化合物联合作用研究的方向及内容.ppt

1、化合物联合作用研究的方向及内容,化学物联合作用对健康影响，尤其是对免疫系统、生殖功能和致癌潜在危险的评价； 用于实验设计和分析化学物联合作用的可行性模型； 化学物联合作用引起的健康危害的早期检测方法； 常见的金属之间、溶剂之间和杀虫剂之间的联合作用； 阐明多种化学物在体内代谢和排泄过程； 流行病学调查研究，包括短期高浓度联合暴露，化学物与吸烟、饮酒的联合作用以及职业性化学物接触与药物的联合效应； 反映化学物联合作用综合性指标的研究，包括神经行为反应、内分泌系统紊乱、能量代谢等的改变； 化学物联合毒性的发生机理； 化学物联合毒性的卫生标准。,联合作用的评价,联合作用的定量评价大体分为两大类：利用

2、一定的概率公式和剂量反应关系进行分析；采用各种理论模型和作图法进行评价。 常用的计算混合化合物LD50的方法 常用比较预期LD50和实测LD50的方法来判断两种或多种化学物联合作用的类型。程序如下：(1) 分别测定A、B两个化学物的LD50；(2) 将A、B两个化合物按等毒性比例混合；(3) 测定A、B化合物的LD50： 1/化合物预期LD50 = a/A的LD50 + b/B的LD50 + + n/N的LD50 式中，a、b、 n分别为化学物A、BN在混合物中所占的重量比例，a+b+n = 1。根据混合物的预期LD50值与实测的LD50值两者的比值判断联合作用的类型，判断标准如下表：,联合作

3、用的理论模型及其评价方法,理论模型主要分为随机模型和决定模型两大类。在生态毒理学研究中，主要采用决定模型，其中包括半定量等效线图模型、生物学效应模型、药物动力学模型、组分相乘和半数效量模型。 等效线图模型 (isobole graphic procedure) (1) 对于两个化学物的剂量反应关系可以用双变量图表示，若两化学物又有多种剂量，则理论上可用三变量曲面表示，但较为繁琐，可选择一特定剂量下的效应作为标准，将三变量转化为双变量，即等效线图法。等效线图曲线上的点代表两个化学物剂量的组合，并且是等效应的，即以直角坐标系统表达两化学物联合作用等效应时的剂量，等效线分为单侧和双侧两种。 (2)

4、应用等效线图法可以测定两化学物联合作用的比值(joint action ratio)，即所谓联合作用强度。方法是：当A、B两化学物联合作用时，由相加作用线向等效线作一交叉线，至零点且与等效线垂直，两线相交于M点。联合作用比值R = ON/OM(参见图示)。加强作用时，R 1；相加作用时，R = 1；拮抗作用时，0 R 1。 (3) 应用等效线图法可以区分剂量相加与反应相加。 剂量相加和反应相加的等效线可不一样。已知剂量相加的等效线为一直线，但对于反应相加的曲线形状和定位，尚无一致意见。无论是剂量相加还是反应相加都部分取决于剂量反应关系的曲线特征。对于指数曲线或S型曲线函数，首先判断能够数学转换

5、为线性形式，若可以，则可以进行相加。 (4) 等效线图法的主要缺点是需要详细的实验资料，如系列混合物的准确剂量和特定反应的数据，在农药毒理学研究中常用的，可以利用大量昆虫进行实验，数据较为充分。(接下页),(5) 反应(或效应)相加是基于耐受分布理论，即生物总体中每一个体对混合物中各毒物都有一定的耐受性，只有当毒物浓度超过耐受剂量时才出现反应。其假设是混合物中各毒物的作用机理不同，生物的反应取决于个体敏感程度。如果预测混合物的反应率，不仅要知道每一毒物的反应率，还需了解生物对不同毒物敏感性之间的相关程度，包括三种情况：(a) 无相关；(b) 完全正相关；(c) 完全负相关。 (6) 在评价混合

6、物毒性时，需要考虑反应类型、各组分的百分比、反应水平、化学物毒性特征等因素。 生物学效应模型 依据生物学概念建立的生物数学模型。包括三个阶段：首先用一系列抽象概念描述外源性化学物影响生物系统的方式；然后对影响方式用数学模型表达；最后用实际资料对不同条件下的模型进行检验和修正，对联合作用的数学处理是采用耐受分布理论，前提是假定群体中每一个体的反应阈值不同，因此，可以对耐受分布进行概率统计。 药物动力学模型 可以预测一化学物在体内任何时间的分布赫降解情况，一般需要建立三方面的资料：(1) 生理学常数，(2) 生物化学常数和(3)有关机理因素。 组分相乘和半数效量模型 在评价多种化学物同时对酶分子活

7、性的抑制效应时，广泛采用半数效量法，以半效原理为基础，发展出相容性和非相容性抑制剂的动力学模型。相容性抑制剂是指两个或两个以上的抑制剂都是独立作用，相互之间不发生排斥关系，而且至少有一个是非竞争性的。抑制作用遵循MichaelisMenten方程，抑制剂与酶之间为可逆结合。非相容性抑制往往也是竞争性抑制剂。 利用半效图可区分相容和不相容抑制剂。若单个化学物和混合物的剂量反应曲线在半效图上是平行的，即为非相容性抑制作用，若两化学物单独作用的曲线是平行的，但混合物曲线为凹形而且趋向于和两平行线相交，则可认为是相容性抑制作用。 有人提出利用质量作用定律评价剂量反应关系，即化学反应利用Michaeli

8、sMenten方程或Hill方程描述。并由此引入半效方程，将各种形式的剂量效应关系标准化，并以半效剂量作为处理的基础。,单侧效应等效线图,A 剂量,B 剂量,II,I,III,IV,I独立作用；II加强作用；III拮抗作用；IVB对A的阻滞作用 交叉点处为A的50%致死剂量。,双侧效应等效线图,IV,I,II,III,A 剂量,B 剂量,50 %死亡率点,I独立作用；II相加作用；III加强作用；IV拮抗作用,联合作用比值的测定,Z1,Z2,0,M,N,联合作用,A,B,AMB为等效线，比值R = ON/OM,拮抗作用时联合作用比值的测定,A,B,C,比值R = ON/OM,M,N,Z1,Z2

9、,0,剂量和反应相加的等效图,1:10,1:50,1:100,1:200,1:1000,拮抗,反应相加 ( = 1),反应相加 ( = 1),B 毒物浓度,A 毒物浓度,浓度相加,超相加,反应相加 ( = 0),反应相加 ( = 1),1:0,放射状虚线对应于一系列不同组合的A、B混合物,根据剂量反应曲线 中50%的反应水平， 发展出如图所示的等 效线图。可显示群体 反应水平随个体对化 学物组分敏感性相关 情况的变化。完全负 相关时，群体反应最 大，完全相关时最小。,反应相加和浓度相加等效线比较,1:10,1:50,1:100,1:200,1:1000,B 毒物浓度,A 毒物浓度,浓度相加,超

10、相加,反应相加,1:0,两种物质结合等效线II(同等生物响应曲线),物质A和物质B在单独给予时均是活性的。相加构成协同(加强)与拮抗的边界。,剂量 B,剂量 A,相加行为,拮抗行为,合作行为,加强作用,次相加行为,严格协同,a,b,假设的剂量响应关系曲线,临界值,准临界值,累积值,线性,饱和,毒性百分率概率单位换算表,两种物质结合等效线I(同等生物响应曲线),B使A变得敏感,协同,B惰性,功能与生理的,竞争化学物,非竞争 不可逆,剂量 B,剂量 A,a,物质A自身是活性的，物质B单独给予时是非活性的，但会影响A的活性。 协同(即物质B的行为提高对物质A的灵敏性)和拮抗(即物质B的行为降低对 对

11、物质A的灵敏性)。,拮抗,污染物浓度与机体响应的假定关系,线性响应,非线性响应,响应,刺激(剂量),非检测响应 (不确定区域),测定亚致死响应,致死,测定亚致死响应临界值,初始致死临界值,50%测试机体致死浓度或剂量,0.0010.1 LC50/LD50,(LC50/LD50),毒性加和与加强,响应 (%),剂量,1A+1B,2A+2B,加强,相加,25%,A,B,响应 (%),剂量,1A+1B,2A+2B,加强,相加,30%,A,B,化学物A、B均为线性响应,化学物A为线性响应，B为非线性响应,毒性的加强作用potentiation,加强作用,拮抗作用,相加作用,毒性效应程度,0% A 10

12、0% B,100% A 0% B,混和物组成,X,最大剂量的化学物A和B提供同样的毒性响应程度X,评价化学物联合作用时应考虑的问题,在生物体内，外源性化学物之间的化学反应可产生解毒作用或增毒作用 例如，多种金属络合剂与金属形成稳定络合物，使金属经尿液排出；而亚硝盐与氨在胃内低pH条件下形成致癌物亚硝胺。 联合作用中的双向毒性反应 两种化学物的联合毒性与剂量之间，有时并不一定向同一方向呈线性增毒或减毒，而是可能出现双向效应，取决于化学物剂量。即化学物A对化学物B的毒性影响，可随A的不同剂量而使B的毒性增强或减弱，呈加强或拮抗。 观察毒性效应的指标问题 许多化学物常引发多种毒性效应，评价联合作用的

13、性质要以根据终点效应即所观察的指标而定。以某种毒效应作为观察指标对联合作用的评价，和以另一种毒效应作为观察指标对联合作用的评价，有时结论相反。 接触多种化学物的时间和顺序 在许多化学物联合毒性实验中，经常将化学物同时暴露于生物系统，这有可能产生不同的结果。当两个化学物以同一机理作用于同种细胞但潜伏期不同时，如果毒性作用必须超过一定的阈值以克服损伤的修复过程，则同时暴露会引起加强作用，而间隔暴露可能只出现相加作用。生物接触多种化学物时，同时接触与非同时接触，接触的先后次序，都有可能产生不同的联合作用结果。 体内实验与体外实验结果不一致 外源性化学物的联合作用，体内实验和体外试验的结果有时可能不一

14、致，在应用时必须慎重。 化学物代谢动力学中的有关因素 单纯地以酶诱导或酶抑制解释化学物联合作用有时会导致错误。,化学物代谢动力学过程中的联合作用,多种化学物联合作用评价方法比较,混合毒物的危险性评价流程,1 对联合作用，健康影响、 暴露等资料的质量评价,14 对危险定性评价， 不能进行危险性定量评价,2 有关混合物的数据,3 利用混合物的资 料对危险性评价,4 类似混合物的资料,5 混合物十分相近,6 利用类似混合物 资料进行危险性评价,7 混合物组分资料,8 根据组分资料得到适当的指标,9 对相互作用定量的充分资料,10 根据对相互作用适当的定量分析，进行危险性评价，利用所有组分资料的综合,

15、11 利用所有组分综合 资料进行危险性评价,12 比较步骤3、6、10、11的评价结果， 选出较为合理的评价,13 进行综合性总结， 包括对不确定度的讨论,资料可靠,资料不可靠,致癌物联合作用涉及辅癌作用、促癌作用和协同致癌作用。辅癌物是指与始癌物共同作用的因子，可以加强对异常增殖的诱导，但本身单独并不致癌，不损伤DNA，也无促癌作用。已知的辅癌作用机理包括：(1) 增加致癌物吸收；(2) 加强致癌物在体内的活化过程；(3) 减少竞争性的亲核物；(4) 抑制DNA的修复速率或准确性；(5) 使DNA的损伤固定而不再被修复。 能选择性地增强已起始细胞恶性转化过程的因子，机理上，增强即为改变起始细

16、胞的基因表达。确定促癌物应具备的条件：(1) 本身不致癌；(2) 必须在一次亚致癌剂量的始癌物之后给予，才能促进肿瘤形成和增加肿瘤总的发生率；(3) 需要长期、多次暴露；(4) 早期作用可逆，晚期作用不可逆；(5) 不具有诱变性；(6) 不需要代谢活化，也不作用于DNA。 放射性辐射与环境化学物联合作用机理分类：(1) 碱基取代和抗DNA代谢；(2) 改变DNA结构和损伤修复过程；(3) 与巯基反应生成亲核复合物；(4) 烷化剂和其它始癌剂；(5) 激素；(6) 亲电子物质队放射化学过程的修饰。 环境致畸因子的联合作用分类：(1) 营养物与致畸化学物的联合作用；(2) 环境污染物的联合作用；(

17、3) 咖啡因或其同类物与致畸化学物的联合作用；(4) 代谢抑制剂与致畸化学物的联合作用；(5) 化学溶剂与致畸化学物的联合作用；(6) 其它类型的联合致畸作用。,环境化学物联合作用,不同反应性代谢物的解毒或活化,药物代谢酶体系的研究表明：体系主要是由肝脏中细胞色素P450酶系构成， 不仅参与药物的代谢，而且也参与环境毒物的解毒或活化，其代谢物的性质 取决于体内的生化反应。,低反应或中等 反应代谢物,细胞色素P450,NADPH,药物或毒物,O2,e,e,I,II,高反应性代谢物,与P450共价反应,P450灭活,途径 I 解毒过程； 途径 II 毒物活化过程。,自杀性底物的反应类型和靶作用部位

18、,药物,亲电试剂,细胞色素内的亲核中心,共价,加合物,环境中致肝坏死化学物引发损伤的过程,环境中 致肝坏 死的化 学物,吸收,分布,生物转化,排出,活化,灭活,最后致坏 死性产物,直接及间接 相互作用,与DNA、RNA、蛋 白质、脂质等反应,肝坏死,有毒物肝外和肝内代谢机理示意图,机理 A 母体化学物是最终有毒物，对肝内或肝外组织、器官产 生损害。代谢只起到解毒功能。毒性作用点位特定性与 否取决于诸如选择性暴露、优先吸收、靶标组织内毒物 的累积，或出现特定受体或高易受作用点位。,机理 BI,机理 BII,毒性是由活性代谢物而不是母体化学物引发。活性代谢物可以在肝内或肝外细胞或组织原位生成。可以区分为两 种机理类型：机理I中，有毒代谢物在肝外细胞或组织中原位生成，机理II中，有毒代谢物在肝内生成，并循环到 肝外组织。组织和器官的损害程度取决于类似机理A所述及的因素。另外，代谢系统的分布和活度也有重要影响。,肾毒物