食品毒理学基本知识与安全性评价概述

1食品毒理学基本知识与安全性评价概述第一节概述一、毒理学的历史沿革及其发展毒理学（toxicology）是一门既老又新的学科，是研究化学、物理、生物等因素对机体负面影响的科学。其起源可追溯到数千年前，古代人类应用动物毒汁或植物提取物用以狩猎、战争或行刺，如我国用作箭毒的乌头碱就已经为毒理学的形成奠定了基础。随着欧洲工业生产的发展，劳动环境的恶化，发生了各种职业中毒。学者们在研究职业中毒过程中促进了毒理学的发展。20世纪50年代由于社会生产的快速发展，大量化学物进入人类环境，这些外源化学物对生物界、尤其是对人类的巨大负面效应引起了关注，如震惊世界的反应停事件、水俣病事件、TCDD污染以及多种化学物的致癌作用等等，使毒理学研究有了长足的进步，此后化学物中毒机理的研究也伴随着生物学、化学与物理学的发展而广泛展开，以至目前毒理学从不同领域、不同角度、不同深度形成了众多的、交叉的毒理学分支学科。食品毒理学是现代毒理学的一门分支学科。二、基本概念1、毒理学：经典毒理学是研究化学物质的测定、事故、特性、效应和调节的中毒有害作用机理和保护作用的一门学问。主要研究内容是外源性化学物的有害作用及机理。现代毒理学是研究环境物理、化学和生物因素对生物体毒作用性质、量化机理和防治措施。2、卫生毒理学(hygienictoxicology)：是从卫生学角度，利用毒理学的概念和方法，研究人类生产和生活可能接触的环境因素（理化和生物因素）对机体的生物学作用，特别是毒性损害作用及其机理和防治措施的科学。为工业毒理学、环境毒理学、食品毒理学的统称。也是毒理学的一个分支学科。3、食品毒理学：应用毒理学方法研究食品中可能存在或混入的有毒、有害物质对人体健康的潜在危害及其作用机理的一门学科；包括急性食源性疾病以及具有长期效应的慢性食源性危害；涉及从食物的生产、加工、运输、储存及销售的全过程的各个环节，食物生产的工业化和新技术的采用，以及对食物中有害因素的新认识。食品毒理学的研究方法包括：①生物试验采用各种哺乳动物、水生动物、植物、昆虫、微生物等，但常用的仍是哺乳动物，如小鼠、大鼠、狗、家兔、豚鼠和猴等。可采用整体动物、离体的动物脏器、组织、细胞、亚细胞甚至DNA进行。②人群和现场调查,即采用流行病学和卫生学调查的方法，根据已有的动物实验结果和环境因素如化学物的性质，选择适当的指标，观察生态环境变化和受试因素接触人群的因果关系、剂量一反应关系。4、毒物：在一定条件下，较小剂量就能够对生物体产生损害作用或使生物体出现异常反应的外源化学物称为毒物。食物中的毒物来源有：天然的或食品变质后产生的毒素等、环境污染物、农兽药残留、生物毒素、以及食品接触所造成的污染。5、外源化学物（xenobiotics）：是存在于外界环境中，而能被机体接触并进入体内的化学物；它不是人体的组成成分，也不是人体所需的营养物质。近来，确切的概念应称为“外来生物活性物质”。26、毒性：是指外源化学物与机体接触或进入体内的易感部位后，能引起损害作用的相对能力，或简称为损伤生物体的能力。也可简述为外源化学物在一定条件下损伤生物体的能力。7、“三致”作用：指致突变、致畸、致癌作用。三、表示毒效应的常用指标1、半数致死量(medianlethaldose，LD50)：较为简单的定义是指引起一群受试对象50%个体死亡所需的剂量。因为LD50并不是实验测得的某一剂量，而是根据不同剂量组而求得的数据。故精确的定义是指统计学上获得的，预计引起动物半数死亡的单一剂量。LD50的单位为mg/kg体重，LD50的数值越小，表示毒物的毒性越强；反之，LD50数值越大，毒物的毒性越低。毒理学最早用于评价急性毒性的指标就是死亡，因为死亡是各种化学物共同的、最严重的效应，它易于观察，不需特殊的检测设备。长期以来，急性致死毒性是比较、衡量毒性大小的公认方法。LD50在毒理中是最常用于表示化学物毒性分级的指标。因为剂量—反应关系的“S”型曲线在中段趋于直线，直线中点为50%，故LD50值最具有代表性。LD50值可受许多因素的影响，如动物种属和品系、性别、接触途径等，因此，表示LD50时，应注明动物种系和接触途径。雌雄动物应分别计算，并应有95%可信限。2、绝对致死剂量（absolutelethaldose，LD100）：指某实验总体中引起一组受试动物全部死亡的最低剂量。3、最小致死剂量（minimallethaldose，MLD或MLC或LD01）：指某实验总体的一组受试动物中仅引起个别动物死亡的剂量，其低一档的剂量即不再引起动物死亡。4、最大耐受剂量（maximaltolerancedose，MTD或LD0或LC0）：指某实验总体的一组受试动物中不引起动物死亡的最大剂量。5、最小有作用剂量(minimaleffectivedose)或称阈剂量或阈浓度：是指在一定时间内，一种毒物按一定方式或途径与机体接触，能使某项灵敏的观察指标开始出现异常变化或使机体开始出现损害作用所需的最低剂量，也称中毒阈剂量。6、最大无作用剂量(maximalno-effectivedose)：是指在一定时间内，一种外源化学物按一定方式或途径与机体接触，用最灵敏的实验方法和观察指标，未能观察到任何对机体的损害作用的最高剂量，也称为未观察到损害作用的剂量。最大无作用剂量是根据亚慢性试验的结果确定的，是评定毒物对机体损害作用的主要依据。四、剂量、剂量—效应和剂量—反应关系剂量：既可集体接触化学物的量，或在实验中给予机体受试物的量，又可指化学毒物被吸收的俩量或在体液和靶器官中的量。大小意味着生物体接触毒物的多少，是决定毒物对机体造成损害的最主要的因素。效应：即生物学效应，指机体在接触一定剂量的化学物后引起的生物学改变。生物学效应一般具有强度性质，为量化效应或称计量资料。例如，有神经性毒剂可抑制胆碱酯酶，酶活性的高低则是以酶活性单位来表示的。效应用于叙述在群体中发生改变的强度时，往往用测定值的均数来表示。反应：指接触一定剂量的化学物后，表现出某种生物学效应并达到一定强度的个体在群体中所占的比例，生物学反应常以“阳性”、“阴性”并以“阳性率”等表示，为质化效应或称计数资料。例如，将一定量的化学物给予一组实验动物，引起50％的动物死亡，则死亡率为该化学物在此剂量下引起的反应。“效应”仅涉及个体，即一个动物或一个人；而“反应”则涉及群体，如一组动物或一3群人。效应可用一定计量单位来表示其强度；反应则以百分率或比值表示。剂量-反应关系,是指不同剂量的毒物与其引起的质化效应发生率之间的关系。剂量-反应关系是毒理学的重要概念，如果某种毒物引起机体出现某种损害作用，一般就存在明确的剂量反应关系（过敏反应例外）。剂量反应关系可用曲线表示，不同毒物在不同条件下引起的反应类型是不同的。第二节毒物在体内的生物转运与生物转化一、毒物生物转运及概念外源化学物与机体接触、吸收、分布和排泄的过程称为生物转运；外源化学物由机体接触到入血液的过程称为吸收；通过血流分散到全身组织细胞中为分布；在组织细胞中，外源化学物经各种酶系的催化，发生化学结构与物理性质的变化的这一过程称为代谢。代谢产物和一部分未经代谢的母体化学物排除体外的过程为排泄。外源化学物的吸收：一毒物的吸收途径主要是胃肠道，呼吸道和皮肤，在毒理学实验中有时也利用皮下注射，静脉注射，肌肉注射和腹腔注射等方法使毒物被吸收。食品毒理学中，经消化道吸收是主要的途径，小肠是主要吸收部位。影响胃肠道吸收的因素（1）外源化学物的性质一般说来，固体物质且在胃肠中溶解度较低者，吸收差；脂溶性物质较水溶性物质易被吸收；同一种固体物质，分散度越大，与胃肠道上皮细胞接触面积越大，吸收越容易；解离状态的物质不能借助简单扩散透过胃肠粘膜而被吸收或吸收速度极慢。（2）机体方面的影响胃肠蠕动情况、胃肠道充盈程度、胃肠道酸碱度、胃肠道同时存在的食物和外源化学物、某些特殊生理状况外源化学物排泄排泄是外源化学物及其代谢产物由机体向外转运的过程，是机体物质代谢过程中最后一个重要环节。排泄的主要途径是肾脏，随尿排出；其次是经肝、胆通过消化道，随粪便排出；4挥发性化学物还可经呼吸道，随呼出气排出。二、生物转化（一）基本概念：外源化学物通过不同途径被吸收进入体内后，将发生一系列化学变化并形成一些分解产物或衍生物，此种过程称为生物转化或代谢。肝脏是机体内最重要的代谢器官，未经肝脏的生物转化作用而直接分布至全身，对机体的损害作用相对较强。外源化学物的生物转化过程分两项反应：第一相反应主要包括氧化、还原和水解；第二相反应主要为结合反应,结合反应指化学物经第一相反应形成的中间代谢产物与某些内源化学物的中间代谢产物相互结合的反应过程。绝大多数外源化学物在第一相反应中无论发生氧化、还原或水解反应，最后必须进行结合反应排出体外。结合反应首先通过提供极性基团的结合剂或提供能量ATP而被活化，然后由不同种类的转移酶进行催化，将具有极性功能基团的结合剂转移到外源化学物或将外源化学物转移到结合剂形成结合产物。结合物一般将随同尿液或胆汁由体内排泄。常见有葡萄糖醛酸化、硫酸化、乙酰化、氨基酸化、谷胱甘肽化、甲基化。第三节毒作用机制一、直接损伤作用。如强酸或强碱可直接造成细胞和皮肤粘膜的结构破坏，产生损伤作用。二、受体配体的相互作用与立体选择性作用，产生特征性生物学效应。三、干扰易兴奋细胞膜的功能。毒物可以多种方式干扰易兴奋细胞膜的功能，例如，有些海产品毒素和蛤蚌毒素均可通过阻断易兴奋细胞膜上钠通道而产生麻痹效应。四、干扰细胞能量的产生。通过干扰碳水化合物的氧化作用以影响三磷酸腺苷（ATP）的合成。例如，铁在血红蛋白中的化学性氧化作用，由于亚硝酸盐形成了高铁血红蛋白而不能有效地与氧结合。五、与生物大分子（蛋白质、核酸、脂质）结合。毒物与生物大分子相互作用主要方式有两种，一种是可逆的，一种是不可逆的。如底物与酶的作用是可逆的，共价结合形成的加成物是不可逆的。六、膜自由基损伤①膜脂质过氧化损害。②蛋白质的氧化损害。③DNA的氧化损害。七、细胞内钙稳态失调。正常情况下，细胞内钙稳态是由质膜Ca2+转位酶和细胞内钙池系统共同操纵控制的。细胞损害时，这一操纵过程紊乱可导致Ca2+内流增加，导致维持细胞结构和功能的重要大分子难以控制的破坏。八、选择性细胞死亡。这种毒性作用是相当特异的。例如，高剂量锰可引起脑部基底神经节多巴胺能细胞损伤，产生的神经症状几乎与帕金森氏病难以区分。在胎儿发育的某一阶段给孕妇服用止吐药物“反应停”，由于胚胎细胞毒性，使早期肢芽生成细胞丢失，而造成出生时婴儿缺肢畸形。九、体细胞非致死性遗传改变。毒物和DNA的共价结合也可以通过引发一系列变化而致癌。十、影响细胞凋亡。凋亡是在细胞内外因素作用下激活细胞固有的DNA编码的自杀程序来完成的，又称为程序性死亡。细胞凋亡是基因表达的结果，受细胞内外因素的调节，如果这一调控失衡，就会引起细胞增殖及死亡平衡障碍。细胞凋亡在多种疾病的发生中具有重要意义。例如，肿瘤的发生，病毒感染和爱滋病关系，组织的衰老和退行性病变以及免疫性疾病，病毒感染性疾病的发病机理都与凋亡有密切关系。如果受损伤的细胞不能正确启动凋5亡机制，就有可能导致肿瘤。第四节毒物的毒效应一、急性毒性指机体一次给予受试化合物，低毒化合物可在24小时内多次给予，经吸入途径和急性接触，通常连续接触4小时，最多连续接触不得超过24小时。在短期内发生的毒效应。食品毒理学研究的途径主要是经口给予受试物，方式包括①灌胃②喂饲③吞咽胶囊等。急性毒性研究的目的，主要是探求化学物的致死剂量，以初步评估其对人类的可能毒害的危险性。再者是求该化学物的剂量-反应关系，为其它毒性实验打下选择染毒剂量的基础。（一）急性致死毒性实验：最常用的指标是LD50，它与LD100、LD0等相比有更高的重现性；是一个质化反应，而不能代表受试化合物的急性中毒特性。急性毒性分级标准并未完全统一。无论我国或国际上急性分级标准都还存在着不少缺点。我国《食品安全性毒理学评价程序和方法》(GB15193.3-94)颁布的急性毒性（LD50）剂量分级标