第三章毒作用及其影响因素 第三章 毒作用及其影响因素n第一节 毒效应谱 n第二节 毒作用机制 n第三节 常用毒性描述参数 n第四节 毒作用影响因素 毒效应谱(spectrum of toxic effects)： 指机体接触外源化学物后，取决于外源化学物 的性质和剂量，可引起多种变化，可以表现为： 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 毒效应谱包括致癌、致突变和致畸作用第一节 毒效应谱n概念：n适应（adaptation）：指机体对一种通常能引起有害作用的化合物显示不易感或易感性降低n抗性（resistance）：是一个群体对于应激原化学物反应的遗传结构改变，以致与未暴露的群体相比有更多的个体对该化学物不易感，抗性产生必须有化学物的选择及随后的繁殖遗传n耐受（tolerance）：指个体获得对某种化学物毒作用的抗性，通常是早先暴露的结果，表现为对该化学物毒作用反应性降低n引起耐受的主要机制：n（1）到达毒作用靶部位的化学物量降低n（2）某组织对该化学物的反应性降低毒作用及其分类n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 超敏反应 特异体质反应毒作用及其分类v速发或迟发性作用： 速发性毒作用(immediate toxic 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 toxic 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毒作用及其分类v局部与全身作用： 局部毒性作用(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 全身毒性作用(systemic toxic effect)是指外源化学物被机体吸收并分布至靶器官或全身后所产生的损害作用 毒作用及其分类v可逆与不可逆作用： 可逆作用(reversible toxic effect)是指停止接触外源化学物后可逐渐消失的毒性作用 不可逆作用(irreversible toxic effect)是指在停止接触外源化学物后其毒性作用继续存在，甚至对机体造成的损害作用可进一步发展毒作用及其分类v超敏反应： 超敏反应(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v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研究毒性机制应明确以下几点 ：n毒性效应是由毒物引起正常细胞发生生理和生化改变的结果n毒性效应的程度除毒物本身外，还与剂量及靶部位有关n靶组织和靶器官具有代偿能力，可超常发挥解毒功能n毒效应包括一般毒性效应和特殊毒性效应研究 第二节 毒作用机制机制研究的意义：n机制信息为解释描述性毒理学资料、评估某外源化学物引起有害效应的概率、确定预防和拮抗毒性作用的方法、制定预防策略、设计危害程度较小的药物和工业化学物，以及开发对靶生物具有良好选择毒性的杀虫剂等方面提供了理论依据；n有利于人们对外源化学物毒作用部位、生理、生化以及人类某些重要疾病病理过程的进一步认识。
毒性作用发挥的阶段n毒物转运到一个靶部位或多个靶部位；n进入靶部位的毒物与内源靶分子交互作用；n毒物引起细胞功能和（或）结构的紊乱；n机体启动分子、细胞和（或）组织水平的修复机制应对毒物对机体的作用n当毒物引起的紊乱超过机体修复能力或修复功能低下时，毒性就会出现如组织坏死、癌症和纤维化等n概念：n终毒物（ultimate toxicant）是指与内源靶分子（如受体、酶、DNA、微丝蛋白、脂质）反应或严重地改变生物学（微）环境、启动结构和（或）功能改变而表现出毒性的物质 n终毒物：原化学物（母化合物）、代谢物、活性氧或活性氮类n毒效应的强度主要取决于终毒物在其作用位点的浓度及持续时间 一、毒物从暴露部位到靶部位（一） 从暴露部位进入体循环n毒物的吸收n毒物进入体循环前的排除n肠上皮细胞和肝细胞均含有丰富的药物（毒物）代谢酶和药物（毒物）转运蛋白n体循环前或首过消除可减小通过体循环途径到达靶部位的化学物的毒效应 n（二）从体循环进入靶部位n促进毒物分布到靶部位的机制n妨碍毒物分布到靶部位的机制n1促进毒物分布到靶部位的机制n（1）毛细血管内皮的多孔性n（2）专一化的穿质膜转运n（3）细胞器内的蓄积n（4）可逆性细胞内结合n2妨碍毒物分布到靶部位的机制n（1）血浆蛋白的结合n（2）专一化的屏障：血脑屏障、血睾屏障、胎盘屏障n（3）贮存部位的分布n（4）与细胞内结合蛋白的结合n（5）从细胞内排出：脑毛细血管内皮细胞上含有ATP依赖的膜转运蛋白，称之为多种药物耐受（mdr）蛋白或P-糖蛋白。
三） 增毒与解毒1增毒 增毒使外源化学物的反应性增加，促进其与带有易感功能基团的内源性分子反应 增毒过程主要是使外源化学物转变为：n亲电物（electrphiles）n自由基（free radicals）n亲核物（nucleophiles）n氧化还原性反应物 （redoxactive reductants）n(1)亲电物的形成n亲电物 是含有一个缺电子原子（带部分或全部正电荷）的分子该缺电子原子中的部分或全部阳电荷使其很容易通过共享电子对的方式与亲核剂中富含电子的原子反应n亲电子剂经常是在外源化合物被细胞色素P-450或其他酶氧化成酮类、环氧化物及芳烃氧化物、,-不饱和酮及醛类、醌类或醌亚胺类以及酰基卤等过程中形成的p.56 表3-1）n（2）自由基形成n自由基（free radicals）是在其外层轨道中含有一个或更多不成对电子的分子或分子碎片n自由基可由分子（或分子片断）接受一个电子或丢失一个电子，或者通过共价键均裂而形成n自由基的特点：具有顺磁性、其化学性质十分活泼、反应性极高，因而半减期极短，一般仅能以s计，作用半径短n自由基形成n自由基在生物体内来源有二：一是细胞正常生理过程产生；二是化学毒物在体内代谢过程产生。
n许多外来化合物可通过各种不同途径产生自由基，但其中最主要的途径是通过氧化还原循环（redox cycling）它通过加入一个单电子使化学物还原为不稳定的中间产物，随后这个电子转移给分子氧而形成超氧阴离子自由基(O2-)，而中间产物则再生为原化学物如：百草枯(PQ+)、阿霉素(DR)和硝化呋喃托英(NF)可从还原酶接受一个电子形成自由基n（3）亲核物的形成n亲核物的形成是毒物活化作用较少见的一种机制例如：苦杏仁经肠道糖苷酶催化形成氰化物；等n（4）活性氧化还原反应物的形成n例如，硝酸盐通过肠道细菌还原、亚硝酸酯或硝酸酯与谷胱甘肽反应而形成产生高铁血红蛋白的亚硝酸盐； 2解毒n排除终毒物或阻止其形成的生物转化过程称为解毒（detoxication）在某些情况下，解毒可与增毒过程竞争某一外源化学物解毒可以几种途径进行，取决于有毒物质的化学特征n（1）无功能基团毒物的解毒n一般而言，无功能基团的化学物如苯、甲苯以两相方式解毒首先，功能基团如羟基或羰基被引入到分子中，最为常见的是通过细胞色素P450酶，随后一种内源性的酸如葡萄糖醛酸、硫酸或氨基酸通过转移酶加入功能基团中，最终的产物为失活的、高度亲水的、易于排泄的有机酸。
2）亲电物的解毒 亲电性毒物较为普遍的解毒方式是与亲核剂谷胱苷肽结合亲电子剂较为特殊的解毒机制是环氧化物和芳烃环氧化物被环氧化物水化酶催化分别生成二醇类及二氢二醇类化合物3） 亲核物的解毒： 亲核物一般通过亲核性功能基团的结合反应进行解毒如羟基化合物与硫酸或葡糖醛酸结合，硫醇类与葡糖醛酸结合，胺类和肼类化合物被乙酰化4） 自由基的解毒： 酶性抗氧化系统：通过超氧化物歧化酶（SOD）将超氧阴离子(O2-)转变成H2O2，再经谷胱甘肽过氧化物酶（GPO)或过氧化氢酶（CAT）还原为水 （4） 自由基的解毒：非酶性抗氧化系统 在生物体系中广泛分布着许多小的生物抗氧化剂分子，它们能通过非酶促反应而清除氧自由基例如，维生素C、维生素E、谷胱甘肽（GSH）、尿酸、牛磺酸和次牛磺酸等 （5）蛋白毒素的解毒： 胞内或胞外的蛋白酶可能在毒性多肽的解毒中起作用在蛇毒中发现的几种毒素(如,-银环蛇毒素，半环扁尾蛇毒素，磷酯酶)中含有分子内二硫键，这些二硫键是其保持活性必不可少的硫氧化还原蛋白可使上述几种蛋白失活硫氧化还原蛋白是一种可还原必需二硫键的内源性二巯基蛋白n（6） 解毒过程失效n 毒物可能使解毒过程失效，引起解毒酶耗竭，共底物(cosubstractes)的消耗或细胞抗氧化剂如谷胱甘肽、抗坏血酸和-生育酚的耗竭，这就导致终毒物的蓄积。
n 毒物使解毒酶失活 n 某些结合反应可被逆转 n 有时解毒过程产生潜在的有害副产物 二、终毒物与靶分子的反应n毒性是由终毒物与靶分子的反应所介导的，随后一系列继发生化事件发生，导致在不同生物学组织结构水平(如靶分子本身、细胞器、细胞、组织和器官，甚至整个机体)上的功能失常与损伤n终毒物与靶分子的交互作用：n 靶分子的属性；n 终毒物与靶分子之间反应的类型；n 毒物对靶分子的效应；n由于生物学微环境(关键的内源分子、细胞器、细胞和器官在这样的微环境中运行)改变所引起的毒性n1、靶分子的属性n毒理学上相关的靶标是大分子，如核酸（特别是DNA）和蛋白质在小分子中，膜脂质最为常见n必须具有合适的反应性和（或）空间构型，以容许终毒物发生共价或非共价反应n靶分子必须接触足够高浓度的终毒物，邻近或接近的内源性分子常常是靶分子n终毒物与靶分子反应并产生有害效应n2、反应的类型：n非共价结合（nonconvalent binding）:(可逆）通过非极性交互作用或氢键与离子键的形成，具有代表性的是毒物与膜受体、细胞内受体、离子通道以及某些酶等靶分子的交互作用p共价结合（convalent binding）：（不可逆）指化学毒物或其具有活性的代谢产物与机体的一些重要大分子发生共价结合，从而改变核酸、蛋白质、酶、膜脂质等生物大分子的化学结构与其生物学功能。
加合物(adducts)指活性化学物与细胞大分子之间通过共价键形成的稳定复合物p去氢反应（hydrogen abstraction)p电子转移(electron transfer)p酶促反应（enzymatic reaction) n3、毒物对靶分子的影响n终毒物与内源性分子反应可引起功能与结构失常，而且对蛋白质而言，这种反应可使蛋白质变成免疫系统的外源异蛋白(即成为抗原)n（1） 靶分子的功能失调n某些毒物活化靶蛋白分子，模拟内源性配体n化学物通常抑制靶分子的功能n当蛋白质与毒物交互作用而改变其构型结构时，蛋白质的功能即受损害n毒物可干扰DNA的模板功能化学物与DNA共价结合引起复制期间核苷酸错配n（2） 靶分子的结构破坏n毒物通过与内源性分子形成加合物、发生交联和断裂而改变内源性分子的一级结构n某些靶分子受化学物攻击后自发性降解n毒物可引起几种形式的DNA断裂n（3）新抗原形成 n发生变化的蛋白质可激发免疫应答例如，细胞色素P-450将氟烷生物转化为三氟乙酰氯（trifluoacetyl chloride）,转化为半抗原与肝各种微粒体和细胞表面蛋白质结合，诱导抗体产生，引起肝炎样综合征。
n某些带有加合物的蛋白质能模拟正常蛋白质，使正常蛋白质也能受抗体攻击n4、非经靶分子反应引起的毒性n某些外源化学物不是通过或不完全通过与特定内源性靶分子交互作用而引起毒性，而是通过改变生物学微环境而导致毒性n能改变生物水相中的H+离子浓度的化学物n使细胞膜脂质相发生物理化学改变以及破坏细胞功能所必需的穿膜溶质梯度的溶剂及去垢剂；n通过占据位置或空间引起危害的其他外源化学物三、细胞功能障碍及其导致的毒性（一）毒物引起的细胞调节功能障碍n1、基因表达调节障碍n（1）转录调节。