大学毒理学经典ppt课件

毒理学,（toxicology）,从生物医学角度研究化学物质对生物机体的损害作用及其机制的科学。 任何一种化学物在一定条件下都可能是对机体产生任有害作用。 药物毒理学卫生毒理学 研究范围： 化学物质物理因素、物理因素等,毒理学（toxicology）,卫生毒理学的目的，就在于研究外源化学物的毒性和产生毒作用的条件，阐明剂量效应(反应)关系，为制订卫生标准及防治措施提供理论依据。,外源化学物(xenobiotics)是在人类生活的外界环境中存在、可能与机体接触并进入机体，在体内呈现一定的生物学作用的一些化学物质。内源化学物，是指机体内原已存在的和代谢过程中所形成的产物或中间产物。,卫生毒理学(Health Toxicology) 与共卫生工作有直接联系的各个毒理学分支的基础和总称。包括环境毒理学、工业毒理学、食品毒理学、农药毒理学、放射毒理学等。,毒理学,外源化学物吸收、分布靶器官毒效应 暴露剂量 代谢、排泄 描述毒理学 机制毒理学 管理毒理学,外源化学物(xenobiotics)是在人类生活的外界环境中存在、可能与机体接触并进入机体，在体内呈现一定的生物学作用的一些化学物质。内源化学物，是指机体内原已存在的和代谢过程中所形成的产物或中间产物。,毒理学研究外源化学物对机体的有害作用，而不是有益作用(如营养作用、治疗作用等)。,中毒(poisoning)是生物体受到毒物作用而引起功能性或器质性改变后出现的疾病状态。根病变发生的快慢，中毒可分为急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒。在慢性中毒过程中有时可出现急性发作。,毒理学的研究方法,模型原型 体内试验(in vivo test)， 体外试验(in vitro test) 人体观察和试验 流行病学调查,替代法（3R）,替代法（alternatives，3R）是指替代（replace）减少（reduce）优化（refine）包括细菌培养、人和哺乳动物细胞组织培养、特定动物器官、非生物人工系统或计算机分析程序等。,1 毒理学主要概念,毒性（toxicity） 一种化学物接触或进入机体后引起有害生物学作用的能力。 危害（hazard） 笼统地表示化学物在通常条件下对机体造成有害作用的可能性。 对机体引起有害作用。,毒理学主要概念,危险度（risk）指一种化学物在具体的接触条件下，对机体造成损害可能性的定量估计。即指接触污染物时产生不良效应的预期频率。危险度可分为归因危险度和相对危险度。 安全性（Safety），低于社会可接受的危险度就是安全，否则为不安全。在毒理学中，安全性评价（Safety evaluation）是利用规定的毒理学程序和方法评价化学物的安全性。,损 害 作 用,损害作用应具有下列特点： 机体的正常形态、生长发育过程受到严重的影响，寿命亦将缩短。 机体功能容量降低。 机体维持稳态能力下降。 机体对其它环境因素不利影响的易感性增高或对额外应激状态代偿能力降低。,毒性作用分类,有阈: 系统毒性、致畸安全限值 无阈: 致癌、致突变实际安全剂量(VSD),毒性参数和安全限值的剂量轴,毒性上限参数,致死剂量： 绝对致死量（LD100） 半数致死剂量或浓度（LD50或LC50 ） 最小致死量（MLD，LD01） 最大耐受剂量（MTD，LD0）,毒性下限参数,（1）观察到有害作用剂量（LOAEL） （2）有害作用阈（threshold） （3）末观察到有害作用剂量（NOAEL） 非有害作用 （1）最小有作用剂量 （2）阈（threshold） （3）最大无作用剂量,剂量反应关系,100% * 50 * 15 30 60 NOAEL LOAEL mg/kg 阈,试验结果综合评价,剂量 AST 肝病理 尿RBC 肾病理 200mg/kg + + + + 60mg/kg + 20mg/kg 靶器官 肝 肾 LOAEL 60mg/kg 200mg/kg NOAEL 20mg/kg 60mg/kg 总结： NOAEL 20mg/kg ；LOAEL 60mg/kg,安全限值,有阈毒性作用： 安全限值 = NOAEL / SF 每日容许摄入量（ADI） 最高容许浓度（MAC） US EPA的参考剂量（RfD，RfC） 无阈毒性作用： 实际安全剂量（VSD）,安全系数不确定系数,不确定系数100倍 物种间差异10倍 个体间差异10倍 毒效学 毒动学 毒效学 毒动学 100.4 100.6 100.5 100.5 (2.5) (4.0) (3.2) (3.2),致癌试验的剂量反应关系 和 2-AAF百万小鼠致癌试验结果,毒性作用分类,有阈: 系统毒性、致畸安全限值 无阈: 致癌、致突变实际安全剂量(VSD),毒性参数和安全限值的剂量轴,剂量-反应比较 1治疗指数（TI）,对于药物，常用治疗指数来计算其安全性，TI = LD50 / ED50。TI越大安全性越高。 有认为新药的治疗指数大于5 时，可考虑进行下一步临床前实验研究。 TI的缺点是没有反映疗效和毒效应剂量-反应关系的斜率。,（三） 剂量-反应比较 1治疗指数（TI）,对于药物，常用治疗指数来计算其安全性，TI = LD50 / ED50。TI越大安全性越高。 有认为新药的治疗指数大于5 时，可考虑进行下一步临床前实验研究。 TI的缺点是没有反映疗效和毒效应剂量-反应关系的斜率。,2安全界限（safety margine）,对药物SM=LD01/ED99，即疗效最小致死剂量LD01 与ED99的比值。主要用于单次给药。 对非药品的其它化学品的可表示为 SM= NOAEL / SED 其中SED为系统暴露剂量（mg/kg体重）。 SED = I（mg）A（%） / 60（kg） I（暴露剂量）; A（吸收率）; 60（标准人体重). TI和SM的ED50和ED99都是反应率（质反应）。,3强度（potency）和效能（Efficacy）,对于剂量-效应关系研究，为了比较两种或多种化学物毒作用，可比较强度和效能。 强度是指相等效应时剂量的差别。 效能是指效应的差别，以引起的最大效应Emax代表效能的高低。化学物的效能取决于化学物本身的内在活性和药理/毒理作用的特点。 而在剂量-效应曲线中产生相等效应1/2Emax所需剂量或剂度的大小是与化学物或药物的强度成反比。,4种化学物剂量-效应关系比较,可以认为毒作用的强度A B，C D； 效能A = B，C D。,2 描述毒理学试验的基本原则,化学物在实验动物产生的作用，可以外推于人。 实验动物必须暴露于高剂量，这是发现对人潜在危害的必需的和可靠的方法。 成年的健康（雄性和雌性未孕）实验动物和人可能的暴露途径是基本的选择。, 实验动物外推到人,化学物在实验动物产生的作用，可以外推于人。基本假设为：人是最敏感的动物物种；人和实验动物的生物学过程包括化学物的代谢，与体重（或体表面积）相关。这两个假设也是全部实验生物学和医学的前提。,实验动物外推到人,以单位体表面积计算在人产生毒作用的剂量和实验动物通常相近似。而以体重计算则人通常比实验动物敏感，差别可能达10倍。因此可以利用安全系数来计算人的相对安全剂量。 已知人致癌物都对某种实验动物具有致癌性。实验动物致癌物是否都对人有致癌性，还不清楚，但此已作为动物致癌试验的基础。 一般认为，如果某一化学物对几个物种实验动物的毒性是相同的，则人的反应也可能是相似的。,高剂量暴露,实验动物必须暴露于高剂量，这是发现对人潜在危害的必需的和可靠的方法。毒性试验的设计并不是为了证明化学品的安全性，而是为了表征化学品可能产生的毒作用。,检测和评价,人拟用剂量 100倍 化学物A 30倍 毒性作用 化学物B 毒性 无毒性 毒性作用 B A 作用,成年健康动物和人暴露途径,成年的健康（雄性和雌性未孕）实验动物和人可能的暴露途径是基本的选择。成年的健康（雄性和雌性未孕）实验动物是为了使实验结果具有代表性和可重复性。以成年的健康（雄性和雌性未孕）实验动物作为一般人群的代表性实验模型，而将幼年和老年动物、妊娠的雌性动物、疾病状态作为特殊情况另作研究。这样可降低实验对象的多样性，减少实验误差。毒理学试验中染毒途径的选择，应尽可能模拟人在接触该受试物的方式。,毒性评价试验的基本目的, 受试物毒作用的表现和性质 剂量-反应(效应)研究 确定毒作用的靶器官 确定损害的可逆性,毒作用的表现和性质,在急性和慢性毒性试验中，观察受试物对机体的有害作用，对有害作用的观察应该是对每个实验动物进行全面的逐项的观察和记录。发现有害作用是进行剂量-反应(效应)研究的前提。,剂量-反应(效应)研究,剂量-反应(效应)研究是毒性评价的基础。通过对不同有害作用的剂量-反应(效应)研究，可以得到该受试物的多种毒性参数。 LD50，LD01，MTD LOAEL，NOAEL，斜率,确定靶器官,确定受试物有害作用的靶器官，是毒理学研究的重要目的，以阐明受试物毒作用的特点，并为进一步的机制研究和毒性防治提供线索。,确定损害的可逆性,一旦确认有害作用存在，就应研究停止接触后该损害是否可逆和消失。如果受损的器官组织能够修复并恢复正常功能，则可能接受较高危险性的接触水平。,毒理学研究的其它目的,如毒作用的敏感检测指标和生物学标志、毒作用机制研究、受试物的毒物动力学和代谢研究、中毒的解救措施等。对这些要求，应扩展常规试验的设计以包括有关的项目，或者另外设计和进行靶器官毒理学研究及机制毒理学研究。,毒理学试验, 急性毒性试验 经口 局部毒性试验 经皮 蓄积毒性试验 吸入 致突变试验 亚慢性毒性试验 致畸试验 慢性试验 体内 致癌试验 体外,实验动物物种选择,对受试物在代谢、生化和毒理学特征与人最接近的物种； 选择自然寿命不太长的物种； 易于饲养和实验操作的物种； 经济并易于获得的物种。,物种选择,常规选择物种的方式是利用两个物种，一种是啮齿类，另一种是非啮齿类。系统毒性研究最常用的啮齿类是大鼠和小鼠，非啮齿类是狗。,物种选择,急性毒性试验常用 大鼠、小鼠、狗 亚慢性、慢性毒性试验常用 大鼠、狗 皮肤刺激试验和致敏试验常用 豚鼠 皮肤刺激试验和眼刺激试验常用 兔 遗传毒理学试验多用 小鼠 致畸试验常用 大鼠、小鼠和兔 致癌试验常用 大鼠和小鼠 迟发性神经毒性试验常用 母鸡,物种选择,一般假设，如以与人相同的接触方式、大致相同的剂量水平，在两个物种有毒性反应，则人有可能以相同的方式发生毒性反应。 当不同物种的毒性反应有很大的差异时，必须研究外源化学物在不同物种的代谢、动力学及毒作用机制，然后才可将实验结果外推到人。,染毒途径,毒理学试验中染毒途径的选择，应尽可能模拟人在接触该受试物的方式。最常用的染毒途径为经口、经呼吸道、经皮途径。,溶剂和助溶剂,染毒前根据染毒途径的不同，应将受试物制备成一定的剂型。常用的是制备成水溶液、油溶液或混悬液。对溶剂和助溶剂的要求是： 所用的溶剂或助溶剂应该是无毒的， 与受试物不起反应， 受试物在溶液中应稳定。,3 毒理学试验的统计学,毒理学试验设计的统计学原则 遵循随机、重复、对照、均衡的原则。 各观察值具有代表性，相互独立的。 毒理学试验的设计具体涉及到剂量水平数目及间隔，每个剂量点的实验单位数，每个实验单位接种及计数的细胞数，对照组的设置等。 实验单位：是进行处理时或观察时独立的最大采样单位。,毒理学试验常用的对照, 未处理对照 阴性（溶剂）对照 阳性对照 遗传毒理学试验、致畸试验、 致癌试验、致敏试验 历史性对照 未处理对照 阴性（溶剂）对照 阳性对照,统计学流程图,是正态齐性,否,毒理学试验的统计学,对毒理学试验资料进行统计学分析时，确定实验单位是很重要的， 一种毒理学试验资料可以有若干种正确的统计学分析方法，但可能不存在唯一正确的方法。 不论原数据属于何种类型和分布，当以均数和标准差表示时，都可近似地服从正态分布。,处理组与阴性对照组两两比较和多个比较的统计学方法,剂量-反应(效应)关系的统计学,在急性毒性（LD50）研究，LD50是点值估计和区间估计。 剂量-反应(效应)关系的统计学分析 定性分析：趋势检验 定量分析：模型拟合,统计学意义和生物学意义,在评价毒理学试验结果时，要综合评价实验结果的统计学意义和生物学意义 一般来说，具有统计学意义是具有生物学意义的必要条件之一。 正确地利用统计学假设检验的结果有助于确定实验结果的生物学关联。,判断生物学意义的步骤,（1）纵向比较，此参数的改变有无剂量-反应关系。 （2）横向比较，此参数的改变是否伴有其它相关参数的改变。 （3）与历史性对照比较，同时进行的阴性对照应在历史性对照的均数3SD 范围之内，否则应重新试验。观察值与对照组比较，差别具有统计学显著性（P 0.05），其数值不在正常参考值范围之内属于有害作用。,统计学意义和生物学意义,其它的考虑： 同时对照组的标准差过小，CV低于历史性对照CV的1/2。 如处理组与同时对照组两组均数之差值应超过检测误差的两倍以上。 某些血液生化指标（如AST、ALT等）的测定值升高才有生物学意义。,损害效应 / 非损害效应,当处理组数据与阴性对照组比较差别有显著性，并且经分析认为是与受试物处理有关的生物学效应，应进一步判断其为损害效应还是非损害效应。,当处理组数据与阴性对照组比较差别有显著性，并且经分析认为是与处理有关的生物学效应，应进一步判断其为损害效应还是非损害效应。,损害效应 / 非损害效应,毒理学试验结果的 统计学意义和生物学意义,在此表中，第和第种情况最为常见。,统计学意义和生物学意义, 第种情况是有统计学意义但无生物学意义，此种情况相当见。 在判断实验结果的生物学意义时，有无剂量-反应关系是关键。 有统计学意义但无生物学意义的情况，更常见的原因是因为实验设计不良所致。,亚慢性毒性实验WBC计数,与阴性对照组比较，P0.05；+，P0.05；+，P0.01,统计学意义和生物学意义,第种情况是具有生物学意义但无统计学意义，这可能是因为该事件的发生是极端罕见的，例如在哺乳动物致癌试验中，在染毒组中出现对照组中没有的肿瘤类型，尽管从统计学上此种肿瘤的发生率很低，与对照组比较差别无显著性(P0.05)，但还应该认为是有生物学意义的。,5 危险度分析,危险性评估 危险性管理 危险性交流,5 危险度评价,健康危险度评价即基于人群流行病学资料、毒理学试验资料、化学物的接触资料等科学数据的分析，确定接触外源化学物后对公众健康危害的可能性，包括对有害作用性质、强度的定性描述，接触水平与可能出现损害的危险度水平的定量评定及对于不确定性的分析和描述。,危险度评价,对外源化学物的危险度评价一般包括四个步骤： 危害鉴定 剂量反应关系评定 接触评定 危险度表征。,政策 危害鉴定 科学 研究 接触评定 剂量反应评定 证据 监测 危险度表征 危险度管理 NRC 1993,危险度评价,研究 风险评价 风险管理 - - - 对健康有害作用和 法规起草 特定化学品暴露研究-危害鉴定 公共卫生、经济、 (毒理学和流行病学) 社会学评价 从高剂量到低剂量-剂量-反应 风险表征 从动物到人的外推 评定 资料 现场测定估计暴露- 暴露评定 政府决策和行动 量和人群特征,危险度评价,在危险度评价的基础上可进行使用外源化学物危险效益的分析，确定可接受的危险度及相应的VSD等化学物目标管理指标，为管理部门制订管理法规、卫生标准，确定污染治理先后次序，评价治理效果等提供科学依据。,危险性管理 risk management,依据危险性评估的结果，权衡出管理决策的过程，必要时,选择并实施适当的控制措施， 包括制定法规等措施。 危险性管理因素: 危险性评估 危险性管理措施的评估 管理决策的执行 监控和评述,危险性交流 risk communication, 在危险性评估者、危险性管理者、消费者和其他有关各方之间进行有关危险性和危险性相关的因素的信息和观点的交流过程。 有效的危险性交流的要素 危险的性质 危险性评估的不确定性 危险性管理的措施,安全性评价和危险度评价,危险度评价是在安全性评价的基础上逐渐发展起来的概念、理论及方法。 在安全性评价中是以安全性评价试验为基础得出安全限值（点值估计）。在危险度评价中安全性评价试验属于危害鉴定及剂量反应关系评定的部分内容。 危险度评价得出安全限值（RfD, VSD等），其概念更为明确，并同时给出了相应的可接受的危险度。危险度评价中还根据暴露评定,评价在已知暴露条件下，预计可能产生的不良健康效应发生概率及超额人数。 目前，安全性毒理学评价一般用于新化学品和新产品，作为行政审评许可的依据；而危险度评价还主要限于对健康和环境有害的重要的现有化学物质。,4 动物实验外推到人的不确定性,动物外推到人具有不确定性的原因： 对外源化学物的反应敏感性，动物不能述说涉及主观感觉的毒效应。 染毒剂量高于人实际接触的剂量大得多。高剂 量外推低剂量的不确定性。 小数量实验动物到大量人群外推的不确定性。 接触人群具有多样性。,以啮齿类和非啮齿类动物的资料预测人的毒性具有不确定性,Lumley(1990)和Igarashi（1994）根据有限的临床资料报告对人的毒性约一半不能由临床前（动物）毒性研究预测。 Heywood(1983)报告27个化学物（大多为药品）的靶器官毒性在大鼠和狗（或猴）之间的相符率仅20%。 Olson等（1998，2000）报告131种化学物对动物的毒性与人的毒性相符率，啮齿类为45%，非啮齿类（狗和猴）为65%，合并达73%。,反应停事件后发生的10 种最严重的药物不良反应 （Venning, 1983）,普拉诺尔（Practolol） 眼-粘膜-皮肤综合症 口服避孕药 血栓性栓塞症 止痛药（非那西丁等） 肾损伤 降糖灵 乳酸性酸中毒 拟交感性喷雾剂 哮喘致死,Clioquinol 亚急性脊髓-视神经病 已烯雌酚 子代妇女阴道癌 氯霉素 再生障碍性贫血 氟烷 黄疸 二甲麦角新碱 腹膜后纤维变性,WHO,WHO在临床前药物安全性实验原则的文件中指出：“ 虽然事先对生