毒理学基本概念和发育毒性与畸形作用

毒理学基本概念和发育毒性与畸形作⽤
绪论
⼀、毒理学概述
研究所有外源有害因素（化学、物理和⽣物因素）对⽣物系统（living system）的损害作⽤和⽣物学机制（biologic mechanisms），进⾏安全性评价（safety evaluation）和风险评估（risk assessment）的科学。

毒理学基本概念
第⼀节毒物、毒性和毒作⽤
⼀、毒物及其分类
1、毒物：在⼀定条件下，较低的剂量时即可导致机体损害的物质。

2、分类：⼯业化学品：如⽣产原料、辅料、中间体等；
⾷品添加剂：如⾷⽤⾊素、⾹精、防腐剂等；
⽇常化学品：化妆品、洗涤⽤品等；
农⽤化学品：如化肥、杀⾍剂等；
医⽤化学品：如药物、消杀剂等；
环境污染物：如废⽔、废⽓、废渣中的各种学物质等；
⽣物毒素：如动物毒素、植物毒素等；
军事毒物：如芥⼦⽓等战争毒素；
放射性物质：如放射性核素、天然放射性元素等。

⼆、毒性及其分级
1、毒性：指在特定条件下，化学物导致机体有害作⽤的⼀种内在的、固有的能⼒。

⼀个物质的有毒与否，毒性⼤⼩是相对的，关键是此种物质与机体接触的量。

2、选择毒性：化学物在不同物种间的毒性差异
3、影响毒性的因素：剂量；
接触途径（经静脉、经⼝、经⽪等）；
接触期限（急性毒性试验24⼩时内⼀次或多次染毒
亚急性毒性试验在1个⽉内的重复染毒
亚慢性毒性试验在1⾄3个⽉的重复染毒
慢性毒性试验在3个⽉以上的重复染毒）
接触速率和接触频率
三、毒作⽤及其分类
1、毒作⽤：⼜称毒作⽤或毒效应，是指在⼀定条件下，化学物导致机体发⽣的有害
⽣物学改变。

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。

影响毒效应的因素：剂量、暴露时间、暴露途径、暴露频率
2、毒作⽤分类：
（1）速发或迟发性作⽤
速发性毒作⽤(immediate effect) 是指某些外源化学物在⼀次接触后的短时间内所引起的即刻毒性作⽤。

迟发性毒作⽤(delayed effect)是指在⼀次或多次接触某种外源化学物后，经⼀定时间间隔才出现的毒性作⽤。

（2）局部与全⾝作⽤
局部毒性作⽤(local effect)是指某些外源化学物在机体接触部位直接造成的损害作⽤。

全⾝毒性作⽤(systemic effect)是指外源化学物被机体吸收并分布⾄靶器官或全⾝后所产⽣的损害作⽤。

（3）可逆与不可逆作⽤
可逆作⽤(reversible effect)是指停⽌接触外源化学物后可逐渐消失的毒性作⽤。

不可逆作⽤(irreversible effect)是指在停⽌接触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。

（4）过敏性反应
过敏反应(hypersensitivity)，也称变态反应(a11ergic reaction)，是机体对外源化学物产⽣的⼀种病理性免疫反应。

（5）特异体质反应
特异体质反应(idiosyncratic reaction) 通常是指机体对外源化学物的⼀种遗传性异常反应。

四、损害作⽤与⾮损害作⽤
1、损害作⽤的特点：
①机体的正常形态学、⽣理学、⽣长发育过程受到影响，寿命可能缩短。

②机体功能容量降低。

③机体对外加应激的代偿能⼒降低。

④机体对其他某些环境因素不利影响的易感性增⾼。

2、⾮损害作⽤的特点：
①不引起机体机能形态、⽣长发育和寿命的改变；
②不引起机体功能容量的降低；
③不引起机体对额外应激状态代偿能⼒的损伤。

④机体发⽣的⼀切⽣物学变化应在机体代偿能⼒范围之内，当机体停⽌接触该
种外源化学物后，机体维持体内稳态的能⼒不应有所降低，机体对其他外界不利因素影响的易感性也不应增⾼。

五、毒效应谱
1、毒效应谱：由外源化学物作⽤于⽣物体，随剂量的增加所表现出来的⼀系列不同的⽣物学效应构成，可以表现为：
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
⑤甚⾄死亡
2、相关概念：
（1）适应：机体对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（2）抗性：⼀个群体对于暴露的化学物应激反应的遗传性结构改变，以致与未暴露的群体相⽐，有更多的个体对该化学物不易感
（3）耐受：个体获得对某种化学物毒作⽤的抗性，导致对该化学物毒作⽤反应降低的状态。

六、靶器官
1、外源化学物可以直接发挥毒作⽤的器官就称为该物质的靶器官。

2、许多化学物质有特定的靶器官，另有⼀些则作⽤于同⼀个或同⼏个靶器官。

3、在同⼀靶器官产⽣相同毒效应的化学物质，其作⽤机制可能不同。

4、某个特定的器官成为毒物的靶器官可能有多种原因。

5、成为毒物的靶器官可能有多种原因：
①该器官的⾎液供应；
②存在特殊的酶或⽣化途径；
③器官的功能和在体内的解剖位置；
④对特异性损伤的易感性；
⑤对损伤的修复能⼒；
⑥具有特殊的摄⼊系统；
⑦代谢毒物的能⼒和活化／解毒系统平衡；
⑧毒物与特殊的⽣物⼤分⼦结合等。

七、不良反应与副作⽤
1、不良反应：正常剂量的药物⽤于预防、诊断、治疗疾病或调节机体⽣理功能时出
现的有害的和与⽤药⽬的⽆关的反应。

2、药物副作⽤：最常见的药物不良反应，指在治疗剂量下出现的与治疗⽬的⽆关⽽
与药物的药理作⽤有关的作⽤
⼋、联合毒作⽤
1、联合毒性作⽤：两种或两种以上的外源化学物同时或短期内先后作⽤于机体所产
⽣的综合毒性作⽤
2、分类：相加作⽤（等于各毒物效应之和）、协同作⽤（⼤于各毒物效应之和）、增
强作⽤（⼤于各毒物效应之和）、拮抗作⽤（⼩于各毒物效应之和）、独⽴作⽤（各毒物效应独⽴呈现）
九、⽣物学标志
1、⽣物学标志：指针对通过⽣物学屏障进⼊组织或体液的化学物质或其代谢产物、以及它们所引起的⽣物学效应⽽采⽤的检测指标，可分为接触⽣物学标志、效应⽣物学标志和易感性⽣物学标志三类。

（1）接触⽣物学标志(biomarker of exposure)：
①是对各种组织、体液或排泄物中存在的化学物及其代谢产物或与内源性物质的反应产物的测定值，可提供化学物质暴露的信息。

包括体内剂量标志和⽣物效应剂量标志。

②体内剂量标志可以反映机体中特定化学物质及其代谢物的含量，即内剂量或靶剂量。

如检测⼈体的某些⽣物材料如⾎液、尿液、头发中的铅、汞、镉等重⾦属含量可以准确判断其机体暴露⽔平。

③⽣物效应剂量标志可以反映化学物质及其代谢产物与某些组织细胞或靶分⼦相互作⽤所形成的反应产物含量。

（2）效应⽣物学标志(biomarker of effect)
①指机体中可测出的⽣化、⽣理、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外源化学物或其代谢物有关联的对健康有害效应的信息。

②包括反映早期⽣物效应(early biological effect)、结构和／或功能改变(altered structure／function)、及疾病(disease)三类标志物。

（3）易感性⽣物学标志(biomarker of susceptibility)
①是关于个体对外源化学物的⽣物易感性的指标，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。

如外源化学物在接触者体内代谢酶及靶分⼦的基因多态性，属遗传易感性标志物。

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，亦可反映机体的易感性。

②易感性⽣物学标志可⽤以筛检易感⼈群，保护⾼危⼈群。

2、意义：
①通过体内外试验研究⽣物学标志并推⼴到⼈体研究，其可能成为评价外源化学物对⼈体健康影响的有⼒⼯具。

②接触标志⽤于⼈群可定量确定个体的暴露⽔平；
③效应标志可将⼈体暴露与环境引起的疾病提供联系，可⽤于确定剂量- 反应关系和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；
④易感性标志可鉴定易感个体和易感⼈群，应在危险度评价和危险度管理中予以充分的考虑。

第⼆节剂量-反应关系
⼀、剂量
1、剂量(dose)：是外源化学物对机体损害作⽤的重要因素。

2、暴露剂量，接触剂量(exposure dose)，外剂量(external dose)是指外源化学物与机体(如⼈、指⽰⽣物、⽣态系统)的接触剂量，可以是单次接触或某浓度下⼀定时间的持续接触。

3、吸收剂量(absorbed dose)，内剂量(internal dose)，是指外源化学物穿过⼀种或多种⽣物屏障，吸收进⼊体内的剂量。

4、到达剂量(delivered dose)，靶剂量(target dose)或⽣物有效剂量(biologically effective dose)，是指吸收后到达靶器官(如组织、细胞)的外源化学物和／或其代谢产物的剂量。

5、暴露特征：包括暴露途径、暴露期限及暴露频率等。

暴露特征对毒作⽤影响的本质是改变了毒作⽤的剂量。

⼆、效应与反应（量反应与质反应）
1、效应（effect），量反应（gradual response）：
表⽰化学物质在个体中引起的毒效应强度的变化。

属于计量资料，有强度和性质的差别，可以某种测量数值表⽰。

2、反应（response），质反应(quantal response)
表⽰化学物质在群体中引起的某种毒效应的发⽣⽐例。

属于计数资料，没有强度的差别，以“阴性或阳性”、“有或⽆”来表⽰，如死亡或存活、患病或未患病等。

三、剂量-反应关系
剂量-量反应（效应）关系（graded dose-response relationship）
化学物质的剂量与个体发⽣量反应强度之间的关系。

剂量-质反应（反应）关系（quantal dose-response relationship）
化学物质的剂量与某⼀群体反应发⽣率之间的关系。

在毒理学研究中，剂量-反应关系的存在被视为受试物与机体损伤之间存在因果关系的证据。

四、剂量-反应曲线
1、S形曲线：
（1）S形曲线：①整个群体对此外源化学物的易感性呈正态分布
②特点：低剂量范围内，随着剂量增加，反应增加较为缓慢，
然后剂量较⾼时，反应随之急速增加，但当剂量继续增加时，反应强度
增加⼜趋向缓慢
（2）⾮对称-S状曲线：群体对此外源化学物的毒作⽤易感性呈偏态分布
2、直线：⼈体或实验动物对外源化学物易感性完全相同
3、抛物线
第三节表⽰毒性常⽤指标
⼀、⼀般毒性参数
（⼀）毒性⼤⼩描述参数
1、毒性上限参数：
（1）致死剂量（lethal dose，LD）或浓度（lethal concentration，LC）：指在急性毒性实验中外源化学物引起受试实验动物死亡的剂量。

（2）绝对致死剂量或浓度（LD100或LC100）：指引起⼀组受试实验动物全部死亡的最低剂量或浓度。

（3）半数致死剂量或浓度（LD50 或LC50）：指引起⼀组受试动物半数死亡的剂量或浓度。

常⽤以表⽰和⽐较急性毒性的⼤⼩，数值越⼩，表明毒性
越强，反之则毒性越⼤
（4）最⼩致死剂量或浓度（MLD, LD01 或MLC, LC01）：指⼀组受试动物中，仅引起个别动物死亡的最⼩剂量或浓度
（5）最⼤⾮致死剂量或浓度（MTD, LD0 or MTC, LC0）：指⼀组受试动物中，不
引起动物死亡的最⼤剂量或浓度。

2、毒性下限参数：
（1）阈剂量（threshold dose）：指外源化学物引起极个别的实验动物出现轻微的损害作⽤所需要的最低剂量, ⼜称为最⼩有作⽤剂量(minimal effect level, MEL)。

实际⼏乎不可能得到阈剂量
（2）观察到有害作⽤的最低剂量（lowest observed adverse effect level, LOAEL）：在规定的暴露条件下，化学物引起机体（⼈或实验动物）某种有害作⽤的、已被观测到的最低剂量或浓度。

（3）未观察到的损害作⽤剂量（no observed adverse effect level，NOAEL）：在规定的暴露条件下，外源化学物不引起机体（⼈或实验动物）可检测到的有害作⽤的最⾼剂量或浓度。

（4）最⼤⽆作⽤剂量（maximal no-effect dose, ED0）：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。

最⼤⽆作⽤剂量(ED0)相当于未观察到的损害作⽤剂量(NOAEL)，ED0是根据慢性或亚慢性试验的结果确定的，是评定毒物对机体损害作⽤的主要依据。

（⼆）毒性特征描述参数
1、毒作⽤带：是判断毒物引起急性或慢性中毒危险性⼤⼩的⼀种指标，表⽰化学物
质毒性和毒作⽤特点的重要参数之⼀，分为急性毒作⽤带与慢性毒作⽤带。

（1）急性毒作⽤带（acute toxic effect zone,Z ac）：为半数致死剂量与急性阈剂量的⽐值。

Z ac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。

（2）慢性毒作⽤带（chronic toxic effect zone,Z ch）：为急性阈剂量与慢性阈剂量的⽐值。

Z ch值⼤，说明Lim ac与Lim ch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；否则发⽣慢性中毒的危险性⼩。

⼆、特殊毒性参数第四节安全限值
发育毒性与畸形作⽤
第⼀节发育毒性与致畸性
⼀、基本概念
1、畸形：指发育⽣物体解剖学上形态结构的缺陷
（1）致畸物/致畸原：能引起致畸的环境因⼦
（2）致畸作⽤：致畸物引起致畸的过程和特性
2、变异：由遗传和遗传外因素控制的外观变化，或由于分化改变⽽引起的差异。

⼀般认为变异不影响正常的⽣理功能，更不危及⽣命。

3、胚体毒性：外源性理化因⼦对孕体着床前后直到器官形成期结束时的有害影响
4、胎体/胎⼉毒性：外源性理化因⼦对孕体器官形成期结束以后的有害影响。

胚胎毒性包括孕体死亡、⽣长发育迟缓和结构上的缺陷
5、发育毒性：指出⽣前后接触有害因素，⼦代个体发育为成体之前诱发的任何有害影响。

主要表现为：发育⽣物体死亡、⽣长改变、结构异常、功能缺陷
6、出⽣缺陷：指婴⼉出⽣前既已形成的发育障碍，包括畸形和结构缺陷
7、不良妊娠结局：指妊娠后不能产⽣外观和功能正常的⼦代，包括流产、死胎、死产、宫内⽣长迟缓、发育异常、新⽣⼉和婴幼⼉期死亡。

⼆、发育毒性作⽤的作⽤特点和影响因素
孕体：卵⼦受精后⼀直发育直到出⽣为⽌。

（⼀）发育各阶段发育毒性作⽤的特点和致畸敏感期
1、着床前期（分化前期）：
（1）期限：⼈类为妊娠11-12天；啮齿动物为妊娠前6天
（2）损害：⼀般情况下，此时很少发⽣特异的致畸效应，若有毒物作⽤于胚泡，使之死亡⽽丢失，成为着床前丢失。

2、器官形成期（致畸敏感期）：孕体着床后直到硬腭闭合的⼀段时间。

此期⼤多数器官对致畸作⽤有特殊敏感期，称“靶窗”。

（1）期限：⼈为妊娠3-8周，⼤⿏和⼩⿏为妊娠6-15天，家兔为妊娠6-18天（2）损害：在这⼀时期，外源化学物表现出发育毒性，以结构畸形最突出，也可有胚胎死亡、⽣长迟缓。

3、胎⼉期：器官形成结束后（以硬腭闭合为标志）即进⼊胎⼉期。

（1）期限：⼈类从56-58天直到分娩。

（2）损害：全⾝⽣长迟缓、特异的功能障碍、经胎盘致癌、偶见死胎。

4、围⽣期和出⽣后的发育期：
发育毒性主要表现：发育免疫毒性：⼆恶英、氯氰菊酯、⼄醇
神经⾏为发育异常：妊娠期饮酒、⽗母亲吸烟（烟碱）
⼉童期肿瘤
围⽣期是⼀⽣中对致癌物最敏感的时期
（⼆）发育毒性的剂量反应-模式
（三）发育毒性的物种差异
在筛选致畸物时强调要⽤两种动物进⾏试验，以减少因实验动物不敏感⽽出现的假阴性。

三、母体毒性与发育毒性
母体毒性：指化学毒物对妊娠母体的有害效应
影响发育的母体因素因素：遗传、疾病、营养、应激、胎盘毒性
第四节发育毒性和致畸作⽤试验
外源化学物发育毒性的评价分为：哺乳动物发育毒性试验、⼈群流⾏病学调查、发育毒性替代试验⼀、哺乳动物发育毒性试验
1、三段⽣殖毒性试验：⽣育⼒和早期胚胎发育毒性试验（⼀般⽣殖毒性试验）
胚体-胎体毒性试验（致畸试验）
出⽣前后发育毒性试验（围⽣期毒性试验）
设计的关键是各个⽣殖阶段之间不留空隙，三段⽣殖毒性试验受试药物的暴露时间⾄少有⼀天的重合。

⼆、⼈类发育毒物的确定
三、发育毒性的初筛和替代试验（⼀）体外初筛试验
（⼆）体内初筛试验
毒理基因组学与系统毒理学。