第四章 影响毒性作用的因素.ppt

1、第四章 影响毒性作用 的因素,2,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五个方而的影响： 1、毒物因素； 2、毒物与机体所处的环境条件； 3、机体因素。 4、联合作用 5、暴露因素,3,4,5,第一节 毒物因素,毒物的生物学活性与其化学结构及理化特性有关系，也受毒物的剂型、不纯物含量、稳定性等影响。,6,一、化学结构,毒物的化学结构决定毒物的理化性质和毒物的化学活性，后两者又决定毒物的毒性，因此化学结构的改变可引起毒性作用的变化。 结构与毒性之间是什么关系？是否有规律可循？,7,结构与毒性之间的关系是构效关系 构效关系研究的好处： 1、开发高效低毒

2、的新化合物 2、从分子水平推测新化合物的毒作用机制 3、预测新化合物的毒性效应和安全限量,8,构效关系,（一）取代基的影响 取代基不同，毒性不同 例如，苯的急性毒性为 麻醉作用，慢性毒性为 抑制造血功能,9,10,11,12,（二）异构体和立体构型,六六粉有7种异构体分别称为：、-六六六，另有一对旋光异构体。其中常用的是-、-、-、-六六六又被称为甲体、乙体、丙体和丁体六六六。-六六六又称为林丹,13,-、-六六六急性毒性强 -六六六慢性毒性大 -、-、六六六对中枢神经系统有很强的兴奋作用 -、-六六六对中枢神经系统有抑制作用,14,二取代苯,15,16,17,18,饱和脂肪烃，甲烷和乙烷是惰

3、性气体，仅仅在高浓度时引起单纯窒息作用，从丙烷开始，碳原子愈多，则麻醉作用愈大。但碳原子数超过9时，麻醉作用反而下降。 一般情况下，碳原子数相同时，毒性大小为： 直连支链，成环开链，总体是：成环直连支链,（三）.同系物的碳原子数,19,碳原子数相同时，不饱和度越大，毒性越大 如， 毒性：乙炔乙烯乙烷,（四）.不饱和度,20,（五）.与营养物质或内源物质的相似性,与营养物质或内源物质越相似越容易进入体内 如：氟尿嘧啶与尿嘧啶 铬、锰与铁 铅与钙,21,22,化学物质的理化特性对于它在外环境中的稳定性，进入机体的机会与体内代谢转化过程均有重要影响。,二、理化性质,23,（一）.溶解度,24,脂水分

4、配系数(lipo-hydro partition coefficient),为化合物在脂相和水相间达到平衡时的浓度比值 P=Co/Cw 公式:脂水分配系数以P表示，化合物在有机相中浓度Co，在水相的浓度Cw 脂水分配系数越大，越易溶于脂，反之则越易溶于水。,25,1、毒物在水中的溶解度直接影响毒性的大小，水中溶解度越大，毒性愈大。 如雄黄(As2S2)及雌黄(As2S3)溶解度较砒霜(As2O3)小3万倍，其毒性亦小。,26,2、影响毒性作用部位：如刺激性气体中在水中易溶解的氟化氢(HF)、氨等主要作用于上呼吸道，而不易溶解的二氧化氮(NO2)则可深入至肺泡，引起肺水肿。,27,3、脂溶性物质

5、易在脂肪蓄积，易侵犯神经系统。,28,（二）.粒子大小,包括颗粒大小和分子大小 分散度指物质被分散的程度 颗粒 ，分散度 。 毒物颗粒的大小可影响其进入呼吸道的深度和溶解度，从而可影响毒性。,29,（三）.挥发性,吸入毒物的毒性除与其半数致死浓度大小有关外，与其挥发性的大小亦有关 例如，苯与苯乙烯的LC50均为45mgL左右，但苯的挥发性较苯乙烯大11倍，故其危害性远较苯乙烯为大。,30,（四）、密度,密闭的、空气不流通的空间，有毒气体因密度不同而分层,31,（五）电离度,电离度影响其跨膜转运,32,（六）血/气分配系数,血/气分配系数 ，气态物质越容易被吸收,33,在生产环境中生产或使用的化

6、学物质常含有一定数量的不纯物，包括原料、杂质、副产物、溶剂、赋形剂、稳定剂、着色剂等其中有些不纯物的毒性比原来化合物的毒性高，对此若不加注意，可影响对一些化合物毒性的正确评定。,三、不纯物含量及毒物的稳定性,34,工业品往往混有溶剂，未参加合成反应的原料、原料中杂质、合成副产品等。商品中往往还含有赋形剂或添加剂。这些杂质有可能影响、加强、甚至改变原化合物的毒性或毒性效应。 例如除草剂2，4，5-三氯苯氧乙酸(2，4，5-trichlorophenoxy acetic acid，2，4，5-T)，由于样本中夹杂有相当量的四氯二苯-对位-二恶烷(TCDD二噁英)(30 mg/g)，此种杂质毒性非常

7、大，急性经口LD50(雌大鼠)仅为2，4，5-T的雌大鼠经口LD50的400万分之一。,35,36,第二节 机体因素,各种动物对同一毒物的反应不一。不同物种、品系(strain)和个体对毒性的易感性(susceptibility)可以有质与量的差异。 如苯可以引起兔白细胞减少，对狗则引起白细胞升高；-萘胺能引起狗和人膀胱癌，但对大鼠、兔和豚鼠则不能；反应停对人和兔有致畸作用，对其他哺乳动物则基本不能。又如小鼠吸入羰基镍的LC50为20.78 mg/m3，而大鼠吸入的LC50为176.8 mg/m3 ，其毒性比为1:8。,37,有人据154种化合物的毒性试验，所用动物有3-6种，结果见小鼠敏感者

8、有38种，家兔敏感者28种，狗敏感者44种，可见动物对于不同毒物的敏感性有明显差异。人对毒物的作用一般比动物敏感。 环境中某些毒物在一定条件(相同剂量及接触条件)下作用于人群，其中个体之间的反应会有很大差异，可从无任何作用到出现严重损伤以至死亡。以服用药物为例，同一种药物，经肝脏代谢出现于血浆中的半量数之间，可有3-11倍之差。即使在双生子,38,之间亦不例外。这对于药效、毒副反应都会产生明显影响；那些出现异乎常人反应的人被认为对毒作用有敏感性(susceptibility)，又称为高危个体(high risk individual)。 毒作用敏感性形成原因是多方面的。较重要的是：代谢酶的遗传

9、多态性；修复能力差异；受体因素；宿主的其它因素。 一、代谢酶的多态性 许多种外源性化学物质的代谢酶都具有多态性。,39,(一)I相酶 1.氧化代谢酶 纯化的细胞色素P-450有30余种，其中多种酶参与外源性物质代谢。这些酶的多态性使代谢功能出现很大差异，并影响到对某些毒物的敏感性。,40,如细胞色素P-450亚型CYP1A1主要催化多环芳烃(PAH)氧化成酚类及环氧化物。它的活性可为B(a)P及三甲基胆蒽所诱导。卤族芳烃(如TCDD)、黄酮类、吲哚类、色氨酸的光衍生物以及紫外线均可诱导CYP1A1活性增高。,41,2.酯酶 酯酶参与多种化学毒物的水解。这些酶存在一些变异型，血液胆碱酯酶(Ach

10、E)就是一例。,42,3.环氧水化酶(epoxide hydrolase，EH) EH的作用具有二重性，它既是活化酶参与B(a)P的代谢，又与P-450酶系一起使之最后生成终致癌物。EH活性有明显的个体差异，因而对摄取苯妥英与其它解痉药后所产生致畸效应的敏感性亦有不同。EH活性低者，获得出生缺陷的可能性较大。,43,(二)相酶 1.谷胱甘肽硫转移酶(GST) 许多种疏水性及亲电物质通过GST与谷胱甘肽结合形成硫醚酸经尿排出体外。GST还可在细胞内与胆红素及一些有机阴离子结合。 已知、三种类型GST均有多态性。GST参与氧化烃类包括B(a)P的代谢，因而有学者认为这类缺乏与肺癌敏感性有密切关系。

11、,44,2.其它相酶 包括硫转移酶(ST)、甲基转移酶(MT)、乙酰基转移酶(NAT)等。以NAT为例，不同NAT表型的人与服用异烟肼出现副反应的轻重关系，以后陆续发现肼类的神经毒性，与药物有关的红斑性狼疮，芳香胺类所致膀胱癌与NAT代谢表型有密切关系。,45,二、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。,46,聚(二磷酸腺苷-核糖)多聚酶(polyADP-ribosepolyme

12、rase，PARP)是另一类参与DNA断裂修复的酶。每当DNA出现断裂时，PARP先与断裂部位结合，并出现聚(二磷酸腺苷-核糖)合成和自身修饰，然后才使其它修复酶与断裂部位接近，并出现切割修复，使断裂得以重接。 三、受体与毒作用敏感性 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,47,蛋白，它是毒作用的靶分子，不同毒物作用于不同的受体上。受体本身可产生变异，它在细胞表而上分布的数量在不同个体、不同的生理状态下均可有差异。 由于骨骼肌钙释放通道受体的缺陷所致，正常受体内氨基酸序列上的精氨酸变成了半胱氨

13、酸。 二恶烷(TCDD)是另一类通过活化受体起作用的物质，它可以结合到Ah受体上使之活化。Ah受体活化后，与转录因子(Ah受体转运蛋白)形成异种二聚体。,48,这种三元复合物结合到DNA的调控序列上，使某些蛋白(例如CYP1A1、1A2)的表达出现改变，而其中某些蛋白与毒物的活化过程有关。 另一方而，受体可以出现变异型，其生物活性会产生变化，因而影响对于相应外源化学物的反应。,49,四、宿主其它因素对于毒作用敏感性影响 宿主的健康状况(疾病、免疫状态)、生理状况(年龄、性别等)、营养状况、生活方式等因素对于毒作用的敏感性可以产生不同程度的影响，是研究毒作用敏感性不可忽略的方面。,50,(一)健

14、康状况 一些遗传缺陷或遗传与毒作用敏感性有关系。例如着色性干皮病(XP)、共济失调性毛细血管扩张(AT)和先天性全血细胞减少症(FA)都是常染色体隐性遗传病，由DNA损伤的修复缺陷，上述疾病的杂合子对紫外线、烷化剂或某些化学致癌物作用的敏感性增高。,51,当一种疾病对于机体所产生的损害和某种毒物作用的部位或方式相同，一旦接触这种毒物，往往会加剧或加速毒作用的出现。 例如患有严重肝炎与肝硬化的病人，可见肝内细胞P-450含量下降50；患有急性化学性肝坏死的病人血浆内苯巴比妥、安替比林的半减期延长一倍。肾功能下降或衰竭时，许多化学物的排泄半减期以延长，从而影响药效和毒性。,52,免疫状态对于某些毒

15、作用的反应性质和程度有直接影响，过低或过高的免疫反应水平都可能带来不良的后果。,53,(二)生理状态 年龄对于敏感性是一种重要的影响因素，各个系统和器官的功能状态在不同年龄有明显的差异。 新生儿对于大多数的毒物来说都比成年人敏感。新生大鼠对于多数的受试药物或毒物的致死效应的敏感性比成鼠高出约0.120倍。,54,幼儿的血脑屏障发育不完备，因此幼儿摄入磺胺酰胺时，由于它先与血浆蛋白结合，使血内胆红素游离并通过发育不完全的血脑屏障进入中枢神经系统而造成损害。 老年人对于毒作用的敏感性常明显高于中、青年人，这与老年人多个系统或器官的功能出现下降有关。代谢速度变慢，使游离毒物在体内停留的时间延长。,5

16、5,(三)生活方式 酗酒、吸烟等生活习惯本身对于机体的有害影响是已知的，当这些的人在接触其它毒物时，一般认为可能会增加某些毒物作用的敏感性。,56,(四)营养条件 机体的营养状况对于毒物的代谢、储存和毒性都有密切影响。例如低蛋白食物可使微粒体酶活性下降。脂肪酸缺乏可减少为微粒体酶的水平和活性，使乙基吗啡等代谢减少。,57,近年有一些学者研究了限量饮食(dietary restriction，DR)对于动物的影响。DR是指给予动物应有饲料量的60，但补充足够的维生素和矿物质。有人认为它可以延长动物的寿命，对于肿瘤的自然发生和化学诱痛有抑制作用。动物试验证明了DR可增加大鼠肝和肾脏的GST活性，使

17、致癌物所形成的加合物减少。因此，DR在什么条件下发生这种有益作用，DR对人类是否也有同样作用？,58,造成机体对于毒物敏感的原因看来是多方面的。这些因素之间相互影响，最后形成一个综合的机体敏感性。,59,第二节 环境因素,60,一、气象条件 二、季节或昼夜节律 三、毒物进入机体的途径 四、毒物的容积和浓度 五、溶剂 六、噪声、振动和紫外线 七、防护措施,61,一、气象条件 1.温度 环境温度的改变可引起不同程度的生理、生化系统和内环境稳定系统的改变，如改变某些生理功能(通气、循环、体液、中间代谢等)并影响毒物的吸收、代谢、毒性等。,62,有人比较了58种化合物在不同环境温度8、26和36)下对

18、于大鼠LD50的影响。结果表明，55种化合物在36高温环境下毒性最大，26环境下毒性最小。 化合物在36高温环境下毒性最大，26环境下毒性最小。引起体温下降的毒物如氯丙嗪在8时毒性最高。,63,一般在正常生理状况下，高温引起动物皮肤毛细血管扩张、血循环和呼吸加快，胃液分泌减少，出汗增多，尿量减少。使经皮肤和经呼吸道吸收的化学物吸收增加；经胃肠道吸收减少，随汗液排出增加，经尿液排出减少。,64,2.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。,65,3.气压 一般变化不大。气压增加往往影响大气污染物的浓度，气压降低可以因降低氧分压而增加CO的毒性。,66,67,二、季节或昼夜节律 生物体的许多机能活动常有周期性的波动。毒物的毒性可因每日绐药的时间不同或给药的季节不同而有差异。人排出某些药物的速度亦显示有昼夜节律。 例如口服水杨酸，于早上8时服，排出速度慢，在体停留时间最长，而晚上8时服，排出速度快，在体内停留时间最短。这种机能活动的昼夜节律有的是受体内某种调节因素所控制，如切除肾上腺后的大鼠其昼夜节律变得不明显；有的是受外环境因素如进食、睡眠、光、温度等所调节。,68,此外，某些毒物的毒性