毒理學基本概念

第二章毒理學基本概念第一節(jié)毒物和毒效應※第二節(jié)劑量和劑量-反應關系

第三節(jié)選擇毒性、靶器官和高危人群第四節(jié)生物標志※第五節(jié)毒理學的研究方法第六節(jié)毒性參數(shù)和安全限值A第一節(jié)毒性和毒效應一、外源化學物和毒性※幾個基本概念毒理學是從生物醫(yī)學角度研究環(huán)境因素（包括化學因素、物理因素、生物因素）對生物體的損害作用及其機制的科學。通常，在毒理學學科研究工作中要使用到一些相關的名詞（概念）：1.外源化學物（xenobiotic)：外源化學物是指在人類生活的外界環(huán)境中存在、可能與機體暴露（接觸）并進入機體，通過代謝轉化在體內呈現(xiàn)一定的生物學作用的化學物質。又叫作“外源生物活性物質”。2.內源化學物：它是指機體內原來已經(jīng)存在的和代謝過程中所形成的產(chǎn)物或中間產(chǎn)物。那么我們毒理學所研究的就是這些外源化學物和內源化學物對生物體的損害作用，而不是有益作用（如營養(yǎng)作用、藥物的治療作用等）。3.毒性（toxicity)：是指化學物引起的有害作用的固有能力。通常，毒性是物質一種內在的、不變的性質，往往取決于物質的化學結構。化學物對機體健康引起的有害作用稱為毒效應（作用強度）。

通常，在毒理學中毒性和毒效應的概念是有區(qū)別的。毒性認為是化學物固有的生物學性質，我們不能改變化學物的毒性；而毒效應被認為是化學物毒性在某些條件下引起機體健康有害作用的表現(xiàn)，如果改變條件就可能影響毒效應（降低濃度、改善環(huán)境、職業(yè)場所健康促進等）。一般來講，在人類的生活和生產(chǎn)環(huán)境中當外源化學物暴露進入生物體內，首先經(jīng)歷毒物動力學過程，可以有一部分外源化學物或它的活性代謝產(chǎn)物分布到靶器官中引起毒效應。與此同時，機體還有一系列的抗損害作用。通常，外源化學物對機體的損害作用和機體的抗損害作用（在一定條件下機體的修復或代償功能）這兩個過程是同時存在的。如果當外源化學物的作用強度（毒效應）超過機體的抗損害能力，機體就可能出現(xiàn)一系列中毒癥狀或者體征，嚴重者可導致死亡。（P15)）圖2—1化學物質與機體的的有害交互作用。外源化學物暴露↓吸收分布代謝………→靶器官排泄終毒物分子,細胞,器官→毒效應（嚴重者可出現(xiàn)死亡）4.中毒（poisoning)是指生物體受到毒物作用而引起機體功能性或器質性改變出現(xiàn)的疾病狀態(tài)。通常，根據(jù)病變發(fā)生的快慢，中毒可分為急性中毒和慢性中毒。在慢性中毒過程中有時可以出現(xiàn)急性發(fā)作。（職業(yè)臨床呼吸系統(tǒng)或神經(jīng)系統(tǒng)慢性中毒的急性發(fā)作）。通常情況下，任何一種化學物質要達到一定的劑量，在一定條件下都可能對機體產(chǎn)生有害作用。也就是說化學物的毒效應總是與一定劑量或者濃度聯(lián)系在一起的（比如臨床化學藥物—西藥等）。P15表2—1某些化學物引起一組實驗動物半數(shù)死亡的劑量LD50

表2—1某些化學物的半數(shù)致死劑量（LD50）——————————————————————————————化學物物種途徑LD50(mg/kg體重）—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————乙醇小鼠經(jīng)口10000氯化鈉小鼠腹腔4000嗎啡大鼠經(jīng)口900煙堿大鼠靜脈1河豚毒素大鼠靜脈0.1二噁英（TCDD）豚鼠靜脈0.001肉毒桿菌毒素大鼠靜脈0.00001——————————————————————————————————可以看出化學物質的LD50分布很寬，可以達109，而且在每一個數(shù)量級都有代表性化學物，通常很難劃定一個水平作為毒物和非毒物的界限。5.毒物（toxicsubstance,poison,toxicant)：是指較低的劑量下可導致機體損傷的物質。實際上這是一個法規(guī)管理的名詞，對于化學物的急性毒性它規(guī)定在某個劑量下可以引起機體的有害作用的物質為毒物（如職業(yè)環(huán)境中化學物的GB—MAC等）；而對其它毒性（慢性毒性）主要根據(jù)證據(jù)的充分性來確定人類或動物的致癌物、致畸物、致突變物等遠期效應以及特定靶器官毒物。------我們人類最早對毒物的認識，主要是動、植物中的天然毒素以及某些有毒的礦物質，比如蛇毒、烏頭、大麻、大黃和硫磺、鉛、汞、砷等。這些可以追溯到遠古時期人類靠游獵與采集可食動植物為生的時候，就注意到了一些對人、畜有毒的動植物，以保證食用安全。------以后，又逐漸懂得了利用有毒物質（如箭毒、烏頭等）作為狩獵工具和武器。------后來，我們人類在與疾病的斗爭過程中，產(chǎn)生了藥物，同時，人類在對藥物毒性作用作了廣泛的研究。------隨著社會的發(fā)展，自19世紀工業(yè)革命以來，化學合成物（化合物）大量問世。------特別是20世紀40年代以來，科學技術迅猛發(fā)展，越來越多的化學合成品進入各種生產(chǎn)和生活領域，使用種類和數(shù)量相當廣泛。------目前，全球登記的化學物質已達1000多萬種，人們在日常生活和工農(nóng)業(yè)勞動中經(jīng)常使用和接觸的大約有7--8萬種，而且每年還有1000多種新化學物問世，這樣就使得人類在生活環(huán)境或者生產(chǎn)環(huán)境中所暴露的化學物質無論是品種還是數(shù)量都在不斷增加。關于化學物質的分類，由于目的和習慣上的不同，通常可有多種分類方法。目前比較統(tǒng)一的、能夠達成共識的分類是按化學物的用途和分布范圍大致可以分為9類：1.工業(yè)化學品包括生產(chǎn)時使用的原料、輔助劑以及生產(chǎn)中產(chǎn)生的中間體、副產(chǎn)品、雜質、廢棄物和成品（產(chǎn)品）等。2.環(huán)境污染物如現(xiàn)代工業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣（工業(yè)三廢）中的化學物對生產(chǎn)環(huán)境和大氣環(huán)境的污染。這些污染物可以通過空氣（大氣環(huán)境）、水體、土壤或者食物而危及人類健康。（包鋼氟化物污染——沙德格蘇木羊長牙病2004.4——6）。3.食品中的有毒物質包括天然的或食品變質后產(chǎn)生的毒素（毒蕈、黃曲霉毒素）以及各種超量的或不合格的食品添加劑，如糖精（各種甜味劑）、食用色素、香精、保鮮劑、防腐劑等等。4.農(nóng)、牧業(yè)用化學品各種化肥、農(nóng)藥（殺蟲劑）、除草劑、植物生長調節(jié)劑（助長劑、催熟劑）、瓜果蔬菜保鮮劑、動物飼料添加劑等。常常由于誤用、濫用以及農(nóng)藥在食品中的殘留而造成危害。5.日用化學品日常生活中使用最多的比如各種洗滌用品、清潔劑、化妝品、家庭衛(wèi)生使用的防蟲殺蟲用品，廢棄的塑料包裝袋對生活環(huán)境的污染—“白色污染”（很嚴峻）等。2008.6.1.國務院辦公廳頒發(fā)的“禁塑令”：從2008.6.1.起在全國范圍內禁止生產(chǎn)、銷售、使用厚度＜0.025mm的塑料購物袋，并將實行塑料袋購物有償使用制度。據(jù)不完全統(tǒng)計我國每天居民生活要用掉10億個塑料袋，主要以買菜為主，其他各種塑料袋的用量每天在20億個以上。目前這種塑料袋主要是不可降解，埋在地下要大約200年才能腐爛，并且嚴重污染土壤；如果采取焚燒處理的方式，產(chǎn)生有害煙塵和有毒氣體，長期污染大氣環(huán)境。此外，還有一些不良生活習慣如某些嗜好煙、酒對健康的影響等。6.生物性毒素又統(tǒng)稱毒素。它是由生物體產(chǎn)生的一種特殊的毒素，如微生物、動物或植物產(chǎn)生的毒性物質。通常根據(jù)來源的不同，可以分為以下幾種：①動物毒素---即由低等動物產(chǎn)生的毒素，如某些致病桿菌、病毒所引發(fā)的人—畜共患疾?。谔阋?、布病、鼠疫等），2003年的“非典病毒”等。②植物毒素---即由植物產(chǎn)生的毒素，比如毒蕈。③霉菌毒素---由某些霉菌產(chǎn)生的毒素，如黃曲霉毒素、肉毒毒素等。④細菌毒素---由細菌產(chǎn)生的毒素。

7.醫(yī)用化學品比如用于預防和治療的各種劑型的藥物、用于診斷的化學物質，各種造影劑、消殺劑（如突發(fā)性公共衛(wèi)生事件的各種傳染病的預防預案等）此外，還有某些獸醫(yī)用藥，藥物常因過量使用、致敏作用或特異反應等引起毒性作用。8.軍事毒劑主要指用于軍事方面的一些個化學物質。如芥子氣、沙林等具有大量殺傷性的化學武器的戰(zhàn)爭毒劑。（2003年3月美國大舉進攻伊拉克的理由）。9.放射性物質比如放射性核素、天然放射性元素等。此外，還可以按照化學物的化學結構、理化性質、毒性級別、毒性作用性質、作用部位、毒作用的生理生化機制對化學物質進行分類，通?？梢愿鶕?jù)具體情況予以選擇。目前，除了外源化學物的研究之外，毒理學已經(jīng)加強了對內源化學物的毒性研究，比如含氧自由基、含氮自由基、同型半胱氨酸等的研究。

二、損害作用和非損害作用通常，外源化學物在機體內可引起一定的生物學效應，其中包括損害作用和非損害作用。一般來講，損害作用是外源化學物毒性的具體表現(xiàn)。這也是毒理學的主要研究對象。因此，必須明確損害作用的概念，并且與非損害作用加以區(qū)別?！庠椿瘜W物對機體的損害作用（adverseeffect)是指影響機體行為的生物化學改變，出現(xiàn)功能紊亂或病理損害，或者降低機體對外界環(huán)境應激的反應能力。通常在毒理學試驗中所觀察到的效應，是否屬于有害效應，主要依賴于這種效應的性質，往往需要專家的判斷。例如：有機磷酸酯類農(nóng)藥引起的血漿膽堿酯酶抑制不應該認為是毒性效應，僅可作為暴露標志物。此外，某些實驗研究外源化學物引起的實驗動物肝重量的可逆性增加可能是適應性反應，而不是毒效應，需要進一步研究。外源化學物的損害作用（有害作用）也有稱之為健康效應（healtheffect).

●在外源化學物對機體的非損害作用（non-adverseeffect)中，機體發(fā)生的生物學變化應在機體適應代償能力范圍之內，往往不造成機體形態(tài)、生長發(fā)育過程及壽命的改變，機體對其它外界不利因素影響的易感性也不應增高。應該指出，正如在健康和疾病狀態(tài)之間沒有一個決然的分界，存在亞健康狀態(tài)和亞疾病狀態(tài)一樣，實際上有時也難以判斷外源化學物引起的生物學作用是非損害作用還是損害作用。外源化學物對機體的損害作用和非損害作用都屬于生物學作用，后者經(jīng)過量變達到某一水平后發(fā)生質變而轉變?yōu)榍罢摺?/p>

●隨著生命科學的進展，損害作用的指標和概念將不斷得以更新，一些過去認為是非損害作用的生物學作用，可能會重新判斷為損害作用。

三、毒效應譜當外源化學物經(jīng)暴露吸收進入生物體內的作用強度較低（劑量或濃度較低，作用時間較短），機體的生理適應和抗損傷過程相對較強時，機體保持相對穩(wěn)定，僅有負荷增加或生理意義不明確的一些改變，不出現(xiàn)損害作用。通常，機體的這種自穩(wěn)機制是有限度的，如果外源化學物作用強度較強（劑量和能度較高，相對作用時間較長），引起損害作用，機體進行病理性適應，通常這種病理性適應是可逆的，包括組織改建、代償性肥大和增生、化生等。當外源化學物作用強度進一步增加時，機體的病理性適應和代償失調進而出現(xiàn)一系列比較特異的中毒癥狀及體征，嚴重者最后可導致死亡（圖2-1，圖2-2）。

因此，我們人類在生活環(huán)境或者生產(chǎn)環(huán)境當中暴露外源化學物作用于機體的毒效應譜（spectrumoftoxiceffects)通常隨著暴露劑量的增加可以出現(xiàn)下面5個方面的表現(xiàn)：①機體對外源化學物的負荷增加。②意義不明的生理和生化改變。③亞臨床改變。④臨床中毒表現(xiàn)。

⑤嚴重中毒者可出現(xiàn)死亡。這里的機體負荷是指暴露外源化學物以后進入機體的量或者其代謝產(chǎn)物的量以及這些物質在體內的分布。通常這些物質對機體可以是損害作用，也可以是非損害作用。如果外源化學物在體內的負荷明顯增加，有毒物質在生物體內蓄積，可以出現(xiàn)亞臨床改變、臨床中毒表現(xiàn)甚至死亡，這些屬于外源化學物暴露的損害作用（毒性效應）。此外，機體暴露外源化學物的毒效應譜還包括致癌、致突變和致畸作用（化學物毒物的三致作用），以后各章討論。

適應(adaptation)是機體對某一種通常能引起有害作用的化學物顯示不易感性或易感性降低。（在實際調查研究工作中經(jīng)?？梢猿霈F(xiàn)）?？剐?resistance)一詞在毒理學研究工作中是指用于一個群體對于應激原化學物反應的遺傳機構改變，以至與未暴露的群體相比有更多的個體對這種化學物不易感性。因此，暴露化學物以后個體抗性的產(chǎn)生必須有化學物的選擇及以后的繁殖遺傳。（目前實驗動物研究較多）。耐受(tolerance)對暴露者個體而言是指獲得對某種化學物毒作用的抗性，通常被認為是早先暴露的結果，可以導致對這種化學物毒作用反應性降低的狀態(tài)。目前能夠達成共識的引起耐受的主要機制可能是由于到達毒作用靶部位的毒物量降低（處置性耐受，代謝性耐受）或者是機體某一組織對這種化學物的反應性降低。例如四氯化碳預處理可以使肝損傷的活性代謝物（CI3C.）生成減少，引起機體對這個化學物本身的耐受。通常在毒理學研究中耐受一詞也可以用于在暴露某一化學物前對這個物質就有高頻率的抗性基因的接觸群體。在毒理學的實際工作中，抗性和耐受相關，但含義有所不同。

四、毒作用分類

通常，外源化學的毒性作用是它本身或代謝產(chǎn)物在作用部位達到一定數(shù)量并停留一定時間，與組織大分子成分互相作用的結果。一般來講，外源化學物毒性作用的特點是：在暴露化學物后，機體表現(xiàn)出各種功能障礙、機體的應急能力下降、維持機體穩(wěn)態(tài)能力降低以及接觸者對環(huán)境中的其它有害因素敏感性增高。通常，外源化學物的毒性作用可根據(jù)作用特點、發(fā)生的時間、損傷的部位，按不同的方法進行分類。目前常用的分類方法有下面5個方面：（一）速發(fā)性和遲發(fā)性作用1.速發(fā)性毒作用(immediatetoxiceffect)是指機體與某些外源化學物一次暴露后在短時間內引起的即刻毒作用（毒性效應）。例如氰化物、硫化氫等引起的急性中毒出現(xiàn)瞬間（電擊型）死亡等。一般來講，暴露毒物后迅速中毒，說明機體對毒物的吸收快、分布快，作用直接（不需經(jīng)過體內的代謝活化）;相反說明吸收緩慢或者需要經(jīng)過體內代謝活化。如果中毒后迅速恢復，說明體內毒物能很快被代謝或被戒毒;相反，說明機體的解毒或排泄效率低，或者已經(jīng)產(chǎn)生不可逆的病理性損害，（難以恢復）。2.遲發(fā)性毒作用(delayedtoxiceffect)是指機體一次或多次暴露某種外源化學物以后，缺乏中毒癥狀或者已有的中毒癥狀似乎已經(jīng)恢復，再經(jīng)過了一定的時間間隔才表現(xiàn)出來的毒性效應。比如有機磷農(nóng)藥中毒的遲發(fā)神經(jīng)毒通常在急性中毒恢復10天左右，可出現(xiàn)肢體麻木，共濟失調等病變；再如CO引起的昏迷病例，有些在恢復后幾周甚至幾個月后突然發(fā)生嚴重的腦病。此外，致癌物的潛伏期往往很長，從機體初次暴露到出現(xiàn)腫瘤有的需要10～20年時間，又叫做化學物的遠期效應或遠期作用。（二）局部作用或全身作用1.局部毒作用(localtoxiceffect)是指某些外源化學物在機體暴露部位直接造成的損害作用。比如強酸、強堿等對皮膚的灼傷、腐蝕作用；吸入氯氣、氰氫酸等對呼吸道粘膜的刺激、損害作用等。（長期暴露氯氣呼吸道哮喘、牙齒酸蝕癥等損害作用）。2.全身毒作用(systemictoxiceffect)是指外源化學物暴露后被機體吸收隨著血液循環(huán)分布到靶器官或全身后所產(chǎn)生的損害作用。例如窒息性氣體一氧化碳、氰化物急性中毒引起的全身性的乏氧。（細胞內窒息，機體有氧不能利用）。另外，除了一些活性很高的物質外，大多數(shù)外源化學物都可以產(chǎn)生全身毒作用，有些物質可以產(chǎn)生局部作用和全身作用。例如，四乙基鉛可以作用于皮膚的吸收部位，然后分布到全身對中樞神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、造血系統(tǒng)和其他器官產(chǎn)生毒性作用。（三）可逆或不可逆作用1.可逆作用(reversibleeffect)是指機體停止暴露外源化學物后可以逐漸消失的毒性作用。人類在生活和生產(chǎn)環(huán)境中暴露的外源化學物所造成的慢性影響損害大多是可逆的（脫離暴露，治療對策）。2.不可逆作用(irreversibleeffect)通常是指在停止暴露外源化學物后其毒性作用繼續(xù)存在，甚至對機體造成的損害作用可進一步發(fā)展。（病變繼續(xù)進展—塵肺的可持續(xù)發(fā)展；苯的白血病等問題）。例如外源化學物引起的肝硬化、腫瘤等就是不可逆的。通常來講，對于某一個外源化學物它的毒性作用是否可逆，在很大程度上還要取決于所受損傷組織的修復和再生能力。（但這種修復和再生能力是很有限的）。（四）超敏反應超敏反應(hypersensitivity)是機體對外源化學物產(chǎn)生的一種病理性免疫反應。又叫做過敏反應；變態(tài)反應。我們通常將引起這種超敏反應的外源化學物叫做致敏原，致敏原可以是完全抗原，也可以是半抗原。實際上許多外源化學物是作為一種半抗原，但進入機體后，首先與內源性蛋白質結合形成抗原，然后再進一步激發(fā)免疫系統(tǒng)。但機體再次暴露化學物后，就可產(chǎn)生超敏反應。超敏反應通?？梢苑譃棰瘛粜?。Ⅰ型也就是我們通常所說的變態(tài)反應，而且很難發(fā)現(xiàn)典型的S型劑量—反應曲線。但是對特定的個體來說，變態(tài)反應存在著劑量—反應關系，例如一個經(jīng)花粉致敏的人，他的過敏反應強度往往與空氣中花粉的濃度有關。

（五）特異質反應特異質反應(idiosyncraticreaction)通常是指機體對外源化學物的一種遺傳性異常的反應性（過強或過弱的反應性）主要是由于基因多態(tài)性，而與免疫性超敏反應沒有關系。例如，病人接受一個標準治療劑量肌肉松弛劑琥珀酰膽堿，在一般情況下引起的肌肉松弛時間較短，因為這種藥物可以迅速的被血清膽堿酯酶分解。但是如果病人缺乏這種酶，就可以出現(xiàn)較長時間的肌肉松弛甚至呼吸暫停等。通常，超過敏反應和特異質反應的發(fā)生主要與機體因素有關，通常在群體中僅有少數(shù)個體可以出現(xiàn)這種反應，在實驗動物研究中難以復制模型。一種外源化學物的毒效應可能同時涉及上述幾種分類。

第三節(jié)選擇性毒性、靶器官和高危險人群（一）選擇性毒性(selectivetoxicity)它是指一種外源化學物質只對某種生物產(chǎn)生損害作用，而對其它種類生物無害;或者只對機體內某一組織器官發(fā)揮毒性，而對其它組織器官不具毒性作用。最早它是指物種之間毒性差異，各種特異性藥物如抗生素、殺蟲劑、滅鼠劑等，用于臨床治療、農(nóng)牧業(yè)等領域。目前，在毒理學研究工作中，選擇毒性的概念得到進一步推廣，而且是外源化學物毒作用的普遍特點，通常選擇毒性可以發(fā)生在物種之間、個體內（易感器官為靶器官）和群體內（易感人群為高危人群）。（二）靶器官通常，暴露外源化學物進入機體被吸收后隨著血流分布到全身各個組織器官，但是，化學物直接發(fā)揮毒性作用的部位往往有選擇性，只限于一個組織或器官，毒性作用也不一樣。外源化學物可以直接發(fā)揮作用的組織器官就叫做靶器官（targetorgan）。化學物毒效應的強弱，主要取決于毒物在靶器官中的濃度。但是靶器官不一定是這種物質濃度最高的場所。外源化學物的全身毒性作用常見的靶器官由神經(jīng)系統(tǒng)、血液和造血系統(tǒng)、肝、腎、肺等。

機體某個特定的器官成為毒物的靶器官可能與毒動學（生物轉化）和毒效學等多種原因有關：8個方面：

①器官在體內的解剖位置和功能，毒物吸收和排泄器官。②該器官的血液供應。③具有特殊的攝入系統(tǒng)。④代謝毒物的能力和活化/解毒系統(tǒng)平衡。⑤存在特殊的酶或生化途徑。⑥毒物與特殊的生物大分子結合。⑦對損傷的修復能力。

⑧對特異性損傷的易感性。（三）高危險人群在同一環(huán)境因素變化條件下，少部分人反應強烈，出現(xiàn)患病甚至死亡。而大部分人反應不大，這是因為個體易感性（年齡、性別、健康狀況、遺傳因素等）不同構成的。通常這種暴露者個體對潛在的環(huán)境健康危害的“危險性譜”可以由3個因素構成：①暴露于環(huán)境有害因子，如化學物或微生物；②發(fā)生暴露特定的時間；③個體對環(huán)境有害因子的易感性。通常情況下，我們將容易受環(huán)境因素損害的那部分易感人群成為高危人群（highriskgroup)，在暴露化學物同一污染環(huán)境中，高危人群往往比正常人出現(xiàn)健康危害早而且程度也比較嚴重。因此，在實際工作中應當加以保護高危人群。在通常情況下，高危人群的生理調節(jié)機能、平衡適應反應以及機體對損傷的代償能力等與正常人群不同，均有所降低，容易受環(huán)境有害因素的影響，目前認為構成這種易感性的生物學基礎有下面6個方面：1、年齡：不同年齡的人對某些環(huán)境因素作用的反應不同。通?？梢猿霈F(xiàn)胎兒、新生兒及老年人對環(huán)境有害因素易感。2、性別：暴露化學物某些疾病的發(fā)生與性別有關。例如在日本發(fā)現(xiàn)某些以鎘為主的污染地區(qū)經(jīng)產(chǎn)婦發(fā)生痛痛病的發(fā)病率高于其他人群。3、遺傳因素:某些遺傳缺陷者對某些毒物異常敏感。此外，遺傳多態(tài)性可影響對毒物的易感性，這方面正是毒理學研究的熱點。4、營養(yǎng)及膳食情況：營養(yǎng)缺乏可以加劇某些污染物的毒作用。有報道VitA和VitC長期不足，機體易發(fā)生惡性腫瘤。汞污染地區(qū)吃魚較多的人暴露有機汞的機會就較多。5、疾病狀態(tài)：某些慢性心、肺疾病患者易受有害物質的影響，可以使病情惡化。6、其他：有些因素使人體暴露污染物的機會增多。前面提到的適應和耐受對個體易感性也有重要的作用。

由于高危險人群對環(huán)境因素的易感性，通常我們在實際工作中如果保護了高危人群就保護了整個人群。因此，在研究環(huán)境因素對健康的影響和制定環(huán)境衛(wèi)生標準時，均應以高危險人群為主要對象，力求保證全體人群的健康。

第六節(jié)生物標志我們預防醫(yī)學要求對外源化學物的有害作用進行早期預防、早期診大大斷、早期治療，為了達到這樣的綜合目的，特別是近年來毒理學發(fā)展了生物學標志的概念。生物學標志(biomarkerofexposure)是指外源化學物通過生物學屏障并進入組織或體液后，對該外源化學物或者它的生物學后果的測定指標，通?？梢苑譃楸┞稑酥?、效應標志和易感性標志（圖2-12）。。

暴露生物標志效應生物生物標志-------------------------------------------------------------------------------↓

↓↓暴露--------→吸收劑量------→靶劑量---→生物學效應-----→健康效應

↑

↑↑↑

-----------------------------------------------------------------易感性生物標志圖2—12從暴露到健康效應的過程與與生物學標志關系的模式圖（一）暴露生物學標志(biomarkerofexposure)它是測定組織、體液、或排泄物中吸收的外源化學物、其代謝產(chǎn)物或與內源性物質的反應產(chǎn)物，作為吸收劑量或靶劑量的指標，提供關于暴露外源化學物的信息。（實際工作中的毒物暴露者生物材料檢測）。通常，暴露生物學標志包括反應內劑量和生物效應劑量兩類標志物（如化學物原型、代謝物、血紅蛋白加合物、DNA加合物等），可以很好的反映機體生物材料中外源化學物或其代謝產(chǎn)物的含量（負荷）；或者外源化學物與某些靶分子相互作用產(chǎn)物的含量。這些暴露生物學標志如果與外劑量相關或者與毒性作用效應相關，那么通?？梢杂脕碓u價暴露水平或者建立（制定）生物閾限值（衛(wèi)生標準）。（二）效應生物學標志(biomarkerofeffect)它是指機體中可以檢測出的生化、生理、行為或其他改變的指標，這些指標包括反映早期生物效應(earlybiologicaleffect)、結構和（或）功能改變(alteredstructure/function)及疾病(disease)三類標志物，這些檢測指標通?？梢蕴崾九c不同靶劑量的外源化學物或它的代謝產(chǎn)物有關聯(lián)的對暴露者健康有害效應的信息。（三）易感生物學標志（biomarkerofsusceptibility)它是指關于暴露者個體對外源化學物的生物易感性的指標，也就是我們通常所說的反映機體先天具有或后天獲得的對暴露外源性化學物產(chǎn)生反應能力的指標。比如，環(huán)境化學物在暴露者體內代謝酶及靶分子的基因多態(tài)性，屬于遺傳易感性指標。通常，環(huán)境因素作為應激原時，機體的神經(jīng)、內分泌和免疫系統(tǒng)的反應及適應性，這些都可以反映機體的易感性。我們在實際調查研究工作中，暴露者易感性生物學標志可以用來篩檢易感人群，保護高危人群。在毒理學研究工作中，通過動物體內試驗和體外試驗研究生物學標志并推廣到人體和人群研究，生物學標志可能成為評價外源化學物暴露對人體健康狀況影響的有力工具。暴露標志用于人群可以定量確定個體的暴露水平；效應標志可以為人體暴露與環(huán)境引起的疾病提供聯(lián)系，常常用來確定劑量---反應關系以及有助于在高劑量暴露下獲得的動物實驗資料外推人群低劑量暴露的危險度；易感性標志是用來鑒定易感個體和易感人群，通常在外源化學物的危險度評價和危險度管理中應當充分的考慮，將在第11章討論。

第三節(jié)劑量和劑量—反應關系

一、劑量和暴露特征

在毒理學中，通常劑量（dose)是決定外源化學物對機體損害作用的重要因素。有關劑量的概念比較廣泛，可以包括以下幾種：1.給予劑量（adminisereddose)：又稱潛在劑量（potentialdose)，它是指機體實際攝入、吸收或應用于皮膚的外源化學物的量。2.應用劑量（applieddose)：是指直接與機體的吸收屏障接觸可供吸收的量。3.內劑量（internaldose):又叫吸收劑量（absorbeddose）它是指已被吸收進入體內的量。3.送達劑量(delivereddose):是指內劑量中可以到達所關注的器官組織的部分。4.生物有效劑量（biologicallyeffectivedose)：又稱靶劑量（targetdose)是指送達劑量中到達毒作用部位的部分。

通常，外源化學物暴露對機體損害作用的性質和強度，往往直接取決于毒物在靶器官中的劑量，但是在研究工作中測定這個劑量比較復雜。一般來講，如果暴露或者攝入的劑量越大，在靶器官內的劑量也越大。因此，常常以暴露劑量來衡量，暴露劑量通常是指單位體重暴露外源化學物的量，比如mg/kg;環(huán)境空氣中濃度可用mg/m3;水體中的表示方法可用mg/L。在空氣中存在的化學物的物理形態(tài)比較復雜，通常包括下列五種物理形態(tài)：1.氣體（gas)是指在環(huán)境常溫、常壓下呈氣體狀態(tài)的物質。2.蒸氣（vapour)是指液體蒸發(fā)或固體物質升華而形成的物質。比如一些金屬物質或類金屬物質在生產(chǎn)工藝過程形成的蒸氣---鉛蒸氣；汞蒸氣等。3.霧（mist,fog)是指懸浮于空氣中的液體微粒（液滴）。4.煙（fume,smoke)為懸浮于空氣中的煙狀微粒，直徑小于0.1微米。5.塵（dust)是指飄浮于空氣中的固體粒子，直徑大于0.1微米。這里所使用的名詞“粒子”與“液滴”對應，如果沒有必要區(qū)分氣溶膠的成分是粒子與液滴時，通常統(tǒng)稱為微粒（particulate).氣體和蒸氣統(tǒng)稱為氣態(tài)化學物。煙、霧、粉塵統(tǒng)稱為氣溶膠。懸浮在空氣環(huán)境中的粉塵微粒又叫作可吸入顆粒物。

在毒理學中，機體最常見的暴露外源化學物的主要途徑分為經(jīng)口、呼吸道吸入和經(jīng)皮膚，(人類生活和生產(chǎn)環(huán)境暴露外源化學物）。其他途徑有各種注射方式，比如靜脈、皮下、腹腔注射等途徑。（毒理學實驗動物染毒可用）。經(jīng)口、經(jīng)皮及其他途徑的外劑量表示為mg/kg（體重），而吸入途徑外劑量表示為規(guī)定時間內暴露環(huán)境中濃度mg/m3，而規(guī)定時間內暴露環(huán)境中濃度mg/m3在《職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)醫(yī)學》中常用，特別是在職業(yè)環(huán)境空氣中有害物質的監(jiān)測方面。暴露特征通常是決定外源化學物對機體損害作用的一個重要因素。暴露特征包括暴露途徑、暴露期限及暴露頻率。暴露期限和暴露頻率同樣也影響外源化學物對機體毒作用的性質和程度。毒理學在研究工作中一般將動物實驗按染毒期限分成4個范疇：包括急性毒性試驗、亞急性、亞慢性和慢性毒性試驗。※概念：1.急性地性試驗：它是指在24小時內一次或多次給實驗動物染毒。2.亞急性毒性試驗：是指在1個月或短于1個月的重復染毒。3.亞慢性毒性試驗：在1個月～3個月對實驗動物的重復染毒。4.慢性毒性試驗：是指在3個月以上的重復染毒。（90天喂養(yǎng)）。在毒理學中，亞急性、亞慢性和慢性毒性試驗可以統(tǒng)稱為重復染毒試驗。有關這些毒理學動物試驗將在以后章節(jié)討論。

在暴露特征中，另一個與時間有關的因素是暴露頻率。一種外源化學物一次染毒可以引起嚴重的毒作用，但分次染毒而總量相同可能不出現(xiàn)毒作用。暴露頻率和消除速率的關系見圖2-5（P21閱）。

二、劑量-反應關系和量反應、質反應（一）劑量-效應關系（dose-effectrelationship)或劑量-反應關系（dose-responserelationship)劑量-效應關系和劑量-反應關系是毒理學的兩個重要概念，它常常隨著外源化學物的劑量增加，可以出現(xiàn)對機體毒效應程度的增加；或出現(xiàn)某種毒效應的個體在群體中所占比例增加。通常以表示毒物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，以毒物劑量為橫坐標，繪制散點圖，可以得出某一毒物的劑量-效應曲線或劑量-反應曲線。（毒理學研究工作常用）。在毒理學工作中，一個好的、合理的應用劑量-反應關系的概念，應具備3個前提：1.所研究的反應是由化學物暴露引起的。2.反應的強度與劑量有關。3.要具備定量測定毒性的方法和準確表示毒性大小的手段。

通常，劑量-反應關系研究在毒理學中有以下一些重要意義：1.一個好的劑量-反應關系有助于發(fā)現(xiàn)化學物的毒效應性質。2.研究中所得到的有關參數(shù)可以用于比較不同化學物的毒性。3.有助于確定機體易感性分布。4.所得參數(shù)通常是判斷某種化學物與機體出現(xiàn)某種損害作用存在因果關系的重要依據(jù)。5.劑量-反應關系是毒理學進行安全性評價和危險度評價的重要內容。（第十一章討論）。（二）效應和反應在毒理學研究中我們可以根據(jù)所測定的有害作用的生物學和統(tǒng)計學特點，將化學物的毒性終點分為效應和反應兩類。通常效應是量反應，它用來表示暴露一定劑量的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。這種變化的程度可用計量單位表示。例如：某種有機磷化合物可以使暴露者血液中膽堿酯酶的活性降低，暴露苯可以出現(xiàn)外周血WBC計數(shù)減少等。而反應是質反應，它是指暴露某一化學物的群體中出現(xiàn)某種效應的個體在群體中所占比例，通常用百分率（%）或比值表示。例如發(fā)病率、死亡率等。（實際工作中常用的統(tǒng)計指標）。它的觀察結果只能用“有”、“無”、“異?！被颉罢！钡扔嫈?shù)資料來表示。

第四節(jié)毒理學的研究方法

通常我們在毒理學研究工作中，毒理學實驗可以采用整體動物、游離的動物內臟、組織、細胞等材料來進行。一般來講，根據(jù)所采用的研究方法的不同，目前可以分為體內試驗(invivotest)和體外實驗(invitrotest)。除此之外，毒理學的研究還可以利用受控制的人體試驗和流行病學調查直接研究外源化學物對人體和人群健康的影響。（一）體內試驗：體內試驗又稱整體動物試驗。這種實驗方法可以嚴格控制接觸條件，測定多種類型的毒性作用。實驗動物多采用大、小鼠、豚鼠、地鼠、家兔、犬或猴等哺乳動物。除此之外，特殊情況下也可以采用魚類或其他水生生物、鳥類或者昆蟲等材料。通常，檢測外源化學物的一般毒性，大多在動物體內試驗進行，比如毒理學的急性毒性試驗、亞急性、亞慢性和慢性毒性試驗等的研究。目前，哺乳動物體內實驗是毒理學標準的經(jīng)典研究方法，它的研究結果原則上可以外推到人類；但是體內試驗影響因素很多，難以進行化學物代謝和毒性機制研究。

（二）體外試驗：研究材料是利用游離器官、培養(yǎng)的細胞或細胞器、生物模擬系統(tǒng)進行毒理學實驗。這種研究多用于外源化學物對生物體急性作用的篩選檢測、作用機制以及代謝轉化過程的深入觀察研究。但是，這種研究系統(tǒng)缺乏整體毒物動力學過程，特別是難以研究外源化學物的慢性毒作用。（三）人體觀察：這種研究方法主要是通過外源化學物中毒事故的處理或者經(jīng)過職業(yè)臨床的治療，通?？梢灾苯荧@得有關暴露人體的毒理學資料。此外，還可以用于新藥的臨床Ⅰ期實驗，用于評價新藥的安全性。（四）流行病學研究：這一方法主要是用于在環(huán)境中已經(jīng)存在的外源化學物的研究，通常用流行病學的研究方法，將毒理學動物實驗的研究結果進一步在人群調查中驗證，可以通過直接觀察人群或職業(yè)人群，獲得動物實驗所不能獲得的資料。

流行病學研究的有點是接觸條件真實，直接觀察對象是人體。同時，毒理學利用流行病學方法不僅可以研究已知環(huán)境因素（外源化學物）對暴露人群健康的影響（從因到果），而且還可以對已知疾病的環(huán)境病因進行探討（從果到因）。不足之處是這種研究干擾因素比較多，測定的外源化學物的毒性效應還不夠深入，有關的生物學標志還有待于發(fā)展。P27表2—3毒理學研究方法之優(yōu)缺點（閱）。

第八節(jié)毒物參數(shù)和安全限值一、毒性參數(shù)和安全限值為了定量地描述或者比較外源化學物的劑量-反應（效應）關系，規(guī)定了一些毒物參數(shù)和安全限值的概念。（安全限值即衛(wèi)生標準）。通常，毒理學在實驗動物體內試驗得到的毒性參數(shù)可以分為了兩類：1.毒性上限參數(shù)，它是在急性毒性試驗中以實驗動物死亡為終點的各項毒性參數(shù)。2.毒性下限參數(shù)，它是在實驗中觀察到有害作用最低水平及最大無有害作用劑量，這些參數(shù)通?？梢詮募毙远拘?、亞急性毒性、亞慢性毒性和慢性毒性試驗中得到。在實際工工作中，毒性參數(shù)的測定是毒理學試驗劑量-效應關系和劑量-反應關系研究的重要內容。（相當重要的內容）。在毒理學研究工作中常用的毒性參數(shù)包括致死劑量（濃度）、觀察到有害作用的最低水平、未觀察到有害作用水平（最大無作用劑量）、閾值（閾劑量）、安全限值（衛(wèi)生標準）和毒作用帶等。如果當受試物或者外源化學物存在于空氣或水體中的時候，這些指標中的劑量應該叫做濃度。1.致死劑量或濃度這些指標是毒理學在急性毒性試驗中外源化學物引起受試實驗動物死亡的劑量或濃度，通常是按照引起實驗動物不同死亡率所需要的劑量或濃度來表示的。（1)絕對致死劑量或濃度(absolutelethaldoseorconcen-tration,LD100orLC100):它是指引起一組受試動物全部死亡的最低劑量或濃度。但是，使用這個指標所存在的問題是在實驗中往往由于一個群體中不同個體之間對外源化學物的耐受性存在差異，如果個別個體耐受性增高，就可以造成100%死亡的劑量顯著增加，使得結果的可靠性受到影響。所以，在研究工作中，表示一種外源化學物的毒性高低或者對不同外源化學物的毒性進行比較時，一般不用絕對致死劑量這個指標，通常大多采用半數(shù)致死劑量（LD50),這個指標受個體耐受程度差異影響比較小，而且相對比較穩(wěn)定?！?）.半數(shù)致死劑量或濃度(medianlethaldoseorconcentration,LD50或LC50)：它是指引起一組實驗動物半數(shù)死亡的劑量或濃度。這是一個經(jīng)過統(tǒng)計學處理得到的數(shù)值，在毒理學中通常用來表示外源化學物急性毒性的大小。

如果在實驗研究中得到的這個數(shù)值越小，說明外源化學物的毒性越強（大），相反毒性越低。另外，與半數(shù)致死劑量概念相似的毒性參數(shù)是半數(shù)致死濃（LC50），它是指能使一組實驗動物通過呼吸道暴露外源化學物一定時間（一般固定為2或4h）后，死亡50%所需的濃度(mg/m3).在環(huán)境毒理學中，還用到半數(shù)耐受限量（TLm),它是用來表示一種外源化學物對某種水生生物的急性毒性，也就是我們通常所說的一群水生生物（例如魚類）中50%個體在一定時間內（48小時）可以耐受（即不出現(xiàn)死亡）的某種外源化學物在水體中的濃度（mg/L)，一般用TLm48表示。（3)最小致死劑量或濃度（minimallethaldoseorconcentration,MLD,,LD01orMLC,LC01):它是指在一組實驗動物中，只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(maximumnon-lethaldoseorconcentration,LD0orLC0)：它是指在一組實驗動物中不引起動物死亡的最大劑量或濃度。

2.觀察到有害作用的最低水平(lowestobservedadverseeffectlevel,LOAEL):它的概念是在規(guī)定的暴露條件下，通過實驗和觀察，一種物質引起機體（人或實驗動物）某種有害作用的最低劑量或濃度。通常這種有害改變與同一物種、品系的正常（對照）機體是可以區(qū)別的。觀察到有害作用的最低水平這個數(shù)值是通過動物實驗和觀察得到的，是有害作用，應具有統(tǒng)計學意義和生物學意義，這一點在我們的研究工作和實際工作中是相當重要的。3.未觀察到有害作用水平(noobservedadverseeffectlevel,NOAEL):它是指在規(guī)定的暴露條件下，通過實驗和觀察，一種物質不引起機體（人或實驗動物）可檢測到的有害作用的最高劑量或濃度，在這里機體（人或實驗動物）在形態(tài)、功能、生長、發(fā)育或者壽命改變可能檢測到，但往往屬于非損害作用。（編教材曾提出異議---2007.2.蘇州）。通常，在實際的研究工作中，比未觀察到有害作用水平高一個劑量組的實驗劑量就是觀察到有害作用的最低水平。在毒理學實驗研究中，通常應用不同物種、品系的動物、暴露時間、染毒方法和指標觀察有害效應，可以得出不同的觀察到有害作用的最低水平和未觀察到有害作用水平。因此，我們在研究工作中在使用觀察到有害作用的最低水平和未觀察到有害作用水平這些指標時應當特別說明檢測的是什么效應、什么群體、什么染毒途徑以及研究期限（急性毒性、亞急性、亞慢性、慢性毒性試驗等）。在毒理學研究工作中，一些急性毒性、亞急性、亞慢性、慢性毒性試驗都可以分別得到各自的觀察到有害作用的最低水平或者未觀察到有害作用水平。因此，我們在討論觀察到有害作用的最低水平或者未觀察到有害作用水平的時候應該說明具體條件，并且注意描述外源化學物出現(xiàn)觀察到有害作用的最低水平的嚴重程度。我們在毒理學實際工作當中，通過實驗研究如果能夠得到一個好的觀察到有害作用的最低水平或者未觀察到有害作用水平參數(shù)，是我們用來評價外源化學物毒性作用、制定安全限值（衛(wèi)生標準）的重要依據(jù)，具有重要的理論意義和實踐意義。6.閾值(threshold):它是指一種物質是機體（人或實驗動物）開始發(fā)生效應的劑量或濃度，如果低于這個閾值不發(fā)生效應，在達到閾值的時候才發(fā)生效應。一般來講，一種化學物對每一種效應（有害和非有害）可以分別有一個閾值。通常就某種效應來講，對易感性不同的個體可以有不同的閾值。同一個體對某種效應的閾值葉可以隨著時間而發(fā)生改變。

通常，對一個外源化氣學物來講，它的有害效應閾值應該在未觀察到有害作用水平和觀察到有害作用的最