毒理学 (2)

毒理学(toxicology)：
是研究化学、物理和生物因素对机体的损害作用及作用机制（biologic mechanisms），并进行危险度评价（risk assessment）和危险度管理（risk management）的科学。

毒理学主要分为三个研究领域，即描述毒理学、机制毒理学和管理毒理学。

毒理学的研究方法
体内试验(in vivo test)
体外试验(in vitro test)。

人体试验
流行病学调查
毒理学方法的4R原则
第一个“R”是替代试验(Replacement)：
第二个“ R”是减少动物的使用数量 (Reduction)：
第三个“R”是精化和改良技术(Refinement)：
第四个“R”责任(Responsibility)：
替代法（alternatives）又称“3R”法，即
优化（refinement）试验方法和技术
减少（reduction）受试动物的数量和痛苦
取代（replacement）整体动物试验的方法
靶器官
化学物质被吸收后可随血流分布到全身各个组织器官，但其直接发挥毒作用的部位往往只限于一个或几个组织器官，这样的组织器官称为靶器官(target organ)。

某个特定的器官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代谢途径；
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；
二
毒物
在一定条件下，一较小剂量进入机体就能干扰正常的生化过程或生理功能，引起暂时或永久的病理改变，甚至危及生命的化学物质称为毒物。

毒性
是指一种物质对机体造成损害的能力。

物质有毒与无毒是相对的，任何一种化合物进入机体，只要达到一定剂量，均能对健康产生有害作用。

选择毒性（selective toxicity）系指一种化学毒物只对某种生物产生损害作用，而对其他种类生物无害；或只对机体内某一组织器官有毒性，而对其他组织器官不具有毒性作用。

化学毒物出现选择毒性的原因可能在于：
⑴物种和细胞学差异（如内酰胺抗菌机制）
⑵不同生物或组织器官对化学毒物生物转化过程的差异（如磺胺类药物）
⑶不同组织器官对化学毒物亲和力的差异（百草枯在肺脏的蓄积、碘与甲状腺的高亲和力）：
⑷不同组织器官对化学毒物所致损害的修复能力的差异：
毒效应（toxic effect）
是指化合物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，
是化学物质对机体所致的不良或有害的生物学改变，故又可称为不良效应、损伤作用或损害作用（adverse effect or adverse response ）。

剂量(dose)
是决定外源化学物对机体损害作用的重要因素。

接触剂量(exposure dose) 又称外剂量(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。

吸收剂量(absorbed dose) 又称内剂量(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。

到达剂量(delivered dose) 又称靶剂量(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。

半数致死剂量或浓度(LD 50或LC 50)：
指化学物质引起一半受试对象出现死亡所需要的剂量，又称致死中量。

阈剂量：指化学物质引起受试对象中的少数个体出现某种最轻微的异常改变所需要的最低剂量，又称为最小有作用剂量（MEL ）。

急性毒作用带
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，表示为：Z ac = LD 50／Lim ac
Zac 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。

慢性毒作用带
慢性毒作用带(chronic toxic effect zone ，Zch)为急性阈剂量与慢性阈剂量的比值，表示为： Zch=Limac ／Limch
Zch 值越大，说明毒物的慢性毒作用带越宽，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；反之，则说明发生慢性中毒的危险性小。

每日容许摄人量(ADI)
是允许正常成人每日由外环境摄入体内的特定化学物质的总量。

在此剂量下，终身每日摄入该化学物质不会对人体健康造成任何可测量出的健康危害。

ADI=NOAEL/安全系数
化学物的联合作用
同时或先后接触两种外源化学物而使其所表现的联合毒性比单一的外源化学物的毒性之和增强或减弱，毒理学中称之为外源化学物对机体的联合作用(combined effect)。

&
相加作用(additive effect) &
独立作用(independent effect) &
协同作用(synergistic effect) &
加强作用（potentiation ） & 拮抗作用(antagonistic effect)
联合作用系数法
如A ：LD50=200mg/kg B ：LD50=800mg/kg ，按1：4混合
50018008.02002.01
)
(50=+=AB LD 则LD 50（AB ）=500mg/kg(理论值)
三
机体对毒物的处置（disposition）
吸收（Absorption）
分布（Distribution）
代谢（Metabolism）
排泄（Excretion）
肝脏首过效应（first-pass effect）:
外源化学物在从吸收部位转运到体循环的过程中已开始被消除，此即在胃肠道粘膜、肝和肺的首过效应。

血／气分配系数
是指气体在血液中的分压和在肺泡中的分压达到饱和时，气体在血液中的浓度与在肺泡中的浓度之比值。

贮存库（storage depot ）：是指进入血液的化学毒物在某些器官组织蓄积而浓度较高,如果化学毒物对这些器官组织未显示明显的毒作用，称为贮存库。

体内的主要贮存库有:
(1) 血浆蛋白贮存库
(2) 肝、肾贮存库
(3) 脂肪组织贮存库
(4) 骨骼组织贮存库
排泄主要器官：肾脏
肝肠循环
由肝细胞分泌到胆汁中的某些与葡萄糖醛酸结合型的代谢产物，经胆汁排泄到小肠后被肠道细菌水解成为原型药物，又被肠粘膜上皮细胞重吸收由肝门静脉进入全身循环的这种现象，使其从肠道排泄的速度显著减慢，生物半减期延长，毒作用持续时间延长
表观分布容积（apparent volume of distribution，V d）
Vd≈5L 表示化合物大部分分布于血浆
Vd≈10~20L 表示化合物分布于全身体液
Vd>40L 表示化合物分布于组织器官
Vd >100L 表示化合物集中分布至某个组织器官或大范围组织内
Vd越小，化合物排泄越快，在体内存留时间越短；分布容积越大，化合物排泄越慢，在体内存留时间越长。

生物转化 (biotransformation):
又称代谢转化(metablism)，是指外源化学物在体内经过一系列化学变化并形成其衍生物以及分解产物的过程。

⏹生物转化的结果代谢解毒（metabolic detoxication)：外源化学物经生物转化使其毒性降低，
易于排出体外的过程；
⏹代谢活化（metabolic activation)：外源化学物经生物转化使其毒性增强，甚至可产生致畸、
致癌效应的过程；
⏹代谢转化的结果具有代谢解毒和代谢活化的正（有利）负（有害）两面性，掌握其正负两重性，
特别是负面作用对了解中毒机制是十分重要。

生物转化过程主要酶：肝药酶葡萄糖醛酸转移酶
结合作用结合物葡萄糖醛酸、硫酸、乙酰基、甲基、甘氨酸、谷胱甘肽
四
1.终毒物：
是可与内源性靶分子（如受体蛋白、酶、微纤维蛋白、DNA及脂质等）相互作用，使机体整体性结构或功能改变，从而导致毒性损害的物质。

2.毒物对生物膜的损害作用
（一）对生物膜组成成分的影响
●化学毒物可引起细胞膜成分含量、结构和性质的改变。

●①CCl4可引起大鼠肝细胞膜磷脂和胆固醇含量的下降；
●②SiO2可与人红细胞膜上的蛋白结合，使其结构中的α-螺旋减少；
●③有机磷农药可抑制突触小体及红细胞膜上乙酰胆碱酯酶的活性。

（二）对膜生物物理性质的影响
膜生物物理性质：通透性、流动性、膜电荷和膜电位等。

1. 对膜通透性的影响
●许多化学毒物可通过与膜蛋白或膜脂相互作用，改变膜的通透性来发挥毒作用。

●①DDT可作用于神经轴索膜，改变Na+和K+的通透性，从而产生一系列的神经中毒症状。

●②缬氨霉素可使线粒体膜对K+的通透性增大，使氧化磷酸化解偶联，从而造成细胞损伤。

2. 对膜流动性的影响
●流动性是生物膜的基本特征之一。

现已发现不少化学毒物可以影响膜的流动性。

●例如，①重金属离子，如Pb2+可引起膜流动性下降；②SiO2可引起巨噬细胞的膜脂流动性升
高等。

3. 对膜电荷的影响
●膜表面糖脂、糖蛋白形成膜表面极性基团，组成膜表面电荷（如-OH、-COOH、 -SO3H，以
及His、Arg、Lys、Asp、Glu中的带电基团）。

细胞内钙稳态
化学毒物对膜电荷性质和密度的改变可能会影响到细胞的功能。

在细胞静息状态下细胞内游离的Ca2+仅为10-7mol/L，而细胞外液Ca2+则达10-3mol/L。

当细胞处于兴奋状态，第一信使转递信息，则细胞内游离Ca2+迅速增多可达10-5mol/L，此后再降低至10-7mol/L，完成信息转递循环。

认为Ca2+是体内第二信使。

上述Ca2+浓度的变化过程呈稳态状，称为细胞内钙稳态
钙紊乱
细胞Ca2+信号的改变在各种病理及毒理学过程中起重要的作用。

在细胞受损时可导致细胞内钙稳态的失调：
1、Ca2+内流增加
2、Ca2+从细胞内贮存部位释放增加
3、抑制细胞膜向外逐出Ca2+
表现为细胞内Ca2+浓度不可控制的持续增加，即打破细胞内钙稳态，或称为细胞内钙稳态的失调。

氧化应激：
机体促氧化与抗氧化之间的平衡失调，而倾向于前者，所导致的细胞损伤。

五
毒性作用影响因素（化学物因素）
1取代基的影响
●苯: 麻醉作用和抑制造血功能。

甲基取代（甲苯、二甲苯)：麻醉作用↑,抑制造血功能↓;
氨基取代：形成高铁血红蛋白；
硝基（硝基苯）或卤素（卤代苯）取代：肝毒性;
●烷烃：氢被卤素取代，肝毒性增加，
且取代愈多，毒性愈大。

CH3Cl< CH2Cl2<CHCl3 <CCl4
2 异构体和立体异构的影响
●六六六：六氯环己烷，有七种同分异构体。

γ-六六六急性毒性强；α-六六六致癌性强；α、γ-六六六兴奋中枢神经系统作用强；β、δ-六六六则抑制中枢神经系统。

●基团的位置：如带两个基团苯环的毒性
对位＞邻位＞间位；对氨基酚
分子对称的＞不对称的；
●反应停：S(-)镜像物比R(+)镜像物胚胎毒性更强。

3、同系物的碳原子数和结构
饱和脂肪烃：甲烷、乙烷引起单纯窒息作用，从丙烷起，随着碳原子数的增多麻醉作用增强，超过9个碳原子后，麻醉作用逐渐减弱。

ω·氟羧酸：碳原子数为奇数的毒性大，偶数的毒性小。

碳原子数相同时直链化合物毒性大于异构体，成环大于非成环：庚烷>异庚烷，环戊烷＞戊烷
碳原子数相同时，不饱和键增加其毒性增加：乙烷＜乙烯＜乙炔
六
一般毒性：是指毒物对动物机体产生的综合毒性效应，也称基础毒性作用，是认识和评价化合物毒理学特性的开端和必经阶段,与特殊毒性（致畸、致突变和致癌）相对而言。

急性毒性（acute toxicity）
是指机体（实验动物或人）一次或24h内接触多次一定剂量外源化学物后在短期内(最长到14天)所产生的毒作用及死亡。

急性毒性试验方法
经典急性毒性试验
急性毒性替代试验
固定剂量法（fixed dose procedure）
急性毒性分级法（acute toxic class method）
上-下移动法（up/down method）
实验设计的统计原则
●实验动物的选择和要求
●受试物及其处理
●染毒途径
●染毒剂量
●观察周期
●观察指标的选择、计算方法和评价
静式吸入染毒
优点：简单、方便、受试物消耗少，适合于小鼠。

缺点：氧气减少；浓度不稳定；经皮吸收；不适合稍大动物；挥发性。

动式吸入染毒优缺点
●优点：受试物浓度和氧分压比较稳定，
可避免交叉感染
●缺点：设备要求高
受试物消耗数量大
操作比较复杂，费时费工
LD50的计算—寇氏法
其中：
m : 1ogLD50;
Sm: 标准差;
Σp : 各组死亡率总和;
p : 各组死亡率;
q : 1－p
i ：相邻两组对数值之差
n ：每组动物数;
X k：最大剂量的对数值
组间距（i 值 )
i =
log D
max
- log D
min
n–1
(0.5)
k
m X i p
=-∑-m
S=
化学毒物的蓄积作用(accumulation)。

化学毒物进入机体后，经过生物转化以代谢产物或化学物原型排出体外。

但是，当化学毒物反复多次给动物染毒，化学毒物进入机体的速度(或总量)超过代谢转化的速度和排泄的速度(或总量)时，化学毒物或其代谢产物就有可能在机体内逐渐增加并贮留，这种现象称为
物质蓄积（material accumulation）
反复多次接触化学毒，可以用分析方法测出体内物质的原型或其代谢产物。

功能蓄积（functional accumulation
长期接触某些化学物后，体内虽不能测出其原型或代谢产物，但能够引起机体形态结构或功能一定程度的改变，如果是一种不可逆的变化或在机体修复尚未完成前再次接触该化合物并再次造成伤害。

蓄积系数法
蓄积系数(accumulation coefficient)是在一定期限内，以低于致死剂量多次染毒使半
数动物出现效应(或死亡)的累积剂量[ED50(n)]与一次染毒使半数动物出现相同效应(或
死亡)的剂量[ED50(1)]的比值，即：
K＝ED50(n)/ED50(1)
K＝LD50(n)/LD50(1)
固定剂量法（fixed dose procedure）不以动物死亡作为观察终点，可以利用预先选定的或固定的一系列剂量染毒，从而观察化学物的毒性反应来对化学物的毒性进行分级。

实践证明可大量节省试验动物。

动物：大鼠、小鼠；
染毒途径：经口灌胃、腹腔注射；
方法：先求LD50，然后选取相同条件的40只（或更多）实验动物，随机分为两组，一为染毒试验组，一为对照组，每组至少20只，雌雄各半。

在1/20~1/5 LD50的范围内选定一个剂量，每日以固定剂量，定时和相同途径对试验组进行染毒观察记录动物死亡数。

试验组累积发生一半动物死亡即终止试验。

计算累积总接触剂量[LD50(n)]，根据公式计算K值，然后进行评价。

接触剂量累积达5个LD50，可终止试验，K>5。

固定剂量法试验期为25-100天。

剂量递增法
八
细菌回复突变试验 (Ames试验)原理
突变的菌株必需依赖外源性组氨酸才能生长，而在无组氨酸的选择性培养基上不能存活，致突变物可使其
基因发生回复突变，使它在缺乏组氨酸的培养基上也能生长
微核试验(micronucleus test，MNT)
微核试验(Micronucleus test，MNT)是观察受试物能否产生微核的试验。

其主要可检出DNA断裂剂和非整倍体诱变剂
无细胞系统介导的活化（S9）
经酶诱导剂处理后制备的肝匀浆，再经9000g离心分离所得上清液，加上适当的缓冲液和辅助因子。

含有混合功能氧化酶(MFO)，是国内常规应用于体外致突变试验的代谢活化系统
癌基因：可以在体外引起细胞转化、在体内引起癌瘤的一类基因。

各种动物细胞基因组中普遍存在着与病毒癌基因相似的序列，统称为细胞癌基因。

由于细胞癌基因在正常细胞中以非激活形式存在，故又称为原癌基因。

抑癌基因(肿瘤抑制基因)
该基因的表达可抑制肿瘤细胞的肿瘤性状表达，又被称为肿瘤抑制基因，当抑癌基因缺失或失活而无法正常表达时，细胞恶性转化，肿瘤发生
原癌基因的特点可概括如下：
（1）广泛存在于生物界中，从酵母到人细胞普遍存在。

（2）在进化进程中，基因序列呈高度保守。

（3）它的作用是通过其表达产物蛋白质来体现的；它们的存在对正常细胞不仅无害，而且对维持正常生理功能、调控细胞生长和分化起重要作用，是细胞发育、组织再生、创伤愈合等所必需。

（4）在某些因素（如放射线、某些化学物质等）作用下，一旦被激活，发生数量上或结构上的变化时，就会形成癌基因。

p53蛋白
是一种肿瘤抑制物，一半以上的癌变都与P53的缺失或突变有关。

p53蛋白是四聚体，突变具有显性失活的效应
完全致癌物：
兼有引发、促长和催癌作用的化学物
黄曲霉毒素----终致癌物
发育毒性(developmental toxicity)
生长迟缓:即胚胎与胎仔的发育过程在外源化学物影响下，较正常的发育过程缓慢。

致畸作用:由于外源化学物干扰，活产胎仔胎儿出生时，某种器官表现形态结构异常。

功能不全或异常:即胎仔的生化、生理、代谢、免疫、神经活动及行为的缺陷或异常。

胚胎或胎仔致死作用 :某些外源化学物在一定剂量范围内，可在胚胎或胎仔发育期间对胚胎或胎仔具有损害作用，并使其死亡。

有机磷中毒
一、毒理
有机磷酸酯类（有机磷农药）可经胃肠道、呼吸道、皮肤及黏膜而吸收。

有机磷农药与胆碱酯酶迅速结合，形成磷酰化胆碱酯酶，抑制了胆碱酯酶的活性，使其失去水解乙酰胆碱的能力，导致乙酰胆碱在体内大量蓄积，引起胆碱能神经过度兴奋，而发生中毒
二、中毒症状
轻度中毒时主要表现为M型胆碱样症状，动物出现流涎、呕吐 (猪)、腹痛、腹泻、出汗、瞳孔缩小、心率减慢、呼吸困难、发绀等。

中度中毒时同时表现N型胆碱样症状，出现肌肉震颤、抽搐以及心率加快等。

严重中毒时还会出现中枢神经先兴奋后抑制的症状，动物出现躁动不安，共济失调、惊频等，最后转人昏迷、血压下降、呼吸中枢麻痹而死亡。