人民卫生毒理学基础第7版卫生毒理学讲义.docx

卫生毒理学第一节毒理学的基本概念一、毒理学、毒性和毒作用（一）毒理学和卫生毒理学1.毒理学：是研究环境因子（包括化学因素、物理因素或生物因素）对生物机体和生态系统的损害作用，以及如何预防和减轻此种损害作用的科学。2.卫生毒理学：是从预防医学的角度，研究人类在生产和生活环境中，可能接触的环境因子对机体损害作用及其机制的学科。毒理学的研究领域卫生毒理学的任务对环境因子特别是外源化学物进行安全性毒理学评价和危险评定；研究机体与环境因子有害的交互作用的规律即中毒机制；为制定有关安全限值卫生标准和管理措施提供科学依据；研究预防和治疗化学物中毒的措施。（二）外源化学物、毒物、毒性和中毒1.外源化学物：是存在于人类的生产和生活环境中，可通过一定的途径接触并进入机体，并呈现一定的生物学作用的化学物质。含义同化学物、化学毒物。内源化学物：是指机体体内原已存在的物质和代谢过程中所形成的产物或中间产物。2.毒性：是指化学物对生物体引起损害作用的固有的能力。其大小取决于物质的化学结构。化学物对机体健康引起的损害作用称为毒效应。3.毒物：法规管理的名词，对于急性毒性规定在某个剂量下可引起机体出现有害作用的物质。4.中毒：生物体受到毒物作用而引起功能性或器质性改变后出现的疾病状态。根据病变发生的快慢，中毒可分为急性中毒和慢性中毒。毒理学研究化学物与生物机体有害的交互作用，毒效学研究毒物对机体作用的规律，阐明毒物引起毒效应性质和机制。毒动学和生物转化（代谢）研究机体对毒物的处置的动态变化，包括毒物在体内随时间的量变化和质变化的规律。（三）毒理学研究方法1.实验动物整体试验又称体内试验，是毒理学的标准研究方法，以整体实验动物为模型，研究实验动物接触外源化学物后产生的毒效应，动物试验的结果可外推至人。2.体外试验利用游离器官、培养的细胞或细胞器进行毒理学研究，在化学物的毒性筛查以及毒作用机制的研究方面具有很大的优越性。3.人体观察必要时可设计和进行不损害健康的受控的人体实验，但仅限于低浓度、短时间的接触，并且毒作用应有可逆性。4.流行病学研究流行病学研究的结果对确定对人体的损害作用具有重要的价值。利用流行病学方法不仅可以研究已知环境因素对人群健康的影响（从因到果），而且还可探索已知疾病的环境病因（从果到因）。（四）损害作用、非损害作用和毒效应谱1.损害作用指引起机体的生物化学改变，功能紊乱或病理损害，或者降低对外界环境的应激反应能力和易感性增高。2.非损害作用指机体发生的生物学变化应在机体代偿能力范围之内，机体维持体内稳态的能力不应降低，机体对其他外界不利因素影响的易感性也不应增高。3.外源化学物作用于生物体的毒效应谱，随剂量的增加可以表现为：外源化学物的机体负荷增加；意义不明的生理和生化改变；亚临床改变；临床中毒；死亡。外源化学物进入机体后随着剂量的变化出现生理适应、病理适应和代偿失调、中毒等效应范围。（五）毒作用分类1.速发与迟发作用速发作用指机体接触化学物后在短时间内出现的毒效应。迟发作用指机体接触化学物后，经过一定的时间间隔才表现出来的毒效应。2.局部与全身作用局部作用指发生在化学物对机体直接接触部位的损伤作用。全身作用是指化学物吸收入血后，经分布过程到达体内其他组织器官所引起的毒效应。3.可逆与不可逆作用 可逆作用指停止接触化学物后，损伤可以逐渐恢复。4.特异质反应 较为罕见，发生率可为110万1%，特异质毒性的发生依赖于化学物相关的危险因子（包括代谢，生物活化及共价结合，重要细胞功能的抑制）和人体相关危险因子（包括原有的疾病，年龄，性别，联合用药，营养状态，免疫系统的活化，体力活动和遗传易感性）等。（六）选择性毒性、靶器官和高危险人群1.选择性毒性：最早是指物种之间毒性差异，一种毒物对某一种生物或组织有损害，而对其它生物或组织器官无毒性作用，可发生在物种之间、个体内（易感器官为靶器官）和群体内（易感人群为高危险人群）。受到损害的生物或组织器官称为靶生物或靶器官。2.靶器官 化学物进入机体后，直接发挥毒作用的器官就称为该物质的靶器官。毒效应的强弱，主要取决于毒物在靶器官中的浓度。3.高危险人群 在同一环境因素暴露条件下，可有少部分人反应强烈，出现患病甚至死亡。易受环境因素损害的人群称为高危险人群。高危险人群易感性的生物学基础为：年龄、性别、遗传因素、营养状况、疾病状况等。（七）生物标志（生物标志物或生物学标记）生物标志是指外源化学物通过生物学屏障并进入组织或体液后，对该外源化学物或其所致生物学后果的测定指标，可分为接触标志、效应标志和易感性标志。1.接触生物标志是测定组织、体液或排泄物中的外源化学物、其代谢物或与内源性物质的反应产物。2.效应生物标志指机体中可检测的生化、生理、行为或其他改变的指标。反映与不同靶剂量的外源化学物或其代谢物有关联的健康有害效应的信息。3.易感性生物标志是关于个体对外源化学物的生物敏感性的指标，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。生物标志可用于：作为毒性测试的指标；外源化学物毒作用机制模式研究；动物体内试验和体外试验结果外推至人；外源化学物对人体健康危险度评定。二、暴露特征（一）暴露途径暴露途径：经口、吸入、皮、注射和局部黏膜等。化学物形态：气体（二）暴露期限和暴露频率暴露期限：毒理学一般将动物实验按染毒期限分成四个范畴：急性、短期重复剂量、亚慢性和慢性毒性试验。暴露频率：暴露频率对重复染毒引起毒作用的影响取决于化学物的消除速率和损伤的修复速率。三、剂量-效应和剂量-反应关系（一）剂量-效应和剂量-反应关系的概念1.剂量：有多种表示方式。可以指机体接触化学物的量或在试验中给予机体化学受试物的量（暴露剂量或外剂量），又可指化学物吸收入血的量（内剂量），也可指到达靶器官并与其相互作用的量（靶器官剂量或生物有效剂量）。毒理学中通常指外剂量，单位mg/Kg体重，mg/m3空气2.效应和反应根据所测定的有害作用的生物学和统计学的特点。效应是量反应（计量资料），表示暴露一定剂量外源化学物后所引起的一个生物个体、器官或组织的生物学改变。反应是质反应（计数资料），指暴露某一外源化学物的群体中出现某种效应的个体在群体中所占比例。3.剂量-效应和剂量-反应关系剂量-效应关系表示化学物的剂量与个体或群体中发生的量效应强度之间的关系。剂量-反应关系表示化学物的剂量与某一群体中质效应的发生率之间的关系。化学物的剂量越大，所引起的量反应强度应该越大，或出现的质反应发生率应该越高。这俩关系被视为受试物与机体损伤之间具有因果关系的重要证据。4.剂量-效应和剂量-反应关系曲线以表示效应强度的计量单位或表示反应的百分率或比值为纵坐标、以剂量为横坐标绘制散点图。（1）直线（2）抛物线（3）S形对称非对称（4）U形剂量-效应和剂量-反应关系的比较剂量效应关系剂量反应关系曲线量反应质反应应用个体群体基础毒理与分子生物作用统计学理论中段斜率机制相似的斜率相等易感性分布斜率位置个体易感性群体中位易感性（5）低剂量兴奋效应一些有毒物质，在高剂量时产生有害效应，而在低剂量时却具有某些兴奋效应，一些非营养性的有毒物质，在高剂量时产生有害效应，而在低剂量时却具有某些兴奋效应，也会使剂量-反应关系曲线呈U形、倒U形、J形等。（二）剂量-反应关系研究的意义确认该效应是化学物的毒性反应剂量-反应的信息可确定平均（中位数）反应剂量-反应曲线的斜率提示危害程度和有效剂量范围剂量-反应曲线左侧的形状可能表示人群中存在一定比例的极易感的亚人群。以特定的终点反应的平均值和范围可对不同化学物进行定量比较，特别是如果在类似条件下收集的信息。从剂量-反应数据可能得到未观察到效应水平（NOEL）或未观察到有害效应水平（NOAEL），也可得到基准剂量。这些参数可用于安全性评价和危险评定。【例题】下列哪项不属于卫生毒理学研究任务A.对外源化学物进行毒理学评价和危险评定B.研究机体中毒机制C.保护高危险人群D.为制定有关安全限值提供科学依据E.研究预防和治疗化学物中毒的措施答疑编号700846010201【正确答案】C【例题】外源化学物对生物体引起损害作用的固有的能力是A.毒效应谱B.毒素C.毒物D.毒性E.中毒答疑编号700846010202【正确答案】D【例题】毒效应谱包括A.负荷增加B.亚临床变化C.死亡D.致畸致癌致突变作用E.以上都是答疑编号700846010203【正确答案】E【例题】以下关于靶器官叙述不正确的是A.是化学物直接发挥毒作用的器官B.毒效应的强弱主要取决于毒物在靶的浓度C.甲基汞的靶器官是脑组织D.靶器官中毒物的浓度一定最高E.骨骼不是铅的靶器官答疑编号700846010204【正确答案】D【例题】以下不是毒理学研究方法的是A.数理统计法B.整体实验法C.体外实验法D.人体观察法E.流行病学研究答疑编号700846010205【正确答案】A【例题】气溶胶包括A.气体、蒸汽、烟B.蒸汽、烟、雾C.雾、烟、尘D.气体、雾、尘E.雾、烟、蒸汽答疑编号700846010206【正确答案】C【例题】吸收入血的外源化学物的量为A.暴露剂量B.潜在剂量C.应用剂量D.内剂量E.靶剂量答疑编号700846010207【正确答案】D【例题】关于剂量-反应关系叙述不正确的是A.确认化学物毒性B.可确定平均反应，给出易感性范围C.对不同化学物进行定量比较D.确定基准剂量，为危险度评价收集资料E.确定何种暴露途径危害更显著答疑编号700846010208【正确答案】E四、时间-反应关系在毒理学中，时间-反应关系涉及多个方面，如在某一固定剂量时，毒效应发生的时间过程，或对于相同的效应，时间与剂量的关系。1.潜伏期 指在单次剂量或短期暴露化学物后至出现第一临床的症状体征所需的时间。在暴露与效应出现之间的时间间隔取决于剂量。tDn常数t中位潜伏期，D剂量或浓度，n通常大于1并且依赖于物质、机体和测试条件。2.延迟效应 一些化学物的毒效应只有在长期暴露后才出现。灭鼠剂因毒磷抑制凝血酶原合成，当凝血酶原贮备耗竭可发生严重内出血，引起大鼠死亡。饲料浓度在3.2400mgkg，大鼠中位死亡时间为57天；饲料浓度在1.6mgkg时中位死亡时间即延长至30天。3.效应持续时间 仅用于停止暴露后可逆的效应。如果在靶器官中化学物或其代谢产物某一时间浓度超过了最小有效浓度Ceff，即可发生效应；反之则效应消失。4.暴露时间与浓度对于达到某一反应效应，暴露时间与浓度存在关系式CtK（常数）。如果物质以固定的浓度（C）存在，吸收量将与浓度和暴露时间的乘积成比例。换句话说，累积剂量与Ct成比例。当累积剂量等于有效剂量时，就发生效应。五、表示毒性的常用参数（一）致死剂量或浓度1.绝对致死剂量或浓度（LD100或LC100） 是指引起一组受试实验动物全部死亡的最低剂量或浓度。表示或比较外源化学物毒性时，一般不用该指标，由于个别个体耐受性过高。2.半数致死剂量或浓度（LD50或LC50） 是指引起一组受试实验动物半数死亡的剂量或浓度。是经统计学计算得到的数值，用以表示急性毒性的大小。LD50数值越小，表示急性毒性强。3.最小致死剂量或浓度（LD01，MLD或LC01，MLC） 是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。4.最大非致死剂量或浓度（LD0或LC0） 是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。（二）观察到损害作用的最低剂量（LOAEL）是在规定的暴露条件下，某种物质引起机体（实验动物或人）出现某种损害作用的最低剂量或浓度。（三）未观察到损害作用剂量（NOAEL）是在规定的暴露条件下，某种物质不引起机体出现可检测到的损害作用的最高剂量或浓度。比NOAEL高一个剂量组即为LOAEL，急性、短期重复剂量、亚慢性和慢性毒性试验都可分别得到各自的LOAEL和NOAEL。LOAEL和NOAEL是评价外源化学物毒作用与制定安全限值的重要依据。（四）观察到作用的最低剂量和未观察到作用剂量（LOEL和NOEL）概念同上述LOAEL和NOAEL，但描述的是非损害作用，例如治疗作用。（五）损害作用阈值指一种物质使机体开始发生效应的剂量或浓度。对某种效应，易感性不同的个体阈值不同，同一个体不同时间也可有不同的阈值。损害作用阈剂量应该在实验确定的NOAEL和LOAEL之间。在进行危险评定时通常用NOAEL作为阈值的近似值。（六）安全限值是指为保护人群健康，对某种环境因素（物理、化学和生物性）的总摄入量的限制性量值或在生活和生产环境及各种介质（空气、水、食物、土壤等）中所规定的浓度和暴露时间的限制性量值。基于健康的指导值，以单位体重表达对人群不产生有害作用的剂量或浓度。包括：每日允许摄入量（ADI）、可耐受的每日摄入量（TDI）等。涉及具体的暴露条件和介质，以单位环境介质表达，根据人体健康安全限值和暴露评定的结果，进一步考虑技术上和经济上的可行性，得到在各种环境介质中的卫生标准。包括：职业卫生标准、环境空气质量标准等。一般认为，外源化学物的系统毒性和致畸作用是有阈值的。制定安全限值是从动物实验或人群调查得到LOAEL或NOAEL。安全限值NOAEL不确定系数。而遗传毒性致癌物和细胞致突变物通常认为是无阈值的，只能使用实际安全剂量（VSD）：是指此剂量能以99%可信限的水平使超额癌症发生率低于10-6。六、剂量-反应关系比较（一）毒作用带急性毒作用带（Zac） ZacLD50Limac。Zac值小，说明化学物从产生急性轻微损害到导致急性死亡的剂量范围窄，引起死亡的危险大；慢性毒作用带（Zch） ZchLimacLimch。Zch值大，说明化学物从产生轻微的慢性毒效应到急性中毒之间剂量范围宽，故发生慢性中毒的危险大；（二）暴露范围和危害范围暴露范围（MOE），表示为MOSNOAEL人群暴露量。MOE大，发生有害作用危险小。危害范围（MOH），表示为MOH人群暴露量安全限值。MOH大，发生有害作用危险大。第二节化学毒物的生物转运一、生物转运（一）生物转运的概念生物转运：化学毒物穿越机体的各种生物膜，进行吸收、分布和排泄的过程。在生物转运中，化学毒物自身的结构和性质不发生变化。（二）化学毒物的膜转运机制1.被动转运 是化学毒物顺浓度差通过生物膜的过程。（1）简单扩散：又称脂溶扩散，是大多数化学毒物通过生物膜的方式。该转运方式不消耗能量，不需要载体，不受饱和限速与竞争性抑制的影响。生物膜两侧的浓度梯度对于扩散速率的影响最为重要。脂水分配系数：当一种物质在脂相和水相之间的分配达到平衡时，其在脂相和水相中溶解度的比值。化学毒物的脂水分配系数过大或过小，都难以通过此种方式跨膜转运。处于非解离态的物质极性弱，脂溶性好，容易跨膜扩散。（2）滤过是化学毒物透过生物膜上亲水性孔道的过程。借助于流体静压和渗透压使水通过膜上的微孔，溶解于水的分子直径小于膜孔的化学毒物随之被转运。一般细胞的膜孔只能通过分子量为数百Da以下的极性分子如水、乙醇、尿素、乳酸等以及O2、CO2等气体分子。2.特殊转运 化学毒物借助于载体或特殊转运系统而发生的跨膜转运。（1）主动转运：是化学毒物在载体的参与下，逆浓度梯度通过生物膜的过程。主动转运特点：转运系统对于化学毒物的结构具有特异选择性；载体具有一定的容量；被转运的化学毒物之间可发生竞争性抑制；需要消耗能量。（2）转运体：即载体，参与化学毒物及其代谢产物主动转运的转运体分为两类。ATP-结合和转运蛋白（ABC）超家族包括多药耐受蛋白（Mdr）、多耐受药物蛋白（Mrp）、乳腺癌耐受蛋白（Bcrp）。溶质载体（SLC）为主的转运蛋白家族包括有机阴离子转运多肽（Oatp）、有机阴离子转运蛋白（Oat）、有机阳离子转运蛋白（Oct） 肽类转运蛋白（Pept）。（3）易化扩散 又称为载体扩散。但化学物质为顺浓度梯度转运，因此不需消耗能量。由于有载体的参与，易化扩散也存在对底物的特异选择性、饱和性和竞争性抑制。（4）膜动转运 指细胞与外环境之间进行的某些颗粒物或大分子物质的交换过程。吞噬作用和胞饮作用：是通过细胞膜的流动将某些固体颗粒、液态微滴或大分子物质包绕并吞入细胞的过程；胞吐作用：是某些颗粒物或大分子物质通过上述方式从细胞内转运到细胞外的过程。二、吸收、分布和排泄（一）吸收的途径和影响因素1.吸收：是化学毒物从机体的接触部位透过生物膜进入血液的过程。吸收主要的部位是胃肠道、呼吸道和皮肤。在毒理学试验中还采用腹腔注射、静脉注射、皮下注射和肌肉注射等。2.经胃肠道吸收小肠是吸收的主要部位，其次是胃。简单扩散 小肠内的pH达到6以上，弱碱性物质比弱酸性物质易于吸收。主动转运 5-氟尿嘧啶可利用嘧啶的转运系统吸收。少数物质经过滤过、吞噬作用和胞饮作用被吸收。经胃肠道吸收的化学毒物可在胃肠道细胞内代谢，或通过门静脉系统到达肝脏进行生物转化，或不经生物转化直接排入胆汁。这种化学毒物进入体循环之前即被消除的现象称为体循环前消除或首过消除，可使经体循环到达靶器官的化学毒物原形数量减少，但DDT等毒物可通过淋巴管吸收，直接吸收入血。3.经呼吸道吸收空气中的化学毒物以气态（气体、蒸气）和气溶胶（烟、雾、粉尘）的形式存在。气态物质在呼吸道吸收主要取决于其脂溶性和浓度，（盐酸、二氧化硫）。当气态物质由肺泡气进入血液的速度与由血液返回肺泡气的速度达到动态平衡时，其在血液中的浓度与在肺泡气中的浓度之比称为血气分配系数。气溶胶中雾的吸收与气态物质相似，脂溶性和吸入浓度是主要影响因素。烟和粉尘的颗粒直径大小与其到达呼吸道的部位关系密切。吸入的颗粒物可经冲击、重力、弥散和截留4种机制沉积在呼吸道。直径5m；直径2.5m左右的细颗粒直径在1m及以下的颗粒物直径在1020nm4.经皮肤吸收穿透阶段是指化学毒物通过被动扩散透过表皮角质层的过程。一般认为，非极性物质透过角质层的能力与脂溶性成正比，与分子量成反比。吸收阶段是指化学毒物通过表皮深层（颗粒层、棘层和生发层）和真皮层并经静脉或毛细淋巴管进入体循环的过程。角质层受损、皮肤潮湿、充血及发炎等有利吸收。5.经其他途径吸收静脉注射可使受试物直接入血，往往导致最为迅速、明显的毒效应。腹腔表面积很大、血液供应丰富，故注入的受试物吸收速度快，吸收后主要经门静脉进入肝脏，然后才能进入体循环。皮下、肌内注射易受局部血液量和毒物剂型的影响，吸收速度相对较慢，但可直接进入体循环。（二）分布过程、部位和影响因素1.分布的概念指化学毒物吸收后，随血液或淋巴液分散到全身组织细胞的过程。2.分布过程和影响因素 化学毒物吸收后经历初分布和再分布过程。器官或组织的血流量及其对化学毒物的亲和力是影响分布的关键因素。随时间推移，分布受到化学物经膜扩散速率和及其与组织器官亲和力的影响，发生再分布。分布后的化学毒物可以较高的浓度富集于某些组织器官，这些组织器官称为贮存库。化学毒物的贮存库可能就是其靶器官或单纯的富集地点。3.化学毒物在体内的贮存库（1）血浆蛋白清蛋白是血浆中含量最丰富的蛋白质，结合能力最强。结合后的化学毒物不能分布到血管外组织发挥生物学作用，在一定程度上可减缓急性毒效应的发生；但又可使化学毒物消除的时间延长。化学毒物与血浆蛋白的结合是暂时的、可逆的。（2）肝脏与肾脏阴离子转运多肽、含多个巯基的可诱导的金属硫蛋白（MT）均发挥一定结合作用，可能与它们的代谢和排泄功能有关。（3）脂肪组织许多有机毒物易于分布和富集在脂肪组织中，如氯丹、DDT、二噁英、多氯联苯和多溴联苯等。化学毒物在脂肪组织中并不呈现生物学活性，但当发生快速的脂肪动员时，其中的化学毒物会大量入血导致游离型毒物的浓度突然增加，可造成靶器官的损害。（4）骨骼铅和锶可置换骨质羟磷灰石晶格结构中的钙。氟可替代骨质中的-OH而沉积在骨骼中。化学毒物与骨组织的结合也是可逆的，可以通过晶体表面的离子交换和破骨活动从骨中释放入血，使血浆浓度增加。4.特殊屏障屏障：某些器官或组织的生物膜具有特殊的形态学结构和生理学功能，可以阻止或延缓某些化学毒物进入。（1）血脑屏障和血脑脊液屏障血脑屏障：主要由脑内的毛细血管内皮细胞、基底膜和星形胶质细胞构成，内皮细胞之间结合紧密，可有效阻止极性物质通过。只有既具有脂溶性，又非转运蛋白底物的化学毒物才有可能进入脑内。血脑脊液屏障：主要是由脑脊液侧的内皮细胞构成，它们具有紧密连接和主动转运系统，可防止化学毒物透过。转运速度与化学物的脂溶性和解离度有关。（2）胎盘屏障胎盘屏障由分隔母体和胎儿血液循环的一层或几层细胞构成。人有3层，细胞的层数越少，通透性越强。化学毒物经过胎盘屏障的主要方式是简单扩散。凡是能影响简单扩散速率的因素都会对化学毒物的经胎盘转运产生作用。（三）排泄途径和影响因素1.排泄：化学毒物由不同途径排出体外的过程。经过肾脏、粪便、肺脏和其它途径排泄。2.经肾脏排泄（1）肾小球滤过 分子量小于白蛋白（60kDa）的物质，只要不与血浆蛋白结合，都可以在肾小球滤过，滤过后根据脂溶性大小进行排泄。（2）肾小管分泌 被分泌到肾小管腔内的化学毒物可经尿液排出体外，也可被重吸收。转运体把化学毒物由血液转运至肾小管细胞、再将其排入肾小管管腔。3.经粪便排泄（1）混入食物中未被吸收的化学毒物（2）随胆汁排泄的毒物 肝脏具有各种转运体可将化学毒物从血液转运到肝脏；另一些转运体把肝细胞内的化学毒物或其代谢产物转运到胆汁。（3）肠道排泄的化学毒物 化学物可经被动扩散从血液直接转运至小肠腔内，但过程相对缓慢。4.经肺和其他途径排泄体温下以气态存在的物质以及挥发性液体均可经简单扩散方式由肺排出；其他排泄途径包括脑脊液、汗液、唾液、毛发和指甲等。三、毒物动力学（一）概念1.毒物动力学 通过建立数学模型并用速率论的理论来揭示化学毒物的数量在生物转运和转化过程中的动态变化规律。目的：求出动力学参数；根据毒物时-量变化规律与毒理学效应强度和性质之间的关系，明确靶器官、解释毒作用机制，用于人的危险度评价。2.消除 把代谢过程与排泄过程合称为消除。3.时-量曲线 在染毒后不同时点采集血样并测定受试物浓度，再以血浆化学毒物浓度为纵坐标、时间为横坐标作图即为毒物时间-浓度曲线。4.一室开放模型 化学毒物吸收入血后，能够迅速而均匀地分布到全身体液和各组织脏器中，达到动态平衡，称为一室模型。5.二室开放模型 化学毒物吸收入血后，在体内不同部位的转运速率不同，先进入中央室（包括血液以及供血丰富、血流通畅的组织器官，如肾、心、肝、肺等），再较缓慢地进入周边室（为供血量少、血流缓慢或化学物不易进入的组织脏器，如脂肪、皮肤、骨骼、静止状态时的肌肉等），表现为一种有层次的分布过程，称为二室模型。6.速率类型（1）一级速率过程 指化学毒物在体内某一瞬间的变化速率与其瞬时含量的一次方成正比。其特点为：化学毒物的生物半减期恒定；单位时间内消除化学毒物的量与其体存量成正比；其半对数时-量曲线为一条直线。大多数化学毒物的体内过程符合一级速率过程。（2）零级速率过程 指化学毒物在体内某一瞬间的变化速率与其瞬时含量的零次方成正比。发生于化学毒物数量超过机体转运和转化能力时。其特点为：化学毒物的生物半减期随剂量增加而延长；单位时间内消除化学毒物的量恒定，相当于机体的最大消除能力，而与其体存量无关；其半对数时-量曲线为一条曲线。部分需要转运体转运或限速酶代谢的化学毒物的体内过程符合零级速率过程。7.非线性动力学 是指体内化学毒物的数量过多，超过了机体的生物转运、转化及蛋白质结合能力时，其消除由一级速率过程转变为零级速率过程的现象。毒理学意义：符合此种速率的化学毒物从体内消除速度相对缓慢，利于发挥毒性，特别是在重复接触染毒条件下，机体内的化学毒物总量无限度升高，剂量-反应关系不复存在，生物学效应急剧增强。【例题】急性毒性评价的常用参数有A.LD50B.LimacC.ZacD.LOAELE.剂量-反应曲线的斜率答疑编号700846020201【正确答案】A【例题】最大无作用剂量是A.一群个体中不引起死亡的最高剂量B.阈剂量C.未能观察到任何对机体损害作用的最低剂量D.未能观察到任何对机体损害作用的最高剂量E.人类终身摄入该化合物未引起任何损害作用的剂量答疑编号700846020202【正确答案】D【例题】有阈值效应A.能够检测出阈值的效应属有阈值效应B.不能使用安全限值，只能使用时机安全剂量VSDC.发育毒性或胚胎毒性引起的结果属于无阈值效应D.生殖细胞突变引起的生殖毒性则也属无阈值效应E.以上都不是答疑编号700846020203【正确答案】A【例题】关于Zac说法正确的是A.Zac=Limac/LD50B.Zac越大，表明化学物质引起急性死亡的危险性越大C.Zac值是一个相对稳定的指标D.Zac是急性毒性常用参数之一E.以上说法均正确答疑编号700846020204【正确答案】D【例题】易化扩散与简单扩散的主要区别在于A.前者需要能量，后者不需要B.前者需要载体，后者不需要C.前者没有特异性，后者有特异性D.前者不需能量，后者需要E.前者没有饱和性，后者有答疑编号700846020205【正确答案】B【例题】一种pH是6.8的有机碱在消化道中最好的吸收部位是A.口腔B.胃C.十二指肠D.小肠E.结肠答疑编号700846020206【正确答案】D【例题】生物转运过程是指A.吸收、分布、代谢B.吸收、分布、排泄C.分布、代谢、排泄D.吸收、代谢E.代谢、排泄答疑编号700846020207【正确答案】B【例题】毒物动力学中“室”的概念是A.表示解剖部位B.代表器官C.是理论的机体容积D.代表生理学的功能单位E.代表毒物作用的靶答疑编号700846020208【正确答案】C（二）毒物动力学主要参数1.吸收速率常数（Ka），峰浓度和达峰时间 均表示化学毒物的吸收速度、数量和时间特征。2.表观分布容积（Vd） 表示化学毒物在体内分布容积的参数。由于化学毒物在体内的分布并不均匀，故不能代表其真正占有的生理容积，称为“表观”。Vd（L/kg）D（毒物数量）C （血液浓度）Vd数值越大，表示化学毒物在体内的分布范围越广。当Vd分别为0.05、0.2和0.6时，表示化学毒物主要在血浆、细胞外液或全身分布。Vd值过大，常提示化学毒物在体内有大量蓄积。3.消除速率常数（Ke） 表示单位时间内化学毒物从体内消除的量占体存总量的比例。例如，某化学毒物的Ke值为0.1h-1，即表示该物质每小时约有体存总量的10%被消除。对于特定的化学毒物而言，其Ke值为一常数。Ke越大，化学毒物从机体消除的速度越快。4.曲线下面积（AUC） 指化学毒物从血浆中出现开始到完全消除为止这一时间过程内时-量曲线下覆盖的总面积。AUC与吸收进入体循环的毒物量成正比，常用于评价制剂的生物利用度。当吸收量一定时，化学毒物的AUC越大，从机体消除的速度越慢。5.生物半减期（t1/2） 指化学毒物的血浆浓度下降一半所需要的时间。t1/2越大，化学毒物从机体清除的速率越慢。6.清除率（CL） 指单位时间内，机体所有消除途径能够排除的化学毒物占有的血浆容积值。也是一个反映机体清除毒物效率的参数，数值越大，消除速率越快。7.生物利用度（F） 指化学毒物进入血液循环的百分率。利用此参数可以比较化学毒物以不同途径进入机体时的吸收程度。F值大则毒性强。8.稳态血化学毒物浓度 在重复剂量染毒时，血中化学毒物的浓度先呈锯齿状上升，当吸收量与消除量达到动态平衡时，浓度在某一水平范围内波动，即达到稳态血化学毒物浓度（Css坪浓度）。毒物动力学参数可说明化学毒物在体内吸收、分布和消除的动力学规律。其中，Ka、Tmax、Cmax和F反映化学毒物吸收情况，Vd反映化学毒物的分布情况，Ke、t1/2和CL反映化学毒物消除特点。AUC反映化学毒物的吸收和消除情况。【例题】毒物动力学中主要参数是A.生物半减期B.消除速率常数C.曲线下面积D.表观分布容积E.以上都是答疑编号700846020301【正确答案】E【例题】反映化学毒物的分布情况的参数是A.Ka、Tmax、Cmax和FB.VdC.Ke、t12和CLD.AUCE.以上都不是答疑编号700846020302【正确答案】B第三节化学毒物的生物转化一、生物转化及其反应类型（一）生物转化的概念和意义生物转化又称代谢转化，是指化学毒物在体内经历酶促反应或非酶促反应而形成代谢产物的过程。生物转化涉及两大类反应：相反应和相反应。意义：生物转化改变了化学毒物的化学结构和理化性质，从而影响它们所致毒效应的强度和性质以及在体内的分布过程和排泄速度。生物转化的结局：代谢解毒和代谢活化。代谢解毒：化学毒物（高毒性）中间产物（低毒性或无毒性）产物（无毒性）代谢活化：化学毒物（无毒性或低毒性）中间产物（低毒性）产物（高毒性）（二）相反应及相关酶1.相反应 包括氧化、还原和水解反应。反应的结果是使被催化的底物暴露或获得一些功能基团，如：-OH、-COOH、-NH2、-SH等。这些基团不仅增加了反应产物的水溶性，而且使之易于进行相反应。2.氧化反应 通常是化学毒物代谢的第一步反应，反应发生的部位可在微粒体内，也可在微粒体外，以微粒体内氧化为主。（1）细胞色素P450酶系 细胞色素P450含有的血红素铁在还原时与CO结合所形成的复合物在450nm处有最大的吸收峰。又称为混合功能氧化酶（MFO）或单加氧酶。无论是催化反应的多样性，还是使化学毒物解毒或活化为活性中间产物的数量与种类，细胞色素P450酶系均在生物转化酶中居于首位。细胞色素P450酶系主要包括血红蛋白类（细胞色素P450和细胞色素b5）、黄素蛋白（NADPH-细胞色素P450还原酶）和磷脂。黄素蛋白和细胞色素b5是从NADPH或NADH向细胞色素P450传递电子的转运体。细胞色素b5还可增加细胞色素P450与底物的亲和力。磷脂的作用是使酶系的各种蛋白成分固定，促进细胞色素P450与NADPH-细胞色素P450还原酶之间的偶联反应。分类原则为：多个细胞色素P450基因比较，相同氨基酸序列低于40%的，划分为不同的基因家族；相同序列在40%55%之间的，划分为同一基因家族的不同亚族；大于55%的则为同一亚族成员。命名方法为：用斜体字CYP代表（小鼠和果蝇用Cyp表示）所有物种的细胞色素P450基因，其后的阿拉伯数字代表基因族，再后的大写英文字母代表基因亚族，字母后的阿拉伯数字代表基因亚族中的一个基因。如CYP1A1表示细胞色素P450的第1基因族A亚族第1基因。基因表达产物需将全部斜体字改为正体字，且将全部小写字母改为大写，如CYP1A1。这种命名方法适用于所有物种。细胞色素P450酶系催化的基本反应是单加氧反应。在反应过程中，催化的总反应式为：底物（RH）+O2+NADPH+H+产物（ROH）+H20+NADP+电子来源NADPH（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）细胞色素P450酶系催化的主要反应类型脂肪族羟化芳香族羟化OR-CH3 - R-CH2OH环氧化杂原子（S、N、I）氧化和N-羟化杂原子（S、N、O）脱烷基氧化基团转移（脱氨，氧化脱硫和脱卤）酯裂解脱氢R1COOCH2R2+O-R1COOH + R2CHO（2）黄素加单氧酶（FMO）该酶主要存在于肝、肾、小肠、脑和肺组织的微粒体中，以黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）为辅酶，催化反应时需要NADPH和O2。FMO催化的反应与细胞色素P450酶系有交叉和重叠，但不能催化碳位的氧化反应。如吡咯烷生物碱对于大鼠为剧毒，但对豚鼠无毒。（3）微粒体外的氧化反应醇脱氢酶（ADH）醛脱氢酶（ALDH）钼羟化酶单胺氧化酶（MAO）和二胺氧化酶（DAO）过氧化物酶依赖的共氧化反应醇脱氢酶（ADH）和醛脱氢酶（ALDH）3.还原反应 机体内参与还原反应的酶主要是细胞色素P450和黄素蛋白酶，肠道菌群还原酶。某些金属、醛、酮、二硫化物、亚砜、烯烃、卤代烃和含有硝基、偶氮基和羰基的化学物可发生还原反应。（1）偶氮还原和硝基还原（2）羰基还原（3）醌还原（4）脱卤反应主要由细胞色素P450和谷胱甘肽S转移酶催化4.水解反应机体催化化学毒物水解的酶包括酯酶、酰胺酶、肽酶和环氧化物水解酶，它们广泛存在于血浆、肝、肾、肠和神经组织中。（1）酯酶和酰胺酶：酯类可被水解为醇和酸，酰胺可被水解为酸和胺，硫酯可被水解为酸和硫醇。根据与有机磷酸酯的相互关系分为A、B、C三类，A-酯酶可以水解有机磷酸酯，B酯酶则为有机磷酸酯所抑制，C-酯酶既不能水解有机磷酸酯，也不能被抑制。（2）肽酶：可水解各种肽类。肽酶可水解相邻氨基酸之间的酰胺键，故功能上属于酰胺酶。-CO-NH-（3）环氧化物水解酶（EH）：可催化环氧化物水解，形成反式结构的二氢二醇。哺乳动物体内有五种，但只有微粒体环氧化物水解酶（mEH）和可溶性EH（sEH）具有代谢解毒作用。其分布与P450分布一致，便于催化形成的环氧化物及时水解而解毒。（三）相反应及相关酶1.相反应 即结合反应，是化学毒物原有的或经相反应后引入或暴露出来的羟基、氨基、羧基、巯基、羰基和环氧基等基团与内源性辅因子之间发生的生物合成反应。相反应主要在肝脏进行，其次为肾脏。除甲基化和乙酰化作用外，其他相反应显著增加结合物的水溶性，促进排泄。2.葡萄糖醛酸结合哺乳动物体内最主要的结合反应类型。主要在肝微粒体内发生。尿苷二磷酸葡萄糖醛酸（UDPGA）作为葡萄糖醛酸的供体；外源性底物包括含-0H、-COOH、-NH2、-SH化学物；催化该反应的酶是UDP-葡萄糖醛酸基转移酶（UDPGT）；产物为-葡萄糖醛酸苷。3.硫酸结合与葡萄糖醛酸结合有共同底物，剂量较小时，主要与硫酸结合。3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸（PAPS）为内源性硫酸供体；外源性底物包括含-0H、-NH2、-SH化学物；催化反应的酶是磺基转移酶（SULT）；反应产物为高水溶性的硫酸酯。结合能力低于葡萄糖醛酸结合。4.谷胱甘肽结合谷胱甘肽是一种广泛存在于生物组织的三肽，在亲电子剂解毒和消除自由基中具有重要的作用。其底物的共同特点是：具一定的疏水性，含有亲电原子C、N、O、S，可与GSH发生非酶促反应；催化反应的酶是谷胱甘肽S-转移酶（GST）；GSH反应产物具有极性和水溶性。5.甲基化反应甲基供体是S-腺苷甲硫氨酸（SAM）；底物为富含电子的O、N、S杂原子的物质；催化反应的酶是甲基转移酶；反应产物的水溶性通常不如母体化学物，不利于从机体消除，但毒性普遍降低。6.乙酰化作用乙酰辅酶A是反应所需的乙酰基的供体；底物为含有芳香胺或肼基团的化学毒物；催化反应的酶是N-乙酰转移酶（NAT）；反应产物是芳香酰胺和酰肼，其水溶性比母体毒物低。化学毒物既可以通过乙酰化作用解毒，又可以被代谢活化。7.氨基酸结合（1）乙酰辅酶A和ATP是反应必需的；底物为是含有羧酸基团的化学物；催化反应的酶是酰基-CoA合成酶和N-酰基转移酶；为解毒过程。（2）芳香羟胺结构的化学物在氨酰基-tRNA合成酶催化和ATP供能条件下，形成N-酯而被代谢活化。 N-酯可进一步分解为氮宾或碳宾离子。二、代谢活化（一）概念1.代谢活化 化学毒物在体内经过生物转化后，所形成的代谢产物毒性比母体物质增大，甚至产生致突变、致癌和致畸作用。即增毒过程。2.终毒物 指能直接与内源性靶分子反应或可引起机体生物学微环境改变、导致机体结构和功能紊乱并表现毒物毒性的物质。毒效应的强度主要取决于终毒物在作用靶点的浓度和持续时间。终毒物可以是所暴露的原化学物，也可是由于代谢活化而形成的。化学毒物经代谢活化生成的终毒物可分为4类：亲电子剂；自由基；亲核剂；氧化还原反应物。（二）代谢活化过程1.亲电子剂的形成是指含有一个缺电子原子的分子。带部分或全部的正电荷，容易与亲核物中的富含电子原子（如蛋白质、RNA和DNA）共享电子而发生反应。化学物通过插入氧原子而形成亲电子剂，或是具有共轭结构的双键，或是化学键的异裂。2.自由基的形成自由基是原子外轨道含有一个或多个不成对电子的分子或分子片段。自由基主要是由于化合物的共价键发生均裂而产生，细胞正常生理过程和化学物的体内代谢均可产生。与生物体系有关的自由基类型自由基的特点：（1）顺磁性、化学性质活泼，反应性高，半衰期短；（2）自由基产生的损害可以传递，呈链式；（3）作用半径短；（4）存在时间短，作用半径小，一般无法捕获，通过测定自由基损伤后的产物来证明，例如脂质过氧化测定丙二醛（MDA）的含量。自由基对生物大分子的损害作用（1）脂质过氧化 对多不饱和脂肪酸的氧化和细胞膜的强烈地破坏作用，细胞膜结构功能障碍。（2）蛋白质的氧化损伤 蛋白质的凝集和交联，或是蛋白质的降解和断裂。（3）DNA的氧化损伤 可能是突变和癌变的基础，还可能与细胞凋亡有关。3.亲核剂的形成具有一个原子或几个原子有多余的电子。在增毒作用中比较少见。最典型的是：苦杏仁经肠道菌糖苷酶催化水解形成氰化物；二卤甲烷经过氧化脱卤形成的CO等。4.氧化还原反应物的生成具有活性的各种氧化或还原的产物。能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生成。一般认为，亲核物和氧化还原产物最终还是形成亲电子物和自由基，形成终毒物。三、毒物代谢的影响因素影响化学毒物代谢的因素包括遗传和环境因素两类：遗传因素涉及动物的物种、性别年龄等，表现为毒物代谢酶的种类、数量和活性的差别，代谢酶的遗传多态性是不同个体对化学毒物敏感性存在差异的重要原因。环境因素表现为环境因素通过诱导