神经系统和行为毒理学

（五）生化方法
1. 脑组织或体外培养脑片组织 中某些酶活性检测,如NOS、ATPase、 PKC等。 2. 某些神经递质含量或重要信 使分子含量测定 如脑组织中 Ach 、 Ca++ 、 DA 、 5HT、NO，单细胞游离钙等。
（五）生化方法（续）
3、脑片或突触体对某些递质的去极 化释放，如谷氨酸的释放 4、递质代谢的检测 递质合成、包装储存等 递质代谢酶活性，如胆碱酯酶、 MAO等 递质重摄取
化学物质导致的神经轴突损伤（神经轴突病变） 神经毒物 神经系统症状 神经病理基础 丙烯酰按 外周神经病变（感觉神经 轴突变性；最早累及轴突 元） 末端 二硫化碳 精神病（急性） ；外周神 轴突变性；早期可发生神 经元病变（慢性） 经纤维水肿 秋水仙碱 外周神经病变 轴突变性；神经元细胞核 周微丝聚集 拟除虫菊酯 运动失调 （震颤、 舞蹈症） 轴突变性 三氯乙烯 大脑神经元病变 资料、证据不足 长春新碱 外周神经元病变；植物神 外周神经系统轴突变性； 经系统症状 脊髓神经纤维变性
• 类帕金森氏病： 1-甲基-4-苯基-四氢吡啶（MPTP）、百草枯
橙剂
• 铝与阿尔茨海默氏病（Alzheimer’s disease）
中枢神经毒物的毒作用表现
作用靶点：
神经元病变（neuronopathies) 髓鞘病变(axonopathies) 轴索病变(myelinopathies)
与神经传导有关的毒性作用
（五）生化方法（续）
5. 胞浆-轴突转运功能的检测
同位素、生物素、HRP或荧光标记
6. 分子生物学方法 研究某些酶、受体、或重要蛋 白的基因转录与表达，反义寡核苷 酸的应用，细胞转染、转基因以及 基因敲除技术。
（六）行为学方面的测试
行为毒理学
Neurobehavioral toxicology
概述 定义：运用心理学、行为科学和 神经生理学的方法研究外来化学
毒物对周围神经系 统轴突的损伤类型
(A) 正常有髓轴突； (B) 末梢轴突退变（dying-back病变 ）：图中显示轴突末梢已退变，并导 致髓鞘破坏； (C) 再生的髓鞘：末梢轴突退变后有 再生并恢复功能的潜力，图中显示新 生轴突重新被schwann细胞包裹； (D) 细胞体退变（神经元病变）：神 经元细胞体及轴突退变导致轴突和髓 鞘的继发性退变； (E) 脱髓鞘：图示髓鞘节段已退变但 轴突仍保持完整； (F) 轴突髓鞘再生：再生的髓鞘节段 较原来的短，成为损伤的记号。
周围神经有髓鞘神经纤维结构示意图 上图显示平铺的Schwann细胞，中图和下图分别为有 髓鞘神经纤维的纵断面和横断面。
轴浆运输模式图
神经毒物及分类
按理化性质分类： 金属类：铅、汞、砷、铝、铜 溶剂类：烷烃、烯烃、苯、四氯化碳、 乙醇、甲酚、甲醛 气体类：CO、硫化氢、氮氧化物 农药类：有机磷类、拟除虫菊酯、有机氯 药物：鸦片、可卡因 天然毒素：蛇毒、蝎毒
5. 血脑屏障 (blood-brain barrier, BBB)
图7－4
血脑屏障示意图
周 围 神 经 系 统 的 主 要 组 成 部 分
神经元的轴突结构
主要是由类脂质和蛋白质所组成， 称为髓磷脂（myelin）。电镜下, 髓鞘为明暗相间的同心圆板层排 列。髓鞘有保护和绝缘作用,可 防止神经冲动的扩散。
单胺类物质 乙酰胆碱 多巴胺 去肾上腺素 5-羟色胺 组胺 氨基酸类 -氨基丁酸（GABA） 谷氨酸 甘氨酸 天门冬氨酸 嘌呤基类 腺苷 单磷酸腺苷 二磷酸腺苷 三磷酸腺苷 神经肽类 鸦片肽（内啡呔，脑啡呔，强啡呔） 速激肽：P物质，神经激肽 生长激素抑制素 胃泌素，缩胆囊素 血管活性肠肽 催产素，加压素，后叶激素运载蛋白 神经肽Y 神经加压素 韩蛙皮素 血管紧张素 降钙素基因相关肽（CGRP） 小分子类 一氧化氮
2. 轴突病变
毒物直接作用于轴突本身，轴突变性，包裹它 的髓鞘也消失，但神经元细胞还存活。中枢神经系 统的轴突变性后不能再生，外周神经系统的轴突损 伤后可以再生，功能可全部或部分恢复。 轴突变性的临床后果最常见的是外周神经元的 病变。症状是肢体末端感觉异常和运动能力下降。 常见的导致神经轴突病变的化学物质： 二硫化碳、正己烷、三氯乙烯、丙烯酰胺等
1. 颅神经的检查 2. 运动神经功能检查 肌力、萎缩、自发性收缩、 强直、震颤等 3. 反射功能检查 腱反射、巴彬斯奇反射 4. 步态检查
（三）形态学检查
包括肉眼观察、光学显微镜及电镜检查、 免疫组织化学法。更准确地了解毒物损伤部位、 性质、和程度。
（四）电生理检查
１. 外周神经：运动神经传导速度 ２. 肌电图异常电位：异常插入性电位，肌肉 静止状态下的突发性电位，肌肉随意收缩时的 干扰性电位。
溴乙啶
碲 六氯酚
人类资料不足
后肢麻痹 易怒、意识模糊
髓鞘水肿、大脑白质细 胞间质水肿 脱髓鞘性神经元病变
大脑水肿、中枢和外周 神经髓鞘水肿
冠心宁
三乙锡
外周神经病变 手足肌肉无力
脱髓鞘性神经元病变
头痛、畏光、呕吐、 髓鞘水肿 截瘫
4.与神经传导有关的毒性作用
毒物对神经系统的作用并不引起结 构变化，而是表现为精神行为异常。 机制：通过改变神经递质的质及量、递 质合成酶或影响神经递质重摄取而产生。 尼古丁与胆碱能受体结合产生毒性作 用→心跳加快、血压↑、皮肤血管收缩。 谷氨酸与受体结合导致神经元细胞的 肿胀甚至死亡。
5. 缺氧引起的中枢神经损伤
神经组织缺氧: 缺氧性、缺血性和细胞毒性 • 缺氧性组织缺氧是指脑组织血供正常，但
氧气供给不足，如汽油、甲烷、一氧化碳；
• 缺血性缺氧是由阻滞大脑中血液供应的物
质所引起的，包括所有能引起心血管功能
衰竭的物质，如洋地黄毒苷、儿茶酚胺、
卤代烃类物质等；
• 细胞毒性缺氧由可以干扰细胞内呼吸链的物 质所引起，如氰化物、叠氮化物以及硫化氢。
地点 希腊 苏格兰 美洲
物质 铅 锰 TOCP
1960 1964 1988
伊拉克 日本 印度
甲基汞 甲基汞 TOCP
提示说明 希波克拉底在采矿业认识到铅的毒性 首次描述 5 例因接触二氧化锰粉尘引起慢性锰 中毒工人 三邻甲苯磷酸酯， 经常加入润滑油或作为塑料工 业增塑剂的化合物， 加入姜酒后引起迟发性神经 毒性，造成 5000 多人瘫痪，2-10 万人受累 甲基汞用作杀真菌剂处理谷物制作面包， 1000 人中毒 甲基汞中毒 646 人 摄入掺假的油引起约 600 例多发性神经炎患者
物质对神经行为功能影响的学科。
神经毒物 铝 一氧化碳 氰化物 铅
汞 甲醇 链霉素
化学物质导致的神经元损伤（神经元病变） 神经系统症状 神经病理学改变 痴呆症；中毒性脑病；学习障碍 大脑灰质层细胞水肿；神经纤维 凝聚；大脑灰质变性 中毒性脑病；迟发性帕金森神经机 大脑灰质神经元丢失；苍白球坏 能障碍和肌张力异常 死；节段性脱髓鞘 昏迷、惊厥、迅速死亡、迟发性帕 小脑和苍白球神经元变性；节段 金森神经机能障碍和肌张力异常 性脱髓鞘 中毒性脑病；学习障碍（儿童） ； 大脑水肿（急性） ；外周神经系 神经元病变 统轴突丢失；外周神经系统脱髓 鞘 情感障碍；震颤；疲劳 人类资料证据不足（可能是影响 脊髓束和小脑） 头痛；视力减弱或丧失；严重时出 豆状核出现坏死；视网膜神经节 现昏迷 细胞变性 听力丧失 内耳退行性病变
按靶器官分：
神经细胞毒物：汞和汞化合物、锰
神经髓鞘毒物：铅、三甲基锡
神经轴索毒物：正己烷、二硫化碳 神经递质毒物：尼古丁、有机磷化 合物
外来化学物对神经系统的毒作用
（一）神经性毒物的作用特点：
1.早期损伤效应，通常以功能性改变为主，表现为 大脑功能紊乱或传导功能障碍; 2.对低氧、低血流量、低血糖等间接损害异常敏感; 3.一些特殊结构（如突触）、神经递质以及酶类等 是神经毒作用的靶点; 4.神经元一般不能像胶质细胞一样再生，死亡的神 经细胞也不能通过存活细胞的分裂来取代; 5.血脑屏障在某些情况下，也会成为毒物作用的部 位而失去屏障效应; 6.神经系统在不同的发育阶段对毒作用的反应有不 同的表现。
6. 影响氧化磷酸化
铅、汞等重金属物质、1-甲基-4-苯基1,2,3,6-四氢吡啶（MPTP）
7. 轴突的转运系统受损
毒物与微管结合 毒物作用于神经丝
8. 损伤髓磷脂
只作用于髓鞘但不引起雪旺氏细胞损伤 的毒物：三乙基锡和六氯酚 既损伤髓鞘又损伤雪旺氏细胞的毒物： 白喉毒素、无机铅和碲
神经性毒物与退行性神经病变
3. 髓鞘病变
髓鞘在神经元、轴突与树突之间起
着绝缘体的作用，它的消失可以导致神
经冲动在细胞突之间的传导减慢甚至发 生传导异常。
脱 髓 鞘 (demyelination) ： 毒 物
作用于髓鞘，使髓鞘发生水肿继而导致 髓鞘板的分离，在某些部位产生髓鞘丢 失的病理改变。
化学物质导致的髓鞘病变
神经毒物 氰酸盐 神经系统症状 外周神经病变 神经病理学基础 节段性脱髓鞘、轴突变 性
3. 神经突触（synapses）
Байду номын сангаас
图7－3 突触结构示意图
4. 受体和神经信号传导
(receptor and neurotransmission) • 突触后膜上的受体是一种膜蛋白，它能与 相应的神经递质的结合而使突触后膜产生兴 奋或抑制; • 突触的兴奋或抑制, 不仅取决于神经递质 的种类，更重要的还取决于受体的类型; 例如：乙酰胆碱受体就有N型（兴奋型） 和M型（多数为兴奋型，少数为抑制型）； 去甲肾上腺素受体亦有和两类； －氨基丁酸是脑内一种抑制性神经递质。
神经细胞中非神经元细胞及其功能
胶质细胞类型
星形细胞 少突细胞 卫星细胞 中间细胞 束内细胞
功能
修复、结构支持、转运 神经元的维护 潜在的维护功能或髓鞘的形成 髓鞘形成 吞噬作用 外周神经髓鞘形成
小胶质细胞 室管膜细胞 雪旺氏细胞
2. 神经递质（neurotransmitter）
化学信号（神经递质/神经调节物质）
神经毒理学的研究方法评价
（一）功能观察组合(function observation battery,FOB) 1. 异常的身体姿势、活动水平、步态； 2. 异常行为：强迫性的撕咬、自残、打圈、 倒退行走； 3. 惊厥、抽搐、震颤、流涎、腹泻、尖叫； 4. 感觉、运动功能改变。
（二）神经系统检查
神经系统毒理学
Neurotoxicology
2006.3
神经毒理学
研究神经毒物作用于神经系统
后所引起的功能性或器质性损害作
用及作用特点、机理、临床表现和 防治的一门学科。
神经毒性
外源性的物理、化学或生物因
素引起的生物体神经系统功能或结
构损伤的能力。
主要的神经毒性事件回顾
年代 370B.C 1837 1930
毒作用表现
中枢神经：脑病综合症（简称脑病）、小脑 症候群、癫痫、震颤性麻痹、情感障碍、精 神错乱、神经衰弱综合症等。 周围神经：运动及感觉障碍，肢体远端及躯 干部分麻木、疼痛、异样感，呈袜子样或手 套样，甚则肌肉萎缩等。
1.神经元病变 间接作用：化学物质导致缺氧 巴比妥酸盐类 氰化物、偶氮类化合物 抑制细胞色素氧化酶导致能量 代谢障碍 直接作用：神经元胞体 甲基汞、农药
（二）毒作用机制
1. 促进神经传导： 毒物可以竞争性地与神经递质受体相结合 直接促进神经递质的释放 例如：有机磷酸脂、甲基汞、神经毒性气 体、中枢兴奋类药物、食品添加剂、成瘾毒 品等。 2. 选择性抑制神经递质 竞争性抑制内源性神经递质与受体的结合 例如：肉毒杆菌、破伤风毒素、金环蛇毒 素、马钱子碱等。
中枢神经系统的结构及功能
1. 神经系统的结构和组成
脑 大脑 小脑 间脑 中脑 脑桥 延髓
神 经 系 统
中枢神经
脊髓
脑干
脑神经 躯体神经
外周神经 脊神经 感觉神经 运动神经
内脏神经
（植物性神经）
神经系统主要组成：
神经元(neuron)
神经胶质细胞(glia cell)
Granule
motor
Purkinje
3. 破坏离子通道和钙稳态

Ｎa＋通道：河豚毒素、拟除虫菊酯类、可卡因 Ca２＋通道:胺菊酯、尼莫地平 Ca2+/Mg2+ATP酶：拟除虫菊酯
4. 干扰受体信号转导功能


模拟内源性配基，引起激动剂样作用； 结合于受体，不引起激活效应，阻断内源性 配基的作用； 对受体产生变构效应； 信号转导因子：Ca２＋、蛋白激酶、ＮＯ