毒理學(xué)毒理學(xué)基本概念

1、1主題：適應(yīng)、損傷與修復(fù)學(xué)科：毒理學(xué)毒理學(xué)基本概念第1頁21. 外源化學(xué)物外源化學(xué)物（xenobiotics）在外界環(huán)境中存在、可能與機體接觸并進(jìn)入機體，在體內(nèi)展現(xiàn)一定生物學(xué)作用化學(xué)物，又稱外源生物活性物質(zhì)，是毒理學(xué)主要研究對象與之相對應(yīng)是內(nèi)源性化學(xué)物，當(dāng)代毒理學(xué)也研究有毒內(nèi)源性化學(xué)物，如自由基、同型半胱氨酸等第2頁3毒物毒物（poison, toxicant, toxic agent/substance）：在一定條件下，以較小劑量進(jìn)入機體就能干擾正常生化過程或生理功效，引發(fā)暫時或永久性病理改變，甚至危及生命物質(zhì)（屬法規(guī)管理術(shù)語）毒物與非毒物之間沒有絕對界限，取決于接觸劑量和接觸條件第3頁4毒

2、素毒素（toxin）：指生物體所產(chǎn)生，極少許就能夠引發(fā)人和動物中毒有毒物質(zhì)，通常是一些能干擾生物體其它大分子生物學(xué)作用蛋白或生物堿等非蛋白類物質(zhì)。1. 動物毒素：黃蜂、蜘蛛、蜈蚣、蝎子、蛇、河豚等2. 植物毒素：蓖麻毒素、麥角、夾竹桃、毒箭木、曼陀羅、顛茄、烏頭、水仙、百合、雷公藤等3. 微生物毒素：肉毒桿菌、黃曲霉、微囊藻、毒蕈第4頁52.毒性毒性（toxicity）：外源化學(xué)物能夠造成機體損害能力毒性是化學(xué)物固有特征，主要取決于化學(xué)結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)普通指急性毒性，用半數(shù)致死量（LD50）表示，是化學(xué)物毒性分級（clasification）和標(biāo)簽（labeling）主要依據(jù)WHO全球化學(xué)品統(tǒng)一

3、分類和標(biāo)簽制度Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS) 第5頁6第6頁7第7頁8第8頁9一些化學(xué)物L(fēng)D50化學(xué)物物種接觸路徑LD50 (mg/kg)乙醇氯化鈉硫酸亞鐵硫酸嗎啡苯巴比妥鈉滴滴涕（DDT）木印防己堿鹽酸士寧煙堿d-筒箭毒素河豚毒素蓖麻毒素二惡英（TCDD）肉毒桿菌毒素小鼠小鼠大鼠大鼠大鼠大鼠大鼠大鼠大鼠大鼠大鼠小鼠豚鼠大鼠經(jīng)口腹腔經(jīng)口經(jīng)口經(jīng)口經(jīng)口皮下腹腔靜脈靜脈靜脈靜脈靜脈靜脈 10000 4000 1500 900 150 100 5 2 1 0.5 0.1 0.00

4、3 0.001 0.00001第9頁10蓖麻毒素（racin）毒性小鼠靜脈注射 LD50 25g/kg小鼠腹腔注射 LD50 710g/kg狗靜脈注射 LD50 12g/kg人致死量約 70100 g （約 7- 8 顆蓖麻子）第10頁113. 毒效應(yīng)毒效應(yīng)/作用（toxic effect）：外源化學(xué)物本身或其代謝產(chǎn)物在作用部位到達(dá)一定數(shù)量并停留一定時間，與生物大分子成份相互作用，引發(fā)機體有害生物學(xué)改變，又叫有害作用（adverse effect）毒效應(yīng)是化學(xué)毒物在一些條件下引發(fā)機體健康有害作用表現(xiàn)，改變條件可能影響毒效應(yīng)中毒（poisoning）：指機體受毒作用引發(fā)功效或器質(zhì)性改變后出現(xiàn)疾病

5、狀態(tài)（屬臨床術(shù)語）第11頁12化學(xué)物質(zhì)與生物機體有害交互作用 外源性化合物暴露吸收分布代謝排泄靶器官分子，細(xì)胞，器官毒效應(yīng)終毒物第12頁13 毒效應(yīng)譜毒效應(yīng)譜（spectrum of toxic effects）：指毒效應(yīng)性質(zhì)和強度改變，能夠從機體負(fù)荷增加、輕微生理、生化改變到出現(xiàn)中毒癥狀、體征，直至死亡： (1) 機體對外源化學(xué)物負(fù)荷（body burden）增加 (2) 意義不明生理和生化改變 (3) 亞臨床改變 (4) 臨床中毒 (5) 死亡 (6) 其它效應(yīng)：致癌、致突變、致畸等第13頁14人群對環(huán)境有害原因反應(yīng)金字塔形分布第14頁154. 靶器官靶器官（target organ）：指

6、外源化學(xué)物或其代謝產(chǎn)物直接發(fā)揮毒作用部位，往往只限于一個或少數(shù)幾個（鎘、有機汞）與局部化學(xué)物或其代謝產(chǎn)物濃度相關(guān)，但濃度最高不一定是靶器官（鉛、DDT）第15頁16靶器官決定原因某個特定器官成為毒物靶器官，可能與毒動學(xué)/生物轉(zhuǎn)化和毒效學(xué)等各種原因相關(guān)： 器官在體內(nèi)解剖位置和功效,毒物吸收和排泄器官 該器官血液供給 含有特殊攝入系統(tǒng) 百草枯（Paraquat） 代謝毒物能力和活化/解毒系統(tǒng)平衡 存在特殊酶或生化路徑 毒物與特殊生物大分子結(jié)合 對損傷修復(fù)能力 對特異性損傷易感性第16頁175. 生物學(xué)標(biāo)志生物學(xué)標(biāo)志（biomarker）：以前叫生物標(biāo)志物，指對經(jīng)過生物學(xué)屏障進(jìn)入組織或體液外源化學(xué)物

7、或其代謝產(chǎn)物以及它們引發(fā)生物學(xué)后果可測定指標(biāo)。可分為： 暴露生物學(xué)標(biāo)志（biomarker of exposure） 效應(yīng)生物學(xué)標(biāo)志（biomarker of effect） 易感性生物學(xué)標(biāo)志（biomarker of susceptibility）第17頁18暴露生物學(xué)標(biāo)志暴露生物學(xué)標(biāo)志（biomarker of exposure）：測定組織、體液或排泄物中外源化學(xué)物及其代謝產(chǎn)物或與內(nèi)源性物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)物，作為吸收劑量或靶劑量指標(biāo)，提供相關(guān)暴露于外源化學(xué)物信息。可分為： 接觸內(nèi)劑量標(biāo)志（外源化學(xué)物或代謝產(chǎn)物，如 cotinine） 生物效應(yīng)劑量標(biāo)志（DNA加合物、血紅蛋白加合物）第18頁19效應(yīng)

8、生物學(xué)標(biāo)志效應(yīng)生物學(xué)標(biāo)志（biomarker of effect）：指外源化學(xué)物引發(fā)機體中能夠測得生理、生化、行為或其它方面改變。包含： 早期生物效應(yīng)（early biological effect） 結(jié)構(gòu)和/或功效改變（altered structure/function） 疾?。╠isease）第19頁20易感性生物學(xué)標(biāo)志易感性生物學(xué)標(biāo)志（biomarker of susceptibility）：反應(yīng)個體對外源化學(xué)物生物易感性指標(biāo)。如代謝酶及靶分子基因多態(tài)性，DNA 損傷修復(fù)能力差異等，主要由遺傳原因所致，后天原因也能夠影響。芳烴羥化酶（AHH） 環(huán)境基因組計劃（Environmental

9、 Genome Project, EGP）第20頁21健康效應(yīng)模式與生物學(xué)標(biāo)志關(guān)系暴露吸收劑量靶劑量生物學(xué)效應(yīng)健康效應(yīng)易感性標(biāo)志暴露標(biāo)志效應(yīng)標(biāo)志第21頁226. 劑量劑量（dose）是決定外源化學(xué)物對機體損害作用主要原因（“The dose makes the poison”，Paracelsus）。包含：外劑量：給藥劑量（administered dose），應(yīng)用劑量（applied dose），暴露劑量（exposure dose）內(nèi)劑量：吸收劑量（absorbed dose），送達(dá)劑量（delivered dose）生物有效劑量（biological effective dose），也叫

10、靶劑量（target dose）：指抵達(dá)作用部位量，或抵達(dá)靶器官并與之相互作用量內(nèi)劑量和生物有效劑量難以測定，普通用暴露劑量，以mg/kg, mg/m3, mg/L表示第22頁237. 效應(yīng)與反應(yīng)效應(yīng)（effect）：也叫量反應(yīng)（gradual response），指外源化學(xué)物與機體接觸后產(chǎn)生生物學(xué)改變，能夠用計量單位來表示，如mg、mmHg、U等，屬于計量資料反應(yīng)（response）：也叫質(zhì)反應(yīng)（quantal response），指外源化學(xué)物與機體接觸后產(chǎn)生某種效應(yīng)個體在群體中所占比率，普通用百分率或比值表示，屬于計數(shù)資料第23頁24劑量-反應(yīng)(效應(yīng))關(guān)系是毒理學(xué)最主要概念之一，有主要毒理

11、學(xué)意義： 有利于發(fā)覺化學(xué)物毒效應(yīng)性質(zhì) 可用于比較不一樣化學(xué)物毒性 有利于確定機體易感性分布 是判斷外源化學(xué)物與機體損傷之間有因果關(guān)系證據(jù) 是安全性評價和危險度評定主要內(nèi)容第24頁25 劑量-效應(yīng)關(guān)系和劑量-反應(yīng)關(guān)系比較 曲線應(yīng)用于基礎(chǔ)在曲線中段斜率在劑量軸上位置劑量-效應(yīng)關(guān)系量反應(yīng)（最大效應(yīng)分?jǐn)?shù)），Log劑量游離系統(tǒng)，個體受體理論對相同機制斜率相等（質(zhì)量作用定律）表示個體易感性或Ka劑量-反應(yīng)關(guān)系質(zhì)反應(yīng)（累積反應(yīng)者分?jǐn)?shù)）， Log劑量群體經(jīng)驗（統(tǒng)計學(xué)理論）取決于易感性分布和SD表示群體中位易感性第25頁26劑量效應(yīng)曲線在游離器官/組織量反應(yīng)比較簡單，在一定劑量范圍內(nèi)以直線為主。受體理論在整體動

12、物量反應(yīng) 比較復(fù)雜多樣，雙曲線，直線、S型曲線等在飼料中機磷化合物敵殺磷染毒7天劑量-效應(yīng)關(guān)系第26頁27劑量反應(yīng)曲線劑量反應(yīng)曲線反應(yīng)個體對外源化學(xué)物毒作用易感性分布，基本類型是 S 型分布對外源化學(xué)物尤其易感和尤其不易感占少數(shù)，中等程度易感占多數(shù)，能夠呈正態(tài)分布（對稱 S 型），也能夠呈非正態(tài)分布（非對稱 S型）曲線中間部分，即反應(yīng)率50%附近，斜率最大，較小劑量改變反應(yīng)率就能夠有較大改變，所以最敏感第27頁28試驗動物個體對外源化學(xué)物易感性分布和劑量-反應(yīng)關(guān)系模式圖。個體易感性：A，完全相同；B，成正態(tài)分布；C，成偏態(tài)分布第28頁29劑量-反應(yīng)曲線轉(zhuǎn)化概率單位轉(zhuǎn)換： 反應(yīng)率（%） 概率單位

13、 0.1 2 2.3 3 15.9 4 50.0 5 84.1 6 97.7 7 99.9 8轉(zhuǎn)換公式： X - y = + 5 第29頁30劑量反應(yīng)曲線斜率兩種化學(xué)物（A、B）LD50相同，但劑量反-應(yīng)曲線斜率不一樣，引發(fā)中毒危險性不一樣第30頁318. 毒性參數(shù)上限參數(shù)（致死劑量） 絕對致死劑量（absolute lethal dose, LD100） 半數(shù)致死劑量（median lethal dose, LD50 ） 最小致死劑量（minimal lethal dose, MLD or LD01） 最大耐受劑量或最大非致死劑量（maximal tolerance dose, MTD or

14、 LD0） 第31頁32下限參數(shù)（無作用劑量、閾劑量）最大無作用劑量（maximual no-effect dose, ED0）：外源化學(xué)物在一定時間內(nèi)，按一定方式與機體暴露，用現(xiàn)有檢測方法和最靈敏觀察指標(biāo)，不能發(fā)覺任何損害作用最高劑量。在毒理學(xué)試驗中，相當(dāng)于未觀察到有害作用水平（no-observed adverse effect level, NOAEL）觀察到有害作用最低劑量（lowest observed adverse effect level, LOAEL）：在要求暴露條件下，某種物質(zhì)引發(fā)機體某種有害作用最低劑量NOAEL 和 LOAEL伴隨觀察指標(biāo)和檢測伎倆更新而改變第32頁33

15、閾劑量（threshold dose）：指外源化學(xué)物使接觸對象開始發(fā)生效應(yīng)（個別個體出現(xiàn)某種最輕微異常改變）所需最低劑量，也叫最小有作用劑量（minimal effect level, MEL）有害效應(yīng)閾值是介于NOAEL與LOAEL之間一個理論值可分急性閾劑量（acute threshold dose, Limac）和慢性閾劑量（chronic threshold dose, Limch）也能夠伴隨觀察指標(biāo)和檢測伎倆更新而改變 第33頁34Establishing a Threshold for a Toxic EffectDoseResponseEnzyme InductionAnaemi

16、aRenaldamageNOEL 1NOEL 2NOEL 3NOEL: NO OBSERVED EFFECT LEVEL第34頁359. 安全限值安全限值（safety limit）相當(dāng)于衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在也有些人叫健康指導(dǎo)值，是對各種環(huán)境介質(zhì)（空氣、水、土壤、食品等）中含有化學(xué)、物理和生物有害原因限量以及人群接觸這些有害原因限量要求。在低于安全限值范圍內(nèi)長久暴露，依據(jù)現(xiàn)有認(rèn)識，不會出現(xiàn)直接或間接損害作用（健康危害）制訂安全限值主要依據(jù)是毒理學(xué)資料，包含動物試驗資料和人群研究資料，其中最主要參數(shù)是NOAEL和LOAEL。普通是： 安全限值 = NOAEL或LOAEL / 不確定系數(shù)或安全系數(shù) （現(xiàn)

17、在傾向于用BMD代替NOAEL或LOAEL）第35頁36每日允許攝入量（acceptable/allowable daily intake, ADI）：指正常成人每日從外環(huán)境攝入體內(nèi)特定化學(xué)物總量（mg/kgbw）。在該劑量下，終生每日攝入某化學(xué)物不會引發(fā)人體健康任何可測知健康危害。普通用于人為加入化學(xué)物，如食品添加劑、農(nóng)藥或獸藥殘留等。也能夠是AWI可耐受攝入量（tolerable daily intake, TDI）：用于不可防止污染物。也能夠是TWI暫時每七天耐受攝入量（provisional tolerable weekly intake，PTWI）：用于有蓄積性污染物，如重金屬第36

18、頁37參考劑量（reference dose，RfD）：為環(huán)境介質(zhì)（空氣、水、土壤、食品等）中化學(xué)物質(zhì)日平均接觸量預(yù)計值。用于有閾值危險度評價，人群（包含敏感亞群）在終生接觸該劑量水平化學(xué)物質(zhì)條件下，預(yù)期發(fā)生非致癌性有害效應(yīng)危險度可低至不能檢出水平實際安全劑量（virtual safety dose, VSD）：用于無閾值效應(yīng)，如化學(xué)物遺傳毒效應(yīng)、致癌作用。指腫瘤超額發(fā)生率低于可接收危險度水平（10-6，即百萬分之一）所對應(yīng)暴露劑量第37頁38最高允許濃度（maximum allowable concentration, MAC）：普通指作業(yè)場所空氣中某種有害化學(xué)物不能超出濃度限值。在此濃度下

19、，工人長久從事生產(chǎn)勞動，不致引發(fā)任何急性或慢性職業(yè)危害。也可用于生活環(huán)境（大氣、水體、土壤）有害物質(zhì)限值。食品毒理學(xué)中有害物質(zhì)在各種食品中最大殘留量也與這類似閾限值（threshold limit value, TLV）：美國政府工業(yè)衛(wèi)生學(xué)家協(xié)會（ACGIH）推薦生產(chǎn)車間中有害物質(zhì)職業(yè)接觸限值。絕大多數(shù)工人重復(fù)接觸不致引發(fā)有害損害作用，但不排除個別敏感個體可能出現(xiàn)職業(yè)危害第38頁39毒性參數(shù)和安全限值與劑量軸低 高 安全限值 NOEL 閾 LOEL NOAEL 閾 LOAEL NOAEL 閾 LOAEL LD0 MLD LD50 LD100 或VSD LD01 慢性 急性 第39頁4010.毒

20、作用帶毒作用帶（toxic effect zone）：表示外源化學(xué)物毒作用特點，是對LD50 等表示某一個“點”劑量參數(shù)補充急性毒作用帶（acute toxic effect zone, Zac）：半數(shù)致死量與急性閾劑量比值。 Zac小，說明從輕微損害到急性致死劑量范圍窄，引發(fā)急性中毒死亡危險性大 Zac = LD50 / Limac慢性毒作用帶（chronic toxic effect zone, Zch）：急性閾劑量與慢性閾劑量比值。 Zch大，說明急性與慢性閾劑量之間劑量范圍大，由極輕微毒效應(yīng)到顯著中毒表現(xiàn)之間發(fā)展過程比較隱匿，易被忽略，所以發(fā)生慢性中毒危險性大 Zch = Limac / Limch 第40頁41毒作用范圍用NOAEL表示閾劑量，毒作用帶相當(dāng)于毒作用范圍（margin of toxic effect, MOT） MOTac = LD50 / NOAELac MOTch = NOAELa