南农食品安全导论第六章食品毒理学与食品安全课件

1第六章

食品毒理学与食品安全

2第一节毒理学概述3外源化学物: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，又称为“外源生物活性物质”。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)。1、基本概念5（1）描述毒理学（Descriptivetoxicology）直接研究的是毒性鉴定，以期为安全性评价和危险度管理提供信息；还可为化学物的毒作用机制研究提供重要线索2.毒理学主要三大研究领域6（2）机制毒理学（Mechanistictoxicology）阐明化学物是如何产生毒作用的，为建立敏感的预测试验，安全性评价，设计和生产安全性的化学物及化学性疾病的诊断和治疗提供依据7机制毒理学研究资料的用途证实与人类直接相关的实验动物中所观察到的损害（如癌症、出生缺陷等）验证与人类可能无关的发生于实验动物中的有害效应(糖精钠)设计和生产较为安全的化学物以及合理治疗化学中毒和临床疾病(反应停)进一步加深对相关基础学科的了解(河豚毒素)9其他研究领域

法医毒理学（forensictoxicology)临床毒理学(clinicaltoxicology)环境毒理学（environmentaltoxicology)职业毒理学(occupationaltoxicology)10第二节毒理学的研究方法11毒理学主要是借助于动物模型模拟引起人体中毒的各种条件，观察实验动物的毒性反应，再外推到人。由于动物，特别是哺乳动物和人体在解剖、生理和生化代谢过程方面有很多相似之处，这就是利用动物实验的结果可以外推到人的基础。13第一节毒物、毒性和毒作用141.毒物及其分类在一定条件下，以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成为毒物（poison）。151.毒物及其分类按毒物用途和分布范围分为：

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。17接触期限 急性毒性试验24小时内一次或多次染毒 亚急性毒性试验在1个月或短于1个月的重复染毒 亚慢性毒性试验在1个月至3个月的重复染毒 慢性毒性试验在3个月以上的重复染毒2.毒性及其分级18选择毒性（selectivetoxicity）：指一种化学物质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发挥毒性，而对其他组织器官不具毒作用。2.毒性及其分级19化学物质出现选择毒性的原因可能在于：物种和细胞学差异不同生物或组织器官对化学物质生物转化过程的差异不同组织器官对化学物质亲和力的差异不同组织器官对化学物质所致损害的修复能力的差异作用机制－竞争性拮抗-由于结构极为相似分子大小电荷分布H二氢叶酸L-谷氨酸二氢叶酸合成酶二氢叶酸还原酶四氢叶酸二氢叶酸合成酶二氢喋啶焦磷酸酯磺胺类药物作用部位作用机制二氢喋啶对氨基苯甲酸233.毒作用及其分类化学物质的毒作用（toxiceffect）又称为毒效应,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，是其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。253.毒作用及其分类速发或迟发性作用：

速发性毒作用(immediateeffect)

是指某些外源化学物在一次接触后的短时间内所引起的即刻毒性作用。

迟发性毒作用(delayedeffect)是指在一次或多次接触某种外源化学物后，经一定时间间隔才出现的毒性作用。263.毒作用及其分类局部与全身作用：局部毒性作用(localeffect)是指某些外源化学物在机体接触部位直接造成的损害作用。全身毒性作用(systemiceffect)是指外源化学物被机体吸收并分布至靶器官或全身后所产生的损害作用。294.损害作用与非损害作用外源化学物对机体的损害作用（adverseeffect)是指影响机体行为的生物学改变，功能紊乱或病理损害，或者降低对外界环境应激的反应能力。304.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。314.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。324.损害作用与非损害作用损害作用与非损害作用都属于外源化学物在机体内引起的生物学作用。非损害作用与损害作用具有相对性和发展性。33

毒效应谱(spectrumoftoxiceffects)： 指机体接触外源化学物后，取决于外源化学物

的性质和剂量，可引起多种变化，可以表现为：①机体对外源化学物的负荷增加 ②意义不明的生理和生化改变 ③亚临床改变 ④临床中毒 ⑤甚至死亡5.毒效应谱34靶器官(targetorgan)：外源化学物可以直接发挥毒作用的器官就称为该物质的靶器官。许多化学物质有特定的靶器官，另有一些则作用于同一个或同几个靶器官。在同一靶器官产生相同毒效应的化学物质，其作用机制可能不同。某个特定的器官成为毒物的靶器官可能有多种原因。6.靶器官35生物学标志(biomarker，biologicalmarker)

指针对通过生物学屏障进入组织或体液后，对该外源化学物或其生物学后果的测定指标。可分为接触生物学标志、效应生物学标志和易感性生物学标志三类。7.生物学标志36接触生物学标志(biomarkerofexposure)是对各种组织、体液或排泄物中存在的化学物质及其代谢产物，或它们与内源性物质作用的反应产物的测定值，可提供有关化学物质暴露的信息。体内剂量标志可以反映机体中特定化学物质及其代谢物的含量，即内剂量或靶剂量。生物效应剂量标志可以反映化学物质及其代谢产物与某些组织细胞或靶分子相互作用所形成的反应产物含量。7.生物学标志37效应生物学标志(biomarkerofeffect)指机体中可测出的生化、生理、行为等方面的异常或病理组织学方面的改变，可反映与不同靶剂量的外源化学物或其代谢物有关联的对健康有害效应的信息。包括反映早期生物效应(earlybiologicaleffect)、结构和／或功能改变(alteredstructure／function)、及疾病(disease)三类标志物。7.生物学标志38易感性生物学标志(biomarkerofsusceptibility)是关于个体对外源化学物的生物易感性的指标，即反映机体先天具有或后天获得的对接触外源性物质产生反应能力的指标。易感性生物学标志可用以筛检易感人群，保护高危人群。7.生物学标志39保护了高危人群就保护了整个人群高危险人群:易受环境因素损害的那部分易感人群称为高危险人群（highriskgroup),在同一污染环境中，高危险人群比正常人出现健康危害早而且程度也严重。构成这种易感性的生物学基础：年龄，性别，遗传因素，营养及膳食情况，疾病状况，其它407.生物学标志接触标志效应标志暴露吸收剂量靶剂量生物学效应健康效应易感性标志图2-2从暴露到健康效应的模式图和与生物学标志的关系41第二节剂量、剂量－量反应关系和剂量－质反应关系421、可指机体接触化学物质的量或在试验中给予机体受试物的量（外剂量），2、可指化学物质被吸收入血的量（内剂量）或到达靶器官并与其相互作用的量（靶剂量、生物有效剂量）。1.剂量（dose）：43反应（response）指化学物质与机体接触后引起的生物学改变。量反应质反应2.量反应与质反应442.量反应与质反应量反应(gradedresponse)

通常与表示化学物质在个体中引起的毒效应强度的变化。属于计量资料，有强度和性质的差别，可以某种测量数值表示。这类效应称为量反应。质反应(quantalresponse)

用于表示化学物质在群体中引起的某种毒效应的发生比例。属于计数资料，没有强度的差别，不能以具体的数值表示。453.剂量-量反应关系和

剂量-质反应关系剂量－量反应关系（gradeddose-responserelationship）表示化学物质的剂量与个体中发生的量反应强度之间的关系。剂量－质反应关系（quantaldose-responserelationship）表示化学物质的剂量与某一群体中质反应发生率之间的关系。463.剂量-量反应关系和

剂量-质反应关系剂量－量反应关系和剂量－质反应关系统称为剂量－反应关系。剂量－反应关系的存在被视为受试物与机体损伤之间存在因果关系的证据。

47剂量—反应关系可以用曲线表示，即以表示量反应强度的计量单位或表示质反应的百分率为纵坐标、以剂量为横坐标绘制散点图，可得到一条曲线。

4.剂量-反应曲线484.剂量-反应曲线

对称S形曲线S形曲线非对称S形曲线直线抛物线49(1)S形曲线是典型剂量反应曲线，多见于剂量—质反应关系中：对称S形曲线：当群体中的全部个体对某一化学物质的敏感性差异呈正态分布时，剂量与反应率之间的关系表现为对称S形曲线。50非对称S形曲线：与对称S形曲线比较，该曲线在靠近横坐标左侧的一端曲线由平缓转为陡峭的距离较短，而靠近右侧的一端曲线则伸展较长。它表示随着剂量增加，反应率的变化呈偏态分布。51常用引起50％反应率的剂量来表示化学物质的毒性大小。如半数致死剂量、半数中毒剂量、半数效应剂量等。52(2)直线

化学物质剂量的变化与反应的改变成正比。

(3)抛物线为一条先陡峭后平缓的曲线，类似于数学中的对数曲线，又称为对数曲线型。这种曲线只需将剂量换算为对数即可转变为一条直线。可见于剂量—量反应关系中。5354第三节

外源化学物在体内的生物转运和生物转化55一、ADME过程吸收(Absorption)分布(Distribution)代谢(Metabolism)排泄(Excretion)生物转运--吸收、分布与排泄生物转化—代谢变化消除－代谢、排泄56（１）化学毒物的固有毒性和接触量（２）化学毒物或其活性代谢物在靶器管内的浓度和持续时间二、影响化学毒物对机体的毒性作用因素57三、研究ADME过程的意义

了解毒物在体内的过程为中毒机理研究提供线索为急救和治疗措施提供参考提供接触生物学标志和中毒诊断指标58

吸收（absorption）：外源化学物从机体的接触部位透过生物膜屏障进入血液的过程。主要途径：呼吸道胃肠道皮肤59肝脏的首过消除（firstpasselimination）：经胃肠道吸收的外源化学物通过门静脉系统首先到达肝脏，进行生物转化后，再进入体循环。60一、外源化学物分布的毒理学意义

分布（distribution）:是指外源化学物吸收后，随血液或淋巴液分散到全身组织细胞的过程

分布的影响因素：

1、器官或组织的血流量；

2、对外源化学物的亲和力。61二、毒物在组织中的蓄积蓄积（accumulation）：外源化学物以相对较高的浓度富集于某些组织器官的现象,毒物蓄积的部位称为贮存库。(1)物质蓄积(2)功能蓄积体内的主要储存库:(1)血浆蛋白储存库；(2)肝、肾贮存库；(3)脂肪组织贮存库(4)骨骼组织贮存库62化学毒物在体内的贮存具有双重意义对急性中毒具有保护作用，可减少在靶器官中的化学毒物的量可能成为一种游离型化学毒物的来源，具有潜在的危害63排泄途径尿液粪便肺脏汗腺乳汁排泄（excretion):

是外源化学物经由不同途径排出机体的过程64肠肝循环(enterohepaticcirculation)

是指部分外源化学物在生物转化过程中形成结合物，并以结合物的形式排出在胆汁中；肠内存在的肠菌群以及葡萄糖苷酸酶，可将部分结合物水解，则使外源化学物又重新被吸收的过程毒理学意义：排泄速度减慢、延长生物半减期、毒作用持续时间延长LiverDrug65[接触][排泄]外源化学物[接触]皮肤肺消化道粪肝〖吸收〗[再吸收]胆汁[代谢]血液循环白蛋白结合型游离型[吸收]靶器官(损害)器官组织(贮存)[分布]肾肺分泌腺尿呼气乳汁、汗[排泄]图3-1外源化学物在体内的动态过程66生物转化（biotransformation）：又称代谢转化，是指外源化学物在体内经历酶促反应或非酶促反应而形成代谢产物的过程生物转化的意义：水溶性增加、毒性降低1、基本概念一、生物转化的意义67代谢解毒（metabolicdetoxication)：外源化学物经生物学化使其毒性降低，易于排出体外的过程代谢(生物）活化（metabolicactivation）：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1、基本概念68代谢活化产物：1、生成亲电子剂；（最常见）2、生成自由基；3、生成亲核剂；（少见）4、生成氧化还原剂。（少见）69

Ⅰ相反应(phaseⅠbiotransformation)指经过氧化、还原和水解等反应使外源化学物暴露或获得一些极性基团，如-OH、-NH2、-SH、-COOH等，水溶性增高并成为适合于Ⅱ相反应的底物。(一)

Ⅰ相反应：一、生物转化反应类型70（1）细胞色素P－450酶系

微粒体细胞色素P－450酶系又称为微粒体混合功能氧化酶（MFO）。血红蛋白类（细胞色素P－450和细胞色素b5）黄素蛋白（NADPH－细胞色素450还原酶和

NADH－细胞色素b5还原酶）磷脂（磷脂酰胆碱）71细胞色素P-450氧化酶位于内质网，内质网的碎片称为微粒体。在氧化反应中，O2起了“混合”作用，即一个氧原子还原为水，另一个氧原子进入底物中。因此，这些酶称微粒体混合功能氧化酶（MFO）。7273苯并(a)芘（BaP）的代谢活化和解毒

74氧化脱硫氧化脱卤反应毒性增大3倍75(二）Ⅱ相反应（结合反应)：结合反应(conjugation)：外源化合物原有的或经I相反应后引入或暴露出来的羟基、氨基、羧基、巯基、羰基和环氧基等集团与内源性辅因子之间发生的生物合成反应。76对象：含有－OH、-COOH、-NH2、-SH的外源化学物或I相代谢产物催化酶：葡萄糖醛酸基转移酶(UDP-glucuronyltransferases,

UGT)1.葡萄糖醛酸结合反应771.葡萄糖醛酸结合反应*葡萄糖醛酸基的直接供体尿苷二磷酸葡萄糖醛酸(UDPGA)

2NAD+2NADH+2H+UDPG脱氢酶糖代谢78例：+UDPGA+UDP苯β葡糖醛酸苷UDPGTUGPGA+ROHUGPGTR-O-GA+UDP酶：尿苷二磷酸(UDP)葡萄糖醛酸基转移酶底物：含有－OH,-COOH,-NH2,-SH的毒物79形成O-葡萄糖醛酸化物形成N-葡萄糖醛酸化物形成S-葡萄糖醛酸化物802.硫酸结合反应PAPS：3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸酶：硫转移酶（sulfotransferase,SULT)底物：含有－OH,-NH2,-SH的毒物底物剂量低时，主要与硫酸结合，剂量高时，与葡萄糖醛酸结合。81通常，硫酸结合后，亲水性大大加强,毒性降低。但也存在毒性增加的情况。★例：在硫转移酶的催化下与醇类、酚类或胺类结合为硫酸酯。苯胺N-苯基氨基磺酸酯苯酚硫酸苯酯823.谷胱甘肽（GSH）结合酶：谷胱甘肽S-转移酶亲电子剂解毒和消除自由基GSH可与含有亲电子C、N、S、O的毒物反应，酶反应与非酶反应均可发生83例：环氧化物的解毒：环氧溴化苯：强肝脏毒物84酶：甲基转移酶，由S-腺苷甲硫氨酸提供甲基甲基供体：S-腺苷甲硫氨酸底物：苯酚、儿茶酚、脂肪胺、芳香胺、N-杂环、重金属和含巯基化合物等甲基嵌入位置：-O,-N,-S4、甲基化作用855、乙酰化作用(acetylation)☆底物：含伯胺、羟基、巯基的毒物，将乙酰辅酶A的乙酰基转移到底物上酶：

N-乙酰转移酶（N-acetyltransferase,NAT）☆芳香伯胺和肼的伯氨基乙酰化是主要转化途径可以解毒（乙酰化），也可增毒（N-羟化）N-乙酰转移酶86羧酸：解毒反应芳香羟胺：活化反应（氮宾离子，碳宾离子）

N-乙酰转移酶6、氨基酸结合第四节毒性机制

（MechanismsofToxicity)

研究中毒机制步骤整体动物有无毒性找出靶器官、靶组织进一步找出受损的细胞、亚细胞分子水平：DNA、RNA或蛋白质产生毒性可能的途径化学毒物吸收、分布、代谢、排泄与靶分子相互作用细胞功能失调、损伤细胞修复功能失调毒

性

①②③第一节毒物的ADME过程

与靶器官终毒物：是指与生物靶分子（如受体、酶、DNA等）反应或严重地改变生物学（微）环境，启动结构和（或）功能改变（其结果表现为毒性）的化学物终毒物在其作用位点的浓度及持续时间决定了毒效应的强度概述毒物的吸收毒物进入体循环前的消除一、从接触部位进入血液循环1.毛细血管内皮的多孔性2.专一化的膜转运3.细胞器内的蓄积4.可逆性细胞内结合（一）促进毒物分布到靶部位的机制二、从血液循环进入靶部位1.血浆蛋白结合2.专一化屏障3.贮存部位的部分4.与细胞内结合蛋白结合5.从细胞内排出（二）防碍毒物分布到靶部位的机制（三）排泄与重吸收排泄（excretion):是指外源化学物及其代谢产物从血液中消除并返回外界环境的过程。三、增毒与解毒亲电子剂（electrophiles)自由基(freeradicals)亲核物(nuclephiles)氧化还原性反应物(redox-activereductants)（一）终毒物的形成亲电子剂是指含有一个缺电子原子（带部分或全部正电荷）的分子，与亲核物中的富电子原子共享电子对发生反应。1、亲电子剂通过插入一个氧原子而产生，氧原子从其附着的原子中抽取一个电子，使其具有亲电性。共轭双键的形成，使得双键碳之一发生电子缺失。键异裂形成阳离子亲电物。亲电子剂的形成

自由基（freeradicals）是在其外层轨道中含有一个或多个不成对电子的分子或分子片段。

2、自由基接受一个电子形成丢失一个电子共价键均裂分子或原子带电荷的离子原子团特征：最外层电子不成对从氧衍生出来的自由基及其产物称为活性氧。例：氧还原成水的过程百草枯（PQ2+)阿霉素（DR)呋喃妥英（NF)

亲核物的形成是毒物活化作用较少见的一种机制。硒化氢(H2Se)是由亚硒酸盐与谷胱甘肽或其它巯基反应形成的一种强亲核物一氧化碳是二氯甲烷经过氧化脱卤反应而形成的毒性代谢产物3.亲核物生氰糖苷D-葡萄糖醛或酮α-氰醇α-氰醇生氰糖苷产生氰氢酸的过程4.活性氧化还原反应物

肠道细菌还原硝酸盐亚硝酸酯或硝酸酯＋谷胱甘肽亚硝酸盐高铁血红蛋白消除终毒物或阻止终毒物生成的生物转化过程称为解毒。解毒可以与增毒过程竞争某一化学物。解毒的途径，取决于有毒物质的化学特征。（二）解毒作用无功能基团化学物（苯和甲苯）+功能基团（羟基和羧基）

CyP450含功能基团产物+内源性酸如葡萄糖醛酸、硫酸或氨基酸转移酶不活泼的、高度亲水的有机酸排出体外1.无功能基团毒物的解毒：2．亲核物的解毒

亲核物通过亲核功能基团的结合反应进行解毒。硫酸化葡萄糖醛酸甲基化乙酰化氰离子在人体内的解毒3．亲电物的解毒可自发发生；也可由谷胱甘肽－S－转移酶催化。特殊解毒机制其它解毒机制4.自由基解毒没有任何一种酶能排除HO.唯一有效的抗HO.方法是防止其产生，可通过两个反应即将O2-.先转化成HOOH，再将HOOH转化成水。4.自由基解毒抗氧化酶

a超氧化物歧化酶（SOD）：是一类含有不同辅基的金属结合酶家族，如Cu，Zn-SOD主要在胞浆，Mn-SOD主要在线粒体。它的唯一生理功能是歧化超氧阴离子(O2-·)，生成H2O2和O2。

b过氧化氢酶（CAT）：位于肝细胞和红细胞内过氧化小体中，其主要功能是将H2O2转化为水。

c谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px，GPO）：在机体内广泛存在，能特异地催化谷胱苷肽对过氧化物的还原反应，使过氧化物转化为水或相应的醇类，可阻断脂质过氧化的链锁反应。

d谷胱苷肽还原酶（GR）：其分布同GSH-Px，主要功能是产生还原型的谷胱苷肽(GSH)，以保护机体解毒功能的执行。

谷胱甘肽过氧化物酶

H2O2(ROOH)H2O(ROH+H2O)2G