毒理学实验基础培训课件

教学目标1.掌握食品毒理学实验的原则和局限性掌握食品毒理学实验的原则和局限性2.掌握实验动物选择的基本原则掌握实验动物选择的基本原则3.掌握食品毒理学实验设计的三大原则掌握食品毒理学实验设计的三大原则4.了解量反应资料和质反应资料的统计方法了解量反应资料和质反应资料的统计方法7/4/20241毒理学实验基础一、毒理学实验的原则和局限性一、毒理学实验的原则和局限性1.1.化学物在实验动物中产生的作用化学物在实验动物中产生的作用可以可以外推于人外推于人：（1 1）人是最敏感的动物；）人是最敏感的动物；（2 2）人和实验动物的生物学过程包括化）人和实验动物的生物学过程包括化学物的代谢，与学物的代谢，与体重体重或体表面积相关。或体表面积相关。2.2.实验动物必须暴露于实验动物必须暴露于高剂量高剂量，这是发，这是发现对人造成潜在危害的可靠方法。现对人造成潜在危害的可靠方法。3.3.染毒途径染毒途径的选择，应尽可能模拟人接的选择，应尽可能模拟人接触该受试物的方式触该受试物的方式7/4/20242毒理学实验基础毒理学实验的局限性毒理学实验的局限性-动物实验结果外推到人的不确定性动物实验结果外推到人的不确定性1.动物与人对外源化学物的反应动物与人对外源化学物的反应敏感性敏感性可能不同，可能不同，甚至存在质的差别；甚至存在质的差别；2.使用少量动物、采用较大剂量，使对群体的代表使用少量动物、采用较大剂量，使对群体的代表性较差，可能造成高性较差，可能造成高剂量剂量与低剂量的差异；与低剂量的差异；3.动物动物数量数量较少，对低概率毒效应难以发现；较少，对低概率毒效应难以发现；4.实验动物为实验动物为纯纯系，成年动物，反应较单一，与接系，成年动物，反应较单一，与接触人群的复杂性不匹配，对外源化学物的易感性触人群的复杂性不匹配，对外源化学物的易感性存在差异。存在差异。7/4/20243毒理学实验基础二、毒理学实验的目的二、毒理学实验的目的1.1.受试物毒作用的表现和性质受试物毒作用的表现和性质（描述毒理学）（描述毒理学）在急性或慢性实验中观察动物异常，发现在急性或慢性实验中观察动物异常，发现有害作用有害作用1.1.剂量剂量-反应（效应）研究反应（效应）研究 毒性评价和安全性评价的基础；得到多种毒性评价和安全性评价的基础；得到多种毒性参数和剂量毒性参数和剂量-反应（效应）线的斜率反应（效应）线的斜率1.1.确定毒作用的器官确定毒作用的器官 阐明毒作用特点，为机制研究和毒性防治阐明毒作用特点，为机制研究和毒性防治提供线索提供线索1.1.确定损伤的可逆性确定损伤的可逆性通过动物对外源化学物的毒性反应，向人外推，通过动物对外源化学物的毒性反应，向人外推，以期评价化学物对人的危害和危险性以期评价化学物对人的危害和危险性7/4/20244毒理学实验基础三、动物实验的职业道德三、动物实验的职业道德一般原则一般原则人道主义的管理人道主义的管理和处理和处理使痛觉和不适感使痛觉和不适感减到最小减到最小避免不必要的使避免不必要的使用动物用动物3R 原则原则replacement替代：用无替代：用无知觉材料的科学方法替代知觉材料的科学方法替代有知觉脊椎动物的方法有知觉脊椎动物的方法reduction减少：保证数减少：保证数据信息前提下，尽量减少据信息前提下，尽量减少动物使用数量动物使用数量refinement优化：必须使优化：必须使用动物时，减少非人道程用动物时，减少非人道程序的影响序的影响7/4/20245毒理学实验基础实验动物实验动物：指经人工培育，对其携带微指经人工培育，对其携带微生物实行控制，遗传背景明确，来源生物实行控制，遗传背景明确，来源清楚，可用于科学研究的动物。清楚，可用于科学研究的动物。四、实验动物的选择四、实验动物的选择7/4/20246毒理学实验基础（一）物种选择（一）物种选择基本原则：基本原则：1.对外源化学物的毒性反应及代谢特点与对外源化学物的毒性反应及代谢特点与人类接近的物种（人类接近的物种（很难满足很难满足）；）；2.自然寿命不太长的物种；自然寿命不太长的物种；3.易于饲养和实验操作的物种；易于饲养和实验操作的物种；4.经济并易于获得的物种。经济并易于获得的物种。常规实验选择两个物种，分属：常规实验选择两个物种，分属：啮齿类啮齿类非啮齿类非啮齿类7/4/20247毒理学实验基础大鼠7/4/20248毒理学实验基础小鼠7/4/20249毒理学实验基础兔子7/4/202410毒理学实验基础7/4/202411毒理学实验基础豚鼠豚鼠豚鼠豚鼠：特点是毛短而光滑，生长快，抗病力强，特点是毛短而光滑，生长快，抗病力强，繁殖性能好。广泛用于药物学、传染病学、免疫繁殖性能好。广泛用于药物学、传染病学、免疫学、营养学、耳科学等各项医学及生物学的研究学、营养学、耳科学等各项医学及生物学的研究中。中。7/4/202412毒理学实验基础C57BL/6J小鼠小鼠：黑色，对放射物质耐受性强，但黑色，对放射物质耐受性强，但照射后肝癌发生率高。眼畸形，对结核杆菌有耐照射后肝癌发生率高。眼畸形，对结核杆菌有耐受性嗜酒精性高，是肿瘤学、生理学、遗传学研受性嗜酒精性高，是肿瘤学、生理学、遗传学研究常用品系。究常用品系。7/4/202413毒理学实验基础SD大鼠大鼠：白色，产仔多，生长发育较白色，产仔多，生长发育较Wistar大鼠为快，对疾病的抵抗力尤以呼大鼠为快，对疾病的抵抗力尤以呼吸道疾病的抵抗力强。自发肿瘤发生率较吸道疾病的抵抗力强。自发肿瘤发生率较低，对性激素感受性高。低，对性激素感受性高。7/4/202414毒理学实验基础Lewise大鼠大鼠：近交系大鼠，白化，对诱发自身免近交系大鼠，白化，对诱发自身免疫心肌炎高度敏感，可诱发过敏性脑脊髓炎、过疫心肌炎高度敏感，可诱发过敏性脑脊髓炎、过敏性关节炎和自身免疫复合物血管球性肾炎等立敏性关节炎和自身免疫复合物血管球性肾炎等立刻移植多种肿瘤，高脂肪食物容易引起肥胖症。刻移植多种肿瘤，高脂肪食物容易引起肥胖症。7/4/202415毒理学实验基础BALB/c小鼠小鼠：对致癌因子敏感，对放射性对致癌因子敏感，对放射性照射极为敏感。生产性能良好，繁殖期长，照射极为敏感。生产性能良好，繁殖期长，广泛应用于肿瘤学、生理学、免疫学、核广泛应用于肿瘤学、生理学、免疫学、核医学和单克隆抗体等研究。医学和单克隆抗体等研究。7/4/202416毒理学实验基础BN大鼠大鼠：近交系大鼠，棕色，对实验过敏性脑脊近交系大鼠，棕色，对实验过敏性脑脊髓炎有抗力。对自家免疫性复合性肾小球肾炎也髓炎有抗力。对自家免疫性复合性肾小球肾炎也具抗力。平均具抗力。平均3131月龄大鼠心内膜疾病的发生率为月龄大鼠心内膜疾病的发生率为7%7%，先天性高血压为，先天性高血压为30%30%。7/4/202417毒理学实验基础长爪沙鼠长爪沙鼠长爪沙鼠长爪沙鼠：被毛棕灰色，对许多需氧及厌氧菌敏感，对多种病毒、寄生虫等敏感，也常用于脑神经病、内分泌学、代谢病、肿瘤学等方面的研究。7/4/202418毒理学实验基础品系：品系：实验动物学的专用名词，指用计划交配实验动物学的专用名词，指用计划交配的方法获得的起源于共同祖先的一群动物。的方法获得的起源于共同祖先的一群动物。同一品系的动物具有同一品系的动物具有共同的遗传来源、相似的共同的遗传来源、相似的外貌特征、独特的生物学特性、稳定的遗传性外貌特征、独特的生物学特性、稳定的遗传性能能（二）品系选择（二）品系选择7/4/202419毒理学实验基础（1）近交系动物：）近交系动物：指采用指采用连续连续2020代以上代以上兄妹兄妹交配或亲子交配而培育的交配或亲子交配而培育的纯品系纯品系动物。动物。基因纯合度基因纯合度98.6%98.6%99.8%99.8%适用于涉及组织或肿瘤移植的实验适用于涉及组织或肿瘤移植的实验.津白津白、津白、津白、615615、BALB/cBALB/c、C3HC3H小鼠小鼠7/4/202420毒理学实验基础突变系动物突变系动物：动物在生长繁殖过程中，通过动物在生长繁殖过程中，通过自然突变或人工定向突变的方法，使其某基自然突变或人工定向突变的方法，使其某基因发生突变并丧失原有的正常功能，该因发生突变并丧失原有的正常功能，该突变突变基因可以世代相传并保持遗传基因特性基因可以世代相传并保持遗传基因特性的品的品系动物。系动物。无胸腺裸鼠无胸腺裸鼠：免疫系统缺陷免疫系统缺陷可接受人类多种可接受人类多种癌细胞移植。癌细胞移植。免疫毒理学、化学致癌作用等研究领域免疫毒理学、化学致癌作用等研究领域7/4/202421毒理学实验基础(2)杂交群动物杂交群动物：指两个指两个不同近交系不同近交系之间有目之间有目的地进行交配所产生的的地进行交配所产生的第一代动物第一代动物，即杂交，即杂交第一代动物。第一代动物。具两系双亲所有的遗传特性，杂合程度一致，具两系双亲所有的遗传特性，杂合程度一致，个体差异小；具备杂交优势，生命力强，无个体差异小；具备杂交优势，生命力强，无近亲衰退现象。近亲衰退现象。不能继续繁殖育种，因在子二代会发生遗传性不能继续繁殖育种，因在子二代会发生遗传性状分离。状分离。7/4/202422毒理学实验基础(3)封闭群动物封闭群动物：指在指在5 5年以上年以上不从外部引进不从外部引进新血缘，仅由新血缘，仅由同一品系同一品系的动物在固定场所的动物在固定场所保存保存随机繁殖随机繁殖的动物群的动物群.具有一定程度的遗传学差异具有一定程度的遗传学差异.昆明种小鼠、昆明种小鼠、NIHNIH小鼠、小鼠、LACALACA小鼠、小鼠、SDSD大大鼠、青紫蓝兔、新西兰兔等均属封闭群动鼠、青紫蓝兔、新西兰兔等均属封闭群动物物.7/4/202423毒理学实验基础动物品系的遗传均一性动物品系的遗传均一性遗传均一性排序：遗传均一性排序：近交系杂交群近交系杂交群封闭群封闭群实验动物选择：适宜品系、固定品实验动物选择：适宜品系、固定品系系7/4/202424毒理学实验基础（三）实验动物微生物控制的选择（三）实验动物微生物控制的选择按照微生物控制分类，实验动物分为四级按照微生物控制分类，实验动物分为四级7/4/202425毒理学实验基础（四）个体选择（四）个体选择性别：性别：初次试验雌雄同用；存在差异分开统初次试验雌雄同用；存在差异分开统计；选敏感性别。计；选敏感性别。年龄和体重年龄和体重：动物年龄依实验类型选择，取：动物年龄依实验类型选择，取成年期数据。体重可作为判断年龄的指标。成年期数据。体重可作为判断年龄的指标。生理状态：生理状态：避免激素影响，避免激素影响，雌雄分开饲养雌雄分开饲养；繁殖实验、致畸试验适时合笼交配。繁殖实验、致畸试验适时合笼交配。健康状况：健康状况：用健康动物，提前观察确认。用健康动物，提前观察确认。7/4/202426毒理学实验基础（五）实验动物管理（五）实验动物管理动物管理：动物管理：动物的接受、适应、饲养、鉴动物的接受、适应、饲养、鉴别和记录（动物来源、处理、其它资料）别和记录（动物来源、处理、其它资料）.环境条件管理环境条件管理：气候（温度、湿度、通风、：气候（温度、湿度、通风、光照）、其它条件（噪音、气味、垫料、光照）、其它条件（噪音、气味、垫料、群体密度、空间限制）、饲料、饮水等群体密度、空间限制）、饲料、饮水等.设施管理：设施管理：清洁卫生、废弃物处理、害虫清洁卫生、废弃物处理、害虫控制、突发事件管理控制、突发事件管理.7/4/202427毒理学实验基础五、受试物样品的准备五、受试物样品的准备了解其化学结构与理化性质：挥发性、了解其化学结构与理化性质：挥发性、溶解性、稳定性；溶解性、稳定性；纯度及杂质成分；纯度及杂质成分；采用同一种同一批号受试物采用同一种同一批号受试物;毒性资料查阅（形似化学物）毒性资料查阅（形似化学物）;制备成一定剂型：水溶液、油溶液、混制备成一定剂型：水溶液、油溶液、混悬液悬液.7/4/202428毒理学实验基础（一）（一）体内体内毒理学试验设计毒理学试验设计剂量分组剂量分组以获得剂量以获得剂量-反应关系，确认受试物反应关系，确认受试物与毒作用的关系与毒作用的关系：至少三个剂量组（高、中、至少三个剂量组（高、中、低）；设对照组（阳性、阴性、未处理对照、低）；设对照组（阳性、阴性、未处理对照、历史性对照）历史性对照）各组动物数：实验目的和设计、统计学要求各组动物数：实验目的和设计、统计学要求试验期限：试验期限：由实验目的和所用动物种或品系决由实验目的和所用动物种或品系决定：定：急毒为一次或急毒为一次或24h24h内多次染毒观察内多次染毒观察1414天，亚天，亚慢性规定持续至动物寿命的慢性规定持续至动物寿命的10%10%，慢性实验、致，慢性实验、致癌实验为持续至动物寿命的大部分。癌实验为持续至动物寿命的大部分。六、毒理学实验设计要点六、毒理学实验设计要点7/4/202429毒理学实验基础（二）（二）体外体外毒理学试验设计毒理学试验设计溶解性测试溶解性测试：在实验测试期间，受试物溶解性可：在实验测试期间，受试物溶解性可能改变，起始和结束时评价溶解性具有意义；能改变，起始和结束时评价溶解性具有意义；最高剂量推荐最高剂量推荐：高剂量会影响渗透压引发损伤，：高剂量会影响渗透压引发损伤，上限为：动物细胞上限为：动物细胞10mmol/L或或5mg/ml;细菌实验细菌实验5mg/平板。毒性物应有毒效应和致死率。平板。毒性物应有毒效应和致死率。代谢活化代谢活化：大鼠预处理后，取肝组织匀浆为代谢：大鼠预处理后，取肝组织匀浆为代谢活化系统活化系统-S9（p137）阳性对照阳性对照：剂量反应的直线部分：剂量反应的直线部分重复重复：可疑结果要重复，但非简单重复：可疑结果要重复，但非简单重复六、毒理学实验设计要点六、毒理学实验设计要点7/4/202430毒理学实验基础七、实验动物染毒和处置七、实验动物染毒和处置尽可能模拟人接触毒物的方式尽可能模拟人接触毒物的方式不同途径的吸收速率为：静注不同途径的吸收速率为：静注吸入吸入 肌注肌注 腹腔注射腹腔注射 皮下注射皮下注射 经口经口 皮内注射皮内注射 其他其他7/4/202431毒理学实验基础（一）染毒（一）染毒经口染毒：经口染毒：（1）喂饲、（喂饲、（2）灌胃、（）灌胃、（3）吞咽胶囊；吞咽胶囊；经呼吸道染毒经呼吸道染毒：（：（1）静式吸入染毒、）静式吸入染毒、（2）动式吸入染毒）动式吸入染毒经皮肤染毒：经皮肤染毒：注射染毒：尾静脉、肌注、皮下、腹腔注射染毒：尾静脉、肌注、皮下、腹腔实验动物染毒和处置实验动物染毒和处置针对一种外源化学物，如何选择染毒方式针对一种外源化学物，如何选择染毒方式?7/4/202432毒理学实验基础（二）生物标本采集（二）生物标本采集生物标本采集：生物标本采集：（1）血液（终末）血液（终末、非、非终末终末采血）、采血）、（2）尿液采集、（）尿液采集、（3）胆汁采集、）胆汁采集、（4）粪便采集）粪便采集.麻醉：短效、中效、长效麻醉剂使用麻醉：短效、中效、长效麻醉剂使用-；麻醉过程观察麻醉过程观察.安死术：安死术：p129.病理解剖和样标本留取：病理解剖和样标本留取：(1(1）大体解剖、大体解剖、（2）组织病理学检测）组织病理学检测.实验动物染毒和处置实验动物染毒和处置7/4/202433毒理学实验基础八、毒理学实验的统计学基础八、毒理学实验的统计学基础统计学要点统计学要点：实验设计遵循原则：实验设计遵循原则：随机、重复、对照随机、重复、对照.包括：包括：（1）剂量水平数目及间隔；剂量水平数目及间隔；（2）每个剂量点的实验）每个剂量点的实验单位数单位数，实验单位确定要保，实验单位确定要保证证样本的独立性、代表性；样本的独立性、代表性；（3）对照设置；对照设置；（4）非实验因素条件的均一性：样本足够数量、适）非实验因素条件的均一性：样本足够数量、适当重复、盲法观察等。当重复、盲法观察等。结果统计分析：方法选择，可用不同方法处理结果统计分析：方法选择，可用不同方法处理.7/4/202434毒理学实验基础毒理学实验结果评价毒理学实验结果评价结果评价需要解决的问题结果评价需要解决的问题是否具有统计学意义是否具有统计学意义是否具有生物学意义是否具有生物学意义是否具有毒理学意义是否具有毒理学意义具有具有统计学意义统计学意义是判断是判断生物学意义生物学意义的必要条件之一；的必要条件之一；判断生物学意义时要：（判断生物学意义时要：（1 1）纵向比较：剂量）纵向比较：剂量-反应关系；反应关系；（2 2）横向比较：其它相关参数是否改变；）横向比较：其它相关参数是否改变；（3 3）与历史对照比较）与历史对照比较毒理学意义需要专家评价7/4/202435毒理学实验基础九、优良实验室规范九、优良实验室规范Good Laboratory Practice-GLPGLP专指毒理学安全性评价实验室的管理，专指毒理学安全性评价实验室的管理，是实验室质控要求，保证数据科学性、准是实验室质控要求，保证数据科学性、准确性、公正性。确性、公正性。要求：要求：1 1）组织体制及责任体制明确化；组织体制及责任体制明确化；2 2）试验、操作规程的标准化；）试验、操作规程的标准化；3 3）按照计）按照计划、操作规程实施试验；划、操作规程实施试验；4 4）保存标本、记）保存标本、记录；录；5 5）积极地保证可信性。）积极地保证可信性。GLP基本精神是全面质量管理基本精神是全面质量管理化学品安全性评价遵循化学品安全性评价遵循GLP原则是国家法规要求的原则是国家法规要求的GLP认证单位认证单位7/4/202436毒理学实验基础