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1、化学混合物联合毒性作用,Konemanns MTI：mixture toxicity index MTI = log(1)log(TUmax)/log(M)log(TUmax) 校正的混合物毒性单位： MTUc = TUmax+(MTUmax) TU：毒性单位(toxicity unit) M：混合物产生的标准响应(如LC50) 校正因子 = (1TUmax)/(MTUmax) AEE：外推误差分析(analysis of extrapolation error),浓度相加与响应/反应相加,浓度相加(简单相似作用)化学物独立作用产生相似的生物效应，从而混合物中某一成份的浓度可以由另一成份表示。
2、如果标准响应(如96h混合物暴露存活概率=0.5)出现，即毒性单位之和等于1，则混合物组分联合作用可定义为浓度相加。浓度相加据认为是非交互联合作用最常见的形式。主要工业化学品(来自有毒物质控制行动清单TSCA)和地表水中工业污染物的主体大多表现为浓度相加作用模式。 响应/反应相加(独立作用)因作用点位或模式不同，化学品作用于不同生物体系或对同样生物系统影响不同。响应相加模式基于相关系数的三种取值(1，0，+1)，以个体生物的敏感性表征两化学品浓度/剂量的相似性。,负相关不能应用于两个以上化学品混合物，多个化学品混合物的相关系数介于0和1之间。当 = +1，种群对混合物的响应与对其中最毒成份的响
3、应没有显著不同，则当任一组分的最大毒性单位等于1时，会出现标准响应。H. Konemann定义=+1的响应相加为无相加(no addition)，并建立具有两个参照点的混和毒性比例(scale)： 无相加(no addition) TUmix = TUmax,component 浓度相加(concentration addition) TUmix = TUcomponent,沿连续比例尺度，其它混和毒性类型为： 拮抗(混和毒性低于无相加，no addition)； 超相加(supra addition，混和毒性大于浓度相加，或称协同synergism),两种有毒物联合作用类型,A 剂量,B 剂
4、量,1.0毒性单位,1.0毒性单位,协同作用 III,相加作用 II,独立作用/无相互作用 I,独立作用/无相互作用 I,次/小于相加 作用 IV,拮抗作用 V,联合作用的等效应曲线,通常用于评定两种化学物的联合作用原理： 在实验条件和接触途径相同情况下，分别求出受试甲、乙两种化学物的LD50及其95%置信区间(上、下限)； 将甲化学物的LD50值及其95%置信区间的上、下限值绘制在纵坐标轴上；将乙化学物的LD50值和95%置信区间的上、下限值绘制在横坐标轴上； 将两化学物的LD50值和95%置信限的上、下限所对应的剂量点分别连线，形成三条直线，即为等效应线； 在相同条件下，取甲、乙化学物的等
5、毒性剂量(如各取0.5LD50剂量)制成混合物，暴露于受试生物，求出此混合物的LD50。以混合物的LD50中甲、乙两,种化学物各自的实际剂量分别绘制在座标图上，在此两个剂量点处各作垂直线，垂直线延长相交。利用交点位置评价联合作用的类型： 若交点落在两种化学物95%置信区间上、下限直线之间，表示相加作用； 若交点落在两化学物95%置信区间下限直线以下， 表示协同作用； 若交点落在两化学物95%置信区间上限直线以上， 表示拮抗作用。,联合作用等效应曲线,95%置信下限,95%置信上限,LD50,95%置信下限,LD50,95%置信上限,甲化学物剂量,乙化学物剂量,协同,相加,拮抗,组分相乘与半效应
6、模型,组分相乘和半数效量模型在评价多种化学物同时对酶分子活性的抑制效应时，广泛采用半数效量法，以半效原理为基础，发展出相容性和非相容性抑制剂的动力学模型。 相容性抑制剂指一个以上的化学抑制剂均表现为独立作用，相互之间不发生各种排斥现象，而且至少有一个化学抑制剂是非竞争性的。化学抑制剂作用遵循MichaelisMenten组分相乘方程，数学表达式为： (fu)1,2 = (fu)1(fu)2若计算结果不等于两者相乘，说明两种化学抑制剂对酶生物学活性有协同或拮抗效应。,优点：方法简单直观，可给出双曲线型剂量响应关系。缺点：没有考虑可能存在的S型函数关系，不适于非相容性的酶抑制剂，因而在非双曲线反应
7、类型时会低估或高估联合作用效应，尤其是剂量过低或过高时影响更大。示例：根据MichaelisMenten型双曲线定义，两因子作用之和应等于1。 如果一个因子的抑制效应为20%，(fa) = 0.2，则抑制后的酶活性为80%，(fu) = 0.8。 假定另一因子的抑制效应为40%，即(fa) = 0.4，抑制后的酶活性为60%，(fu) = 0.6。,如果两个因子联合效应为：80% 60% = 48%，可认为两者为相加作用，高值意味着加强，低值为拮抗作用。,非相容性抑制剂竞争性抑制剂，相互发生各种排斥作用，描述方程： 1/V1,2 = 1/ V1 + 1/V2 1/V0联合作用速率V1,2，单独
8、作用速率V1和V2，初始速率V0。若干化学物同时作用： 1/V1,2,n = 1/Vi (n 1)/V0转化为化学物浓度或作用速度Vi。 利用半效应图可区分相容性和非相容性抑制剂作用： 若单一抑制剂和一个以上抑制剂的剂量响应曲线在半效应图上是平行的，即为非相容性抑制剂； 若两抑制剂单独作用曲线相平行，联合作用曲线为凹状并趋向与两平行线相交，则是相容性抑制剂。,有人提出利用质量作用定律评价剂量反应关系，即对化学反应可用MichaelisMenten方程或Hill方程描述。由此引入半效方程的概念：将各种形式的剂量效应关系标准化，并以半效剂量(ED50)作为处理的基础。半效方程有如下形式： fa/(
9、1 fa) = (D/Dm)m Logfa/(1 fa) = mLog(D) Log(Dm) Log(fa)1 11 = mLog(D) mLogDmD为剂量，Dm为半效剂量，m为Hill型系数，fa为D的效应。以Log(fa)1 11对Log(D)作图已广泛用于评价和估计LD50、TD50(半数致毒剂量)、ED50(半数激活剂量)和ID50(半数抑制剂量)。还用于表达酶系统的相对活性和测定标准放射免疫的配体置换等。,在下述阶段，有毒物相互作用表现为化学的或生理的(1) 动力阶段(Kinetic)：改变毒物吸收、分布、沉积、 代谢和排出等过程的机理；(2) 动态阶段(Dynamic)：改变毒物
10、受体的亲和力和 活性。 导致多重毒性的相互作用机理(1) 环境阶段污染物之间相互作用产生新化合物、络合物、螯合物或化学状态改变。污染物与基质的相互作用改变污染物理化形态和毒性；(2) 动态阶段 多重污染物作用于靶标组织的同一点位； 多重污染物作用于不同靶标组织上的不同点位，但产生共同的负面响应；,污染物相互作用及多重毒性,污染混合物，其中一种作为有毒物通常是非活性的，但结合后改变了有机体对其它有毒成分的一种或多种的响应； 多重污染物互助产生的毒性响应不同于单独存在时所诱导产生的毒性响应；(3) 动力阶段 多重污染物改变靶标组织的毒物有效性； 多重污染物强化或诱导(如肝脏中的混和氧化酶体系)代谢
11、产物多于起始污染物。(在动力和动态阶段，污染物相互作用的重要类型及有关的响应如下图所示),两种物质结合等效线I (同等生物响应曲线),物质A自身是活性的，物质B单独给予时是非活性的，但会影响A的活性。 (1) 协同，即物质B的行为提高对物质A的灵敏性； (2) 拮抗，即物质B的行为降低对对物质A的灵敏性。,B使A变得敏感,协同,B惰性,功能的 生理的,竞争的 化学的,非竞争 不可逆,剂量 B,剂量 A,a,拮抗,两种物质结合等效线II (同等生物响应曲线),(1) 物质A和物质B在单独给予时均是活性的； (2) 相加作用形成协同(加强)作用与拮抗作用的边界。,剂量 B,剂量 A,相加行为,拮抗
12、行为,合作行为,加强作用,次相加行为,严格协同,a,b,生物学效应模型依据生物学概念建立的生物数学模型。包括三个阶段： 首先用一系列抽象概念描述外源性化学物影响生物系统的方式； 然后对影响方式用数学模型表达； 最后用实际资料对不同条件下的模型进行检验和修正。对联合作用的数学处理是采用耐受分布理论，前提是假定群体中每一个体的反应阈值不同，因此，可以对耐受分布进行概率统计。,S：化学物A单独作为一个致死因子的范围； T：化学物B单独作为一个致死因子的范围； O：化学物C单独作为一个致死因子的范围。 指示化学物A、B、C对生态系统生物组分共同作用的一个大致情况； 同时处于三种化学物非致死浓度可引发生
13、态系统生物组分的死亡。,生态系统的耐量多边形,A,B,C,O,S,T,A,致死范围,耐受范围,影响种群中耐受性获取速率的因子,影响种群中耐受性获取速率的因子,药物动力学模型可预测一化学物在体内任何时间的分布和降解情况。一般需要建立三方面的资料： 生理学常数； 生物化学常数； 有关机理因素。,测定联合毒性的方法,半存活时间(LT50)比较法先求得两种化学物A、B单独使用时的阈浓度(LC50)，然后用毒性单位表示浓度，配制不同毒性单位的A和B化学物的实验溶液按一定比例混和的混和液AB，在相同实验条件下求A、B、AB各浓度的LT50，以毒性单位为横坐标，LT50为纵坐标作图。若： AB毒性曲线位于A
14、、B毒性曲线之间，为毒性相加； AB毒性曲线位于A、B毒性曲线上方，为毒性拮抗； AB毒性曲线位于A、B毒性曲线下方，为毒性协同。 等毒性溶液法参见图示,两种毒物按不同比例混合的等毒性溶液法,协同作用,拮抗作用,相加作用,毒性效应程度,C,D,X,Z,L,M,H,E,C点：100%的B毒物，单个毒物的LC50，D点：A毒物的LC50，即100%的毒物，其余各点是A、B两种毒物不同比例的混和液(0、20、40、60、80、100%)。 若两种毒物均采用同一指标，而混合物毒性为相加作用，则混和液的指标也应是同一指标，即应落在EF直线上；若为拮抗作用，存活曲线应位于直线EF上方；若为协同作用，存活曲
15、线位于直线EF下方。,毒物混合比例,F,相加指数法A、B两种毒物：Am/Ai + Bm/Bi = S (1)Ai、Bi分别为毒物A、B的LC50，Am、Bm分别为混合物LC50中所含毒物的量，S为生物学作用之和，以死亡作为指标：当S 1.0 时，相加指数 = 1/S1 (2)当S 1.0 时，相加指数 S (1) + 1 (3) (S1)在相同实验条件下，求得A毒物和B毒物的LC50及其95%置信限，测定混合物LC50，计算混合物LC50中A毒物及B毒物的含量。将A、B毒物LC50的上下限及其含量带入公式(1)，求出S，而后按照公式(2)、(3)求出相加指数范围。正范围表示协同，负范围表示拮抗
16、，介于正负之间为相加。,死亡率比例系数法用混和毒物AB引起死亡百分数和各单种毒物A、B引起死亡百分数之比进行观察。R = AB/(A+B)AB = 各混和组死亡率之和；A = A毒物各浓度组死亡率之和；B = B毒物各浓度组死亡率之和。若计算结果： R 1.5为协同作用； R 0.5为拮抗作用； 两者之间为相加作用。,毒性加和与加强,响应 (%),剂量,1A+1B,2A+2B,加强,相加,25%,A,B,响应 (%),剂量,1A+1B,2A+2B,加强,相加,30%,A,B,化学物A、B均为线性响应,化学物A为线性响应， B为非线性响应,毒性的加强作用potentiation,加强作用,拮抗作用,相加作用,毒性效应程度,0% A 100% B,100% A 0% B,
