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毒理学基础复习资料
第一章绪论
《毒理学基础》第5版，供预防医学类专业用人民卫生出版社主编：
王心如
（一）概念
毒理学（Toxicology）：
研究外源性化学物质对生物机体的损害作用的学科（传统定义）。
现代毒理学（modernToxicology）：
研究所有外源因素（如化学、物理和生物因素）对生物系统（livingsystems）的损害作用、生物学机制（biologicmechanisms）、安全性评价（saftyevaluation）与危险性分析（riskanalysis）的科学。
（二）研究内容
毒理学两个基本功能：
检测理化因素产生的有害作用的性质（危害性鉴定功能）
评价在特殊暴露条件下出现毒性的可能性（危险度评价功能）
三大研究领域：
描述毒理学（descriptivetoxicology）
机制毒理学（mechanistictoxicology）
管理毒理学（regulatorytoxicology）
第二章毒理学基本概念
毒物（poison）：
是指在一定条件下，以较小剂量进入机体就能干扰正常的生化过程或生理功能，引起暂时的或永久性的病理改变，甚至危及生命的化学物质。
毒性（toxicity）：
指化学物质引起有害作用的固有能力。
剂量相同时，对机体损害能力越大的化学物质，毒性越高。
相对于同一损害指标，需要剂量越小的化学物质，其毒性越大。
中毒（poisoning）：
是指生物体受到毒物作用而引起功能性或器质性改变后出现的疾病状态。
毒效应（toxiceffect）：
又称为毒作用，是化学物质对机体所致的不良或有害的生物学改变。
毒效应是化学物质或代谢产物在作用部位达到一定数量并停留一定时间，与组织大分子成分互相作用的结果。
当改变暴露条件时，毒效应会相应改变。
毒性是一种能力，中毒是一种状态，毒效应是一种表现。
损害作用（adverseeffect）：
指影响机体行为的生物化学改变，功能紊乱或病理损害，或者降低对外界环境应激的反应能力。
非损害作用（non-adverseeffect）：
机体发生的生物学变化应在机体适应代偿能力范围之内，机体对其他外界不利因素影响的易感性也不应增高。
选择毒性（selectivetoxicity）：
一种化学物质只对某种生物产生损害作用，而对其他种类生物无害；或只对机体内某一组织器官发挥毒性，而对其他组织器官不具毒作用。
选择性毒性产生的原因：
（1）物种和细胞学差异（细菌、青霉素）
（2）不同组织器官对化学物质亲和力的差异（百草枯、肺）
（3）不同生物或组织器官对化学物质生物转化过程的差异（磺胺类药物的发明）
（4）不同组织器官对化学物质所致损害的修复能力的差异（肝、肾再生能力强，脑、神经再生能力弱）
靶器官（targetorgan）：
外源化学物可以直接发挥毒作用的器官就称为该物质的靶器官。
特点：
õ一种毒物可以有几个靶器官，不同的毒物可以作用于同一个或同几个靶器官。
õ在同一靶器官产生相同毒效应的化学物质，其作用机制可能不同。
生物学标志（biomarker）:
又称生物学标记或生物学标志物，是针对通过生物学屏障并进人组织或体液的化学物及其代谢产物，以及它们引起的生物学效应而采用的检测指标。
通常把生物学标志分为暴露标志、效应标志和易感性标志。
量反应（gradedresponse），属于计量资料，有强度和性质的差别，可用某种测量数值表示。
质反应（quantalresponse），属于计数资料，没有强度的差别，不能以具体的数值表示，而只能以“阴性或阳性”、“有或无”来表示。
剂量－效应关系（dose-effectrelationship），现称剂量-量反应关系（gradeddose-responserelationship）：
表示化学物质的剂量与个体中发生的量反应强度之间的关系。
剂量-反应关系（dose-responserelationship），现称剂量-质反应关系（quantaldose-responserelationship）表示化学物质的剂量与某一群体中质反应发生率之间的关系。
剂量-量反应关系和剂量-质反应关系统称为剂量-反应关系，是毒理学的重要概念。
化学物质的剂量越大，所致的量反应强度应该越大，或出现的质反应发生率应该越高。
剂量-反应关系是受试物与机体损伤之间存在因果关系的证据。
实验研究（微观）：
用实验为人类提供剂量－效应（反应）关系等资料，结合人群接触水平对化学物质进行安全性评价。
*体内实验*体外实验
毒理学研究方法的优缺点
研究方法
流行病学研究
受控的临床研究
毒理学体内试验
毒理学体外试验
优点
真实的暴露条件
在各化学物之间发生相互作用
测定在人群的作用
表示全部的人敏感性
规定的限定暴露条件
在人群中测定反应
对某组人群（如哮喘）的研究是有力的
能测定效应的强度
易于控制暴露条件
能测定多种效应
能评价宿主持征的作用（如：
性别、年龄、遗传特征等和其他调控因素饮食等）
能评价机制
影响因素少，易于控制
可进行某些深入的研究（如：
机制，代谢）
人力物力花费较少
缺点
耗资、耗时多
（多为回顾性），无健康保护
难以确定暴露，有混杂暴露问题
可检测的危险性增加必需达到2倍以上
测定指标较粗（发病率，死亡率）
耗资多
较低浓度和较短时间的暴露
限于较少量的人群（一般＜50）
限于暂时、微小、可逆的效应
一般不适于研究最敏感的人群
动物暴露与人暴露相关的不确定性
受控的饲养条件与人的实际情况不一致
暴露的浓度和时间的模式显著地不同于人群的暴露
不能全面反映毒作用，不能作为毒性评价和危险性评价的最后依据
难以观察慢性毒作用
半数致死剂量（medianlethaldose，LD50）：
化学物质引起一半受试对象出现死亡所需要的剂量，又称致死中量。
LD50是评价化学物质急性毒性大小最重要的参数，也是对不同化学物质进行急性毒性分级的基础标准。
化学物质的急性毒性越大，其LD50的数值越小。
毒作用带（toxiceffectzone）：
是表示化学物质毒性和毒作用特点的重要参数之一，分为急性毒作用带与慢性毒作用带。
急性毒作用带（acutetoxiceffectzone,Zac）：
为半数致死剂量与急性阈剂量的比值，表示为：
Zac=LD50/Limac
Zac值小，说明化学物质从产生轻微损害到导致急性死亡的剂量范围窄，引起死亡的危险性大；反之，则说明引起死亡的危险性小。
慢性毒作用带（chronictoxiceffectzone,Zch）：
为急性阈剂量与慢性阈剂量的比值，表示为：
Zch=Limac/Limch
Zch值大，说明Limac与Limch之间的剂量范围大，由极轻微的毒效应到较为明显的中毒表现之间发生发展的过程较为隐匿，易被忽视，故发生慢性中毒的危险性大；反之，则说明发生慢性中毒的危险性小。
第三章外源毒物在体内的生物转运与生物转化
1、生物转运（biotransport）：
是指在ADME这四个过程中，外源毒物的吸收、分布和排泄过程，即都是外源毒物穿透生物膜的过程，且其本身的结构与性质不发生变化。
2、ADME过程吸收（Absorption）、分布（Distribution）、代谢（Metabolism）、
排泄（Excretion
3、生物转化（biotransformation）：
是指外源毒物的代谢变化过程，即外源化学物形成新的衍生物的过程，所形成的产物结构与性质均发生了改变，所以又称为代谢转化。
4、外源毒物对机体的毒性作用，一般取决于两个因素：
毒物的固有毒性和剂量、毒物到达靶器官的数量以及在靶器官存留的时间。
5、剂量包括外剂量、内剂量和靶剂量；靶剂量指到达靶组织的可与特定器官或细胞交互作用的外源毒物和（或）其代谢产物的剂量，对于外源毒物所致损害作用的性质和强度起决定性作用。
6、毒物动力学（toxicokinetics）：
是指研究外源毒物的数量在ADME过程中随时间变化的动态规律。
7、外源化学物通过生物膜的方式：
被动转运（简单扩散、滤过）、特殊转运（主动转运。
易化扩散、膜动转运）（主要出选择题）
被动转运（passivetransport）：
外源毒物顺浓度差通过生物膜的过程
简单扩散（simplediffusion）：
毒物由生物膜浓度较高的一侧向浓度较低的一侧扩散，当两侧浓度达到动态平衡时，扩散即终止
滤过（filtration）：
外源化学物通过生物膜上亲水性孔道的过程；依靠生物膜两侧的渗透压梯度和流体静压的作用。
（eg:
肾小球、毛细管）
特殊转运（specialtransport）：
外源化学物借助于载体或特殊转运系统而发生的跨膜运动。
主动转运（activetransport）：
外源化学物在载体的参与下，逆浓度梯度通过生物膜的转运过程。
易化扩散（facilitateddiffusion）：
外源毒物，利用载体顺浓度梯度转运的过程，所以又称为载体扩散；
膜动转运（cytosistransport）：
胞饮和吞噬：
液体或固体外源毒物被伸出的生物膜包围，然后将被包围的液滴或较大颗粒并入细胞内，达到转运的目的，前者称为胞饮，后者称为吞噬，总称为胞吞作用；
8、胃肠道吸收胃肠道是外源化学物的主要吸收途径之一；外源化合物的吸收可发生于整个胃肠道，但主要在小肠；吸收方式：
主要是通过简单扩散，还可以通过主动转运系统、滤过、胞饮或吞噬
9、肝脏的首过消除（firstpasselimination）：
是指经胃肠道吸收的外源化学物通过门静脉首先到达肝脏，进行生物转化后，再进入体循环，这种现象称为首过消除。
经呼吸道吸收：
肺是主要器官；肺泡解剖生理特点；外源毒物经肺吸收迅速，仅次于静脉注射；不经过肝脏的生物转化，直接进入体循环而分布全身；
10、气溶胶毒物经肺吸收的影响因素：
粒子大小、水溶性
粒子大小
a）气溶胶的直径﹥5μm者多数沉积于鼻咽部；
b）2μm～5μm沉降于气管、支气管；
c）0.5～2μm的粒子可吸入肺泡；
d）而﹤0.1μm则由于其布朗运动而随呼气而呼出；
水溶性：
溶解度大的易在上呼吸道吸收，溶解度低的气溶胶易到达肺泡被吸收
11、在毒理学中,有意义的颗粒直径为0.1~10µm
12、蓄积作用（accumulation）：
外源化学物以相对较高的浓度富集于某些组织器官的现象称为蓄积。
（CO、铅…）
（1）物质蓄积（DDT存于脂肪，毒性在神经）
（2）功能蓄积（百草枯存于肺，引起肺水肿）
13、排泄的主要途径：
经肾脏随尿液排出；粪便排出；经呼吸道随同呼出气体排出；其他途径。
14、经肾脏随尿液排泄：
：
主要排泄机理肾小球滤过
肾小球简单扩散（脂水分配系数高的物质，肾小管重吸收）
肾小管主动转运
其中简单扩散和主动转运更为重要
15、肠肝循环（enterohepaticcirculation）是指部分外源化学物在生物转化过程中形成结合物，并以结合物的形式排出在胆汁中；肠内存在的肠菌群以及葡萄糖苷酸酶，可将部分结合物水解，则使外源化学物又重新被吸收的过程。
毒理学意义：
排泄速度减慢、延长生物半减期、毒作用持续时间延长
16、生物转运的毒理学意义1.吸收与毒性：
进入体内毒物的量；吸收途径；吸收部位；2.分布与毒性：
器官组织中毒物的量；毒物不均匀分布，浓集点可能就是靶器官；蓄积作用对急性中毒有保护作用，但又是慢性中毒的一个重要条件。
3.排泄与毒性：
肾脏排泄；肠肝循环
17、代谢解毒：
外源化学物经过生物转化以后成为低毒或无毒的代谢物的过程
18、代谢活化：
一些外源化学物经过生物转化后，毒性非但没有减弱，反而明显增强，甚至产生致突变、致癌和致畸作用的现象
第四章毒性机制（MechanismsofToxicity）
1、毒性机制涉及多个层次和步骤：
毒物从接触部位进入血液循环→毒物从血液循环进入靶部位→增毒与解毒作用→毒物引起的靶分子结构改变或功能紊乱超过修复能力或修复本身障碍时，即产生毒性效应。
2、增毒（toxication）或代谢活化：
外源化学物在体内经生物转化为终毒物的过程称为增毒。
3、亲电子剂（electrophiles）：
是含有一个缺电子原子的分子；易与含电子的亲核物共享电子对而发生反应；亲电子剂的形成与多种化学物的增毒作用有关：
4、自由基（freeradicals）：
是指在其外层轨道中含有一个或多个不成对电子的分子或分子片段;自由基通过接受或失去一个电子，或由化合物的共价键发生均裂而形成。
特点：
①化学性质十分活泼②反应性极高，半减期极短，作用半径短。
5、解毒（detoxication）：
消除终毒物或阻止终毒物生成的生物转化过程；在某些情况下，解毒可能与中毒竞争同一外源化学物。
6、终毒物：
是指与生物靶分子（如受体、酶、DNA、微丝蛋白、脂质等）反应或引起机体生物学微环境改变、导致机体结构和功能紊乱并表现出毒物毒性的物质。
第五章毒性作用的影响因素
化学物因素：
1、化学结构取代基的影响：
取代基的影响、异构体和立体构型、同系物的碳原子数和结构的影响、分子饱和度
2、化合物的联合作用（jointaction）：
两种或两种以上毒物同时或先后作用于机体时产生的交互毒性作用。
有五种类型：
相加作用、独立作用、协同作用、加强作用、拮抗作用
第六章外源性化学物质的一般毒性作用
第一节急性毒作用
一、概述
（一）急性毒性的概念
急性毒性（acutetoxicity）:
指机体（实验动物或人）一次接触或24小时内多次接触外源化合物后在短期（最长到14天）内所产生的毒性效应，包括一般行为、外观改变、大体形态变化以及死亡效应。
（二）急性毒性试验的目的
1、测试和求出毒物的致死剂量以及其他的急性毒性参数，通常以LD50为最主要的参数，并根据LD50值进行急性毒性分级。
2、通过观察动物的中毒表现、毒作用强度和死亡情况，初步评价毒物对机体的毒效应特征、靶器官、剂量－反应（效应）关系和对人体产生损害的危险性。
3、为后续的重复剂量、亚慢性和慢性毒性试验研究以及其他毒理试验提供接触剂量和观察指标选择的依据。
4、为毒理学机制研究提供线索。
二、急性毒性试验方法的要点
（二）急性毒性试验设计原则
（1）经口（胃肠道、灌胃）染毒：
➢空腹
➢灌胃后2-3h复食
➢灌胃的体积不超过体重的1-2％：
小鼠为0.1-0.5ml/10g较合适；大鼠通常用0.5-1.0ml/100g；家兔为10ml/2kg体重，狗不超过50ml/10kg。
（2）经呼吸道接触吸入接触分为两种方式
➢静式吸入
➢动式吸入
挥发性化学物质的浓度：
C=（a×d）/L×1000×1000
C：
设计化学物质浓度，mg/m3；
a:
依设计应该加入化学物质的体积，ml；
d:
受试化学物质的比重，g/ml；
L:
染毒柜体积，L。
（3）经皮肤染毒
➢研究外源化学物经皮肤吸收应当尽量选择皮肤解剖、生理与人类较近似的动物为对象，目前多选用家兔和豚鼠。
➢但由于研究化学物经皮肤吸收的毒性（求经皮LD50）所需的实验动物较多，使用家兔、豚鼠不够经济，也常用大鼠代替。
经皮肤染毒程序
给予受试物前24h，确定受试部位
｜
机械或化学脱毛面积10%～15%体表面积
｜
检查去毛部位有无异常现象
｜
单位体重相同容积染毒，接触时间与人实际接触该化学物的时间相仿
（4）注射染毒
对注射药品或需作比较毒性观察的药品进行毒性试验以及某些毒作用机制 和毒代谢动力学研究中采用。
第二节局部刺激试验
蓄积作用（accumulation）：
外源化学物连续反复地进入机体，且吸收速度或总量超过代谢转化排出的速度或总量，化学物质可能在体内逐渐增加并贮留，这种现象称为化学物质的蓄积作用。
物质蓄积（materialaccumulation）：
反复多次接触化学毒，可以用分析方法测出体内物质的原型或其代谢产物。
功能蓄积（functionalaccumulation）或损伤蓄积（ｄａｍａｇｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ）：
长期接触某些化学毒物后，机体内虽不能测出其原型或代谢产物，却出现了慢性毒性作用。
第三节短期、亚慢性和慢性毒性作用
短期重复剂量毒性作用：
实验动物或人连续接触外源性化学物14－30天所产生的中毒效应。
亚慢性毒性作用：
实验动物或人连续较长时间（相当生命周期的1/10）接触外源性化学物所产生的中毒效应。
慢性毒性作用:
实验动物或人连续较长时间（接近生命周期）接触外源性化学物所产生的中毒效应。
亚慢性毒性试验的目的
✧剂量-反应（效应）关系
NOAEL和LOAEL，安全限量参考值。
✧了解毒性作用的性质、特点、靶器官，为慢性毒性试验观察指标提供选择依据。
✧了解毒性作用的可逆性及毒性机制
✧确定不同动物对受试物的毒效应差异，为将研究结果外推到人提供依据。
亚慢性毒性的研究方法
1、实验动物的选择
亚慢性毒性作用研究一般要求选择两种实验动物，一种为啮齿类，另一种为非啮齿类，如大鼠和狗，以便全面了解受试物的毒性特征。
由于亚慢性毒性试验期较长，所以被选择动物的体重（年龄）应较小，如小鼠应为15g左右大鼠100g左右。
○急性毒性试验常用大鼠、小鼠、狗
○亚慢性、慢性毒性试验常用大鼠、狗
○皮肤刺激试验和致敏试验常用兔豚鼠
○眼刺激试验常用兔
○遗传毒理学试验多用小鼠
○致畸试验常用大鼠、小鼠和兔
○致癌试验常用大鼠和小鼠
○迟发性神经毒性试验常用母鸡
2.染毒方式与染毒期限
✧尽量选择和人类接触途径相似的方式。
✧与预期进行的慢性毒性作用研究的接触途径相一致。
✧口、呼吸道、皮、静脉（药物）。
染毒方式
✧经口染毒
✧经口染毒途径：
灌胃法、喂饲法、胶囊法
✧大小鼠建议灌胃，犬胶囊法或灌胃法。
✧受试物掺入饲料的最大量有严格的规定，30天试验不得超过10g/100g饲料，亚慢性90天试验不得超过8g/100g饲料，慢性试验不得超过5g/100g饲料，否则会影响动物的营养状况，从而影响生长发育
✧亚慢性毒性试验每日染毒的时间应保持一致，一般在每日上午进行，给药后喂食
✧经呼吸道染毒
✧通常每日2-6h。
✧工业毒物可以缩短至1h，环境污染物可延长至8h。
✧经皮染毒
✧每天6h，每周对染毒部位脱毛一次。
✧经静脉注射染毒
✧长期操作实施困难，必要时可用腹腔替代。
３．观察指标
①
系统尸解和病理组织学检查
脏器系数（称脏/体比值）：
是指某个脏器的湿重与单位体重的比值，通常以100g体重计。
如肝/体比：
即（全肝湿重/体重）×100。
此指标的意义是实验动物在不同年龄期，其各脏器与体重之间重量比值有一定规律，若受试化学物使某个脏器受到损害，则此比值就会发生改变，可以增大或缩小。
慢性毒性作用
１．染毒途径和期限
a）染毒途径
✧染毒途径和人类实际接触相似的途径
✧实际工作多经口染毒，一般每周5-6天。
✧长期呼吸道染毒需动式吸入染毒
b）染毒期限
✧根据实验要求和动物物种。
✧工业毒物6个月或更长，环境毒物、食品要求1-2年。
工业毒物的试验通常每日吸入4～6小时；环境污染物一般要求每日吸入8小时或更长。
✧观察致癌时，最好接近预期寿命，终生染毒。
２．观察指标
✧检查项目
•一般性指标
•实验室检查
•病理学检查（最客观）
•其他特异性指标
✧以亚慢性毒性实验所提供的毒效应和靶器官为基础，优先其筛选出来的敏感或特异性指标。
✧为研究毒性的迟发性、可逆性，高剂量组和对照组停止染毒后继续观察1-2月。
３．慢性毒性试验的注意事项
1、重视实验项目管理：
项目管理需要选择具有丰富长期毒性实验经验的专业化人才对项目的设计和实施全面管理。
参加实验人员必须经过专业培训的人员，尤其是对每天灌胃或静脉给药等风险较大的操作，应排除一切出现操作失误的可能性。
2、合理的实验设计：
剂量设计是长期重复毒性试验成败的关键。
剂量设置应能得到如下结果：
足够高的剂量以能观察到受试物的毒性作用，动物死亡率不能超过10%，如果是阴性结果，剂量设计必须达到技术规范的要求，否则，应该谨慎做出结论。
3、实验动物环境的要求：
实验动物的饲养和实验环境标准化十分重要。
正规的毒理学实验一般要求在经GLP认证的科研单位进行。
4、检测条件的控制：
仪器设备、试剂的选购、安装、保管、维护、校正，到检测方法、样品处理等的标准操作规程（SOP）制定，经常性的室间和室内质控，操作人员的培训等均要纳入科学的管理之中。
第七章致突变作用
1、突变（mutation）是指遗传结构本身的变化及其引起的变异。
2、致突变作用或诱变作用（mutagenesis）广义概念是外来因素，特别是化学因子引起细胞核中的遗传物质发生改变的能力，而且此种改变可随同细胞分裂过程而传递。
简单地说，突变的发生及其过程即为致突变作用。
3、诱发突变的类型
基因突变（genemutation）
a）碱基置换（base—pairsubstitution）
b）移码突变（frameshiftmutation）
染色体畸变（chromosomeaberration）
c）染色单体型畸变（chromatid-typeaberration）
d）染色体型畸变（chromosomeaberration）
染色体数目改变
e）非整倍体和多倍体（aneuploidyandpolyloid）
4、DNA损伤与突变
a）碱基损伤
烷化剂（alkylatingagent）是对DNA和蛋白质都有强烈烷化作用的物质。
烷化作用指烷化剂提供甲基或乙基等烷基与DNA共价结合的过程。
鸟嘌呤的O-6位被烷化常引起碱基错配，由原来的G：
C转换为A：
T（上图），并常诱发肿瘤。
鸟嘌呤的N-7位发生烷化后可导致鸟嘌呤从DNA链上脱落，称为脱嘌呤作用，致使在该位点上出现空缺，形成AP位点；偶然在复制时，随机配一个碱基，导致转换或颠换；多功能烷化剂，导致染色体或染色单体断裂。
b）DNA链受损
1.二聚体的形成：
当细胞或机体受到紫外线刺激，会使DNA发生化学变化，其主要产生环丁烷嘧啶二聚体和（4-6）光产物。
可阻止DNA的复制，并引起细胞死亡。
2.DNA加合物（DNAadducts）形成：
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，很难用一般的化学或生物学方法使其解离。
3.DNA-蛋白质交联物（DNA-Proteincrosslinks，DPC）形成：
它是致突变物对生物大分子物质的一种重要的遗传损害，也是一种稳定的共价结合物。
5、细胞分裂过程的改变与突变
6、观察项目的选择：
1．观察的效应终点类型
i.基因突变和染色体畸变的检测可直接反映外源毒物的致突变性，是评价外源毒物致突变性唯一可靠的方法。
还有许多试验所观察到的现象并不反映基因突变、染色体畸变和染色体分离异常，而仅反映致突变过程中发生的其他事件。
因此，将试验观察到的现象所反映的各种事件统称为遗传学终点（geneticendpoint）。
遗传学终点分为4类：
1DNA原始损伤（形成加合物，断裂，交联）；②基因突变；
③染色体畸变；④染色体组畸变。
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