神经和行为毒理学

第十五章 神经和行为毒理学,预防医学系 黄陈平,中毒案例,患者李某某，女，56岁，2007年5月9日因在通风不良环境中吸入燃气热水器产生的CO中毒入院治疗，入院时，深昏迷，时有抽搐，经抢救后苏醒，但有神经精神方面异常表现，主要为记忆力下降、理解力差,表情淡漠,沉默不语,并有震颤麻痹,四肢肌张力增高。行脑CT 检查,结果显示为脑白质变性改变, 苍白球密度减低，诊断为急性CO中毒迟发性脑病。,神经和行为毒理学,第一节 概 述第二节 神经系统对外源化学物的毒性反应第三节 神经毒性作用机制第四节 研究方法及评价,第一节 概 述,什么是神经毒理学?什么是行为毒理学?神经系统的解剖、生理特点,中枢神经系统与外周神经系统,神经胶质细胞种类和功能,星形胶质细胞：神经元支持、营养功能及其它少突胶质细胞：构成中枢神经纤维的髓鞘小胶质细胞：吞噬功能施旺氏细胞：构成外周神经纤维的髓鞘,外周神经元及其附属器,解剖、生理与毒理学有关的特点,损伤神经系统可影响其它脏器系统 如偏瘫中枢神经系统具有较高的耗氧量（2%体重，15%供血量，20%耗氧量）神经递质体系易成为神经毒物的靶作用部位神经系统自身的结构特点，如BBB、BNB、髓鞘等 （一般而言，BBB是良好屏障，但在发育早期较薄弱）神经元再生能力差,第二节 神经系统对外源化学物的毒性反应,神经毒物及分类对神经系统毒作用的结果神经毒性作用特点临床常见的神经系统中毒类型,神经毒物,神经毒物可泛指引起机体神经系统功能或结构损伤的外源性的化学、物理或生物因子。 外源性的化学物引起的神经毒性是损伤机体神经系统的主要因素。,现有神经毒物分类,按理化性质、用途金属类：铅溶剂类：正己烷气体类：CO农药类：有机磷农药药物：氯胺酮天然毒素：河豚毒素,按毒作用靶器官神经细胞毒物神经髓鞘毒物神经轴索毒物神经递质毒物,神经毒性损害的4种类型,对神经系统毒作用的结果,结构改变 （1）毒物非特异性损害，如CO中毒 （2）毒物特异性损害，如锰中毒功能改变 如急性有机溶剂毒性导致麻醉作用行为改变 如汞中毒、儿童铅中毒,神经毒性作用特点,在不同的神经发育阶段，神经毒性表现可有所不同，一般神经毒性随年龄衰老而增强神经元受损后一般自身不能再生，故损伤常常是永久性的可有蓄积作用不同剂量下神经系统可有不同反应常伴有行为的改变,临床常见的神经系统中毒类型,中毒性神经官能症中毒性脑病中毒性周围神经病,锰中毒,第三节 神经毒性作用机制,神经递质与神经毒性通道与神经毒性受体信号转导与神经毒性神经胶质细胞与神经毒性细胞骨架与神经毒性,一、神经递质与神经毒性,神经递质应符合以下条件：在突触前神经元内具有递质的前体物质和合成酶系；递质贮存于突触小泡以防止被胞浆内其它酶系所破坏，当兴奋冲动抵达神经末梢时，小泡内递质能释放入突触间隙；递质通过突触间隙作用于突触后膜的特殊受体，发挥其生理作用；存在使这一递质失活的酶或其他环节（摄取回收）；用递质拟似剂或受体阻断剂能加强或阻断这一递质的突触传递作用。,常见的神经递质,乙酰胆碱去甲肾上腺素多巴胺5-羟色胺- 氨基丁酸（GABA）谷氨酸甘氨酸,神经递质传递各环节,干扰神经递质环节,干扰神经递质合成（氨）影响囊泡中神经递质的储存或释放（利血平）影响神经递质灭活或清除（有机磷农药）干扰和阻断神经递质与受体作用（阿托品）毒物本身直接与受体结合（毒蘑菇）,二、通道与神经毒性,通道：是一种跨膜蛋白，允许适当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过，又称为离子通道。 特性：选择性；门控性 类型：电压门控性； 配体门控性； 其它.,Two distinct properties of ion channels:(1) ion selectivity - type of ions which can pass(2) gating - conditions which influence opening and closing,Classes of ion channel,通道与神经毒性,河豚毒素能阻断Na+通道，破坏动作电位的生成。拟除虫菊酯类杀虫剂引起神经元电压门控Na+通道关闭延迟，神经元反复持续去极化造成神经系统过度兴奋。局部麻醉药普鲁卡因和可卡因对Na+通道和K+通道均有阻断作用。,三、受体信号转导与神经毒性,受体信号转导与神经毒性,毒物对信号转导环节的毒作用：假信使 如铅可作为Ca2+的假信使与受体结合后，改变受体构型而影响其与神经递质的结合 如氯胺酮是苯环己哌啶（PCP）的衍生物，是N-甲基-D-门冬氨酸（NMDA）受体非竞争性拮抗剂，其作用于NMDA受体门控的离子通道中PCP位点，减少NMDA受体通道开放时间和频率。,细胞信号传导异常与疾病,谷氨酸门冬氨酸,NMDA R,钙内流,癫痫等,四、神经胶质细胞与神经毒性,神经胶质细胞种类和功能,星形胶质细胞：神经元支持、营养功能及其它少突胶质细胞：构成中枢神经纤维的髓鞘小胶质细胞：吞噬功能施旺氏细胞：构成外周神经纤维的髓鞘,五、细胞骨架与神经毒性,是一种纤维状蛋白基质分类：微管、微丝、中间纤维主要功能： 1、细胞形状、结构的维持 2、物质运输 3、细胞运动 4、信息传递 5、细胞分裂神经轴索毒物：如正己烷、二硫化碳等,细胞骨架基本概念,第四节 研究方法及评价,神经学检查 形态学检查电生理检查生化检查神经毒理学的动物模型神经细胞培养行为研究,神经检查,颅神经检查运动功能检查感觉功能检查神经反射检查自主神经检查,功能磁共振成象（fMRI）,形态学检查,组织学检查细胞学检查,图3 大脑皮质光镜图,海马神经元透射电镜观察图（15K）,海马神经元TUNEL染色光镜观察图（100）,电生理检查,脑电图检查肌电图：将电极探针插入肌肉，在静息和肌肉收缩时，记录和检查肌肉的电活动。外周神经传导速度的测定,生化检查,糖代谢过程中涉及的酶系统蛋白质合成髓鞘成分神经系统特殊位点的神经递质水平通过使用促效剂和拮抗剂，观察神经递质受体的结合情况。,神经毒理学的动物模型,神经细胞培养,行为检查,神经行为功能测试 视觉、嗅觉、听觉 痛觉 空间定位、本位感觉 味觉 运动 自发性动作 肌强度 振颤,认知能力 学习与保持能力 情感反应 CNS兴奋性 生理完善性 体温调节,Morris水迷宫,Morris水迷宫,隐匿台定位航行实验 空间搜索实验,大鼠水迷宫试验录像,多次氯胺酮麻醉对大鼠学习记忆的影响,多次氯胺酮麻醉对大鼠学习记忆的影响,自发活动(开场实验),小鼠开场试验录像,跳台实验,跳台实验录象,穿梭箱实验,条件性位置偏爱实验,条件性位置偏爱实验,总结提问,神经系统与毒理学有关的解剖、生理特点有哪些？神经胶质细胞类型有哪几种？各有何主要功能？神经毒性作用特点有哪些？神经毒性作用机制有哪些？并举例说明。神经毒理学主要研究及评价方法有哪些？列出常用的动物行为测试实验及测试目的。,THE END,血-脑屏障（BBB）,金属类,重金属及其化合物：铅、汞、砷、镉。非必需金属及其化合物：铝、锑、锡、铊、镍、锂、钡、铍、铋、金。必需金属及其化合物：铬、铜、铁、镁、锰、钴、钾、硒、锌。,溶剂类,脂肪族烃类：烷烃、烯烃、炔烃、汽油。脂肪族环烃类：松节油、环丙烷、环丁烷、正己烷。卤化物：四氯化碳、氯仿、氯丁二烯、三氯苯、氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、二氯二氟甲烷、三氯氟甲烷、氯丹、氯苯、对-二氯苯、氯甲烷、1，2-二氯乙烷、多氯联苯、三碘甲烷。,溶剂类,醇类：乙醇、甲醇、1-丙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、丁醇、环己醇、二丙酮乙醇、2，5-己烷二醇。酚类：甲酚、六氯酚。其他：石油蒸馏物、甲醛、丙酮、甲基丁酮、丙烯酰胺、环氧化合物、烷基苯乙烯聚合物、乙酯、醋酸丁酯、醋酸戊酯、甲基乙酯、苯胺、松油脂、三甲酚磷酸酯、1-甲基-4苯基-1，2，3，6四氢吡啶、兴奋性氨基酸、磷酸三邻甲苯酯。,气体类,一氧化碳、氢化氰、硫化氢、二硫化碳、燃烧产物、汽车尾气、氨、氮氧化物。,农药类,有机磷类、拟除虫菊酯、有机氯（开蓬、DDT）。,药物及天然毒素,鸦片、可卡因、巴比妥、地西洋、阿霉素、长春新碱、链霉素、奎宁。蛇毒、蝎毒、蓖麻子蛋白。,按毒作用靶器官分类,神经细胞毒物：汞和汞化合物、锰、铝、谷氨酸、氰化物、铅、1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶（MPTP）。神经髓鞘毒物：六氯酚、三甲基锡、铅、锑。神经轴索毒物：正己烷、二硫化碳、taxol、长春新碱、丙烯酰胺、氯丙烯、除虫菊酯。神经递质毒物：尼古丁、有机磷化合物、氨基甲酸酯类杀虫剂、可卡因、兴奋性氨基酸、苯丙胺。,铅对神经发育的毒性,目前对众多的金属元素对脑发育及其功能影响进行“排座次”，第一位是铅，以后依次为碘、汞、钴、铁、铜等。美国CDC报告：铅是美国儿童身体健康的头号环境有害因素。Center for Disease Control. Prevention lead poisoning in young children. Atlanta，Georgia：CDC，1991；,2002年广东东莞安加鞋厂女工正己烷中毒案,广东东莞安加鞋厂女工正己烷中毒案,NH3干扰神经递质作用,神经精神型毒蕈中毒,豹斑毒伞,乙酰胆碱酯酶的作用,有机磷酸酯对胆碱酯酶活性的抑制,神经系统信号传递,偏瘫患者,例1 赵，男，29岁，某化工厂烧碱车间水银电解工段修槽工。1969年7月19日因头痛、失眠加重入院。患者自1966年开始，经常头痛、失眠，近两年来加重，且经常做恶梦、流涎、全身无力、心慌。近来头痛、失眠严重，每夜仅能睡23小时来院就诊，收住院治疗。1962年开始做水银电解看槽工2年、后任修槽工5年，共接触汞7年史。既往史、个人史、家族史无特殊记载。体格检查： 神志清，表情自如。咽部与口腔粘膜充血、齿龈红肿。两肺呼吸音正常。肝脾未扪及。双膝