動物毒物學(xué)與中毒病學(xué)講義

動物毒物學(xué)

與中毒病學(xué)講義

編者：——徐光科

第一章動物毒理學(xué)基本原理

第一節(jié)毒物的毒性及毒性作用

一、毒性

毒性是一種物質(zhì)對機體造成損害的能力。毒性較高的物質(zhì)，只要相對較小的數(shù)量，則可

對機體造成一定的損害；而毒性較低的物質(zhì)，需要較多的數(shù)量，才呈現(xiàn)毒性。物質(zhì)毒性的高

低僅具有相對意義。在一定意義上，只要達(dá)到一定數(shù)量，任何物質(zhì)對機體都具有毒性；在」

般情況下，如果低于一定數(shù)量，任何物質(zhì)都不具備毒性；關(guān)鍵是此種物質(zhì)與機體接觸的量。

除物質(zhì)與機體接觸的數(shù)量外，還與物質(zhì)本身的理化性質(zhì)以及其與機體接觸的途徑有關(guān)。

二、劑量

劑量是決定外來化合物對機體損害作用的重要因素。劑量的概念較為廣泛，可指給予機

體的數(shù)量，或與機體接觸的外來化合物的數(shù)量、外來化合物吸收進入機體數(shù)量、外來化合物

在靶器官作用部位或體液中的濃度或含量。由于內(nèi)劑量不易測定，所以一般劑量的概念，系

指給予機體的外來化合物數(shù)量或機體接觸的數(shù)量。劑量的單位是以每單位體重接觸的外來化

合物數(shù)量表示，例如mg/kg體重。

1、致死量

致死量即可以造成機體死亡的劑量。但在一群體中，死亡個體數(shù)目的多少有很大程度的

差別，所需的劑量也不一致，因此，致死量又具有下列不同概念。

⑴、絕對致死量(LDioo)系指能造成一群體全部死亡的最低劑量。

⑵、半數(shù)致死量(LD50)系指能引起一群個體50%死亡所需劑量，也稱致死中量。表示

LD50的單位mg/kg體重，LD50數(shù)值越小，表示外來化合物毒性越強；反之，LD50數(shù)值越大，

則毒性越低。

2、最大無作用劑量(機axima/”。-助tcf/eve/)

最大無作用劑量即在一定時間內(nèi)，一種外來化合物按一定方式或途徑與機體接觸，根據(jù)

現(xiàn)今的認(rèn)識水平，用最靈敏的試驗方法和觀察指標(biāo)，亦未能觀察到任何對機體的損害作用的

最高劑量。

最大無作用劑量的確定系根據(jù)亞慢性毒性或慢性毒性試驗的結(jié)果，是評定外來化合物對

機體損害作用的主要依據(jù)。以此為基礎(chǔ)可制訂-,種外來化合物的每日容許攝入量(accepsb/e

dailyimtarie,，"〃/既,人口1)和最高容許濃度(〃如力”出allowableconcentration,MAC)。ADI系指

人類終生每日攝入該外來化合物不致引起任何損害作用的劑量。MAC系指某一外來化合物

可以在環(huán)境中存在而不致對人體造成任何損害作用的濃度。

3、最小有作用劑量effectlevel)

最小有作用劑量即在一定時間內(nèi)，一種外來化合物按一定方式或途徑與機體接觸，能

使某項觀察指標(biāo)開始出現(xiàn)異常變化或使機體開始出現(xiàn)損害作用所需的最低劑量，也可稱為中

毒閾劑量，或中毒閾值。在理論上，最大無作用劑量和最小作用劑量應(yīng)該相差極微，因為任

何微小，甚至無限小的劑量增加，對機體損害作用，在理論上也應(yīng)該有相應(yīng)的增加。但由于

對損害作用的觀察指標(biāo)受此種指標(biāo)觀測方法靈敏度的限制，可能檢不出細(xì)微的變化。只有兩

種劑量的差別達(dá)到一定的程度，才能明顯地觀察到損害作用程度的不同。所以最大無作用劑

量與最小有作用劑量之間仍然有一定的差距。

當(dāng)外來化合物與機體接觸的時間、方式或途徑和觀察指標(biāo)發(fā)生改變時，最大無作用劑量

和最小有作用劑量也將隨之改變。所以表示一種外來化合物的最大無作用劑量和最小有作用

劑量時，必須說明試驗動物的物種品系、接觸方式或途徑、接觸持續(xù)時間和觀察指標(biāo)。例如

某種有機磷化合物在大鼠品系）經(jīng)給予3個月，全血膽堿酯酶活力降低50%的最大無

作用劑量為10mg/kg體重。

三、效應(yīng)和反應(yīng)

㈠效應(yīng)表示一定劑量外來化合物與機體接觸后可引起的生物學(xué)變化。此種變化的程度

用計量單位來表示，例如若干個、毫克、單位等。

㈡反應(yīng)是一定劑量的外來化合物與機體接觸后，呈現(xiàn)某種效應(yīng)并達(dá)到?定程度的比

率，或者產(chǎn)生效應(yīng)的個體數(shù)在某一群體中所占的比率，一般以％或比值表示。

四、劑量效應(yīng)關(guān)系和劑量反應(yīng)關(guān)系

劑量與效應(yīng)關(guān)系或劑量與反應(yīng)關(guān)系是毒理學(xué)的重要概念。機體內(nèi)出現(xiàn)的某種損害作用，

如果肯定是某種外來化合物所引起，則必須存在明確的劑量效應(yīng)或劑量反應(yīng)關(guān)系，否則不能

肯定。

劑量效應(yīng)和劑量反應(yīng)關(guān)系都可以用曲線表示，即以表示效應(yīng)強度的計量單位或表示反應(yīng)

的百分率或比值為縱座標(biāo)，以劑量為橫座標(biāo)，繪制散點圖，可得出一條曲線。不同外來化合

物在不同具體條件下，所引起的效應(yīng)或反應(yīng)類型不同，主要是效應(yīng)或反應(yīng)與劑量的相關(guān)關(guān)系

不一致，可呈現(xiàn)不同類型的曲線。在一般情況下，劑量效應(yīng)或劑量反應(yīng)曲線有下列基本類型:

1、直線型效應(yīng)或反應(yīng)強度與劑量呈直線關(guān)系；隨著劑量的增加，效應(yīng)或反應(yīng)的強度

也隨著增加，并成正比關(guān)系。但在生物機體內(nèi)，此種直線關(guān)系較少出現(xiàn)，僅在某些體外實驗

中，在一定的劑量范圍內(nèi)存在。

2、拋物線型劑量與效應(yīng)或反應(yīng)呈非線性關(guān)系，即隨著劑量的增加，效應(yīng)或反應(yīng)的強

度也增加，但最初增高急速，然后變?yōu)榫徛灾虑€先陡峭，然后平緩，成拋物線型。如

將劑量換成對數(shù)值，則成直線。劑量與效應(yīng)或反應(yīng)關(guān)系，換成直線，可便于在低劑量與高劑

量，或低反應(yīng)強度與高反應(yīng)強度之間進行互相推算。

3、S一狀曲線此種曲線的特點是在低劑量范圍內(nèi)，隨著劑量增加，反應(yīng)或效應(yīng)強度

增高較為緩慢，然后劑量較高時，反應(yīng)或效應(yīng)強度也隨之急速增加，但當(dāng)劑量繼續(xù)增加時，

反應(yīng)或效應(yīng)強度增高又趨向緩慢。曲線開始平緩，繼之陡嶗，然后又趨平緩，成不甚規(guī)則的

S一狀。曲線的中間部分，即反應(yīng)率50%左右，斜率最大，劑量略有變動，反應(yīng)即有較大

增減。在劑量與反應(yīng)關(guān)系中較為常見，一部分劑量與效應(yīng)關(guān)系也有出現(xiàn)。S—狀曲線分為對

稱或非對稱兩種。非對稱S-狀曲線兩端不對稱，一端較長，另一端較短。如將非對稱S—

狀曲線橫座標(biāo)（劑量）以對數(shù)表示，則成為--對稱S—狀曲線；如再將反應(yīng)率換成概率單位，

即成一直線。

五、損害作用與非損害作用

㈠非損害作用一般認(rèn)為非損害作用不引起機體機能形態(tài)、生長發(fā)育和壽命的改變；

不引起機體某種功能容量的降低，也不引起機體對額外應(yīng)激狀態(tài)代償能力的損傷。機體發(fā)生

的一切生物學(xué)變化應(yīng)在機體代償能力范圍之內(nèi)，當(dāng)機體停止接觸該種外毒化合物后，機體維

持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的能力不應(yīng)有所降低，機體對其他外界不利因素影響的易感性也不應(yīng)增高。穩(wěn)態(tài)

是機體保持內(nèi)在環(huán)境穩(wěn)定不變的一種傾向或能力。

㈡損害作用損害作用與非損害作用相反，應(yīng)具有下列特點：

1、機體的正常形態(tài)、生長發(fā)育過程受到嚴(yán)重影響，壽命亦將縮短。

2、機體功能容量或額外應(yīng)激狀態(tài)代償能力降低。

3、機體維持穩(wěn)定能力下降。

4、機體對其它某些因素不利影響的易感性增高。

應(yīng)該指出，損害作用與非損害作用都屬于外來化合物在機體內(nèi)引起的生物學(xué)作用，而在

生物學(xué)作用中，量的變化往往引起質(zhì)的變化，所以損害作用與非損害作用僅具有一定的相對

意義。此外確定損害作用與非損害作用的觀察指標(biāo)也不斷的發(fā)展。

六、正常值損害作用和非損害作用的確定，往往涉及機體許多指標(biāo)的正常值范圍，有

忖需要對正常值進行測定。首先必須明確“正常值”僅具有相對意義。在實際工作中，按目

前認(rèn)識水平，認(rèn)為“健康”或“正?！钡膫€體，對其進行某項觀察指標(biāo)測定，以其平均值土

2個標(biāo)準(zhǔn)差作為正常值范圍?？刹捎媒y(tǒng)計學(xué)方法，確定此項指標(biāo)變化是否偏離正常值范圍，

凡某種觀察指標(biāo)符合下列情況之一者，即可認(rèn)為己偏離正常值范圍，屬于損害作用或非損害

作用。

1.與對照組相比，具有統(tǒng)計學(xué)顯著性差異(PO.05),并且其數(shù)值不在正常值范圍內(nèi)。

2.與對照組相比，具有統(tǒng)計學(xué)顯著性差異(PV0.05),而其數(shù)值卻在??般公認(rèn)“正常值”

范圍內(nèi)；但如在停止接觸后，此種差異仍然持續(xù)?段時間，則屬于損害作用。

3.與對照組相比，具有統(tǒng)計學(xué)顯著性差異(PV0.05),而其數(shù)值卻在一般公認(rèn)的“正常值”

范圍內(nèi)；但如機體處于功能或生物化學(xué)應(yīng)激狀態(tài)下，此種差異更為明顯，則屬于損害作用。

第二節(jié)外源化學(xué)毒物的生物轉(zhuǎn)運

?、生物轉(zhuǎn)運的概念

外來化合物在機體的吸收、分布和代謝過程，統(tǒng)稱為生物轉(zhuǎn)運。

二、生物轉(zhuǎn)運機理

外來化合物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運主要通過下列機理：

㈠簡單擴散外來化合物在體內(nèi)的擴散是依其濃度梯度差決定物質(zhì)的擴散方向，即由

生物膜的分子濃度較高的一側(cè)向濃度較低的一側(cè)擴散，當(dāng)兩側(cè)達(dá)到動態(tài)平衡時,擴散即中止。

簡單擴散過程，不需要消耗能量，外來化合物與膜不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生物膜不具有主動性，

只相當(dāng)于物理過程，故稱為簡單擴散。簡單擴散是外來化合物在體內(nèi)生物轉(zhuǎn)運的主要機理。

在一般情況下，大部分外來化合物通過簡單擴散進行生物轉(zhuǎn)運。除生物膜兩則濃度梯度差可

以影響簡單擴散外，還有其他因素亦可對簡單擴散過程發(fā)生影響。

1、外來化合物在脂質(zhì)中的溶解度，可以脂水分配系數(shù)來表示，即外來化合物在脂相中

的濃度與在水相中濃度的比值(脂相中的濃度/水相中的濃度)。脂水分配系數(shù)越大，越容易透

過生物膜而進行擴散。但外來化合物在生物轉(zhuǎn)運過程中，除經(jīng)過脂相外，還要通過水相，因

為生物膜的構(gòu)造包括脂相和水相，所以?種外來化合物如在水中溶解度過低，即使脂水分配

系數(shù)很大，也不容易透過生物膜進行擴散，只有既易溶于脂肪又易溶于水的外來化合物，才

最容易透過生物膜進行擴散。

2、外來化合物的電離或離解狀態(tài)。呈離子狀態(tài)的外來化合物不易通過生物膜；反之，

非離解狀態(tài)的外來化合物則容易透過。外來化合物的離解程度決定于本身的離解常數(shù)(pK)

和所處介質(zhì)中的酸堿度(pH)。除上述兩種主要因素外，還有許多其他因素也可對簡單擴散發(fā)

生影響。

(=)濾過

濾過是外來化合物透過生物膜上親水性孔道的過程。大量的水可借助滲透壓梯度和液體

靜壓作用通過孔道進入細(xì)胞。外來化合物可以水作為載體，隨之而被動轉(zhuǎn)運。

㈢主動轉(zhuǎn)運

外來化合物透過生物膜由低濃度處向高濃度處移動的過程。其主要特點是：①可逆濃度

梯度轉(zhuǎn)運，故消耗一定的代謝能量；②轉(zhuǎn)運過程需要載體參加。載體往往是生物膜上的蛋白

質(zhì)，可與被轉(zhuǎn)運的外來化合物形成復(fù)合物而轉(zhuǎn)運至膜的另一側(cè)，然后釋放外來化合物，載體

又回到原處，并繼續(xù)進行第二次轉(zhuǎn)運；③載體既然是生物膜的組成成分，所以有一定的容量；

當(dāng)化合物濃度達(dá)到一定程度時，裁體可以飽和，轉(zhuǎn)運即達(dá)到極限；④主動轉(zhuǎn)運有一定的選擇

性。即化合物必須具有一定基本結(jié)構(gòu)才能被轉(zhuǎn)運；結(jié)構(gòu)稍有改變，則可影響轉(zhuǎn)運的進行；⑤

如果兩種化合物基本結(jié)構(gòu)相似，在生物轉(zhuǎn)運過程中又需要同一轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，兩種化合物之間可

出現(xiàn)競爭，并產(chǎn)生競爭抑制。

㈣載體擴散

不易溶于脂質(zhì)的外來化合物，利用載體由高濃度向低濃度處移動的過程。由于不能逆濃

度遞度由低濃度處向高濃度處移動，所以不消耗代謝能量。由于利用載體，生物膜具有一定

主動性或選擇性，但又不能逆濃度梯度，故又屬于擴散性質(zhì)，也可稱為易化擴散或促進擴散。

水溶性葡萄糖由胃腸道進入血液、由血漿進入紅細(xì)胞并由血液進入神經(jīng)組織都是通過載體擴

散。

㈤胞飲和吞噬

液體或固體外來化合物被伸出的生物膜包圍,然后將被包圍的液滴或較大顆粒并入細(xì)胞

內(nèi)，達(dá)到轉(zhuǎn)運的目的，前者稱為胞飲，后者稱為吞噬。機體內(nèi)外來異物的消除，例如白細(xì)胞

吞噬微生物，肝臟網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞對有毒異物的消除都與此有關(guān)。

三、吸收的概念及吸收途徑

㈠吸收的概念

吸收是外來化合物經(jīng)過各種途徑透過機體的生物膜進入血液的過程。

㈡吸收途徑

1、經(jīng)胃腸道吸收

胃腸道是外來化合物最主要吸收途徑。許多外來化合物可隨同食物或飲水進入消化道并

在胃腸道中吸收。一般外來化合物在胃腸道中的吸收過程，主要是通過簡單擴散，僅有極少

種類外來化合物的吸收是通過吸收營養(yǎng)素和內(nèi)源性化合物的專用主動轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。

外來化合物在胃腸道的吸收可在任何部位進行，但主要在小腸。外來化合物在胃內(nèi)吸收

主要通過簡單擴散過程。由于胃液酸度極高(pH1.0),弱有機酸類物質(zhì)多以未能解離形式存

在，所以容易吸收；但弱有機堿類物質(zhì)，在胃中離解度較高，一般不易吸收。

小腸內(nèi)的吸收主要也是通過簡單擴散。小腸內(nèi)酸堿度相對趨向中性(pH6.6),化合物離

解情況與胃內(nèi)不同。例如，弱有機堿類在小腸主要呈非離解狀態(tài)，因此易被吸收。弱有機酸

與此機反，例如苯甲酸在小腸中不易被吸收。但事實上由于小腸具有極大表面積，絨毛和微

絨毛可使其表面積增加600倍左右，因此小腸也可吸收相當(dāng)數(shù)量的苯甲酸。此外，小腸粘膜

還可以通過濾過過程吸收分子量為100?200以下的小分子，胃腸道上皮細(xì)胞亦可通過胞飲

或吞噬過程吸收一些顆粒狀物質(zhì)。

2、經(jīng)呼吸道吸收

肺是呼吸道中主要吸收器官，肺泡上皮細(xì)胞層極薄，而且血管豐富，所以氣體、揮發(fā)性

液體的蒸氣和細(xì)小的氣溶膠在肺部吸收迅速完全。吸收最快的是氣體、小顆粒氣溶膠和脂水

分配系數(shù)較高的物質(zhì)。經(jīng)肺吸收的外來化合物與經(jīng)胃腸道吸收者不同，前者不隨同門靜脈血

流進入肝臟，未經(jīng)肝臟中的生物轉(zhuǎn)化過程，即直接進入體循環(huán)并分布全身。氣體、易揮發(fā)液

體和氣溶膠在呼吸道中的吸收主要通過簡單擴散，并受許多因素影響，主要是在肺泡氣與血

漿中濃度差。一種氣體在肺泡氣中的濃度，可以其在肺泡中的分壓表示，一種氣體的分壓即

為其肺泡氣總壓力中所占的百分率。分壓越高，機體接觸的量越大，也越容易吸收。隨著吸

收過程的進行，血液中該氣體的分壓將逐漸增高，分壓差則相應(yīng)降低。該氣體在血液中的分

壓將逐漸接近在肺泡氣的分壓，最后達(dá)到平衡，呈飽和狀態(tài)。在飽和狀態(tài)時，氣體在血液中

的濃度(mg/L)與在肺泡氣中濃度(mg/L)之比，稱為血/氣分配系數(shù)，即氣體在血液的濃度/氣

體在肺泡中的濃度比值。血/氣分配系數(shù)越大，即溶解度越高，表示該氣體越易被吸收。

氣體在呼吸道內(nèi)的吸收速度與其溶解度和分子量也有關(guān)。在一般情況下，吸收速度與溶

解度成正比。非脂溶性的物質(zhì)被吸收時通過親水性孔道，其吸收速度主要受分子量大小的影

響；分子量大的物質(zhì)，相對吸收較慢，反之亦然。溶于生物膜脂質(zhì)的物質(zhì)，吸收速度與分子

量大小關(guān)系不大，而主要決定于其脂/水分配系數(shù)，脂/水分配系數(shù)大者吸收速度相對較高。

影響化學(xué)物質(zhì)經(jīng)呼吸道吸收的因素還有肺泡的通氣量和血流量，肺泡通氣量與血流量的

比值稱為通氣/血流比值，特別是與肺泡通氣量與血流量兩者的比值有關(guān)。

3、經(jīng)皮膚吸收

外來化合物經(jīng)皮膚吸收，一般可分為兩個階段，第一階段是外來化合物透過皮膚表皮，

即角質(zhì)層的過程，為穿透階段。第二階段即由角質(zhì)層進入乳頭層和真皮，并被吸收入血，為

吸收階段。

經(jīng)皮膚吸收主要機理是簡單擴散，擴散速度與很多因素有關(guān)。在穿透階段主要有關(guān)因素

是外來化合物分子量的大小、角質(zhì)層厚度和外來化合物的脂溶性。脂溶性的非極性化合物通

過表皮的速度與脂溶性高低，即脂/水分配系數(shù)的大小成正比，脂溶性高者穿透速度快，但

與分子量成反比。

在吸收階段,外來化合物必須具有一定的水溶性才易被吸收，因為血漿水是一種水溶液。

目前認(rèn)為脂/水分配系數(shù)接近于1,即同時具有一定的脂溶性和水溶性的化合物易被吸收進入

血液。

此外，氣溫、濕度及皮膚損傷也可影響皮膚的吸收。

四、分布的概念及影響分布的主要因素

㈠分布概念

分布是外來化合物通過吸收進入血液或其它體液后，隨著血液或淋巴液的流動分散到全

身各組織細(xì)胞的過程。

㈡影響分布的主要因素

1、外來化合物與血漿蛋白結(jié)合外來化合物進入血液之后往往與血漿蛋白，尤其是血

漿白蛋白結(jié)合。這種結(jié)合是可逆的，它可以視為外來化合物在體內(nèi)分布運輸?shù)囊粋€過程。與

血漿白蛋白結(jié)合的外來化合物與未結(jié)合的游離化學(xué)物質(zhì)呈動態(tài)平衡，又山于血漿白蛋白與化

學(xué)物質(zhì)結(jié)合的專一性不強，所以當(dāng)有另一種外來化合物或藥物或生理代謝產(chǎn)物存在時，可以

發(fā)生競爭現(xiàn)象。例如DDE(DDT代謝物)就可競爭性置換已與白蛋白結(jié)合的膽紅素，使其在

血中游離。

2、外來化合物與其他組織成分結(jié)合外來化合物還可與其它組織成分結(jié)合，如多種蛋

白質(zhì)、粘多糖、核蛋白、磷脂等。這些結(jié)合有分布意義，有的也有毒理意義。例如一氧化碳

與血紅蛋白具有高度親合力，導(dǎo)致缺氧而中毒。又如除草劑百草枯不論何種途徑接觸，均可

濃集分布于肺引起損傷。

3、外來化合物在脂肪組織和骨骼中貯存沉積脂溶性外來化合物可貯存于脂肪組織

中，并不呈現(xiàn)生物學(xué)活性。只有在脂肪被動用、外來化合物重新成為游離狀態(tài)時，才出現(xiàn)生

物學(xué)作用。DDT在脂肪組織中的貯存即如此。

骨骼也可作為許多外來化合物的貯存沉積場所。例如鉛可取代骨骼中的鈣，被機體吸收

的鉛有40%可沉積于骨骼中，對機體危害相對較小。但在一定條件下，可游離釋放，進入

全身循環(huán)，對機體造成損害。

4、體內(nèi)各種屏障的影響機體內(nèi)有若干膜屏障，對保護一些器官有重要意義。研究外

來化合物在機體內(nèi)的分布是否可以透過這些屏障，具有重要的毒理學(xué)意義。

⑴血腦屏障

由毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞和聚集包圍毛細(xì)血管的星形膠質(zhì)細(xì)胞的軟腦膜組成的一種特殊的

功能結(jié)構(gòu)——血腦屏障。血腦屏障的重要性，在于保障血液和腦組織之間的正常代謝物質(zhì)的

交換，阻止非需要物質(zhì)的進入，從而維持腦的正常功能。?般外來化合物只有分子量小，脂

溶性高的才能穿透。而電離的、離子型的、水溶性大的化學(xué)物質(zhì)則難于透過血腦屏障。如無

機汞就不容易進入腦組織，而甲基汞則易于透過血腦屏障，造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能損傷。

⑵胎盤屏障

胎盤除在母體與胎兒之間進行營養(yǎng)素、氧、二氧化碳和代謝產(chǎn)物的交換外，還有阻止

一些外來化合物由母體透過胎盤進入胚胎、保障胎兒正常生長發(fā)育的功能。胎盤屏障的解剖

學(xué)基礎(chǔ)是位于母體血液循環(huán)系統(tǒng)和胚胎之間的幾層細(xì)胞構(gòu)成。不同物種動物和同物種的不

同妊娠階段胎盤細(xì)胞層數(shù)并不一樣。例如豬和馬有.6層，大鼠、豚鼠只有一層；家兔在妊娠

初期有6層，到妊娠末期僅有一層。較薄的胎盤，即細(xì)胞層數(shù)較少者，外來化合物相對容易

透過，例如大鼠胎盤較人類為薄，外來化合物容易透過，故用受孕大鼠進行致畸試驗可能更

為繁感。

大部分外來化合物透過胎盤的機理是簡單擴散，而胚胎發(fā)育所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，則通過

主動轉(zhuǎn)運而進入胚胎。

五、排泄概念和主要途徑

㈠排泄的概念排泄是外來化合物及其代謝產(chǎn)物向機體外轉(zhuǎn)運的過程,是機體物質(zhì)代

謝全部過程中的最后一個環(huán)節(jié)。

㈡排泄的主要途徑

1、隨同尿液經(jīng)腎臟排泄腎臟排泄外來化合物的效率極高，也是最重要的排泄器官，

其主要排泄機理有三：即腎小球濾過、腎小球簡單擴散和腎小管主動轉(zhuǎn)運，其中簡單擴散和

主動轉(zhuǎn)運更為重要。

腎小球過濾是一種被動轉(zhuǎn)運，腎小球毛細(xì)管具有孔道，直徑約40°A左右，分子量在7

萬以下的物質(zhì)皆可濾過。因此大部分外來化合物或其代謝產(chǎn)物均可濾出，只有與血漿蛋白結(jié)

合的化學(xué)物質(zhì)因分子量過大，不易透過孔道。但需指出，凡是脂/水分配系數(shù)大的化學(xué)物質(zhì)

或其代謝產(chǎn)物，則又可被腎小管上皮細(xì)胞以簡單擴散方式重吸收入血。只有水溶性物質(zhì)或離

子型物質(zhì)等才進入尿液。

腎小管主動轉(zhuǎn)運實際上是腎小管主動分泌，此種主動轉(zhuǎn)運可分為兩種系統(tǒng)，一為供有機

陰離子化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)運；一為供有機陽離子化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)運。此兩個系統(tǒng)均位于腎小管的近曲小

管。這兩種轉(zhuǎn)運系統(tǒng)均可以轉(zhuǎn)運與蛋白質(zhì)結(jié)合的物質(zhì)，且存在兩種化學(xué)物質(zhì)通過同一轉(zhuǎn)運系

統(tǒng)時的競爭作用。

2、經(jīng)肝臟隨同膽汁排泄

經(jīng)過肝臟隨同膽汁排出體外是外來化合物在體內(nèi)消除僅次于腎臟的另一種排泄途徑。來

自胃腸的血液攜帶著所吸收的外來化合物先通過門靜脈進入肝臟,然后流經(jīng)肝臟再進入全身

循環(huán)。外來化合物在肝臟中先經(jīng)過生物轉(zhuǎn)化，生物轉(zhuǎn)化過程中形成的一部分代謝產(chǎn)物，可被

肝細(xì)胞直接排泌入膽汁，再混入糞便排出體外。

外來化合物隨同膽汁進入小腸后，可能有二種去路：①一部分易被吸收的外來化合物

及其代謝產(chǎn)物，可在小腸中重新被吸收，再經(jīng)門靜脈系統(tǒng)返回肝臟，再隨同膽汁排泄，即進

行腸肝循環(huán)。腸肝循環(huán)具有重要生理學(xué)意義，可使一些機體需要的化合物被重新利用，例如

各種膽汁酸平均有95%被小腸壁重吸收，并再被利用。在毒理學(xué)方面則由于有些外來化合

物再次吸收，使其在體內(nèi)停留時間延長，毒性作用也將增強。②再有一部分外來化合物在

生物轉(zhuǎn)化過程中形成結(jié)合物，并以結(jié)合物的形式出現(xiàn)在膽汁中；腸內(nèi)存在的腸菌群以及葡萄

糖甘酸酶，可將一部分結(jié)合物水解，則外來化合物可重新被吸收并進入腸肝循環(huán)。

3、經(jīng)肺隨同呼出氣排泄

許多氣態(tài)外來化合物可經(jīng)呼吸道排出體外。如一氧化碳、某些醇類和揮發(fā)性有機化合物

都可經(jīng)肺排泄。其經(jīng)肺排泄的主要機理是簡單擴散，排泄的速度主要決定于氣體在血液中的

溶解度、呼吸速度和流經(jīng)肺部的血液速度。在血液中溶解度較低的氣體，例如一氧化二氮排

泄較快；而血液中溶解度高的物質(zhì)，例如乙醇經(jīng)肺排出較慢，呼吸速度的影響，在不同化合

物略有不同。例如，乙醛在血液中溶解度高，過度通氣時，經(jīng)肺排出極為迅速。而有些不易

溶于血液的氣體(例如六氟化硫)的排出幾乎不受過度通氣的影響。

溶解于呼吸道分泌液的外來化合物和巨噬細(xì)胞攝入的顆粒物質(zhì)，將隨同呼吸道表面的分

泌液排出。

4、其它排泄途徑

外來化合物還可經(jīng)其它途徑排出體外。例如經(jīng)胃腸道排泄、隨同汗液和唾液排潰，隨同

乳汁排泄。此種排泄途徑雖然在整個排泄過程中所占比例并不重要，但有些卻具有特殊的毒

理學(xué)意義。例如隨同乳汁排泄。許多外來化合物可通過簡單擴散進入乳汁。有機氯殺蟲劑、

乙醛、多鹵聯(lián)苯類、咖啡堿和某些金屬都可隨同乳汁排出。如果某種物質(zhì)與母體長期反復(fù)多

次接觸，則容易在乳汁中濃集，重要的意義在于對嬰兒的損害作用；因為按單位體重計算，

嬰兒通過乳汁攝入的外來化合物往往大于一般人群。

第三節(jié)外源性化學(xué)物的生物轉(zhuǎn)化

一、生物轉(zhuǎn)化的概念

外來化合物在體內(nèi)經(jīng)過一系列化學(xué)變化并形成其衍生物以及分解產(chǎn)物的過程稱為生物

轉(zhuǎn)化，或稱為代謝轉(zhuǎn)化。所形成的衍生物即代謝物。外來化合物經(jīng)過生物轉(zhuǎn)化，有的可以達(dá)

到解毒，毒性減低。但有的可使其毒性增強，甚至可產(chǎn)生致畸、致癌效應(yīng)。所以，不應(yīng)把代

謝轉(zhuǎn)化只看作解毒過程，而是代謝過程對外來化合物的毒性有二重性。

二、生物轉(zhuǎn)化的反應(yīng)類型

(-)氧化

氧化可分為由微粒體混合功能氧化酶催化和非微粒體混合功能氧化酶催化的兩種氧化

反應(yīng)。

微粒體是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在細(xì)胞勻漿過程中形成的碎片，并非獨立的細(xì)胞器。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可分為粗面

和滑面二種，因而所形成的微粒體也有粗面和滑面兩種，但都含有混合功能氧化酶，后者活

力更強。

1.微粒體混合功能氧化酶(加crososma/mixedfunctionoxidase,MFO),又稱為混合功能氧

化醐或微粒體單加氧酶，可簡稱為單氧防。在這過程中還需要NADPH提供電子，使細(xì)胞

色素P450還原，并與底物形成復(fù)合物，才能完成這一反應(yīng)過程。

混合功能氧化能是細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的一個酶系，組成較為復(fù)雜，現(xiàn)在已經(jīng)知道的主要有

細(xì)胞色素P450氧化酶，也稱為細(xì)胞色素P-450依賴性單加氧酶，還有還原型輔酶H一細(xì)胞

色素P-450還原能。此外，還含有微粒體FDA一單加氧醐,此酶特點是不含有細(xì)胞色素P-450,

而含有黃素腺喋吟二核甘酸，代替細(xì)胞色素P-450參與單加氧酶反應(yīng)。在FAD單加氧酶催

化的外來化合物氧化過程中，同樣需要NADPH和氧分子。

許多外來化合物都可經(jīng)混合功能氧化酶催化，加氧形成各種羥化物。羥化物將進一步分

解，形成各種產(chǎn)物，因此氧化反應(yīng)可能有下列各種類型：

(1)脂肪族羥化：亦稱脂肪族氧化，是脂肪族化合物側(cè)鏈(R)末端倒數(shù)第一個或第二個

碳原子發(fā)生氧化，并形成羥基。

(2)芳香族羥化：芳香環(huán)上的氫被氧化，例如苯可形成苯酚，苯胺可形成對氨基酚或鄰

氨基酚。在微粒體混合功能氧化酶活力測定中，可利用這一反應(yīng)，即以苯胺為底物經(jīng)MFO

羥化后，形成對氨基酚，測定其含量，用以表示苯胺羥化酶活力。羥化過程中，也可形成鄰

氨基酚。

(3)環(huán)氧化反應(yīng)：外來化合物的二個碳原子之間形成橋式結(jié)構(gòu)，即環(huán)氧化物。?般環(huán)氧

化物僅為中間產(chǎn)物，將繼續(xù)分解。但在多環(huán)芳燒類化合物，例如苯并(a)陀形成環(huán)氧化物后，

可與細(xì)胞生物大分子發(fā)生共價結(jié)合，誘發(fā)突變以及癌腫形成。

(4)N-脫烷基反應(yīng)：胺類化合物氧基N上的烷基被氧化脫去一個烷基，形成醛類或酮

類。氨基甲酸酯類殺蟲劑，例如西維因、致癌物偶氮色素奶油黃和二甲基亞硝胺皆可發(fā)生此

種反應(yīng)。二甲基亞硝胺也可在進行N-脫烷基后，形成自由甲基［CH3。，可使細(xì)胞核內(nèi)核酸

分子上的鳥喋吟甲基化(或稱烷基化)誘發(fā)突變或致癌。

(5)0一脫烷基和S一脫烷基反應(yīng)：與N—脫烷基反應(yīng)相似，但氧化后脫去氧原子或硫原

子相連的烷基。

0—脫烷基可發(fā)生于對硝基茴香酸，后者經(jīng)微粒體混合功能氧化的催化后，測定所形成

對硝基酚含量，可代表混合功能氧化酶活力。

(6)N-羥化反應(yīng)：羥化在N原子上進行，例如苯胺、致癌物2—乙酰氨基藥都可發(fā)生。

苯胺經(jīng)N-羥化反應(yīng)形成N-羥基苯胺，可使血纖.蛋白氧化成為高鐵血紅蛋白。

(7)烷基金屬脫烷基反應(yīng)：四乙基鉛可在混合功能氧化酶催化下，脫去一個烷基，形成

三乙基鉛。借此，四乙基鉛可在機體內(nèi)表現(xiàn)毒作用。

(8)脫硫反應(yīng)：在許多有機磷化合物經(jīng)常發(fā)生脫硫反應(yīng)，在這一反應(yīng)中，硫原子被氧化

成硫酸根脫落。如對硫磷氧化脫硫成對氧磷，毒性增強。

2.非微粒體混合功能氧化酶催化的氧化反應(yīng)肝組織胞液、血漿和線粒體中，有一些專

?性不太強的酶，可催化某些外來化合物的氧化與還原，例如醇脫氫前，醛脫氫酶、過氧化

氫酶、黃喋吟氧化酶等。

肝細(xì)胞胞液中含有單胺氧化酶和雙胺氧化酶，可催化胺類氧化，形成醛類和氨，雙胺氧

化酶催化的氧化反應(yīng)主要涉及體內(nèi)生物胺類的形成，與外來化合物代謝轉(zhuǎn)化關(guān)系較少。

3.前列腺素生物合成過程中共氧化反應(yīng)在外來化合物的氧化反應(yīng)中，除前述微粒體混

合功能氧化酶和非微粒體混合功能氧化酶催化的氧化反應(yīng)外，近年來又觀察到一種氧化反

應(yīng)，是在前列腺素生物合成過程中有一些外來化合物可同時被氧化，稱為共氧化反應(yīng)。

（二）還原反應(yīng)

含有硝基、偶氮基和談基的外來化合物以及二硫化物、亞碉化合物，在體內(nèi)可被還原，

例如硝基苯和偶氮苯都可被還原形成苯胺。四氯化碳在體內(nèi)可被NADPH一細(xì)胞色素P-450

還原酶催化還原，形成三氯甲烷自由基（CC1；）以致破壞肝細(xì)胞膜脂質(zhì)結(jié)構(gòu)，引起肝脂肪

變性以及壞死等。五價碑化合物中的碑也可被還原成三價神，三價神化合物在水中溶解度較

高，故毒性較五價碑化合物為強。

（三）水解作用

許多外來化合物，例如酯類、酰胺類和含有酯式鍵的磷酸鹽取代物極易水解。血漿、肝、

腎、腸粘膜、肌肉和神組織中有許多水解前，微粒體中也存在。酯酶是廣泛存在的水解酶，

酯酶和酰胺酶可分別水解酯類和胺類。

水解反應(yīng)是許多有機磷殺蟲劑在體內(nèi)的主要代謝方式，例如敵敵畏、對硫磷、樂果和馬

拉硫磷等水解后毒性降低或消失。有些昆蟲對馬拉硫磷有抗藥性，即由于其體內(nèi)竣酸酯酶活

力較高，極易使馬拉硫磷失去活性。此外，擬除蟲菊酯類殺蟲劑也通過水解酶催化降解而解

毒。

（四）結(jié)合反應(yīng)

結(jié)合反應(yīng)是進入機體的外來化合物在代謝過程中與某些其它內(nèi)源性化合物或基團發(fā)生

的生物合成反應(yīng)。特別是外來有機化合物及其含有羥基、氨基、默基以及環(huán)氧基的代謝物最

易發(fā)生。外來化合物及其代謝物與體內(nèi)某些內(nèi)源性化合物或基團結(jié)合所形成的產(chǎn)物稱為結(jié)合

物。在結(jié)合反應(yīng)中需要有輔酶與轉(zhuǎn)移酶并消耗代謝能量。所謂內(nèi)源性化合物或基團的來源是

體內(nèi)正常代謝過程中的產(chǎn)物，參加結(jié)合反應(yīng)的必須為內(nèi)源性化合物，直接山體外輸入者不能

進行。

外來化合物在代謝過程中可以直接發(fā)生結(jié)合反應(yīng)，也可先經(jīng)過上述氧化、還原或水解等

第一階段生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)（第一相反應(yīng)），然后再進行結(jié)合反應(yīng)（第二相反應(yīng)），在一般情況下，

通過結(jié)合反應(yīng)，一方面可使外來化合物分子上某些功能基團失去活性以及喪失毒性；另方

面，大多數(shù)外來化合物通過結(jié)合反應(yīng)，可使其極性增強，脂溶性降低，加速由體內(nèi)的排泄過

程.

根據(jù)結(jié)合反應(yīng)的機理，可將結(jié)合反應(yīng)分成以下幾種類型：

1.葡萄糖醛酸結(jié)合葡萄糖醛酸結(jié)合可能是最常見的結(jié)合反應(yīng)，主要是外來化合物及其

代謝物與葡萄糖醛酸結(jié)合。葡萄糖醛酸的來源是在糖類代謝過程中生成尿甘二磷酸葡萄糖

（uridinediphosphateglucose,UDPG）,UDPG再被氧化生成尿甘二磷酸葡萄糖醛酸；UCPGA

是葡萄糖醛酸的供體，在葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶的作用下與外來化合物及其代謝物的羥基、氨

基和竣基等基團結(jié)合，反應(yīng)產(chǎn)物是6—葡萄糖醛酸背。葡萄糖醛酸必須為內(nèi)源性代謝產(chǎn)物，

直接由體外輸入者不能進行結(jié)合反應(yīng)。

葡萄糖醛酸結(jié)合作用主要是在肝微粒體中進行，此外腎、腸粘膜和皮膚中也可發(fā)生，外

來化合物在肝臟中經(jīng)結(jié)合反應(yīng)后，隨同膽汁排出。但有時一部分在腸道下段，可在腸菌群中

的B—葡萄糖甘酸酶作用下，發(fā)生水解，則此種外來化合物可重被吸收，進行腸肝循環(huán)，使

其在體內(nèi)停留時間延長。

2.硫酸結(jié)合外來化合物及其代謝物中的醇類、酚類或胺類化合物可與硫酸結(jié)合，形成

硫酸酯。內(nèi)源性硫酸的來源是含硫氨基酸的代謝產(chǎn)物，但必須先經(jīng)三磷酸腺甘活化，成為

3，一磷酸腺昔一5，一磷酸硫酸(PAPS),再在磺基轉(zhuǎn)移酶的作用下與酚類、醇類或胺類結(jié)合為

硫酸酯。苯酚與硫酸結(jié)合較為常見。

硫酸結(jié)合反應(yīng)多在肝、腎、胃腸等組織中進行；由于體內(nèi)硫酸來源所限，不能充分提供,

故較葡萄糖醛酸結(jié)合反應(yīng)為少。

在一般情況下，通過硫酸結(jié)合反應(yīng)可使外來化合物原有毒性降低喪失。但有些外來化合

物經(jīng)硫酸結(jié)合反應(yīng)后，其毒性反而較高。例如屬于芳香胺類的種致癌物2—乙酰氨基笏(簡

稱FAA或AAF)在體內(nèi)經(jīng)N—羥化反應(yīng)，形成N—羥基一2一乙酰氨基笏后，其羥基可與

硫酸結(jié)合，形成硫酸酯。此種AAF硫酸酯具有強致癌性，較AAF本身致癌性強。在大鼠、

小鼠和狗都有此種反應(yīng)發(fā)生。但有些動物肝內(nèi)缺乏硫酸轉(zhuǎn)移酶，無法形成硫酸酯。

3.谷胱甘肽結(jié)合機體內(nèi)有毒金屬和環(huán)氧化物能與谷胱甘肽結(jié)合而被解毒。谷胱甘肽結(jié)

合反應(yīng)是由谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶催化進行。谷胱轉(zhuǎn)移醐在肝、腎中都含有，肝細(xì)胞胞液含量較多，

近年來發(fā)現(xiàn)肝微粒體上亦有存在。微粒體的谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶直接與外來化合物接觸，可能在

谷胱甘肽結(jié)合反應(yīng)的意義更為重要。

谷胱甘肽與環(huán)氧化物結(jié)合反應(yīng)非常重要。許多外來化合物，例如許多致癌物和肝臟毒物

在體內(nèi)可形成環(huán)氧化物，此種環(huán)氧化物大都對細(xì)胞具有較強的損害作用。例如溪化苯經(jīng)代謝

轉(zhuǎn)化為環(huán)氧化物，浪苯環(huán)氧化物為一強肝臟毒物，可引起肝臟壞死；但與谷胱甘肽結(jié)合后，

將被解毒并排出體外。谷胱甘肽在體內(nèi)生成與儲備有一定限度，如大量環(huán)氧化物在短時間內(nèi)

形成，可出現(xiàn)谷胱甘肽耗竭，仍可引起嚴(yán)重?fù)p害。

4.甘氨酸結(jié)合有些含有峻基的外來化合物，例如有機酸可與氨基酸結(jié)合。此種結(jié)合反

應(yīng)的本質(zhì)是一種肽式結(jié)合，與甘氨酸結(jié)合最為常見，事實上其它氨基酸也可進行這種結(jié)合。

例如甲苯在體內(nèi)代謝，生成苯甲酸，苯甲酸可與甘氨酸結(jié)合，形成馬尿酸而排出體外。氟氫

酸可經(jīng)半胱氨酸結(jié)合，由唾液和尿液排泄。

5.乙酰結(jié)合外來化合物中的芳香胺類，例如苯胺可通過其氨基與乙酰輔酶A反應(yīng)，經(jīng)

乙酰轉(zhuǎn)移醐催化使芳香胺類形成其乙酰衍生物。此外，脂族胺類藥物也有類似反應(yīng)。乙酰酶

A的來源是糖、脂肪以及蛋白質(zhì)的代謝產(chǎn)物。

6.甲基結(jié)合生物胺類在體內(nèi)與甲基結(jié)合的反應(yīng)，也稱甲基化。甲基來自蛋氨酸，蛋氨

酸的甲基經(jīng)ATP活化，成為S-腺甘蛋氨酸，再經(jīng)甲基轉(zhuǎn)移酶催化，使生物胺類與甲基結(jié)

合而被解毒排泄。在外來化合物解毒中，甲基結(jié)合并不占重要地位。

二、影響生物轉(zhuǎn)化因素

(-)物種差異和個體差異

同一外來化合物生物轉(zhuǎn)化的速度在不同動物可以有較大差異，例如苯胺在小鼠體內(nèi)生物

半減期為35分鐘，狗為167分鐘。同外來化合物在不同物種動物體內(nèi)的代謝情況可以完

全不同。如前所述，N-2-乙酰氨基笏在大鼠、小鼠和狗體內(nèi)可進行N-羥化并再與硫酸結(jié)合

成為硫酸酯，呈現(xiàn)強烈致癌作用；而在豚鼠體內(nèi)一般不發(fā)生N—羥化，因此不能結(jié)合成為硫

酸酯，也無致癌作用或致癌作用極弱。

外來化合物在體內(nèi)生物轉(zhuǎn)化過程的個體差異還表現(xiàn)在某些參與代謝的酶類在各個體中

的活力。例如芳炫羥化醐(⑺〃7Moca仍0〃hydroxylase,AHH)可使芳香燃類化合物羥化，并

產(chǎn)生致癌活性，其活力在個體之間存在明顯差異。在吸煙量相同的情況下，AHH活力較高

的人，患肺癌的危險度比活力低的人高36倍；體內(nèi)AHH具有中等活力的人，患肺癌的危

險度比活力低者高16倍。

（-）外來化合物代謝酶的抑制和誘導(dǎo)

1.抑制一種外來化合物的生物轉(zhuǎn)化可受到另一種化合物的抑制，此種抑制與催化生物

轉(zhuǎn)化的酶類有關(guān)。參與生物轉(zhuǎn)化的酶系統(tǒng)一般并不具有較高的底物專?性，幾種不同化合物

都可做為同一酶系的底物，即幾種外來化合物的生物轉(zhuǎn)化過程都受同一酶系的催化。因此，

當(dāng)一種外來化合物在機體內(nèi)出現(xiàn)或數(shù)量增多時，可影響某種醐對另i種外來化合物的催化作

用，即兩種化合物出現(xiàn)競爭性抑制。

2.誘導(dǎo)有些外來化合物可使某些代謝過程催化酶系活力增強或酶的含量增加，此種現(xiàn)

象稱為酶的誘導(dǎo)，凡具有誘導(dǎo)效應(yīng)的化合物稱為誘導(dǎo)物，誘導(dǎo)的結(jié)果可促進其它外來化合物

的生物轉(zhuǎn)化過程，使其增強或加速。在微粒體混合功能氧化酶誘導(dǎo)過程中，還觀察到滑面內(nèi)

質(zhì)網(wǎng)增生；酶活力增強以及對其它化合物代謝轉(zhuǎn)化的促進等均與此有關(guān)。

（三）代謝飽和狀態(tài)

一種外來化合物在機體代謝的飽和狀態(tài)對其代謝情況有相當(dāng)?shù)挠绊?，并因此影響其毒?/p>

作用。例如浪化苯在體內(nèi)首先轉(zhuǎn)化成為具有肝臟毒作用的浸化苯環(huán)氧化物：如果輸入劑量較

小，約有75%的澳化苯環(huán)氧化物可轉(zhuǎn)變成為谷胱甘肽結(jié)合物，并以浪苯基硫酸氨酸的形式

排出；但如輸入較大劑量，側(cè)僅有45%可按上述形式排泄。當(dāng)劑量過大時，因谷胱甘肽的

量不足，甚至出現(xiàn)谷胱甘肽耗竭，結(jié)合反應(yīng)有所降低，因而未經(jīng)結(jié)合的澳苯環(huán)氧化物與DNA

或RNA以及蛋白質(zhì)的反應(yīng)增強，呈現(xiàn)毒性作用。

（四）其它影響因素

主要表現(xiàn)在年齡與性別和營養(yǎng)狀況。蛋白質(zhì)、抗壞血酸、核黃素、維生素A和維生素E

的營養(yǎng)狀況都可影響微粒體混合功能氧化酶的活力。在動物試驗中如蛋白質(zhì)供給不足，則微

粒體酶活力降低。當(dāng)抗壞血酸缺乏時，苯胺的羥化反應(yīng)減弱。缺乏核黃素，可使偶氮類化合

物還原酶活力降低，增強致癌物奶油黃的的致癌作用。上述酶活力降低，可能造成外來化合

物轉(zhuǎn)化過程減弱或減慢。

年齡對外來化合物代謝轉(zhuǎn)化過程的影響，表現(xiàn)在肝微粒體酶功能在初出生和未成年機體

尚未發(fā)育成熟，老年后又開始衰退，其功能皆低于成年，對外來化合物的代謝以及解毒能力

較弱。例如大鼠出生后30天，肝微粒體混合功能氧化酶才達(dá)到成年水平，250天后又開始

下降。葡萄糖醛酸結(jié)合反應(yīng)在老年動物減弱，但大鼠的單胺氧化酶活力隨年齡而增強。在一

般情況下，幼年及老年機體對外來化合物代謝轉(zhuǎn)化能力較成年為弱，所以外來化合物的損害

作用也較強。

第二章動物毒理學(xué)的實驗方法

第一節(jié)急性毒性試驗概述及染毒方法

一、概念和試驗?zāi)康?/p>

（-）急性毒性概念

急性毒性是指機體（人或?qū)嶒瀯游铮┮淮危ɑ?4小時內(nèi)多次）接觸外來化合物之后所引起

的中毒效應(yīng)，甚至引起死亡。

但須指出化合物使實驗動物發(fā)生中毒效應(yīng)的快慢和劇烈的程度,可因所接觸的化合物的

質(zhì)與量不同而異。有的化合物在實驗動物接觸致死劑量的幾分鐘之內(nèi)，就可發(fā)生中毒癥狀，

甚至死亡。而有的化合物則在幾天后才顯現(xiàn)中毒癥狀和死亡，即遲發(fā)死亡。止匕外，實驗動物

接觸化合物的方式或途徑不同，“一次”的含義也有所不同。凡經(jīng)口接觸和各種方式的注射

接觸，“一次”是指在瞬間將受試化合物輸入實驗動物的體內(nèi)。而經(jīng)呼吸道吸入與經(jīng)皮膚接

觸，“一次”是指在一個特定的期間內(nèi)實驗動物持續(xù)地接觸受試化合物的過程，所以“一次”

含有時間因素。

(-)實驗?zāi)康?/p>

1.求出受試化合物對一種或幾種實驗動物的致死劑量(通常以LD50為主要參數(shù))，以初步

估計該化合物對人類毒害的危險性。

2.闡明受試化合物急性毒性的劑量一反應(yīng)關(guān)系與中毒特征。

3.利用急性毒性試驗方法研究化合物在機體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運和生物轉(zhuǎn)化過程及其動力學(xué)

變化。也可用于研究急救治療措施。

二、實驗動物和染毒方法

(-)實驗動物選擇

在衛(wèi)生毒理學(xué)領(lǐng)域中，體內(nèi)試驗以實驗動物為研究對象，最終是為了闡明受試外來化合

物對人的急性危害性質(zhì)和危害強度。所以選擇實驗動物時，要求在其接觸化合物之后的毒性

反應(yīng)，應(yīng)當(dāng)與人接觸該化合物的毒性反應(yīng)基本一致，雖然利用任何一種或幾種實驗動物的急

性毒性結(jié)果向人外推都必須十分慎重，但這?選擇實驗動物的原則仍非常重要。

1.物種選擇以選擇哺乳動物為主。目前實際應(yīng)用中以大鼠和小鼠為主，尤以大鼠使用

很多。需指出大鼠并非對外來化合物都最敏感。家兔常用于研究化合物的皮膚毒性，包括對

粘膜的刺激。貓、狗也用于急性毒性試驗，但因價貴不易于大量使用。豬為雜食動物，對一

些化合物的生物效應(yīng)表現(xiàn)與人有相似之處，尤其是皮膚結(jié)構(gòu)與人較近似。但因體大、價貴，

不便大量使用。

歸納起來，在進行化合物急性毒性研究中，選擇實驗動物的原則是：盡量選擇對化合物

毒性反應(yīng)與人近似的動物；易于飼養(yǎng)管理，試驗操作方便；易于獲得、品系純化，且價格較

低的動物。為了有利于預(yù)測化合物對人的危害，要求選擇兩種以上的實驗動物，最好一種為

嚙齒類，一種為非嚙齒類，分別求出其急性毒性參數(shù)。

一般研究外來化合物急性毒性，需雌雄兩性動物同時分別進行，每個劑量組兩性動物數(shù)

相等。急性毒性使用小鼠體重以18~25g、大鼠180~240g、豚鼠200~250g、家兔2~2.5kg、

貓1.5~2.0kg左右為宜。

(二)實驗動物喂養(yǎng)環(huán)境

實驗動物喂養(yǎng)室室溫應(yīng)控制在22±3℃,家兔可控制在20±3℃,相對濕度30%?73%,

無對流風(fēng)。每籠動物數(shù)以不干擾動物個體活動及不影響試驗觀察為度，必要時需單籠飼養(yǎng)。

飼養(yǎng)室采用人工晝夜為好，早6點至晚6點進行12小時光照，其余12小時黑暗，一般食用

常規(guī)試驗室飼料，自由飲水。

(三)實驗動物染毒方法

1.經(jīng)口(胃腸道)接觸目的是研究外來化合物能否經(jīng)胃腸道吸收及求出經(jīng)口接觸的致死

劑量(LD50)等。由于外來化合物可以污染飲水及食物，因此，此種染毒方式在衛(wèi)生毒理學(xué)中

占有重要地位。

(1)灌胃是將液態(tài)受試化合物或固態(tài)、氣態(tài)化合物溶于某種溶劑中，配制成一定濃度，

裝入注射器等定量容器，經(jīng)過導(dǎo)管注入胃內(nèi)。

在每一試驗系列中，同物種實驗動物灌胃體積最好一致，即以單位體重計算所給予的毫

升數(shù)應(yīng)一致，即ml/kg或ml/g計。這是因為成年實驗動物的胃容量與體重之間有一定的比

例。按單位體重計算灌胃液的體積，受試化合物的吸收速度相對較為穩(wěn)定。小鼠一次灌胃體

積在0.2~L0ml/只或0.1~0.5ml/10g體重較合適，大鼠一次灌胃體積不超過5ml/只（通常用

0.5~L0ml/100g體重），家兔不超過10ml/2kg體重，狗不超過50ml/10kg體重。

（2）吞咽膠囊將一定劑量受試化合物裝入藥用膠囊內(nèi)，強制放到動物的舌后后咽部迫

使動物咽下。此種方式劑量準(zhǔn)確，尤其適用于易揮發(fā)、易水解和有異味的化合物。家兔及貓、

狗等大動物可用此法。

2.經(jīng)呼吸道接觸

例如CO、CO2等在常溫、常壓下為氣態(tài)，或在生產(chǎn)過程中和生活過程中以蒸氣態(tài)、氣

溶膠、煙、塵狀態(tài)污染生產(chǎn)與生活環(huán)境空氣，此時就有可能經(jīng)呼吸道吸入。研究外來化合物

在上述物理性狀下能否被吸入機體，且造成損害，在衛(wèi)生毒理學(xué)中也占有重要位置。

實施經(jīng)口接觸時.，實驗動物在接觸受試化合物前應(yīng)禁食，以防止胃納充盈影響化合物的

吸收和毒性。大鼠、小鼠因主要在夜間進食，應(yīng)采用隔夜禁食。接觸受試化合物之后應(yīng)繼續(xù)

禁食3~4小時。

（1）吸入接觸分為兩種方式，一是靜式吸入，-是動式吸入。

①靜式吸入：系將實驗動物置于一個有一定體積的密閉容器內(nèi)，加入定量的易揮發(fā)的

液態(tài)化合物或一定體積的氣態(tài)化合物，在容器內(nèi)形成所需要的受試化合物濃度的空氣環(huán)境。

這種接觸方式，雖然有許多不足之處，但由于其設(shè)備簡單、操作方便、消耗受試化合物較少，

還有其使用價值；尤其是適用于小動物接觸易揮發(fā)液態(tài)化合物的急性毒性研究。為保障試驗

順利進行，染毒柜體積、放置動物種類和數(shù)量及放置時間相互關(guān)系見表4-1。

表4-1實驗動物最低需氣量及不同體積染毒柜應(yīng)放置動物數(shù)關(guān)系

呼吸通氣量最低需氣量不同容積染毒柜放置動物數(shù)（只）

動物種屬

（L/小時）（L/小時）25L50L100L300L

小鼠1.452.453?56?1012?1536?40

大鼠10.1830.51?25?6

②動式吸入：是指實驗動物處于空氣流動的染毒柜中，染毒柜裝置備有新鮮空氣補入

與含受試化合物空氣排出的動力系統(tǒng)和隨時補充受試化合物的配氣系統(tǒng)。動式吸入接觸方式

一般來講優(yōu)于靜式吸入接觸，但其裝置復(fù)雜，消耗受試化合物的量大，易于污染操作室環(huán)境。

3.經(jīng)皮膚接觸液態(tài)、粉塵態(tài)和氣態(tài)外來化合物勻有接觸皮膚的機會。有的化合物不僅

能與外露皮膚接觸并吸收，還有的化合物可以穿透衣服而經(jīng)皮膚吸收。

（1）經(jīng)皮膚吸收研究外來化合物經(jīng)皮膚吸收應(yīng)當(dāng)盡量選擇皮膚解剖、生理與人類較近

似的動物為對象，目前多選用家兔和豚鼠。但由于研究化合物經(jīng)皮膚吸收的毒性（求經(jīng)皮LD50）

所需的實驗動物較多，使用家兔、豚鼠不夠經(jīng)濟，也常用大鼠代替。

定性試驗：為考察一個外來化合物能否經(jīng)皮吸收引起中毒，可先進行定性試驗。小鼠或

大鼠的浸尾試驗是常用的定性試驗方法。

定量試驗：是在實驗動物己脫好毛的部位定量涂布受試化合物，以求該化合物經(jīng)皮吸收

的劑量一反應(yīng)關(guān)系，求經(jīng)皮LDso。

（2）局部作用試驗不少外來化合物可以引起皮膚接觸部位的局部損傷。研究化合物局

部毒性作用常用皮膚斑貼法或兔耳法。

4.注射途徑接觸受試物采用注射途徑進行外來化合物的急性毒性試驗，主要用于比較

毒性研究，以及化合物的代謝、毒物動力學(xué)和急救藥物篩選等研究。

表4-2幾種動物不同注射途徑注射量（ml）范圍

注射途徑小鼠大鼠豚鼠兔狗

靜脈0.2?0.51.0-2.01.0?5.03.0?105.075.0

肌肉0.1?0.20.2?0.50.2?0.50.5?1.02.0?5.0

皮下0.1?0.50.5?1.00.5?1.01.0?3.03.0?10.0

腹腔0.2?1.01.0?3.02.0?5.05.0?10.0—

第二節(jié)急性毒性試驗程序與急性毒性評價

二急性毒性試驗程序

（一）急性試驗劑量分組

探討外來化合物急性毒性應(yīng)首先測定其半數(shù)致死劑量或濃度（LD50或LC50）。對一個未知

毒性的外來化合物求其LD5O（LC5O）,應(yīng)先做預(yù)試驗。做預(yù)試驗方法很多，這里僅介紹其中一

種。首先了解分析受試化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和其理化性質(zhì)，確定其所屬己知化合物或其衍生物

的種類，有何特殊基團及其分子量、熔點、沸點、比重、閃點、揮發(fā)度、蒸氣壓、水溶性和

脂溶性等,依此查閱文獻，找出與受試化合物化學(xué)結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)近似的化合物的毒性資料,

并以其LD5O（LC5O）值作為受試化合物的預(yù)其毒性中值；但應(yīng)注意，一定是相同動物種系和相

同接觸途徑。以此預(yù)期毒性中值為待測化合物的中間劑量組，再上下各推一到兩個劑量組做

預(yù)試驗。每個劑量組間的組距可以大些，有利于找出受試化合物的致死劑量范圍。

初起組距可用劑量間的4倍差，即以Iog4（log4=0.6）來劃分各組劑量。

求外來化合物L(fēng)Dso時設(shè)置幾個劑量組較為合適，應(yīng)依預(yù)試驗結(jié)果而定。一般設(shè)置5~7

個劑量組即可，它即符合統(tǒng)計計算要求又可節(jié)省人力和財力。每個劑量組的動物數(shù)，小鼠不

少于10只、大鼠6~8只、家兔4~6只，若設(shè)計采用霍恩氏法計算LD50時，動物數(shù)可減少。

每組動物應(yīng)雌雄各半；如化合物毒性有性別差異，則應(yīng)分別求雄、雄性動物各自的

LD5O（LCJO）°

（-）觀察持續(xù)時間

測定外來化合物的LD5O（LC5O）,一般要求計算實驗動物接觸化合物之后兩周內(nèi)的總死亡

數(shù)。對于一些速死性化合物求其LD5O（LC5O）也可僅計算24小時的死亡率。也可僅計算24小

時的死亡率，有些速殺性化合物的24小時LD50與兩周LD50值往往沒有差別。但應(yīng)注明是

多少時間的LD50值，以便于在進行毒性比較時有共同的基礎(chǔ)。

在觀察期間應(yīng)保障實驗動物有完全的膳食、充足的飲水及適宜的溫濕度環(huán)境，以防止動

物出現(xiàn)非中毒性死亡。

（三）癥狀觀察

觀察實驗動物接觸外來化合物的中毒癥狀是了解該化合物急性毒性的十分重要的一環(huán)，

是補充LDso這個參數(shù)不足的重要方面。故應(yīng)詳細(xì)地觀察動物的中毒癥狀、發(fā)生和發(fā)展過程

及規(guī)律，死亡前癥狀特點、死亡時間等等。這有助于揭示化合物甚至同類化合物的不同衍生

物的急性毒性特征。

很多化合物在實驗動物接觸的初期往往先出現(xiàn)興奮現(xiàn)象，有的化合物在動物接觸的初期

首先表現(xiàn)為抑制現(xiàn)象，在觀察期間應(yīng)注意觀察其體重變化。這有助于了解受試化合物所致的

中毒效應(yīng)是短暫的或較長期的效應(yīng)。此外，不少化合物還可以引起受試實驗動物粘膜刺激癥

狀，如出汗、流涎，甚至有血性分泌物，瞳孔改變等。

(四)病理學(xué)檢查和其它指標(biāo)觀察

二、急性毒性評價

應(yīng)當(dāng)重視病理組織學(xué)檢查。凡中毒死亡動物應(yīng)及時解剖做病理學(xué)檢查，檢查器官有無充

血、出血、水腫或其它改變，并對有變化的臟器作病理組織學(xué)檢查。對存活動物于觀察期結(jié)

束后應(yīng)做病理學(xué)檢查。

外來化合物的急性毒性分級標(biāo)準(zhǔn)用于對急性毒性進行評價。但各種分級標(biāo)準(zhǔn)還沒有完全

統(tǒng)一。我國目前除參考使用國際上幾種分級標(biāo)準(zhǔn)外，又提出了相應(yīng)的暫行標(biāo)準(zhǔn)。不論我國或

國際上的急性毒性分級標(biāo)準(zhǔn)均還存在不少缺點，因為它們主要是根據(jù)經(jīng)驗確定，客觀性還不

足。

表4-3工業(yè)毒物急性毒件分級標(biāo)準(zhǔn)

毒性分級小鼠一次經(jīng)口小鼠吸入2小時兔經(jīng)皮

LD50(mg/kg)LC50(ppm)LD50(mg/kg)

<10<50<10

11~100051~50011?50

中等毒101~1000501~500051~500

1001~100005001~50000501?5000

>10000>50000>5000

表44化合物經(jīng)口急性毒性分級標(biāo)準(zhǔn)

毒性分級小鼠一次經(jīng)口大約相當(dāng)體重70kg人的致死劑量

LD50(mg/kg)

6級，極毒<1稍嘗，＜7滴

5級，劇毒1?507滴?1茶匙

4級，中等毒51-5001茶匙?35g

3級，低毒501?500035?350g

2級，實際無毒5001?15000350?1050g

1級，無毒>15000>1050g

表4-5外來化合物急性毒性分級(WHO)

大鼠一次經(jīng)口6只大鼠吸入4盛譽皮對人可能致死的估計量

毒性分級LD50(mg/kg)小忖，死亡2?4LD50總量

只的濃度(ppm)(mg/kg)g/kg(g/60kg)

毒

劇<1<10<5<0.050.1

毒

高1?10?5?0.05?3

毒

中

等50?100?44?0.5?30

毒

低500-1000-350?5?250

毒

微5000?10000?2180->15>1000

聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織推薦了?個五級標(biāo)準(zhǔn)(表4-5)。

總之，從表4-3到表4-5可見各種分級標(biāo)準(zhǔn)有相同之處，也有相異之點，但都有不完善

的地方。

第三節(jié)亞慢性毒性作用及其試驗方法

一、概念和試驗?zāi)康?/p>

(一)概念

亞慢性毒性是指實驗動物連續(xù)多日接觸較大劑量的外來化合物所出現(xiàn)的中毒效應(yīng)。所謂

較大劑量，是指小于急性LD50的劑量。

（-）試驗?zāi)康?/p>

亞慢性毒性試驗的目的，主要是探討亞慢性毒性的閾劑量或閾濃度和在亞慢性試驗期間

未觀察到毒效應(yīng)的劑量水平，且為慢性試驗尋找接觸劑量及觀察指標(biāo)。

二、亞慢性毒性試驗設(shè)計

（一）亞慢性試驗期限

亞慢性毒性試驗的期限“多日”的確切天數(shù)，至今尚無完全統(tǒng)一的認(rèn)識。一般認(rèn)為在環(huán)

境毒理學(xué)與食品毒理學(xué)中所要求的連續(xù)接觸為3?6個月，而在工業(yè)毒理學(xué)中認(rèn)為1?3月即

可。這是考慮到人類接觸大氣、水和食品污染物的持續(xù)時間一般較久，而在工業(yè)生產(chǎn)過程中

接觸化合物僅限于人一生中的工作年齡階段，且每日工作不超過8小時之故。

現(xiàn)有學(xué)者主張進行實驗動物90天喂飼試驗為亞慢性毒性試驗，即將受試物混合物飼料

或飲水中，動物自然攝取連續(xù)90天。這是由于有研究報道認(rèn)為動物連續(xù)接觸外來化合物3

個月，其毒性效應(yīng)往往與再延長接觸時間所表現(xiàn)的毒性效應(yīng)基本相同，故不必再延長接觸期

限。相應(yīng)地主張呼吸道接觸可進行30天或90天試驗，每天6小時，每周5天。經(jīng)皮膚試驗

進行30天。

（二）實驗動物和染毒途徑

1、實驗動物的選擇

亞慢性毒性作用研究一般要求選拔兩種實驗動物，一種為嚙齒類，另一種為非嚙齒類，

如大鼠和狗，以便全面了解受試物的毒性特征。

由于亞慢性毒性試驗期較長，所以選擇被動物的體重（年齡）應(yīng)較小，如小鼠應(yīng)為15g左

右，大鼠100g左右。

2、染毒途徑

亞慢性毒性試驗接觸外來化合物途徑的選擇，應(yīng)考慮兩點：一是盡量模擬人類在環(huán)境中

接觸該化合物的途徑或方式，二是應(yīng)與預(yù)期進行慢性毒性試驗的接觸途徑相?致。具體接觸

途徑主要有經(jīng)口、經(jīng)呼吸道和經(jīng)皮膚三種。

（三）劑量選擇與劑量分組

亞慢性試驗的上限劑量，需控制在實驗動物接觸受試化合物的整個過程中，不發(fā)生死亡

或僅有個別動物死亡，但有明顯的中毒效應(yīng)，或靶器官出現(xiàn)典型的損傷。此劑量的確定可參

考兩個數(shù)值，一是以急性毒性的閾劑量為亞慢性試驗的最高劑量；一是以此化合物L(fēng)D50的

1/20~1/5為最高劑量。

化合物亞慢性毒性試驗應(yīng)求出其劑量一反應(yīng)關(guān)系，只有求出劑量一反應(yīng)關(guān)系才能闡明受

試化合物的亞慢性毒作用特征，并為慢性毒性試驗打F基礎(chǔ)。為此，亞慢性試驗至少應(yīng)設(shè)計

三個染毒劑量組及一個正常動物對照組，必要時再加一個受試化合物的溶劑對照組。最低劑

量組的劑量應(yīng)相當(dāng)于亞慢性的閾劑量水平或未觀察到作用水平，中間劑量組動物以出現(xiàn)輕微

中毒效應(yīng)為度。組內(nèi)動物個體體重相差應(yīng)不超過平均體重的10%,組間平均體重相差不超

過5%。小動物每組不應(yīng)少于20只，大動物不少于6~8只。

（四）觀察指標(biāo)

1、一般性指標(biāo)

1）.一般綜合性觀察指標(biāo)這類指標(biāo)是非特異性觀察指標(biāo)，它是外來化合物對機體毒性

作用的綜合性總體反映。

①動物體重實驗動物在亞慢性方式接觸外來化合物過程中，有多種因素均可影響動

物體重的增長，包括食欲變化、消化功能變化、代謝和能量消耗變化等。體重變化的表示方

式，可將接觸組與對照組同期體重絕對增長的重量加以比較和統(tǒng)計學(xué)處理。也可將接觸組與

對照組同期體重百分增長率（以接觸化合物開始時動物體重為100%）進行統(tǒng)計和比較。

②食物利用率亞慢性試驗期間必須注意觀察并記錄動物的飲食情況，在此基礎(chǔ)上計

算食物利用率，即動物每食入100g飼料所增長的體重克數(shù)。分析比較接觸組與對照組食物

利用率，有助于分析受試化合物對實驗動物的生物學(xué)效應(yīng)。

③癥狀實驗動物在接觸外來化合物過程中所出現(xiàn)的中毒癥狀及出現(xiàn)各癥狀的先后次

序、忖間均應(yīng)記錄和分析。

④臟器系數(shù)或稱臟/體比值，是指某個臟器的濕重與單位體重的比值，通常以100g

體重計。如肝