食品毒理学-第八章-生殖毒理学

第八章生殖毒理学和发育毒理学第一节概述一、哺乳动物的繁殖过程--生殖发育过程，是哺乳动物繁衍种族的生理过程生殖发育其中包含生殖细胞发生，即精子发生和卵细胞发生、配子的释放、性周期和性行为、卵细胞受精、受精卵的卵裂、胚泡的形成、植入或着床、胚胎形成、胚胎发育、器官发生（或称器官形成）、胎仔发育、分娩和哺乳过程、直至性成熟的整个过程。二、外源化学物对生殖发育的影响干扰生殖发育的任何环节并造成损害作用。可以通过对内分泌系统特别是对性腺的作用，发生间接的影响。神经系统对内分泌功能也有调节作用，通过下丘脑-垂体-睾丸轴(下丘脑-垂体-卵巢轴)两条途径作用于生殖发育过程。外源化学物对生殖发育损害作用的特点生殖发育过程较机体其他系统更为敏感外源化学物对生殖发育过程影响的范围较为广泛和深远生殖毒理学(reproductivetoxicology)主要研究外源化学物对生殖细胞发生、卵细胞受精、胚胎形成、妊娠、分娩和哺乳过程的损害作用及其评定，评定方法即为生殖毒性试验。发育毒理学(developmentaltoxicology)主要研究外源化学物对胚胎发育、胎仔发育以及出生幼仔发育的影响及其评定，评定方法称为发育毒性试验，其中主要为致畸试验。第二节生殖毒性及其评定一、生殖毒理学历史。二、生殖毒性外源化学物对生殖的过程的损害作用可以表现为性淡漠，性无能或各种形式的性功能减退。雌性可出现排卵规律改变，月经失调或失经，卵巢萎缩，受孕减少，胚胎死亡，生殖能力的降低不孕或不育等；雄性可表现为睾丸萎缩或坏死，精子数目减少。1、外源化学物的雄性生殖毒性对睾丸生精细胞的影响对内分泌功能的影响对性功能和生殖功能的影响1）对睾丸生精细胞的影响棉酚影响睾丸功能的典型外源化学物CS2工业污染物引起睾丸萎缩，精子生成障碍；对生殖细胞有致突变作用。重金属铅、镉、汞、锰等损害形态、功能，如精子畸形率↑、精子数和精子活动率↓农药生精↓、精子畸形率↑、睾丸萎缩、性功能减退等2）对内分泌功能的影响精子数目、精子的发育成熟、活动率、活动能力等3）对性功能和生殖功能的影响性欲功能降低、阳痿、雄性不育等2、外源化学物的雌性生殖毒性对卵细胞的影响对内分泌的影响对子代生长发育的影响环境因素尤其是化学物工业污染物、农药、重金属、毒素等三、生殖毒性的评价外源化学物对生殖过程作用的评定主要通过生殖毒性试验来进行。生殖毒性试验可以全面反映外源化学物对性腺功能、发情周期、交配行为、受孕、妊娠过程、分娩、授乳以及幼仔断乳后生长发育可能发生的影响。1、雄性生殖毒性评价精子生成分析精子计数、形态观察、状态分析精子穿透试验精子体外受精试验睾丸中标志酶活性测定体外试验生殖细胞体外培养接触受试物雄性激素检测显性致死试验雄性生殖细胞遗传毒性检测雄性生殖毒性病理检查2、雌性生殖毒性评价体外试验动物试验辅助试验第三节发育毒性及其评定发育毒性基本概念生殖毒性的评价一、基本概念1、发育毒性(developmentaltoxicity)指出生前经父体和(或)母体接触外源性理化因素引起的在子代到达成体之前出现的有害作用。发育毒性具体表现为:生长迟缓:即胚胎与胎仔的发育过程在外源化学物影响下，较正常的发育过程缓慢。致畸作用:由于外源化学物干扰，活产胎仔胎儿出生时，某种器官表现形态结构异常。功能不全或异常:即胎仔的生化、生理、代谢、免疫、神经活动及行为的缺陷或异常。胚胎或胎仔致死作用:某些外源化学物在一定剂量范围内，可在胚胎或胎仔发育期间对胚胎或胎仔具有损害作用，并使其死亡。2、畸形、畸胎和致畸物畸形(malformation):器官形态的异常。畸胎(terate):具有畸形的胚胎或胎仔。致畸物或致畸原(teratogen):凡在一定剂量下，能通过母体对胚胎或胎儿正常发育过程造成干扰，使子代出生后具有畸形的化合物。致畸试验:评定外源化学物是否具有致畸作用的试验。3、胚胎毒性作用(embryotoxicity)外源化学物引起的胎仔生长发育迟缓和功能缺陷不全的损害作用。其中不包括致畸和胚胎致死作用。4、母体毒性作用(maternaltoxicity)母体毒性作用是指外源化学物在一定剂量下，对受孕母体产生的损害作用。具体表现包括体重减轻、出现某些临床症伏、直至死亡。5、母体毒性作用与致畸作用关系具有致畸作用，但无母体毒性出现。出现致畸作用的同时也表现母体毒性。不具有特定致畸作用机理，但可破坏母体正常生理稳态。仅具有母体毒性，但不具有致畸作用。在一定剂量下，既不呈现母体毒性，也未见致畸作用。6、畸形与变异在胚胎或胎儿出现器官形态结构异常称为畸形。机体的形态结构或生理功能，在同一物种的子代与亲代之间或子代的个体之间，有时出现不完全相同的现象，为变异。二、外源化学物发育毒性的评价—雌性生殖发育毒性评价1、生殖毒性评价生殖毒性试验2、发育毒性评价致畸作用评定主要依据是交配后母体受孕情况（受孕率）、妊娠过程情况（正常妊娠率）、子代动物分娩出生情况（出生存活率）、授乳哺育（哺育成活率）及断奶后发育情况等。检查外源化学物对动物生育繁殖机能有无损害作用。生殖毒性的评价试验试验方法原则受试动物：性成熟大鼠、小鼠或家兔剂量分组:一般设立三个剂量组（至少两个剂量组）和一个对照组染毒途径:动物接触受试物的方法应参照人类实际接触途径动物数:每组雌雄各16到20只，或雌16到20只，雄8到10只试验方案1三代两窝两代一窝(和一代一窝)观察指标：受孕率（％）:反映雌性动物生育能力以及雌性动物受孕情况正常分娩率（％）:反映雌性动物妊娠过程是否受到影响幼仔出生存活率（％）:反映雌性动物分娩过程是否正常幼仔哺育成活率（％）:反映雌性动物授乳哺育幼仔的能力除上述４个指标外，还应该注意出生幼仔是否有畸形存在，对死亡的幼仔应进行畸形检查，可为下一步致畸试验提供参考2、发育毒性评价致畸作用毒理学特点机理传统致畸试验致畸作用的毒理学特点器官发生期的胚胎对致畸物最为敏感剂量与效应关系较为复杂剂量效应关系复杂的表现及原因致畸作用的剂量反应曲线较为陡峭致畸作用最大无作用剂量问题尚有不同意见物种差异以及个体差异在致畸作用中较为明显在不同动物并不一定都具有致畸作用，引起畸形的类型也不一致。种间差异即同一物种中不同品系间存在的差异，在致畸作用中也极明显。致畸作用机理Wilsom(1977)提出了畸形发生的9种机制，包括突变、染色体断裂、有丝分裂改变、改变核酸完整性或功能、减少前体或底物的补给、减少能源支持、改变膜特性、渗透压不平衡和酶抑制作用。近年来在分子水平的研究有很大的进展，虽然胚胎有代偿机制弥补外源性化学物的影响，但是，是否产生畸形依赖于在致病过程中的每个步骤在损伤和修复之间的平衡。致畸作用机理干扰基因表达基因突变与染色体畸变损伤细胞和分子水平的翻译细胞调亡干扰细胞通过胎盘毒性引起发育毒性干扰母体稳态内分泌干扰作用传统常规致畸试验动物选择剂量分组动物交配处理胎仔检查动物选择:致畸试验的动物选择，除参照毒性试验中选择动物的一般原则，即食性和对受试物代谢过程与人类接近，体型小，驯服，容易饲养和繁殖及价廉外，还应特别注意妊娠过程较短、每窝产仔数较多和胎盘构造及厚度与人类接近等特点。剂量分组先进行预试，目的是找出引起母体中毒的剂量。最少设3个剂量组，另设对照组。原则上最高剂量组，可以引起母体轻度中毒，即进食量减少、体重减轻、死亡不超过10%。最低剂量组不应观察到任何中毒症状；中间剂量组可以允许母体出现某些极轻微中毒症状。其剂量与高剂量和低剂量成等比级数关系。一般，最高剂量不超过LD50的1/5～1/3；低剂量可为LD50的1／100～1／30。动物交配处理每组动物大鼠或小鼠为12～20只，家兔8～12只，狗等大动物3～4只。将性成熟雌雄动物按雌雄l：1或2：1比例同笼交配。每日将已确定受孕雌鼠随机分入各剂量组和对照组。出现阴栓或精子之日即为受孕0日，也有人作为第1日。由于致畸作用有极为明确的敏感期，应精确掌握动物接触受试物的时间，必须在器官发生期。胎仔检查自然分娩前1-2日将受孕动物处死，剖腹取出子宫及活产胎仔，并另行记录死胎及吸收胎。一般大鼠在受孕后第19-20天，小鼠第18-19天，家兔在第29天。下列几方面进行畸形检查：外观畸形肉眼检查，例如露脑；肉眼检查内脏及软组织畸形，例如腭裂；骨骼畸形检查，例如颅顶骨缺损，分叉肋等。畸形检查只限活产胎仔。结果评定活产幼仔平均畸形出现数:即根据出现的畸形总数，计算每个活产幼仔出现的畸形平均数。畸形出现率:即作为畸胎的幼仔在活产幼仔总数中所占的百分率。母体畸胎出现率:即出现畸形胎仔的母体在妊娠母体总数中所占的百分率。确定受试物是否具有致畸作用时需注