1、1,第二章 毒理学基本概念（Basic Toxicology Terminology),2,第一节 毒物、毒性和毒作用,1.毒物（toxicant、poison、 toxic agent ）：是指在一定条件下，较小剂量就能引起机体功能性或器质性损伤的化学物质；或剂量虽微，但积累到一定的量，就能干扰或破坏机体的正常的生理功能，引起暂时或持久性的病理变化，甚至危及生命的物质。,在日常接触途径和剂量下即能对机体产生损害作用的化学物,3,毒物和药物的区别,The dose makes the poison。三氧化二砷肉毒梭状芽孢杆菌毒素,毒物与非毒物之间并无绝对界限，这是一个相对的概念。,4,有机硒硒
2、是人体必需的微量元素。硒参与合成人体内多种含硒酶和含硒蛋白 硒：每日安全摄入量50200g.小于50 g：导致心肌炎、克山病，免疫低下。2001000 g导致中毒。大于1000 g导致死亡。单氟磷酸钠 含氟牙膏能有效预防龋齿， 成年人长期使用氟含量超标牙膏，轻则影响牙齿和骨骼发育，使骨骼发生氟性骨硬化重则引起恶心、呕吐、心律不齐等则有可能。成人含氟牙膏的氟含量应为0.05%到0.15%，儿童含氟牙膏中氟含量则应控制在0.05%到0.11%之间。,5,2.毒性（toxicity）,毒性：指毒物能引起机体损害的能力。所引起的损害作用总称为毒作用或毒效应。剂量相同时，对机体损害能力越大的化学物质，毒
3、性越高。相对于同一损害指标，需要剂量越小的化学物质，其毒性越大。传统上，人们习惯按照毒性大小将毒物分为剧毒、高毒、低毒等。,毒性的高低是相对的，因为几乎所有的物质都具有毒性，只有在一定剂量和一定接触条件下，才能引起机体损伤。,6,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和物理性质。,7,选择性毒性,一种外源性化合物只对一种生物有损害，而对其他种类的生物不具损害作用，或者只对生物体内某一组织器官产生毒性， 而对其他组织器官没有毒性作用。,在一定条件下，外源性化合物对机
4、体的毒性具有一定的选择性。,8,甲醇对视神经和视网膜有特殊的选择作用，在眼房水和玻璃体液内的甲醇经过醇脱氢酶的作用，转化为甲醛，抑制视网膜氧化磷酸化过程，使不能合成ATP，细胞发生变性,致使视网膜和视神经病变，引起视神经萎缩，最终导致双目失明。,选择性毒性的原因,物种和细胞学的差异不同生物或组织器官对外源性化合物或其代谢产物的蓄积能力不同不同生物或组织器官对外源性化合物在生物体内的转化能力不同磺胺对细菌有选择毒性小鼠对黄曲霉毒素B1的致癌性有一定的抵抗能力甲醇致盲不同生物或组织器官对外源性化合物所造成损害的修复能力不同,9,3.中毒（toxication，poisoning）,中毒：指机体受到
5、毒物的作用而引起功能性或器质性的病变。毒物毒性的大小，通过生物体所产生的损害性质和程度而表现出来，可用动物实验或其他方法检测。,食物中毒（food poisoning）的定义,指摄入了含有生物性、化学性有毒有害物质的食品或把有毒有害物质当作食品摄入后所出现的非传染性（不属于传染病）急性、亚急性疾病。摘自：食品卫生国家标准食物中毒诊断标准及技术处理总则,10,中毒的类型,根据病变发生发展的快慢，可区分为急性中毒（acute toxicity）：指短时间内一次或多次接触化学物后，在短时间内出现的毒效应亚慢性中毒: 慢性中毒（chronic toxicity）指长期、甚至终生接触小剂量化学物缓慢产生
6、的毒作用,11,接触期限急性毒性试验 24h内一次或多次染毒亚急性毒性试验 在1个月或短于1个月的重复染毒亚慢性毒性试验 在1个月至3个月的重复染毒慢性毒性试验 在6个月以上的重复染毒,12,毒作用及其分类,毒作用的分类：速发或迟发性作用 局部与全身作用可逆与不可逆作用过敏性反应特异体质反应,13,毒作用及其分类,速发或迟发性作用：速发性毒作用(immediate effect) 是指某些外源化学物在一次接触后的短时间内所引起的即刻毒性作用。迟发性毒作用(delayed effect)是指在一次或多次接触某种外源化学物后，经一定时间间隔才出现的毒性作用。,14,按毒作用发生的部位分类,局部毒性
7、作用(local toxic effect)是指某些外源化学物在机体接触部位直接造成的损害作用。如接触具有腐蚀性的酸碱所造成的皮肤损伤，吸入刺激性气体引起的呼吸道损伤等。全身毒性作用(systemic toxic effect)是指外源化学物被机体吸收通过血液循环分布至靶器官或全身后所产生的损害作用，例如一氧化碳引起机体的全身性缺氧。,15,按毒作用损伤的恢复情况分类,可逆毒性（reversible toxicity）：指停止接触毒物后，毒性作用可逐渐消退。机体接触外源化学物的浓度愈低，时间愈短，造成的损伤愈轻，则脱离接触后其毒性作用消失得就愈快。不可逆毒性（irreversible toxi
8、city） ：指停止接触毒物后，毒性作用继续存在，甚至损害可进一步发展。高剂量、长时间接触引起，中枢神经系统损伤、致畸、致癌作用一般为不可逆损伤例如，外源化学物引起的肝硬化、肿瘤等就是不可逆的,16,毒作用及其分类,过敏性反应： 过敏反应(hypersensitivity)也称变态反应(a11ergic reaction)，是机体对外源化学物产生的一种病理性免疫反应。特异体质反应： 特异体质反应(idiosyncratic reaction) 通常是指机体对外源化学物的一种遗传性异常反应。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。,17,按毒作用的性质分类,一般毒性（g
9、eneral toxicity)：指化学物在一定的剂量范围内经一定的接触时间，按照一定的接触方式可能产生的某些毒作用特殊毒性（specific toxicity) 指接触化学物质后引起的不同于一般毒作用规律或引起特殊病理改变的毒作用。,18,过敏反应（hypersensitivity),指某些化学物可以作为办抗原与内源性蛋白质结合成抗原，从而激发抗体生成，反复接触该物质后，产生抗原抗体反应，引起典型的、与一般毒性表现明显不同的过敏症状，也称为变态反应（allergicreaction),19,表 化学物质的急性毒性分级,20,有害作用与非有害作用的区分确定是一件重要而复杂的工作，需要大量的知识
10、，需要从整个机体的全部生命过程、机体适应其他应急状态的能力和环境因素可能对寿命的影响来全面综合考虑。,对从理论上阐述什么是有害效应，尚无明确一致意见。,有害作用与非有害作用,21,非有害作用(non-adverse effect) 1)不引起形态、生长、发育和寿命的改变 2)不引起机体功能的损伤 3)不损害机体对额外应激状态的代偿能力 4)接触停止后，发生的改变可逆，且不能 检出机体维持自稳态 (homeostasis)能力 的 损害 5)不增加机体对其它有害作用的敏感性,22,代偿能力,通俗地讲代偿即是身体器官对某些损伤能够自身调节，有自动修复或恢复的可能，在代偿期一般不必通过药物等治疗手段
11、。正常机体器官或组织为了适应非正常的生理状况而发生功能和结构增强的变化。 如： 人有两个肾脏，切除一个，另外一个要担负起原来两个的工作，就变大了，这就是代偿作用。,23,24,有害作用(adverse effect),使机体正常形态、生长发育过程受到影响，寿命缩短。机体的生物学改变是持久的，可逆或不可逆的，造成机体功能容量，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。,25,有害作用（WHO） 1) 能反映早期临床疾病的效应 2)不易恢复并使机体维持自稳态能力 降低效应 3) 使个体对其
12、它有害因素不良作用易 感性增加的效应 4) 反映机体功能水平偏离“ 正常”范围 的效应 5) 反映引起了某些重要的代谢和生化 改变的效应,26,1.与正常值或参比值(reference effect)比较，超过x2s可判定为有害作用。,如何判别有害作用和非有害作用,2.处理组与对照组比较，如有统计学差异(如p0.05或p0.01)则判断为有害作用。,27,毒效应谱（spectrum of toxic effect),毒效应谱：是指机体接触外源化学物后，由于化学物的性质和剂量不同，引起机体多种变化。毒效应表现：机体对外源化学物的负荷增加意义不明的生理和生化改变亚临床改变临床中毒（致癌、致突变和致
13、畸胎作用）死亡。,28,外源性化学物的毒效应谱,死亡,临床中毒,亚临床改变,意义不明的生理生化改变,机体对外源性化合物的负荷增加,29,反映毒作用终点的观察指标,特异指标：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。,死亡指标：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。,30,靶器官 (target organ)：外源化学物可以直接发挥毒作用的器官就称为该物质的靶器官。许多化学物质有特定的靶器官，另有一些则作用于同一个或同几个靶器官。 在同一靶器官产生相同毒效应的化学物质，其作用机制
14、可能不同。 某个特定的器官成为毒物的靶器官可能有多种原因。,靶器官,31,生物学标志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、以及它们所引起的生物学效应而采用的检测指标.接触生物学标志效应生物学标志易感生物学标志,生物学标志(biomarker，biological marker),生物标志物动态观察可及时发现有毒作业者的不良反应，已广泛用作健康监护指标,32,接触标志（biomarker of exposure),是测定组织、体液或排泄物中吸收的外源性化学物、其代谢物或与内源性物质反应的产物，作为吸收剂量或靶剂量的指标，提供关于暴露于外源性化学物的信息，用于人群可定量确定个体
15、的暴露水平。,测定人体生物材料中化学物或其代谢产物,效应标志（biomarker of effect ),是可以测出机体生理、生化、行为等方面的异常或病理组织学方面的改变，可反应与不同剂量外源性化学物或其代谢物有关的对健康有害效应的信息铅接触者出现神经传导速度减慢，低浓度苯可改变红细胞膜脂流动性等,33,易感性标志（biomarker of susceptibility) :,机体暴露于某种特定的外源化合物时，由于其先天遗传性或后天获得性缺陷而反映出其反应能力的一类生物标志物。药物或毒物代谢酶多态性、DNA修复酶缺陷、其他遗传易感性素质。是反映机体对外源性化学物的生物敏感性的指标,34,生物学
16、标志,接触标志,效应标志,暴露,吸收剂量,靶剂量,生物学效应,健康效应,易感性标志,图2-2 从暴露到健康效应的模式图和与生物学标志的关系,35,通过动物体内试验和体外试验研究生物学标志并推广到人体和人群研究，生物学标志可能成为评价外源化学物对人体健康状况影响的有力工具。接触标志用于人群可定量确定个体的暴露水平；效应标志可将人体暴露与环境引起的疾病提供联系，可用于确定剂量反应关系和有助于在高剂量暴露下获得的动物实验资料外推人群低剂量暴露的危险度；易感性标志可鉴定易感个体和易感人群，应在危险度评价和危险度管理中予以充分的考虑。,生物学标志,36,第二节剂量、剂量-反应关系,37,一、剂量（dos
17、e）,剂量（dose）：指给予机体化学物质的数量、接触或被吸入体内的数量或在体液或组织中的浓度。一般多指进入机体的数量。剂量通常采用每公斤体重摄取的毫克数（mg/kg）来表示。,大多数毒物的毒性作用强度取决于作用部位，或受体部位的毒物浓度。但是，一种化学物质由于染毒的途径不同，其吸收系数和吸收率相差很大，因此在论述剂量时必须同时注明染毒途径。,38,一、剂量,机体接触化学物质的量或在试验中给予机体受试物的量（外剂量）； 化学物质被吸收入血的量（内剂量）； 到达靶器官并与其相互作用的量(靶剂量、生物有效剂量),39,二、效应和反应,效应(effect)：是量反应，指接触一定剂量外来化学物后所引起
18、的一个生物、器官或组织的生物学改变。此种变化的程度可用计量单位来表示，例如毫克、单位等。反应(response)：是质反应，指接触某一化学物的群体中出现某种效应的个体在群体中所占比率，一般以百分率或比值表示，如死亡率、肿瘤发生率等。没有强度的差别，不能以具体的数值表示，其观察结果只能以“有”或“无”、“异常”或“正常”等计数资料来表示。,40,三、剂量效应关系和剂量反应关系,剂量-效应关系(dose-effect relationship)： 剂量量反应关系 剂量-反应关系(dose-response relationship)： 剂量-质反应关系即随着外源化学物的剂量增加，对机体的毒效应的程
19、度增加，或出现某种效应的个体在群体中所占比例增加。如果某种外源化学物与机体出现的某种损害作用存在因果关系，则一定存在明确的剂量-效应或剂量-反应关系,41,剂量-反应关系曲线,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。,42,剂量-反应关系曲线,剂量-反应关系曲线：反映了人体或实验动物对外源化学物毒作用易感性的分布，一般可呈现上升或下降的不同类型的曲线，剂量-效应曲线主要有三种类型。（1）对数曲线（A）（2） S 形曲线（B）（3）直线关系（C）（4） “U”形曲线（5）“全或无”反应,剂量,效应强度或反应
20、率,A,B,C,图2剂量-效应曲线的三种类型,43,44,实验动物个体对外源化学物的易感性分布和剂量-反应关系的模式图个体易感性：A. 完全相同；B. 成正态分布；C. 成偏态分布,45,剂量-效应曲线及类型,把外源物接触或给予的剂量作为横坐标（自变量），以生物体的毒性效应位纵坐标（因变量）作图，即为剂量-效应曲线。如某些机体生理功能需要的外源物，如多种维生素、微量元素（钴、硒、铬）等，接触或给予剂量与个体效应间的关系呈“U”形曲线。,46,图1 个体接触必需营养物或非必需营养物的剂量-反应关系曲线,47,剂量反应曲线的转换,对称S型曲线的转换：反应率换为概率单位作为纵坐标、剂量为横坐标，即可
21、变成直线。不对称S型曲线：反应率变换为概率单位、剂量变为对数剂量作横坐标，即可变成直线。,48,剂量反应曲线转换图,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1个、2个或3个标准差范围内分别包括了受试总体的68.3、95.5和99.7。将各标准差的数值均加上5(-3+3变为28)即为概率单位。,49,确定剂量反应关系的意义,更好地了解毒作用的性质和特点便于选择直线化方法，进行统计学处理便于进行内插和外推,50,第三节 毒性参数和安全限值,51,毒性上限参数,致死剂量：绝对致死量（LD100）半数致死剂量或浓度（LD50或LC50 ）最小致死量（MLD
22、，LD01）最大耐受剂量（MTD，LD0）,毒性下限参数,（1）观察到有害作用剂量（LOAEL）（2）有害作用阈（threshold）（3）未观察到有害作用剂量（NOAEL） 非有害作用（1）最小有作用剂量（2）阈（threshold）（3）最大无作用剂量,52,1. 致死剂量或浓度( lethal dose),指在急性毒性试验中外源化学物引起受试实验动物死亡的剂量或浓度，通常按照引起动物不同死亡率所需的剂量来表示。,2.半数致死剂量或浓度(median lethal dose，LD50或LC50)：,指引起一组受试实验动物半数死亡的剂量或浓度。它是一个经过统计学处理计算得到的数值，常用以表示
23、急性毒性的大小。,53,不同化学物半数致死量的比较,54,LD50数值越小，表示外源化学物的毒性越强，反之LD50数值越大，则毒性越低。,55,绝对致死量或浓度(（absolute lethal dose，LD100）: 指引起一组受试实验动物全部死亡的最低剂量或浓度。最小致死剂量或浓度(minimal lethal dose，MLD，LD0l或MLC，LC0l)指一组受试实验动物中，仅引起个别动物死亡的最小剂量或浓度。最大耐受剂量或浓度(maximal tolerance dose， MTD，LD0或MTC，LC0)指一组受试实验动物中，不引起动物死亡的最大剂量或浓度。,56,未观察到的有害
24、作用剂量(no observed adverse effect level，NOAEL),未观察到作用剂量（NOEL, no observed effect level)最大无作用剂量（maximal no-effect dose，MNED）又称“无作用水平”在规定的暴露条件下，通过实验和观察，与同一物种、品系的正常(对照)机体比较，一种物质不引起机体(人或实验动物)形态、功能、生长、发育或寿命可检测到的改变的最高剂量或浓度。 NOAELLOAEL,57,NOEL是制定食品安全性风险评估中最重要的基本参数，它得之于食品安全性评价程序所限定的动物毒性实验。通过将对试验动物进行毒理学试验获得的NO
25、EL数据外推到人，可计算出人每日的容许摄入量（Acceptable daily intake，ADI）。ADI实际上是人的最大无作用剂量。NOEL与LD50是食品安全性毒理学评价中最重要的两个指标。NOEL代表食品或化学物的长期迟发毒性，LD50代表急性毒性。,化学物的LD50与NOEL之间没有必然的联系，例如有的致癌化学物的急性毒性可以很小。,58,A、B两外源化学物的LD50 相同，但其曲线斜率不同。A物质的曲线斜率小，需要有较大的剂量变化才能引起明显的死亡率改变；而B物质的曲线斜率大，相对小的剂量变化即可引起明显的死亡率改变。在较低剂量时，A物质的危险性大，而在较高剂量时，B物质的危险性
26、较大。,59,3个化学物有相同的LD50的剂量反应曲线,3个化学物有不同的LD50但相同NOEL的剂量反应曲线,3个化学物有不同的LD50，NOEL的剂量反应曲线,60,最小有作用剂量（minimal effect dose,MED）,观察到的有害作用的最低剂量(lowest observed adverse effect level，LOAEL) 最低毒剂量（ (lowest toxicity dose，LTD) 在规定的暴露条件下，通过实验和观察，一种物质引起机体(人或实验动物)形态、功能、生长、发育或寿命可检测到的有害改变的最低剂量或浓度，,61,阈剂量（threshold level）
27、,为一种物质使机体(人或实验动物)刚开始发生效应的剂量或浓度，即稍低于阈值时效应不发生，而达到或稍高于阈值时效应将发生。又称最小有作用剂量就目前科学发展程度，对于某些化学物和某些毒效应还不能证实存在阈剂量(如遗传毒性致癌物和性细胞致突变物)。 稍高于最大无作用剂量，阈剂量应该在实验测定的NOEL和LOEL之间。急性阈剂量 慢性阈剂量,62,毒作用带,毒作用带（toxic effect zone）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。 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，表示为：Zac=L
28、D50/Limac Zac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，则说明引起死亡的危险性小。,63,毒性参数和安全限量的剂量轴,毒作用带,64,剂量与作用关系示意图,最小有效量（阈剂量）,致死量,最大有效量（极量）,最小致死量,最小中毒量,无效量,65,第四节 安全限值（safe level）,安全限值动物试验外推到人通常有三种基本的方法：利用不确定系数(安全系数)；利用药物动力学外推(广泛用于药品安全性评价并考虑到受体敏感性的差别)，利用数学模型。,依据化学因素与人体健康关系的研究成果，规定的能保证不致产生任何功能以及形态损害的化学物限值，或其有
29、害效应的危险度水平被人们所接受的容许限值(permissible level),66,安全限值,(1)每日容许摄入量(acceptable daily intake，ADI)是以体重表达的每日容许摄入量，以此量终生摄入无可测量的健康危险性(标准人为60kg)。,例如某食品添加剂的动物未观察到有害作用剂量(NOAEL)为5mg/kg，则此添加剂的人体ADI为5100=0.05 mg/kg。如果一般成人体重以60kg计，则此食品添加剂的成人最高摄入量每日不应超过0.0560=30mg/d人。,67,某些食品添加剂的ADI与最大使用量,68,(2)最高容许残留量（maximum residue li
30、mit，MRL）,也称最高残留限量。是指允许在食物表面或内部残留的药物或外源性化学物质的最高含量（或浓度）。,式中，食物系数：是指待定食物占食物总量的百分率。,69,安全限值,(3) 参考剂量(reference dose，RfD)和参考浓度(reference concentration，RfC)，是指一种日平均剂量和估计值。参考剂量和参考浓度是美国环境保护局(EPA)对非致癌物质进行危险性评价提出的概念(4)最高容许浓度(maximal allowable concentration ,MAC): 系指某一外源化学物可以在环境中存在而不致对人体造成任何损害作用的浓度。,70,不确定系数和安
31、全系数,安全系数(safety factor，SF): 是根据所得的最大无有害作用剂量(NOAEL)提出安全限值时，为解决由动物实验资料外推至人的不确定因素及人群毒性资料本身所包含的不确定因素而设置的转换系数。安全系数一般采用100，据认为安全系数100是为物种间差异(10)和个体间差异(10)两个安全系数的乘积。不确定系数(UF)：为求得可耐受摄入量(TI)说明关键研究(pivotal study)的适宜性(可信性)，物种间外推，在人个体间变异，全部资料的适宜性(充分性)和毒性的性质的各个因子的乘积。将临界效应(critica1 effect)的NOAEL或LOAEL除以不确定系数即求得安全限值。,71,不确定系数和安全系数(UF,safety factor,SF),不确定系数100倍,物种间差异10倍,个体间差异10倍,毒效学100.4（2.5）,毒动学100.6（4.0）,毒效学100.5（3.2）,毒动学100.5（3.2）,图2-5 100倍不确定系数（安全系数）的构成（Renwick,1993）,72,课程总结：,毒物、毒性和毒作用分别是怎样定义的？剂量、剂量-量（质）反应关系有哪些类型？表示毒性常用的指标有哪些？ 什么是安全限值？用哪些指标表示？,
