毒理学概述邓彦宏

第一章绪论【目的】掌握毒理学的基本概念、原理和方法熟悉其研究领域、内容和任务了解毒理学的过去、现在和发展趋势第一节概述毒理学(toxicology)

是研究外源化学物对机体的损害作用及作用机制,并进行危险度评价和危险度管理的科学。毒理学(Toxicology)对象(Subject)外源化学物或因素，例如：放射性离子辐射紫外线等作用目标(Target)生物体(Biotic)微生物(Microbes)动物(Animals)观察/研究目标危害生物机制危险度评价和管理外源化学物

(Xenobiotics)或因素存在于环境中可进入机体并发生生物作用外源化学物又称外源生物活性物内源化学物

(Endogenous-“Endobiotics”)正常机体所原有的正常生命代谢活动所产生的病理状态下？食品毒理学（Foodtoxicology）是运用毒理学的知识和方法，研究食品中可能含有的外源化学物对食用者的毒作用机理，检验和评价食品的安全性或安全范围，并确定这些物质的安全限量，从而达到确保机体健康的目的。毒理学的研究任务建立评价外源性化学物对机体的有害作用的方法，阐明有害作用的性质，发生规律和机制；为采取预防措施、制订安全限值和管理部门决策提供科学依据。毒理学的目的毒理学的目的就在于研究外源化学物质的毒性和产生毒性作用的条件，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。毒理学的研究方法体内试验(invivotest)体外试验(invitrotest)。人体试验流行病学调查体内试验

也称为整体动物试验。可严格控制接触条件。实验多采用哺乳动物，例如大鼠、小鼠、脉鼠、家兔、仓鼠(hamster)、狗和猴等。在特殊需要情况下，也采用鱼类或其他水生生物、鸟类、昆虫等。检测外源化学物的一般毒性，多在整体动物进行。哺乳动物体内试验是毒理学的基本研究方法，其结果原则上可外推到人。毒理学的研究方法体外试验利用游离器官、培养的细胞或微生物进行毒理学研究，多用于外源化学物对机体急性毒作用的初步筛检、作用机制和代谢转化过程的深入观察研究。体外试验系统缺乏整体毒物动力学过程，并且难以研究外源化学物的慢性毒作用。毒理学的研究方法体外试验

(1)游离器官：利用器官灌流技术将特定的液体通过血管流经某一离体的脏器(肝脏、肾脏、肺、脑等)，借此可使离体脏器在一定时间内保持生活状态，与受试化学物接触，观察在该脏器出现有害作用。毒理学的研究方法(2)细胞：利用从动物或人的脏器新分离的细胞(原代细胞，primarycell)或经传代培养的细胞如细胞株(cellstrain)及细胞系(cellline)。毒理学研究中常用的细胞株有中国仓鼠肺细胞（V79），中国仓鼠卵巢细胞（CHO）。毒理学的研究方法（3)微生物：可利用微生物的表型变化做为致突变毒性的一种检测方法。如伤寒沙门氏菌。体内试验和体外试验各有其优点和局限性，应主要根据实验研究的目的要求，采用最适当的方法，并且互相验证。毒理学的研究方法人体观察途径通过中毒事故的处理和治疗人体志愿者试验低浓度（轻度）短时间可逆常见案例药物临床试验流行病学研究

对于在环境中已存在的外源化学物，可以用流行病学方法，将动物实验的结果进一步在人群调查中验证，可从对人群的直接观察中，取得动物实验所不能获得的资料，优点是接触条件真实，可获得制订和修订卫生标准的资料，以及制定预防措施的依据。毒理学的研究方法描述性流行病学调查提出病因假设已知病因了解严重程度分析性流行病学调查验证假设确定因果关系表1-3毒理学研究方法的优缺点

研究方法流行病学研究受控的临床研究毒理学体内试验毒理学体外试验优点

真实的暴露条件在各化学物之间发生相互作用测定在人群的作用表示全部的人敏感性

规定的限定暴露条件在人群中测定反应对某组人群(如哮喘)的研究是有力的易于控制暴露条件能测定多种效应能评价宿主持征的作用(如：性别、年龄、遗传特征等和其他调控因素饮食等)能评价机制

影响因素少，易于控制可进行某些深入的研究(如：机制，代谢)人力物力花费较少

缺点耗资、耗时多(多为回顾性)，无健康保护难以确定暴露，有混杂暴露问题测定指标较粗(发病率，死亡率)

耗资多较低浓度和较短时间的暴露限于较少量的人群(一般＜50)限于暂时、微小、可逆的效应动物暴露与人暴露相关的不确定性受控的饲养条件与人的实际情况不一致暴露的浓度和时间的模式显著地不同于人群的暴露

不能全面反映毒作用，不能作为毒性评价和危险性评价的最后依据难以观察慢性毒作用

毒理学的研究方法毒理学各种研究方法的关系体内试验是以实验动物为模型，最终目的是通过外源化学物对实验动物的毒性反应，向人外推，以期评估外源化学物对人的危险性。体外实验主要用于筛选和预测急性毒性和机制研究；人体实验和流行病学调查则可进一步深化和证实在动物实验中所得到的资料。

管理毒理学

(Regulatorytoxicology)机制毒理学

(Mechanistictoxicology)描述毒理学

(Descriptivetoxicology)毒理学的研究领域描述毒理学(descriptivetoxicology)

采用实验动物进行适当的毒性试验，通过毒性鉴定为安全性评价和危险度管理提供信息，获得用于评价人群和环境特定化学物暴露的危险度信息。为化学物的毒作用机制提供重要线索。机制毒理学(mechanistictoxiicology)

主要研究化学物质对生物体产生毒性作用的细胞、生化和分子机制，为建立敏感特异的预测实验、安全性评价与管理、安全性化学物或药物的设计和生产以及疾病的诊断和治疗提供科学依据。管理毒理学(regulatorytoxiicology)

根据描述和机制毒理学的研究资料进行科学决策，协助政府部门制定卫生标准、相关法规条例和管理措施并付诸实施，以确保化学物、药品、食品等进入市场足够安全，达到保护人民群众身心健康的目的。一.毒物及其分类

1.毒物（Poison）

在一定条件下，以较小剂量进入机体就能干扰正常的生理功能或生化过程，引起暂时或永久性的病理改变，甚至危及生命的化学物质称为毒物（toxicant，poison）。

毒物、毒性和毒作用毒物分类ToxicantClassification为什么要分类？目的：种类繁多有助于了解毒物的化学和生物学特性有助于制定法规有助于管理有助于毒理学研究怎么分类？毒物分类按毒物的用途及分布范围分类按化学结构和理化性质分类按毒性级别分类按毒作用的生理生化机制分类按毒作用性质和部位分类按毒物的用途及分布范围分类

工业化学品：如生产原料、辅料、中间体等；

食品添加剂：如食用色素、香精、防腐剂等；

日常化学品：化妆品、洗涤用品等；

农用化学品：如化肥、杀虫剂等；

医用化学品：如药物、消杀剂等；

环境污染物：如废水、废气、废渣中的各种学物质等；

生物毒素：如动物毒素、植物毒素等；

军事毒物：如芥子气等战争毒素；

放射性物质：如放射性核素、天然放射性元素等。按化学结构和理化性质分类按化学结构芳香胺卤代碳氢化学物重金属等按理化性质气体液体粉尘等剧毒高毒低毒等按毒性级别分类巯基抑制剂高铁蛋白形成剂氧化剂按毒作用的生理生化机制分类按毒作用性质和部位分类按毒作用主要部位肝毒物肾毒物神经毒物等按毒物生物学效应致癌物致畸物致突变物等毒素(toxin)

是活的生物有机体中存在的或向外界释放、分泌的一类具有明显生物活性物质。根据来源可分为动物毒素、植物毒素、微生物毒素三类。1.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。二.毒性（toxicity）

Allsubstancesarepoisons,thereisnonewhichisnotapoison.Therightdosedifferentiatesapoisonandremedy.Nosubstanceisapoisonbyitself.Itisthedosethatmakesasubstanceapoison.

Parcelsus(1493-1548)所有物质都是毒物，没有不是毒物的物质，唯有剂量使之区分为毒物还是药物。物质本身并非毒物，主要是剂量才使一个物质变成毒物。表1-1某些化学物的半数致死量（LD50）化学物物种LD50（mg/kg)乙醇小鼠10,000氯化钠小鼠

4,000硫酸亚铁大鼠

1,500硫酸吗啡大鼠

900苯巴比托钠盐大鼠

150DDT大鼠

100木印防已苦毒素大鼠

5硫酸士的宁大鼠

2烟碱大鼠

1d-筒剑毒碱大鼠

0.5河豚毒素大鼠

0.1二恶英豚鼠

0.001肉毒杆菌毒素大鼠

0.000,012.影响毒性的因素：

⑴与机体接触数量是决定因素。⑵与机体接触的方式、途径。⑶接触时间和频率⑷物质本身的化学性质和物理性质。3.选择毒性（selectivetoxicity）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、黄曲霉毒素B1对小鼠和大鼠致癌作用）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：1.毒效应（toxiceffect）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（adverseeffectoradverseresponse）。

三.毒效应

2.毒性作用的特点是，在接触化学毒物后，机体表现出各种功能障碍、应激能力下降、维持机体稳态能力降低及对于环境中的其他有害因素敏感性增高等。3.毒作用的三个时相：接触相(exposurephase)毒物动力相(toxicologyticphase)毒效相(toxiceffectphase)毒物活性物质的有效剂量出现效应

毒物作用的三个时相

可吸收的毒物毒物存在的

剂型和剂量吸收、分布代谢、排出

靶器官中与

受体相互作用4.毒效应分类

(1）速发与迟发作用（immediateeffectanddelayedeffect）：速发作用指某些化学毒物与机体接触后在短时间内出现的毒效应。（氰化物）迟发作用指机体接触化学毒物后，经过一定的时间间隔才表现出来的毒效应。(反应停)(2)局部与全身作用（localeffectandsystemiceffect）

局部作用指发生在化学毒物与机体直接接触部位处的损伤作用。（四环素牙）全身作用是指化学毒物吸收入血后，经分布过程达到体内其他器官所引起的毒效应。多数引起全身作用的化学毒物并非引起所有组织器官的损害，其作用点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（targetorgan）。(3）可逆与不可逆作用（reversibleeffectandirreversibleeffect）可逆作用：指停止接触化学毒物后，造成的损伤可以逐渐恢复。不可逆作用是指停止接触化学毒物后，损伤不能恢复，甚至进一步发展加重。化学毒物的毒性作用是否可逆主要取决于被损伤组织的再生能力。（4）过敏性反应(hypersensibility)

也称变态反应(allergicreaction)。该反应与一般的毒性反应不同。首先，某些作为半抗原的化学物质(致敏原)与机体接触后，与内源性蛋白结合为抗原并激发抗体产生，称为致敏；当再度与该化学物质或结构类似物质接触时，引发抗原抗体反应，产生典型的过敏反应症状。化学物质所致的过敏性反应在低剂量下即可发生，难以观察到剂量-反应关系。损害表现多种多样，轻者仅有皮肤症状，重者可致休克，甚至死亡。(5)特异体质反应（Idiosyncraticreaction）某些人有先天性的遗传缺陷，因而对于某些化学毒物表现出异常的反应性。如肌肉松弛剂琥珀酰胆碱正常时可为血浆中的拟胆碱酯酶迅速分解，故作用时间很短，如先天性拟胆碱酯酶缺乏，则持续性的肌肉松弛，甚至呼吸暂停。（高铁血红蛋白血症）(6)高敏感性(Hyper-sensibility)：指某一群体在接触较低剂量的特定化学毒物后，当大多数成员尚未表现出任何异常时，就有少数个体出现了中毒症状。(7)高耐受性(Hyper-resistibility)：指接触某一化学毒物的群体中有少数个体对其毒性作用特别不敏感，可以耐受远高于其它个体所能耐受的剂量。从高度综合到高度分化靶器官毒理学已成为毒理学的主要组成部分，如肺毒理学、血液毒理学、免疫系统毒理学等以机制研究为基础的毒理学已形成许多重要的交叉学科，如分子毒理学学、细胞毒理学、遗传毒理学等

根据研究对象和学科领域的不同，毒理学又进一步分化为：药物毒理学、食品毒理学、临床毒理学等

按照毒理学的不同性质，毒理学的分支学科主要划分为：农药毒理学、金属毒理学、有机溶剂毒理学等

第三节毒理学展望从整体动物试验到替代试验

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从阈剂量到基准剂量不可能获得准确的阈剂量和最大无作用剂量，但可以获得“观察到损害作用的最低剂量（LOAEL）”和“未观察到损害作用的剂量（NOAEL）”LOAEL和NOAEL是计算参考剂量（RfD）和确定SF时的关键参数。因其常受试验组数、每组样本量大小和剂量组距宽窄等因素的影响，故有一定的局限性。由Grump（1984）提出并由Kimmel和Gaylor（1988）进一步发展的基准剂量法（BMD），被推荐用来替代NOAEL或LOAEL。BMD是指ED1、ED5或ED10的95％可信区间。从危险度评价到危险度管理危险度评价程序危害性认定，即通过SARs或QSARs分析、体内和体外试验以及人群流行病学调查，评价特定化学物产生损害作用的可能性；剂量-反应关系评价，即通过分析接触一定剂量或浓度的化学物与人群中产生有害效应之间的关系，确定危险度的基准值；接触评定，即要明确人群接触特定化学物的总量，并阐明接触特征，例如接触类型、水平和持续时间等；危险度特征分析，即通过综合分析前三个时段提供的信息，阐明接触人群中产生损害作用的性质，并预测该损害作用在接触人群中的发生率。从危险度评价到危险度管理危险度评价的根本目的是危险度管理。我国政府陆续颁布了许多法规条例、毒理学评价程序或试验方法。例如，1983年试行并于1994年批准的《食品安全性毒理学评价程序》，1987年颁布的《化妆品安全性评价程序和方法》，1991年颁布的《农药安全性毒理学评价程序》和1995年颁布的《农药登记毒理学试验方法》，1999年试行的《药品非临床研究质量管理规范》和2000年颁布的《化学品毒性鉴定管理规范》等。第四节基本概念1.危险度(risk)也称危险性，系指一种物质在具体的接触条件下，对机体造成损害可能性的定量估计。一般根据化学毒物对机体造成损害的能力和与机体可能接触的程度，以定量的概念进行估计并用预期频率表示。对外来化合物的危险度进行估计是毒理学的主要任务之一。2.损害作用与非损害作用化学物质对机体产生的生物学作用既有损害作用又有非损害作用，但其毒性的具体表现是损害作用。研究损害作用并阐明作用机制是毒理学的主要任务之一。但在许多情况下，区别损害作用和非损害作用比较困难。一般认为，损害作用与非损害作用之间有以下区别。损害作用与非损害作用损害作用(adverseeffect)的特点：机体的正常形态学、生理学、生长发育过程受到影响，寿命可能缩短。机体功能容量降低。机体对外加应激的代偿能力降低。机体对其他某些环境因素不利影响的易感性增高。损害作用与非损害作用非损害作用(non-adverseeffect)的特点：不引起机体机能形态、生长发育和寿命的改变；不引起机体功能容量的降低；不引起机体对额外应激状态代偿能力的损伤。机体发生的一切生物学变化应在机体代偿能力范围之内，当机体停止接触该种外源化学物后，机体维持体内稳态的能力不应有所降低，机体对其他外界不利因素影响的易感性也不应增高。3、毒效应谱化学物质与机体接触后引起的毒效应包括肝、肾、肺等实质器官损伤、内分泌系统紊乱、免疫抑制、神经行为改变、出现畸胎、形成肿瘤等多种形式。效应的范围则从微小的生理生化正常值的异常改变到明显的临床中毒表现，直至死亡。毒效应的这些性质与强度的变化构成了化学物质的毒效应谱(spectrumoftoxiceffects).

4、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(targetorgan)。但靶器官不一定是该物质浓度最高的场所为什么？

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；

靶器官5、毒作用生物学标志

生物学标志(biomarker，biologicalmarker)又可称生物学标记或生物标志物，是指针对通过生物学屏障进入组织或体液的化学物质及其代谢产物、以及它们所引起的生物