食品毒理學-01毒理學基本概念

1、第一篇,第二篇,食品毒理學,三.教學重點與教材編排,第三章,第二章,第一章,我國食品安全性毒理學評價程序和方法,毒理學的基本概念,外源化學物在體內(nèi)的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)運,基礎毒理學 第一篇,第一章 毒理學的基本概念,2008年9月11日，甘肅等地報告多例嬰幼兒泌尿系統(tǒng)結石病例，調(diào)查發(fā)現(xiàn)患兒多有食用三鹿牌嬰幼兒配方奶粉的歷史。經(jīng)相關部門查實，石家莊三鹿集團股份有限公司生產(chǎn)的三鹿牌嬰幼兒配方奶粉受到三聚氰胺污染，而三聚氰胺可導致人體泌尿系統(tǒng)產(chǎn)生結石。,案例分析：,p33-2,國家質(zhì)檢總局隨即對全國嬰幼兒奶粉的三聚氰胺含量進行專項抽檢，結果顯示，在三鹿、伊利、蒙牛、雅士利等22個廠家69批次產(chǎn)品中檢出三聚氰胺

2、，其中三鹿奶粉含量最高。其中，在有問題的知名品牌的嬰幼兒奶粉中，檢驗批次數(shù)、檢出含三聚氰胺的批次數(shù)、檢出的最高三聚氰胺含量分別如下：,問題1 ：,已知三聚氰胺的半數(shù)致死量（LD50）為4,550mg/kg（小鼠，口服）或3,000mg/kg（大鼠，口服）。請問三聚氰胺屬哪級毒性物質(zhì)？,毒性分級小，就意味該物質(zhì)可任意劑量地添加或服用？,問題2：,請從“毒物”概念的角度分析，為什么含有三聚氰胺的奶粉品牌、批次這么多，卻只有三鹿牌嬰幼兒奶粉容易導致嬰兒產(chǎn)生腎結石，而長期服用伊利、聰而壯奶粉的嬰兒卻沒有一例發(fā)??？請再舉一例相似的例子進行解釋。,問題3：,用對三聚氰胺毒性最敏感的大鼠做慢性實驗，得到的最

3、大無作用劑量（NOAEL）為63mg/kg bw/day（13周，大鼠，經(jīng)口胃飼）。 如果安全系數(shù)取200，那么嬰兒的三聚氰胺每日允許攝入量（ADI）為多少（小數(shù)點后取兩位）？,問題4：,如果體重7.0公斤的嬰兒每天最多攝入奶粉150克，而且除了水（假定不含三聚氰胺）以外，奶粉就是他（她）的唯一食物來源。那么，針對該消費群體的嬰兒奶粉中最多容許存在多高濃度的三聚氰胺（小數(shù)點后取兩位）？ 我國和美國的標準都是嬰幼兒配方乳粉中三聚氰胺的限量值為1毫克/千克。符合該標準的嬰兒奶粉能否保證嬰兒不受三聚氰胺的損害？,第一章 毒理學的基本概念,第一節(jié) 毒物、毒性和毒作用,一.毒物 1.定義：,2.毒物與非

4、毒物之間沒有絕對界限,（1）劑量 “劑量決定毒物”,16 世紀 瑞士 Paracelsus The dose makes the poison.,“所有物質(zhì)都是毒物，沒有不是毒物的物質(zhì)，只是劑量決定了它是藥物還是毒物?！? 維生素A,美國醫(yī)藥研究中心指出：男性每天需要的維生素A為900毫克，女性為700毫克；一天的攝取量，絕對不可超過3000毫克，因為如此高的維生素A劑量，可能導致嚴重的肝病，也會使孕婦生下有先天缺陷的嬰兒。 10 000個國際單位，其實就等于3000毫克。, 硒,每日攝入量：,導致心肌炎、克山病、免疫功能低下、老年性白內(nèi)障,安全攝入量,中毒,死亡,16 世紀 瑞士 Parac

5、elsus The dose makes the poison.,服藥：遵醫(yī)囑，不要隨意加大劑量。,p1,吸氧過度：,新生兒失明,眼部疾?。?吸氧過度：停氧后，視網(wǎng)膜血管過度增生：（1）影響玻璃體的透明度；（2）牽扯視網(wǎng)膜，引起視網(wǎng)膜脫落。,2.毒物與非毒物之間沒有絕對界限,（1）劑量 “劑量決定毒物” （2）接觸途徑,口服：每日0.0002g以下無毒,2.毒物與非毒物之間沒有絕對界限,（1）劑量 “劑量決定毒物”,（2）接觸途徑,（二）毒物的分類：,1.按毒性作用分類 2.按毒物的化學性質(zhì)分類 3.按毒物的用途和分布范圍分類,分類：自學,2.毒性大?。阂饳C體產(chǎn)生某種有害反應的劑量是衡量毒物

6、毒性大小的指標。,二.毒性及其分級,1.毒性：指外源化學物與機體接觸或進入體內(nèi)的易感部位后，引起損害作用的相對能力。,表1-1：我國化學物質(zhì)的急性毒性分級,米飯等,食鹽、酒精等,咖啡因等,KCN等,肉毒毒素等,引起機體產(chǎn)生某種有害反應的劑量是衡量毒物毒性大小的指標,p16,3.影響毒物毒性的因素：,3.影響毒物毒性的因素：,（1）毒物本身的因素,（2）接觸方式,（3）機體本身的因素：選擇毒性,p14,定義：某外源化學物只對某一種生物或只對生物體內(nèi)的某一組織器官產(chǎn)生毒性，而對其它種類的生物或生物體內(nèi)的其它組織器官沒有毒性作用。這種現(xiàn)象稱為該外源化學物的選擇毒性。,（3）選擇毒性,受到損害的生物或

7、組織器官稱為靶生物或靶器官。,p15,選擇毒性的原因,（i）物種和細胞學差異：細菌有細胞壁 （ii）蓄積能力的差異：放射性碘治療甲亢 （iii）生化反應不同：,例1：磺胺藥抑制葉酸合成抑制細菌生長： 細菌只能利用自身合成的葉酸；人只能利用食物來源的葉酸。,例2：小鼠能分解黃曲霉毒素B1，大鼠不能,（iV ）對某些損傷的修復能力不同,選擇毒性的應用,（i）在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生等領域有重要的理論意義和廣泛的應用價值。 （ii）對實驗動物的毒性實驗結果外推到人類的過程需謹慎。,p15,三.毒性作用及分類,1.速發(fā)或遲法發(fā)性作用 2.局部或全身作用 3.可逆或不可逆作用 4.對形態(tài)或功能的影響 5

8、.過敏性反應 6.特異體質(zhì)反應（如不能喝酒的人）,1.速發(fā)或遲發(fā)性作用：,(1)速發(fā)性毒作用(immediate effect)： 是指某些外源化學物在一次接觸后的短時間內(nèi)所引起的即刻毒性作用。 (2)遲發(fā)性毒作用(delayed effect)：是指在一次或多次接觸某種外源化學物后，經(jīng)一定時間間隔才出現(xiàn)的毒性作用。,2.局部與全身作用：,（1）局部毒性作用(local effect)：是指某些外源化學物在機體接觸部位直接造成的損害作用。 （2）全身毒性作用(systemic effect)：是指外源化學物被機體吸收并分布至靶器官或全身后所產(chǎn)生的損害作用。,3.可逆與不可逆作用：,(1)可逆作

9、用(reversible effect)：是指停止接觸外源化學物后可逐漸消失的毒性作用。 (2)不可逆作用(irreversible effect)：是指在停止接觸外源化學物后其毒性作用繼續(xù)存在，甚至對機體造成的損害作用可進一步發(fā)展。,4.對形態(tài)或功能的影響,指機體組織形態(tài)發(fā)生的肉眼或鏡下可見的病理變化。 如： （1）肝細胞顆粒性變性或水泡變性 （2）小腸粘膜上皮細胞腫脹、變性、脫落,正常肝的切片：,肝細胞脂肪變（石蠟切片HE染色）:肝細胞內(nèi)脂滴呈大小不等的圓形空泡狀，部分肝細胞酷似脂肪細胞，胞核被擠壓、靠邊,（5）過敏性反應：,過敏反應(hypersensitivity)：也稱變態(tài)反應(a1

10、1ergic reaction)，是機體對外源化學物產(chǎn)生的一種病理性免疫反應。 （6）特異體質(zhì)反應： 特異體質(zhì)反應(idiosyncratic reaction)： 通常是指機體對外源化學物的一種遺傳性異常反應。,產(chǎn)生抗體,不產(chǎn)生抗體,四.損害作用與非損害作用,1.損害作用(adverse effect)的特點： （1）機體的正常形態(tài)學、生理學、生長發(fā)育過程受到影響，壽命可能縮短。 （2）機體功能容量降低。 （3）機體對外加應激的代償能力降低。 （4）機體對其他某些環(huán)境因素不利影響的易感性增高。,2.非損害作用(non-adverse effect)的特點：,（1）不引起機體機能形態(tài)、生長發(fā)育

11、和壽命的改變； （2）不引起機體功能容量的降低； （3）不引起機體對額外應激狀態(tài)代償能力的損傷。 （4）機體發(fā)生的一切生物學變化應在機體代償能力范圍之內(nèi)，當機體停止接觸該種外源化學物后，機體維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的能力不應有所降低，機體對其他外界不利因素影響的易感性也不應增高。,非損害作用可逆損害作用,四.損害作用與非損害作用,非損害作用與損害作用具有一定的相對意義。 隨著生命科學的進展，將不斷出現(xiàn)新的概念和方法，有可能過去認為是非損害作用的生物學作用，會重新判斷為損害作用。,因此，應充分地認識到對損害作用與非損害作用判斷的相對性和發(fā)展性。,五.毒效應譜,1.定義：機體接觸外源化學物后，取決于外源化學物

12、的性質(zhì)和劑量，可引起多種性質(zhì)與強度不同的變化，這些變化組成外源化學物的毒效應譜。 2.衡量外源化學物毒性大小的標準：死亡,六.靶器官,1.定義：外源化學物直接發(fā)揮毒作用的器官或組織。 靶器官 效應器官 如：有機磷農(nóng)藥可引起肌肉強直收縮，靶器官是神經(jīng)系統(tǒng)，效應器官是肌肉。,附：神經(jīng)沖動的傳遞,突觸的結構：,突觸傳遞的過程,遞質(zhì)分子：乙酰膽堿,乙酰膽堿沒有被酶解，可引起肌肉的持續(xù)收縮。,六.靶器官,1.定義：外源化學物直接發(fā)揮毒作用的器官或組織。 靶器官 效應器官 如：有機磷農(nóng)藥可引起肌肉強直收縮，靶器官是神經(jīng)系統(tǒng)，效應器官是肌肉。 （抑制神經(jīng)遞質(zhì)的分解）,七.生物學標志,1.定義：外源化學物通過

13、生物學屏障進入組織或體液后，對該外源化學物或其生物學后果的測定指標。,2.分類 暴露生物學標志 效應生物學標志 易感性生物學標志,2.分類,暴露生物學標志：表示外源化學物進入機體后，實際起作用的濃度。,如：頭發(fā)中的鉛含量，呼氣中的酒精含量,效應生物學標志：表示某種損傷的程度。,易感性生物學標志：表示個體對某外源化學物的生物易感性。,如：酶含量的變化、組織結構的改變等,如：乙醛氧化酶,七.生物學標志,接觸標志,效應標志,暴露,吸收劑量,靶劑量,生物學效應,健康效應,易感性標志,圖1-3 從暴露到健康效應的模式圖和與生物學標志的關系,p21,第二節(jié) 劑量、劑量-效應關系 和劑量-反應關系,一.劑量

14、 1.定義：劑量是給予機體或機體接觸的毒物的數(shù)量。 是決定外源化學物對機體造成損害作用的最主要因素。,通常用接觸劑量表示,2.單位：,如：給200g的大鼠腹腔注射1mg內(nèi)毒素 所給內(nèi)毒素的劑量為1mg/200g大鼠,即“5mg/kg體重（大鼠，腹腔注射）”,1.量反應：指外源化學物與機體接觸后引起的生物學改變，可用某種數(shù)值表示。,二.量反應與質(zhì)反應,如：血漿ALT（谷丙轉(zhuǎn)氨酶）的活性反應肝損傷的程度。,二.量反應與質(zhì)反應,2.質(zhì)反應：指外源化學物與機體接觸后引起的生物學改變，只能用“有或無”、“陰性或陽性”表示。,表示在群體中引起某種毒效應的發(fā)生比例。,如：昆明的兒童鉛中毒百分比已經(jīng)從2003

15、年的50%下降到近幾年的30%。,三、劑量-反應關系,使動物機體一次或24h內(nèi)多次接觸受試物后，觀察在短期內(nèi)（7d14d）引起的毒性效應或反應。,第三節(jié) 表示毒性的常用指標,一.致死劑量 （1）定義：指在急性毒性試驗中外源化學物引起受試實驗動物死亡的劑量或濃度。,X=392天1年,P74,一.致死劑量,1.絕對致死量（LD100）：,（1）定義：指能引起一群個體全部死亡的最低劑量。 （2）“一群”：通常指所試驗的一群動物。,1.絕對致死量（LD100）：,不能作為評價毒物毒性大小的參數(shù),2.半數(shù)致死量（LD50）,（1）定義：指能引起一群個體的50死亡所需的劑量。也稱致死中量。用LD50表示。

16、 （2）單位：mg/kg體重 如：滴滴涕（DDT）的LD50為300 mg/kg體重（大鼠，經(jīng)口）。,測定某外源化學物對大鼠的LD50,1. 3個組，每組10只大鼠,（1）10 mg/kg （2）100mg/kg （3）1000mg/Kg,測定某外源化學物對大鼠的LD50,2. 5個組，每組10只大鼠,（1）100 mg/kg （2）200mg/kg （3）400mg/Kg （4）800mg/kg （5）1600mg/Kg,測定某外源化學物對大鼠的LD50,2. 5個組，每組10只大鼠,（1）100 mg/kg （2）200mg/kg （3）400mg/Kg （4）800mg/kg （5）16

17、00mg/Kg,LD50的計算：,2.3,2.6,2.9,3.2,LD50=400mg/kg S（標準差）,受所選試驗動物的耐受性高低的影響不大,P75 圖3-3,（3）LD50的優(yōu)缺點,優(yōu)點：LD50受所選試驗動物的耐受性高低的影響不大。,缺點：LD50等急性毒性指標并不能反映出毒物對人類潛在的危害，許多物質(zhì)的長期或慢性毒性很嚴重，但LD50卻反映不出。,P76-4,（4）表示LD50：,必須注明試驗動物的種類、接觸途徑；,如果其毒性存在性別差異，還應注明試驗動物的性別。 如：2-甲基-1-丙醇的LD50為2650mg/kg體重（雄性大鼠，經(jīng)口），3100 mg/kg體重（雌性大鼠，經(jīng)口）。

18、,比較不同外源化學物的急性毒性：LD50,已知三聚氰胺的半數(shù)致死量（LD50）為4,550mg/kg（小鼠，口服）或3,000mg/kg（大鼠，口服）。請問三聚氰胺屬哪級毒性物質(zhì)？,（4）表示LD50：,注明95的可信區(qū)間。 如：西維因的LD50為363mg/kg體重（小鼠，經(jīng)口），其95的可信區(qū)間為294432mg/kg體重。,2.半數(shù)致死量（LD50）,（4）半數(shù)致死濃度（LC50）： 空氣中外源化學物的濃度：mg/m3 水中外源化學物的濃度：mg/L,劑量（C1）=濃度（c）機體在此種環(huán)境中呼吸持續(xù)的時間（t）,3.最小致死量（LD01或LDmin）：,（1）定義：在一群個體中，僅引起個

19、別發(fā)生死亡的最低劑量。,低于此劑量即不引起死亡。,4.最大耐受量（LD0或MTD）：,（1）定義：在一群個體中，不引起死亡的最高劑量。,動物可出現(xiàn)嚴重的毒性作用，但不發(fā)生死亡。,一.致死劑量,1.絕對致死量（LD100） 2.半數(shù)致死量（LD50） 3.最小致死量（LD01或LDmin） 4.最大耐受量（LD0或MTD）,總結：四種致死劑量中，LD50最常用。,用LD50表示某外源化學物的急性毒性的大小或比較不同外源化學物的毒性。,二.閾劑量,1.閾劑量 （threshold dose） ：也稱為最小有作用劑量（minimal effect level,MEL）。,理論值,實驗測得的值,用最靈

20、敏的指標,目的：研究對人的可能毒性。用LD50最小的動物。,2.分類：,（1）急性閾劑量（ acute threshold dose, Limac）：為與某化學物質(zhì)一次接觸所得。,（2）慢性閾劑量（chronic threshold dose, Limch）：則為長期反復多次物質(zhì)與某化學接觸所得。,慢性閾劑量：,慢性閾劑量（chronic threshold dose，Limch） 最低有害作用水平(lowest observed adverse effect level，LOAEL) 最小作用劑量（minimal effect dose，MED） 最小有作用劑量（minimal effect

21、 level，MEL）,當實驗為慢性實驗時，以下值即等同于,大鼠亞慢性、慢性毒性實驗：,亞慢性、慢性實驗中，閾劑量可表達為“最低有害作用水平”（LOAEL ） 。,三.最大無作用劑量,1.最大無作用劑量（maximal no-effect level, MNEL）：指化學物質(zhì)在一定時間內(nèi)，按一定方式或途徑與機體接觸，用最現(xiàn)代的檢測方法和最靈敏的觀察指標，不能發(fā)現(xiàn)對機體造成的任何損害作用或使機體出現(xiàn)異常反應的最高劑量。,實驗值,理論值,最大無作用劑量,最大無作用劑量（maximal no-effect level, MNEL） 未觀察到損害作用劑量(no observed adverse eff

22、ect level，NOAEL) 無明顯有害作用水平(no observed adverse effect level，NOAEL) 無明顯作用水平(no observed effect level，NOEL),制訂“安全限值”的依據(jù),當實驗為慢性實驗時，以下值即等同于,測定某外源化學物對大鼠的最大無作用劑量（MNEL）：,滴滴涕（DDT）的LD50為300 mg/kg體重（大鼠，經(jīng)口）,（1）30 mg/kg （2）3mg/kg （3）0.3 mg/Kg （4）0 mg/kg,最大無作用劑量,最小有作用劑量,三.最大無作用劑量,2. 最大無作用劑量與最小有作用劑量：,（1）理論上：二者無限接

23、近 （2）實際上：二者之間存在一定的劑量差距,受對損害作用的觀察指標和檢測方法靈敏度的限制。,三.最大無作用劑量,3.根據(jù)慢性、亞慢性毒性試驗的結果來確定。, 作為制定某種外源化學物的每日允許攝入量（ADI）、最高允許濃度（MAC）的依據(jù)。,四.毒作用帶,綜合評價外源化合物危險性。,1.急性毒作用帶（acute toxic effect zone,Zac）,（1）急性毒作用帶：急性毒性上限與毒性下限的比值，即指引起半數(shù)以上動物死亡的劑量與最小有作用劑量之間的范圍。,Zac= LD50/Limac,（1）急性毒作用帶： Zac= LD50/Limac,（2）Zac值小，說明化學物質(zhì)從產(chǎn)生輕微損害

24、到導致急性死亡的劑量范圍窄，引起死亡的危險性大；反之，則說明引起死亡的危險性小。,2.慢性毒作用帶（chronic toxic effect zone,Zch）,（1）為急性閾劑量與慢性閾劑量的比值，表示為： Zch= Limac /Limch,Zch大，慢性中毒的可能性大,Zch小，急性中毒的可能性大,鉛中毒：Zch大,第四節(jié) 安全限值,安全限量即衛(wèi)生標準,是指對生活和生產(chǎn)環(huán)境中各種與人群身體健康有關的因素（物理、化學和生物）所規(guī)定的限量要求。,一.每日允許攝入量,1.定義：每日允許攝入量(acceptable daily intake，ADI)：是允許正常成人每日由外環(huán)境攝入體內(nèi)的特定化學

25、物質(zhì)的總量。,在此劑量下，終身每日攝入該化學物質(zhì)不會對人體健康造成任何可測量出的健康危害。,單位：mg/kg體重,一.每日允許攝入量（ ADI）,2.制定：,ADI,人的最大無作用劑量,WHO建議：10 2000 車間：安全系數(shù)10 食品：通常為100,ADI,安全系數(shù),最大無作用劑量（mg/kg動物體重）,3.安全系數(shù)：又稱不確定系數(shù),100 倍不確定系數(shù)（安全系數(shù)）的構成（Renwick,1993）,不確定系數(shù)100倍,物種間差異10倍,個體間差異10倍,毒效學 100.4 （2.5）,毒動學 100.6 （4.0）,毒效學 100.5 （3.2）,毒動學 100.5 （3.2）,用對三聚

26、氰胺毒性最敏感的大鼠做慢性實驗，得到的最大無作用劑量（NOAEL）為63mg/kg bw/day（13周，大鼠，經(jīng)口胃飼）。 如果安全系數(shù)取200，那么嬰兒的三聚氰胺每日允許攝入量（ADI）為多少（小數(shù)點后取兩位）？,0.32 mg/kg bw/day,三.最高容許濃度,最高容許濃度(maximal allowable concentration ，MAC):指某一外源化學物可以在環(huán)境中存在而不致對人體造成任何損害作用的濃度。 最敏感個體終生接觸此濃度，也不會對本人或后代產(chǎn)生有害影響。,相當于ADI,二.最高容許殘留量（MRL）,簡稱容許量，也稱最高殘留限量。 是指允許在食物表面或內(nèi)部殘留藥物或化學物質(zhì)的最高含量或濃度。,具體來說，就是在屠宰或收獲以及加工、貯存和銷售等特定時間內(nèi)，直到被人體消費時，食物中的藥物或化學物質(zhì)殘留的最高容許含量或濃度。,二.最高容許殘留量（MRL）,bw:人群平均體重,分子：對一個平均體重的人，每日允許攝入的某化學物的總量,例1-1 食物中馬拉硫磷最高容許殘留量的制定：,假定：經(jīng)試驗已確定馬拉硫磷的人體ADI=0.05mg/（kg體重d），食物中馬拉硫磷的人體吸收率為80，平均60kg的人每日進食1 000g各類食物；食物結構為：糧食450g，蔬菜350g