析因试验设计在环境污染物联合毒性研究中的应用_张蕾

收稿日期:2003-06-04;修回日期:2003-09-28
作者简介:张蕾(1979-),女,吉林人,在读硕士研究生,主要从事环境毒理学方面的研究。

析因试验设计在环境污染物
联合毒性研究中的应用
张　蕾,徐镜波,杨　丽
(东北师范大学环境科学与工程系,吉林长春　130024)
摘　要:结合当前化学污染物联合毒性评价方法及析因试验应用现状,从试验设计方法及统计学角度,论证析因试验在研究环境化学污染物联合毒性,特别是在2种化合物联合毒性研究中应用的优势及其可行性。

关键词:联合毒性;评价方法;析因试验
中图分类号:R994.6 文献标识码:A 文章编号:1007-1504(2004)01-0020-03
Application of Analysing Reason Examination Design in Studying Associated Toxicity of Environment Contamination ZH ANG Lei ,XU Jing -bo ,YANG Li (Environment Science and Technology Institute of North -East Normal University ,Changchun Jilin 130024,China )
A bstract :Combined with current appraisement method of associated toxicit y of chemistry contamination and application status of Analysing Reason Examination ,This paper approves predominance and feasibility in research of associated toxicity of chemistry con -tamination from the point of view of examination design method and statistics ,especially two kinds of compound toxicity by Analysing Reason Examination .
Key words :associated toxicity ;appraisement method ;Anal ysing Reas on examination
随着工农业生产的迅猛发展,大量有毒有害污染物进入环境,使自然环境中同时存在多种化学物质。

当2种或2种以上污染物共存时就不可避免的会发生复杂的联合毒性效应。

因此,只分析单一毒物对生物的影响是不够的,于是化学物质联合毒性的研究成为研究中必不可少的部分,也是环境毒理学工作者一直关注的难题。

在不同时期和不同的学科领域,联合毒性具有不同的含义,评价方法也不尽相同。

Bliss 在1939年最早提出独立、相似和协同3种联合毒性作用模型。

1975年Anderson 和Weber 把Bliss 建立的模型应用于水生毒物联合毒性研究,并引入了浓度相加和反应相加的概念。

1981年W HO 把联合毒性作用明确分为4类:相加、协同、拮抗和独立作用,这种分类方法已为多数学者所接
受。

1988年Rothman 等又提出4种不同的联合毒性作用类型:统计学、生物学、公共卫生学和个体判别的联合作用,但没有被普遍应用[1]。

目前,在环境毒理学研究中一般应用1981年W HO 的联合作用分类。

1　联合毒性研究方法现状
1.1　目前常用的环境污染物联合毒性评价方法
对于环境污染物联合毒性的评价方法国内外尚未形成统一的体系。

相关文献[2,3]中记载的方法有:①过筛试验法;②等效应图法;③计算法(P /Q ,即混合毒物的半数致死效应预期值P 与实测值Q 的比值);④统计学方法(即将单个毒物进行毒性试验的结果与联合毒性试验的结果进行统计学的显著性检验);⑤如试验结果非
第18卷　第1期2004年3月
干旱环境监测
A rid Environmental Monitoring
Vol .18　No .1
M ar ..2004
常明显,可直接描述,综合分析,作出判断。

目前在联合毒性研究报道中出现过的方法以等效应线图法、联合作用系数法(即共毒系数法)及水生毒理学联合毒性评价中应用的相加指数法应用最广泛。

此外还有Bliss法、Logistic模型评价法及毒性溶液法等。

由于近年来计算机的普及和世界优秀数理统计软件的出现,Logistic模型评价法等原本因计算繁琐而少于应用的方法和一些以计算机分析为基础的评价方法也开始有较多应用。

1.2　常用方法的局限性
对于常用的几种方法而言,无论是等效应图法、联合作用系数法,还是相加指数法都要求以化合物的LD50、EC50或2个化合物在同一水平的其它指标为基础。

但是,随着实验方法的不断改进和发展,LD50、E D50等已经不再是评价、比较化合物毒性大小的惟一指标。

如:单细胞凝胶电泳技术检验化合物DNA损伤的方法研究环境污染物毒性,到目前为止,未见有研究者应用剂量—效应关系计算得到LD50、LC50或EC50值进行比较,用以说明单个化合物对DNA损伤作用大小的报道,所以该试验应用以LD50、EC50等为基础的评价方法来评价化合物的联合毒性并不合适,这可能也是目前应用彗星试验方法研究化合物联合毒性的报道不多的一个原因。

因此,为了克服传统评价化合物联合毒性方法依赖单个化合物的LD50、EC50或2个化合物在同一水平的其它指标的局限性,我们需要寻求新的联合毒性评价方法。

2　析因试验设计
2.1　析因试验
析因试验是一种多因素的交叉分组试验。

它不仅可检验每个因素各水平间的差异,而且可检验各因素间的交互作用。

2个或多个因素间如存在交互作用,表示各因素不是独立的,而是一个因素的水平有改变时,另一个或几个因素的效应也相应有所改变;反之,如不存在交互作用,表示各因素具有独立性,一个因素的水平有所改变时不影响其它因素的效应[4]。

2.2　目前析因试验应用的领域
析因试验当前主要应用于医药、卫生毒理学领域,研究药物联合作用及微量元素联合作用对哺乳动物机体某器官功能的影响,也有部分研究农药和重金属联合作用对哺乳动物影响的报道。

但以上的研究主要集中于医学领域,从医学的角度阐述问题,在环境毒理学研究中尚未见有相关方法的报道。

3　析因试验应用于环境污染物联合毒性研究在医学领域,特别是预防医学、卫生毒理学研究中,对于化合物的联合作用分类、评价方法与环境学领域中联合毒性作用研究有极大的共性。

近些年来,2个领域的合作也越来越多,不同之处在于分析问题的角度。

所以我们可以尝试将这一医学常用的试验设计方法引入环境毒理学中关于环境污染物,特别是2种化合物联合毒性的研究中,更好地为有毒有害物质的筛选服务。

3.1　应用析因试验进行联合毒性研究的优点
简单地说,有3个优点:①不需要依赖化合物各自的LD50、EC50或化合物在同一水平的其它指标以及化合物混合后的相应指标。

②设置的试验组别数量少。

工作量小,减少生物试验应用的试验动物量,产生误差的机会小。

③应用析因试验设计所得的结果既可应用SPSS11.0等相应的统计软件进行方差分析,得到各单因素剂量与效应或反应之间是否存在显著相关,也可以得到各因素之间是否存在着交互作用。

计算简单,可得到较全面的信息。

3.2　如何实现这一应用
析因试验中所讲的交互作用,在环境毒理学研究中包括化合物之间的拮抗作用和协同作用,而当因素之间不存在交互作用时,可以认为化合物混合使联合毒性作用表现为简单的相加作用。

对于2种化合物混合的联合毒性试验,2×2的析因试验可以由更加直观的剂量—效应直线图得出联合毒性作用方式,如交互作用不显著,2条量效曲线互相平行,则说明二因素之间具有相加作用;如交互作用显著,二曲线随剂量增大而
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第1期 张　蕾等　析因试验设计在环境污染物联合毒性研究中的应用
远离,二因素之间具有协同作用。

反之,如二曲线随剂量增大而靠近或交叉,二因素之间具有拮抗作用[1]。

以上结论可以由数学方法得到证明[5]。

文献[6]—文献[11]均采用析因试验设计进行试验研究,我们可以在已有工作的基础上,将其应用于环境污染物联合毒性研究中,从环境学的角度来分析问题。

假设联合毒性研究对象为A和B2种化合物,作为因素A和因素B。

每个因素有2个水平(A1、A2;B1、B2)。

2个水平既可以各取2个不同的剂量(剂量的选取可以根据相关文献及指标确定),也可以均取用与不用(可看作是取0剂量和另一个不为0的剂量)2个水平。

假设每种化合物设计见表1。

表1　化合物剂量设计
化合物剂量/mg·L-1
化合物A
A1A2
化合物B B1A1+B1A2+B1 B2A1+B2A2+B2
由表1可看出,各因素每个水平之间交叉配对而成4种组合,各试验组设3个平行,共12组。

应用SPSS11.0中的Analyze—General Linear Model—Univariate进行方差分析,得到化合物A、B单独的剂量与效应之间是否存在显著相关及混合物的交互作用是否显著。

并可得到2条剂量—效应直线,更加直观的得到混合物的联合毒性类型。

对于2种以上污染物联合毒性的检测,不能再继续应用2×2析因试验设计,但仍可以由析因试验设计来完成。

如:3种化合物混合,每种化合物取2个水平,可以用2×2×2设计。

但在目前的研究中,一般联合毒性只做到2种化合物的水平,如果超过2种,可以根据析因试验及方差分析的原理,重新设计。

3.3　应用析因试验的条件
从这一试验设计的特点及实施来看,它可以解决以往经典的环境污染物联合毒性评价方法依赖L D50、EC50或化合物在同一水平的其它指标的局限,尤其适用于2种化合物联合毒性的评价。

所以对于一些试验方法复杂,对外界环境要求严格,试验材料本身脆弱,不适宜传统方法评价的试验可以尝试采用析因试验设计。

4　小结
由于析因试验设计大大降低了试验工作量、试验成本,可以提高对联合毒性评价的速度,同时使生物试验所需的试验动物数减少,这将使试验研究更加符合人道主义的出发点。

所以从理论上讲,这种试验设计应用于环境领域化合物联合毒性研究应该是有前景的,是值得进一步研究和尝试的。

参考文献:
[1]　顾兵,王心如.联合作用特征的评价[J].中国工业医学杂志,2000,13(1):55—58.
[2]　顾学箕.中国医学百科全书　毒理学[M].上海:上海科学技术出版社,1982.59.
[3]　徐镜波.环境毒理学[M].长春:东北师范大学出版社, 2000.155—164.
[4]　杨树勤.中国医学百科全书　医学统计学[M].上海:上海科学出版社,1985.63—69.
[5]　上海师范大学数学系概率统计教研组.回归分析及其试验设计[M].上海:上海教育出版社,1978.153—155.
[6]　陈国元,鲁翠荣,熊世州,等.氟、硒对雄性大鼠生殖系统联合作用的研究[J].中国工业医学杂志,1998,11(3):147—149.
[7]　罗扬,周树森,赵树芬,等.镉镍单独及联合作用对小鼠胚胎肢芽细胞蛋白聚糖合成的影响[J].卫生毒理学杂志,1998,12 (1):1—6.
[8]　詹宁育,王心如,王沭沂,等.辛硫磷与氰戊菊酯对大鼠睾丸的联合毒性作用[J].中华劳动卫生职业病杂志,2001,19(4): 261—264.
[9]　鲁文清,陈学敏,杨成峰.硒镉联合作用对大、小鼠精子畸形率的影响[J].中国环境科学,1994,14(1):53—56.
[10]　王爱国,杨克敌,李贤相,等.硒氟联合作用对雄性大鼠生殖毒性的影响[J].中国地方病学杂志,1996,15(4):202—204.
[11]　孙平辉,陈晓梅,李青松,等.2×2析因试验设计在2种药物联合作用中的应用[J].白求恩医科大学学报,1996,22(1):25—26.
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