毒理学毒理学基本概念

1、1主题：适应、损伤与修复学科：毒理学毒理学基本概念第1页21. 外源化学物外源化学物（xenobiotics）在外界环境中存在、可能与机体接触并进入机体，在体内展现一定生物学作用化学物，又称外源生物活性物质，是毒理学主要研究对象与之相对应是内源性化学物，当代毒理学也研究有毒内源性化学物，如自由基、同型半胱氨酸等第2页3毒物毒物（poison, toxicant, toxic agent/substance）：在一定条件下，以较小剂量进入机体就能干扰正常生化过程或生理功效，引发暂时或永久性病理改变，甚至危及生命物质（属法规管理术语）毒物与非毒物之间没有绝对界限，取决于接触剂量和接触条件第3页4毒

2、素毒素（toxin）：指生物体所产生，极少许就能够引发人和动物中毒有毒物质，通常是一些能干扰生物体其它大分子生物学作用蛋白或生物碱等非蛋白类物质。1. 动物毒素：黄蜂、蜘蛛、蜈蚣、蝎子、蛇、河豚等2. 植物毒素：蓖麻毒素、麦角、夹竹桃、毒箭木、曼陀罗、颠茄、乌头、水仙、百合、雷公藤等3. 微生物毒素：肉毒杆菌、黄曲霉、微囊藻、毒蕈第4页52.毒性毒性（toxicity）：外源化学物能够造成机体损害能力毒性是化学物固有特征，主要取决于化学结构和理化性质普通指急性毒性，用半数致死量（LD50）表示，是化学物毒性分级（clasification）和标签（labeling）主要依据WHO全球化学品统一

3、分类和标签制度Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS) 第5页6第6页7第7页8第8页9一些化学物LD50化学物物种接触路径LD50 (mg/kg)乙醇氯化钠硫酸亚铁硫酸吗啡苯巴比妥钠滴滴涕（DDT）木印防己碱盐酸士宁烟碱d-筒箭毒素河豚毒素蓖麻毒素二恶英（TCDD）肉毒杆菌毒素小鼠小鼠大鼠大鼠大鼠大鼠大鼠大鼠大鼠大鼠大鼠小鼠豚鼠大鼠经口腹腔经口经口经口经口皮下腹腔静脉静脉静脉静脉静脉静脉 10000 4000 1500 900 150 100 5 2 1 0.5 0.1 0.00

4、3 0.001 0.00001第9页10蓖麻毒素（racin）毒性小鼠静脉注射 LD50 25g/kg小鼠腹腔注射 LD50 710g/kg狗静脉注射 LD50 12g/kg人致死量约 70100 g （约 7- 8 颗蓖麻子）第10页113. 毒效应毒效应/作用（toxic effect）：外源化学物本身或其代谢产物在作用部位到达一定数量并停留一定时间，与生物大分子成份相互作用，引发机体有害生物学改变，又叫有害作用（adverse effect）毒效应是化学毒物在一些条件下引发机体健康有害作用表现，改变条件可能影响毒效应中毒（poisoning）：指机体受毒作用引发功效或器质性改变后出现疾病

5、状态（属临床术语）第11页12化学物质与生物机体有害交互作用 外源性化合物暴露吸收分布代谢排泄靶器官分子，细胞，器官毒效应终毒物第12页13 毒效应谱毒效应谱（spectrum of toxic effects）：指毒效应性质和强度改变，能够从机体负荷增加、轻微生理、生化改变到出现中毒症状、体征，直至死亡： (1) 机体对外源化学物负荷（body burden）增加 (2) 意义不明生理和生化改变 (3) 亚临床改变 (4) 临床中毒 (5) 死亡 (6) 其它效应：致癌、致突变、致畸等第13页14人群对环境有害原因反应金字塔形分布第14页154. 靶器官靶器官（target organ）：指

6、外源化学物或其代谢产物直接发挥毒作用部位，往往只限于一个或少数几个（镉、有机汞）与局部化学物或其代谢产物浓度相关，但浓度最高不一定是靶器官（铅、DDT）第15页16靶器官决定原因某个特定器官成为毒物靶器官，可能与毒动学/生物转化和毒效学等各种原因相关： 器官在体内解剖位置和功效,毒物吸收和排泄器官 该器官血液供给 含有特殊摄入系统 百草枯（Paraquat） 代谢毒物能力和活化/解毒系统平衡 存在特殊酶或生化路径 毒物与特殊生物大分子结合 对损伤修复能力 对特异性损伤易感性第16页175. 生物学标志生物学标志（biomarker）：以前叫生物标志物，指对经过生物学屏障进入组织或体液外源化学物

7、或其代谢产物以及它们引发生物学后果可测定指标。可分为： 暴露生物学标志（biomarker of exposure） 效应生物学标志（biomarker of effect） 易感性生物学标志（biomarker of susceptibility）第17页18暴露生物学标志暴露生物学标志（biomarker of exposure）：测定组织、体液或排泄物中外源化学物及其代谢产物或与内源性物质反应产物，作为吸收剂量或靶剂量指标，提供相关暴露于外源化学物信息。可分为： 接触内剂量标志（外源化学物或代谢产物，如 cotinine） 生物效应剂量标志（DNA加合物、血红蛋白加合物）第18页19效应

8、生物学标志效应生物学标志（biomarker of effect）：指外源化学物引发机体中能够测得生理、生化、行为或其它方面改变。包含： 早期生物效应（early biological effect） 结构和/或功效改变（altered structure/function） 疾病（disease）第19页20易感性生物学标志易感性生物学标志（biomarker of susceptibility）：反应个体对外源化学物生物易感性指标。如代谢酶及靶分子基因多态性，DNA 损伤修复能力差异等，主要由遗传原因所致，后天原因也能够影响。芳烃羟化酶（AHH） 环境基因组计划（Environmental

9、 Genome Project, EGP）第20页21健康效应模式与生物学标志关系暴露吸收剂量靶剂量生物学效应健康效应易感性标志暴露标志效应标志第21页226. 剂量剂量（dose）是决定外源化学物对机体损害作用主要原因（“The dose makes the poison”，Paracelsus）。包含：外剂量：给药剂量（administered dose），应用剂量（applied dose），暴露剂量（exposure dose）内剂量：吸收剂量（absorbed dose），送达剂量（delivered dose）生物有效剂量（biological effective dose），也叫

10、靶剂量（target dose）：指抵达作用部位量，或抵达靶器官并与之相互作用量内剂量和生物有效剂量难以测定，普通用暴露剂量，以mg/kg, mg/m3, mg/L表示第22页237. 效应与反应效应（effect）：也叫量反应（gradual response），指外源化学物与机体接触后产生生物学改变，能够用计量单位来表示，如mg、mmHg、U等，属于计量资料反应（response）：也叫质反应（quantal response），指外源化学物与机体接触后产生某种效应个体在群体中所占比率，普通用百分率或比值表示，属于计数资料第23页24剂量-反应(效应)关系是毒理学最主要概念之一，有主要毒理

11、学意义： 有利于发觉化学物毒效应性质 可用于比较不一样化学物毒性 有利于确定机体易感性分布 是判断外源化学物与机体损伤之间有因果关系证据 是安全性评价和危险度评定主要内容第24页25 剂量-效应关系和剂量-反应关系比较 曲线应用于基础在曲线中段斜率在剂量轴上位置剂量-效应关系量反应（最大效应分数），Log剂量游离系统，个体受体理论对相同机制斜率相等（质量作用定律）表示个体易感性或Ka剂量-反应关系质反应（累积反应者分数）， Log剂量群体经验（统计学理论）取决于易感性分布和SD表示群体中位易感性第25页26剂量效应曲线在游离器官/组织量反应比较简单，在一定剂量范围内以直线为主。受体理论在整体动

12、物量反应 比较复杂多样，双曲线，直线、S型曲线等在饲料中机磷化合物敌杀磷染毒7天剂量-效应关系第26页27剂量反应曲线剂量反应曲线反应个体对外源化学物毒作用易感性分布，基本类型是 S 型分布对外源化学物尤其易感和尤其不易感占少数，中等程度易感占多数，能够呈正态分布（对称 S 型），也能够呈非正态分布（非对称 S型）曲线中间部分，即反应率50%附近，斜率最大，较小剂量改变反应率就能够有较大改变，所以最敏感第27页28试验动物个体对外源化学物易感性分布和剂量-反应关系模式图。个体易感性：A，完全相同；B，成正态分布；C，成偏态分布第28页29剂量-反应曲线转化概率单位转换： 反应率（%） 概率单位

13、 0.1 2 2.3 3 15.9 4 50.0 5 84.1 6 97.7 7 99.9 8转换公式： X - y = + 5 第29页30剂量反应曲线斜率两种化学物（A、B）LD50相同，但剂量反-应曲线斜率不一样，引发中毒危险性不一样第30页318. 毒性参数上限参数（致死剂量） 绝对致死剂量（absolute lethal dose, LD100） 半数致死剂量（median lethal dose, LD50 ） 最小致死剂量（minimal lethal dose, MLD or LD01） 最大耐受剂量或最大非致死剂量（maximal tolerance dose, MTD or

14、 LD0） 第31页32下限参数（无作用剂量、阈剂量）最大无作用剂量（maximual no-effect dose, ED0）：外源化学物在一定时间内，按一定方式与机体暴露，用现有检测方法和最灵敏观察指标，不能发觉任何损害作用最高剂量。在毒理学试验中，相当于未观察到有害作用水平（no-observed adverse effect level, NOAEL）观察到有害作用最低剂量（lowest observed adverse effect level, LOAEL）：在要求暴露条件下，某种物质引发机体某种有害作用最低剂量NOAEL 和 LOAEL伴随观察指标和检测伎俩更新而改变第32页33

15、阈剂量（threshold dose）：指外源化学物使接触对象开始发生效应（个别个体出现某种最轻微异常改变）所需最低剂量，也叫最小有作用剂量（minimal effect level, MEL）有害效应阈值是介于NOAEL与LOAEL之间一个理论值可分急性阈剂量（acute threshold dose, Limac）和慢性阈剂量（chronic threshold dose, Limch）也能够伴随观察指标和检测伎俩更新而改变 第33页34Establishing a Threshold for a Toxic EffectDoseResponseEnzyme InductionAnaemi

16、aRenaldamageNOEL 1NOEL 2NOEL 3NOEL: NO OBSERVED EFFECT LEVEL第34页359. 安全限值安全限值（safety limit）相当于卫生标准，现在也有些人叫健康指导值，是对各种环境介质（空气、水、土壤、食品等）中含有化学、物理和生物有害原因限量以及人群接触这些有害原因限量要求。在低于安全限值范围内长久暴露，依据现有认识，不会出现直接或间接损害作用（健康危害）制订安全限值主要依据是毒理学资料，包含动物试验资料和人群研究资料，其中最主要参数是NOAEL和LOAEL。普通是： 安全限值 = NOAEL或LOAEL / 不确定系数或安全系数 （现

17、在倾向于用BMD代替NOAEL或LOAEL）第35页36每日允许摄入量（acceptable/allowable daily intake, ADI）：指正常成人每日从外环境摄入体内特定化学物总量（mg/kgbw）。在该剂量下，终生每日摄入某化学物不会引发人体健康任何可测知健康危害。普通用于人为加入化学物，如食品添加剂、农药或兽药残留等。也能够是AWI可耐受摄入量（tolerable daily intake, TDI）：用于不可防止污染物。也能够是TWI暂时每七天耐受摄入量（provisional tolerable weekly intake，PTWI）：用于有蓄积性污染物，如重金属第36

18、页37参考剂量（reference dose，RfD）：为环境介质（空气、水、土壤、食品等）中化学物质日平均接触量预计值。用于有阈值危险度评价，人群（包含敏感亚群）在终生接触该剂量水平化学物质条件下，预期发生非致癌性有害效应危险度可低至不能检出水平实际安全剂量（virtual safety dose, VSD）：用于无阈值效应，如化学物遗传毒效应、致癌作用。指肿瘤超额发生率低于可接收危险度水平（10-6，即百万分之一）所对应暴露剂量第37页38最高允许浓度（maximum allowable concentration, MAC）：普通指作业场所空气中某种有害化学物不能超出浓度限值。在此浓度下

19、，工人长久从事生产劳动，不致引发任何急性或慢性职业危害。也可用于生活环境（大气、水体、土壤）有害物质限值。食品毒理学中有害物质在各种食品中最大残留量也与这类似阈限值（threshold limit value, TLV）：美国政府工业卫生学家协会（ACGIH）推荐生产车间中有害物质职业接触限值。绝大多数工人重复接触不致引发有害损害作用，但不排除个别敏感个体可能出现职业危害第38页39毒性参数和安全限值与剂量轴低 高 安全限值 NOEL 阈 LOEL NOAEL 阈 LOAEL NOAEL 阈 LOAEL LD0 MLD LD50 LD100 或VSD LD01 慢性 急性 第39页4010.毒

20、作用带毒作用带（toxic effect zone）：表示外源化学物毒作用特点，是对LD50 等表示某一个“点”剂量参数补充急性毒作用带（acute toxic effect zone, Zac）：半数致死量与急性阈剂量比值。 Zac小，说明从轻微损害到急性致死剂量范围窄，引发急性中毒死亡危险性大 Zac = LD50 / Limac慢性毒作用带（chronic toxic effect zone, Zch）：急性阈剂量与慢性阈剂量比值。 Zch大，说明急性与慢性阈剂量之间剂量范围大，由极轻微毒效应到显著中毒表现之间发展过程比较隐匿，易被忽略，所以发生慢性中毒危险性大 Zch = Limac / Limch 第40页41毒作用范围用NOAEL表示阈剂量，毒作用带相当于毒作用范围（margin of toxic effect, MOT） MOTac = LD50 / NOAELac MOTch = NOAELa