第四章化學(xué)物質(zhì)的毒理機(jī)制

第四章化學(xué)物質(zhì)的毒理機(jī)制基本概念毒理機(jī)制：研究毒物吸收以后在機(jī)體內(nèi)引起的代謝功能和組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。毒性的強(qiáng)度主要取決于終毒物在其作用部位的濃度和持續(xù)時間終毒物：可以與內(nèi)源性靶分子相互作用，使整體性結(jié)構(gòu)或功能改變，從而導(dǎo)致毒性作用。化學(xué)毒物吸收、分布、代謝、排泄與靶分子相互作用細(xì)胞功能失調(diào)毒性產(chǎn)生毒性可能的途徑示意圖123第一節(jié)化學(xué)物質(zhì)的一般毒性作用機(jī)制一、局部刺激和腐蝕作用

指毒物化學(xué)作用的直接損害硫化氫中毒：強(qiáng)烈的神經(jīng)毒物，低濃度會造成呼吸道和眼部的刺激，高濃度會出現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀和窒息癥狀。瀝青中毒成分除膠質(zhì)、瀝青質(zhì)外，還含有少量的蒽、菲、吡啶等光感物質(zhì)，在陽光照射下，皮膚可產(chǎn)生光敏性皮炎；瀝青的粉塵和揮發(fā)性氣體對人體呼吸道也有刺激作用，可出現(xiàn)咳嗽、胸悶、惡心等全身癥狀。還可見流淚、畏光、異物感及鼻咽部灼熱干燥、咽炎等癥狀。強(qiáng)酸強(qiáng)堿的腐蝕作用二、擾亂正常代謝第一節(jié)化學(xué)物質(zhì)的一般毒性作用機(jī)制1影響組織對氧的利用黑斑病甘薯毒素可引起急性肺水腫與間質(zhì)性肺泡氣腫(番薯酮和番薯酮醇)亞硝酸鹽可使血紅蛋白氧化為高鐵血紅蛋白。氰化物可抑制組織內(nèi)的生物氧化過程，阻止組織對氧的利用影響酶的活性

與酶活性中心的金屬離子結(jié)合（氰離子能與細(xì)胞色素氧化酶中的鐵離子結(jié)合）與酶激活劑的使用（鎂離子是磷酸葡萄糖變位酶，氟中毒）與酶的輔酶結(jié)合（煙酰胺是輔酶的組成成分，鉛中毒）與酶的底物發(fā)生競爭性抑制抑制酶的活性

第一節(jié)化學(xué)物質(zhì)的一般毒性作用機(jī)制

特異性抑制：有機(jī)磷農(nóng)藥中毒使膽堿酯酶失活非特異性抑制氟乙酰胺酰胺酶氟乙酸輔酶A氟乙酰輔酶A草酰乙酸氟檸檬酸檸檬酸順烏頭酸酶三、損害機(jī)體的生理功能化學(xué)物對消化功能的影響主要是引起消化功能紊亂比如：蓖麻，巴豆、相思豆等第一節(jié)化學(xué)物質(zhì)的一般毒性作用機(jī)制化學(xué)物對血液系統(tǒng)的毒性作用通?；瘜W(xué)物對血液毒性涉及血液兩個方面的功能：紅細(xì)胞的攜氧功能（鉛可引起血紅蛋白合成障礙，導(dǎo)致貧血)

紅細(xì)胞、白細(xì)胞以及血小板的生成功能第一節(jié)化學(xué)物質(zhì)的一般毒性作用機(jī)制化學(xué)物對肝臟毒性作用第一節(jié)化學(xué)物質(zhì)的一般毒性作用機(jī)制急性接觸化學(xué)毒物：肝細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)蓄積、肝細(xì)胞壞死、肝膽功能障礙慢性接觸化學(xué)毒物：肝硬化、瘤樣改變體質(zhì)依賴性肝毒物真性肝毒物直接肝毒物：四氯化碳、三氯甲烷間接肝毒物：化學(xué)物對肝臟的毒性作用直接肝毒物，直接作用于肝細(xì)胞、細(xì)胞膜或生物大分子的化學(xué)毒物，導(dǎo)致膜脂質(zhì)過氧化，膜蛋白質(zhì)變性，導(dǎo)致細(xì)胞死亡間接肝毒物：進(jìn)入肝細(xì)胞內(nèi)有干擾細(xì)胞酶活性從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)代謝紊亂的化學(xué)毒物。（乙硫氨酸抑制脂蛋白酶的合成，減少脂蛋白的合成、乙醇誘導(dǎo)甘油三酯合成酶增加)第一節(jié)化學(xué)物質(zhì)的一般毒性作用機(jī)制化學(xué)物對腎臟的毒性作用第一節(jié)化學(xué)物質(zhì)的一般毒性作用機(jī)制雖然腎臟的重量還不到體重的1％，但為了維持其活動，需要大量營養(yǎng)物質(zhì)2、腎臟的細(xì)微結(jié)構(gòu)：尿液流往腎孟再通往輸尿管腎小管(重吸收)腎小球(濾過)終尿(部分水、無機(jī)鹽、尿素等)有用的物質(zhì)及大部分的水分再被重吸收入血中血液流回靜脈血液在此過濾原尿(部分水、無機(jī)鹽、葡萄糖、尿素)第二節(jié)化學(xué)物質(zhì)毒作用的分子機(jī)制一、細(xì)胞膜損傷與鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)化學(xué)毒物對生物膜的組成成分的影響四氯化碳大鼠肝細(xì)胞膜磷脂和膽固醇二氧化硅膜蛋白的阿爾法螺旋減少對硫磷突觸小體膜和紅細(xì)胞膜Ca-ATPase和Ca、Mg-ATPase二、化學(xué)毒物對膜生物物理性質(zhì)的影響（1）對膜通透性的影響通透性：指生物膜與周圍環(huán)境極性物質(zhì)的交換能力重金屬、DDT

以通透性作為細(xì)胞毒性作用的觀察指標(biāo)

胞內(nèi)鉀離子濃度，乳酸脫氫酶的漏出（鉛中毒）第二節(jié)化學(xué)物質(zhì)毒作用的分子機(jī)制（2）對膜流動性的影響

生理意義：物質(zhì)運輸、細(xì)胞融合、細(xì)胞識別，受體功能調(diào)節(jié)等均與膜流動性有關(guān)DDT、對硫磷紅細(xì)胞膜脂流動性降低乙醇、溴氰菊脂人工膜的流動性增強(qiáng)

第二節(jié)化學(xué)物質(zhì)毒作用的分子機(jī)制(3)對膜表面電荷的影響

膜表面的糖脂、糖蛋白、形成膜表面極性基團(tuán)，組成表面電荷第二節(jié)化學(xué)物質(zhì)毒作用的分子機(jī)制化學(xué)毒物對細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的影響細(xì)胞外液（存在于細(xì)胞外）內(nèi)環(huán)境的構(gòu)成血漿 組織液→淋巴——細(xì)胞外液（細(xì)胞生活的液體環(huán)境）（一）內(nèi)環(huán)境的概念細(xì)胞與內(nèi)環(huán)境的關(guān)系細(xì)胞內(nèi)環(huán)境外界環(huán)境養(yǎng)料、氧氣代謝廢物CO2第二節(jié)化學(xué)物質(zhì)毒作用的分子機(jī)制細(xì)胞外液本質(zhì)上是一種鹽溶液，類似于海水，一定程度上反應(yīng)了生命起源于海洋。呼吸系統(tǒng)細(xì)胞食物（營養(yǎng)成分）氧氣CO2和H2O體外體外體內(nèi)消化系統(tǒng)泌尿系統(tǒng)皮膚血漿淋巴組織液尿液（含氮廢物,水）汗液（含氮廢物,水）內(nèi)環(huán)境呼吸系統(tǒng)——正常機(jī)體在神經(jīng)系統(tǒng)和體液的調(diào)節(jié)下，通過各個器官、系統(tǒng)的協(xié)調(diào)活動，共同維持內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定狀態(tài)，叫穩(wěn)態(tài)。（二）穩(wěn)態(tài)的概念穩(wěn)態(tài)的實質(zhì)——內(nèi)環(huán)境pH、滲透壓、溫度等理化性質(zhì)的相對穩(wěn)定。（一）細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)定在細(xì)胞靜息狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)游離的Ca2+僅為10-7mol/L，而細(xì)胞外液Ca2+則達(dá)10-3mol/L。當(dāng)細(xì)胞處于興奮狀態(tài)，第一信使轉(zhuǎn)遞信息，則細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+迅速增多可達(dá)10-5mol/L，此后再降低至10-7mol/L，完成信息轉(zhuǎn)遞循環(huán)。認(rèn)為Ca2+是體內(nèi)第二信使。上述Ca2+濃度的變化過程呈穩(wěn)態(tài)狀，稱為細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)。

第二節(jié)化學(xué)物質(zhì)毒作用的分子機(jī)制在細(xì)胞內(nèi)的鈣有兩種類型，游離的鈣離子和與蛋白質(zhì)結(jié)合的鈣。與鈣結(jié)合的蛋白有兩種類型，一是結(jié)合在細(xì)胞膜或細(xì)胞器膜內(nèi)的蛋白質(zhì)上，二是結(jié)合在可溶性蛋白質(zhì)上。激動劑刺激引起細(xì)胞Ca2+動員，可調(diào)節(jié)細(xì)胞的多種生物功能，包括肌肉收縮、神經(jīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞分泌、細(xì)胞分化和增殖。

Ca2+在細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)中起了一種信使作用，負(fù)責(zé)將激動劑的刺激信號傳給細(xì)胞內(nèi)各種酶反應(yīng)系統(tǒng)或功能性蛋白?；瘜W(xué)物質(zhì)毒作用的分子機(jī)制化學(xué)物質(zhì)毒作用的分子機(jī)制鈣作為信使作用途徑：

（1）鈣離子與鈣結(jié)合蛋白（2）鈣離子與cAMP兩種系統(tǒng)以協(xié)同與拮抗的方式相互影響（3）鈣離子與蛋白激酶C、磷脂酶（4）鈣離子與離子通道化學(xué)物質(zhì)可以通過干擾細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)從而引起細(xì)胞損傷和死亡，即細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)紊亂（distributionofcalciumhomeostasis)化學(xué)毒物：硝基酚、醌、過氧化物、醛類重金屬：鉛、鎘化學(xué)物質(zhì)毒作用的分子機(jī)制鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機(jī)制

細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)的失調(diào)細(xì)胞Ca2+信號的改變在各種病理及毒理學(xué)過程中起重要的作用。在細(xì)胞受損時可導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流增加，或Ca2+從細(xì)胞內(nèi)貯存部位釋放增加，或抑制細(xì)胞膜向外逐出Ca2+，表現(xiàn)為細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度不可控制的持續(xù)增加，即打破細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，或稱為細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)的失調(diào)。

重金屬離子

主要有鉛和鎘。鉛一方面與Ca2+及CaM結(jié)合，激活Ca-CaM依賴酶系。另一方面高濃度時與細(xì)胞內(nèi)巰基激活，可抑制Ca-—CaM依賴酶系，并呈劑量依賴的雙相效應(yīng)?？梢娿U的中毒機(jī)制中Ca2+有重要意義。鎘可使CaM含量減少。表現(xiàn)為免疫系統(tǒng)、雄性生殖系統(tǒng)以及心肌等改變，有的可用鈣調(diào)素拮抗劑來預(yù)防或減輕損傷作用。四氯化碳它可抑制肝細(xì)胞微粒體Ca2+-ATPase，表現(xiàn)為肝內(nèi)質(zhì)網(wǎng)酶活性改變及鈣的蓄積。其機(jī)制可能是CCl4可在肝臟氧化產(chǎn)生自由基，后者攻擊Ca2+-ATPase上的巰基，使酶活性下降；另外，Ca2+濃度增加，可激活某些酶，如磷酸化酶a。

化學(xué)物質(zhì)毒作用的分子機(jī)制（三）鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機(jī)制

（1）對能量代謝的影響

ATP合成酶的驅(qū)動力降低、電子傳遞加速（膜氧化）

（2）微觀功能的障礙使肌動蛋白同a-輔肌動蛋白和胞襯蛋白分離，

（3）水解酶激活激活降解蛋白質(zhì)、磷脂和核酸的水解酶化學(xué)物質(zhì)毒作用的分子機(jī)制一、自由基的來源于類型自由基是指含有一個或多個未配對電子的任何分子或離子。一類是正常參與線粒體電子轉(zhuǎn)運過程的自由基一類是自由的、非結(jié)合狀態(tài)的并能與各種組分相互作用的自由基化學(xué)物質(zhì)毒作用的分子機(jī)制（1）細(xì)胞正常生理過程產(chǎn)生的自由基

過氧化物酶體具有很強(qiáng)的形成過氧化氫的能力（2）外來化學(xué)物質(zhì)在體內(nèi)產(chǎn)生的自由基

醌類、硝基化合物、雙吡啶一、自由基生成增多1.概念與分類（Conceptionandclassification）■概念（Conception）外層軌道上有單個不配對價電子的原子、原子團(tuán)或分子。（Freeradicalareahighlyreactivegroupofatoms,moleculesorradicals,whichcarryunpairedelectroninouterorbital.）什么是自由基呢？自由基是含奇數(shù)電子的一群原子。奇數(shù)不成對的電子急欲尋求其他電子來配對，因此會把別的物質(zhì)氧化。就像空氣中的鐵生銹、削好的萍果變色一樣。

▲氧自由基（Oxygenfreeradical，OFR）

以氧為中心的自由基稱為氧自由基。（由氧誘發(fā)的自由基稱為氧自由基，Oxygen-derivedfreeradical）超氧陰離子自由基（Superoxideanion,）羥自由基（Hydroxylradical,OH?）O2ˉ·氧自由基■自由基分類（Classificationoffreeradical

）氧自由基、脂性自由基、氮中心自由基（Oxygenfreeradical,Lipidradicals,Reactivenitrogenspecies）4.自由基損傷作用（Mechanismsoffreeradicalinjury）【氧化應(yīng)激】（Oxidativestress）當(dāng)機(jī)體內(nèi)ROS（OFR）增多，并破壞機(jī)體氧化/還原的正常平衡，引起細(xì)胞氧化損傷的病理過程?！瞿ぶ|(zhì)過氧化增強(qiáng)（Lipidperoxidation）生物膜是自由基攻擊主要部位。脂肪酸、芳香環(huán)的不飽和鍵

OFR（ROS）

脂質(zhì)過氧化細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)損傷和破壞【細(xì)胞膜損傷形式】▲膜結(jié)構(gòu)破壞膜脂質(zhì)過氧化膜不飽和性異常膜流動性↓、通透性↑▲膜蛋白功能抑制受體失活、泵失靈信號傳遞障礙▲線粒體功能受損

ATP生成減少

▲脂性自由基（Lipidradicals）

氧自由基與多聚不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過氧化的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)后生成的中間代謝產(chǎn)物。烷自由基（L?）烷氧自由（LO?）烷過氧自由基（LOO?）脂性自由基

▲氮中心自由基（Reactivenitrogenspecies,RNS）

由氮形成，并在分子組成上含有氮的一類化學(xué)性質(zhì)非?；顫姷奈镔|(zhì)。也稱活性氮。

一氧化氮（NO）過氧亞硝基陰離子（ONOO-）RNS

3.自由基的清除（Scavengethefreeradicals）

■酶性清除劑（Enzymes）過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶H2O2降解

清除■非酶性清除劑（Non-enzymesubstances）VE、VA、VC、半胱氨酸、谷胱甘肽、白蛋白、銅藍(lán)蛋白

ROS生成↓、清除ROS↑超氧陰離子降解

（Mn-SOD、Zn-SOD）清除超氧化物岐化酶（SOD）2.自由基的特性（Propertyoffreeradical）■存在時間短；■高度化學(xué)活潑性；■氧化性強(qiáng)。突變(mutation)

遺傳結(jié)構(gòu)本身的變化及其引起的變異稱為突變，突變實際上是遺傳物質(zhì)的一種可遺傳的變異。自發(fā)突變(spontaneousmutation)

由于自然界中誘變劑的作用或由于偶然的自制、轉(zhuǎn)錄、修復(fù)時的堿基配對錯誤所產(chǎn)生的突變。誘發(fā)突變(inducedmutation)

誘變劑誘發(fā)的突變。三、外源化學(xué)物質(zhì)的致突變作用基因突變(genemutation)

一個或幾個DNA堿基對的改變

染色體畸變(chromosomeaberration)

染色體的結(jié)構(gòu)及數(shù)目改變

三、外源化學(xué)物質(zhì)的致突變作用脫氧核糖核苷酸組成多聚核苷酸鏈，兩條鏈互相盤繞形成雙螺旋磷酸核糖腺嘌呤A堿基堿基堿基堿基胞嘧啶C堿基對核糖-磷酸骨架氫鍵3’端羥基5’端磷酸胸腺嘧啶T鳥嘌呤G三、外源化學(xué)物質(zhì)的致突變作用一、基因突變(genemutation)1．堿基置換(base—pairsubstitution)

指某一堿基配對性能改變或脫落所致的突變。轉(zhuǎn)換(transition)顛換(transvertion)2．移碼突變(frameshiftmutation)

指發(fā)生一對或幾對（三對除外）的堿基減少或增加，以致從受損點開始堿基序列完全改變，形成錯誤的密碼，并轉(zhuǎn)譯成為不正常的氨基酸。

DNA損傷與突變(一)堿基損傷1.堿基錯配2.嵌入DNA鏈3.堿基類似物的取代4.堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)改變或破壞TACGAATCGGGTATTATGCTTAGCCCATAATACGAATCGGGTATTATGCTTAGCCCATAACG染料分子嵌入復(fù)制插入一個堿基對移碼突變?nèi)?、外源化學(xué)物質(zhì)的致突變作用基因突變(genemutation)三、外源化學(xué)物質(zhì)的致突變作用染色體畸變裂隙(gap)

斷裂(break)斷片(fragment)和缺失(deletion)

微小體(minutebody)

無著絲點環(huán)環(huán)狀染色體

雙著絲點染色體

倒位(inversion)

易位(translocation)

插入(insertion)和重復(fù)(duplication)輻射體

染色體畸變(chromosomeaberration)

指染色體的結(jié)構(gòu)改變?nèi)旧珕误w型畸變(chromatid-typeaberration)染色體型畸變(chromosomeaberration)

三、外源化學(xué)物質(zhì)的致突變作用

染色體缺失及環(huán)狀染色體的形成圖

染色體插入和重復(fù)示意圖

三、外源化學(xué)物質(zhì)的致突變作用染色體畸變(chromosomeaberration)近三十年以來，癌癥發(fā)病數(shù)以年均3-5%的速度遞增；3/4新增病例發(fā)生在新興工業(yè)國家及發(fā)展中國家；癌癥已成為人類第二位死因，超過艾滋病、結(jié)核、瘧疾致死病例的總和；WHO要求各會員國制定國家癌癥防控規(guī)劃，指出“Ifyou’renotplanning,you’replanningtofail”—Dr.JohnR.Seffrin癌癥已成為一個全球性公共健康問題四、外源化學(xué)物致癌作用

全球癌癥狀況2002年,(IARC報告)全球惡性腫瘤新發(fā)病例1090萬死亡病例670萬帶瘤生存患者2460萬發(fā)病率最高：肺癌、乳腺癌和大腸癌死亡率最高：肺癌、胃癌和肝癌患病率最高：乳腺癌

預(yù)計2020

年1000萬

死亡1500萬

新發(fā)病例

3000萬帶瘤生存腫瘤指有分裂潛能的細(xì)胞受致癌因素的作用后發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化和克隆性增生所形成的新生物，在人體任何部位、任何組織都可以發(fā)生腫瘤?；瘜W(xué)致癌作用(chemicalcarcinogenesis)是指化學(xué)物質(zhì)引起正常細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化并發(fā)展成腫瘤的過程?；瘜W(xué)致癌物(chemicalcarcinogen)是指具有化學(xué)致癌作用的化學(xué)物質(zhì)。

四、外源化學(xué)物致癌作用

化學(xué)致癌直接致癌物烷化劑、亞硝酰胺類間接致癌物促癌物糖精多環(huán)芳烴類烤制、熏制魚類亞硝胺類油煎食品，酸菜四、外源化學(xué)物致癌作用

四、外源化學(xué)物致癌作用

化學(xué)致癌作用的分子機(jī)制：（一）DNA加合物：（二）DNA修復(fù)與致癌過程：

人類致癌 動物致癌 證據(jù) 證據(jù)1組（致癌物） 充分2組（A可疑致癌物）有限 充分

（B可能致癌物）有限 不充分 不足 充分3組（目前無法分類）不足 不足4組（可能是非致癌物）沒有