第9章_影響毒性作用的因素

1、第九章 影響毒性作用的因素n毒性作用是毒物與生物(人或動物)機體相互作用的結果。外源化學物或其代謝產物必須以具有生物學活性的形式到達靶器官、靶細胞，達到有效的劑量、濃度，持續(xù)足夠時間，并與靶分子相互作用，或改變其微環(huán)境，才能夠造成毒性作用。n在評價化學物毒性時，可設法加以控制以避免其干擾，使實驗結果更準確，重現(xiàn)性更好，人類接觸化學物時，這些因素并不能控制，因此，以動物實驗結果外推人時，特別在制訂預防措施時，都應予以注意。n毒性作用出現(xiàn)的性質和強度主要受四個方面的影響：化學物因素毒物與機體所處的環(huán)境條件機體因素化學物的聯(lián)合作用。第一節(jié) 毒物因素1 化學結構2 理化性質3 不純物和化學物的穩(wěn)定性4

2、 毒物進入機體的途徑1 化學結構（即構效關系）n每一種外源化學物的毒性是其固有的性質，它是由化學物的化學結構所決定的。n外源化學物的化學結構是決定毒作用的重要物質基礎，因為他決定了毒物的理化性 質和化學活性，因而決定了毒物在體內可能參與和干擾的過程，因此決定毒作用的性質和大小。研究化學結構與毒作用的關系在毒理學研究化學結構與毒作用的關系在毒理學中具有重要意義：中具有重要意義：n（1）通過比較，預測新化學物同系物生物活性；n（2）推測化學物的毒作用機理；n（3）按照人類要求生產高效低毒的化學物；n（4）結構-活性關系研究，現(xiàn)已成為毒理學的一個重要分支。經過大量研究，目前已找到一些有限的化學結構與

3、毒性大小之間的規(guī)律：1.1 取代基的影響n苯具有麻醉和抑制造血功能，當苯環(huán)中的氫被甲基取代后(甲苯或二甲苯)抑制造血不明顯但麻醉作用和皮膚刺激作用大于苯，使得易察覺和治療。HHHHHHCH3麻醉作用麻醉作用抑制造血機能抑制造血機能NH2麻醉作用麻醉作用抑制造血機能抑制造血機能具有形成高鐵血紅蛋白作具有形成高鐵血紅蛋白作用用 HHHHHH被氨基取代后，為苯胺。具有血液系統(tǒng)毒性，與二價鐵結合，氧化成三價鐵，形成高鐵血紅蛋白的作用，失去攜氧能力；n而被硝基(硝基苯)或鹵素取代(鹵代苯)后，具有肝腎毒性，可導致中毒性白內障，一般來說毒性更大。n鹵代烷烴類鹵素數(shù)n此類化學物質對肝臟的毒性可因鹵素增多而增

4、強，如氯甲烷的肝毒性大小依次是CCl4 CHCl3CH2Cl2CH3Cl1.2 同系物的碳原子數(shù)和結構的影響n烷、醇、酮等碳氫化合物，碳原子愈多毒性愈大(甲醇與甲醛除外)。但碳原子數(shù)超過一定限度時(一般為79個碳原子)，毒性反而下降(如戊烷毒性作用己烷庚烷，但辛烷毒性迅速減低)。n由于這類非電解化合物伴隨碳原子數(shù)增加而脂溶脂溶性增大性增大，水溶性相應減小，即脂水分配系數(shù)增大。極親脂性化合物，由于不利于經水相轉運，其在機體內易被阻滯于脂肪組織中，反而不易穿透生物膜達到靶器官。1.3 分子飽和度n碳原子數(shù)相同時，不飽和鍵增加其毒性增加，如乙烷的毒性乙烯的毒性鄰位間位，分子對稱的不對稱的。n化學物同

5、素異構體存在手征性，即對映體構型的右旋(R)和左旋(S)，對于生物轉化和生物轉運都有一定影響，從而影響毒性。一般來說，左旋異構體對機體的作用較強，如左旋嗎啡有強烈的生理活性，而右旋嗎啡沒有作用，如S(-)反應停的致畸性比R(+)反應停強烈。但也有例外，如左旋和右旋的尼古丁對大鼠的毒性相等，而右旋尼古丁對豚鼠的毒性較左旋體大2.5倍。1.5 與營養(yǎng)物和內源性物質的相似性n外源化學物結構與主動轉運載體的底物如營養(yǎng)物和內源性物質類似，即可通過這些特異的載體系統(tǒng)吸收。例如，尿嘧啶類似物抗癌藥物氟尿嘧啶被嘧啶轉運系統(tǒng)攜帶；鉛鉛在腸管經鈣轉運系統(tǒng)主動吸收。2 理化性質n2.1 溶解度（1）毒物在水中的溶解

6、度直接影響毒性的大小，水中溶解度越大，毒性愈大。如As2S3溶解度較As2O3小3萬倍，其毒性亦小。（2）影響毒性作用部位：如刺激性氣體中在水中易溶解的氟化氫(HF)、氨等主要作用于上呼吸道，而不易溶解的二氧化氮(NO2)則可深入至肺泡，引起肺水腫。（3）脂溶性物質，易于吸收且不易被排泄，在體內停留時間長，毒性較大。易在脂肪蓄積，易侵犯神經系統(tǒng)。n2.2 分散度n分散度是指物質被分散的程度。即顆粒越小分散度越大，反之，顆粒越大分散度越小。影響進入呼吸道的深度：分散度與顆粒在呼吸道的阻留有關。n（1）大于10m顆粒在上呼吸道被阻留n（2）5m以下的顆?？傻竭_呼吸道深部n（3）小于0.5m的顆粒易

7、經呼吸道再排出n（4）小于0.1m的顆粒因彌散作用易沉積于肺泡壁n影響溶解度：一般來說顆粒越大，越難溶解n影響化學物活性：顆粒越小即散度越大，表面積越大，生物活性也越強，如一些 金屬煙（鋅煙、銅煙）因其表面活性大，可與呼吸道上皮細胞或細菌等蛋白作用，產生異性蛋白，引起發(fā)燒，而金屬粉塵（鋅塵和銅塵）則無此作用。n2.3 揮發(fā)性常溫下容易揮發(fā)的化學物，其易形成較大蒸氣壓，從而易于經呼吸道吸收。有些有機溶劑的LD50值相似，即絕對毒性相當，但由于其各自的揮發(fā)度不同，所以實際毒性相差較大。如苯與苯乙烯的LC50值均為45mg/L，即其絕對毒性相同但苯容易揮發(fā)，而苯乙烯的揮發(fā)度僅及苯的1/11，所以苯乙

8、烯在空氣中較難形成高濃度，實際上比苯的危害性則低得多。n2.4 比重在密閉，長期空氣不流通的環(huán)境，如沼氣，礦井，地溝等，化學物因比重不同而分層，如下水溝H2S中毒事件。n2.5 電離度n電離度：是指化學物呈現(xiàn)1/2為電離型、1/2為非電離型時的pH值，即為該外源化學物的pKa值?；瘜W物主要以簡單擴散的方式跨膜轉運：如pKa值不同化學物在pH不同的局部環(huán)境中電離程度不同，從而影響跨膜轉運。荷電性影響空氣化學物的沉降和在呼吸道的阻留率。n在體內環(huán)境下，弱酸和弱堿有機化合物電離度越低，越易吸收，毒作用越強。電離度高很難被吸收，且易隨尿排出。3 不純物和化學物的穩(wěn)定性n在毒理學實際工作中更經常的是闡明

9、其工業(yè)品或商品的毒性，工業(yè)品往往混有溶劑，未參加反應的原 料、雜質、合成副產品等，商品中往往還含有賦形劑或添加劑。這些雜質有可能影響、加強、甚至改變原化學物的毒性或毒性效應。n例：除草劑2,4,5-三氯苯氧乙酸(2,4,5-T)，在早期對此化合物進行研究時，由于樣本中夾雜有相當量的四氯二苯-對位-二惡烷(TCDD)(30mg/Kg)，此種雜質毒性非常大，急性經口LD50(雌大鼠)僅為2,4,5-T的雌大鼠經口LD50的400萬分之一。因此，即使2,4,5-T中雜質含量很低(低于0.5mg/kg)，仍影響其毒性。2,4,5-T的胚胎毒性是由于雜質所引起，而不是2,4,5-T本身所致。4 毒物進入

10、機體的途徑n4.1 接觸途徑實驗動物接觸外來化合物的途徑不同，其首先到達的器官將有差別，中毒效應也不盡相同。在相同化合物劑量下，接觸途徑不同，其吸收速度、吸收率也不盡相同。一般認為，接觸化合物吸收速度和毒性大小的順序是：n靜脈注射腹腔注射肌肉注射經口經皮。 n4.2 溶劑n選用的溶劑和助溶劑應是無毒的，與受試物無反應、且制成的溶液穩(wěn)定。常用的溶劑有水、生理鹽水、植物油、二甲基亞砜。常用的助溶劑有吐溫-80，可將水溶性化合物溶于油，脂溶性化合物溶于水。n例如油能促進DDT的吸收，另一方面油量過多會導致腹瀉而影響吸收。n4.3 毒物濃度與容積同等劑量條件下，一般濃度高的毒性強。如氰化鉀。動物試驗中

11、一次灌胃容積一般為體重的1-2%，不應超過2%，靜脈注射在鼠類不能超過0.5mL，較大動物不超過2mL。第二節(jié) 環(huán)境因素n整個實驗過程中的環(huán)境因素都可能影響到毒性的作用，有物理因素、生物因素等。重要重要1 溫度n在正常生理情況下，高氣溫使機體皮膚毛細血管擴張、血循環(huán)加快、呼吸加速，從而使經皮膚或經呼吸道吸收的化學物，吸收速度加快，如對硫磷經皮膚接觸，吸收量隨環(huán)境氣溫升高增加，尤其在30以上。n高溫時多汗，隨汗液排出氯化鈉等物質增多，胃液分泌減少、胃酸降低，影響化學物經胃腸吸收，同時排汗增多，尿量減少，易于造成經腎臟隨尿排出的化學物或其代謝產物在體內存留時間延長。n58種化合物在不同環(huán)境溫度(8

12、、26和36)下對于大鼠LD50的影響：n55種化合物在36高溫環(huán)境下毒性最大，26環(huán)境下毒性最?。籲引起代謝增高的毒物如五氯酚，2,4-二硝基酚在8毒性最低；n引起體溫下降的毒物如氯丙嗪在8時毒性最高。2 氣濕n高氣濕可造成冬季易散熱，夏季不易散熱，增加機體體溫調節(jié)的負荷。n高氣濕伴高溫可因汗液蒸發(fā)減少，使皮膚角質層的水合作用增加，進一步增加經皮吸收的化學物的吸收速度，并因化學物易粘附于皮膚表面而延長接觸時間。3 氣壓n高氣壓與低氣壓環(huán)境條件不同，可以引起外源化學物的毒性改變。n例如在低氣壓(如高原)條件，士的寧的毒性降低，但氨基丙苯毒性增強。4 季節(jié)或晝夜節(jié)律n一般動物（包括人）24小時內

13、的生理狀況不完全相同，存在生物節(jié)律。外源化學物的毒性可因每日給藥的時間或給藥的季節(jié)不同而有差異。不同種屬的晝夜、季節(jié)節(jié)律種屬試 劑給藥時間毒作用表現(xiàn)小鼠苯巴比妥2:00 Pm睡眠時間最長2:00 Am睡眠時間最短人水楊酸8:00 Am排出速度慢，體內停留時間長8:00 Pm排出速度快，體內停留時間短大鼠苯巴比妥鈉春 季睡眠時間最長秋 季睡眠時間最短5 動物籠養(yǎng)形式n動物籠的形式（柵欄或密閉，透明或不透明），每籠的動物數(shù)，墊料，光線等都會影響。6 毒物的聯(lián)合作用n外源化學物在機體內往往呈現(xiàn)十分復雜的交互作用，或彼此影響代謝動力學過程，或引起毒性效應變化，最終可以影響各自的毒性或綜合毒性。n聯(lián)合作

14、用：是指同時或先后接觸兩種或兩種以上的外源化學物對機體產生的毒作用。n6.1 非交互作用n6.1.1 相加作用n是指各種化學物在化學結構上如為同系物，或其毒作用的靶器官相同，則其對機體產生的總效應等于各個化學物單獨效應的總和。n如大部分刺激性氣體的刺激作用一般呈相加作用。n具有麻醉作用的化合物，一般也呈相加作用。n6.1.2 獨立作用n是指兩種或兩種以上的化學物作用于機體，由于其各自作用的受體、部位、靶細胞或靶器官等不同，所引發(fā)的生物效應也不相互干擾，從而其交互作用表現(xiàn)為化學物的各自的毒性效應。n當化學物的聯(lián)合作用表現(xiàn)為獨立作用時，如以LD50為觀察指標，則往往不易與相加作用區(qū)別，必須深入探討

15、才能確定其獨立作用。n酒精與氯乙烯的聯(lián)合作用，當大鼠接觸上述兩種化學物之后的一定時間，肝勻漿脂質過氧化增加，且呈明確的相加作用。n但在亞細胞水平研究，就顯現(xiàn)出酒精引起的是線粒體脂質過氧化，而氯乙烯引起的是微粒體脂質過氧化。n6.2 交互作用n6.2.1 協(xié)同作用n是指化學物對機體所產生的總毒性效應大于各個化學物單獨對機體的毒性效應總和，即毒性增強。n多個化學物之間發(fā)生協(xié)同作用的機理復雜而多樣。n可能與化學物之間影響吸收速率,促使吸收加快、排出延緩、干擾體內降解過程和在體內的代謝動力學過程的改變等有關。n如馬拉硫磷與苯硫磷的聯(lián)合作用為協(xié)同作用，其機理是由于苯硫磷抑制肝臟降解馬拉硫磷的酯酶之故。n

16、6.2.2 加強作用一種化學物對某器官或系統(tǒng)并無毒性，但與另一種化學物同時或先后暴露時使其毒性增強。如異丙醇本身并無肝臟毒性效應，但若同時給予四氯化碳，就會使四氯化碳的肝毒性大大增強。n6.2.3 拮抗作用是指化學物對機體所產生的總毒性效應?。ǖ停┯诟鱾€化學物單獨對機體的毒性效應總和?；瘜W物之間的拮抗作用，是許多解毒藥物的藥理基礎解毒藥物的藥理基礎。如治療有機磷農藥的阿托品。重金屬的絡合劑二巰丙醇。第三節(jié) 機體因素n主要包括物種間遺傳學差異、個體遺傳學差異、機體其他因素。1 種屬和個體差異n不同物種（species)、品系(strain)的動物由于其遺傳因素決定了對外源化學物代謝轉化方式和轉化

17、速率存在差異。1.1 解剖、生理的差異n不同物種、種屬、品系的動物的解剖、生理、遺傳學和代謝過程均有差異。例如，肝臟分葉，狗為7葉，兔5葉，大鼠6葉，小鼠4葉，且大鼠無膽囊；大鼠和小鼠全年可發(fā)情，狗只有在春秋兩季兩次發(fā)情；體細胞染色體的數(shù)目狗為78條，兔44條，大鼠42條，小鼠40條，人46條。各種動物的脈率隨體重增加而降低。n此外，各種動物的脈率隨體重的增加而降低，小鼠600次/分，大鼠352，豚鼠290，貓240，兔251，狗120，綿羊43，馬38。所以化學物從血漿中清除的半衰期小鼠較人短，相同劑量的化學物對人體的作用時間比小鼠長。這可以部分解釋人比小鼠對毒物更敏感。n2-乙酰氨基芴在大

18、鼠、小鼠和狗體內可進行N羥化，并與硫酸結合形成硫酸酯而呈現(xiàn)強致癌作用，而在豚鼠體內則不發(fā)生N羥化，故不致癌。n反應停對大小鼠劑量高達4000mg/kg也幾乎沒有致畸作用，而0.5-1.0mg/kg的劑量對人有致畸作用，對猴、兔等也只有某個品系才能引起畸胎。n農藥敵枯雙對大小鼠有強烈致畸作用，而對人是否可致畸尚未得到證明。n因此，在進行化合物毒性研究時，應多用幾種動物，一般至少用兩種以上，其中一一般至少用兩種以上，其中一種應為非嚙齒動物種應為非嚙齒動物。1.2 個體差異n同一物種同一品系的不同群體動物，在相同條件下，接觸相同外源化學物均存在不同的劑量-反應關系，說明實驗動物存在個體差異。n個體差

19、異：是指同一種屬（品系）之內， 不同個體對外源化學物的反應方面存在 的差異n高敏感性：是指對一般人不引起毒作用的劑量，對某些人卻發(fā)生極為嚴重的毒性反應。n修復功能的個體差異：機體所有大分子在其損傷后都會出現(xiàn)相應的修復系統(tǒng)，其作用為將受損傷部位除去，再將空出部分按原樣合成一個新的部分予以填補，使原有的結構和功能得以恢復。這些過程是由于不同功能的酶參與的。各種修復酶亦可能出現(xiàn)多態(tài)性，使修復功能出現(xiàn)明顯個體差異。1.3 代謝酶的多態(tài)性n占優(yōu)勢的代謝途徑不同，可導致毒性反應的不同。如小鼠每克肝臟的細胞色素氧化酶活性為141活性單位，大鼠為84，兔為22。苯胺在豬、狗體內轉化為毒性較強的鄰氨基苯酚，而在兔體內則生成毒性較低的對氨基苯酚；萘胺在人體內經N羥化可誘發(fā)膀胱癌，而豚鼠肝臟內不能將其N-羥化，因而不誘發(fā)腫瘤。n代謝酶還存在質的差異。如貓，缺乏催化酚葡萄糖醛酸結合的同功酶，因而貓對苯酚的毒性反應比其他能通過葡萄糖醛酸結合解毒的動物敏感。2 受體與毒作用的敏感性n蛋白質對于各種外源化學物包括毒物的辨認、結蛋白質對于各種外源化學物包括毒物的辨認、結合有高度的特異性與敏感性，結果會影響到外源合有高度的特異性與敏感性，結果會影響到外源化學物的生物活性?；瘜W物的生物活性。高等生物體內還有一類重要蛋白質就是受體蛋白，它是毒作用的靶分子，不同毒物作用于不同的受體上。