食品毒理学复习要点.doc

第二章毒理学基本概念 第一节 毒物、毒性和毒作用在一定条件下，一较小剂量进入机体就能干扰正常的生化过程或生理功能，引起暂时或永久的病理改变，甚至危及生命的化学物质成为毒物（poison）。 毒物及其分类按毒物用途和分布范围分为：工业化学品：如生产原料、辅料、中间体等； 食品添加剂：如食用色素、香精、防腐剂等； 日常化学品：化妆品、洗涤用品等；农用化学品：如化肥、杀虫剂等；医用化学品：如药物、消杀剂等；环境污染物：如废水、废气、废渣中的各种学物质等；生物毒素：如动物毒素、植物毒素等；军事毒物：如芥子气等战争毒素；放射性物质：如放射性核素、天然放射性元素等。毒 性：一种化学物质能够造成机体损害的能力，称为该物质的毒性(toxicity)。毒性较高的物质，只要相对较小的剂量，即可对机体造成一定的损害;而毒性较低的物质，需要较大的剂量，才呈现毒性。但是一个物质的“有毒”与“无毒”，毒性的大小也是相对的，关键是此种物质与机体接触的量。选择毒性：指一种化学物质只对某种生物产生损害作用，而对其他种类生物无害；或只对机体内某一组织器官发挥毒性，而对其他组织器官不具毒作用。 影响毒性的因素： 剂量；接触途径（经静脉、经口、经皮等）；接触期限、接触速率和接触频率； 接触期限急性毒性试验 24小时内一次或多次染毒亚急性毒性试验 在1个月或短于1个月的重复染毒亚慢性毒性试验 在1个月至3个月的重复染毒慢性毒性试验 在3个月以上的重复染毒 化学物质的毒作用又称为毒效应。是化学物质对机体所致的不良或有害的生物学改变，故又可称为不良效应、损伤作用或损害作用。是其本身或代谢产物在作用部位达到一定数量并停留一定时间，与组织大分子成分互相作用的结果。毒作用的分类：速发或迟发性作用：是指某些外源化学物在一次接触后的短时间内所引起的即刻毒性作用。 迟发性毒作用：是指在一次或多次接触某种外源化学物后，经一定时间间隔才出现的毒性作用。局部毒性作用：是指某些外源化学物在机体接触部位直接造成的损害作用。全身毒性作用：是指外源化学物被机体吸收并分布至靶器官或全身后所产生的损害作用。可逆作用：是指停止接触外源化学物后可逐渐消失的毒性作用。不可逆作用：是指在停止接触外源化学物后其毒性作用继续存在，甚至对机体造成的损害作用可进一步发展。过敏反应也称变态反应，是机体对外源化学物产生的一种病理性免疫反应。特异体质反应：通常是指机体对外源化学物的一种遗传性异常反应。损害作用与非损害作用损害作用的特点：机体的正常形态学、生理学、生长发育过程受到影响，寿命可能缩短。机体功能容量降低。机体对外加应激的代偿能力降低。机体对其他某些环境因素不利影响的易感性增高。非损害作用的特点：不引起机体机能形态、生长发育和寿命的改变；不引起机体功能容量的降低；不引起机体对额外应激状态代偿能力的损伤。机体发生的一切生物学变化应在机体代偿能力范围之内，当机体停止接触该种外源化学物后，机体维持体内稳态的能力不应有所降低，机体对其他外界不利因素影响的易感性也不应增高。损害作用与非损害作用都属于外源化学物在机体内引起的生物学作用。毒效应谱：指机体接触外源化学物后，取决于外源化学物的性质和剂量，可引起多种变化，可以表现为：机体对外源化学物的负荷增加意义不明的生理和生化改变亚临床改变临床中毒甚至死亡靶器官 ：外源化学物可以直接发挥毒作用的器官就称为该物质的靶器官。许多化学物质有特定的靶器官，另有一些则作用于同一个或同几个靶器官。 在同一靶器官产生相同毒效应的化学物质，其作用机制可能不同。 某个特定的器官成为毒物的靶器官可能有多种原因：该器官的血液供应；存在特殊的酶或生化途径；器官的功能和在体内的解剖位置；对特异性损伤的易感性；对损伤的修复能力；具有特殊的摄入系统；代谢毒物的能力和活化解毒系统平衡；毒物与特殊的生物大分子结合等。 生物学标志：指针对通过生物学屏障进入组织或体液的化学物质即其代谢产物、以及它们所引起的生物学效应而采用的检测指标，可分为接触生物学标志、效应生物学标志和易感性生物学标志三类。接触生物学标志:是对各种组织、体液或排泄物中存在的化学物质及其代谢产物，或它们与内源性物质作用的反应产物的测定值，可提供有关化学物质暴露的信息。包括体内剂量标志和生物效应剂量标志。体内剂量标志可以反映机体中特定化学物质及其代谢物的含量，即内剂量或靶剂量。如检测人体的某些生物材料如血液、尿液、头发中的铅、汞、镉等重金属含量可以准确判断其机体暴露水平。生物效应剂量标志可以反映化学物质及其代谢产物与某些组织细胞或靶分子相互作用所形成的反应产物含量。效应生物学标志：指机体中可测出的生化、生理、行为等方面 的异常或病理组织学方面的改变，可反映与不同靶剂量的外源化学物或其代谢物有关联的对健康有害效应的信息。包括反映早期生物效应、结构和或功能改变、及疾病三类标志物。 易感性生物学标志：是关于个体对外源化学物的生物易感性的指标，即反映机体先天具有或后天获得的对接触外源性物质产生反应能力的指标。如外源化学物在接触者体内代谢酶及靶分子的基因多态性，属遗传易感性标志物。环境因素作为应激原时，机体的神经、内分泌和免疫系统的反应及适应性，亦可反映机体的易感性。易感性生物学标志可用以筛检易感人群，保护高危人群。生物学标志意义通过动物体内试验和体外试验研究生物学标志并推广到人体和人群研究，生物学标志可能成为评价外源化学物对人体健康状况影响的有力工具。接触标志用于人群可定量确定个体的暴露水平；效应标志可将人体暴露与环境引起的疾病提供联系，可用于确定剂量反应关系和有助于在高剂量暴露下获得的动物实验资料外推人群低剂量暴露的危险度；易感性标志可鉴定易感个体和易感人群，应在危险度评价和危险度管理中予以充分的考虑。 第二节 剂量、剂量量反应关系和剂量质反应关系剂量：是决定外源化学物对机体损害作用的重要因素。接触剂量又称外剂量是指外源化学物与机体(如人、指示生物、生态系统)的接触剂量，可以是单次接触或某浓度下一定时间的持续接触。 吸收剂量又称内剂量是指外源化学物穿过一种或多种生物屏障，吸收进入体内的剂量。到达剂量又称靶剂量或生物有效剂量是指吸收后到达靶器官(如组织、细胞)的外源化学物和或其代谢产物的剂量。 量反应与质反应反应：指化学物质与机体接触后引起的生物学改变。分为量反应和质反应两类。量反应通常与表示化学物质在个体中引起的毒效应强度的变化。属于计量资料，有强度和性质的差别，可以某种测量数值表示。这类效应称为量反应。质反应：用于表示化学物质在群体中引起的某种毒效应的发生比例。属于计数资料，没有强度的差别，不能以具体的数值表示，而只能以“阴性或阳性”、“有或无”来表示，如死亡或存活、患病或未患病等，称为质反应。 剂量-量反应关系和剂量-质反应关系剂量量反应关系：表示化学物质的剂量与个体中发生的量反应强度之间的关系。剂量质反应关系：表示化学物质的剂量与某一群体中指反应发生率之间的关系。剂量量反应关系和剂量质反应关系统称为剂量反应关系，剂量反应关系的存在被视为受试物与机体损伤之间存在因果关系的证据。 剂量-反应曲线 S形曲线直线 抛物线 毒性的描述方法第三节 表示毒性常用指标 比较相同剂量外源化学物引起的毒作用强度 比较引起相同的毒作用的外源化学物剂量 毒性参数 毒性上限参数（在急性毒性试验中以死亡为终点的各项毒性参数） 毒性下限参数（有害作用阈剂量及最大未观察到有害作用剂量）致死剂量或浓度指在急性毒性试验中外源化学物引起受试实验动物死亡的剂量或浓度，通常按照引起动物不同死亡率所需的剂量来表示绝对致死量或浓度(LD100或LC100)：指引起一组受试实验动物全部死亡的最低剂量或浓度半数致死剂量或浓度(LD50或LC50)：指引起一组受试实验动物半数死亡的剂量或浓度最小致死剂量或浓度(MLD，LD01或MLC，LC01)：指一组受试实验动物中，仅引起个别动物死亡的最小剂量或浓度最大耐受剂量或浓度(MTD，LD0或MTC，LC0)：指一组受试实验动物中，不引起动物死亡的最大剂量或浓度。阈剂量和最大无作用剂量 阈剂量指化学物质引起受试对象中的少数个体出现某种最轻微的异常改变所需要的最低剂量，又称为最小有作用剂量（MEL）。急性阈剂量（ Limac）为与化学物质一次接触所得。慢性阈剂量（ Limch）则为长期反复多次接触所得。 观察到的损害作用的最低剂量LOAEL在规定的暴露条件下，通过实验和观察，一种物质引起机体(人或实验动物)形态、功能、生长、发育或寿命某种有害改变的最低剂量或浓度，此种有害改变与同一物种、品系的正常(对照)机体是可以区别的。最大无作用剂量（ED0）指化学物质在一定时间内，按一定方式与机体接触，用现代的检测方法和最灵敏的观察指标不能发现任何损害作用的最高剂量。 未观察到的损害作用剂量(NOAEL) 在规定的暴露条件下，通过实验和观察，一种物质不引起机体(人或实验动物)形态、功能、生长、发育或寿命可检测到的有害改变的最高剂量或浓度。毒作用带是表示化学物质毒性和毒作用特点的重要参数之一，分为急性毒作用带与慢性毒作用带。 急性毒作用带（Zac）为半数致死剂量与急性阈剂量的比值，表示为：Zac=LD50/Limac Zac值小，说明化学物质从产生轻微损害到导致急性死亡的剂量范围窄，引起死亡的危险性大；反之，则说明引起死亡的危险性小。 慢性毒作用带（Zch）为急性阈剂量与慢性阈剂量的比值，表示为： Zch= Limac /Limch Zch值大，说明Limac 与Limch之间的剂量范围大，由极轻微的毒效应到较为明显的中毒表现之间发生发展的过程较为隐匿，易被忽视，故发生慢性中毒的危险性大；反之，则说明发生慢性中毒的危险性小。 第四节 安全限值 安全限值即卫生标准 是指为保护人群健康，对生活和生产环境和各种介质(空气、水、食物、土壤等)中与人群身体健康有关的各种因素(物理、化学和生物)所规定的浓度和接触时间的限制性量值，在低于此种浓度和接触时间内，根据现有的知识，不会观察到任何直接和或间接的有害作用。也就是说，在低于此种浓度和接触时间内，对个体或群体健康的危险度是可忽略的。动物试验外推到人通常有三种基本的方法：利用不确定系数(安全系数)；利用药物动力学外推(广泛用于药品安全性评价并考虑到受体敏感性的差别)，利用数学模型。每日容许摄人量(ADI)是允许正常成人每日由外环境摄入体内的特定化学物质的总量。在此剂量下，终身每日摄入该化学物质不会对人体健康造成任何可测量出的健康危害。最高容许浓度(MAC)指某一外源化学物可以在环境中存在而不致对人体造成任何损害作用的浓度。阈限量(TLV)为美国政府工业卫生学家委员会推荐的生产车间空气中有害物质的职业接触限值。为绝大多数工人每天反复接触不致引起损害作用的浓度。 参考剂量(RfD)是指一种日平均剂量和估计值。人群(包括敏感亚群)终身暴露于该水平时，预期在一生中发生非致癌(或非致突变)性有害效应的危险度很低，在实际上是不可检出的。第三章 外源化学物在体内的生物转运被动转运：绝大多数毒物按此方式通过生物膜特点： 顺膜两侧浓度差转运 高 到 低 不消耗能量不需载体，无饱和性各物质之间无竞争性抑制现象体液pH对毒物被动转运的影响主动转运特点：逆浓度差转运消耗能量需载体，有饱和性 有竞争性抑制现象易化扩散特点：不需要能量，有饱和性 特殊转运：液体毒物：吞饮作用颗粒毒物：吞噬作用主要影响毒物通过细胞膜的因素物质的脂溶性膜面积与厚度 毒物的浓度差局部血流量第一节 生物膜和生物转运影响生物转运的因素：外源化学物本身的结构、分子量的大小、脂/水分配系数的大小、带电性、与内源性物质的相似性等。影响简单扩散的主要因素：生物膜的浓度梯度、厚度、面积、脂/水分配系数、解离度等。脂/水分配系数：化学物在含有脂和水的体系中，在分配达到平衡时在脂相和水相的溶解度比值。吸收:外源化学物从接触部位，通常是机体的外表面或内表面的生物膜转运至血循环的过程。一、经胃肠道吸收：毒物吸收最重要的部位之一吸收的特点和影响因素：小肠的结构特点影响消化道对毒物吸收速度的因素： 1.毒物的理化性质2.胃肠道存留食物的多少3. 毒物在胃肠道各部位的停留时间4. 胃肠道的吸收面积和吸收能力5. 胃肠道局部的pH6. 胃肠道的分泌能力7. 肠道的微生物菌丛2、 经呼吸道吸收：气体、挥发性溶剂或颗粒可经由肺部吸收。呼吸道表面积30 100M2，毛细血管网的总长度约2000km影响因素：吸收部位气态物质的水溶性:气体在呼吸膜两侧的分压达到动态平衡时，在血液内的浓度与在肺泡空气中的浓度之比。 三、经皮肤吸收：成人的体表面积约1.8平方米影响毒物通过皮肤吸收的因素1.毒物的性质和浓度2.皮肤的酸碱度、水分含量、面积和厚度。3.皮肤的解剖和生理特性（年龄、种族和种属）不同部位皮肤对毒物的通透性不同：阴囊腹部额部手掌足底四、其它：注射 分布指外源化学物吸收进入血流或淋巴液后，随体循环分散到全身组织器官的过程。不同的外源化学物在体内各器官组织的分布不均匀。 影响因素：组织或器官的血流量、外源化学物的亲合力。一、毒物在组织中的贮存：毒理学意义（双重）血浆蛋白质作为贮存库：可逆影响转运不同毒物与血浆蛋白结合率不同化学毒物之间有竞争性肝脏和肾脏作为贮存库脂肪组织作为贮存库高脂溶性的有机化合物骨骼组织作为贮存库含有氟、铅等金属的化合物 二、特殊的屏障：血脑屏障 胎盘屏障 其他屏障第四节 排 泄排泄是外源化学物及其代谢产物向机体外转运的过程，是生物转运的最后一个环节。肾脏排泄： 肾小球过滤 肾小管重吸收 肾小管分泌粪便排泄：与未吸收的食物混合 胆汁排泄 肠肝循环 肺排泄 其他：乳汁排泄第五节 毒物的代谢转化一、生物转化和毒物代谢酶：生物转化：外源化学物在机体内经多种酶催化的代谢转化。 相反应和相反应代谢产物：生物转化的产物。主要担负生物转化的器官是肝脏。其他器官如肾脏、小肠、肺脏和皮肤等的生物转化能力明显低于肝脏。生物转化的意义：水溶性增加、毒性降低代谢解毒：经生物转化大部分外源化学物的代谢产物，毒性降低，易于排出体外，此为解毒反应。代谢活化：经生物转化其毒性被增强的现象。生成亲电子剂、自由基、亲核剂、氧化 还原剂。生物转化酶的基本特征：广泛的底物特异性某些酶具有多态性具有立体选择性有结构酶和诱导酶之分毒物代谢酶的分布：肝脏：不同组织对外源化学物生物转化能力的显著区别对于解释化学物损伤的组织特异性具有重要的毒理学意义。内质网（微粒体）或脂质的可溶部分（胞浆）二、相反应：指经过氧化、还原和水解等反应使外源化学物暴露或产生极性基团，如-OH、-NH2、-SH、-COOH等，水溶性增高并成为适合于相反应的底物。相反应指具有一定极性的外源化学物与内源性辅因子(结合基团)进行化学结合的反应。内源性辅因子需要经生物合成来提供。除乙酰基和甲基结合反应外，其他相反应都使外源化学物的水溶性显著增加，促进其排泄。葡糖醛酸结合、硫酸结合、乙酰化作用、甲基化作用涉及活化的(“高能”的)辅因子，而与谷胱甘肽(GSH)结合和与氨基酸结合则是与活化的外源化学物反应。大多数相生物转化酶存在于胞浆，但UDP-葡糖醛酸转移酶是微粒体酶。一般可以将内源性辅因子作为体内的防御性因子，但有例外。有些具有极性基团的外源化学物可以不经过相反应而直接参与相反应。结合反映的类型：葡糖醛酸结合硫酸结合乙酰化作用甲基化作用 谷胱甘肽(GSH)结合 氨基酸结合 结合酶：UDP-葡糖醛酸转移酶磺酸转移酶乙酰基转移酶甲基转移酶谷胱甘肽-S-转移酶酰基转移酶 四、影响生物转化的因素：代谢是化学物毒作用的决定因素。很多因素可影响外源化学物生物转化，包括机体的遗传生理因素和环境因素两大类。遗传生理因素有动物的物种、性别、年龄等，常体现在代谢酶的种类、数量和活性的差异上，代谢酶的多态性也是影响毒性反应个体差异的重要因素。各种环境因素主要通过影响代谢酶和辅酶的合成过程以及催化过程来干扰外源化学物的生物转化，如代谢酶的诱导和抑制。另外，其他影响因素还有营养状态、疾病等。 代谢酶多态性外源化学物代谢酶的诱导(诱导指有些外源化学物可使某些代谢过程催化酶系的酶蛋白的合成量增加，伴有活力增强。能引起酶诱导的物质称为诱导剂。 ）外源化学物代谢酶的抑制外源化学物代谢酶的诱导。P-450系的诱导剂有5类：巴比妥类，如苯巴比妥(PB)诱导2B1/2、2C、3A1/2；多环芳烃类，如3-甲基胆蒽(3MC)、TCDD(2,3,7,8-四氯二苯二恶烷，二恶英)等，诱导1A1/2；醇酮，如乙醇、异烟阱，诱导2E1；甾类，如孕烯醇酮16-腈、地塞米松，诱导3A1/2；氯贝特(安妥明)类过氧化物酶体诱导剂，诱导4A1/2。此外,多氯联苯(PCB)兼有PB和3MC样诱导作用。 诱导剂对外源化学物代谢和毒作用的影响可有以下几种：(1)如果化学物仅经一个途径代谢，诱导可增加其代谢速率。如该化学物经此途径代谢解毒，诱导可降低毒性。(2)如果化学物经几个途径代谢，而仅有一个途径被诱导，诱导可改变这些代谢途径间的平衡，增强或降低毒性。(3)如被诱导的同工酶不涉及某化学物的代谢，则诱导不影响该化学物的代谢。(4)诱导还可能改变酶促反应的立体化学特异性。 抑制作用可以分为几种类型。(1)抑制物与酶的活性中心发生可逆或不可逆性结合。(2)两种不同的化学物在同一个酶的活性中心发生竞争性抑制。(3)减少酶的合成。(4)破坏酶。(5) 变构作用。(6)缺乏辅因子。马来酸二乙酯可耗尽GSH，抑制其他化学物经GSH结合代谢。 第四章 毒性机制 第一节 外源化学的增毒与终毒物的形成终毒物指与内源靶分子（如受体、酶、DNA、微丝蛋白、脂质）反应或严重地改变生物学（微）环境、启动结构和（或）功能而表现出毒性的物质。终毒物可为机体所暴露的原化学物（母化合物）；而另外一些毒物的毒性主要是由于其代谢物引起，生物转化为有害产物的过程称为增毒或代谢活化。最为多见的情况是增毒使外源化学物如氧和氧化氮（NO）转变为：亲电子、自由基、亲核物、氧化还原性反应物。毒效应的强度主要取决于终毒物在其作用位点的浓度及持续时间。 对于某些外源化学物，增毒过程使生物学微环境和它们的化学结构发生了不利于机体的变化，例如，由乙二醇形成的草酸可引起酸中毒和低血钙，并可因草酸钙沉淀而导致肾小管阻塞。 有时化学物通过生物转化而获得更有效地与特定受体或酶相互作用的结构特征和反应性。例如，有机磷杀虫剂对硫磷转化为一种高活性的胆碱酯酶抑制剂对氧磷。亲电子剂是含有一个缺电子原子（带部分或全部正电荷）的分子。该缺电子原子中的部分或全部阳电荷使其很容易通过共享电子对的方式与亲核剂中富含电子的原子反应。化学物在代谢活化时形成非离子亲电子剂。亲电子剂经常是在外源化合物被细胞色素P-450或其他酶氧化成酮类、环氧化物及芳烃氧化物、,-不饱和酮及醛类、醌类或醌亚胺类以及酰基卤等过程中形成的。自由基是独立游离存在的带有不成对电子的分子、原子或离子。自由基主要是由于化合物的共价键发生均裂而产生。其共同特点是：具有顺磁性、其化学性质十分活泼、反应性极高，因而半减期极短，一般仅能以s计，作用半径短。在与生物体有关的自由基中，最主要的是氧中心自由基，这类自由基持续不断地在机体内产生。自由基在生物体内来源有二：一是细胞正常生理过程产生；二是化学毒物在体内代谢过程产生。许多外来化合物可通过各种不同途径产生自由基，但其中最主要的途径是通过氧化还原反应亲核物的形成是毒物活化作用较少见的一种机制。除了上述那些机制外，还存在着一种特殊的产生氧化还原活性还原剂的机制。引起高铁血红蛋白的亚硝酸盐，既可在小肠中由硝酸盐经细菌还原生成，也可由亚硝酸酯或硝酸酯与谷胱甘肽反应而生成。还原性化合物如抗坏血酸等以及NADPH依赖性黄素酶等还原酶可使Cr6+还原为Cr5+。Cr5+反过来又可催化HO生成。 解毒：排除终毒物或阻止其形成的生物转化过程。解毒可以几种途径进行，取决于有毒物质的化学特征。（1）无功能基团毒物的解毒：一般情况下，苯和甲苯等不含功能基团化学物的解毒分两相。首先，通常由细胞色素P450将羧基和羟基等功能基团引入分子中。随后，通过转移酶将内源性酸如葡糖醛酸、硫酸或氨基酸结合到这些功能基团上。除了某些例外，多数化合物的最终产物无反应活性，是易于排泄的高度亲水的有机酸。（2）亲电子剂的解毒：亲电性毒物较为普遍的解毒方式是与亲核剂谷胱苷肽结合。该结合反应可以是自发的，也可由谷胱甘肽-S-转移酶催化。Ag+、Cd2+、Hg2+和CH3Hg+等金属离子易与谷胱甘肽结合而解毒。亲电子剂较为特殊的解毒机制是环氧化物和芳烃环氧化物被环氧化物水化酶催化分别生成二醇类及二氢二醇类化合物。其他的解毒方式还有，由DL-黄递酶催化氢醌的双电子还原反应；醇脱氢酶催化,-不饱和醛还原成醇，或醛脱氢酶催化,-不饱和醛氧化成酸;金属硫蛋白与有巯基反应活性的金属离子形成复合物；具有氧化-还原活性的亚铁离子可为铁蛋白结合解毒。（3） 亲核剂的解毒：亲核剂一般通过亲核性功能基团的结合反应进行解毒。羟化的化合物通过硫酸化作用、葡萄糖醛酸化作用、偶尔也通过甲基化作用来结合。这些反应防止由过氧化物酶催化的亲核物转变为自由基。（4） 自由基的解毒：通过超氧化物歧化酶(SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPO）或过氧化物酶体中的过氧化氢酶（CAT）来实施的。（5）蛋白毒素的解毒：胞内或胞外的蛋白酶可能在毒性多肽的解毒中起作用。 解毒可因下述几种原因而失效：1毒物可能使解毒过程失效（引起解毒酶耗竭、抗氧化剂等就导致解毒失效而终毒物的蓄积。）2偶尔可见某种具有反应活性的毒物使解毒酶失活。 3某些结合反应可被逆转4有时解毒过程产生潜在的有害副产物【在自由基解毒过程中产生如谷胱甘肽自由基和谷胱甘肽二硫化物。】终毒物与靶分子的交互作用触发毒性效应需考虑以下几个方面：靶分子的属性；终毒物与靶分子之间反应的类型；毒物对靶分子的效应。实际上所有的内源化合物都是毒物潜在的靶标，然而毒理学上相关的靶标是大分子，如核酸（特别是DNA）和蛋白质。在小分子中，膜脂质最为常见。内源性分子作为一个靶分子必须具有合适的反应性和（或）空间构型，以容许终毒物发生共价或非共价反应。为了发生这些反应，靶分子必须接触足够高浓度的终毒物，因此，处于反应活性化学物邻近或接近它们形成部位的内源性分子常常是靶分子。活性代谢物的第一个靶分子常常是催化这些代谢物形成的酶或邻近的细胞内结构，一、反应的类型：非共价结合:通过非极性交互作用或氢键与离子键的形成，具有代表性的是毒物与膜受体、细胞内受体、离子通道以及某些酶等靶分子的交互作用。非共价结合通常是可逆的，因为这种结合的键能相对较低。共价结合:指化学毒物或其具有活性的代谢产物与机体的一些重要大分子发生共价结合，从而改变核酸、蛋白质、酶、膜脂质等生物大分子的化学结构与其生物学功能。加合物指活性化学物与细胞大分子之间通过共价键形成的稳定复合物。共价结合实际上是不可逆的，由于这种结合持久地改变内源分子，因此具有重要的毒理学意义。共价加合物的形成常见于亲电毒物，如非离子和阳离子亲电物以及自由基阳离子。去氢反应：自由基可迅速从内源化合物去除氢原子，将这些化合物转变为自由基。电子转移：化学物能将血红蛋白中的Fe2+氧化为Fe3+，形成高铁血红蛋白血症。亚硝酸盐能氧化血红蛋白，而N一羟基芳胺（如氨苯钒羟胺）。 毒物对靶分子的影响(一)脂质过氧化损害：脂质过氧化：指主要由自由基引起的多不饱和脂肪酸的氧化作用对生物膜具有强烈的破坏作用。 1.自由基的形成与脂质过氧化的关系 启动阶段：脂质过氧化是由一些脂链侧链甲叉碳上除去一个氢的化合物所启动。OH是最重要的脂质过氧化的诱导物。发展阶段：已形成的自由基将作为启动子而产生新的自由基，使反应发展下去。在发展阶段中，形成的自由基总数保持不变，一种自由基团可经多种反应转变成另一种形式的自由基团。去氢后的碳原子形成中心自由基(L)。与脂质过氧化反应关系最重要的是脂质过氧化自由基和脂质过氧化物的形成。终止阶段：只有二个自由基相互作用，才能使自由基反应链终止，消除自由基。2脂质过氧化的后果：细胞器和细胞膜结构的改变和功能障碍。脂质过氧化物的分解产物具有细胞毒性，其中特别有害的是一些不饱和醛类。对DNA影响：一是脂质过氧化自由基和烷基自由基可引起DNA碱基，特别是鸟嘌呤碱基的氧化；一是脂质过氧化物的分解产物，丙二醛可以共价结合方式导致DNA链断裂和交联对低密度脂蛋白(LDL)的作用。 （二）蛋白质的氧化损伤1机制：(1)对脂肪族氨基酸氧化损伤最常见的途径为：在-位置上将一个氢原子除去，形成C中心自由基，再加氧其上，生成过氧基衍生物。后者分解成NH3及-酮酸，或生成NH3、CO2与醛类或羧酸，破坏脂肪族氨基酸的结构。(2)芳香氨基酸很少出现-除氢，而多出现羟基衍生物。后者可将苯环打开或在酪氨酸处交联成二聚体。(3)由过渡金属介导出现氧化损伤，主要通过Fenton反应。其损伤特点为部位特异性。因为，在蛋白质结构内只有某个或几个金属结合部位的氨基酸受到影响。(4)脂质过氧化的自由基中间产物作用，2后果：氧化的后果是凝集与交联，或是蛋白质的降解与断裂，这主要取决于蛋白质成分的特征及自由基的种类。对蛋白质影响表现在二个方面：直接作用 间接作用 （三）核酸的氧化损伤： 1碱基损伤 活性氧攻击DNA的靶位点是腺嘌呤与鸟嘌呤的C8，嘧啶的C5与C6双键。其可能的机制为：氧自由基直接作用于双键部位，使之获得一个加合基而改变其结构。OH使脱氧核苷脱嘌呤，即自由基可使DNA链上出现无嘌呤或无嘧啶部位。OH可以自动从胸嘧啶的甲基中除去H原子。2DNA链断裂： OH对DNA的攻击，主要针对DNA分子中的核糖部分，可能的位置在DNA分子中核糖的3和4碳位上，造成DNA链的断裂。自由基对胸腺嘧啶碱基作用，造成的损害经修复酶切除，可产生类似的单链断裂。氧化应激可启动细胞内的一系列代谢过程，激活核酸酶，导致DNA链的断裂。DNA链断裂在基因突变的形成过程中有重要意义。DNA链断裂后，有下列途径产生突变：DNA链断裂造成部分碱基的缺失；DNA链断裂后，正常的细胞将启动修复过程，多种酶可以辨别DNA内异常，并通过切割、再合成、重合等途径使之修复。如酶也受自由基破坏或功能难以达到修复的要求，可能造成被修复的DNA碱基的错误掺入和错误编码；可能引起癌基因的活化，或抑癌基因的失活。第三节 细胞功能障碍与毒性一 毒物引起的细胞调节功能障碍：（一）基因表达调节障碍： 1 转录调节障碍：遗传信息从DNA转录给mRNA 主要受转录因子（TFs）与基因的调节或启动区域间的相互作用所控制。通过与这一区域的核苷酸序列相结合，激活的转录因子促进前起始复合物的形成，促使相毗邻的基因的转录。外源化学物可与基因的启动子区域、转录因子或前起始复合物的其他元件交互作用，然而，转录因子激活作用的改变似乎是最常见的方式。 2、信号转导调节障碍：细胞外信号分子，如生长因子、细胞因子、激素和神经递质能利用细胞表面受体和细胞内信号转导网络激活TFs。这些TFs控制着影响细胞周期进展、决定细胞结局的基因的转录活性，如c-Fos 和c-Jun蛋白等。化学物可通过多种途径引起信号转导的异常，最常见的是通过改变蛋白磷酸化，偶尔也通过干扰G蛋白（Ras）的GTPase活性、破坏正常的蛋白质蛋白质交互作用、建立异常的交互作用、改变信号蛋白的合成与降解。 （二）细胞瞬息活动的调节障碍：特定细胞正常运行的控制是通过作用与膜受体的信号分子来实施的，这些受体通过调节Ca2+进入胞浆或刺激细胞内第二信息的酶促形成而传递信号。 Ca2+或其他第二信息最终改变功能蛋白质的磷酸化，改变其活性，随后几乎立即引起细胞功能的变化。毒物可通过中断信号连接过程中的任何一个步骤而影响细胞的瞬息活动。 二、毒物引起的细胞维持功能改变 ：ATP耗竭：ATP作为生物合成的化学物质和能量的主要来源在细胞维持中起核心作用。它对肌肉收缩和细胞骨架的聚合作用、细胞运动、细胞分裂、囊泡转运提供能量和维持细胞形态都是必不可少的。化学能通过ATP水解为ADP或AMP的形式来释放。ADP在线粒体中由ATP合酶重新磷酸化。化学物可阻碍这些过程，干扰线粒体ATP合成。细胞内Ca2+稳态失调： 细胞内钙稳态 在细胞静息状态下细胞内游离的Ca2+仅为10-7mol/L，而细胞外液Ca2+则达10-3mol/L。当细胞处于兴奋状态，第一信使转递信息，则细胞内游离Ca2+迅速增多可达10-5mol/L，此后再降低至10-7mol/L，完成信息转递循环。认为Ca2+是体内第二信使。上述Ca2+浓度的变化过程呈稳态状，称为细胞内钙稳态。 在细胞内的钙有两种类型，游离的钙离子和与蛋白质结合的钙。与钙结合的蛋白有两种类型，一是结合在细胞膜或细胞器膜内的蛋白质上，二是结合在可溶性蛋白质上。激动剂刺激引起细胞Ca2+动员，可调节细胞的多种生物功能，包括肌肉收缩、神经转导、细胞分泌、细胞分化和增殖。Ca2+在细胞功能的调节中起了一种信使作用，负责将激动剂的刺激信号传给细胞内各种酶反应系统或功能性蛋白。 Ca2+信使作用实现 Ca2+与钙结合蛋白:如钙调蛋白(CaM)。Ca2+与cAMP： Ca2+与蛋白激酶C(PKC)、磷脂酶C(PLC)： Ca2+与离子通道： 细胞钙稳态的紊乱与细胞毒性 重金属离子 主要有铅和镉。铅一方面与Ca2+及CaM结合，激活Ca-CaM依赖酶系。另一方面高浓度时与细胞内巯基激活，可抑制Ca-CaM依赖酶系，并呈剂量依赖的双相效应。可见铅的中毒机制中Ca2+有重要意义。镉可使CaM含量减少。表现为免疫系统、雄性生殖系统以及心肌等改变，有的可用钙调素拮抗剂来预防或减轻损伤作用。农药 拟除虫菊酯为神经毒化合物，有研究发现它可使神经细胞内游离钙浓度增高，可能与其抑制Ca2+，Mg2+-ATPase、CaM和磷酸二酯酶(PEE)有关。当然，拟除虫菊酪对钙稳态的影响有复杂的机制，且与其具体化学结构有关。 四氯化碳它可抑制肝细胞微粒体Ca2+ - ATPase，表现为肝内质网酶活性改变及钙的蓄积。其机制可能是CCl4可在肝脏氧化产生自由基，后者攻击Ca2+ -ATPase上的巯基，使酶活性下降；另外，Ca2+浓度增加，可激活某些酶，如磷酸化酶a。 钙稳态失调的机制 细胞内钙稳态的失调细胞Ca2+信号的改变在各种病理及毒理学过程中起重要的作用。在细胞受损时可导致Ca2+内流增加，或Ca2+从细胞内贮存部位释放增加，或抑制细胞膜向外逐出Ca2+，表现为细胞内Ca2+浓度不可控制的持续增加，即打破细胞内钙稳态，或称为细胞内钙稳态的失调。 钙稳态失调学说Ca2+这种失调或紊乱，将完全破坏正常生命活动所必需的由激素和生长因子刺激而产生的短暂的Ca2+瞬变，危及细胞器的功能和细胞骨架结构，最终激活不可逆的细胞成分的分解代谢过程。这就是所谓中毒机制中钙稳态失调学说。 钙的浓度变化，可通过下列途径造成细胞损伤： 正常的激素和生长因子刺激的Ca2+信号的受损。 钙依赖性降解酶的活化，包括蛋白酶、磷脂酶和核酸内切酶。 损伤细胞骨架 损害线粒体与细胞凋亡有关 这三种中毒机理理论归纳起来：（一）共价结合学说 （二）脂质过氧化学说（三）细胞内钙稳态失调学说第 五 章影响毒性作用的因素外源化学物或其代谢产物必须具有生物学活性的形式到达靶器官、靶细胞，达到有效的剂量、浓度，持续足够时间，并与靶分子相互作用，或改变其微环境，才能够造成毒性作用，任何影响这一过程的因素都会影响化学物的毒性作用。 毒性作用是毒物与生物(人或动物)机体相互作用的结果。毒性作用出现的性质和强度主要受四个方面的影响：化学物因素毒物与机体所处的环境条件机体因素化学物的联合作用第一节 化学物因素1、取代基的影响烷烃类的氢若为卤族元素取代时其毒性增强，对肝的毒作用增加；且取代愈多，毒性愈大， CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 邻位间位，分子对称的不对称的。 3、同系物的碳原子数和结构的影响： 烷、醇、酮等碳氢化合物，碳原子愈多毒性愈大(甲醇与甲醛除外)。但碳原子数超过一定限度时(一般为79个碳原子)，毒性反而下降(如戊烷毒性作用己烷庚烷，但辛烷毒性迅速减低) 。4、分子饱和度碳原子数相同时，不饱和键增加其毒性增加，如乙烷的毒性乙烯的毒性腹腔注射肌肉注射经口经皮。 第二节 机体因素 一、物种间遗传学差异：不同物种、品系的动物由于其遗传因素决定了对外来化合物代谢转化方式和转化速率的差异。转化方式不同可能因某些动物体内代谢反应类型有缺陷，从而产生不同的代谢产物，表现出不同的毒作用。一、物种间遗传学差异：代谢的差异：包括量和质的差异，是影响化学物毒性的主要因素。量的差异意味着占优势的代谢途径不同，可导致毒性反应的不同。代谢酶还存在质的差异。二、个体间遗传学差异：同一物种同一品系的不同群体动物，在相同条件下，接触一种外来化合物均有不同的剂量反应关系，说明实验动物存在个体差异。其个体差异的原因极为复杂，主要有如下几方面：代谢酶的多态性：相酶 1氧化代谢酶 (细胞色素P-450)2酯酶 3. 环氧水化酶(，EH) 相酶 1谷胱苷肽转移酶(GST) 2其它相酶： 硫转移酶(ST)、甲基转移酶(MT)、乙酰基转移酶(NAT) 修复功能的个体差异：机体所有大分子在其损伤后都会出现相应的修复系统，其作用为将受损伤部位除去，再将空出部分按原样合成一个新的部分予以填补，使原有的结构和功能得以恢复。这些过程是由于不同功能的酶参与的。各种修复酶亦可能出现多态性，使修复功能出现明显个体差异。 受体与毒作用的敏感性：蛋白质对于各种外源化学物包括毒物的辨认、结合有高度的特异性与敏感性，结果会影响到外源化学物的生物活性。高等生物体内还有一类重要蛋白质就是受体蛋白，它是毒作用的靶分子，不同毒物作用于不同的受体上。三、宿主其它因素对于毒作用敏感性影响 (一)健康状况 (二)年龄 (三)性别 (四)生活方式 五)营养条件 六）动物笼养形式动物笼的形式、每笼装的动物数、垫笼的草和其它因素也能影响某些化学物质的毒性。 第三节 环境因素 环境因素主要指外源化学物经予实验动物染毒期间和喂养观察期间的气象条件，主要的环境因素有气温、气湿、气压和光照等。一、气象条件（一）温 度：在正常生理情况下，高气温使机体皮肤毛细血管扩张、血循环加快、呼吸加速。凡可经皮肤或经呼吸道吸收的化合物，吸收速度将加快。如对硫磷经皮肤接触，吸收量随环境气温升高增加，尤其在30以上。另一方面，高温时多汗，随汗液排出氯化钠等物质增多，胃液分泌减少、胃酸降低，影响化合物经胃肠吸收。同时排汗增多，尿量减少，易于造成经肾脏随尿排出的化合物或其代谢产物在体内存留时间延长。55种化合物在36高温环境下毒性最大， 26环境下毒性最小；引起代谢增高的毒物如五氯酚，2,4-二硝基酚在8毒性最低; 引起体温下降的毒物如氯丙嗪在8时毒性最高。（二）气湿：高气湿可造成冬季易散热，夏季不易散热，增加机体体温调节的负荷。高气湿伴高温可因汗液蒸发减少，使皮肤角质层的水合作用增加，进一步增加经皮吸收的化学物的吸收速度，并因化学物易粘附于皮肤表面而延长接触时间。 （三）气压：高气压与低气压环境条件下，接触外来化合物可以引起外来化合物的毒性改变。例如在代气压（如高原）士的宁的毒性降低，但氨基丙苯毒性增强。二、季节或昼夜节律 第四节 化学物的联合作用两种以上化学物同时或先后作用于机体时产生的交互毒性作用。有五种类型：相加作用：指多种化学物同时存在时的毒效应为各化学物分别作用时毒效应的总和。 例：甲拌磷与乙酰甲胺磷 谷硫磷与苯硫磷 谷硫磷与敌百虫独立作用由于不同性质的毒物有不同的作用部位、不同的靶子，而这些部位与靶子之间在功能关系上不密切，因而出现各自不同的毒效应。协同作用多种化学物同时存在时的毒效应超过各单个化学物分别作用时毒物效应的总和。加强作用指一种化学物对某器官或系统并无毒性，但与另一种化学物同时或先后暴露时使其毒性效应增强，称为加强作用。拮抗作用多种化学物同时存在时的毒效应低于各化合物分别作用时毒效应的总和 。第六章 化学毒物的一般毒性作用急性毒性作用一、急性毒性和急性毒性试验的目的 二、急性毒性试验 三、急性毒性分级一、急性毒性和急性毒性试验的目的急性毒性指机体(人或试验动物)一次接触或24小时内多次接触化学物后在短期(最长到14天)内所发生的毒性效应，包括一般行为、外观改变、大体形态变化以及死亡效应。 目的测试和求出化学毒物对一种或几种试验动物的致死量(以LD50表示)以及其它的急性毒性参数，了解急性毒作用强度。并通过观察动物中毒表现和死亡的情况，了解急性毒作用性质、可能的靶器官和致死原因，提供化学毒物的急性中毒资料、初步评价对人体产生损害的危险性。探求化学毒物急性毒性的剂量反应关系与中毒特征。为亚慢性、慢性毒性作用试验的染毒剂量设计提供参考依据。研究化学毒物急性中毒的预防和急救治疗措施。为毒理学机制研究提供线索 。 急性毒性试验常用的毒性参数：LD50/LC50 Zac （LD50/Limac） LD84/LD16(或LC84LC16) 剂量反应曲线斜率 二、急性毒性试验(一)试验动物原则：急性毒性试验要求选择对化学毒物的代谢和毒效应表现与人的反应尽可能一致的试验动物。动物易于获得品系纯化价格较低和易于饲养等条件。 1试验动物的种属和品系试验动物的年龄和体重：3.试验动物的性别：4.动物数量与随机分组：5.禁食：6.实验动物的预检（二）试验动物的饲养环境恒定的温度：223湿度：3070%照度：昼夜各半饲料合格、饮水合格、垫料合格（三）染毒途径的选择 染毒途径的选择需考虑：模拟人在生活和生产环境中实际接触受试物的途径和方式；有利于不同化学物之间急性毒性大小的比较；受试物的性质和用途；各种受试物毒性评价程序的要求等。最常用的染毒途径为经口、经呼吸道、经皮及注射途径。 （四）染毒剂量与分组: 1查阅文献了解化学毒物的结构式、分子量、常温常压下的状态、熔点、沸点、密度、闪点、挥发度、蒸气压、水溶性和脂溶性等理化特性，生产批号及纯度，杂质成分与含量等。确定使用哪一种计算方法求LD50，然后再设计剂量分组。LD50的计算方法常用寇氏法、概率单位法、霍思法等。找出与受试化学毒物结构与理化性质近似的化学物的毒性资料，并以文献资料中相同的动物种系和相同接触途径所测得的LD50(LC50)值作为受试化学物的预期毒性中值。 2预试验 设定以此预期值作为待测化学物的中间剂量组，并在该剂量的上下各设计l一2个剂量组作为预试验剂量。根据确定的剂量组进行染毒。根据预试验的死亡资料确定组距。可根据以下公式计算出剂量分组： i=(lgLD90-lgLD10)(n-1) 或：i=(lgLD100-lgLD0)(n-1)式中i为组距(相邻的两个剂量组对数剂量之差)； n为设计的剂量组数。3正式试验; 一般来说、根据试验设计所选用的LD50计算方法来确定组数。例如几率单位法、寇氏法一般设610个剂量组；霍恩法固定设4个剂量组。求得i值后以最低剂量组(LD0或LD10)的对