第二章 毒理学基本概念 卫生毒理学.ppt

1、毒理学基本概念,中山大学公共卫生学院 预防医学系,2020/7/23,2,教学目的与要求,掌握：剂量；效应与反应；剂量效应关系和剂量反应关系；剂量反应（效应）曲线；致死剂量；阈剂量；最大无作用剂量；毒作用带。 熟悉：毒物及其分类；毒性及其分级；毒性作用及其分类。非损害作用；损害作用,2020/7/23,3,第一节毒物、毒性和毒作用,毒物（poison） 在一定条件下以较小剂量进入机体就能干扰正常的生化过程或生理功能，引起暂时或者永久性的病理改变，甚至危及生命的化学物质。,毒物与非毒物之间有绝对的界限？ 使二者之间发生互变的重要条件是剂量 接触途径也是重要的条件,维生素A,Paracelsus（

2、14931541）： All substances are poisons; there is none which is not a poison. The right dose differentiates from a remedy.,2020/7/23,6,化学物质分类,按其用途和分布范围可分为 1. 工业化学品 2. 食品添加剂 3. 日用化学品 4. 农用化学品 5. 医用化学品 6. 环境污染物 7. 生物毒素 8. 军事毒物 9. 放射性物质,工业毒理学 食品毒理学 环境毒理学,2020/7/23,7,化学物质分类（续）,按化学结构和理化性质 毒性级别 毒作用性质和部位 毒作用

3、的生理生化机制,2020/7/23,8,毒性及其分级,毒性（toxicity）：指化学物质能够造成机体损害的能力。 在同等剂量下，对机体损害能力越大的化学物质，其毒性越高。 相对于同一损害指标，需要剂量越小的化学物质，其毒性越大。 剂量是化学物质毒性的决定因素。,2020/7/23,9,影响毒性的因素,剂量 接触途径 接触期限、速率、频率,2020/7/23,10,接触途径 同一种化学物质经由不同途径与机体接触时，其吸收系数（即入血量与接触量之比）不同,接触期限 急性毒性试验-1次或24小时内多次对实验动物高剂量染毒。 亚慢性、慢性毒性试验-至少个月以上，对动物反复多次低剂量染毒。 除了强度差

4、别外，有时还有性质差别。,速率：相同化学物质即使染毒剂量相同，吸收速率不同则中毒表现也将不同 。 频率：接触的间隔时间如短于其生物半减期（1/2）时，进入机体的量大于排出量，易于积累至一个高水平，从而引起中毒。反之，如接触的间隔时间长于1/2时，就不易引起中毒（高剂量接触时除外）。,2020/7/23,14,选择毒性（selective toxicity） 指一种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作用。,2020/7/23,15,出现选择毒性的原因,物种和细胞学差异,表1. 人鼠差异,表2. 毒性效应的种族差异,不同

5、生物或组织器官对化学物质生物转化过程的差异 不同组织器官对化学物质亲和力的差异 CO与血红蛋白 不同组织器官对化学物质所致损害的修复能力的差异： 脑、肝肾,2020/7/23,19,选择毒性是“双刃剑” 正面：发明各种特异性药物用于临床医疗、农业和畜牧业等领域，并从中获益。 反面：反映了生物现象的多样性和复杂性，使毒理学动物试验结果外推至人发生困难。,2020/7/23,20,毒性终点（endpoint toxicity）,急性毒性试验毒性终点：受试物引起的机体死亡； 亚慢性、慢性毒性试验毒性终点：受试物造成的生理、生化、代谢等过程的异常改变； 遗传毒性试验终点：受试物导致的基因突变、染色体畸

6、变、畸形、肿瘤形成。,2020/7/23,21,毒性分级,急性毒性：根据LD50将化学物质分为极毒、剧毒、中等毒、低毒、微毒、无毒等数个等级。 致畸物：根据致畸指数大小分为强致畸性、具致畸性、无致畸性3个等级。,2020/7/23,22,毒作用及其分类,化学物质的毒作用（toxic effect），又称为毒效应、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，是化学物质对机体所致的不良或有害的生物学改变。,2020/7/23,23,分 类,速发与迟发作用（immediate effect and delayed effect） 速发作用：指机体

7、与化学物质接触后在短时间内出现的毒效应。 迟发作用(远期作用)：指机体接触化学物质后，中毒症状缺如或虽有中毒症状但似已恢复，经过一定的时间间隔才表现出来的毒效应。如致癌作用。,局部与全身作用 （local effect and systemic effect） 局部作用：指发生在化学物质与机体直接接触部位处的损伤作用。 全身作用：指化学物质经血液循环到达体内其它组织器官引起的毒效应。,2020/7/23,25,可逆与不可逆作用（reversible effect and irreversible effect） 可逆作用：停止接触化学物质后，造成的损伤可以逐渐恢复。常见于接触化学物质的剂量较低

8、、接触时间较短、损伤较轻时。 不可逆作用：停止接触化学物质后，损伤不能恢复，甚至进一步发展加重。 化学物质的毒作用是否可逆主要取决于被损伤组织的再生能力。,2020/7/23,26,过敏性反应（hypersensibility） 或变态反应（allergic reaction） 低剂量下即可发生； 难以观察到剂量-反应关系； 损害表现多种多样，轻者仅有皮肤症状，重者可致休克、甚至死亡。,2020/7/23,27,特异体质反应（idiosyncratic reaction） 由于遗传因素所致的对某些化学物质的反应异常。,2020/7/23,28,损害作用与非损害作用,损害作用（adverse e

9、ffect） 其所致的机体生物学改变是持久的或不可逆的； 造成机体功能指标的改变； 维持体内的稳态能力下降； 对额外应激状态的代偿能力降低； 对其它环境有害因素的易感性增高，使机体正常 形态、生长发育过程受到影响； 寿命缩短。,非损害作用（non-adverse effect） 所致机体发生的一切生物学变化都是暂时的和可逆的，应在机体代偿能力范围之内。 不造成机体形态、生长发育过程及寿命的改变； 不降低机体维持稳态的能力和对额外应激状态代偿的能力； 不影响机体的功能容量的各项指标改变； 不引起机体对其它环境有害因素的易感性增高。,2020/7/23,30,如何确定损害作用？,确定正常值和对照组

10、 正常值的确定方法 选择一群按目前标准认为是“健康” 或“正常”的个体，进行某项指标的测定，以x2s作为正常值的范围。 对照组 未经受试物处理的组别。与试验组进行相同指标的测定。对照组的测定值应在正常值范围内。,_,表 两组血清免疫球蛋白IgG、IgA、IgM、补体C3及C4含量测定结果比较（xs，g/L ） 注：* P0.05,将试验组结果与对照组比较进行统计学检验。出现下列情况之一者，即为损害作用： 与对照组相比： 差异显著（p0.05），且不在正常值范围内 差异显著（p0.05），但数值仍在正常值范围内，但在停止接触受试物后，此种差异在一段时间内仍然存在 差异显著（p0.05），数值虽仍

11、在正常值范围内，但在机体处于功能或生化应激状态下此种差异更明显。,2020/7/23,33,毒效应谱,性质：毒效应包括肝、肾、肺等实质器官损伤、内分泌系统紊乱、免疫抑制、神经行为改变、出现畸胎、形成肿瘤等多种形式。 强度：效应的范围则从微小的生理生化正常值的异常改变，到明显的临床中毒表现，直至死亡。 毒效应的这些性质与强度的变化构成了化学物质的毒效应谱（spectrum of toxic effects）。,2020/7/23,34,反映毒作用终点的观察指标,特异指标：这类指标的出现与特定化学物质之间有着明确的因果关系 优点：有助于阐明中毒机制 不足之处：完成系统的毒理学研究之前常难以确定；由

12、于指标的多种多样，无法对不同化学物质的毒性大小进行比较。,2020/7/23,35,死亡指标：在急性毒性评价中，死亡是经常使用的主要指标。 优点：简单、客观、易于观察；可作为衡量不同作用部位和作用机制的化学物质毒性大小的标准。 比较粗糙，不能反映毒作用的本质。,2020/7/23,36,靶器官,靶器官（target organ） ：化学物质被吸收后可随血流分布到全身各个组织器官，但其直接发挥毒作用的部位往往只限于一个或几个组织器官，这样的组织器官称为。 同一化学物质可作用于不同的靶器官。 在同一靶器官产生相同毒效应的化学物质，其作用机理可能不同。,2020/7/23,37,影响化学物质组织特异

13、性的因素,自身：化学物质本身的结构与理化性质、组织器官的组织结构与生理功能、代谢酶的活化状态。 相互作用：机体对于化学物质的处置过程、化学物质或其代谢产物与生物大分子如核酸、酶、受体、蛋白质间相互作用的能力等。,2020/7/23,38,生物学标志 （biomarker，biological marker）,又称生物学标记或生物标志物，是指针对于通过生物学屏障进入组织或体液的化学物质及其代谢产物、以及它们所引起的生物学效应而采用的检测指标,2020/7/23,39,分 类,接触生物学标志 效应生物学标志 易感性生物学标志,2020/7/23,40,接触生物学标志,是对各种组织、体液或排泄物中存

14、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。,2020/7/23,41,效应生物学标志,指可以测出的机体生理、生化、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化学物质或其代谢产物有关的健康有害效应的信息。,2020/7/23,42,易感性生物学标志,是反映机体对化学物质毒作用敏感程度的指标。遗传因素起到了十分重要的作用。 易感性生物学标志主要用于易感人群的筛检与监测，在此基础上可采取有效措施进行有针对性的预防。,2020/7/23,43,第二节 剂量、剂量-量反应关系和剂量-质反应关系,剂量（dose）：既可指机体接触化学

15、物质的量或在试验中给予机体受试物的量（外剂量），又可指化学物质被吸收入血的量（内剂量）或到达靶器官并与其相互作用的量（靶剂量、生物有效剂量）。,毒理学中的剂量通常是指机体接触化学物质的量或给予机体化学物质的量，单位为mgkg体重、mgcm2皮肤等。 在接触环境污染物时，则根据空气、水、食品等介质中存在的浓度（分别为mg3，mg和mg / kg）乘以进入体内的介质总量来计算剂量。 当一种化学物质经由不同途径与机体接触时，其吸收系数与吸收速率各不相同。 因此在提及剂量时，必须说明接触途径。,2020/7/23,45,量反应与质反应,反应（response）：指化学物质与机体接触后引起的生物学改变。

16、个体或群体 量反应（graded response）：通常用于表示化学物质在个体中引起的毒效应强度的变化； 有强度和性质的差别，可以某种测量数值表示。为计量资料。,质反应（quantal response）：化学物质在群体中引起的某种毒效应的发生率或比例。 没用强度的差别，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。为计数资料。,2020/7/23,47,剂量-反应关系,剂量-量反应关系（graded dose- response relationship）：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（quantal dose-response

17、 relationship）：表示化学物质的剂量与某一群体中质反应发生率之间的关系。,剂量mg/kg 动物数 死亡数 36.44 10 0 51.02 10 1 71.43 10 3 100 10 5 140 10 7 196 10 10,2020/7/23,50,剂量-反应曲线,定义： 以表示量反应强度的计量单位或表示质反应的百分率为纵坐标、以剂量为横坐标绘制散点图，得到的一条曲线。,2020/7/23,51,常见类型,形曲线 多见于剂量-质反应关系中 特点：在低剂量范围内，随着剂量增加，反应或效应强度增高较为缓慢，然后剂量较高时，反应或效应强度也随之急速增加，但当剂量继续增加时，反应或效应

18、强度增高又趋向缓慢。曲线开始平缓，继之陡嵴，然后又趋平缓，成不甚规则的状。, 对称形曲线 非对称形曲线,无论是对称还是非对称形曲线，在50反应率处的斜率最大，剂量与反应率的关系相对恒定。因此，常用引起50反应率的剂量来表示化学物质的毒性大小。, 直线 化学物质剂量的变化与反应的改变成正比。少见。 抛物线 为一条先陡峭后平缓的曲线，类似于数学中的对数曲线，又称为对数曲线型。可见于剂量-量反应关系中。,“U”型曲线,2020/7/23,56,剂量反应曲线的转换,反应率与概率单位之间的对应关系,S型曲线转换为直线后，可以全面反映化学物质的毒性特征,两种化学物质的毒性比较,2020/7/23,58,第

19、三节 表示毒性常用指标,致死剂量（lethal dose） 绝对致死剂量（absolute lethal dose, LD100 ） 化学物质引起受试对象全部死亡所需要的最低剂量或浓度。如再降低剂量，即有存活者。,最小致死剂量（minimal lethal dose, MLD或 LD01；） 指化学物质引起受试对象中的个别成员出现死亡的剂量。从理论上讲，低于此剂量即不能引起死亡。 最大耐受剂量（maximal tolerance dose, MTD或LD0） 指化学物质不引起受试对象出现死亡的最高剂量。若高于该剂量即可出现死亡。中选择剂量范围的依据。,半数致死剂量（median lethal

20、dose, LD50） 指化学物质引起一半受试对象出现死亡所需要的剂量。又称致死中量。 LD50是评价化学物质急性毒性大小最重要的参数，也是对不同化学物质进行急性毒性分级的基础标准。化学物质的急性毒性越大，其LD50的数值越小。,农药的急性毒性分级,2020/7/23,62,LD50的影响因素,不同种属的动物 接触途径 不同性别的动物敏感性不同 实验室环境、喂饲条件、染毒时间、受试物浓度、溶剂性质、实验者操作技术的熟练程度,在计算LD50时，还要求出95可信限，以LD50土1.96来表示误差范围。在各种急性毒性分级标准中，等级间的数值一般可相差10倍，就是充分考虑到了LD50的波动性。 NIH

21、小鼠经腹腔注射一次给予度洛西汀后，结果按Bliss法计算其LD50为83.5mg/kg，95%可信限为74.193.4mg/kg，属中等毒级。,2020/7/23,64,LD0、LD100、LD50的应用,LD0和LD100常作为急性毒性试验中选择剂量范围的依据 LD0作为最低剂量 中间设2-3个剂量组 LD50,LD100作为最高剂量,2020/7/23,65,阈剂量和最大无作用剂量,阈剂量（threshold dose） 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（minimal effect level，MEL）。,2020/7/23

22、,66,分 类,急性阈剂量（acute threshold dose，Limac）：为与化学物质一次接触所得， 慢性阈剂量（chronic threshold dose, Limch）：为长期反复多次接触所得。,由于实际工作中，在哪个剂量水平才能发现化学物质所致的损害作用受到所选观察指标、检测技术的灵敏度和精确性、试验设计的剂量组数以及每组受试对象数等多种因素的影响，准确的测定阈剂量是很困难的，故该概念只有理论上的意义。在毒理学试验中获得的类似参数是观察到损害作用的最低剂量（lowest observed adverse effect level, LOAEL）。,2020/7/23,68,最

23、大无作用剂量（maximal no-effect dose, 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。与阈剂量一样，最大无作用剂量也不能通过试验获得。 毒理学试验能够确定的是未观察到损害作用的剂量（no-observed adverse effect level, NOAEL）。,同一化学物质，在使用不同种属动物、染毒方法、接触时间和观察指标时，往往会得到不同的LOAEL和NOAEL。因此，在表示这两个毒性参数时应注明具体实验条件。 化学物质的LOAEL和NOAEL不是一成不变的，随着检测手段的进步和更为敏感的观

24、察指标的发现，这两个毒性参数也会得以更新。,LOAEL和NOAEL是毒理学中的重要参数，在制定化学物质的安全限值时起着重要的作用。,2020/7/23,71,毒作用带,急性毒作用带（acute toxic effect zone, Zac）：为半数致死剂量与急性阈剂量的比值。 Zac = LD50Limac 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（chronic toxic effect zone, Zch）：为急性阈剂量与慢性阈剂量的比值。 Zch LimacLimch Zch值大，说明Limac与

25、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。,2020/7/23,73,第四节 安全限值,安全限值即卫生标准，是对各种环境介质(空气、土壤、水、食品等)中的化学、物理和生物有害因素规定的限量要求。,2020/7/23,74,指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，终生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，单位用mg/kg bw表示。,每日容许摄入量 ( acceptable daily intake, ADI),2020/7/23,75,在劳动环境中，MAC是指车间内工人工作地点的空气中某种化学物质不可超越的浓度。在此浓度下，工人长期从事生产劳动，不致引起任何急性或慢性的职业危害。 在生活环境中，MAC是指对大气、水体、土壤等介质中有毒物质浓度的限量标准。接触人群中最敏感的个体即刻暴露或终生接触该水平的化学物质，不会对其本人或后代产生有害影响。,最高容许浓度 （maximum allowable concentration, MAC）,2020/7/23,76,为美国政府工业卫生学家委员会（ACGIH）推荐的生产