毒理學概述鄧彥宏

第一章緒論【目的】掌握毒理學的基本概念、原理和方法熟悉其研究領(lǐng)域、內(nèi)容和任務了解毒理學的過去、現(xiàn)在和發(fā)展趨勢第一節(jié)概述毒理學(toxicology)

是研究外源化學物對機體的損害作用及作用機制,并進行危險度評價和危險度管理的科學。毒理學(Toxicology)對象(Subject)外源化學物或因素，例如：放射性離子輻射紫外線等作用目標(Target)生物體(Biotic)微生物(Microbes)動物(Animals)觀察/研究目標危害生物機制危險度評價和管理外源化學物

(Xenobiotics)或因素存在于環(huán)境中可進入機體并發(fā)生生物作用外源化學物又稱外源生物活性物內(nèi)源化學物

(Endogenous-“Endobiotics”)正常機體所原有的正常生命代謝活動所產(chǎn)生的病理狀態(tài)下？食品毒理學（Foodtoxicology）是運用毒理學的知識和方法，研究食品中可能含有的外源化學物對食用者的毒作用機理，檢驗和評價食品的安全性或安全范圍，并確定這些物質(zhì)的安全限量，從而達到確保機體健康的目的。毒理學的研究任務建立評價外源性化學物對機體的有害作用的方法，闡明有害作用的性質(zhì)，發(fā)生規(guī)律和機制；為采取預防措施、制訂安全限值和管理部門決策提供科學依據(jù)。毒理學的目的毒理學的目的就在于研究外源化學物質(zhì)的毒性和產(chǎn)生毒性作用的條件，闡明劑量-效應(反應)關(guān)系，為制訂衛(wèi)生標準及防治措施提供理論依據(jù)。毒理學的研究方法體內(nèi)試驗(invivotest)體外試驗(invitrotest)。人體試驗流行病學調(diào)查體內(nèi)試驗

也稱為整體動物試驗?？蓢栏窨刂平佑|條件。實驗多采用哺乳動物，例如大鼠、小鼠、脈鼠、家兔、倉鼠(hamster)、狗和猴等。在特殊需要情況下，也采用魚類或其他水生生物、鳥類、昆蟲等。檢測外源化學物的一般毒性，多在整體動物進行。哺乳動物體內(nèi)試驗是毒理學的基本研究方法，其結(jié)果原則上可外推到人。毒理學的研究方法體外試驗利用游離器官、培養(yǎng)的細胞或微生物進行毒理學研究，多用于外源化學物對機體急性毒作用的初步篩檢、作用機制和代謝轉(zhuǎn)化過程的深入觀察研究。體外試驗系統(tǒng)缺乏整體毒物動力學過程，并且難以研究外源化學物的慢性毒作用。毒理學的研究方法體外試驗

(1)游離器官：利用器官灌流技術(shù)將特定的液體通過血管流經(jīng)某一離體的臟器(肝臟、腎臟、肺、腦等)，借此可使離體臟器在一定時間內(nèi)保持生活狀態(tài)，與受試化學物接觸，觀察在該臟器出現(xiàn)有害作用。毒理學的研究方法(2)細胞：利用從動物或人的臟器新分離的細胞(原代細胞，primarycell)或經(jīng)傳代培養(yǎng)的細胞如細胞株(cellstrain)及細胞系(cellline)。毒理學研究中常用的細胞株有中國倉鼠肺細胞（V79），中國倉鼠卵巢細胞（CHO）。毒理學的研究方法（3)微生物：可利用微生物的表型變化做為致突變毒性的一種檢測方法。如傷寒沙門氏菌。體內(nèi)試驗和體外試驗各有其優(yōu)點和局限性，應主要根據(jù)實驗研究的目的要求，采用最適當?shù)姆椒?，并且互相驗證。毒理學的研究方法人體觀察途徑通過中毒事故的處理和治療人體志愿者試驗低濃度（輕度）短時間可逆常見案例藥物臨床試驗流行病學研究

對于在環(huán)境中已存在的外源化學物，可以用流行病學方法，將動物實驗的結(jié)果進一步在人群調(diào)查中驗證，可從對人群的直接觀察中，取得動物實驗所不能獲得的資料，優(yōu)點是接觸條件真實，可獲得制訂和修訂衛(wèi)生標準的資料，以及制定預防措施的依據(jù)。毒理學的研究方法描述性流行病學調(diào)查提出病因假設已知病因了解嚴重程度分析性流行病學調(diào)查驗證假設確定因果關(guān)系表1-3毒理學研究方法的優(yōu)缺點

研究方法流行病學研究受控的臨床研究毒理學體內(nèi)試驗毒理學體外試驗優(yōu)點

真實的暴露條件在各化學物之間發(fā)生相互作用測定在人群的作用表示全部的人敏感性

規(guī)定的限定暴露條件在人群中測定反應對某組人群(如哮喘)的研究是有力的易于控制暴露條件能測定多種效應能評價宿主持征的作用(如：性別、年齡、遺傳特征等和其他調(diào)控因素飲食等)能評價機制

影響因素少，易于控制可進行某些深入的研究(如：機制，代謝)人力物力花費較少

缺點耗資、耗時多(多為回顧性)，無健康保護難以確定暴露，有混雜暴露問題測定指標較粗(發(fā)病率，死亡率)

耗資多較低濃度和較短時間的暴露限于較少量的人群(一般＜50)限于暫時、微小、可逆的效應動物暴露與人暴露相關(guān)的不確定性受控的飼養(yǎng)條件與人的實際情況不一致暴露的濃度和時間的模式顯著地不同于人群的暴露

不能全面反映毒作用，不能作為毒性評價和危險性評價的最后依據(jù)難以觀察慢性毒作用

毒理學的研究方法毒理學各種研究方法的關(guān)系體內(nèi)試驗是以實驗動物為模型，最終目的是通過外源化學物對實驗動物的毒性反應，向人外推，以期評估外源化學物對人的危險性。體外實驗主要用于篩選和預測急性毒性和機制研究；人體實驗和流行病學調(diào)查則可進一步深化和證實在動物實驗中所得到的資料。

管理毒理學

(Regulatorytoxicology)機制毒理學

(Mechanistictoxicology)描述毒理學

(Descriptivetoxicology)毒理學的研究領(lǐng)域描述毒理學(descriptivetoxicology)

采用實驗動物進行適當?shù)亩拘栽囼?，通過毒性鑒定為安全性評價和危險度管理提供信息，獲得用于評價人群和環(huán)境特定化學物暴露的危險度信息。為化學物的毒作用機制提供重要線索。機制毒理學(mechanistictoxiicology)

主要研究化學物質(zhì)對生物體產(chǎn)生毒性作用的細胞、生化和分子機制，為建立敏感特異的預測實驗、安全性評價與管理、安全性化學物或藥物的設計和生產(chǎn)以及疾病的診斷和治療提供科學依據(jù)。管理毒理學(regulatorytoxiicology)

根據(jù)描述和機制毒理學的研究資料進行科學決策，協(xié)助政府部門制定衛(wèi)生標準、相關(guān)法規(guī)條例和管理措施并付諸實施，以確保化學物、藥品、食品等進入市場足夠安全，達到保護人民群眾身心健康的目的。一.毒物及其分類

1.毒物（Poison）

在一定條件下，以較小劑量進入機體就能干擾正常的生理功能或生化過程，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)稱為毒物（toxicant，poison）。

毒物、毒性和毒作用毒物分類ToxicantClassification為什么要分類？目的：種類繁多有助于了解毒物的化學和生物學特性有助于制定法規(guī)有助于管理有助于毒理學研究怎么分類？毒物分類按毒物的用途及分布范圍分類按化學結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)分類按毒性級別分類按毒作用的生理生化機制分類按毒作用性質(zhì)和部位分類按毒物的用途及分布范圍分類

工業(yè)化學品：如生產(chǎn)原料、輔料、中間體等；

食品添加劑：如食用色素、香精、防腐劑等；

日?；瘜W品：化妝品、洗滌用品等；

農(nóng)用化學品：如化肥、殺蟲劑等；

醫(yī)用化學品：如藥物、消殺劑等；

環(huán)境污染物：如廢水、廢氣、廢渣中的各種學物質(zhì)等；

生物毒素：如動物毒素、植物毒素等；

軍事毒物：如芥子氣等戰(zhàn)爭毒素；

放射性物質(zhì)：如放射性核素、天然放射性元素等。按化學結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)分類按化學結(jié)構(gòu)芳香胺鹵代碳氫化學物重金屬等按理化性質(zhì)氣體液體粉塵等劇毒高毒低毒等按毒性級別分類巰基抑制劑高鐵蛋白形成劑氧化劑按毒作用的生理生化機制分類按毒作用性質(zhì)和部位分類按毒作用主要部位肝毒物腎毒物神經(jīng)毒物等按毒物生物學效應致癌物致畸物致突變物等毒素(toxin)

是活的生物有機體中存在的或向外界釋放、分泌的一類具有明顯生物活性物質(zhì)。根據(jù)來源可分為動物毒素、植物毒素、微生物毒素三類。1.毒性

是指一種物質(zhì)對機體造成損害的能力。物質(zhì)有毒與無毒是相對的，任何一種化合物進入機體，只要達到一定劑量，均能對健康產(chǎn)生有害作用。二.毒性（toxicity）

Allsubstancesarepoisons,thereisnonewhichisnotapoison.Therightdosedifferentiatesapoisonandremedy.Nosubstanceisapoisonbyitself.Itisthedosethatmakesasubstanceapoison.

Parcelsus(1493-1548)所有物質(zhì)都是毒物，沒有不是毒物的物質(zhì)，唯有劑量使之區(qū)分為毒物還是藥物。物質(zhì)本身并非毒物，主要是劑量才使一個物質(zhì)變成毒物。表1-1某些化學物的半數(shù)致死量（LD50）化學物物種LD50（mg/kg)乙醇小鼠10,000氯化鈉小鼠

4,000硫酸亞鐵大鼠

1,500硫酸嗎啡大鼠

900苯巴比托鈉鹽大鼠

150DDT大鼠

100木印防已苦毒素大鼠

5硫酸士的寧大鼠

2煙堿大鼠

1d-筒劍毒堿大鼠

0.5河豚毒素大鼠

0.1二惡英豚鼠

0.001肉毒桿菌毒素大鼠

0.000,012.影響毒性的因素：

⑴與機體接觸數(shù)量是決定因素。⑵與機體接觸的方式、途徑。⑶接觸時間和頻率⑷物質(zhì)本身的化學性質(zhì)和物理性質(zhì)。3.選擇毒性（selectivetoxicity）系指一種化學毒物只對某種生物產(chǎn)生損害作用，而對其他種類生物無害；或只對機體內(nèi)某一組織器官有毒性，而對其他組織器官不具有毒性作用?；瘜W毒物出現(xiàn)選擇毒性的原因可能在于：

⑴物種和細胞學差異（如內(nèi)酰胺抗菌機制）

⑵不同生物或組織器官對化學毒物生物轉(zhuǎn)化過程的差異（如磺胺類藥物、黃曲霉毒素B1對小鼠和大鼠致癌作用）⑶不同組織器官對化學毒物親和力的差異（百草枯在肺臟的蓄積、碘與甲狀腺的高親和力）：

⑷不同組織器官對化學毒物所致?lián)p害的修復能力的差異：1.毒效應（toxiceffect）是指化合物本身或代謝產(chǎn)物在作用部位達到一定數(shù)量并停留一定時間，與組織大分子成分互相作用的結(jié)果，是化學物質(zhì)對機體所致的不良或有害的生物學改變，故又可稱為不良效應、損傷作用或損害作用（adverseeffectoradverseresponse）。

三.毒效應

2.毒性作用的特點是，在接觸化學毒物后，機體表現(xiàn)出各種功能障礙、應激能力下降、維持機體穩(wěn)態(tài)能力降低及對于環(huán)境中的其他有害因素敏感性增高等。3.毒作用的三個時相：接觸相(exposurephase)毒物動力相(toxicologyticphase)毒效相(toxiceffectphase)毒物活性物質(zhì)的有效劑量出現(xiàn)效應

毒物作用的三個時相

可吸收的毒物毒物存在的

劑型和劑量吸收、分布代謝、排出

靶器官中與

受體相互作用4.毒效應分類

(1）速發(fā)與遲發(fā)作用（immediateeffectanddelayedeffect）：速發(fā)作用指某些化學毒物與機體接觸后在短時間內(nèi)出現(xiàn)的毒效應。（氰化物）遲發(fā)作用指機體接觸化學毒物后，經(jīng)過一定的時間間隔才表現(xiàn)出來的毒效應。(反應停)(2)局部與全身作用（localeffectandsystemiceffect）

局部作用指發(fā)生在化學毒物與機體直接接觸部位處的損傷作用。（四環(huán)素牙）全身作用是指化學毒物吸收入血后，經(jīng)分布過程達到體內(nèi)其他器官所引起的毒效應。多數(shù)引起全身作用的化學毒物并非引起所有組織器官的損害，其作用點往往只限于一個或幾個組織器官，這樣的組織器官稱為靶器官（targetorgan）。(3）可逆與不可逆作用（reversibleeffectandirreversibleeffect）可逆作用：指停止接觸化學毒物后，造成的損傷可以逐漸恢復。不可逆作用是指停止接觸化學毒物后，損傷不能恢復，甚至進一步發(fā)展加重?；瘜W毒物的毒性作用是否可逆主要取決于被損傷組織的再生能力。（4）過敏性反應(hypersensibility)

也稱變態(tài)反應(allergicreaction)。該反應與一般的毒性反應不同。首先，某些作為半抗原的化學物質(zhì)(致敏原)與機體接觸后，與內(nèi)源性蛋白結(jié)合為抗原并激發(fā)抗體產(chǎn)生，稱為致敏；當再度與該化學物質(zhì)或結(jié)構(gòu)類似物質(zhì)接觸時，引發(fā)抗原抗體反應，產(chǎn)生典型的過敏反應癥狀。化學物質(zhì)所致的過敏性反應在低劑量下即可發(fā)生，難以觀察到劑量-反應關(guān)系。損害表現(xiàn)多種多樣，輕者僅有皮膚癥狀，重者可致休克，甚至死亡。(5)特異體質(zhì)反應（Idiosyncraticreaction）某些人有先天性的遺傳缺陷，因而對于某些化學毒物表現(xiàn)出異常的反應性。如肌肉松弛劑琥珀酰膽堿正常時可為血漿中的擬膽堿酯酶迅速分解，故作用時間很短，如先天性擬膽堿酯酶缺乏，則持續(xù)性的肌肉松弛，甚至呼吸暫停。（高鐵血紅蛋白血癥）(6)高敏感性(Hyper-sensibility)：指某一群體在接觸較低劑量的特定化學毒物后，當大多數(shù)成員尚未表現(xiàn)出任何異常時，就有少數(shù)個體出現(xiàn)了中毒癥狀。(7)高耐受性(Hyper-resistibility)：指接觸某一化學毒物的群體中有少數(shù)個體對其毒性作用特別不敏感，可以耐受遠高于其它個體所能耐受的劑量。從高度綜合到高度分化靶器官毒理學已成為毒理學的主要組成部分，如肺毒理學、血液毒理學、免疫系統(tǒng)毒理學等以機制研究為基礎的毒理學已形成許多重要的交叉學科，如分子毒理學學、細胞毒理學、遺傳毒理學等

根據(jù)研究對象和學科領(lǐng)域的不同，毒理學又進一步分化為：藥物毒理學、食品毒理學、臨床毒理學等

按照毒理學的不同性質(zhì)，毒理學的分支學科主要劃分為：農(nóng)藥毒理學、金屬毒理學、有機溶劑毒理學等

第三節(jié)毒理學展望從整體動物試驗到替代試驗

替代法（alternatives）又稱“3R”法，即

優(yōu)化（refinement）試驗方法和技術(shù)

減少（reduction）受試動物的數(shù)量和痛苦

取代（replacement）整體動物試驗的方法從閾劑量到基準劑量不可能獲得準確的閾劑量和最大無作用劑量，但可以獲得“觀察到損害作用的最低劑量（LOAEL）”和“未觀察到損害作用的劑量（NOAEL）”LOAEL和NOAEL是計算參考劑量（RfD）和確定SF時的關(guān)鍵參數(shù)。因其常受試驗組數(shù)、每組樣本量大小和劑量組距寬窄等因素的影響，故有一定的局限性。由Grump（1984）提出并由Kimmel和Gaylor（1988）進一步發(fā)展的基準劑量法（BMD），被推薦用來替代NOAEL或LOAEL。BMD是指ED1、ED5或ED10的95％可信區(qū)間。從危險度評價到危險度管理危險度評價程序危害性認定，即通過SARs或QSARs分析、體內(nèi)和體外試驗以及人群流行病學調(diào)查，評價特定化學物產(chǎn)生損害作用的可能性；劑量-反應關(guān)系評價，即通過分析接觸一定劑量或濃度的化學物與人群中產(chǎn)生有害效應之間的關(guān)系，確定危險度的基準值；接觸評定，即要明確人群接觸特定化學物的總量，并闡明接觸特征，例如接觸類型、水平和持續(xù)時間等；危險度特征分析，即通過綜合分析前三個時段提供的信息，闡明接觸人群中產(chǎn)生損害作用的性質(zhì)，并預測該損害作用在接觸人群中的發(fā)生率。從危險度評價到危險度管理危險度評價的根本目的是危險度管理。我國政府陸續(xù)頒布了許多法規(guī)條例、毒理學評價程序或試驗方法。例如，1983年試行并于1994年批準的《食品安全性毒理學評價程序》，1987年頒布的《化妝品安全性評價程序和方法》，1991年頒布的《農(nóng)藥安全性毒理學評價程序》和1995年頒布的《農(nóng)藥登記毒理學試驗方法》，1999年試行的《藥品非臨床研究質(zhì)量管理規(guī)范》和2000年頒布的《化學品毒性鑒定管理規(guī)范》等。第四節(jié)基本概念1.危險度(risk)也稱危險性，系指一種物質(zhì)在具體的接觸條件下，對機體造成損害可能性的定量估計。一般根據(jù)化學毒物對機體造成損害的能力和與機體可能接觸的程度，以定量的概念進行估計并用預期頻率表示。對外來化合物的危險度進行估計是毒理學的主要任務之一。2.損害作用與非損害作用化學物質(zhì)對機體產(chǎn)生的生物學作用既有損害作用又有非損害作用，但其毒性的具體表現(xiàn)是損害作用。研究損害作用并闡明作用機制是毒理學的主要任務之一。但在許多情況下，區(qū)別損害作用和非損害作用比較困難。一般認為，損害作用與非損害作用之間有以下區(qū)別。損害作用與非損害作用損害作用(adverseeffect)的特點：機體的正常形態(tài)學、生理學、生長發(fā)育過程受到影響，壽命可能縮短。機體功能容量降低。機體對外加應激的代償能力降低。機體對其他某些環(huán)境因素不利影響的易感性增高。損害作用與非損害作用非損害作用(non-adverseeffect)的特點：不引起機體機能形態(tài)、生長發(fā)育和壽命的改變；不引起機體功能容量的降低；不引起機體對額外應激狀態(tài)代償能力的損傷。機體發(fā)生的一切生物學變化應在機體代償能力范圍之內(nèi)，當機體停止接觸該種外源化學物后，機體維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的能力不應有所降低，機體對其他外界不利因素影響的易感性也不應增高。3、毒效應譜化學物質(zhì)與機體接觸后引起的毒效應包括肝、腎、肺等實質(zhì)器官損傷、內(nèi)分泌系統(tǒng)紊亂、免疫抑制、神經(jīng)行為改變、出現(xiàn)畸胎、形成腫瘤等多種形式。效應的范圍則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。毒效應的這些性質(zhì)與強度的變化構(gòu)成了化學物質(zhì)的毒效應譜(spectrumoftoxiceffects).

4、靶器官

化學物質(zhì)被吸收后可隨血流分布到全身各個組織器官，但其直接發(fā)揮毒作用的部位往往只限于一個或幾個組織器官，這樣的組織器官稱為靶器官(targetorgan)。但靶器官不一定是該物質(zhì)濃度最高的場所為什么？

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；②存在特殊的酶或生化代謝途徑；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)；

靶器官5、毒作用生物學標志

生物學標志(biomarker，biologicalmarker)又可稱生物學標記或生物標志物，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