第02章-食品毒理學基礎

食品毒理學

FoodToxicology主講人：賴朋生物工程學院

Teacher：Dr.LaiEmail:lai211@教材：《食品毒理學》嚴衛(wèi)星丁曉雯主編

中國農(nóng)業(yè)大學出版社

毒性和毒性作用

劑量與劑量-反應關(guān)系

化學結(jié)構(gòu)與毒性效應

聯(lián)合作用

第二章食品毒理學基礎

毒性參數(shù)和安全限值

理解食品毒理學的基本概念和常用術(shù)語，如劑量、效應與反應、聯(lián)合作用、毒性參數(shù)和安全限值等。

掌握食品毒理學的基礎知識。學習目的與要求2.1

毒性和毒性作用

2.1.1毒物（toxicants/poison）定義：一般認為，一定條件下，較小劑量進入機體就能干擾正常的生化過程或生理功能，引起暫時或永久性的病理改變，甚至危及生命的化學物質(zhì)。毒物可以是固體、液體和氣體。瑞士醫(yī)師Paracelsus

指出：所有物質(zhì)都是毒物，沒有不是毒物的物質(zhì)，只是劑量決定了它是毒物還是藥物。分類：（1）按其來源：分天然、合成和半合成；（2）按其用途和分布范圍可分為：工業(yè)化學品、食品中的有毒物質(zhì)、環(huán)境污染物、日用化學品、農(nóng)用化學品、醫(yī)用化學品、生物毒素、軍事毒物；（3）按其毒性強弱分：劇毒、高毒、中毒、低毒、微毒。From:/敵敵畏（DDVP）疊氮鈉（NaN3）砒霜（As2O3）LD50:80mg/kgLD50:27mg/kgLD50:20mg/kg氰化鉀（KCN）LD50:5mg/kg基本特征：對機體不同水平的有害性，但具備有害性特征的并不是毒物，如單純性粉塵；經(jīng)過毒理學研究之后確定的；必須能夠進入機體，與機體發(fā)生有害的相互作用。

具備以上3點才能稱為毒物。靶器官(targetorgan)定義：外源化學物進入機體后，對體內(nèi)各器官的毒作用并不一樣，往往有選擇毒性(selectivetoxicity)，外源化學物可以直接發(fā)揮毒作用的器官或組織就稱為該物質(zhì)的靶器官。2.1.2毒性(toxicity)定義：外源化學物與機體接觸或進入體內(nèi)的易感部位后，能引起損害作用的相對能力?？珊喪鰹橥庠椿瘜W物在一定條件下?lián)p傷生物體的能力。影響因素：劑量、接觸途徑、接觸期限、速率和頻率等。接觸途徑：經(jīng)口、經(jīng)皮、經(jīng)呼吸道等。接觸期限、速率和頻率：在毒理學研究中，通常按給動物染毒的時間長短分為急性、亞慢性和慢性毒性試驗。

毒性作用定義：也叫毒性反應，外源化學物引起機體發(fā)生生理生化機能異常或組織結(jié)構(gòu)病理變化的反應。有機磷農(nóng)藥對膽堿酯酶有抑制作用；苯可抑制造血功能，導致貧血；強酸、強堿可引起局部的皮膚粘膜的灼傷等。毒性作用分類：(1)

過敏反應(hypersensitivity)或變態(tài)反應(allergicreaction)(2)

特異體質(zhì)反應(idiosyncraticreaction)

(3)

速發(fā)與遲發(fā)性作用(immediateversusdelayedtoxicity)(4)

局部與全身作用(localversussystemictoxicity)(5)

可逆與不可逆作用(reversibleversusirreversibletoxiceffect)(6)功能、形態(tài)損傷作用2.1.3

損害作用與非損害作用外源化學物在機體內(nèi)可引起一定的生物學效應，其中包括損害作用和非損害作用。損害作用是外來化合物毒性的具體表現(xiàn)。損害作用具有以下特點：機體的正常形態(tài)學、生理學、生長發(fā)育過程收到影響，壽命可能縮短。機體功能容量降低。機體維持穩(wěn)態(tài)的能力下降和機體對額外應激的代償能力降低。機體對其他某些環(huán)境因素不利影響和易感性增高。2.1.4毒作用生物學標志生物學標志(biomarker,biologicalmarker)是指針對通過生物學屏障進入組織或體液的化學物質(zhì)及其代謝產(chǎn)物以及它們所引起的生物學效應而采用的檢測指標。分為：接觸生物學標志

(biomarkerofexposure）效應生物學標志

(biomarkerofeffect)易感性生物學標志

(biomarkerofsusceptibility)GroupTreatmentAST

(U/L)ALT

(U/L)ⅠControl56.29

±

8.65118.49

±

6.12ⅡCCl4

(10ml/kg,

i.p.)134.50

±

10.19a220.33

±

15.32aⅢCCl4

+

silymarin

(100

mg/kg,

p.o.)67.70

±

7.09b128.47

±

8.20bⅣCCl4

+

PT

(50

mg/kg,

p.o.)111.35

±

9.19b155.83

±

13.53bⅤCCl4

+

PT

(100

mg/kg,

p.o.)86.32

±

9.13b135.13

±

17.42bⅥCCl4

+

PT

(200

mg/kg,

p.o.)72.63

±

6.87b121.39

±

8.02bEffects

of

PT

administration

on

the

levels

of

AST

and

ALT

in

serum

in

the

liver

damaged

mice

induced

by

CCl4.2.2

劑量與劑量-反應關(guān)系2.2.1劑量

(dose)定義：既可指機體接觸化學物的量，或在實驗中給予機體受試物的量，又可指化學毒物被吸收的量或在體液和靶器官中的量。單位：通常以單位體重接觸的外源化學物數(shù)量(mg/kg體重)或環(huán)境中的濃度(mg/m3空氣，mg/L

水)表示。2.2.2效應、反應和劑量-反應關(guān)系效應(effect)/量反應：機體接觸一定劑量化學物后引起的生物學改變。此種變化的程度用計量單位來表示，如毫克、單位等。反應(response)/質(zhì)反應：機體接觸一定劑量化學物后，表現(xiàn)出某種生物學效應并達到一定強度的個體在群體(population)中所占的比例。一般以百分率或比值來表示。如死亡率、腫瘤發(fā)生率等。劑量-反應關(guān)系(dose-responserelationship)：隨著外源化學物劑量的增加，對機體毒效應的程度增加，或出現(xiàn)某種效應的個體在群體中所占比例增加。劑量-反應曲線的形式：以表示量反應強度的計量單位或表示質(zhì)反應的百分率為縱坐標、以劑量為橫坐標繪制散點圖，可得到一條曲線。

1、直線2、S形曲線3、拋物線A、B兩外源化學物的LD50

相同，但其曲線斜率不同。A物質(zhì)的曲線斜率小，需要有較大的劑量變化才能引起明顯的死亡率改變；而B物質(zhì)的曲線斜率大，相對小的劑量變化即可引起明顯的死亡率改變。在較低劑量時，A物質(zhì)的危險性較大，而在較高劑量時，B物質(zhì)的危險性較大。2.3

化學結(jié)構(gòu)與毒性效應

各種外源化學物的毒性與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，同一類化合物，由于結(jié)構(gòu)（包括取代基）不同，其毒性也有很大差異。

結(jié)構(gòu)決定活性，結(jié)構(gòu)也決定毒性。

2.3.1

有機化合物與毒性的關(guān)系官能團與毒性的關(guān)系烴類、鹵代烴類、醇酚和醚、醛酮和醌、羧酸和酯類、磺酸亞磺酸、砜和亞砜、硝基和亞硝基化合物、氨基化合物、偶氮化合物、羥基和巰基、有機磷化合物電負性基團與毒性的關(guān)系電負性基團多，可與機體中帶正電荷的基團相互吸收，毒性大親電物與親核物與毒性的關(guān)系旋光異構(gòu)與毒性的關(guān)系動物體內(nèi)的酶對光學異構(gòu)體有高度的特異性。官能團與毒性的關(guān)系

烴類毒性：碳原子數(shù)↑，毒性↑；但當碳原

子數(shù)超過7~9時，毒性反而↓。

直鏈>支鏈；成環(huán)>不成環(huán)；不飽和>飽和

芳烴毒性較強，但若苯環(huán)上帶有側(cè)鏈烷基，因側(cè)鏈易氧化生成苯甲酸，故毒性較小。

鹵素有強烈的吸電子效應，在化合物結(jié)構(gòu)中增加鹵素就會使分子的極化程度增加，更容易與酶系統(tǒng)結(jié)合，使毒性增強。

醇類中，甲醇、丁醇、戊醇毒性較強，鹵代醇毒性很強。

硝基化合物毒性很強，氨基化合物毒性大小為：伯胺、仲胺、叔胺。2.3.2

無機化合物與毒性的關(guān)系金屬毒物無機化合物的毒性與溶解度有關(guān)，難溶于水的金屬單質(zhì)及鹽類毒性較低；金屬的有機物比無機物易吸收，故毒性較大；同一金屬低價態(tài)毒性高于高價態(tài)，但鉻例外。氧化還原劑和酸堿活潑的化學物質(zhì)毒性較大；強酸強堿離解度大，毒性大于弱酸弱堿。2.3.3毒物的理化性質(zhì)與毒性效應（1）脂水分配系數(shù)化合物在脂（油）相和水相的溶解分配率。脂水分配系數(shù)大：簡單擴散，通過生物膜，易在脂肪組織蓄積，侵犯神經(jīng)系統(tǒng)；脂水分配系數(shù)?。弘x子化基團，水溶性強，不容易通過生物膜，易隨尿排出體外。（2）電離度即化合物的pka值，

pka值不同的化合物在不同的pH環(huán)境中電離度不同，影響其跨膜轉(zhuǎn)運；化合物在一定pH條件下呈現(xiàn)離子型的比例越高，易溶于水，難以吸收，易隨尿排出。（3）揮發(fā)度和蒸氣壓常溫下易揮發(fā)的化合物，易形成較大蒸氣壓，易于經(jīng)呼吸道吸收；經(jīng)皮吸收的液態(tài)化合物，揮發(fā)性大的較揮發(fā)性小、粘稠不易去除的危害性小。（4）分散度分散度越大顆粒越小，表面積越大，生物活性也越強大于10μm的顆粒在上呼吸道被阻；5μm以下的顆?？蛇_呼吸道深部；小于0.5μm的顆粒易經(jīng)呼吸道再排出；小于0.1μm的顆粒易沉積于肺泡壁。2.3.4

代表性化學物的化學結(jié)構(gòu)與毒性關(guān)系2.3.4.1苯并芘簡稱B(a)P，又名3,4-苯并芘，分子式C20H12；無色至淡黃色、針狀、晶體(純品)；熔點178℃，沸點495℃，高熔點高沸點化合物；不溶于水微溶于乙醇，溶于氯仿等有機溶劑；堿性介質(zhì)中穩(wěn)定，酸性介質(zhì)中不穩(wěn)定；一種高活性間接致癌物，而非直接致癌物，必須經(jīng)細胞微粒體中的混合功能氧化酶激活才具有致癌性；具有致畸、致突變作用，還可損害中樞神經(jīng)、血液等。2.3.4.2六六六/666又叫六氯環(huán)己烷、六氯化苯，是環(huán)己烷每個碳原子上的一個氫原子被氯原子取代形成的飽和化合物。結(jié)構(gòu)式因分子中含碳、氫、氯原子各6個，可以看作是苯的六個氯原子加成產(chǎn)物。分子式C6H6Cl6，白色晶體，有8種同分異構(gòu)體。熔點159～160℃，沸點288℃；易溶于氯仿、苯等；隨水蒸氣揮發(fā)；具有持久的辛辣氣味；對酸穩(wěn)定，在堿性溶液中易分解，長期受潮或日曬會失效，進入機體后主要蓄積于中樞神經(jīng)和脂肪組織中，為神經(jīng)及實質(zhì)臟器毒物；α-六六六具有很高的致癌性，無明顯的致突變性。六六六的化學名稱是1、2、3、4、5、6-六氯環(huán)己烷（六氯化苯），它有幾種常見的異構(gòu)體，六六六的殺蟲活性取決于其中γ-六六六的含量。六六六對光、空氣、熱和二氧化碳都很穩(wěn)定，又耐強酸。2.3.4.3

DDT又叫滴滴涕，化學名為雙對氯苯基三氯乙烷；化學式(ClC6H4)2CH(CCl3)。白色晶體，不溶于水，溶于煤油，可制成乳劑，是有效的殺蟲劑。在環(huán)境中非常難降解，并可在動物脂肪內(nèi)蓄積，從70年代后滴滴涕逐漸被世界各國明令禁止生產(chǎn)和使用。DDT一般毒性與六六六相同，屬神經(jīng)及實質(zhì)臟器毒物，對人和大多數(shù)其它生物體具有中等強度的急性毒性。它能經(jīng)皮膚吸收，是接觸中毒的典型代表。

2.3.4.5

蘇丹紅“蘇丹紅”是一種化學染色劑，它的化學成份中含有一種叫萘的化合物，該物質(zhì)具有偶氮結(jié)構(gòu)，由于這種化學結(jié)構(gòu)的性質(zhì)決定了它具有致癌性，對人體的肝腎器官具有明顯的毒性作用。蘇丹紅有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號四種，經(jīng)毒理學研究表明，蘇丹紅具有致突變性和致癌性，蘇丹紅Ⅰ號在人類肝細胞研究中顯現(xiàn)可能致癌的特性，在我國禁止使用于食品中。

2.3.4.5

蘇丹紅蘇丹紅Ⅰ號：1-苯基偶氮-2-萘酚：C16H12N2O

蘇丹紅Ⅱ號：1-[(2,4-二甲基苯)偶氮]-2-萘酚蘇丹紅Ⅲ號：1-[4-(苯基偶氮)苯基]偶氮-2-萘酚蘇丹紅Ⅳ號：1-2-甲基-4-[(2-甲基苯)偶氮]苯基偶氮-2-萘酚2.4

聯(lián)合作用定義：一種外源化學物對機體的毒性作用，可以由于同時或先后接觸另一種外源化學物使其所表型的聯(lián)合毒性比任一單一的外源化學物的毒性增強或減弱，毒理學將兩種或兩種以上的外源化學物對機體的交互作用稱為聯(lián)合毒作用(jointaction)。分類：相加作用(additionaljointaction)：靶器官相同，1+1=2獨立作用(independentjointaction)：靶器官不同協(xié)同作用(synergisticjointaction)：1+1>2拮抗作用(antagonisticjointaction)：1+1<2增強作用(potentiationjointaction)硒與鎘的拮抗作用多氯聯(lián)苯(PCBs)與苯并(a)芘(BaP)作為兩種重要的污染物，因其在環(huán)境中廣泛存在并可對人體造成包括致癌、致突變在內(nèi)的多種有害效應而備受關(guān)注?，F(xiàn)有的研究證實，PCBs在體內(nèi)可有效的促進BaP的代謝活化，誘導后者轉(zhuǎn)化生成其終致癌物，從而在聯(lián)合作用時顯著增強BaP的遺傳毒性效應。綜上所述二甲苯可與某些化學物聯(lián)合作用于神經(jīng)系統(tǒng)、肝臟等。甲苯、丁酮、乙苯等可使二甲苯的代謝速度下降、代謝產(chǎn)物排泄時間延長,因此體內(nèi)二甲苯濃度增高。推測,由于這種代謝抑制作用可使二甲苯的毒性大大增加。2.4.1

聯(lián)合作用的評價1.

聯(lián)合作用系數(shù)法聯(lián)合作用系數(shù)（K）=預期LD50/實測LD50K>1協(xié)同K=1相加K<1拮抗分別測A、B的LD50及95%可信限按等效比混合測定混合物實測LD50求混合物LD50中A、B化合物的實際劑量繪圖兩種化合物A、B2.

等效應線圖法上限LD50下限下限LD50

上限BAⅠⅡⅢⅠⅡⅢ協(xié)同相加拮抗2.4.2

聯(lián)合毒作用的機制兩種或兩種以上化學物聯(lián)合作用可以出現(xiàn)在毒作用過程中的不同靶點及不同途徑暴露相毒動學相毒效學相化學和/或物理學的交互作用2.5

毒性參數(shù)和安全限值2.5.1毒性參數(shù)

實驗動物體內(nèi)試驗得到的毒性參數(shù)可以分為兩類，一類是毒性上限參數(shù)，是在急性毒性試驗中以死亡為終點的各項毒性參數(shù)；另一類為毒性下限參數(shù)，即觀察到有害作用最低劑量及最大無害作用劑量，可以從急性、亞急性、亞慢性和慢性毒性試驗中得到。毒性參數(shù)的測定是毒理學試驗劑量-效應關(guān)系和劑量-反應關(guān)系研究的重要內(nèi)容。

致死劑量(lethaldose)某種外源化學物能引起機體死亡的劑量。(1)絕對致死量(absolutelethaldose，LD100)指能引起一組受試實驗動物全部死亡的最低劑量。?如再降低劑量，就有存活者。但由于個體差異的存在，受試群體中總是有少數(shù)高耐受性或高敏感性的個體，故LD100常有很大的波動性，實際意義不大。(2)半數(shù)致死量(medianlethaldose，LD50)指能引起一組受試實驗動物半數(shù)死亡的劑量，又稱致死中量。因為LD50較少受到個體耐受性差異的影響，比LD100更為準確。LD50是評價化學物質(zhì)急性毒性大小最重要的參數(shù)，也是對不同化學物質(zhì)進行急性毒性分級的基礎標準。(3)最小致死量(minimumlethaldose，MLD或LD01或LDmin)指一組受試實驗動物中僅引起個別動物死亡的最小劑量。低于此劑量即不能使機體出現(xiàn)死亡。(4)最大耐受量(maximaltolerancedose，MTD或LD0)指在一組受試實驗動物中不引起死亡的最高劑量。接觸此劑量的個體可以出現(xiàn)嚴重的毒性作用，但不發(fā)生死亡。(5)最小有作用劑量(minimaleffectivedose)，或稱閾劑量。(6)最大無作用劑量(maximalno-effectivedose)，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)現(xiàn)有認識水平，用最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)異常反應的最高劑量。作用水平(1)觀察到有害作用的最低水平(lowestobservedadverseeffectlevel,LOAEL)(2)未觀察到有害作用水平(noobservedadverseeffectlevel,NOAEL)(3)觀察到作用的最低水平(lowestobservedeffectlevel,LOEL)(4)未觀察到作用水平(noobservedeffectlevel,NOEL)

LOAEL或NOAEL是評價外源化學物毒作用與制定安全限值（如每日允許攝入量和最高容許殘留限值）的重要依據(jù)，具有重要的理論和實踐意義。

閾值(thresholddose)定義：一種物質(zhì)使機體（人或?qū)嶒瀯游铮╅_始發(fā)生效應的劑量或濃度。也稱最小有作用劑量。一種化學物對每種效應（有害作用和非有害作用）都可分別有一個閾值。對某種效應，對易感性不同的個體可有不同的閾值。同一個體對某種效應的閾值也可隨時間改變。閾值應該在實驗確定的NOEL和LOEL之間。2.5.2安全限值(safetylimit)定義：安全限值即衛(wèi)生標準，是對各種環(huán)境介質(zhì)(空氣、土壤、水、食品等)中的化學、物理和生物有害因素規(guī)定的限量要求。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。類型：每日容許攝入量(ADI)、最高容許濃度(MAC)、閾限值(TLV)、參考劑量(RfD)。(1)

每日允許攝入量(ADI)：指允許正常成人每日由外環(huán)境攝入體內(nèi)的特定外源化學物的總量。在此劑量下，終生每日攝入該外源化學物不會對人體健康造成任何可測量出的健康危害，單位用mg/kg體重表示。(2)

最高允許濃度(MAC)：在勞動環(huán)境中，指車間內(nèi)工人工作地點的空氣中某種外源化學物不可超越的濃度。在此濃度下，工人長期從事生產(chǎn)勞動，不致引起任何急性或慢性的職業(yè)危害。在生活環(huán)境中，MAC是指對大氣、水體、土壤等介質(zhì)中有毒物質(zhì)濃度的限量標準。由于接觸的具體條件及人群的不同，即使是同一化學物質(zhì)，它在生活或生產(chǎn)環(huán)境中的MAC也不相同。(3)

閾限值(TLV)：

為美國政府工業(yè)衛(wèi)生學家委員會推薦的生產(chǎn)車間空氣中有害物質(zhì)的職業(yè)接觸限值。為絕大多數(shù)工人每天反復接觸不致引起損害作用的濃度。由于個體敏感性的差異，在此濃度下不排除少數(shù)工人出現(xiàn)不適、既往疾病惡化、甚至罹患職業(yè)病。(4)

參考劑量(RfD)：

由美國環(huán)境保護局首先提出，用于非致癌物質(zhì)的危險度評價。RfD為環(huán)境介質(zhì)(空氣、水、土壤、食品等)中外源化學物的日平均接觸劑量的估計值。人群(包括敏感亞群)在終生接觸該劑量水平外源化學物的條件下，預期一生中發(fā)生非致癌或非致突變有害效應的危險度可低至不能檢出的程度。化學物質(zhì)的安全限值一般是將LOAEL或NOAEL縮小一定的倍數(shù)來確定的。在選擇安全系數(shù)或不確定系數(shù)時要考慮多種因素，如化學物質(zhì)的急性毒性等級、在機體內(nèi)的蓄積能力、揮發(fā)性、測定