毒理学基础 第一章 绪论.

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1、广西医科大学公共卫生学院 姜岳明 第一章 绪论 GUANGXI MEDICAL UNIVERSITY SCHOOL OF PUBLIC HEALTH 目录 第一节 概述 第二节 毒理学与其他医药学分支学科的关系 第三节 毒理学基本概念 第四节 毒理学的过去、现在和未来 第一节 概述 n毒理学（toxicology）是研究外源性因素(化学、 物理、生物因素)对生物体和环境生态系统的损害 效应、作用机制以及防治措施的综合性学科，其 具有涉及多个学科，多元与集成、基础与应用、 学术研究与管理服务并重的特点。 n毒理学的基本任务是发现毒性,研究机制,科学管 理，以达到预防的目的。 n一、毒理学研究领域

2、 （一）描述毒理学 描述毒理学是利用毒理学基本原理和方法， 探讨外源化学物对生物体损害作用，且描述和鉴定 其毒性。其主要任务是毒性鉴定，发现和描述毒性 ，它通过观察和识别外源化学物对人体和环境的影 响，包括用动物实验预测外源化学物的潜在危害和 对接触人群的直接观察，为外源化学物的安全性评 价和管理提供科学依据。 （二）机制毒理学 机制毒理学是在描述毒理学的基础上，采 用细胞或分子生物学、生物化学、生理学、病 理学、药理学、毒理基因组学（基因组学、转 录组学、蛋白组学、代谢组学、生物信息学） 等方法或技术平台，从生物体整体、器官、细 胞、亚细胞和分子水平揭示外源性因素损害生 物体的作用机制。 机

3、制毒理学的主要应用： 1. 研制解毒剂 2. 验证在人类、实验动物都发现的毒效应 3. 排除发生在实验动物而与人类可能无关的毒 效应 4.研发、生产较为安全的药物，指导临床合理 治疗疾病 5. 老药新用治疗中毒 6. 促进基础学科研究的发展 （三）管理毒理学 管理毒理学是将毒理学的原理、技术和研究结果 应用于化学物质的管理，以期达到保障人类健康和保 护生态环境免遭破坏的目的。描述或机制毒理学工作 者的任务主要是给管理毒理学工作者提供有关化学品 的毒理学资料和危险度评定，管理毒理学工作者则以 此为依据，结合其它有关因素和实际情况，制订有关 管理毒理学的法规，对化学品进行卫生管理。 例：1956年

4、，美国FDA对沙利度胺是否可以进 入市场进行了冗长、繁琐的准入调查。FDA官 员认为，沙利度胺动物实验获得的药理活性与 人体实验结果差异太大，动物实验的毒理学数 据不可靠，因此不同意沙利度胺进入美国市场 。美国官方应用管理毒理学成功地防止“沙利 度胺”事件殃及美国。 n二、研究方法 毒理学研究方法包括实验研究和人群调查。 （一）实验研究 1. 体内试验 又称整体动物试验，是以整体实验动物为模 型来观察实验动物接触外源化学物后产生的毒效应，试验的 结果可外推至人。 2. 体外试验 利用游离器官、培养的细胞、细胞器进行毒 理学研究，在外源化学物毒性筛选、毒作用机制和代谢转化 研究方面优越性较大，可

5、严格控制实验条件，减少实验动物 的使用，实验简便和易于利用人体细胞等。 例：体外染锰使原代培养海马神经元存活率和线 粒体膜电位下降，神经元凋亡率升高，提示锰的 体外海马神经元毒性明显。但是，观察不到PAS- Na对锰的体外海马神经元毒性有干预作用，其原 因可能与体内外作用环境不一有关。 （二）人群调查 1. 流行病学调查 采用流行病学方法调查环境、职业外源化 学物或偶然发生的意外事故对人群的影响，对确定人体受损 程度有十分重要的价值。 其缺点是： 观察外源化学、物理及生物因素暴露人群的毒 性效应大多数为慢性毒性效应，尤其是人类致癌物质其致癌 效应所需的时间较长； 暴露人群的观察指标大多是非特

6、异性的，需要足够的样本量与对照人群比较： 外源性因 素复杂，种类繁多，多种因素可能有联合作用，难以确定特 定的毒性效应及其因果关系。 例：20世纪60年代，湖北省汉川、污阳、鄂城等 产棉区发生一种原因不明、以皮肤烧热、无汗和 生殖系统受损为主要临床表现的疾病，俗称“烧 热病”。结果发现，食用未经妥善处理的粗制棉 子油或榨油后的棉饼粕可引起中毒，而吃精制棉 油（经加碱处理）的人没有患病。令人感兴趣的 是，病区嫁到外地的姑娘多能生育，外地嫁到病 区的姑娘大多不能生育，说明棉子有抗男性生育 成分。动物实验显示棉酚是主要有毒成分, 在这 基础上成功地研制出一种口服男用避孕药。 2. 受控的临床研究又称

7、志愿者试验，是在志愿者知 情同意、不损害健康和不违背医学伦理前提下进行 的临床研究。 例：2007年，美国默克制药公司组织数千来自美国 、秘鲁、巴西、多米尼加共和国、海地、牙买加、 澳大利亚和南非等地志愿者参加的艾滋病疫苗临床 试验，结果显示该疫苗不能阻止艾滋病的传播。受 控的临床研究可获得动物实验难以获得的资料，使 动物实验结果外推到人的不确定性降低。 3. 中毒的临床观察 指在毒物、药物中毒救治 或新药研发过程中出现中毒的临床观察。常见 于偶然发生的事故，如误服、自杀、毒性灾害 等，通过急性中毒事故的处理和治疗，可直接 观察到中毒症状、毒效应的可能靶器官。 第二节 毒理学与其他医药学分支学

8、科的关系 n一、毒理学在临床医学中的应用 1. 作为临床诊断的参考 2. 加深对毒物危害的认识 3. 提高临床诊疗水平 （1）化学中毒病因分析 （2）化学中毒事故救治 n二、毒理学在预防医学中的应用 （一）毒理学在环境卫生领域的应用 1. 阐明肺癌高发病因 2. 监测和评价环境质量 3. 毒性评定和安全性评价 4. 制订环境卫生标准的重要手段 （二）毒理学在职业卫生领域的应用 1.识别职业有害因素 2.职业有害因素的评价、预测与控制 （三）毒理学在食品卫生领域的应用 利用食品毒理学实验方法，研究食品中外源 化学物的来源、性质、不良或有益作用及其机制 ，确定其安全限量和评价食品的安全性，确保人

9、类健康。 综上，卫生毒理学分支的研究对象、手段基 本相同，只是危险度管理的暴露人群特征不同而 已。 n三、毒理学在法医学、放射医学、药物学中的应用 1.法医毒理学是主要应用毒理学和有关学科的理论及其技术 ，研究与法律有关的自杀、他杀、意外或灾害事故、药物滥 用、环境污染和医源性药物引起中毒的一门学科。 2.放射毒理学是应用毒理学方法研究放射性核素对人体健康 的影响及其机制的学科。主要通过核试验及动物试验来研究 核污染的毒作用。 3.药物毒理学是研究药物在一定条件下，可能对机体造成的 损害作用及其机制的一门科学，是毒理学的一个分支学科， 在新药临床前安全性评价、临床试验、及临床合理用药方面 有广

10、泛的应用。 第三节 毒理学基本概念 n一、毒物、毒性及毒效应 （一）毒物 毒物（poison）指在一定条件下，较少的剂量可 损伤机体的物质。 常见的毒物分为： 工业毒物； 环境污染 物； 食品中有毒成分； 日用品的有害成分 ； 农用化学物； 医用药物； 生物毒素 （toxin）； 军事毒物； 放射性核素 。 （二）毒性 毒性（toxicity）指化学物能够损害机体的固有能力。 化学物的毒性取决于其化学结构，结构不同毒性不同。在 同等剂量下，一种化学物对机体的损害能力越大，其毒性 越高。化学物的毒性大小也是相对的。 （三）毒效应 毒效应（toxic effect，又称为毒作用）指毒物或药 物使机

11、体产生的有害生物学变化，如机体负荷增加、微小 的生理和生化改变，亚临床改变现、临床中毒甚至死亡等 效应。 化学物毒效应可按其作用特点、时间、部位和中毒 表现分类。 1. 局部与全身毒效应 2. 速发性与迟发性效应 3. 可逆与不可逆效应 4. 过敏性反应 5. 特异体质反应 （四）非损害效应与损害效应 1. 非损害效应 指机体发生的生物学变化在适应代 偿能力范围内，对其他外界不良因素的易感性也不 增高。 2. 损害效应 指影响机体行为的生物化学改变、功 能紊乱或病理性损害，或对外界环境应激反应的能 力降低。损害效应是外源化学物毒性的具体表现， 是毒理学的主要研究对象。 （五）毒效应谱 毒效应谱

12、（spectrum of toxic effects）指机 体接触外源化学物后，随着剂量增加而出现的一系 列生物学效应，包括： 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； 甚至死亡。 n二、生物学标志 生物学标志（biomarker）指对通过生物学屏障进 入组织或体液的外源化学物或其生物学后果的检测 指标，可分为暴露生物学标志、效应生物学标志和 易感性生物学标志。 生物学标志包括暴露生物学标志 、效应生物学标 志、易感性生物学标志三种。 1.暴露生物学标志（biomarker of exposure）指组织、体液 或排泄物的外源化学物及其代谢产物，或与内

13、源性物质反应 的产物检测值，作为内剂量（吸收剂量）、靶剂量或生物效 应剂量的指标，提供与外源化学物暴露有关的信息。 2.效应生物学标志（biomarker of effect）指反映机体生理 、生化、行为或其它改变的指标，包括反映早期生物效应、 结构和（或）功能改变标志、疾病等三类标志，提示与不同 靶剂量外源化学物或其代谢物有关的健康有害效应信息。 3.易感性生物学标志（biomarker of susceptibility）指反 映个体对外源化学物的生物易感性指标，或反映机体先天具 有或后天获得的对接触外源性物质产生反应能力的指标。 n三、剂量和剂量-反应关系 （一）剂量 是决定外源化学物对

14、机体损害作用的重要因素。指机体接触 化学物质的量或在试验中给予机体受试物的量（外剂量），也可指外源 化学物被吸收入血的量（内剂量）或到达靶器官并与其相互作用的量（ 靶剂量、生物有效剂量）。 （二）效应与反应 效应（effect）指机体接触一定剂量外源化学物引起的生物学效应 ，又称量化效应（graded effect）。该变化程度用计量单位表示，如某 种有机磷农药抑制血胆碱酯酶活性，可用酶活性单位的测定值表示。 反应（response）指接触一定剂量的外源化学物后，出现某种生物 学效应及达到一定强度的个体在群体中所占的比例，通常以%或比值表示 。 （三）剂量-量反应关系和剂量-质反应关系 剂量-

15、量反应关系（graded dose-response relationship）表示化学物剂量与个体发生的量化效应-强度 关系。如红细胞中碳氧血红蛋白含量随空气CO浓度增加而升 高。 剂量-质反应关系（quantal dose-response relationship）表示化学物剂量与某一群体中质化效应-发生 率的关系。 剂量-效应或反应有直线型、S-形、抛物线型、指数型、双 型、干扰型等6种类型曲线。 1. 直线型 效应或反应强度与剂量呈直线或正比例关系（ 图1-1）。 图图1-1 1-1 直线型直线型 2.S-形曲线 低剂量的效应或反应强度随着剂量增加而 缓慢增高，较高剂量的效应或反应强

16、度随着剂量增加而快 速增加，但继续增加剂量时，效应或反应强度增高则趋向 缓慢，呈“S”形曲线（图1-2、1-3）。 。 图图1-2 1-2 对称对称S S形曲线形曲线 图图1-3 1-3 非对称非对称S S形曲线形曲线 3. 干扰曲线 毒物致死作用或对细胞生长抑制作用有时 可干扰曲线，中途改变其形态甚至中断（图1-4）。 图图1-4 1-4 受干扰的曲线受干扰的曲线 （四）剂量-反应曲线的转换 为通过数学的方法更加准确地计算LD50等重要的毒理 学参数，得出曲线的斜率，有必要将S形曲线转换为直线 。 图1-5 S形曲线向直线的转换 转换而来的直线可以建立数学方程，计算出各剂量对 应的反应率及曲线斜率。LD50、TD50、ED50等是引起50 反应率的一个点剂量，不能全面反映化学物质的毒性特征 ，而曲线斜率可反映这方面的情况。如A、B化学物的LD50 一样，其曲线斜率不同（图1-6）。 图1-6 两种化学物毒性的比较 A A曲线斜率小，较大的剂曲线斜率小，较大的剂 量才引起较高的死亡率；量