除僅次于腎臟的另一種排泄途徑。來自胃腸的血液攜帶著所吸收的外來化合物先通過門靜脈進(jìn)入肝臟，然后流經(jīng)肝臟再進(jìn)入全身循環(huán)。外來化合物在肝臟中先經(jīng)過生物轉(zhuǎn)化，生物轉(zhuǎn)化過程中形成的一部分代謝產(chǎn)物，可被肝細(xì)胞直接排泌入膽汁，再混入糞便排出體外。生物轉(zhuǎn)化概念影響因素反應(yīng)類型生物轉(zhuǎn)化概念外來化合物在體內(nèi)經(jīng)過一系列化學(xué)變化并形成其衍生物以及分解產(chǎn)物的過程稱為生物轉(zhuǎn)化，或稱為代謝轉(zhuǎn)化。所形成的衍生物即代謝物。外來化合物經(jīng)過生物轉(zhuǎn)化，有的可以達(dá)到解毒，毒性減低。但有的可使其毒性增強(qiáng)，甚至可產(chǎn)生致畸、致癌效應(yīng)。所以，不應(yīng)把代謝轉(zhuǎn)化只看作解毒過程，而是代謝過程對外來化合物的毒性有二重性。反應(yīng)類型一氧化反應(yīng)氧化可分為由微粒體混合功能氧化酶催化和非微粒體混合功能氧化酶催化的兩種氧化反應(yīng)。微粒體是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在細(xì)胞勻漿過程中形成的碎片，并非獨(dú)立的細(xì)胞器。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可分為粗面和滑面二種，因而所形成的微粒體也有粗面和滑面兩種，但都含有混合功能氧化酶，后者活力更強(qiáng)。⒈微粒體混合功能氧化酶（micrososmalmixedfunctionoxidase,MFO），又稱為混合功能氧化酶或微粒體單加氧酶，可簡稱為單氧酶。在這一過程中還需要NADPH提供電子，使細(xì)胞色素P-450還原，并與底物形成復(fù)合物，才能完成這一反應(yīng)過程?；旌瞎δ苎趸甘羌?xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的一個酶系，組成較為復(fù)雜，現(xiàn)在已經(jīng)知道的主要有細(xì)胞色素P-450氧化酶，也稱為細(xì)胞色素P-450依賴性單加氧酶，還有還原型輔酶Ⅱ－細(xì)胞色素P-450還原酶。此外，還含有微粒體FDA－單加氧酶，此酶特點(diǎn)是不含有細(xì)胞色素P-450，而含有黃素腺嘌呤二核苷酸，代替細(xì)胞色素P-450參與單加氧酶反應(yīng)。在FAD單加氧酶催化的外來化合物氧化過程中，同樣需要NADPH和氧分子。許多外來化合物都可經(jīng)混合功能氧化酶催化，加氧形成各種羥化物。影響因素一物種差異和個體差異同一外來化合物生物轉(zhuǎn)化的速度在不同動物可以有較大差異，例如苯胺在小鼠體內(nèi)生物半減期為35分鐘，狗為167分鐘。同一外來化合物在不同物種動物體內(nèi)的代謝情況可以完全不同。如前所述，N-2-乙酰氨基芴在大鼠、小鼠和狗體內(nèi)可進(jìn)行N－羥化并再與硫酸結(jié)合成為硫酸酯，呈現(xiàn)強(qiáng)烈致癌作用；而在豚鼠體內(nèi)一般不發(fā)生N－羥化，因此不能結(jié)合成為硫酸酯，也無致癌作用或致癌作用極弱。外來化合物在體內(nèi)生物轉(zhuǎn)化過程的個體差異還表現(xiàn)在某些參與代謝的酶類在各個體中的活力。例如芳烴羥化酶(arylhydrocarbonhydroxylase,AHH）可使芳香烴類化合物羥化，并產(chǎn)生致癌活性，其活力