毒理學的基本概念毒理學、毒性和毒作用毒理學和衛生毒理學毒理學：是研究環境因子（包括化學因素、物理因素或生物因素）對生物機體和生態系統的損害作用及其機制，以及如何預防和減輕此種損害作用的科學。毒理學的研究領域毒理學三個領域描述毒理學關注的是毒性識別，通過動物實驗、體外試驗、人體研究和流行病學研究以確定環境因子的毒性，為安全性評價，危險度評定和管理提供信息。機制毒理學研究環境因子對生物體毒作用的機制和生物體對環境因子的處置。管理毒理學是根據描述毒理學和機制毒理學的研究結果，協助政府部門進行科學決策并制定相關法律法規和管理措施，以確保進入市場的化學品、藥品、食品等足夠安全，達到保護人體健康和保護環境的目的。衛生毒理學：是從預防醫學的角度，研究人類在生產和生活環境中，可能接觸的環境因子對機體損害作用及其機制的學科。衛生毒理學的任務①對環境因子特別是外源化學物進行安全性毒理學評價和危險評定；②研究機體與環境因子有害的交互作用的規律即中毒機制；③為制定有關安全限值/衛生標準和管理措施提供科學依據；④研究預防和治療化學物中毒的措施。外源化學物、毒物、毒性和中毒外源化學物：是存在于人類的生產和生活環境中，可通過一定的途徑接觸并進入機體，并呈現一定的生物學作用的化學物質。含義同化學物、化學毒物。內源化學物：是指機體體內原已存在的物質和代謝過程中所形成的產物或中間產物。毒性：是指化學物對生物體引起損害作用的固有的能力。其大小取決于物質的化學結構。化學物對機體健康引起的損害作用稱為毒效應。取決于接觸量、接觸途徑和頻率。毒作用、損害作用、有害作用。毒物：法規管理的名詞，對于急性毒性規定在某個劑量下可引起機體出現有害作用的物質。Paracesus中毒：生物體受到毒物作用而引起功能性或器質性改變后出現的疾病狀態。根據病變發生的快慢，中毒可分為急性中毒和慢性中毒。毒理學研究化學物與生物機體有害的交互作用，毒效學研究毒物對機體作用的規律，闡明毒物引起毒效應性質和機制。毒動學和生物轉化（代謝）研究機體對毒物的處置的動態變化，包括毒物在體內隨時間的量變化和質變化的規律。毒物進入體內，毒動學，毒效應，機體的抗損害作用。毒理學研究方法1.實驗動物整體試驗又稱體內試驗2.體外試驗3.人體觀察4.流行病學研究1.實驗動物整體試驗又稱體內試驗，是毒理學的標準研究方法，以整體實驗動物為模型，研究實驗動物接觸外源化學物后產生的毒效應，動物試驗的結果可外推至人。2.體外試驗利用游離器官、培養的細胞或細胞器進行毒理學研究，在化學物的毒性篩查以及毒作用機制的研究方面具有很大的優越性。3.人體觀察必要時可設計和進行不損害健康的受控的人體實驗，但僅限于低濃度、短時間的接觸，并且毒作用應有可逆性。4.流行病學研究有重要的價值。利用流行病學方法不僅可以研究已知環境因素對人群健康的影響（從因到果），而且還可探索已知疾病的環境病因（從果到因）。但流行病學研究干擾因素多，測定的毒效應還不夠深入，有關的生物標志還有待于發展。損害作用、非損害作用和毒效應譜1.損害作用指引起機體的生物化學改變，功能紊亂或病理損害，或者降低對外界環境的應激反應能力和易感性增高。（器質性）2.非損害作用指機體發生的生物學變化應在機體代償能力范圍之內，機體維持體內穩態的能力不應降低，機體對其他外界不利因素影響的易感性也不應增高。（功能性）3.外源化學物作用于生物體的毒效應譜，隨劑量的增加可以表現為：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。機體負荷是指在體內化學物和（或）其代謝物的量及分布。亞臨床改變、臨床中毒、死亡屬于損害作用（毒效應）。毒效應譜還包括致癌、致突變和致畸胎作用。毒作用分類1.速發與遲發作用速發作用指機體接觸化學物后在短時間內出現的毒效應。遲發作用指機體接觸化學物后，經過一定的時間間隔才表現出來的毒效應。2.局部與全身作用局部作用指發生在化學物對機體直接接觸部位的損傷作用。全身作用是指化學物吸收入血后，經分布過程到達體內其他組織器官所引起的毒效應。3.可逆與不可逆作用可逆作用指停止接觸化學物后，損傷可以逐漸恢復。不可逆作用是指停止接觸化學物后，損傷不能恢復，甚至進一步發展加重。4.特異質反應泛指不同于一般人群的反應，對某些毒物非常敏感的遺傳學異常反應。特異質毒性的發生依賴于化學物相關的危險因子（包括代謝，生物活化及共價結合，重要細胞功能的抑制）和人體相關危險因子（包括原有的疾病，年齡，性別）等。超敏反應和先天性遺傳缺陷均屬于特異質反應。選擇毒性、靶器官和高危險人群1.選擇毒性：最早是指物種之間毒性差異，一種毒物對某一種生物或組織有損害，而對其它生物或組織器官無毒性作用。可發生在物種之間、個體內（易感器官為靶器官）和群體內（易感人群為高危險人群）。如高毒物質2，3，7，8-四氯二苯-對-二噁英（TCDD）對于豚鼠和倉鼠的LD50可相差1000倍以上。2.靶器官化學物進入機體后，直接發揮毒作用的器官就稱為該物質的靶器官。毒效應的強弱，主要取決于毒物在靶器官中的濃度。腦是甲基汞的靶器官，腎是鎘的靶器官。但靶器官不一定是該物質濃度最高的器官。例如鉛蓄積在骨中，但其靶器官為中樞神經系統和造血系統。同樣DDT在脂肪中的濃度最高，但并不對該組織產生毒作用。3.高危險人群在同一環境因素暴露條件下，可有少部分人反應強烈，出現患病甚至死亡。易受環境因素損害的人群稱為高危險人群。高危險人群易感性的生物學基礎為：年齡、性別、遺傳因素、營養狀況、疾病狀況等。生物標志（生物標志物或生物學標記）生物標志是指外源化學物通過生物學屏障并進入組織或體液后，對該外源化學物或其所致生物學后果的測定指標，可分為接觸標志、效應標志和易感性標志。1.接觸生物標志是測定組織、體液或排泄物中的外源化學物、其代謝物或與內源性物質的反應產物。提供暴露水平的信息。2.效應生物標志指機體中可檢測的生化、生理、行為或其他改變的指標。反映與不同靶劑量的外源化學物或其代謝物有關聯的健康有害效應的信息。3.易感性生物標志是關于個體對外源化學物的生物敏感性的指標，即反映機體先天具有或后天獲得的對接觸外源性物質產生反應能力的指標。生物標志可用于：①作為毒性測試的指標；②外源化學物毒作用機制/模式研究；③動物體內試驗和體外試驗結果外推至人；④外源化學物對人體健康危險度評定。二、暴露特征暴露途徑經口、吸入、皮、注射、局部黏膜和各種注射等。化學物形態：①氣體。②蒸氣。暴露期限和暴露頻率暴露期限：毒理學一般將動物實驗按染毒期限分成四個范疇：急性、短期重復劑量、亞慢性和慢性毒性試驗。暴露頻率：暴露頻率對重復染毒引起毒作用的影響取決于化學物的消除速率和損傷的修復速率。重復染毒引起毒作用的關鍵因素是暴露劑量和頻率，而不是暴露期限。三、劑量-效應和劑量-反應關系劑量-效應和劑量-反應關系的概念1.劑量：有多種表示方式。可以指機體接觸化學物的量或在試驗中給予機體化學受試物的量（暴露劑量或外劑量），可分為潛在劑量（是指機體實際攝入吸入的量）和應用劑量（是指直接與機體的吸收屏障接觸可供吸收的量）。劑量：又可指化學物吸收入血的量（內劑量），也可指到達靶器官并與其相互作用的量（靶器官劑量或生物有效劑量）。毒理學中通常指外劑量，單位mg/kg體重，mg/m3空氣。化學物對機體損害作用取決于其在靶器官中的劑量，一般暴露劑量越大，靶劑量越大，因此提及劑量，應注明途徑。2.效應和反應根據所測定的有害作用的生物學和統計學的特點。效應是量反應（計量資料），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。反應是質反應（計數資料），指暴露某一外源化學物的群體中出現某種效應的個體在群體中所占比例。3.劑量-效應和劑量-反應關系劑量-效應關系表示化學物的劑量與個體或群體中發生的量效應強度之間的關系。劑量-反應關系表示化學物的劑量與某一群體中質效應的發生率之間的關系。化學物的劑量越大，所引起的量反應強度應該越大，或出現的質反應發生率應該越高。這倆關系被視為受試物與機體損傷之間具有因果關系的重要證據。4.劑量-效應和劑量-反應關系曲線以表示效應強度的計量單位或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。（1）直線（2）拋物線（3）S形（4）U形（5）低劑量興奮效應一些有毒物質，在高劑量時產生有害效應，而在低劑量時卻具有某些興奮效應，一些非營養性的有毒物質，在高劑量時產生有害效應，而在低劑量時卻具有某些興奮效應，也會使劑量-反應關系曲線呈U形、倒U形、J形等。劑量-反應關系研究的意義①確認該效應是化學物的毒性反應。②劑量-反應的信息可確定平均（中位數）反應。③劑量-反應曲線的斜率提示危害程度和有效劑量范圍。④劑量-反應曲線左側的形狀可能表示人群中存在一定比例的極易感的亞人群。⑤以特定的終點反應的平均值和范圍可對不同化學物進行定量比較，特別是如果在類似條件下收集的信息。⑥從劑量-反應數據可能得到未觀察到效應水平（NOEL）或未觀察到有害效應水平（NOAEL），也可得到基準劑量。這些參數可用于安全性評價和危險評定。四、時間-反應關系在毒理學中，時間-反應關系涉及多個方面，如在某一固定劑量時，毒效應發生的時間過程，或對于相同的效應，時間與劑量的關系。1.潛伏期指在單次劑量或短期暴露化學物后至出現第一個臨床癥狀/體征所需的時間。暴露與效應出現之間的時間間隔取決于暴露劑量。t·Dn＝常數t＝中位潛伏期，D＝劑量或濃度，n＝通常大于1并且依賴于物質、機體和測試條件。2.延遲效應一些化學物的毒效應只有在長期暴露后才出現。因為在毒效應出現之前必須有效應蓄積。滅鼠劑因毒磷抑制凝血酶原合成，當凝血酶原貯備耗竭可發生嚴重內出血，引起大鼠死亡。飼料濃度在3.2～400mg/kg大鼠中位死亡時間為5～7天；飼料濃度在1.6mg/kg時中位死亡時間即延長至30天。3.效應持續時間僅用于停止暴露后可逆的效應。如果在靶器官中化學物或其代謝產物某一時間濃度超過了最小有效濃度Ceff，即可發生效應；反之則效應消失。4.暴露時間與濃度對于達到某一反應/效應，暴露時間與濃度存在關系式C·t＝K（常數）如果物質以固定的濃度（C）存在，吸收量將與濃度和暴露時間的乘積成比例。換句話說，累積劑量與C·t成比例。當累積劑量等于有效劑量時，就發生效應。毒物濃度與暴露時間關系【例題】下列哪項不屬于衛生毒理學研究任務A.對外源化學物進行毒理學評價和危險評定B.研究機體中毒機制C.保護高危險人群D.為制定有關安全限值提供科學依據E.研究預防和治療化學物中毒的措施『正確答案』C『答案解析』衛生毒理學的研究任務主要有：①對環境因子特別是外源化學物進行安全性毒理學評價和危險評定；②研究機體與環境因子有害的交互作用的規律即中毒機制；③為制定有關安全限值/衛生標準和管理措施提供科學依據；④研究預防和治療化學物中毒的措施。【例題】外源化學物對生物體引起損害作用的固有的能力是A.毒效應譜B.毒素C.毒物D.毒性E.中毒『正確答案』D『答案解析』毒性是指化學物對生物體引起損害作用的固有的能力。毒性是物質一種內在的，不變的性質，取決于物質的化學結構。【例題】毒效應譜包括A.負荷增加B.亞臨床變化C.死亡D.致畸致癌致突變作用E.以上都是『正確答案』E『答案解析』毒效應譜，隨劑量的增加可以表現為：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。毒效應譜還包括致癌、致突變和致畸胎作用。【例題】以下關于靶器官敘述不正確的是A.是化學物直接發揮毒作用的器官B.毒效應的強弱主要取決于毒物在靶的濃度C.甲基汞的靶器官是腦組織D.靶器官中毒物的濃度一定最高E.骨骼不是鉛的靶器官『正確答案』D『答案解析』靶器官不一定是該物質濃度最高的器官。例如鉛蓄積在骨中，但其靶器官為中樞神經系統和造血系統。【例題】以下不是毒理學研究方法的是A.數理統計法B.整體實驗法C.體外實驗法D.人體觀察法E.流行病學研究『正確答案』A『答案解析』數理統計法是流行病學的研究方法，不是毒理學研究方法。【例題】吸收入血的外源化學物的量為A.暴露劑量B.潛在劑量C.應用劑量D.內劑量E.靶劑量『正確答案』D『答案解析』內劑量為經吸收到機體血流的外源化學物的量。此定義說明只有在接觸部位被吸收的劑量才造成遠離部位的損害。【例題】關于劑量-反應關系敘述不正確的是A.確認化學物毒性B.可確定平均反應，給出易感性范圍C.對不同化學物進行定量比較D.確定基準劑量，為危險度評價收集資料E.確定何種暴露途徑危害更顯著『正確答案』E『答案解析』劑量-反應關系只能觀察劑量和發生反應的發生率的關系，不能確定是何種暴露途徑。五、表示毒性的常用參數致死劑量或濃度1.絕對致死劑量或濃度（LD100或LC100）是指引起一組受試實驗動物全部死亡的最低劑量或濃度。表示或比較外源化學物毒性時，一般不用該指標，由于個別個體耐受性過高。2.半數致死劑量或濃度（LD50或LC50）是指引起一組受試實驗動物半數死亡的劑量或濃度。是經統計學計算得到的數值，用以表示急性毒性的大小。LD50數值越小，表示急性毒性強。3.最小致死劑量或濃度（LD01，MLD或LC01，MLC）是指一組受試實驗動物中，僅引起個別動物死亡的最小劑量或濃度。4.最大非致死劑量或濃度（LD0或LC0）是指一組受試實驗動物中，不引起動物死亡的最大劑量或濃度。觀察到損害作用的最低劑量（LOAEL）是在規定的暴露條件下，某種物質引起機體（實驗動物或人）出現某種損害作用的最低劑量或濃度。未觀察到損害作用劑量（NOAEL）是在規定的暴露條件下，某種物質不引起機體出現可檢測到的損害作用的最高劑量或濃度。比NOAEL高一個劑量組即為LOAEL，急性、短期重復劑量、亞慢性和慢性毒性試驗都可分別得到各自的LOAEL和NOAEL。LOAEL和NOAEL是評價外源化學物毒作用與制定安全限值的重要依據。觀察到作用的最低劑量和未觀察到作用劑量（LOEL和NOEL）概念同上述LOAEL和NOAEL，但描述的是非損害作用，例如治療作用。損害作用的閾值指一種物質使機體開始發生效應的劑量或濃度。損害作用的閾值為一種物質的劑量，低于閾值時效應不發生，達到或高于閾值發生效應。損害作用閾劑量應該在實驗確定的NOAEL和LOAEL之間。在進行危險評定時通常用NOAEL作為閾值的近似值。安全限值是指為保護人群健康，對某種環境因素（物理、化學和生物性）的總攝入量的限制性量值或在生活和生產環境及各種介質（空氣、水、食物、土壤等）中所規定的濃度和暴露時間的限制性量值。①基于健康的指導值，以單位體重表達對人群不產生有害作用的劑量或濃度。包括：每日允許攝入量（ADI）、可耐受的每日攝入量（TDI）等。②涉及具體的暴露條件和介質，以單位環境介質表達，根據人體健康安全限值和暴露評定的結果，進一步考慮技術上和經濟上的可行性，得到在各種環境介質中的衛生標準。包括：職業衛生標準、環境空氣質量標準等。一般認為，外源化學物的系統毒性和致畸作用是有閾值的。制定安全限值是從動物實驗或人群調查得到LOAEL或NOAEL。安全限值＝NOAEL/不確定系數。而遺傳毒性致癌物和細胞致突變物通常認為是無閾值的，只能使用實際安全劑量（VSD）：是指此劑量能以99%可信限的水平使超額癌癥發生率低于10-6。六、劑量-反應關系比較暴露范圍和危害范圍暴露范圍（MOE），表示為MOE＝NOAEL/人群暴露量。MOE大，發生有害作用危險小。危害范圍（MOH），表示為MOH＝人群暴露量/安全限值。MOH大，發生有害作用危險大。毒作用帶急性毒作用帶（Zac）Zac＝LD50/Limac。Zac值小，說明化學物從產生急性輕微損害到導致急性死亡的劑量范圍窄，引起死亡的危險大。慢性毒作用帶（Zch）Zch＝Limac/Limch。Zch值大，說明化學物從產生輕微的慢性毒效應到急性中毒之間劑量范圍寬，故發生慢性中毒的危險大。