copy-2012.2.19毒理學-第一部分-毒理1

毒理學

1教學目的進入毒理學世界講授毒理學定義2第一章

緒論3第一節(jié)毒理學概述4

研究化學、物理和生物因素對機體的損害作用、機制、安全性評價和危險度管理的科學。1.毒理學(toxicology)定義一.毒理學研究內容52.毒理學分支領域

根據(jù)研究對象與學科領域的不同食品毒理學法醫(yī)毒理學臨床毒理學環(huán)境毒理學軍事衛(wèi)生毒理學工業(yè)毒理學昆蟲毒理學毒理學史毒理學6根據(jù)毒物性質不同金屬毒理學農(nóng)藥毒理學放射毒理學高分子化合物毒理學有機溶劑毒理學材料毒理學7按靶器官分類肝臟毒理學腎臟毒理學神經(jīng)與精神毒理學行為毒理學免疫毒理學83.研究領域

描述毒理學機制毒理學管理毒理學9描述性毒理學直接目標：毒性鑒定意義為安全性評價和危險度管理提供信息為機制毒理學提供基礎10機制毒理學研究重點：外界物質對生物體產(chǎn)生毒作用的細胞、生化、分子機制重要性：是毒理學研究領域的重點環(huán)節(jié)采用方法：生物化學、細胞生物學、分子生物學、基因組學、蛋白組學、代謝組學等“組學”方法11管理毒理學目的：根據(jù)前二者的結果，進行科學的決策，協(xié)助政府部門制定相關法規(guī)和管理措施，確?；瘜W物、藥品、食品等進入市場足夠的安全，達到保護人民身心健康，保護環(huán)境。上世紀五十年代美國食品藥品管理局（FoodandDrugAdministration，F(xiàn)DA）就實施了食品、藥品和化妝品中化學物的安全性評價和規(guī)范管理。124.最終的目的是是一門綜合性、邊緣性和運用性很強的學科。保護人類免遭各種有害因子的危害；保護環(huán)境；推動現(xiàn)代毒理學的發(fā)展；為人類在21世紀建立一個清潔、安全、舒適的生存環(huán)境。13二、毒理學研究方法（一）實驗研究實驗研究是毒理學研究的基本手段體內實驗（invivotest）和體外實驗（invitrotest）。（二）人群調查1．流行病學調查2.毒性臨床觀察3.志愿者試驗14第一節(jié)毒理學概述一.毒理學研究內容1.毒理學(toxicology)定義2.毒理學分支領域3.研究領域4.最終的目的是二、毒理學研究方法15

第二節(jié)毒理學簡史現(xiàn)代毒理學的整個發(fā)展過程即是人類起源和文明史的發(fā)展過程161.古人對毒物和中毒的認識

原始社會人們獲取食物的過程中，常誤食有毒的動植物而中毒，并因此而積累了大量的經(jīng)驗。古書籍淮南子的修務篇中記載神農(nóng)嘗百草之滋味，一日而遇七十毒。在中國，2500年前的孔子就曾對他的學生講授過著名的“五不食”原則：“魚餒而肉敗，不食。色惡，不食。臭惡，不食。失飪，不食。不時，不食”。這是文獻中有關飲食安全的最早記述。

17古人通過對動植物、礦物的外形，色彩、味道，辨別毒物與非毒物，周禮·天宮稱膽礬、丹砂、雄黃、石膽和磁石為五毒有關毒物的一些詞匯，在古人的實踐中，逐漸創(chuàng)造和衍生出來的。如英文toxic來自希臘文toxon,詞義是弓箭，并由此派生出toxicology宋代宋慈著洗冤集錄提到因服毒致死，較早的提出了如何進行毒物鑒定的方法，被認為是法醫(yī)學的鼻祖。182.近代毒理學的萌發(fā)2.1.萌芽始于16世紀，隨生產(chǎn)力的發(fā)展，逐漸擺脫只憑經(jīng)驗和直觀來觀察事物，轉而通過試驗觀察事物的規(guī)律性和本質。瑞士科學家paracelsus最早建立毒理學的試驗基礎，取得了前所未有的成就。他的名言19allsubstancesarepoisonsthereisnonewhichisnotapoison,Therightdosedifferentiatesapoisonandaremedy.所有的物質都是毒物，沒有一樣沒有毒，只有正確的劑量才能使藥物不成為毒物。他還提出了職業(yè)毒理學、法醫(yī)毒理學和環(huán)境毒理學的早期概念，為近代毒理學的起源奠定了基礎。202.2.發(fā)展

19世紀毒理學作為一門獨立的學科由西班牙的學者orfila(1787-1853)首先提出，他曾在法國用幾千條狗做試驗，反復觀察到有毒物質與生物體發(fā)生毒效應之間存在劑量－效應關系。213現(xiàn)代毒理學20世紀是毒理學大發(fā)展的時期。形成了當今邊緣性和運用性很強的學科。而且一些概念也發(fā)生了變化，如建立在新認識基礎上的新概念：hormosis效應學科交叉明顯新技術出現(xiàn)基因組學的發(fā)展引導現(xiàn)代毒理學進入新時代，一個個性化時代。22在Wiley（1844～1930）倡導下，美國于1906年通過了第一部《美國食品與藥品法》，1914年美國建立了工業(yè)衛(wèi)生部。1918年第一本工業(yè)衛(wèi)生雜志《JournalofIndustrialHygiene》創(chuàng)刊，化學品生產(chǎn)商也開始在企業(yè)內部建立毒理學實驗室。20世紀20年代，一些毒理學的研究領域初步形成，科學家和毒理學家注意到治療梅毒的砷化物的急性和慢性毒性，發(fā)現(xiàn)三鄰甲苯磷酸酯（TOCP）、甲醇和鉛具有神經(jīng)毒性，并開始早期的神經(jīng)毒理學研究，合成了六六六、己烯雌酚（DES）、乙烯酚和其他二苯乙烯類物質，并對激素的結構活性關系進行了研究和比較。2320世紀30年代，毒理學研究進一步深入，實驗毒理學雜志《ArchlevesofToxicology》于1930年創(chuàng)刊，同年美國成立了國立衛(wèi)生研究院（NIH）。1937年發(fā)生了磺胺導致病人急性腎衰和死亡的“磺胺事件”，促使Copeland議案于1938年通過，隨后通過了成立食品藥品管理局（FDA）的議案。20世紀40年代前后，隨著機制毒理學研究工作進展，人們對化學毒物中毒有了更多認識，研制出了更多解毒劑。例如采用二巰基丙醇治療砷中毒，用硝酸鹽和硫代硫酸鹽治療氰化物中毒，用解磷定治療有機磷農(nóng)藥中毒。有機磷膽堿酯酶抑制劑的發(fā)現(xiàn)是這一時期的另一重要事件。

241953年DNA雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)，更促使毒理學的發(fā)展。20世紀50年代，美國強化了管理毒理學職能，F(xiàn)DA的管理毒理學家Lehman（1900～1979）和他的同事于1955年出版了《食品、藥品和化妝品中化學物的安全性評價》，為毒理學研究和安全性評價提供了指南25中國現(xiàn)代毒理學50年代由于國家工業(yè)建設的需要，首先開展了工業(yè)毒理學研究，1957年國內舉辦了第一個毒理學習班，由前蘇聯(lián)專家介紹毒理學一般毒性及研究方法。1960年又舉辦了軍事毒理學習班，為中國毒理學的起步和發(fā)展培養(yǎng)了人才。其后毒理學的發(fā)展出現(xiàn)長時間的停滯。70年代后中國又陸續(xù)開展了環(huán)境毒理、食品毒理和放射毒理研究2670年代末部分醫(yī)學院校為預防醫(yī)學專業(yè)開設了衛(wèi)生毒理學課程80年代中華預防醫(yī)學會毒理學分會和中國環(huán)境誘變劑學會相繼成立，創(chuàng)刊《衛(wèi)生毒理學雜志》和《癌變·畸變·突變》1993年中國毒理學會（CST）成立，中國毒理學會現(xiàn)下設20個專業(yè)委員會，每四年召開代表大會。中國毒理學會與中國藥理學會聯(lián)合創(chuàng)辦了《中國藥理學與毒理學雜志》1987年人民衛(wèi)生出版社出版了《衛(wèi)生毒理學》全國高等院校匯編教材27毒理學臨床毒理學營養(yǎng)毒理學環(huán)境毒理學職業(yè)毒理學醫(yī)藥學診斷化學病理學營養(yǎng)學食品學分析化學環(huán)境科學生態(tài)學環(huán)境化學生理學病理學生物化學免疫學遺傳學其它職業(yè)醫(yī)學28人類基因組計劃（1990-）HumanGenomeProject

29第三節(jié)毒理學展望一、從高度綜合到高度分化毒理學的研究領域始終處于發(fā)展和變化中，可以從多個角度對毒理學研究領域進行分類，但目前尚無標準規(guī)范的分類方法可以涵蓋所有的毒理學研究領域。30二、從整體動物實驗到替代實驗整體動物實驗模型和細胞模型在傳統(tǒng)毒理學研究被廣泛采用一些毒理學試驗如采用嚙齒類動物，對人力、物力和財力的消耗都很大，面臨著動物保護主義和公眾輿論的壓力。替代法（alternatives），又稱“3R”法

31三、從毒性定量描述到毒理作用機制探討四、從構效關系到毒性預測構效關系（structureactivityrelationship，SAR）指化學結構與其生物學活性之間的關系。利用化學物結構特有的理化性質與其生物學活性的關系可以推測化學物毒性及致癌性。

32五、從危險度評定到危險度管理危險度評定和危險度管理是管理毒理學的重要內容。毒理學正是通過危險度評定和危險度管理體現(xiàn)學科應用性并在政府行政管理，法律法規(guī)制訂，安全性評價和技術咨詢過程中發(fā)揮作用。六、從現(xiàn)代毒理學到系統(tǒng)毒理學系統(tǒng)毒理學是系統(tǒng)生物學與現(xiàn)代毒理學的交叉融合，是系統(tǒng)生物學在毒理學領域的應用，其使命是以系統(tǒng)和整合的方法研究外源化學物及外源有害因子對生物系統(tǒng)的作用、毒性及其毒作用機制。33第二節(jié)毒理學簡史第三節(jié)毒理學展望34第二章毒理學基本概念35第一節(jié)毒物、毒性、毒效應一、毒性二、毒效應三、毒物四、生物學標志五、毒物興奮效應

36一、毒性（toxicity）（一）概念根據(jù)毒物暴露持續(xù)的時間和病變發(fā)生的快慢，中毒可分為急性中毒和慢性中毒等。（二）選擇性毒性指在一定的條件下，一種外源化學物只對某種生物有損害作用，而對其他種類的生物沒有損害，或只對某種生物體內某些組織器官產(chǎn)生毒性。37砷可致人類皮膚、肺、腸道、肝有致癌作用，但在試驗動物中至今也還沒有復制出腫瘤。鎮(zhèn)靜藥反應停對人和猴等靈長類動物有致畸作用，但對大鼠、小鼠和家兔無此作用。CO作用的靶器官是神經(jīng)系統(tǒng)，卻儲存在血紅蛋白中3839（三）毒性分級二、毒效應（一）概念化學物對機體產(chǎn)生的有害作用稱為毒效應（toxiceffect），也常稱為毒性作用或毒作用。40（二）毒效應譜毒效應譜（spectrumoftoxiceffects）是由外源化學物作用于生物體，隨劑量的增加所表現(xiàn)出來的一系列不同的生物學效應構成。①外源化學物的機體負荷增加②意義不明的生理和生化改變③亞臨床改變④臨床中毒⑤死亡41（三）毒效應分類1．速發(fā)或遲發(fā)性毒作用2．局部或全身毒作用3．可逆或不可逆作用4．超敏反應5．特異質反應（四）損害作用與非損害作用損害作用（adverseeffect），是指影響機體行為的生物化學改變、功能紊亂或病理損害，或者對外加環(huán)境應激反應能力的降低。非損害作用（non-adverseeffect），是指機體發(fā)生的生物學變化應在機體適應代償能力范圍之內，機體對其它外界不利因素影響的易感性也不應增高。42三、毒物（一）概念亞硝酸鹽（nitrate）對正常人是毒性物質，但對氰化物中毒者則是有效的解毒劑。人體對硒（Se）的每日安全攝入量為50～200μg，如低于50μg則會導致心肌炎，克山病等疾病，并誘發(fā)免疫功能低下和老年性白內障的發(fā)生；如攝入量在200～1000μg之間則會導致中毒，如每日攝入量超過1mg則可導致死亡。43毒物分類工業(yè)毒物環(huán)境污染物農(nóng)用化學物嗜好品生物毒素藥物軍事毒物食品中的有毒成分44食品中外源化學物的來源食品中外源化學物根據(jù)其來源分為四大類：A.天然物；B.衍生物；C.污染物；D.添加劑45A、天然物（一）植物性有害物質①功能團，如植物酚類；②生理作用物質，如膽堿酯酶抑制劑或活化劑；③產(chǎn)生毒素的，如生氰甙；④致癌物，如蘇鐵素；⑤抗營養(yǎng)物，如黃豆中的外源凝集素（lectins）。（二）動物性有害物質①本身無毒的；②有的時候有毒的（條件性有毒）③本身有毒的，如河豚魚46毒肽（肝臟毒性，毒性強，作用緩慢）毒傘肽（肝腎毒性，作用強）毒蠅堿（作用類似于乙酰膽堿）光蓋傘素（引起幻覺和精神癥狀）鹿花毒素（導致紅細胞破壞）47B、衍生毒物（derivedtoxicants）衍生毒物是食品在制造、加工（包括烹調）或貯放過程中化學反應或酶反應形成的（或潛在）有毒物質。有毒物質可由食品的任何內在成分與外源成分（如污染物與添加劑）相互作用形成，或這些物質與外界物質（如氧）相互作用形成。由熱、光、酶或其他物質引起食物化學降解也會產(chǎn)生有毒物質。48常見的光敏物質有：灰菜、芥菜、無花果；化妝品，如香料（檸檬油、檀香油等），不純凈的凡士林等；染料，如雷夫諾爾、美藍、伊紅等；藥品，如磺胺，外用止癢藥等；工業(yè)品，如瀝青；遮光劑，如對氨基苯甲酸及其脂類化合物；熒光增白劑。

49C、污染物—生物學污染物

和化學污染物長江每年接納200億噸廢水，流域內每年施用20萬噸農(nóng)藥，這些污染物后來都回到該流域所生產(chǎn)的食品原料中。1986年白俄羅斯切爾諾貝利核電站事故，造成大半個歐洲環(huán)境和食品受污染。50土壤和水中的有毒物——被植物、禽畜和水生動物吸收、積累。如硝酸鹽、汞、砷以及硒。受污染的飼料喂禽畜后，可使其肉、蛋、奶含有污染物，這些都屬于間接污染。生長中的農(nóng)作物或收獲后貯放的農(nóng)產(chǎn)品受微生物侵襲，在適宜條件下可產(chǎn)生致病內毒素或外毒素。如黃曲霉毒素51現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的農(nóng)藥、生長刺激素等飼料添加劑和抗生素殘留。食品貯存和包裝用的容器和包裝材料中化學物質（如塑料增塑劑和印刷油墨中的苯）。食品加工、烹調用的炊具、器皿、用具（瓷器碗碟上的彩釉含的鉛）52D、添加劑食品添加劑最初是為防腐和改善食品品質（色、香、味、口感）而加入食品的，后來擴大到食品加工工藝過程本身需要而加入的物質。達數(shù)千個：有天然成分的，也有人工合成的。53常用的添加劑包括：

●為改善品質而加入的色素、香料、漂白劑、增味劑、甜味劑、疏松劑等

●為防止食品腐敗變質而加入的抗氧化劑和防腐劑

●為便于加工而加入的穩(wěn)定劑、乳化劑、消泡劑等

●為增加食品營養(yǎng)價值而加入的維生素、氨基酸、礦物質等營養(yǎng)強化劑54衛(wèi)生部等要求對餐館火鍋添加罌粟殼進行重罰近日，國家工商總局、衛(wèi)生部、國家質檢總局、國家食品藥品監(jiān)管局四部門針對問題火鍋底料等發(fā)出緊急通知，將對在食品調味料中添加罌粟殼、罌粟粉、工業(yè)石蠟等其他非食用物質，以及超范圍、超量使用食品添加劑的違法行為，涉嫌造假、超范圍使用食品添加劑的企業(yè)，從嚴從重從快處罰.

55四、生物學標志biomarker能反映已被機體吸收的外源化學物或其生物學后果的各類測定指標，可分為：（一）暴露生物學標志（biomarkerofexposure）

56（二）效應生物學標志（biomarkerofeffect）指機體中可測出的生化、生理、行為或其他改變，且能提示與不同靶劑量外源化學物或其代謝物有關聯(lián)的健康有害效應的信息的指標，包括反映早期生物效應（earlybilologicaleffect）、結構和/或功能改變（alteredstructure/functon）及疾病三類標志。

57（三）易感性生物學標志（biomarkerofsusceptibility）指能反映機體先天具有或后天獲得的對暴露外源性物質產(chǎn)生反應的能力的指標。如環(huán)境化學物暴露者體內代謝酶及靶分子的基因多態(tài)性（屬遺傳易感性生物學標志）測定。58五、毒物興奮效應U型曲線通常被稱為毒物興奮性劑量-反應關系曲線，即在低劑量條件下表現(xiàn)為適當?shù)拇碳ぃㄅd奮）反應，而在高劑量條件下表現(xiàn)為抑制作用。59第一節(jié)毒物、毒性、毒效應一、毒性二、毒效應三、毒物四、生物學標志五、毒物興奮效應60第二節(jié)劑量、反應（效應）和劑量-反應（效應）關系一、劑量二、效應和反應

三、劑量-反應（效應）關系曲線61一、劑量劑量（dose）是決定外源化學物對機體損害作用的重要因素。（一）外劑量外劑量（externaldose）：又稱接觸或暴露劑量（exposuredose），指與機體實際接觸的量或環(huán)境中機體接觸毒物的總量。（二）內劑量內劑量（internaldose）：又稱吸收劑量（absorbeddose），是指已被機體吸收進入體內的量。62二、效應和反應（一）效應effect又稱量反應（gradualresponse），表示暴露一定劑量外源化學物后所引起的一個生物個體、器官或組織的生物學改變。此種變化的程度用計量單位來表示。如某種有機磷化合物可使血液中膽堿酯酶的活力降低，四氯化碳能引起血清中谷丙轉氨酶的活力增高，苯可使血液中白細胞計數(shù)減少等。63（二）反應反應（response）又稱質反應（quantalresponse），指在暴露某一化學物的群體中，出現(xiàn)某種效應的個體在群體中所占比率一般以百分率或比值表示，如死亡率、腫瘤發(fā)生率等。其觀察結果只能以“有”或“無”、“異?！被颉罢！钡扔嫈?shù)資料來表示。6465三、劑量-反應關系劑量-量反應關系,是指不同劑量的毒物與其在個體或群體中所引起的量效應強度之間的關系。如CO濃度的增加導致RBC中CO-Hb含量隨之增加，體現(xiàn)了劑量與效應之間的正相關。劑量-質反應關系,是指不同劑量的毒物與其引起的質效應發(fā)生率之間的關系或產(chǎn)生效應的個體數(shù)在某一群體中所占的比例。如在苯的急性吸入毒性實驗中，試驗組大鼠死亡率也相應增加，體現(xiàn)了劑量與反應之間的關系。66四、劑量-反應(效應）關系曲線劑量-反應關系是毒理學的重要概念，如果某種毒物引起機體出現(xiàn)某種損害作用，一般就存在明確的劑量反應關系（過敏反應例外）。劑量反應關系曲線，即以表示反應的百分率或比值為縱坐標，以劑量為橫坐標，繪制散點圖所得的曲線。不同毒物在不同條件下引起的反應類型是不同的，這主要是劑量與反應的相關關系不一致，因此，在用曲線進行描述時可呈現(xiàn)不同類型的曲線6768

反應強度與劑量呈直線關系，即隨著劑量的增加，反應的強度也隨著增強，并成正比例關系。在生物體內，此種關系較少出現(xiàn)，僅在某些體外實驗中，在一定的劑量范圍內存在4.1直線型694.2拋物線型劑量與反應呈非線性關系，即隨著劑量的增加，反應的強度也增高，且最初增高急速，隨后變得緩慢，以致曲線先陡峭后平緩，而成拋物線形。如將此劑量換算成對數(shù)值則成一直線。將劑量與反應關系曲線換算成直線，可便于在低劑量與高劑量之間進行互相推算704.3S形曲線

此曲線較為常見。它的特點是在低劑量范圍內，隨著劑量增加，反應強度增高較為緩慢，劑量較高時，反應強度也隨之急速增加，但當劑量繼續(xù)增加時，反應強度增高又趨于緩慢，成為“S”形狀。S形曲線可分為對稱和非對稱兩種。

71第二節(jié)劑量、反應（效應）和劑量-反應（效應）關系一、劑量二、效應和反應

三、劑量-反應（效應）關系曲線7273第三節(jié)表示毒性常用指標74一、毒性大小描述參數(shù)（一）毒性上限參數(shù)1.1半數(shù)致死量(medianlethaldose，LD50)

較為簡單的定義：引起一群受試對象50%個體死亡所需的劑量。單位為mg/kg體重LD50的數(shù)值與毒物的毒性高低。75與LD50概念相同的劑量單位還有LC50等半數(shù)致死濃度（medianlethalconcentration，LC50）：LC50：能引起一群受試對象50%個體死亡所需的濃度。適用于：受試物在液體中時，以LC50表示。單位：mg/L。LC50也用于表示空氣中化學物的濃度，以mg/m3為表示單位。76LD50在毒理中是最常用于表示化學物毒性分級的指標。因為劑量—反應關系的“S”型曲線在中段趨于直線，直線中點為50%，故LD50值最具有代表性。LD50值是固定的嗎？可受許多因素的影響，如動物種屬和品系、性別、接觸途徑等，因此，表示LD50時，應注明動物種系和接觸途徑。雌雄動物應分別計算，并應有95%可信限。77781.2絕對致死劑量（absolutelethaldose，LD100）：指某實驗總體中引起一組受試動物全部死亡的最低劑量。實驗總體中一組受試動物的數(shù)量視不同實驗設計而定，少則10個，多則50～100個以上。791.3最小致死劑量（minimallethaldose，MLD或MLC或LD01）：指某實驗總體的一組受試動物中僅引起個別動物死亡的劑量，其低一檔的劑量即不再引起動物死亡。1.4最大耐受劑量（maximaltolerancedose，MTD或LD0或LC0）：指某實驗總體的一組受試動物中不引起動物死亡的最大劑量。80（二）毒性下限參數(shù)1．觀察到最小有害作用劑量（lowestobservedadverseeffectlevel，LOAEL）：是指在規(guī)定的暴露條件下，化學物引起機體（人或實驗動物）某種有害作用的最低劑量或濃度。812．未觀察到有害作用劑量（noobservedadverseeffectlevel，NOAEL）：是指在規(guī)定的暴露條件下，外源化學物不引起機體（人或實驗動物）可檢測到的有害作用的最高劑量或濃度。在具體的實驗研究中，比NOAEL高一個劑量組的實驗劑量就是LOAEL。

823．閾劑量：閾劑量（thresholddose）是指外源化學物引起生物體某種非致死性有害作用的最小劑量或濃度。可以從急性、亞慢性、慢性毒理學試驗獲得急性閾劑量、亞慢性閾劑量、慢性閾劑量。該概念只有理論上的意義：有限的動物分組、有限的檢測水平以及實驗方法的局限性等，得到閾劑量幾乎不可能毒理學試驗獲得的類似參數(shù)：觀察到損害作用的最低劑量（lowestobservedadverseeffectlevel,LOAEL)8384試驗結果綜合評價劑量AST肝病理尿RBC腎病理200mg/kg++++++60mg/kg－+－－30mg/kg－－－－靶器官肝腎LOAEL60mg/kg200mg/kgNOAEL30mg/kg60mg/kg總結：NOAEL30mg/kg；LOAEL60mg/kg85二、毒性特征描述參數(shù)（一）毒作用帶毒作用帶（toxiceffectzone）是表示化學物質毒作用特點的參數(shù)，分為：急性毒作用帶（acutetoxiceffectzone，Zac）為半數(shù)致死劑量與急性閾劑量的比值，表示為：Zac=LD50/Limac。Zac值小，說明化學物質從產(chǎn)生輕微損害到導致急性死亡的劑量范圍窄，引起死