第二章 毒理学基本

第二章动物毒理学基本概念

第1节毒物、毒性和毒作用一.毒物1.毒物（Poison）

在一条件下，以较小剂量进入机体就能干扰正常的生化过程或定生理功能，引起暂时或永久性的病理改变，甚至危及生命的（外来）化学物质称为毒物（toxicantpoison）。在人类生活环境中，存在的这类物质称为环境有害物质。3.毒物的分类

农用化学品工业化学品化工产品药物及医用化学品食品添加剂日用化学品各种环境污染物生物霉菌毒素化学致癌物军事毒物等化学物2.毒素（toxin）由活的机体产生，在生存过程中自身合成后存在于机体内或排到机体外、对人和动物产生毒害作用的化学物质。植物毒素（phytotoxin）细菌毒素（bacterialtoxin）内毒素（endotoxin）外毒素（exotoxin）霉菌毒素（mycotoxin）动物毒素（zootoxin）（1）植物毒素（phytotoxin）（2）细菌毒素（bactrialtoxin）

内毒素（endotoxin）:

在细菌生活时不扩散、不释放到环境中，仅当细菌死亡后崩解释放出来，其毒作用无特异性（毒性及病理变化相似）。如鼠伤寒杆菌等。

外毒素（exotoxin）:在细菌生活时释放到环境中，且有明显的毒作用特异性。如大肠杆菌，内毒梭菌等。（3）霉菌毒素（mycotoxin）：由霉菌产生。

（4）动物毒素（zootoxin）：由低等动物产生。毒物作用的三个时相毒物发生效应取决于机体吸收后分布全身，最后在靶器官中达到一定剂量与该器官相互作用后，才出现毒性效应。常将这一过程划分为三个时相：

接触相(exposurephase)毒物动力相(toxicologyticphase)毒效相(toxiceffectphase)毒物

毒物存在的剂型和剂量吸收、分布代谢、排出效应靶器官中与受体相互作用可吸收的毒物

活性物质的有效剂量

出现

二.毒性、危险性、及安全性

1.毒性毒性是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。影响毒性的因素：剂量是影响化学毒物毒性的关键因素。除此之外，还要考虑到：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、速率和频率⑷物质本身的化学性质、化学结构和物理性质。--影响毒物毒性的因素影响毒物的因素（1）理化性质：溶解度、解离度、pH、旋光度等（2）化学结构：

功能团与毒性的关系基团电荷性与毒性的关系光学异构与毒性的关系功能团与毒性的关系：

卤素有强烈的吸电子效应，增加卤素，会使分子的极化性增加，更易与酶系统结合，使毒性增大。CH4不具致癌作用，而CH3I，CH3Br、CH3Cl均有致癌作用。

基团电荷性与毒性的关系：

电负性基团：硝基（-NO2）、苯基（-C6H5）、氰基（-CN）、酯基（-COOR）、酮基（-COR）、醛基（-CHO）等，均可与机体中带正电荷的基团吸引，使毒性加强。

光学异构与毒性的关系：

动物体内酶对光学异构体有高度特异性，不同的光学异构体的理化性质、通透能力、在组织内的分布及代谢速度均不相同，一般左旋异构体对机体作用较强。2.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。

砷引起人类皮肤、肝、肺、胃肠道癌症，反应停引起人和猴等灵长类敏感，但对大鼠和小鼠等实验动物不敏感。出现选择毒性的原因⑴物种和细胞学差异：

⑵不同生物或组织器官对化学毒物生物转化过程的差异：

⑶不同组织器官对化学毒物亲和力的差异：

⑷不同组织器官对化学毒物所致损害的修复能力的差异：--选择毒性的原因选择毒性的意义

选择毒性反映了生物现象的多样性和复杂性，使毒理学动物实验的结果外推至人发生困难；同样是由于选择毒性的存在，人类得以从不同的化学物中筛选特异性的医用药物等用于医学临床、农业、畜牧业各个领域.3.危险度与安全性（1）危险度(risk)文献中也称危险性，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）危险度估计危险度估计或称危险度评定可以从以下四个方面进行：

※从定性角度阐明xenobiotics对body可能存在的adverseeffect。

※以定量的概念确定body接触xenobiotics数量与其对机体adverseeffect的相关关系。

※从定性和定量概念对xenobiotics可能与人类接触的实际情况做出估计，包括可能接触的人群范围，可能受损害的人数和程度。

※对xenobiotics在实际接触的情况下可能对人群健康损害的程度作出估计，并用定量与概念将其表示。4.安全性（safety）安全性与危险性是两个相对的概念。机体在建议使用的剂量和接触方式的情况下，该外源化学物引起的损害作用达到社会“可接受的”危险性水平。三、毒性参数（一）致死剂量：绝对致死量最小致死量最大耐受量半数致死量1.绝对致死剂量．绝对致死剂量(absolutelethaldose，LDl00)是指化学物质引起受试对象全部死亡所需要的最低剂量或浓度。如再降低剂量，就有存活者。但由于个体差异的存在，受试群体中总是有少数高耐受性或高敏感性的个体，故LD100常有很大的波动性。

2.最小致死剂量最小致死剂量(minimallethaldose，MLD或LD01)指化学物质引起受试对象中的个别成员出现死亡的剂量。从理论上讲，低于此剂量即不能引起死亡。3.最大耐受剂量

最大耐受剂量(maximaltolerancedose，MTD或LD0)指化学物质不引起受试对象出现死亡的最高剂量。若高于该剂量即可出现死亡。与LDl00的情况相似，LD0也受个体差异的影响，存在很大的波动性。4.半数致死剂量

半数致死剂量(medianlethaldose，LD50)指化学物质引起一半受试对象出现死亡所需要的剂量，又称致死中量。LD50是评价化学物质急性毒性大小最重要的参数，也是对不同化学物质进行急性毒性分级的基础标准。化学物质的急性毒性越大，其LD50的数值越小。LD50是一个生物学参数，受多种因素影响。对于同一种化学物质，不同种属的动物敏感性不同,接触途径不同也可影响LD50的值。因此，在表示LD50时，必须注明动物种属和接触途径。对于某些化学物质，同种不同性别的动物敏感性不同，还应标明不同性别动物的LD50。此外，实验室环境、喂饲条件、染毒时间、受试物浓度、溶剂性质、实验者操作技术的熟练程度等均可对LD50产生影响。在计算LD50时，还要求出95％可信限，以LD50±1.96δ来表示误差范围。5.半数耐受量(MedianToleranceLimit,MLT)

在环境毒理学中常用。

半数耐受量(MedianToleranceLimit,MLT)来表示一种环境污染物对水生生物的急性毒性，是指水中污染物一群水生生物在一定时间内引起50%受试水生生物出现死亡的浓度。单位为mg∕L，一般用TLM48为若干mg∕L表示，是在这一浓度下，经48h50%的鱼可以耐受，也就是50%死亡。由于不同水生生物对于同一化学毒物的耐受能力有所差异，故表示TLM时除注明观察时间外，还应注明水生生物的物种。例如；TLM45鲤鱼45，就是在45mg∕L浓度下，经48h50%鲤鱼可以耐受。（二）阈剂量和

最大无作用剂量1.阈剂量

阈剂量(thresholddose)指化学物质引起受试对象中的少数个体出现某种最轻微的异常改变所需要的最低剂量，又称为最小有作用剂量(minimaleffectlevel，MEL)。分为急性和慢性两种：急性阈剂量(acutethresholddose，Limac)为与化学物质一次接触所得；慢性阈剂量(chronicthresholddose，Limch)则为长期反复多次接触所得。在毒理学试验中获得的类似参数是观察到损害作用的最低剂量(lowestobservedadverseeffectlevel，LOAEL)。

2.无作用剂量无作用剂量（no-observedeffectlevelNOEL）指化学物质在一定时间内，按一定方式与机体接触，用现代的检测方法和最灵敏的观察指标不能发现任何损害作用的最高剂量。与阈剂量一样，最大无作用剂量也不能通过试验获得。毒理学试验能够确定的是未观察到损害作用的剂量(no-observedadverseeffectlevel，NOAEL)。NOAEL是毒理学的一个重要参数，在制订化学物质的安全限值时起着重要作用。3.日许量

即每日允许摄入量

(acceptabledailyintake,ADI)是指终人或动物每日摄入某种化学物质(食品添加剂、农药等等),对健康无任何已知不良效应的剂量。以相当人或动物公斤体重的毫克数表示,单位一般是mg/Kg,或个g/Kg。毒作用带毒作用带(toxiceffectzone)是表示化学物质毒性和毒作用特点的重要参数之一，分为急性毒作用带与慢性毒作用带。1.急性毒作用带

急性毒作用带(acutetoxiceffectzone，Zac)为半数致死剂量与急性阈剂量的比值，表示为：Zac=LD50／LimacZac值小，说明化学物质从产生轻微损害到导致急性死亡的剂量范围窄，引起死亡的危险性大；反之，则说明引起死亡的危险性小。2.慢性毒作用带

慢性毒作用带(chronictoxiceffectzone，Zch)为急性阈剂量与慢性阈剂量的比值，表示为：Zch=Limac／LimchZch值大，说明Limac与Limch之间的剂量范围大，由极轻微的毒效应到较为明显的中毒表现之间发生发展的过程较为隐匿，易被忽视，故发生慢性中毒的危险性大；反之，则说明发生慢性中毒的危险性小。吸入中度危险性指数

指气体性或挥发性化学物在20℃时的饱和蒸汽浓度与半数致死浓度（LC50）的比值。比值越大说明常温下空气中毒物浓度越高或极易挥发，引起急性吸入中毒的危险性越？（大、小）四、毒性作用化学毒物的毒性作用（toxiceffect）

是其本身或代谢产物在作用部位达到一定数量并与组织大分子成分互相作用的结果。毒性作用又称毒效应，是化学毒物对机体所致的不良或有害的生物学改变，故又称不良效应或有害效应。毒性作用的特点：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。速发与迟发作用化学毒物的毒性作用可根据其特点、发生的时间和部位，按不同方法进行分类。（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。

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。

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。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）。

2.局部与全身作用3.可逆与不可逆作用可逆与不可逆作用（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

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

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。6.高敏感性高敏感性(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

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。3.影响毒性作用的因素有毒或无毒是相对的。剂量是决定毒物毒性作用的主要因素（Paracelsus：Allsubstancesarepoisons;thereisnonewhichisapoison.Therightdosedifferentiatesapoisonfromaremedy。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。影响毒性的因素：剂量是影响化学毒物毒性的关键因素。除此之外，还要考虑到：

①染毒途径：染毒途径就是毒物接触动物机体的方式和途径，主要决定毒物吸收进入机体的速度和数量。如果静脉注射染毒吸收系数为1，即完全被吸收，通常表现的出的毒性也最高，而其他途径染毒一般吸收系数都小于1。大多数情况下：静脉注射＞腹腔注射＞肌肉注射经口＞经皮，经呼吸道染毒与静脉注射和腹腔注射接近；②染毒时间：与动物的生命节律活动有关③染毒频率：与染毒间隔时间内的半衰期有关④物质本身的化学性质和物理性质五、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，尤其在临床表现出现之前更是如此。一般认为，损害作用与非损害作用之间有以下区别。(一)损害作用损害作用(adverseeffect)所致的机体生物学改变是持久的，可逆或不可逆的，造成机体功能容量，如进食量、体力劳动负荷能力等涉及解剖、生理、生化和行为等方面的指标的改变，维持体内的稳态能力下降，对额外应激状态的代偿能力降低以及对其他环境有害因素的易感性增高，使机体正常形态、生长发育过程受到影响，寿命缩短。

(二)非损害作用

与损害作用不同，非损害作用(non-adverseeffect)所致机体发生的一切生物学变化都是暂时和可逆的，应在机体代偿能力范围之内，不造成机体形态、生长发育过程及寿命的改变，不降低机体维持稳态的能力和对额外应激状态代偿的能力，不影响机体的功能容量的各项指标改变，也不引起机体对其他环境有害因素的易感性增高。损害作用与非损害作用都属于生物学作用，后者经过量变达到某一水平后发生质变而转变为前者。由于现有水平的限制，人们对于损害作用的认识尚不完全，现在认为是非损害作用的生物学改变将来可能会被判定为损害作用。随着科学研究的不断深入，检测技术和手段的进步，有关化学物质的毒作用机制在更深层次的阐明，损害作用的指标和概念必将不断得以更新。

五、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(spectrum0ftoxiceffects)o毒性终点在毒理学研究中，不同阶段的试验可用于观察化学物质的不同毒作用或毒性终点(end-point)。如急性毒性试验以受试物引起的机体死亡为毒性终点指标；亚慢性、慢性毒性试验以受试物造成的生理、生化、代谢等过程的异常改变为毒性终点指标；而遗传毒理学试验则以受试物导致的基因突变、染色体畸变、畸形、肿瘤形成等为毒性终点。因许多毒性终点之间无法类比，故化学物质的毒性分级标准以终点为基础，如急性毒性根据LD50分级，致畸物则根据致畸指数分级。毒作用终点

在毒理学研究中，人们使用不同的毒作用终点来检测化学物质引起的各种毒效应。这些反映毒作用终点的观察指标大致可以分为两类:

一类是特异指标。这类指标的出现与特定化学物质之间有着明确的因果关系，常有助于中毒机制的阐明是其优点。不足之处是这样的指标在完成系统的毒理学研究之前常难以确定。而且也无法对不同化学物质的毒性大小进行比较。另一类是死亡指标。该指标简单、客观、易于观察，虽然比较粗糙，不能反映毒作用的本质。但可作为衡量不同作用部位和作用机制的化学物质毒性大小的标准。特别是在急性毒性评价中，死亡是经常使用的主要指标。

六、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)。组织器官成为化学物质的靶器官是多种因素作用的结果。机体对于化学物质的处置过程、化学物质本身的结构与理化性质、组织器官的组织结构与生理功能、代谢酶的活化状态、化学物质或其代谢产物与生物大分子如核酸、酶、受体、蛋白质问相互作用的能力等都可以明显的影响化学物质对于特定组织器官的毒作用。七、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学效应而采用的检测指标，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。(一)接触生物学标志接触生物学标志(biomarker0fexposure)

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。接触生物学标志又分为体内剂量标志和生物效应剂量标志。

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。故生物效应剂量标志的使用有助于准确的建立剂量-反应关系。

二)效应生物学标志

效应生物学标志(biomarker0feffect)是指可以测出的机体生理、生化、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化学物质或其代谢产物有关的健康有害效应的信息。效应生物学标志包括早期效应生物学标志、结构和功能改变效应生物学标志和疾病效应生物学标志。

早期效应生物学标志主要反映化学物质与组织细胞作用后，在分子水平产生的改变。

结构和功能改变效应生物学标志反映的是化学物质造成的组织器官功能失调或形态学改变。疾病效应生物学标志与化学物质导致机体出现的亚临床或临床表现密切相关，常用于疾病的筛选与诊断。

(三)易惑性生物学标志

易感性生物学标志(biomarker0fsusceptibility)是反映机体对化学物质毒作用敏感程度的指标。由于易感性的不同，性质与剂量相同的化学物质在不同个体中引起的毒效应常有很大差异，这种差异的产生是多种因素综合作用的结果，其中遗传因素起到了十分重要的作用。易感性生物学标志主要用于易感人群的筛检与监测，在此基础上可采取有效措施进行有针对性的预防。总之，生物学标志的研究与应用可准确判断机