第二章 毒理学基本概念课件

6第二章毒理学基本概念第二章毒理学基本概念

6第二章毒理学基本概念

第二章毒理学基本概念第一节毒物和毒效应※第二节剂量和剂量-反应关系

第三节选择毒性、靶器官和高危人群第四节生物标志※第五节毒理学的研究方法第六节毒性参数和安全限值6第二章毒理学基本概念A第一节毒性和毒效应一、外源化学物和毒性※几个基本概念毒理学是从生物医学角度研究环境因素（包括化学因素、物理因素、生物因素）对生物体的损害作用及其机制的科学。通常，在毒理学学科研究工作中要使用到一些相关的名词（概念）：1.外源化学物（xenobiotic)：外源化学物是指在人类生活的外界环境中存在、可能与机体暴露（接触）并进入机体，通过代谢转化在体内呈现一定的生物学作用的化学物质。又叫作“外源生物活性物质”。2.内源化学物：它是指机体内原来已经存在的和代谢过程中所形成的产物或中间产物。那么我们毒理学所研究的就是这些外源化学物和内源化学物对生物体的损害作用，而不是有益作用（如营养作用、药物的治疗作用等）。

3.毒性（toxicity)：是指化学物引起的有害作用的固有能力。通常，毒性是物质一种内在的、不变的性质，往往取决于物质的化学结构。化学物对机体健康引起的有害作用称为毒效应（作用强度）。6第二章毒理学基本概念

通常，在毒理学中毒性和毒效应的概念是有区别的。毒性认为是化学物固有的生物学性质，我们不能改变化学物的毒性；而毒效应被认为是化学物毒性在某些条件下引起机体健康有害作用的表现，如果改变条件就可能影响毒效应（降低浓度、改善环境、职业场所健康促进等）。一般来讲，在人类的生活和生产环境中当外源化学物暴露进入生物体内，首先经历毒物动力学过程，可以有一部分外源化学物或它的活性代谢产物分布到靶器官中引起毒效应。与此同时，机体还有一系列的抗损害作用。通常，外源化学物对机体的损害作用和机体的抗损害作用（在一定条件下机体的修复或代偿功能）这两个过程是同时存在的。如果当外源化学物的作用强度（毒效应）超过机体的抗损害能力，机体就可能出现一系列中毒症状或者体征，严重者可导致死亡。（P15)）图2—1化学物质与机体的的有害交互作用。外源化学物暴露↓吸收分布代谢………→靶器官排泄终毒物分子,细胞,器官→毒效应（严重者可出现死亡）6第二章毒理学基本概念4.中毒（poisoning)是指生物体受到毒物作用而引起机体功能性或器质性改变出现的疾病状态。通常，根据病变发生的快慢，中毒可分为急性中毒和慢性中毒。在慢性中毒过程中有时可以出现急性发作。（职业临床呼吸系统或神经系统慢性中毒的急性发作）。通常情况下，任何一种化学物质要达到一定的剂量，在一定条件下都可能对机体产生有害作用。也就是说化学物的毒效应总是与一定剂量或者浓度联系在一起的（比如临床化学药物—西药等）。

P15表2—1某些化学物引起一组实验动物半数死亡的剂量LD50

表2—1某些化学物的半数致死剂量（LD50）

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化学物物种途径LD50(mg/kg体重）

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乙醇小鼠经口10000

氯化钠小鼠腹腔4000

吗啡大鼠经口900

烟碱大鼠静脉1

河豚毒素大鼠静脉0.1

二噁英（TCDD）豚鼠静脉0.001

肉毒杆菌毒素大鼠静脉0.00001

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可以看出化学物质的LD50分布很宽，可以达109，而且在每一个数量级都有代表性化学物，通常很难划定一个水平作为毒物和非毒物的界限。6第二章毒理学基本概念5.毒物（toxicsubstance,poison,toxicant)：是指较低的剂量下可导致机体损伤的物质。实际上这是一个法规管理的名词，对于化学物的急性毒性它规定在某个剂量下可以引起机体的有害作用的物质为毒物（如职业环境中化学物的GB—MAC等）；而对其它毒性（慢性毒性）主要根据证据的充分性来确定人类或动物的致癌物、致畸物、致突变物等远期效应以及特定靶器官毒物。

------我们人类最早对毒物的认识，主要是动、植物中的天然毒素以及某些有毒的矿物质，比如蛇毒、乌头、大麻、大黄和硫磺、铅、汞、砷等。这些可以追溯到远古时期人类靠游猎与采集可食动植物为生的时候，就注意到了一些对人、畜有毒的动植物，以保证食用安全。------以后，又逐渐懂得了利用有毒物质（如箭毒、乌头等）作为狩猎工具和武器。

------后来，我们人类在与疾病的斗争过程中，产生了药物，同时，人类在对药物毒性作用作了广泛的研究。------随着社会的发展，自19世纪工业革命以来，化学合成物（化合物）大量问世。------特别是20世纪40年代以来，科学技术迅猛发展，越来越多的化学合成品进入各种生产和生活领域，使用种类和数量相当广泛。6第二章毒理学基本概念------目前，全球登记的化学物质已达1000多万种，人们在日常生活和工农业劳动中经常使用和接触的大约有7--8万种，而且每年还有1000多种新化学物问世，这样就使得人类在生活环境或者生产环境中所暴露的化学物质无论是品种还是数量都在不断增加。关于化学物质的分类，由于目的和习惯上的不同，通常可有多种分类方法。目前比较统一的、能够达成共识的分类是按化学物的用途和分布范围大致可以分为9类：

1.工业化学品包括生产时使用的原料、辅助剂以及生产中产生的中间体、副产品、杂质、废弃物和成品（产品）等。

2.环境污染物如现代工业在生产过程中产生的废水、废气、废渣（工业三废）中的化学物对生产环境和大气环境的污染。这些污染物可以通过空气（大气环境）、水体、土壤或者食物而危及人类健康。（包钢氟化物污染——沙德格苏木羊长牙病2004.4——6）。

3.食品中的有毒物质包括天然的或食品变质后产生的毒素（毒蕈、黄曲霉毒素）以及各种超量的或不合格的食品添加剂，如糖精（各种甜味剂）、食用色素、香精、保鲜剂、防腐剂等等。

4.农、牧业用化学品各种化肥、农药（杀虫剂）、除草剂、植物生长调节剂（助长剂、催熟剂）、瓜果蔬菜保鲜剂、动物饲料添加剂等。常常由于误用、滥用以及农药在食品中的残留而造成危害。6第二章毒理学基本概念5.日用化学品日常生活中使用最多的比如各种洗涤用品、清洁剂、化妆品、家庭卫生使用的防虫杀虫用品，废弃的塑料包装袋对生活环境的污染—“白色污染”（很严峻）等。

2008.6.1.国务院办公厅颁发的“禁塑令”：从2008.6.1.起在全国范围内禁止生产、销售、使用厚度＜0.025mm的塑料购物袋，并将实行塑料袋购物有偿使用制度。据不完全统计我国每天居民生活要用掉10亿个塑料袋，主要以买菜为主，其他各种塑料袋的用量每天在20亿个以上。目前这种塑料袋主要是不可降解，埋在地下要大约200年才能腐烂，并且严重污染土壤；如果采取焚烧处理的方式，产生有害烟尘和有毒气体，长期污染大气环境。此外，还有一些不良生活习惯如某些嗜好烟、酒对健康的影响等。6.生物性毒素又统称毒素。它是由生物体产生的一种特殊的毒素，如微生物、动物或植物产生的毒性物质。通常根据来源的不同，可以分为以下几种：①动物毒素---即由低等动物产生的毒素，如某些致病杆菌、病毒所引发的人—畜共患疾病（口蹄疫、布病、鼠疫等），2003年的“非典病毒”等。②植物毒素---即由植物产生的毒素，比如毒蕈。③霉菌毒素---由某些霉菌产生的毒素，如黄曲霉毒素、肉毒毒素等。④细菌毒素---由细菌产生的毒素。

6第二章毒理学基本概念7.医用化学品比如用于预防和治疗的各种剂型的药物、用于诊断的化学物质，各种造影剂、消杀剂（如突发性公共卫生事件的各种传染病的预防预案等）此外，还有某些兽医用药，药物常因过量使用、致敏作用或特异反应等引起毒性作用。

8.军事毒剂主要指用于军事方面的一些个化学物质。如芥子气、沙林等具有大量杀伤性的化学武器的战争毒剂。（2003年3月美国大举进攻伊拉克的理由）。

9.放射性物质比如放射性核素、天然放射性元素等。此外，还可以按照化学物的化学结构、理化性质、毒性级别、毒性作用性质、作用部位、毒作用的生理生化机制对化学物质进行分类，通常可以根据具体情况予以选择。目前，除了外源化学物的研究之外，毒理学已经加强了对内源化学物的毒性研究，比如含氧自由基、含氮自由基、同型半胱氨酸等的研究。6第二章毒理学基本概念

二、损害作用和非损害作用通常，外源化学物在机体内可引起一定的生物学效应，其中包括损害作用和非损害作用。一般来讲，损害作用是外源化学物毒性的具体表现。这也是毒理学的主要研究对象。因此，必须明确损害作用的概念，并且与非损害作用加以区别。※外源化学物对机体的损害作用（adverseeffect)是指影响机体行为的生物化学改变，出现功能紊乱或病理损害，或者降低机体对外界环境应激的反应能力。通常在毒理学试验中所观察到的效应，是否属于有害效应，主要依赖于这种效应的性质，往往需要专家的判断。例如：有机磷酸酯类农药引起的血浆胆碱酯酶抑制不应该认为是毒性效应，仅可作为暴露标志物。此外，某些实验研究外源化学物引起的实验动物肝重量的可逆性增加可能是适应性反应，而不是毒效应，需要进一步研究。外源化学物的损害作用（有害作用）也有称之为健康效应（healtheffect).6第二章毒理学基本概念

●在外源化学物对机体的非损害作用（non-adverseeffect)中，机体发生的生物学变化应在机体适应代偿能力范围之内，往往不造成机体形态、生长发育过程及寿命的改变，机体对其它外界不利因素影响的易感性也不应增高。应该指出，正如在健康和疾病状态之间没有一个决然的分界，存在亚健康状态和亚疾病状态一样，实际上有时也难以判断外源化学物引起的生物学作用是非损害作用还是损害作用。外源化学物对机体的损害作用和非损害作用都属于生物学作用，后者经过量变达到某一水平后发生质变而转变为前者。

●随着生命科学的进展，损害作用的指标和概念将不断得以更新，一些过去认为是非损害作用的生物学作用，可能会重新判断为损害作用。

6第二章毒理学基本概念三、毒效应谱当外源化学物经暴露吸收进入生物体内的作用强度较低（剂量或浓度较低，作用时间较短），机体的生理适应和抗损伤过程相对较强时，机体保持相对稳定，仅有负荷增加或生理意义不明确的一些改变，不出现损害作用。通常，机体的这种自稳机制是有限度的，如果外源化学物作用强度较强（剂量和能度较高，相对作用时间较长），引起损害作用，机体进行病理性适应，通常这种病理性适应是可逆的，包括组织改建、代偿性肥大和增生、化生等。当外源化学物作用强度进一步增加时，机体的病理性适应和代偿失调进而出现一系列比较特异的中毒症状及体征，严重者最后可导致死亡（图2-1，图2-2）。6第二章毒理学基本概念

因此，我们人类在生活环境或者生产环境当中暴露外源化学物作用于机体的毒效应谱（spectrumoftoxiceffects)通常随着暴露剂量的增加可以出现下面5个方面的表现：①机体对外源化学物的负荷增加。②意义不明的生理和生化改变。③亚临床改变。④临床中毒表现。

⑤严重中毒者可出现死亡。这里的机体负荷是指暴露外源化学物以后进入机体的量或者其代谢产物的量以及这些物质在体内的分布。通常这些物质对机体可以是损害作用，也可以是非损害作用。如果外源化学物在体内的负荷明显增加，有毒物质在生物体内蓄积，可以出现亚临床改变、临床中毒表现甚至死亡，这些属于外源化学物暴露的损害作用（毒性效应）。此外，机体暴露外源化学物的毒效应谱还包括致癌、致突变和致畸作用（化学物毒物的三致作用），以后各章讨论。6第二章毒理学基本概念

适应(adaptation)是机体对某一种通常能引起有害作用的化学物显示不易感性或易感性降低。（在实际调查研究工作中经常可以出现）。抗性(resistance)一词在毒理学研究工作中是指用于一个群体对于应激原化学物反应的遗传机构改变，以至与未暴露的群体相比有更多的个体对这种化学物不易感性。因此，暴露化学物以后个体抗性的产生必须有化学物的选择及以后的繁殖遗传。（目前实验动物研究较多）。耐受(tolerance)对暴露者个体而言是指获得对某种化学物毒作用的抗性，通常被认为是早先暴露的结果，可以导致对这种化学物毒作用反应性降低的状态。目前能够达成共识的引起耐受的主要机制可能是由于到达毒作用靶部位的毒物量降低（处置性耐受，代谢性耐受）或者是机体某一组织对这种化学物的反应性降低。例如四氯化碳预处理可以使肝损伤的活性代谢物（CI3C.）生成减少，引起机体对这个化学物本身的耐受。通常在毒理学研究中耐受一词也可以用于在暴露某一化学物前对这个物质就有高频率的抗性基因的接触群体。在毒理学的实际工作中，抗性和耐受相关，但含义有所不同。6第二章毒理学基本概念

四、毒作用分类

通常，外源化学的毒性作用是它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。一般来讲，外源化学物毒性作用的特点是：在暴露化学物后，机体表现出各种功能障碍、机体的应急能力下降、维持机体稳态能力降低以及接触者对环境中的其它有害因素敏感性增高。通常，外源化学物的毒性作用可根据作用特点、发生的时间、损伤的部位，按不同的方法进行分类。目前常用的分类方法有下面5个方面：（一）速发性和迟发性作用

1.速发性毒作用(immediatetoxiceffect)是指机体与某些外源化学物一次暴露后在短时间内引起的即刻毒作用（毒性效应）。例如氰化物、硫化氢等引起的急性中毒出现瞬间（电击型）死亡等。一般来讲，暴露毒物后迅速中毒，说明机体对毒物的吸收快、分布快，作用直接（不需经过体内的代谢活化）;相反说明吸收缓慢或者需要经过体内代谢活化。如果中毒后迅速恢复，说明体内毒物能很快被代谢或被戒毒;相反，说明机体的解毒或排泄效率低，或者已经产生不可逆的病理性损害，（难以恢复）。6第二章毒理学基本概念2.迟发性毒作用(delayedtoxiceffect)是指机体一次或多次暴露某种外源化学物以后，缺乏中毒症状或者已有的中毒症状似乎已经恢复，再经过了一定的时间间隔才表现出来的毒性效应。比如有机磷农药中毒的迟发神经毒通常在急性中毒恢复10天左右，可出现肢体麻木，共济失调等病变；再如CO引起的昏迷病例，有些在恢复后几周甚至几个月后突然发生严重的脑病。此外，致癌物的潜伏期往往很长，从机体初次暴露到出现肿瘤有的需要10～20年时间，又叫做化学物的远期效应或远期作用。（二）局部作用或全身作用1.局部毒作用(localtoxiceffect)是指某些外源化学物在机体暴露部位直接造成的损害作用。比如强酸、强碱等对皮肤的灼伤、腐蚀作用；吸入氯气、氰氢酸等对呼吸道粘膜的刺激、损害作用等。（长期暴露氯气呼吸道哮喘、牙齿酸蚀症等损害作用）。2.全身毒作用(systemictoxiceffect)是指外源化学物暴露后被机体吸收随着血液循环分布到靶器官或全身后所产生的损害作用。例如窒息性气体一氧化碳、氰化物急性中毒引起的全身性的乏氧。（细胞内窒息，机体有氧不能利用）。另外，除了一些活性很高的物质外，大多数外源化学物都可以产生全身毒作用，有些物质可以产生局部作用和全身作用。例如，四乙基铅可以作用于皮肤的吸收部位，然后分布到全身对中枢神经系统、消化系统、造血系统和其他器官产生毒性作用。6第二章毒理学基本概念（三）可逆或不可逆作用1.可逆作用(reversibleeffect)是指机体停止暴露外源化学物后可以逐渐消失的毒性作用。人类在生活和生产环境中暴露的外源化学物所造成的慢性影响损害大多是可逆的（脱离暴露，治疗对策）。2.不可逆作用(irreversibleeffect)通常是指在停止暴露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。（病变继续进展—尘肺的可持续发展；苯的白血病等问题）。例如外源化学物引起的肝硬化、肿瘤等就是不可逆的。通常来讲，对于某一个外源化学物它的毒性作用是否可逆，在很大程度上还要取决于所受损伤组织的修复和再生能力。（但这种修复和再生能力是很有限的）。（四）超敏反应超敏反应(hypersensitivity)是机体对外源化学物产生的一种病理性免疫反应。又叫做过敏反应；变态反应。我们通常将引起这种超敏反应的外源化学物叫做致敏原，致敏原可以是完全抗原，也可以是半抗原。实际上许多外源化学物是作为一种半抗原，但进入机体后，首先与内源性蛋白质结合形成抗原，然后再进一步激发免疫系统。但机体再次暴露化学物后，就可产生超敏反应。超敏反应通常可以分为Ⅰ～Ⅳ型。Ⅰ型也就是我们通常所说的变态反应，而且很难发现典型的S型剂量—反应曲线。但是对特定的个体来说，变态反应存在着剂量—反应关系，例如一个经花粉致敏的人，他的过敏反应强度往往与空气中花粉的浓度有关。

6第二章毒理学基本概念（五）特异质反应特异质反应(idiosyncraticreaction)通常是指机体对外源化学物的一种遗传性异常的反应性（过强或过弱的反应性）主要是由于基因多态性，而与免疫性超敏反应没有关系。例如，病人接受一个标准治疗剂量肌肉松弛剂琥珀酰胆碱，在一般情况下引起的肌肉松弛时间较短，因为这种药物可以迅速的被血清胆碱酯酶分解。但是如果病人缺乏这种酶，就可以出现较长时间的肌肉松弛甚至呼吸暂停等。通常，超过敏反应和特异质反应的发生主要与机体因素有关，通常在群体中仅有少数个体可以出现这种反应，在实验动物研究中难以复制模型。一种外源化学物的毒效应可能同时涉及上述几种分类。

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第三节选择性毒性、靶器官和高危险人群（一）选择性毒性(selectivetoxicity)它是指一种外源化学物质只对某种生物产生损害作用，而对其它种类生物无害;或者只对机体内某一组织器官发挥毒性，而对其它组织器官不具毒性作用。最早它是指物种之间毒性差异，各种特异性药物如抗生素、杀虫剂、灭鼠剂等，用于临床治疗、农牧业等领域。目前，在毒理学研究工作中，选择毒性的概念得到进一步推广，而且是外源化学物毒作用的普遍特点，通常选择毒性可以发生在物种之间、个体内（易感器官为靶器官）和群体内（易感人群为高危人群）。（二）靶器官通常，暴露外源化学物进入机体被吸收后随着血流分布到全身各个组织器官，但是，化学物直接发挥毒性作用的部位往往有选择性，只限于一个组织或器官，毒性作用也不一样。外源化学物可以直接发挥作用的组织器官就叫做靶器官（targetorgan）。化学物毒效应的强弱，主要取决于毒物在靶器官中的浓度。但是靶器官不一定是这种物质浓度最高的场所。外源化学物的全身毒性作用常见的靶器官由神经系统、血液和造血系统、肝、肾、肺等。6第二章毒理学基本概念

机体某个特定的器官成为毒物的靶器官可能与毒动学（生物转化）和毒效学等多种原因有关：8个方面：

①器官在体内的解剖位置和功能，毒物吸收和排泄器官。②该器官的血液供应。③具有特殊的摄入系统。

④代谢毒物的能力和活化/解毒系统平衡。

⑤存在特殊的酶或生化途径。

⑥毒物与特殊的生物大分子结合。

⑦对损伤的修复能力。

⑧对特异性损伤的易感性。（三）高危险人群在同一环境因素变化条件下，少部分人反应强烈，出现患病甚至死亡。而大部分人反应不大，这是因为个体易感性（年龄、性别、健康状况、遗传因素等）不同构成的。通常这种暴露者个体对潜在的环境健康危害的“危险性谱”可以由3个因素构成：①暴露于环境有害因子，如化学物或微生物；②发生暴露特定的时间；③个体对环境有害因子的易感性。6第二章毒理学基本概念通常情况下，我们将容易受环境因素损害的那部分易感人群成为高危人群（highriskgroup)

，在暴露化学物同一污染环境中，高危人群往往比正常人出现健康危害早而且程度也比较严重。因此，在实际工作中应当加以保护高危人群。在通常情况下，高危人群的生理调节机能、平衡适应反应以及机体对损伤的代偿能力等与正常人群不同，均有所降低，容易受环境有害因素的影响，目前认为构成这种易感性的生物学基础有下面6个方面：

1、年龄：不同年龄的人对某些环境因素作用的反应不同。通常可以出现胎儿、新生儿及老年人对环境有害因素易感。

2、性别：暴露化学物某些疾病的发生与性别有关。例如在日本发现某些以镉为主的污染地区经产妇发生痛痛病的发病率高于其他人群。

3、遗传因素:某些遗传缺陷者对某些毒物异常敏感。此外，遗传多态性可影响对毒物的易感性，这方面正是毒理学研究的热点。

4、营养及膳食情况：营养缺乏可以加剧某些污染物的毒作用。有报道VitA和VitC长期不足，机体易发生恶性肿瘤。汞污染地区吃鱼较多的人暴露有机汞的机会就较多。

5、疾病状态：某些慢性心、肺疾病患者易受有害物质的影响，可以使病情恶化。

6、其他：有些因素使人体暴露污染物的机会增多。前面提到的适应和耐受对个体易感性也有重要的作用。6第二章毒理学基本概念

由于高危险人群对环境因素的易感性，通常我们在实际工作中如果保护了高危人群就保护了整个人群。因此，在研究环境因素对健康的影响和制定环境卫生标准时，均应以高危险人群为主要对象，力求保证全体人群的健康。

第六节生物标志我们预防医学要求对外源化学物的有害作用进行早期预防、早期诊大大断、早期治疗，为了达到这样的综合目的，特别是近年来毒理学发展了生物学标志的概念。生物学标志(biomarkerofexposure)是指外源化学物通过生物学屏障并进入组织或体液后，对该外源化学物或者它的生物学后果的测定指标，通常可以分为暴露标志、效应标志和易感性标志（图2-12）。。

6第二章毒理学基本概念暴露生物标志效应生物生物标志

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↓↓暴露--------→吸收剂量------→靶剂量---→生物学效应-----→健康效应

↑

↑↑↑

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易感性生物标志图2—12从暴露到健康效应的过程与与生物学标志关系的模式图6第二章毒理学基本概念（一）暴露生物学标志(biomarkerofexposure)它是测定组织、体液、或排泄物中吸收的外源化学物、其代谢产物或与内源性物质的反应产物，作为吸收剂量或靶剂量的指标，提供关于暴露外源化学物的信息。（实际工作中的毒物暴露者生物材料检测）。通常，暴露生物学标志包括反应内剂量和生物效应剂量两类标志物（如化学物原型、代谢物、血红蛋白加合物、DNA加合物等），可以很好的反映机体生物材料中外源化学物或其代谢产物的含量（负荷）；或者外源化学物与某些靶分子相互作用产物的含量。这些暴露生物学标志如果与外剂量相关或者与毒性作用效应相关，那么通常可以用来评价暴露水平或者建立（制定）生物阈限值（卫生标准）。（二）效应生物学标志(biomarkerofeffect)它是指机体中可以检测出的生化、生理、行为或其他改变的指标，这些指标包括反映早期生物效应(earlybiologicaleffect)、结构和（或）功能改变(alteredstructure/function)及疾病(disease)三类标志物，这些检测指标通常可以提示与不同靶剂量的外源化学物或它的代谢产物有关联的对暴露者健康有害效应的信息。6第二章毒理学基本概念（三）易感生物学标志（biomarkerofsusceptibility)它是指关于暴露者个体对外源化学物的生物易感性的指标，也就是我们通常所说的反映机体先天具有或后天获得的对暴露外源性化学物产生反应能力的指标。比如，环境化学物在暴露者体内代谢酶及靶分子的基因多态性，属于遗传易感性指标。通常，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，这些都可以反映机体的易感性。我们在实际调查研究工作中，暴露者易感性生物学标志可以用来筛检易感人群，保护高危人群。在毒理学研究工作中，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暴露对人体健康状况影响的有力工具。暴露标志用于人群可以定量确定个体的暴露水平；效应标志可以为人体暴露与环境引起的疾病提供联系，常常用来确定剂量---反应关系以及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；易感性标志是用来鉴定易感个体和易感人群，通常在外源化学物的危险度评价和危险度管理中应当充分的考虑，将在第11章讨论。6第二章毒理学基本概念

第三节剂量和剂量—反应关系

一、剂量和暴露特征

在毒理学中，通常剂量（dose)是决定外源化学物对机体损害作用的重要因素。有关剂量的概念比较广泛，可以包括以下几种：1.给予剂量（adminisereddose)：又称潜在剂量（potentialdose)，它是指机体实际摄入、吸收或应用于皮肤的外源化学物的量。2.应用剂量（applieddose)：是指直接与机体的吸收屏障接触可供吸收的量。3.内剂量（internaldose):又叫吸收剂量（absorbeddose）它是指已被吸收进入体内的量。3.送达剂量(delivereddose):是指内剂量中可以到达所关注的器官组织的部分。4.生物有效剂量（biologicallyeffectivedose)：又称靶剂量（targetdose)是指送达剂量中到达毒作用部位的部分。6第二章毒理学基本概念

通常，外源化学物暴露对机体损害作用的性质和强度，往往直接取决于毒物在靶器官中的剂量，但是在研究工作中测定这个剂量比较复杂。一般来讲，如果暴露或者摄入的剂量越大，在靶器官内的剂量也越大。因此，常常以暴露剂量来衡量，暴露剂量通常是指单位体重暴露外源化学物的量，比如mg/kg;环境空气中浓度可用mg/m3;水体中的表示方法可用mg/L。在空气中存在的化学物的物理形态比较复杂，通常包括下列五种物理形态：1.气体（gas)是指在环境常温、常压下呈气体状态的物质。2.蒸气（vapour)是指液体蒸发或固体物质升华而形成的物质。比如一些金属物质或类金属物质在生产工艺过程形成的蒸气---铅蒸气；汞蒸气等。3.雾（mist,fog)是指悬浮于空气中的液体微粒（液滴）。4.烟（fume,smoke)为悬浮于空气中的烟状微粒，直径小于0.1微米。5.尘（dust)是指飘浮于空气中的固体粒子，直径大于0.1微米。这里所使用的名词“粒子”与“液滴”对应，如果没有必要区分气溶胶的成分是粒子与液滴时，通常统称为微粒（particulate).

气体和蒸气统称为气态化学物。烟、雾、粉尘统称为气溶胶。悬浮在空气环境中的粉尘微粒又叫作可吸入颗粒物。6第二章毒理学基本概念

在毒理学中，机体最常见的暴露外源化学物的主要途径分为经口、呼吸道吸入和经皮肤，(人类生活和生产环境暴露外源化学物）。其他途径有各种注射方式，比如静脉、皮下、腹腔注射等途径。（毒理学实验动物染毒可用）。经口、经皮及其他途径的外剂量表示为mg/kg（体重），而吸入途径外剂量表示为规定时间内暴露环境中浓度mg/m3，而规定时间内暴露环境中浓度mg/m3

在《职业卫生与职业医学》中常用，特别是在职业环境空气中有害物质的监测方面。暴露特征通常是决定外源化学物对机体损害作用的一个重要因素。暴露特征包括暴露途径、暴露期限及暴露频率。暴露期限和暴露频率同样也影响外源化学物对机体毒作用的性质和程度。毒理学在研究工作中一般将动物实验按染毒期限分成4个范畴：包括急性毒性试验、亚急性、亚慢性和慢性毒性试验。※概念：1.急性地性试验：它是指在24小时内一次或多次给实验动物染毒。2.亚急性毒性试验：是指在1个月或短于1个月的重复染毒。3.亚慢性毒性试验：在1个月～3个月对实验动物的重复染毒。4.慢性毒性试验：是指在3个月以上的重复染毒。（90天喂养）。在毒理学中，亚急性、亚慢性和慢性毒性试验可以统称为重复染毒试验。有关这些毒理学动物试验将在以后章节讨论。6第二章毒理学基本概念

在暴露特征中，另一个与时间有关的因素是暴露频率。一种外源化学物一次染毒可以引起严重的毒作用，但分次染毒而总量相同可能不出现毒作用。暴露频率和消除速率的关系见图2-5（P21阅）。

二、剂量-反应关系和量反应、质反应（一）剂量-效应关系（dose-effectrelationship)或剂量-反应关系（dose-responserelationship)剂量-效应关系和剂量-反应关系是毒理学的两个重要概念，它常常随着外源化学物的剂量增加，可以出现对机体毒效应程度的增加；或出现某种毒效应的个体在群体中所占比例增加。通常以表示毒物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，以毒物剂量为横坐标，绘制散点图，可以得出某一毒物的剂量-效应曲线或剂量-反应曲线。（毒理学研究工作常用）。在毒理学工作中，一个好的、合理的应用剂量-反应关系的概念，应具备3个前提：1.所研究的反应是由化学物暴露引起的。2.反应的强度与剂量有关。3.要具备定量测定毒性的方法和准确表示毒性大小的手段。6第二章毒理学基本概念

通常，剂量-反应关系研究在毒理学中有以下一些重要意义：1.一个好的剂量-反应关系有助于发现化学物的毒效应性质。2.研究中所得到的有关参数可以用于比较不同化学物的毒性。3.有助于确定机体易感性分布。4.所得参数通常是判断某种化学物与机体出现某种损害作用存在因果关系的重要依据。5.剂量-反应关系是毒理学进行安全性评价和危险度评价的重要内容。（第十一章讨论）。（二）效应和反应在毒理学研究中我们可以根据所测定的有害作用的生物学和统计学特点，将化学物的毒性终点分为效应和反应两类。通常效应是量反应，它用来表示暴露一定剂量的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。这种变化的程度可用计量单位表示。例如：某种有机磷化合物可以使暴露者血液中胆碱酯酶的活性降低，暴露苯可以出现外周血WBC计数减少等。而反应是质反应，它是指暴露某一化学物的群体中出现某种效应的个体在群体中所占比例，通常用百分率（%）或比值表示。例如发病率、死亡率等。（实际工作中常用的统计指标）。它的观察结果只能用“有”、“无”、“异常”或“正常”等计数资料来表示。6第二章毒理学基本概念

第四节毒理学的研究方法

通常我们在毒理学研究工作中，毒理学实验可以采用整体动物、游离的动物内脏、组织、细胞等材料来进行。一般来讲，根据所采用的研究方法的不同，目前可以分为体内试验(invivotest)和体外实验(invitrotest)。除此之外，毒理学的研究还可以利用受控制的人体试验和流行病学调查直接研究外源化学物对人体和人群健康的影响。（一）体内试验：体内试验又称整体动物试验。这种实验方法可以严格控制接触条件，测定多种类型的毒性作用。实验动物多采用大、小鼠、豚鼠、地鼠、家兔、犬或猴等哺乳动物。除此之外，特殊情况下也可以采用鱼类或其他水生生物、鸟类或者昆虫等材料。通常，检测外源化学物的一般毒性，大多在动物体内试验进行，比如毒理学的急性毒性试验、亚急性、亚慢性和慢性毒性试验等的研究。目前，哺乳动物体内实验是毒理学标准的经典研究方法，它的研究结果原则上可以外推到人类；但是体内试验影响因素很多，难以进行化学物代谢和毒性机制研究。

6第二章毒理学基本概念（二）体外试验：研究材料是利用游离器官、培养的细胞或细胞器、生物模拟系统进行毒理学实验。这种研究多用于外源化学物对生物体急性作用的筛选检测、作用机制以及代谢转化过程的深入观察研究。但是，这种研究系统缺乏整体毒物动力学过程，特别是难以研究外源化学物的慢性毒作用。（三）人体观察：这种研究方法主要是通过外源化学物中毒事故的处理或者经过职业临床的治疗，通常可以直接获得有关暴露人体的毒理学资料。此外，还可以用于新药的临床Ⅰ期实验，用于评价新药的安全性。（四）流行病学研究：这一方法主要是用于在环境中已经存在的外源化学物的研究，通常用流行病学的研究方法，将毒理学动物实验的研究结果进一步在人群调查中验证，可以通过直接观察人群或职业人群，获得动物实验所不能获得的资料。6第二章毒理学基本概念

流行病学研究的有点是接触条件真实，直接观察对象是人体。同时，毒理学利用流行病学方法不仅可以研究已知环境因素（外源化学物）对暴露人群健康的影响（从因到果），而且还可以对已知疾病的环境病因进行探讨（从果到因）。不足之处是这种研究干扰因素比较多，测定的外源化学物的毒性效应还不够深入，有关的生物学标志还有待于发展。

P27表2—3毒理学研究方法之优缺点（阅）。6第二章毒理学基本概念

第八节毒物参数和安全限值一、毒性参数和安全限值为了定量地描述或者比较外源化学物的剂量-反应（效应）关系，规定了一些毒物参数和安全限值的概念。（安全限值即卫生标准）。通常，毒理学在实验动物体内试验得到的毒性参数可以分为了两类：1.毒性上限参数，它是在急性毒性试验中以实验动物死亡为终点的各项毒性参数。2.毒性下限参数，它是在实验中观察到有害作用最低水平及最大无有害作用剂量，这些参数通常可以从急性毒性、亚急性毒性、亚慢性毒性和慢性毒性试验中得到。在实际工工作中，毒性参数的测定是毒理学试验剂量-效应关系和剂量-反应关系研究的重要内容。（相当重要的内容）。在毒理学研究工作中常用的毒性参数包括致死剂量（浓度）、观察到有害作用的最低水平、未观察到有害作用水平（最大无作用剂量）、阈值（阈剂量）、安全限值（卫生标准）和毒作用带等。如果当受试物或者外源化学物存在于空气或水体中的时候，这些指标中的剂量应该叫做浓度。6第二章毒理学基本概念1.致死剂量或浓度这些指标是毒理学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，通常是按照引起实验动物不同死亡率所需要的剂量或浓度来表示的。（1)绝对致死剂量或浓度(absolutelethaldoseorconcen-tration,LD100orLC100):它是指引起一组受试动物全部死亡的最低剂量或浓度。但是，使用这个指标所存在的问题是在实验中往往由于一个群体中不同个体之间对外源化学物的耐受性存在差异，如果个别个体耐受性增高，就可以造成100%死亡的剂量显著增加，使得结果的可靠性受到影响。所以，在研究工作中，表示一种外源化学物的毒性高低或者对不同外源化学物的毒性进行比较时，一般不用绝对致死剂量这个指标，通常大多采用半数致死剂量（LD50),这个指标受个体耐受程度差异影响比较小，而且相对比较稳定。※（2）.半数致死剂量或浓度(medianlethaldoseorconcentration,LD50或LC50)：它是指引起一组实验动物半数死亡的剂量或浓度。这是一个经过统计学处理得到的数值，在毒理学中通常用来表示外源化学物急性毒性的大小。6第二章毒理学基本概念

如果在实验研究中得到的这个数值越小，说明外源化学物的毒性越强（大），相反毒性越低。另外，与半数致死剂量概念相似的毒性参数是半数致死浓（LC50），它是指能使一组实验动物通过呼吸道暴露外源化学物一定时间（一般固定为2或4h）后，死亡50%所需的浓度(mg/m3).

在环境毒理学中，还用到半数耐受限量（TLm),它是用来表示一种外源化学物对某种水生生物的急性毒性，也就是我们通常所说的一群水生生物（例如鱼类）中50%个体在一定时间内（48小时）可以耐受（即不出现死亡）的某种外源化学物在水体中的浓度（mg/L)，一般用TLm48表示。（3)最小致死剂量或浓度（minimallethaldoseorconcentration,MLD,,LD01orMLC,LC01):它是指在一组实验动物中，只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(maximumnon-lethaldoseorconcentration,LD0orLC0)：它是指在一组实验动物中不引起动物死亡的最大剂量或浓度。

6第二章毒理学基本概念2.观察到有害作用的最低水平(lowestobservedadverseeffectlevel,LOAEL):它的概念是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）某种有害作用的最低剂量或浓度。通常这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。观察到有害作用的最低水平这个数值是通过动物实验和观察得到的，是有害作用，应具有统计学意义和生物学意义，这一点在我们的研究工作和实际工作中是相当重要的。3.未观察到有害作用水平(noobservedadverseeffectlevel,NOAEL):它是指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）可检测到的有害作用的最高剂量或浓度，在这里机体（人或实验动物）在形态、功能、生长、发育或者寿命改变可能检测到，但往往属于非损害作用。（编教材曾提出异议---2007.2.苏州）。通常，在实际的研究工作中，比未观察到有害作用水平高一个剂量组的实验剂量就是观察到有害作用的最低水平。在毒理学实验研究中，通常应用不同物种、品系的动物、暴露时间、染毒方法和指标观察有害效应，可以得出不同的观察到有害作用的最低水平和未观察到有害作用水平。6第二章毒理学基本概念

因此，我们在研究工作中在使用观察到有害作用的最低水平和未观察到有害作用水平这些指标时应当特别说明检测的是什么效应、什么群体、什么染毒途径以及研究期限（急性毒性、亚急性、亚慢性、慢性毒性试验等）。在毒理学研究工作中，一些急性毒性、亚急性、亚慢性、慢性毒性试验都可以分别得到各自的观察到有害作用的最低水平或者未观察到有害作用水平。因此，我们在讨论观察到有害作用的最低水平或者未观察到有害作用水平的时候应该说明具体条件，并且注意描述外源化学物出现观察到有害作用的最低水平的严重程度。我们在毒理学实际工作当中，通过实验研究如果能够得到一个好的观察到有害作用的最低水平或者未观察到有害作用水平参数，是我们用来评价外源化学物毒性作用、制定安全限值（卫生标准）的重要依据，具有重要的理论意义和实践意义。6.阈值(threshold):它是指一种物质是机体（人或实验动物）开始发生效应的剂量或浓度，如果低于这个阈值不发生效应，在达到阈值的时候才发生效应。一般来讲，一种化学物对每一种效应（有害和非有害）可以分别有一个阈值。通常就某种效应来讲，对易感性不同的个体可以有不同的阈值。6第二章毒理学基本概念

同一个体对某种效应的阈值叶可以随着时间而发生改变。

通常，对一个外源化气学物来讲，它的有害效应阈值应该在未观察到有害作用水平和观察到有害作用