第三章污染物的生物效应检测

最大无作用剂量（Maximum No－effect Level）：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。
• 每日容许摄入量（Acceptable Daily Intake） • 最高容许浓度（Maximum Allowable Concentration）
（二）慢性毒性试验
1、概念：慢性毒性是指以低剂量外来化合物长期给予实 验动物接触，观察其对实验动物所产生的毒性效应。 2、目的：慢性毒性试验是确定外来化合物的毒性下限， 即长期接触该化合物可以引起机体危害的阈剂量和无 作用剂量。为进行该化合物的危险性评价与制定人接 触该化合物的安全限量标准提供毒理学依据，如最高 容许浓度和每日容许摄入量等。 3、慢性毒性试验期限：一般认为工业毒理学慢性试验动 物染毒6个月或更长时间；而环境毒理学与食品毒理学 则要求实验动物染毒1年以上或2年。也有学者主张动 物终生接触外来化合物才能全面反映外来化合物的慢 性毒性效应，以及求出阈剂量或无作用剂量。
急性毒性试验类型
• 哺乳动物急性毒性试验 • 水生生物急性毒性试验 • 蚯蚓急性毒性试验
动物急性毒性试验（1）
动物急性毒性试验方法如下： 按试验要求选择受试生物
• 常用成年大鼠或小鼠，雌雄动物同时试验，对试验动物预先 观察几天后标记编号并随机分组。
预备试验和确定剂量组
• 选用少量动物进行预备试验，找出引起动物90％（或全部） 死亡的剂量（即最高剂量组剂量）和引起动物10％死亡（或 不死亡）的剂量（即最低剂量组剂量）。 • 在最高剂量组剂量和最低剂量组剂量的范围内，按等比级数 插入若干个中间剂量（一般4～6组），从而确定正式试验的 剂量组。
二、生物测试的方式
（一）生物测试的分类 1.短期生物测试（Short Term Bioassays）
• 主要用于测定LC50、IC50、EC50，用来快速估计污染物的毒性， 评定几种不同毒物或废物对某种生物的相对毒性或评定不同 生物对不同条件如温度、pH的相对敏感性等。多数采用静止 式。
2.中期生物测试（Intermediate Term Bioassays）
• 时间为8d到90d，多数情况下为流动式。
3.长期生物测试（Long Term Bioassays）
• 包括全部生活史的生物测试（Complete Life－cycle Bioassays） 和部分生活史的生物测试（ Partial Life－cycle Bioassays ） • 目的是要测定出在持续情况下不造成有害效应的毒物最大浓 度或最大允许毒物浓度（MATC） • 只能采用流动式，要保证试验的环境条件和自然界的季节变 化相符合。
影响生物测试结果的因素
• 受试生物：年龄，生活阶段，尺寸大小，季节等。 • 试验条件：温度，水质，水流速度等。 • 实验室差异：人员造作水平，仪器设备，统计分析方法。
（三）生物测试的标准化 （1）不同的实验室进行许多有用的测试并把一致的测试 结果选择出来 （2）增加数据的准确性 （3）测试可以被其他实验室重复 （4）各种人员容易进行该试验 （5）可方便的将数据进行比较 （6）可为环境管理，环境立法提供可靠的数据或者结果
（二）毒性试验常用参数
致死剂量或致死浓度（Lethal Dose， Le次染毒后引起受试生物动物死亡的 剂量或者浓度。
• 绝对致死剂量或致死浓度（LD100、LC100）：一群动物全部死 亡的最低浓度或者剂量。 • 半数致死剂量或浓度（LD50、LC50）：能引起一群动物的50% 死亡的最低浓度或者剂量。 • 最小致死剂量或浓度（MLD、MLC）：能使一群动物中仅个 别死亡的最高剂量或者浓度。 • 最大耐受剂量或浓度（LD0、LC0 ）：能使一群动物虽然发生 严重中毒，但全部存活无一死亡的最高剂量或者浓度。
2）一般化验指标主要指血象和肝、肾功能的检测，在亚 慢性试验中研究外来化合物对实验动物的毒性作用， 使用这类指标，一般为筛检性和探讨性。通常血象检 测包括红细胞计数、白细胞计数和分类、血红蛋白定 量等。肝、肾功能也是一种常规指标，如SGOT、 SGPT、血清尿素氮、尿蛋白定性或定量、尿沉渣镜检 等。 （2）病理学检查：亚慢毒性试验中应重视病理学检查。 凡是在染毒过程中死亡的动物均应及时解剖，肉眼检 查后再进行病理组织学检查。必要时作组织化学或电 镜镜检。
剂量－效应关系和剂量－反应关系曲线图
反应强度（％） 死亡率（％） 100 50 100 50
剂量
图3－1剂量－反应曲线（直线型）
剂量
图3－2 剂量－反应曲线（抛物线型）
死亡率（％）
100 50
死亡率（概率单位） 对数剂量
100 50
对数剂量 图3－4 剂量－反应曲线
图3－3 剂量－反应曲线（S形线型）
半数效应浓度（EC50）：能引起50%受试生物的某种
效应变化的浓度。通常指非死亡效应。 半数抑制浓度（IC50）：引起受试生物的某种效应50% 抑制的浓度。
二、急性毒性试验（Acute Toxicity Test）
急性毒性试验（Acute Toxicity Test）
• 研究化学物质大剂量一次染毒或24小时内多次染毒动物所引 起的毒性的试验。 • 其目的是短期内了解该物质的毒性大小和特点，并为进一步 开展其他毒性试验提供设计依据。
反应（Response）
• 指接触一定剂量化学物后，产生某种效应并达到一定强度的 个体在群体中所占的比例。反应是对群体而言的，用百分率 或比值来表示，如发病率、死亡率等。
剂量－效应关系和剂量－反应关系
• 以剂量为横坐标，以表示效应强度的计算单位或表示反应的 百分率或比值为纵坐标绘制散点图所得到的曲线，即为剂量 －效应关系和剂量－反应关系曲线。 • 不同的化学物或同一化学物在不同条件下，其剂量与效应或 反应的相关关系不同，可呈现不同类型的曲线。（见图3－1， 3－2，3－3，3－4）
③症状实验动物在接触外来化合物过程中所出现的中毒 症状及出现各症状的先后次序、时间均应记录和分析。 ④脏器系数或称脏/体比值，是指某个脏器的湿重与单位 体重的比值，通常以100g体重计。如肝/体比，即(全肝 湿重/体重)′100。此指标的意义是实验动物在不同年龄 期，其各脏器与体重之间重量比值有一定规律；若受 试化合物使某个脏器受到损害，则此比值就会发生改 变，可以增大或缩小，因此，脏/体比值是一个灵敏、 有效和经济的指标。
最小有作用剂量：在一定时间内，一种外来化合物按
一定方式或途径与机体接触，能使某项观察指标开始 出现异常变化或使机体开始出现损害作用所需的最低 剂量，也可称为中毒阈剂量，或中毒阈值。
毒作用带：是一种根据毒性和毒性作用特点综合评价
外来化合物危险性的指标：
• 急性毒作用带（Acute－toxic Effect Zone）：又称一次作用带， 是指半数致死浓度（剂量）与急性阈浓度之比值 。该值与外 来化合物一次作用的危害性成反比关系。急性毒作用带越宽， 说明该化合物外来引起急性致死性中毒的危害性越小。 • 慢性毒作用带（Chronic －toxic Effect Zone ）：急性阈浓度 （剂量，Limac）与慢性阈浓度（剂量，limch）之比值，以此 表示外源性化合物的蓄积性及机体代偿能力。慢性毒作用带 愈宽，Zch值愈大，说明该化合物引起慢性中毒的可能性就愈 大。
2、实验动物的选择 亚慢性毒性作用研究一般要求选拔两种实验动物， 一种为啮齿类，另一种为非啮齿类，如大鼠和狗，以 便全面了解受试物的毒性特征。 由于亚慢性毒性试验期较长，所以选择被动物的体 重(年龄)应较小，如小鼠应为15g左右，大鼠100g左右。 3、染毒途径 亚慢性毒性试验接触外来化合物途径的选择，应考 虑两点：一是尽量模拟人类在环境中接触该化合物的 途径或方式，二是应与预期进行慢性毒性试验的接触 途径相一致。具体接触途径主要有经口、经呼吸道和 经皮肤三种。
染毒方式和受试物的配制
• 一般用灌胃法和人工熏气法。 • 受试物的配制：配制试验所需的最高剂量浓度溶液，然后依 次稀释到所需浓度。
动物急性毒性试验（2）
观察指标
• 中毒症状：一般观察24～48小时，最好观察到绝大多数动物 出现典型中毒症状。 • 动物死亡数目和死亡时间 • 病理检查：对于试验时立即死亡的动物，可解剖，分析死亡 原因，看是技术事故还是中毒引起的死亡。
4、观察指标
（1）一般性指标 1）.一般综合性观察指标，这类指标是非特异性观察指标，它是外来 化合物对机体毒性作用的综合性总体反映。 ①动物体重：实验动物在亚慢性方式接触外来化合物过程中，有多 种因素均可影响动物体重的增长，包括食欲变化、消化功能变化、 代谢和能量消耗变化等。体重变化的表示方式，可将接触组与对 照组同期体重绝对增长的重量加以比较和统计学处理。也可将接 触组与对照组同期体重百分增长率(以接触化合物开始时动物体重 为100%)进行统计和比较。 ②食物利用率：亚慢性试验期间必须注意观察并记录动物的饮食情 况，在此基础上计算食物利用率，即动物每食入100g饲料所增长 的体重克数。分析比较接触组与对照组食物利用率，有助于分析 受试化合物对实验动物的生物学效应。
（二）受试生物的选择 （1）对试验毒物或者因子要具有敏感性 （2）具有广泛的地理分布和足够的数量，并在全年中在 某一区域范围内可获得 （3）是生态系统的重要组成，具有重大的生态价值 （4）在实验室内易于培养和繁殖 （5）具有丰富的生物学背景资料，人们已经清楚了解受 试生物的生活史、生长、发育、生理代谢等等 （6）受试生物对试验毒物或因子的反应能够被测定，并 具有一套标准的测定方法或技术 （7）受试生物应具有重要的经济价值和旅游价值，应考 虑与人类食物链的联系。
确定半数致死量（LD50） 试验结果
• LD50值越小，毒性越大。 • 急性毒性试验结果只能粗略地表示某化学物质的毒性，而不 能全面反映其毒性。 • 由于动物种属、性别、染毒方式的不同，所表现的毒性也不 一致，故表示LD50应注释明动物种类和染毒方式。