第二章 毒理學基本

第二章動物毒理學基本概念

第1節(jié)毒物、毒性和毒作用一.毒物1.毒物（Poison）

在一條件下，以較小劑量進入機體就能干擾正常的生化過程或定生理功能，引起暫時或永久性的病理改變，甚至危及生命的（外來）化學物質(zhì)稱為毒物（toxicantpoison）。在人類生活環(huán)境中，存在的這類物質(zhì)稱為環(huán)境有害物質(zhì)。3.毒物的分類

農(nóng)用化學品工業(yè)化學品化工產(chǎn)品藥物及醫(yī)用化學品食品添加劑日用化學品各種環(huán)境污染物生物霉菌毒素化學致癌物軍事毒物等化學物2.毒素（toxin）由活的機體產(chǎn)生，在生存過程中自身合成后存在于機體內(nèi)或排到機體外、對人和動物產(chǎn)生毒害作用的化學物質(zhì)。植物毒素（phytotoxin）細菌毒素（bacterialtoxin）內(nèi)毒素（endotoxin）外毒素（exotoxin）霉菌毒素（mycotoxin）動物毒素（zootoxin）（1）植物毒素（phytotoxin）（2）細菌毒素（bactrialtoxin）

內(nèi)毒素（endotoxin）:

在細菌生活時不擴散、不釋放到環(huán)境中，僅當細菌死亡后崩解釋放出來，其毒作用無特異性（毒性及病理變化相似）。如鼠傷寒桿菌等。

外毒素（exotoxin）:在細菌生活時釋放到環(huán)境中，且有明顯的毒作用特異性。如大腸桿菌，內(nèi)毒梭菌等。（3）霉菌毒素（mycotoxin）：由霉菌產(chǎn)生。

（4）動物毒素（zootoxin）：由低等動物產(chǎn)生。毒物作用的三個時相毒物發(fā)生效應(yīng)取決于機體吸收后分布全身，最后在靶器官中達到一定劑量與該器官相互作用后，才出現(xiàn)毒性效應(yīng)。常將這一過程劃分為三個時相：

接觸相(exposurephase)毒物動力相(toxicologyticphase)毒效相(toxiceffectphase)毒物

毒物存在的劑型和劑量吸收、分布代謝、排出效應(yīng)靶器官中與受體相互作用可吸收的毒物

活性物質(zhì)的有效劑量

出現(xiàn)

二.毒性、危險性、及安全性

1.毒性毒性是一種物質(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。影響毒性的因素：劑量是影響化學毒物毒性的關(guān)鍵因素。除此之外，還要考慮到：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、速率和頻率⑷物質(zhì)本身的化學性質(zhì)、化學結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。--影響毒物毒性的因素影響毒物的因素（1）理化性質(zhì)：溶解度、解離度、pH、旋光度等（2）化學結(jié)構(gòu)：

功能團與毒性的關(guān)系基團電荷性與毒性的關(guān)系光學異構(gòu)與毒性的關(guān)系功能團與毒性的關(guān)系：

鹵素有強烈的吸電子效應(yīng)，增加鹵素，會使分子的極化性增加，更易與酶系統(tǒng)結(jié)合，使毒性增大。CH4不具致癌作用，而CH3I，CH3Br、CH3Cl均有致癌作用。

基團電荷性與毒性的關(guān)系：

電負性基團：硝基（-NO2）、苯基（-C6H5）、氰基（-CN）、酯基（-COOR）、酮基（-COR）、醛基（-CHO）等，均可與機體中帶正電荷的基團吸引，使毒性加強。

光學異構(gòu)與毒性的關(guān)系：

動物體內(nèi)酶對光學異構(gòu)體有高度特異性，不同的光學異構(gòu)體的理化性質(zhì)、通透能力、在組織內(nèi)的分布及代謝速度均不相同，一般左旋異構(gòu)體對機體作用較強。2.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。

砷引起人類皮膚、肝、肺、胃腸道癌癥，反應(yīng)停引起人和猴等靈長類敏感，但對大鼠和小鼠等實驗動物不敏感。出現(xiàn)選擇毒性的原因⑴物種和細胞學差異：

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：

⑶不同組織器官對化學毒物親和力的差異：

⑷不同組織器官對化學毒物所致?lián)p害的修復(fù)能力的差異：--選擇毒性的原因選擇毒性的意義

選擇毒性反映了生物現(xiàn)象的多樣性和復(fù)雜性，使毒理學動物實驗的結(jié)果外推至人發(fā)生困難；同樣是由于選擇毒性的存在，人類得以從不同的化學物中篩選特異性的醫(yī)用藥物等用于醫(yī)學臨床、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)各個領(lǐng)域.3.危險度與安全性（1）危險度(risk)文獻中也稱危險性，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(yù)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(wù)之一。（2）危險度估計危險度估計或稱危險度評定可以從以下四個方面進行：

※從定性角度闡明xenobiotics對body可能存在的adverseeffect。

※以定量的概念確定body接觸xenobiotics數(shù)量與其對機體adverseeffect的相關(guān)關(guān)系。

※從定性和定量概念對xenobiotics可能與人類接觸的實際情況做出估計，包括可能接觸的人群范圍，可能受損害的人數(shù)和程度。

※對xenobiotics在實際接觸的情況下可能對人群健康損害的程度作出估計，并用定量與概念將其表示。4.安全性（safety）安全性與危險性是兩個相對的概念。機體在建議使用的劑量和接觸方式的情況下，該外源化學物引起的損害作用達到社會“可接受的”危險性水平。三、毒性參數(shù)（一）致死劑量：絕對致死量最小致死量最大耐受量半數(shù)致死量1.絕對致死劑量．絕對致死劑量(absolutelethaldose，LDl00)是指化學物質(zhì)引起受試對象全部死亡所需要的最低劑量或濃度。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。

2.最小致死劑量最小致死劑量(minimallethaldose，MLD或LD01)指化學物質(zhì)引起受試對象中的個別成員出現(xiàn)死亡的劑量。從理論上講，低于此劑量即不能引起死亡。3.最大耐受劑量

最大耐受劑量(maximaltolerancedose，MTD或LD0)指化學物質(zhì)不引起受試對象出現(xiàn)死亡的最高劑量。若高于該劑量即可出現(xiàn)死亡。與LDl00的情況相似，LD0也受個體差異的影響，存在很大的波動性。4.半數(shù)致死劑量

半數(shù)致死劑量(medianlethaldose，LD50)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，又稱致死中量。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(chǔ)標準?；瘜W物質(zhì)的急性毒性越大，其LD50的數(shù)值越小。LD50是一個生物學參數(shù)，受多種因素影響。對于同一種化學物質(zhì)，不同種屬的動物敏感性不同,接觸途徑不同也可影響LD50的值。因此，在表示LD50時，必須注明動物種屬和接觸途徑。對于某些化學物質(zhì)，同種不同性別的動物敏感性不同，還應(yīng)標明不同性別動物的LD50。此外，實驗室環(huán)境、喂飼條件、染毒時間、受試物濃度、溶劑性質(zhì)、實驗者操作技術(shù)的熟練程度等均可對LD50產(chǎn)生影響。在計算LD50時，還要求出95％可信限，以LD50±1.96δ來表示誤差范圍。5.半數(shù)耐受量(MedianToleranceLimit,MLT)

在環(huán)境毒理學中常用。

半數(shù)耐受量(MedianToleranceLimit,MLT)來表示一種環(huán)境污染物對水生生物的急性毒性，是指水中污染物一群水生生物在一定時間內(nèi)引起50%受試水生生物出現(xiàn)死亡的濃度。單位為mg∕L，一般用TLM48為若干mg∕L表示，是在這一濃度下，經(jīng)48h50%的魚可以耐受，也就是50%死亡。由于不同水生生物對于同一化學毒物的耐受能力有所差異，故表示TLM時除注明觀察時間外，還應(yīng)注明水生生物的物種。例如；TLM45鯉魚45，就是在45mg∕L濃度下，經(jīng)48h50%鯉魚可以耐受。（二）閾劑量和

最大無作用劑量1.閾劑量

閾劑量(thresholddose)指化學物質(zhì)引起受試對象中的少數(shù)個體出現(xiàn)某種最輕微的異常改變所需要的最低劑量，又稱為最小有作用劑量(minimaleffectlevel，MEL)。分為急性和慢性兩種：急性閾劑量(acutethresholddose，Limac)為與化學物質(zhì)一次接觸所得；慢性閾劑量(chronicthresholddose，Limch)則為長期反復(fù)多次接觸所得。在毒理學試驗中獲得的類似參數(shù)是觀察到損害作用的最低劑量(lowestobservedadverseeffectlevel，LOAEL)。

2.無作用劑量無作用劑量（no-observedeffectlevelNOEL）指化學物質(zhì)在一定時間內(nèi)，按一定方式與機體接觸，用現(xiàn)代的檢測方法和最靈敏的觀察指標不能發(fā)現(xiàn)任何損害作用的最高劑量。與閾劑量一樣，最大無作用劑量也不能通過試驗獲得。毒理學試驗?zāi)軌虼_定的是未觀察到損害作用的劑量(no-observedadverseeffectlevel，NOAEL)。NOAEL是毒理學的一個重要參數(shù)，在制訂化學物質(zhì)的安全限值時起著重要作用。3.日許量

即每日允許攝入量

(acceptabledailyintake,ADI)是指終人或動物每日攝入某種化學物質(zhì)(食品添加劑、農(nóng)藥等等),對健康無任何已知不良效應(yīng)的劑量。以相當人或動物公斤體重的毫克數(shù)表示,單位一般是mg/Kg,或個g/Kg。毒作用帶毒作用帶(toxiceffectzone)是表示化學物質(zhì)毒性和毒作用特點的重要參數(shù)之一，分為急性毒作用帶與慢性毒作用帶。1.急性毒作用帶

急性毒作用帶(acutetoxiceffectzone，Zac)為半數(shù)致死劑量與急性閾劑量的比值，表示為：Zac=LD50／LimacZac值小，說明化學物質(zhì)從產(chǎn)生輕微損害到導致急性死亡的劑量范圍窄，引起死亡的危險性大；反之，則說明引起死亡的危險性小。2.慢性毒作用帶

慢性毒作用帶(chronictoxiceffectzone，Zch)為急性閾劑量與慢性閾劑量的比值，表示為：Zch=Limac／LimchZch值大，說明Limac與Limch之間的劑量范圍大，由極輕微的毒效應(yīng)到較為明顯的中毒表現(xiàn)之間發(fā)生發(fā)展的過程較為隱匿，易被忽視，故發(fā)生慢性中毒的危險性大；反之，則說明發(fā)生慢性中毒的危險性小。吸入中度危險性指數(shù)

指氣體性或揮發(fā)性化學物在20℃時的飽和蒸汽濃度與半數(shù)致死濃度（LC50）的比值。比值越大說明常溫下空氣中毒物濃度越高或極易揮發(fā)，引起急性吸入中毒的危險性越？（大、?。┧摹⒍拘宰饔没瘜W毒物的毒性作用（toxiceffect）

是其本身或代謝產(chǎn)物在作用部位達到一定數(shù)量并與組織大分子成分互相作用的結(jié)果。毒性作用又稱毒效應(yīng)，是化學毒物對機體所致的不良或有害的生物學改變，故又稱不良效應(yīng)或有害效應(yīng)。毒性作用的特點：在接觸化學毒物后，機體表現(xiàn)出各種功能障礙、應(yīng)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。速發(fā)與遲發(fā)作用化學毒物的毒性作用可根據(jù)其特點、發(fā)生的時間和部位，按不同方法進行分類。（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(yīng)。

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(yīng)。

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。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(yīng)。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）。

2.局部與全身作用3.可逆與不可逆作用可逆與不可逆作用（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(fù)。

不可逆作用是指停止接觸化學毒物后，損傷不能恢復(fù)，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(yīng)

過敏性反應(yīng)(hypersensibility)也稱變態(tài)反應(yīng)(allergicreaction)該反應(yīng)與一般的毒性反應(yīng)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(yīng)，產(chǎn)生典型的過敏反應(yīng)癥狀?；瘜W物質(zhì)所致的過敏性反應(yīng)在低劑量下即可發(fā)生，難以觀察到劑量—反應(yīng)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(yīng)

特異體質(zhì)反應(yīng)（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(yīng)性。6.高敏感性高敏感性(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

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。3.影響毒性作用的因素有毒或無毒是相對的。劑量是決定毒物毒性作用的主要因素（Paracelsus：Allsubstancesarepoisons;thereisnonewhichisapoison.Therightdosedifferentiatesapoisonfromaremedy。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。影響毒性的因素：劑量是影響化學毒物毒性的關(guān)鍵因素。除此之外，還要考慮到：

①染毒途徑：染毒途徑就是毒物接觸動物機體的方式和途徑，主要決定毒物吸收進入機體的速度和數(shù)量。如果靜脈注射染毒吸收系數(shù)為1，即完全被吸收，通常表現(xiàn)的出的毒性也最高，而其他途徑染毒一般吸收系數(shù)都小于1。大多數(shù)情況下：靜脈注射＞腹腔注射＞肌肉注射經(jīng)口＞經(jīng)皮，經(jīng)呼吸道染毒與靜脈注射和腹腔注射接近；②染毒時間：與動物的生命節(jié)律活動有關(guān)③染毒頻率：與染毒間隔時間內(nèi)的半衰期有關(guān)④物質(zhì)本身的化學性質(zhì)和物理性質(zhì)五、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(wù)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，尤其在臨床表現(xiàn)出現(xiàn)之前更是如此。一般認為，損害作用與非損害作用之間有以下區(qū)別。(一)損害作用損害作用(adverseeffect)所致的機體生物學改變是持久的，可逆或不可逆的，造成機體功能容量，如進食量、體力勞動負荷能力等涉及解剖、生理、生化和行為等方面的指標的改變，維持體內(nèi)的穩(wěn)態(tài)能力下降，對額外應(yīng)激狀態(tài)的代償能力降低以及對其他環(huán)境有害因素的易感性增高，使機體正常形態(tài)、生長發(fā)育過程受到影響，壽命縮短。

(二)非損害作用

與損害作用不同，非損害作用(non-adverseeffect)所致機體發(fā)生的一切生物學變化都是暫時和可逆的，應(yīng)在機體代償能力范圍之內(nèi)，不造成機體形態(tài)、生長發(fā)育過程及壽命的改變，不降低機體維持穩(wěn)態(tài)的能力和對額外應(yīng)激狀態(tài)代償?shù)哪芰?，不影響機體的功能容量的各項指標改變，也不引起機體對其他環(huán)境有害因素的易感性增高。損害作用與非損害作用都屬于生物學作用，后者經(jīng)過量變達到某一水平后發(fā)生質(zhì)變而轉(zhuǎn)變?yōu)榍罢?。由于現(xiàn)有水平的限制，人們對于損害作用的認識尚不完全，現(xiàn)在認為是非損害作用的生物學改變將來可能會被判定為損害作用。隨著科學研究的不斷深入，檢測技術(shù)和手段的進步，有關(guān)化學物質(zhì)的毒作用機制在更深層次的闡明，損害作用的指標和概念必將不斷得以更新。

五、毒效應(yīng)譜化學物質(zhì)與機體接觸后引起的毒效應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)譜(spectrum0ftoxiceffects)o毒性終點在毒理學研究中，不同階段的試驗可用于觀察化學物質(zhì)的不同毒作用或毒性終點(end-point)。如急性毒性試驗以受試物引起的機體死亡為毒性終點指標；亞慢性、慢性毒性試驗以受試物造成的生理、生化、代謝等過程的異常改變?yōu)槎拘越K點指標；而遺傳毒理學試驗則以受試物導致的基因突變、染色體畸變、畸形、腫瘤形成等為毒性終點。因許多毒性終點之間無法類比，故化學物質(zhì)的毒性分級標準以終點為基礎(chǔ)，如急性毒性根據(jù)LD50分級，致畸物則根據(jù)致畸指數(shù)分級。毒作用終點

在毒理學研究中，人們使用不同的毒作用終點來檢測化學物質(zhì)引起的各種毒效應(yīng)。這些反映毒作用終點的觀察指標大致可以分為兩類:

一類是特異指標。這類指標的出現(xiàn)與特定化學物質(zhì)之間有著明確的因果關(guān)系，常有助于中毒機制的闡明是其優(yōu)點。不足之處是這樣的指標在完成系統(tǒng)的毒理學研究之前常難以確定。而且也無法對不同化學物質(zhì)的毒性大小進行比較。另一類是死亡指標。該指標簡單、客觀、易于觀察，雖然比較粗糙，不能反映毒作用的本質(zhì)。但可作為衡量不同作用部位和作用機制的化學物質(zhì)毒性大小的標準。特別是在急性毒性評價中，死亡是經(jīng)常使用的主要指標。

六、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)。組織器官成為化學物質(zhì)的靶器官是多種因素作用的結(jié)果。機體對于化學物質(zhì)的處置過程、化學物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)、組織器官的組織結(jié)構(gòu)與生理功能、代謝酶的活化狀態(tài)、化學物質(zhì)或其代謝產(chǎn)物與生物大分子如核酸、酶、受體、蛋白質(zhì)問相互作用的能力等都可以明顯的影響化學物質(zhì)對于特定組織器官的毒作用。七、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學效應(yīng)而采用的檢測指標，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。(一)接觸生物學標志接觸生物學標志(biomarker0fexposure)

是對各種組織、體液或排泄物中存在的化學物質(zhì)及其代謝產(chǎn)物，或它們與內(nèi)源性物質(zhì)作用的反應(yīng)產(chǎn)物的測定值，可提供有關(guān)化學物質(zhì)暴露的信息。接觸生物學標志又分為體內(nèi)劑量標志和生物效應(yīng)劑量標志。

體內(nèi)劑量標志可以反映機體中特定化學物質(zhì)及其代謝物的含量，即內(nèi)劑量或靶劑量。

生物效應(yīng)劑量標志可以反映化學物質(zhì)及其代謝產(chǎn)物與某些組織細胞或靶分子相互作用所形成的反應(yīng)產(chǎn)物含量。故生物效應(yīng)劑量標志的使用有助于準確的建立劑量-反應(yīng)關(guān)系。

二)效應(yīng)生物學標志

效應(yīng)生物學標志(biomarker0feffect)是指可以測出的機體生理、生化、行為等方面的異?；虿±斫M織學方面的改變，可反映與不同靶劑量的化學物質(zhì)或其代謝產(chǎn)物有關(guān)的健康有害效應(yīng)的信息。效應(yīng)生物學標志包括早期效應(yīng)生物學標志、結(jié)構(gòu)和功能改變效應(yīng)生物學標志和疾病效應(yīng)生物學標志。

早期效應(yīng)生物學標志主要反映化學物質(zhì)與組織細胞作用后，在分子水平產(chǎn)生的改變。

結(jié)構(gòu)和功能改變效應(yīng)生物學標志反映的是化學物質(zhì)造成的組織器官功能失調(diào)或形態(tài)學改變。疾病效應(yīng)生物學標志與化學物質(zhì)導致機體出現(xiàn)的亞臨床或臨床表現(xiàn)密切相關(guān)，常用于疾病的篩選與診斷。

(三)易惑性生物學標志

易感性生物學標志(biomarker0fsusceptibility)是反映機體對化學物質(zhì)毒作用敏感程度的指標。由于易感性的不同，性質(zhì)與劑量相同的化學物質(zhì)在不同個體中引起的毒效應(yīng)常有很大差異，這種差異的產(chǎn)生是多種因素綜合作用的結(jié)果，其中遺傳因素起到了十分重要的作用。易感性生物學標志主要用于易感人群的篩檢與監(jiān)測，在此基礎(chǔ)上可采取有效措施進行有針對性的預(yù)防?？傊飳W標志的研究與應(yīng)用可準確判斷機