毒理学基本课件

第二章第二章 动物毒理学基本概念动物毒理学基本概念 第第1节节 毒物、毒性和毒作用毒物、毒性和毒作用一一.毒物毒物 1.毒物（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（toxicant poison）。在人类生活环境中，存在的这类物质称为环境有害物质。3.毒物的分类毒物的分类 农用化学品农用化学品 工业化学品工业化学品 化工产品化工产品 药物及医用化学品药物及医用化学品 食品添加剂食品添加剂 日用化学品日用化学品 各种环境污染物各种环境污染物 生物霉菌毒素生物霉菌毒素 化学致癌物化学致癌物 军事毒物等军事毒物等化 学物2.毒素（毒素（toxin）由由活活的的机机体体产产生生，在在生生存存过过程程中中自自身身合合成成后后存存在在于于机机体体内内或或排排到到机机体体外外、对对人人和和动动物物产产生生毒毒害害作作用用的的化化学学物物质。质。植物毒素（phytotoxin）细 菌 毒 素（bacterial toxin）内 毒 素（endotoxin）外毒素（exotoxin）霉菌毒素（mycotoxin）动物毒素（zootoxin）（1）植物毒素（毒素（phytotoxin）（2）细菌毒素（bactrial toxin）内毒素（内毒素（endotoxin）:在细菌生活时不扩散、不释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。无特异性（毒性及病理变化相似）。如鼠伤寒杆菌等。外外毒毒素素（exotoxin）:在在细细菌菌生生活活时时释释放放到到环环境境中中，且有明显的毒作用特异性。如大肠杆菌，内毒梭菌等。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。由霉菌产生。（4）动物毒素（zootoxin）：）：由低等动物产生。由低等动物产生。毒物作用的三个时相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(exposure phase)毒物动力相(toxicologytic phase)毒效相(toxic effect phase)毒物毒物 毒物存在的毒物存在的剂型和剂量剂型和剂量吸收、分布吸收、分布 代谢、排出代谢、排出效应效应靶器官中与靶器官中与受体相互作用受体相互作用可吸收的毒物可吸收的毒物 活性物质的活性物质的有效剂量有效剂量 出现出现 二二.毒性、危险性、及安全性毒性、危险性、及安全性 1.毒性毒性 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：与机体接触数量是决定因素。与机体接触的方式、途径。接触时间、速率和频率 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影响毒物的因素（1）理理化化性性质质：溶溶解解度度、解解离离度度、pH、旋旋光光度等度等 （2）化学结构：化学结构：功能团与毒性的关系功能团与毒性的关系 基团电荷性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光学异构与毒性的关系v功能团与毒性的关系：功能团与毒性的关系：卤卤素素有有强强烈烈的的吸吸电电子子效效应应，增增加加卤卤素素，会会使使分分子子的的极极化化性性增增加加，更更易易与与酶酶系系统统结结合合，使使毒毒性性增增大大。CH4不不具具致致癌癌作作用用，而而CH3I，CH3Br、CH3Cl均有致癌作用。均有致癌作用。v 基团电荷性与毒性的关系：基团电荷性与毒性的关系：电电负负性性基基团团：硝硝基基（-NO2）、苯苯基基（-C6H5）、氰氰基基（-CN）、酯酯基基（-COOR）、酮酮基基（-COR）、醛醛基基（-CHO）等等，均均可可与与机机体体中中带带正电荷的基团吸引，使毒性加强。正电荷的基团吸引，使毒性加强。v 光学异构与毒性的关系：光学异构与毒性的关系：动动物物体体内内酶酶对对光光学学异异构构体体有有高高度度特特异异性性，不不同同的的光光学学异异构构体体的的理理化化性性质质、通通透透能能力力、在在组组织织内内的的分分布布及及代代谢谢速速度度均均不不相相同同，一一般般左左旋旋异异构构体对机体作用较强体对机体作用较强。2.选择毒性选择毒性（selective toxicity）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 物种和细胞学差异：不同生物或组织器官对化学毒物生物转化过程的差异：不同组织器官对化学毒物亲和力的差异：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.危险度与安全性危险度与安全性（1 1）危险度）危险度）危险度）危险度(risk)(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 危险度估计或称危险度评定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adverse effect。以定量的概念确定body接触xenobiotics数量与其对机体adverse effect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 绝对致死剂量绝对致死剂量(absolute lethal dose，LDl00)是指化学物质引起受试对象全部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，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受试群体中总是有少数高耐受性或高敏感性的个体，故的个体，故LD100常有很大的波动性。常有很大的波动性。2.最小致死剂量最小致死剂量 最小致死剂量最小致死剂量(minimal lethal dose，MLD或或LD01)指化学物质引起受试指化学物质引起受试对象中的个别成员出现死亡的剂量。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从理论上讲，低于此剂量即不能引起死亡。死亡。3.最大耐受剂量最大耐受剂量 最大耐受剂量最大耐受剂量(maximal tolerance dose，MTD或或LD0)指化学物质不引起受试对象出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现死亡的最高剂量。若高于该剂量即可出现死亡。与死亡。与LDl00的情况相似，的情况相似，LD0也受个体也受个体差异的影响，存在很大的波动性。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 半数致死剂量半数致死剂量(median lethal dose，LD50)指化学物质引起一半受试对象出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。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分级的基础标准。化学物质的急性毒性越大，其性毒性越大，其LD50的数值越小。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学物质，不同种属的动物敏感性不同,接触途径不同也可影接触途径不同也可影响响 LD50的值。因此，在表示的值。因此，在表示LD50时，必须时，必须注明动物种属注明动物种属和接触途径和接触途径。对于某些化学物质，同种不同性别的动物敏感。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性不同，还应标明不同性别动物的LD50。此外，实验室环。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操作技术的熟练程度等均可对LD50产生影响。在计算产生影响。在计算LD50时，还要求出时，还要求出95可信限，以可信限，以LD501.96来表示来表示误差范围。误差范围。5.半数耐受量半数耐受量(Median Tolerance Limit,MLT)在环境毒理学中常用。在环境毒理学中常用。半数耐受量半数耐受量(Median Tolerance Limit,MLT)来表示一种环境污染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引起50%受试水生生物出现死亡的浓度。单位为受试水生生物出现死亡的浓度。单位为mgL，一般用，一般用TLM48为若干为若干mgL表示，是在这一浓度下，经表示，是在这一浓度下，经48h 50%的鱼可以耐受，也就的鱼可以耐受，也就是是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，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；时除注明观察时间外，还应注明水生生物的物种。例如；TLM45鲤鱼鲤鱼45，就是在，就是在45mgL浓度下，经浓度下，经48h 50%鲤鱼可以耐受。鲤鱼可以耐受。（二）阈剂量和（二）阈剂量和 最大无作用剂量最大无作用剂量1.阈剂量阈剂量 阈剂量阈剂量(threshold dose)指化学物质引起受试对象中的少数个体出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最小有作用剂量(minimal effect level，MEL)。分为急性和慢性两种：。分为急性和慢性两种：急性阈剂量急性阈剂量(acute threshold dose，Limac)为与化学物质一次接为与化学物质一次接触所得；触所得；慢性阈剂量慢性阈剂量(chronic threshold dose，Limch)则为长期反复多次则为长期反复多次接触所得。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(lowest observed adverse effect level，LOAEL)。2.无作用剂量无作用剂量无作用剂量（无作用剂量（no-observed effect level NOEL）指化学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得。毒理学试验能够确定的是未观察到损害作用的剂量未观察到损害作用的剂量(no-observed adverse effect level，NOAEL)。NOAEL是毒理学的一个重要参数，在制订化学物质的安全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。限值时起着重要作用。3.日许量日许量 即每日允许摄入量(acceptable daily intake,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。毒作用带毒作用带毒作用带毒作用带(toxic effect zone)是表示化学物质毒性和毒作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。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 急性毒作用带急性毒作用带急性毒作用带急性毒作用带(acute toxic effect zone，Zac)为半数为半数致死剂量与急性阈剂量的比值，表示为：致死剂量与急性阈剂量的比值，表示为：Zac=LD50Limac Zac值小，说明化学物质从产生轻微损害到导致急性死亡值小，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。亡的危险性小。2.慢性毒作用带慢性毒作用带 慢性毒作用带慢性毒作用带慢性毒作用带慢性毒作用带(chronic toxic effect zone，Zch)为急性阈剂量与慢性阈剂量的比为急性阈剂量与慢性阈剂量的比值，值，表示为：表示为：Zch=LimacLimch Zch值大，说明值大，说明Limac与与Limch之间的剂之间的剂量范围大，由极轻微的毒效应到较为明显的中量范围大，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。明发生慢性中毒的危险性小。吸入中度危险性指数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、毒性作用四、毒性作用 化学毒物的毒性作用（化学毒物的毒性作用（toxic effecttoxic effect）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 1 1 1）速发与迟发作用）速发与迟发作用）速发与迟发作用）速发与迟发作用（immediate effect and delayed effect）：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。局部与全身作用局部与全身作用（local effect and systemic effect）：局部作用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靶器官（target organ）。n 2.局部与全身作用局部与全身作用3.3.可逆与不可逆作用可逆与不可逆作用 可逆与不可逆作用可逆与不可逆作用（reversible effect and irreversible effect）可逆作用可逆作用：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 过敏性反应过敏性反应过敏性反应过敏性反应(hypersensibility)也称变态反应变态反应(allergic reaction)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 特异体质反应（Idiosyncratic reaction）: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。6.6.高敏感性高敏感性 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。7.7.高耐受性高耐受性 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：All substances are poisons;there is none which is a poison.The right dose differentiates a poison from a remedy。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：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；染毒时间：与动物的生命节律活动有关染毒频率：与染毒间隔时间内的半衰期有关物质本身的化学性质和物理性质五、五、损害作用与非损害作用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。(一一)损害作用损害作用损害作用损害作用损害作用损害作用(adverse effect)(adverse effect)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。(二二)非损害作用非损害作用 与损害作用不同，非损害作用非损害作用(non-adverse(non-adverse effect)effect)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(spectrum 0f toxic effects)o 毒性终点毒性终点 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(target organ)。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、七、生物学标志生物学标志生物学标志生物学标志(biomarker，biological marker)又可称生物学标记或生物标志又可称生物学标记或生物标志物物，是指针对通过生物学屏障进入组织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。物学标志和易感性生物学标志三类。(一一)接触生物学标志接触生物学标志接触生物学标志接触生物学标志(biomarker 0f exposure)是对各种组织、体液或排泄物中存在的是对各种组织、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。关化学物质暴露的信息。接触生物学标志又分为接触生物学标志又分为体内剂量标志和生物体内剂量标志和生物效应剂量标志效应剂量标志。体内剂量标志体内剂量标志可以反映机体中特定化学物质及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。其代谢物的含量，即内剂量或靶剂量。生物效应剂量标志生物效应剂量标志可以反映化学物质及其代谢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于准确的建立剂量-反应关系。反应关系。二二)效应生物学标志效应生物学标志 效应生物学标志效应生物学标志(biomarker 0f effect)是指可以测出的机体生理、生化、行为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，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。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。(三三)易惑性生物学标志易惑性生物学标志 易感性生物学标志(biomarker 0f susceptibility)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体接触化学物质的实际水平，有利于早期发现特异性损害并进行防治，对于阐明毒作用机制、建立剂量-反应关系、进行毒理学资料的物种间外推具有重要意义，是阐明毒物接触与健康损害之间关系的有力手段。第二节第二节 剂量、剂量剂量、剂量-量反应关量反应关系系 和剂量一质反应关系和剂量一质反应关系剂量剂量剂量剂量(dose)(dose)有多种表示方式。不但可指机体接触化有多种表示方式。不但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学物质的量或在试验中给予机体受试物的量(外剂量外剂量)，又可指化学物质被吸收入血的量，又可指化学物质被吸收入血的量(内剂量内剂量)或到达或到达靶器官并与其相互作用的量靶器官并与其相互作用的量(靶剂量、生物有效剂量靶剂量、生物有效剂量)。虽然靶剂量直接决定了化学物质所致机体损伤的。虽然靶剂量直接决定了化学物质所致机体损伤的性质与强度，但由于检测比较复杂，故毒理学中的性质与强度，但由于检测比较复杂，故毒理学中的剂量通常是指机体接触化学物质的量或给予机体化剂量通常是指机体接触化学物质的量或给予机体化学物质的量，单位为学物质的量，单位为mgkg体重、体重、mgcm2皮皮肤等。肤等。二、量反应与质反应二、量反应与质反应反应反应(response)指化学物质与机体接触后引起的生物学改变，可分为两指化学物质与机体接触后引起的生物学改变，可分为两类：类：量反应：一类属于计量资料，有强度和性质的差别量反应：一类属于计量资料，有强度和性质的差别,可以某种测量数值表可以某种测量数值表示。这类效应称为示。这类效应称为量反应量反应(graded response)。质反应：质反应：另一类效应属于计数资料，没有强度的差别，不能以具体的数另一类效应属于计数资料，没有强度的差别，不能以具体的数值表示，而只能以值表示，而只能以“阴性或阳性阴性或阳性”、“有或无有或无”来表示，如死亡或存活、来表示，如死亡或存活、患病或未患病等，称为质反应患病或未患病等，称为质反应(quantal response)。量反应通常用于。量反应通常用于表示化学物质在个体中引起的毒效应强度的变化，质反应则用于表示化表示化学物质在个体中引起的毒效应强度的变化，质反应则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。学物质在群体中引起的某种毒效应的发生比例。剂量剂量-反应关系反应关系剂量一量反应关系和剂量剂量一量反应关系和剂量-质反应关系统质反应关系统称为称为剂量剂量-反应关系，反应关系，是毒理学的重要概是毒理学的重要概念。化学物质的剂量越大，所致的量反念。化学物质的剂量越大，所致的量反应强度应该越大，或出现的质反应发生应强度应该越大，或出现的质反应发生率应该越高。在毒理学研究中，剂量率应该越高。在毒理学研究中，剂量-反反应关系的存在被视为受试物与机体损伤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。当然，前提之间存在因果关系的证据。当然，前提是排除实验干扰因素造成的假象。是排除实验干扰因素造成的假象。三、剂量一量反应关系三、剂量一量反应关系和剂量一质反应关系和剂量一质反应关系剂量一量反应关系剂量一量反应关系(graded dose-response relationship)表示化学物质的剂量与个体中发生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。如空气中的的量反应强度之间的关系。如空气中的CO浓度增浓度增加导致红细胞中碳氧血红蛋白含量随之升高，血液加导致红细胞中碳氧血红蛋白含量随之升高，血液中铅浓度增加引起中铅浓度增加引起ALAD的活性相应下降，都是表的活性相应下降，都是表示剂量一量反应关系的实例。示剂量一量反应关系的实例。剂量一质反应关系剂量一质反应关系(quantal dose-response relationship)表示化学物质的剂量与某一群体中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。如在急性吸人毒性实验质反应发生率之间的关系。如在急性吸人毒性实验中，随着苯的浓度增高，各试验组的小鼠死亡率也中，随着苯的浓度增高，各试验组的小鼠死亡率也相应增高，表明存在剂量一质反应关系相应增高，表明存在剂量一质反应关系四、剂量四、剂量-反应曲线反应曲线(一一)剂量剂量-反应曲线的形式反应曲线的形式 剂量剂量-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。常见的剂量反应曲线有以下几种形式：一条曲线。常见的剂量反应曲线有以下几种形式：1.直线型：直线型：2.抛物线型抛物线型 3.S形曲线形曲线(二二)剂量剂量-反应曲线的转换反应曲线的转换 为通过数学的方法更加准确地计算为通过数学的方法更加准确地计算LD50等重要的等重要的毒理学参数并得出曲线的斜率，有必要将毒理学参数并得出曲线的斜率，有必要将S形曲线转换形曲线转换为直线。当把纵坐标的标识单位反应率改为反应频率为直线。当把纵坐标的标识单位反应率改为反应频率时，对称时，对称S形曲线转换为高斯曲线形曲线转换为高斯曲线,在该分布曲线下，在该分布曲线下，如把使一半受试个体出现反应的剂量作为中位数剂量，如把使一半受试个体出现反应的剂量作为中位数剂量，并以此为准划分若干个标准差，则在其两侧并以此为准划分若干个标准差，则在其两侧1个、个、2个个或或3个标准差范围内分别包括了受试总体的个标准差范围内分别包括了受试总体的68.3、95.5和和99.7。将各标准差的数值均加上。将各标准差的数值均加上5(-3+3变为变为28)即为概率单位。概率单位与反应率之间即为概率单位。概率单位与反应率之间的对应关系见表的对应关系见表2-1。当纵坐标标识单位用概率单位表。当纵坐标标识单位用概率单位表示时，对称形曲线即转换为直线。示时，对称形曲线即转换为直线。五、时间五、时间-剂量剂量-反应关系反应关系 时间时间-剂量剂量-反应关系（反应关系（time-dose-response relationship，TDRR）是用时间）是用时间生物学的方法来阐明化学毒物对于机体的影响。生物学的方法来阐明化学毒物对于机体的影响。因为机体对于化学毒物具有处理能力，即生物转因为机体对于化学毒物具有处理能力，即生物转运和生物转化的能力。在此过程中，化学毒物的运和生物转化的能力。在此过程中，化学毒物的数量始终随时间的进程而发生变化。这种时数量始终随时间的进程而发生变化。这种时-量之量之间的密切关系可以直接影响到毒性作用的性质、间的密切关系可以直接影响到毒性作用的性质、强度以及发生时间，从而决定了化学毒物的毒性强度以及发生时间，从而决定了化学毒物的毒性特点。从另一方面看，化学毒物与机体的接触时特点。从另一方面看，化学毒物与机体的接触时间长短也直接影响其毒性作用。在一般情况下，间长短也直接影响其毒性作用。在一般情况下，连续接触所需的剂量要远小于间断接触所需的剂连续接触所需的剂量要远小于间断接触所需的剂量；而在接触剂量相同的情况下，连续接触所致量；而在接触剂量相同的情况下，连续接触所致的损害强度要远大于间断接触时的强度。的损害强度要远大于间断接触时的强度。表示毒性常用指标表示毒性常用指标 毒理学中常用的毒性指标包括致死剂毒理学中常用的毒性指标包括致死剂量、阈剂量、最大无作用剂量和毒作用量、阈剂量、最大无作用剂量和毒作用带等。当受试物质存在于空气或水中时，带等。当受试物质存在于空气或水中时，上述各指标中的剂量改称为浓度上述各指标中的剂量改称为浓度(concentration)。致死剂量致死剂量(lethal dose)1.绝对致死剂量绝对致死剂量 绝对致死剂量绝对致死剂量(absolute lethal dose，LDl00)是是指化学物质引起受试对象全部死亡所需要的最低剂量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，故性的个体，故LD100常有很大的波动性。常有很大的波动性。2.最小致死剂量最小致死剂量 最小致死剂量最小致死剂量(minimal lethal dose，MLD或或LD01)指化学物质引起受试对象中的个别成员出现死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。亡的剂量。从理论上讲，低于此剂量即不能引起死亡。致死剂量致死剂量(lethal dose)3.最大耐受剂量最大耐受剂量 最大耐受剂量最大耐受剂量(maximal tolerance dose，MTD或或LD0)指化学物质不引起受试对象出现死亡的最高剂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。与量。若高于该剂量即可出现死亡。与LDl00的情况相的情况相似，似，LD0也受个体差异的影响，存在很大的波动性。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 半数致死剂量半数致死剂量(median lethal dose，LD50)指化指化学物质引起一半受试对象出现死亡所需要的剂量，又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。称致死中量。LD50是评价化学物质急性毒性大小最重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，其基础标准。化学物质的急性毒性越大，其LD50的数值的数值越小。越小。致死剂量致死剂量(lethal dose)LD50是一个生物学参数，受多种因素影响。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对于同一种化学物质，不同种属的动物敏感性不同不同,接触途径不同也可影响接触途径不同也可影响 LD50的值。因的值。因此，在表示此，在表示LD50时，必须注明动物种属和接时，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。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术的熟练程度等均可对LD50产生影响。在计产生影响。在计算算LD50时，还要求出时，还要求出95可信限，以可信限，以LD501.96来表示误差范围。来表示误差范围。致死剂量致死剂量(lethal dose)此外，在环境毒理学中，常用半数耐受量此外，在环境毒理学中，常用半数耐受量(Median Tolerance Limit,MLT)来表示一种环境污染物对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在一定时间内引起50%受试水生生物出现死亡的浓度。受试水生生物出现死亡的浓度。单位为单位为mgL，一般用，一般用TLM48为若干为若干mgL表示，是在表示，是在这一浓度下，经这一浓度下，经48h 50%的鱼可以耐受，也就是的鱼可以耐受，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，故表示受能力有所差异，故表示TLM时除注明观察时间外，时除注明观察时间外，还应注明水生生物的物种。例如；还应注明水生生物的物种。例如；TLM45鲤鱼鲤鱼45，就是在就是在45mgL浓度下，经浓度下，经48h 50%鲤鱼可以耐受。鲤鱼可以耐受。阈剂量和最大无作用剂量阈剂量和最大无作用剂量1.阈剂量阈剂量 阈剂量阈剂量(threshold dose)指化学物质引起受试对象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，又称为低剂量，又称为最小有作用剂量最小有作用剂量(minimal effect level，MEL)。分为急性和慢性两种：。分为急性和慢性两种：急性阈剂量急性阈剂量(acute threshold dose，Limac)为为与化学物质一次接触所得；与化学物质一次接触所得；慢性阈剂量慢性阈剂量(chronic threshold dose，Limch)则为长期反复多次接触所得。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的最低剂量(lowest observed adverse effect level，LOAEL)。阈剂量和最大无作用剂量阈剂量和最大无作用剂量2.最大无作用剂量最大无作用剂量 最大无作用剂量最大无作用剂量(maximal no-effect dose，ED0)指化学物质在一定时间内，按一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到损害作用的剂量(no-observed adverse effect level，NOAEL)。NOAEL是毒理学是毒理学的一个重要参数，在制订化学物质的安全限值的一个重要参数，在制订化学物质的安全限值时起着重要作用。时起着重要作用。毒作用带毒作用带毒作用带毒作用带(toxic effect zone)是表示化学物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。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 急性毒作用带急性毒作用带急性毒作用带急性毒作用带(acute toxic effect zone，Zac)为半数致死剂量与急性阈剂量的比值，为半数致死剂量与急性阈剂量的比值，表示为：表示为：Zac=LD50Limac Zac值小，说明化学物质从产生轻微损害到值小，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。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 慢性毒作用带慢性毒作用带慢性毒作用带慢性毒作用带(chronic toxic effect zone，Zch)为急性阈剂量与慢性阈剂量的比为急性阈剂量与慢性阈剂量的比值，表示为：值，表示为：Zch=LimacLimch Zch值大，说明值大，说明Limac与与Limch之间的剂之间的剂量范围大，由极轻微的毒效应到较为明显的中量范围大，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。明发生慢性中毒的危险性小。安全限值安全限值 安全限值即卫生标准，是对各种环境介安全限值即卫生标准，是对各种环境介质质(空气、土壤、水、食品等空气、土壤、水、食品等)中的化学、中的化学、物理和生物有害因素规定的限量要求。物理和生物有害因素规定的限量要求。它是国家颁布的卫生法规的重要组成部它是国家颁布的卫生法规的重要组成部分，是政府管理部门对人类生活和生产分，是政府管理部门对人类生活和生产环境实施卫生监督和管理的依据，是提环境实施卫生监督和管理的依据，是提出防治要求、评价改进措施和效果的准出防治要求、评价改进措施和效果的准则，对于保护人民健康和保障环境质量则，对于保护人民健康和保障环境质量具有重要意义。具有重要意义。安全限值安全限值1.每日容许摄入量每日容许摄入量 每日容许摄入量每日容许摄入量(acceptable daily intake，ADI)指允许正常成人每日由外指允许正常成人每日由外环境摄人体内的特定化学物质的总量。环境摄人体内的特定化学物质的总量。在此剂量下，终生每日摄人该化学物质在此剂量下，终生每日摄人该化学物质不会对人体健康造成任何可测量出的健不会对人体健康造成任何可测量出的健康危害，单位用康危害，单位用mg(kg bw)表示。表示。安全限值安全限值2.最高容许浓度最高容许浓度 在劳动环境中，最高容许浓度在劳动环境中，最高容许浓度(maximum allowable concentration，MAC)是指车是指车间内工人工作地点的空气中某种化学物质不可间内工人工作地点的空气中某种化学物质不可超越的浓度。在此浓度下，工人长期从事生产超越的浓度。在此浓度下，工人长期从事生产劳动，不致引起任何急性或慢性的职业危害。劳动，不致引起任何急性或慢性的职业危害。在生活环境中，在生活环境中，MAC是指对大气、水体、土是指对大气、水体、土壤等介质中有毒物质浓度的限量标准。壤等介质中有毒物质浓度的限量标准。安全限值安全限值3.阈限值阈限值 阈限值阈限值(threshold limit value，TLV)为美国政府工业卫生学家委员会为美国政府工业卫生学家委员会(ACGIH)推荐的生产车间空气中有害物质推荐的生产车间空气中有害物质的职业接触限值。为绝大多数工人每天的职业接触限值。为绝大多数工人每天反复接触不致引起损害作用的浓度。由反复接触不致引起损害作用的浓度。由于个体敏感性的差异，在此浓度下不排于个体敏感性的差异，在此浓度下不排除少数工人出现不适、既往疾病恶化、除少数工人出现不适、既往疾病恶化、甚至罹患职业病。甚至罹患职业病。安全限值安全限值4.参考剂量参考剂量 参考剂量参考剂量(reference dose，RfD)由美国由美国环境保护局环境保护局(EPA)首先提出，用于非致癌物质首先提出，用于非致癌物质的危险度评价。的危险度评价。RfD为环境介质为环境介质(空气、水、空气、水、土壤、食品等土壤、食品等)中化学物质的日平均接触剂量中化学物质的日平均接触剂量的估计值。人群的估计值。人群(包括敏感亚群包括敏感亚群)在终生接触该在终生接触该剂量水平化学物质的条件下，预期一生中发生剂量水平化学物质的条件下，预期一生中发生非致癌或非致突变有害效应的危险度可低至不非致癌或非致突变有害效应的危险度可低至不能检出的程度。能检出的程度。安全限值安全限值5.正常值和对照组正常值和对照组 在实际工作中，通常正常值的确定方法在实际工作中，通常正常值的确定方法是，选择一群按目前标准认为是是，选择一群按目前标准认为是“健康健康”或或“正常正常”的个体，进行某项指标的的个体，进行某项指标的测定，以其平均值测定，以其平均值2个标准差作为正常值个标准差作为正常值范围。范围。凡某种观察指标符合下列情况之一者，凡某种观察指标符合下列情况之一者，都可认为已偏离正常范围，属于都可认为已偏离正常范围，属于adverse effect。.与正常值相比，具有统计学差异与正常值相比，具有统计学差异（P0.05），并且其数值不在正常值范围内。），并且其数值不在正常值范围内。.与正常值相比，具有统计学差异与正常值相比，具有统计学差异（P0.05），其数值都在一般公认的），其数值都在一般公认的“正常正常值值”范围内，但如接触后，此种差异仍持续一范围内，但如接触后，此种差异仍持续一些时间，则属于些时间，则属于adverse effect。.与正常值相比，具有统计学差异与正常值相比，具有统计学差异（P0.05），其数值都在一般公认的），其数值都在一般公认的“正常正常值值”范围内，但如机体处于功能或生物化学应范围内，但如机体处于功能或生物化学应激状态下，此种差异更明显，则属于损害作用。激状态下，此种差异更明显，则属于损害作用。