《管理毒理学》PPT课件.ppt

1,第十一章 管理毒理学 Regulatory toxicology,2,第一节 管理毒理学概述,管理毒理学：是一门毒理学分支学科，是将毒理学的知识、技术、资料和研究成果应用于制订化学物的管理办法，以便能够采取行政措施（制定法规、规章和标准），防止化学物对人体健康和环境造成的潜在危害的科学。 它包括收集，处理和评价流行病学和实验毒理学数据，以及基于毒理学针对化学物有害效应，做出保护健康和环境的决策。,3,被管理的各类物质：药品、杀虫剂、食品添加剂、饮用 水成分、天然的毒素、工业的和环 境的化学物等。 已制定的法规物质：食物、饮用水、消费产品、化妆 品、玩具、工作场所、环境介质 （室外空气、室内空气、水、土 壤）、饲料、遗传基因修饰产品等,4,二、管理对毒理学的影响,（一）法规毒理学和良好实验室工作规范(GLP) 由于管理部门法定的权威性，它通过制定强制性的试验规 程，并为新的有害物质的发现、监测和危险性评估提供资金。 通常，任何产品上市销售之前必须获得管理部门的许可，很 多国家颁布了相关的检测标准或指南，促进了毒理学的发展。 为了确保毒理学安全性试验科学规范、资料真实可靠，目前 可接受的是GLP,5,（二）动物保护和3R原则 中国实验动物管理条例规定“对实验动物 必须爱护，不得戏弄或虐待”。 3R原则：替代(replacement)、减少(reduction)和 优化(refinement),6,（三）人体医学科学研究的伦理学要求 涉及人体试验应遵循世界医学会的赫尔辛基宣言，国际医学科学组织委员会(Council for International Organization of Medical Sciences,CIOMS)的人体生物医学研究国际伦理指南，中国药物临床试验质量管理规范的伦理原则进行。 For example“The animal experiment was performed in accordance with the Animal Guideline of Dalian Medical University and in agreement with the Ethical Committee of Dalian Medical University.” 其中最重要的是建立伦理审查委员会(Institutional Review Board, IRB)和知情同意(informed consent)原则。,7,三、毒理学家在化学品管理中的作用,参与有关法律、法规的制订，提供技术支持和技术咨询 在现有化学物质中，提出基于健康和环境原因需优先管理的化学品(高毒、三致、难降解的化学物)，要严格管理 对化学品分类、分级、标签管理提供技术咨询和技术支持 对优先化学品的卫生标准和环境标准制定中，通过进行动物体内试验、体外试验、人体研究和和流行病学调查等研究，阐明其对人体健康的影响，确定剂量反应关系，在制定安全限值中起关键性作用 对新化学物质和新产品根据有关法律法规、规范进行毒理学安全性评价，并参与其专业技术评审 对重要的环境污染物和化学品进行健康危险度评定 参与化学事故的应急救援,8,毒理学家参与国家行政机构的化学品管理： 提供毒理学理论、资料和经验；安全性评价；健康危险度评定；制订化学品的卫生及环境标准。,9,10,第二节 全球化学品统一分类和标签制度介绍,推动制定全球化学品统一分类和标签制度（GHS ）的国际授权是在1992年联合国环境与发展会议（环发会议）上通过的21世纪议程。 适用于所有化学品和化学品混合物的统一制度，包括以下因素： 1）按其健康、环境和物理危害对物质和混合物进行分类的统一 标准。 2）统一危害公示要素，包括标签和安全数据单的要求。,11,GHS对健康危害分类和分级 急性危害 根据LD50或LC50值或急性毒性估计值划分为5种毒性类 别。相当于极毒、剧毒、中等毒、低毒、实际无毒。 皮肤腐蚀和刺激 严重眼损伤与眼刺激 呼吸或皮肤致敏作用 生殖细胞致突变性 致癌性 第1类： 已知或假定的人类致癌物 第1A类：已知对人类有致癌可能；对化学品的分类主要 根据人类证据。 第1B类：假定对人类有致癌可能；对化学品的分类主要 根据动物证据。 第2类：可疑的人类致癌物 其他毒性,12,第三节 安全性评价(safety evaluation) 一、安全性和安全性评价,安全性(safety)：在规定条件下化学物暴露对人体和 人群不引起健康有害作用的实际确定性。 安全性评价：在毒理学中指利用规定的毒理学程序和方 法评价化学物对机体产生有害效应（损 伤、疾病或死亡），并外推和评价在规定 条件下化学物暴露对人体和人群的健康是 否安全。,13,二、毒理学安全性评价的基本内容,各国政府部门通常根据化学物质的种类和用途发布毒 理学安全性评价的规范、标准或指导原则。 毒理学安全性评价遵循分阶段试验的原则。 （一）毒理学试验前的准备工作 收集受试样品的相关资料，包括化学组成、理化性质及生产工艺方面的资料。这是毒理学试验设计的基础。受试样品必须是配方组成和工艺流程固定、成份稳定、纯度一致的定型产品。,14,（二）不同阶段的毒理学试验项目,现有的毒理学评价程序中，一般将毒理学安全性试验分为4个阶段试验。 1.第一阶段试验 包括急性毒性试验和局部毒性试验，主要是测定LD50、LC50或其近似值，根据毒作用的性质、特点推测靶器官，并对受试物的急性毒性进行分级。实验通常要求使用两种动物，染毒途径应为与人体的可能暴露途径。有可能与皮肤、眼、黏膜接触的化学物质好要求进行皮肤、黏膜刺激试验、眼刺激试验、皮肤致敏试验、皮肤光毒和光敏反应实验等局部毒性试验。,15,2.第二阶段试验： 包括重复剂量毒性试验、遗传毒性试验与发育毒性试验。 目的是了解受试物与机体多次暴露后可能造成的潜在危害，并研究受试物是否具有遗传性与发育毒性。 剂量范围发现试验、14天和28天重复剂量毒性试验可得到更多的毒效应信息。遗传毒性试验包括原核细胞基因突变试验、真核细胞基因突变和染色体畸变试验、微核试验和骨髓细胞染色体畸变试验等。发育毒性试验主要是传统致畸试验。 3.第三阶段试验 包括亚慢性毒性试验、生殖毒性试验和毒动学实验。 亚慢性毒性试验是为了确定较长时间内重复暴露受试物所引起的毒效应强度的性质、靶器官及可逆性，得到亚慢性暴露的LOAEL和NOAEL，预测对人体健康的危害性，并可为慢性毒性试验和致癌试验的剂量设计和指标选择提供参考依据。,16,4.第四阶段试验 为慢性毒性试验和致癌试验。 慢性毒性试验目的是检测受试物与机体长期暴露所致的一般毒性试验，确定靶器官，获得慢性暴露的NOAEL和LOAEL。 致癌试验检测受试物致癌作用。,17,（三）人群暴露资料 人体暴露可直接反映受试物对人体造成的损害，具有决定性意义。 收集包括对职业性暴露人群的检测、对环境污染区居民的调查、对新药的临床试验、对药物毒性的临床观察、对中毒事故的原因追查等。,18,三、安全性评价需注意的问题,1.毒理学安全性评价是管理毒理学的一部分。 2.安全性评价应进行质量控制，全面贯彻执行GLP，这是实现国内外实验室之间数据通用的基础 3.在实验设计和实施时注意贯彻3R原则，即替代、减少和优化。 4.毒理学安全性评价试验主要是对受试物的毒效应的筛选，在必要时应进行靶器官毒理学研究，进一步进行毒作用模式和机制研究。 5.毒理学安全性评价的结果可得到受试物作用的LOAEL和NOAEL，以NOAEL作为阈值的近似值。以此为基础可得出安全限制。 安全限制=NOAEL/安全系数。安全系数一般采用100(物种差异为10和个体差异为10的两个安全系数的乘积),19,20,第四节 危险性分析(risk analysis) 一、危险性分析基本概念,危害(hazard)：机体、系统或（亚）人群暴露时可能产生有害作用的某一种因子或场景的固有性质。 危险度(risk)：也称为危险性或风险度，系指在具体的暴露条件下，某一种因素对机体、系统或（亚）人群产生有害作用的频率。分为绝对危险度和相对危险度。 危险性分析：指对机体、系统或（亚）人群可能暴露于某一危害 的控制过程。由三部分构成，即危险度评定、危险性管理和危险性交流。,21,危险度评定(risk assessment)： 指特定的靶机体、系统或（亚）人群暴露于某一危害，考虑到有关因素固有特征和特定靶系统的特征，计算或估计预期的危险的过程，包括评定伴随的不确定性。 有4个步骤组成：危害识别；危害表征；暴露评定； 危险性表征（定量的和定性的危险度和不确定性）,22,23,毒理学安全性评价和健康危险度评定的关系： 联系：毒理学实验方法基本相同 区别： 安全性评价：表示为建立安全的决策程序，常用于 暴露可能受控制的情况下和新化学物或新产品的许可和管理。 危险度评定：表示估计危险的决策程序，属于较大的决策程序的一部分；通常用于对特定化学物或制剂进行公共卫生决策的整个程序。,24,危险性分析的目的是预测危险和控制危险 对于致癌性，一般认为某化学物终生暴露所致的危险度在百万分之一或以下，为可接受的危险度(acceptable risk)。相应于可接受危险度的外源化学物暴露剂量称为实际安全剂量(virtually safe dose, VSD),25,26,27,二、危害识别(hazard identification),概念：指识别具有引起机体系统或（亚）人群固有能力 有害作用的因素种类和性质。属于危险度评定的第1阶段。 目的：基于已知的资料和作用模式来评价对人有害作用 的证据充分性，危害识别目的在于确定人体暴露 化学物的潜在有害作用，这种有害作用产生的可 能性，以及产生这种有害作用的确定性和不确定 性。,28,危害识别的主要方法：证据权重法 对来源于适当的数据库、经同行专家评审的文献及诸如企业界未发表的研究报告的科学资料进行充分的评议。 此方法对不同研究的权重顺序：流行病学研究、动物毒理学研究、体外试验以及定量构效-关系。,29,三、危害表征(hazard characterization),概念：定性或定量地描述具有引起有害作用能力的某因素或某情形固有的性质。应包括剂量反应关系评定及其伴随的不确定性。危害表征是危险度评定的第2阶段。 通过剂量-反应关系评定确定外源化学物暴露水平与有害效应发生频率之间的关系。 高剂量动物试验结果外推到人类低剂量暴露的危害有多大意义？,30,存在的问题： 1. 剂量-反应的外推 需要把动物试验数据外推到人体暴露水平的低剂量，存在 不确定性。 剂量-反应的外推应以临界效应(critical effect)确定起 始点(point of departure)，此起始点可以是临界效应的 NOAEL 或基线剂量（BMD）。 2. 剂量的度量 动物和人体的毒理学等价剂量是一个有争议的问题。 一般常规使用mg/kg作为物种间的度量。近来，依据药物动力学资料，US EPA提出度量单位为mg/kg3/4。 在无法获得充分证据时，可用物种间转换系数。,31,3.遗传毒性和表遗传毒性致癌物 在传统上。毒理学家认为遗传毒性致癌作用不存在阈 值。表遗传毒性致癌物作用于表遗传位点，从而促进靶 胞增殖和（或）持续性的靶位点功能异常，导致癌症。 遗传毒性和表遗传毒性致癌均存在物种间差别。 认为遗传毒性和表遗传毒性致癌物作用模式不同，这种 致癌物分类法有助于建立评价暴露化学物致癌危险性的方 法。在原则上，表遗传毒性致癌物能够用阈值方法管理。,32,4. 阈值法 实验获得的NOEL或NOAEL值除以合适的不确定系数等于安全水平或者每日允许暴露量。通常对长期动物试验资料的不确定系数为100. 美国EPA在对非致癌物的危险度评定中提出了参考剂量（reference dose, RfD）和参考浓度 (reference concentration,RfC)的概念。 RfD和RfC为日平均暴露剂量的估计值，人群（包括敏感亚群）终生暴露于该水平，预期发生非致癌或非致突变的有害效应的危险度可以忽略。 确定有阈化学物的RfD可用下式计算: RfD=NOAEL或LOAEL/(UFMF) RfD、 NOAEL或LOAEL的单位均为mg/(kgd), UF为不确定系数，MF为修正系数。,33,不确定系数（UF）的影响因素： 1）如果具有关于人体的资料，则10倍物种间变异可能不是必须的。 2）在动物试验（人体试验）确定NOAEL的资料的质量可影响UF的 选择。 3）如缺失重要的资料，则增加UF。 4）最初的毒性反应的类型和重要性可改变UF，因此对可逆的毒 效应UF降低。 5）实验动物数量不足可能增加UF。 6）剂量-反应关系的形状可影响UF的确定。 7）代谢饱和导致毒性，双相代谢谱及比较代谢的资料都可影响 UF。 8）在实验动物和人毒作用机制的比较研究可影响UF的选择。,34,美国EPA提出了用基准剂量（benchmark dose,BMD）代替NOAEL(或LOAEL)作为外推起始点，来推导RfD。 BMD：依据动物试验剂量-反应关系的结果，用一定的统计学模式求得的引起一定比例动物出现阳性反应剂量的95%可信限区间的下限值。 公式： RfD= BMD/UF*MF BMD值作为起始点计算RfD的优点： 1）依据临界效应的剂量-反应关系的全部数据推导出来 的，增加了其可靠性和准确性 2）反映了剂量-反应关系和所用资料质量的高低,35,5.非阈值法 对于遗传毒性致癌物，一般不能用NOAEL-不确定系数来制定允许暴露量，因为即使在最低暴露量时，仍然有致癌危险性。有两种管理办法： 禁止商业化使用该种化学物 制定一个极低的，对健康影响忽略不计或社会可接 受的化学物的危险性水平。后一种管理方法的实施 导致了对致癌物定量的危险度评定。 无阈值化学物主要指遗传毒性致癌物及致突变物，现在发展了多种有关致癌物的剂量-反应关系评定的数学模型。美国EPA选用的可接受的危险性水平(实际安全剂量，VSD)是百万分之一(10-6)。,36,四、暴露评定(exposure assessment),（一）暴露评定的有关概念 暴露评定：评价机体、系统或（亚）人群对一种因子（和其衍生物）的暴露程度。暴露评定是危险度评定 的第 3 阶段。 暴露(exposure)：在确定的期间以特定频率到达靶机体、系统或（亚）人群的某种因子浓度或量。 剂量(dose)：机体、系统或（亚）人群被给予或吸收某种因子的总量。,37,暴露和剂量与健康效应的联系： 暴露 (摄入intake) 潜在剂量(potential dose)（给予剂量） 应用剂量 (applied dose) 吸收或摄取（uptake dose） 内剂量(internal dose) 送达剂量(delivered dose) 生物有效剂量(biologically effect) 一般常用的指标是暴露剂量、潜在剂量、内剂量,38,暴露场景(exposure scenario)：在某一情况下用于评价和定量暴露的关于来源、暴露途径、环境因子的量或 浓度、受暴露的机体、系统（或）人群（即数量、特征、习惯）的一组条件或假定。 暴露评定是定性和定量评定暴露程度，暴露频率，暴露持续时间和内剂量。 暴露评定4个主要步骤：确定评定的问题；选择或发展概念模型和数学模型；收集数据或选择和评定可利用的数据；暴露表征。,39,（二）暴露评定的基本要素,1.暴露 路径，途经和频率关注的期间；分布；人 群，重要的亚人群；个体，均值，分布上端，人群 中最高暴露。 2.剂量 与暴露的联系；分布；人群，重要的亚人 群；个体，均值，分布上端，人群中最高暴露。 3.原因 重要来源的相对贡献；重要环境介质的相对 贡献；重要暴露路径的贡献；重要暴露途径的相对 贡献。,40,4.变异: 个体内；个体间；人群间；时间之 间；空间之间 5.不确定性: 缺乏数据；缺乏理解,41,（三）暴露剂量的计算,1.环境浓度的检测 原则： 1）准确测定出各种环境介质中的有害因 子浓度。 2）同时测定有关的其他干扰因子 3）测定方法应执行质量控制,42,2.人体摄入量的计算 非癌生物学效应：日均暴露剂量(average daily dose,ADD) 致癌效应：终身日均暴露剂量 (life average daily dose, LADD) 单位为m或mg/(kgd)。 以潜在剂量为例，如果暴露浓度(C)与环境介质摄入量比较稳定，则公式为： ADD = (C)(IR)(ED)/(BW)(AT) LADD = (C)(IR)(ED)/(BW)(LT) 式中，C为环境介质 (水、气、食物)物质浓(mg/L,mg/m3,mg/kg); IR为环境介质摄入量(L/d,m3/d,kg/d);ED为暴露持续时间(d)；BW为平均体重(kg)；AT：剂量平均持续时间(d)；LT为终身暴露，以平均预期寿命表示（D）,43,3.估算多介质和多途径的暴露量 以上只考虑了存在于一种环境介质中一种有害因子通过人体一个界面的暴露量。实际上往往多个介质存在。对每个含该因子的介质都先分别计算出暴露量，然后再相加得出总暴露量。 4.亚人群暴露量估计 有些情况下，人的年龄、性别等因素会造成暴露量有明显差异，应分别计算各亚人群的暴露量。 5.内剂量和生物有效剂量的计算 由于各种条件限制，常不能直接对人群的内剂量进行测量。为了对人群的实际暴露和剂量-反应关系进行准确地评价，根据公式推算内剂量或经验证的生物学标志推算内剂量，以PBTK模型推算生物有效剂量。,44,（四）暴露表征 包括暴露来源、路径和途径的完整描述。也应该包括对人群的完整描述。不确定性的讨论是暴露表征的一个关键的组成部分。,45,五、危险度表征 (risk characterization),危险度表征：在规定的条件下定性或定量地确定某机体、系统或（亚）人群发生已知的和潜在的有害作用的概率，及其伴随的不确定性。危险性表征是危险度评定的第4阶段。,46,1.有阈值化学物的危险度表征 接触人群的终身危险度：R=(EED/RfD) R：发生某种健康危害的终生危险度； EED：人群总接触量估计值； 10-6：与RfD对应的可接受危险度水平,47,2. 无阈值化学物的危险度特征分析 指致癌物的危险度特征表征，包括计算超额危险度和超额病例数。 R=1-exp-(q1*(人) D 或 R=1-exp-(QD) R:因接触致癌物而生癌的终生概率 D:个体日均接触剂量率,48,（2）计算人均年超额危险度R(py) R(py)=R/70 70表示0组人群的期望寿命为70岁。 （3）计算特定人群的年超额病例数EC: EC= R(py) (AG/70)Pn AG:标准人群平均年龄（根据近期人口 普查资料确定） Pn：平均年龄为n的年龄组人数,49,危险度表征是危害识别、危害表征和暴露量评价的综合结果。其摘要通常包括： 有关危害、剂量-反应和暴露量评价