《毒理学》网上教案

1《毒理学》网上教案第一单元绪论第一节概述一、概念㈠毒理学是从医学角度研究化学物质对生物机体的损害作用及其作用机理的科学。但近些年来，毒理学的研究范围已扩大到各种有害因素，如核素、微波等物理因素以及生物因素等，不只限于化学物质；但经典的毒理学主要研究内容仍然是化学物质对机体的生物学作用及其机理。㈡卫生毒理学是从预防医学的角度，研究人类在生产和生活过程中，可能接触的外来化合物对机体损害作用及其机理的学科。它是毒理学的一个重要分支，亦是预防医学的基础学科，为劳动卫生、环境卫生和食品卫生等学科提供毒理学理论和研究方法，是预防医学的重要组成部分。㈢外来化合物是存在于人类生活和外界环境中，可能与机体接触并进入机体的一些化学物质。外来化合物并非人体的组成成分，也非人体所需的营养物质，而且也不是维持机体正常生理功能和生命所必需的物质，但它们可由外界环境通过一定的环节和途径与机体接触并进入机体，在机体内呈现一定的生物学作用。常见的外来化合物有农用化学品、工业化学品、药物、食物添加剂、日用化学品、各种环境污染物及霉菌毒素等。二、卫生毒理学研究任务在预防医学领域中，卫生毒理学的研究任务主要有三，一是研究机体与外来化合物相互作用的规律即中毒机理；二是对外来化合物进行安全性评价；三是为制订有关卫生标准和管理方案提供科学依据。三、卫生毒理学研究方法㈠动物实验１、体内实验法通常在整体动物进行，使实验动物在一定时间内，按人体实际接触方式接触一定剂量的受试外来化合物，然后观察动物可能出现的形态或功能变化。实验多采用哺乳动物，例如大鼠、小鼠、豚鼠、家兔、仓鼠、狗和猴等。通常检测外来化合物一般毒性，例如急性毒性试验、亚慢性毒性试验和慢性毒性试验等。２、体外实验法大多利用游离器官、原代培养细胞、细胞系和细胞器等进行。利用器官灌流技术可对肝脏、肾脏、肺和脑等进行灌流，借此可使离体脏器在一定时间内保持生活状态，与受试外来化合物接触，观察脏器出现的形态和功能变化，同时还可观察受试物在脏器中的代谢情况；游离细胞和细胞器多用于外来化合物对机体各种损害作用的初步筛检、作用机理和代谢转化过程的深入研究，有许多优点。上述整体、器官、细胞和亚细胞水平的研究，各自都有一定的特点和局限性，在实际工作中，应主要根据实验研究目的和要求，采用最适当的方法，并且相互验证。㈡人群调查为了将动物实验的结果，在人体上进行验证，有时需要进行人群调查。根据动物试验结果和外来化合物本身的性质，选用适当的观察指标，采用流行病学的方法进行人群调查。人群调查的特点是可以取得在人体直接观察的资料，但易受许多其他混杂因素的影响和干扰；结果和评定必须去伪存真，由表及里，并与动物实验结果进行综合考虑分析，才能得出较为符合实际的结论。第二节毒理学主要基本概念一、毒性2毒性是一种物质对机体造成损害的能力。毒性较高的物质，只要相对较小的数量，则可对机体造成一定的损害；而毒性较低的物质，需要较多的数量，才呈现毒性。物质毒性的高低仅具有相对意义。在一定意义上，只要达到一定数量，任何物质对机体都具有毒性；在一般情况下，如果低于一定数量，任何物质都不具备毒性；关键是此种物质与机体接触的量。除物质与机体接触的数量外，还与物质本身的理化性质以及其与机体接触的途径有关。二、剂量剂量是决定外来化合物对机体损害作用的重要因素。剂量的概念较为广泛，可指给予机体的数量，或与机体接触的外来化合物的数量、外来化合物吸收进入机体数量、外来化合物在靶器官作用部位或体液中的浓度或含量。由于内剂量不易测定，所以一般剂量的概念，系指给予机体的外来化合物数量或机体接触的数量。剂量的单位是以每单位体重接触的外来化合物数量表示，例如mg/kg体重。１、致死量致死量即可以造成机体死亡的剂量。但在一群体中，死亡个体数目的多少有很大程度的差别，所需的剂量也不一致，因此，致死量又具有下列不同概念。⑴、绝对致死量(LD100)系指能造成一群体全部死亡的最低剂量。⑵、半数致死量(LD50)系指能引起一群个体50%死亡所需剂量，也称致死中量。表示LD50的单位mg/kg体重，LD50数值越小，表示外来化合物毒性越强；反之，LD50数值越大，则毒性越低。２、最大无作用剂量(maximalno-effectlevel)最大无作用剂量即在一定时间内，一种外来化合物按一定方式或途径与机体接触，根据现今的认识水平，用最灵敏的试验方法和观察指标，亦未能观察到任何对机体的损害作用的最高剂量。最大无作用剂量的确定系根据亚慢性毒性或慢性毒性试验的结果，是评定外来化合物对机体损害作用的主要依据。以此为基础可制订一种外来化合物的每日容许摄入量(acceptabledailyimtarie,intake,ADI)和最高容许浓度(maximalallowableconcentration,MAC)。ADI系指人类终生每日摄入该外来化合物不致引起任何损害作用的剂量。MAC系指某一外来化合物可以在环境中存在而不致对人体造成任何损害作用的浓度。３、最小有作用剂量(minmaleffectlevel)最小有作用剂量即在一定时间内，一种外来化合物按一定方式或途径与机体接触，能使某项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，也可称为中毒阈剂量，或中毒阈值。在理论上，最大无作用剂量和最小作用剂量应该相差极微，因为任何微小，甚至无限小的剂量增加，对机体损害作用，在理论上也应该有相应的增加。但由于对损害作用的观察指标受此种指标观测方法灵敏度的限制，可能检不出细微的变化。只有两种剂量的差别达到一定的程度，才能明显地观察到损害作用程度的不同。所以最大无作用剂量与最小有作用剂量之间仍然有一定的差距。当外来化合物与机体接触的时间、方式或途径和观察指标发生改变时，最大无作用剂量和最小有作用剂量也将随之改变。所以表示一种外来化合物的最大无作用剂量和最小有作用剂量时，必须说明试验动物的物种品系、接触方式或途径、接触持续时间和观察指标。例如某种有机磷化合物在大鼠(wistar品系)经给予3个月，全血胆碱酯酶活力降低50%的最大无作用剂量为10mg/kg体重。三、效应和反应㈠效应表示一定剂量外来化合物与机体接触后可引起的生物学变化。此种变化的程度用计量单位来表示，例如若干个、毫克、单位等。㈡反应是一定剂量的外来化合物与机体接触后，呈现某种效应并达到一定程度的比率，或者产生效应的个体数在某一群体中所占的比率，一般以%或比值表示。四、剂量效应关系和剂量反应关系剂量与效应关系或剂量与反应关系是毒理学的重要概念。机体内出现的某种损害作用，如果肯定是某种外来化合物所引起，则必须存在明确的剂量效应或剂量反应关系，否则不能肯定。3剂量效应和剂量反应关系都可以用曲线表示，即以表示效应强度的计量单位或表示反应的百分率或比值为纵座标，以剂量为横座标，绘制散点图，可得出一条曲线。不同外来化合物在不同具体条件下，所引起的效应或反应类型不同，主要是效应或反应与剂量的相关关系不一致，可呈现不同类型的曲线。在一般情况下，剂量效应或剂量反应曲线有下列基本类型：１、直线型效应或反应强度与剂量呈直线关系；随着剂量的增加，效应或反应的强度也随着增加，并成正比关系。但在生物机体内，此种直线关系较少出现，仅在某些体外实验中，在一定的剂量范围内存在。２、抛物线型剂量与效应或反应呈非线性关系，即随着剂量的增加，效应或反应的强度也增加，但最初增高急速，然后变为缓慢，以致曲线先陡峭，然后平缓，成抛物线型。如将剂量换成对数值，则成直线。剂量与效应或反应关系，换成直线，可便于在低剂量与高剂量，或低反应强度与高反应强度之间进行互相推算。３、Ｓ－状曲线此种曲线的特点是在低剂量范围内，随着剂量增加，反应或效应强度增高较为缓慢，然后剂量较高时，反应或效应强度也随之急速增加，但当剂量继续增加时，反应或效应强度增高又趋向缓慢。曲线开始平缓，继之陡嵴，然后又趋平缓，成不甚规则的Ｓ－状。曲线的中间部分，即反应率50%左右，斜率最大，剂量略有变动，反应即有较大增减。在剂量与反应关系中较为常见，一部分剂量与效应关系也有出现。Ｓ－状曲线分为对称或非对称两种。非对称Ｓ－状曲线两端不对称，一端较长，另一端较短。如将非对称Ｓ－状曲线横座标(剂量)以对数表示，则成为一对称Ｓ－状曲线；如再将反应率换成概率单位，即成一直线。五、损害作用与非损害作用㈠非损害作用一般认为非损害作用不引起机体机能形态、生长发育和寿命的改变；不引起机体某种功能容量的降低，也不引起机体对额外应激状态代偿能力的损伤。机体发生的一切生物学变化应在机体代偿能力范围之内，当机体停止接触该种外毒化合物后，机体维持体内稳态的能力不应有所降低，机体对其他外界不利因素影响的易感性也不应增高。稳态是机体保持内在环境稳定不变的一种倾向或能力。㈡损害作用损害作用与非损害作用相反，应具有下列特点：１、机体的正常形态、生长发育过程受到严重影响，寿命亦将缩短。２、机体功能容量或额外应激状态代偿能力降低。３、机体维持稳定能力下降。４、机体对其它某些因素不利影响的易感性增高。应该指出，损害作用与非损害作用都属于外来化合物在机体内引起的生物学作用，而在生物学作用中，量的变化往往引起质的变化，所以损害作用与非损害作用仅具有一定的相对意义。此外确定损害作用与非损害作用的观察指标也不断的发展。六、正常值损害作用和非损害作用的确定，往往涉及机体许多指标的正常值范围，有时需要对正常值进行测定。首先必须明确“正常值”仅具有相对意义。在实际工作中，按目前认识水平，认为“健康”或“正常”的个体，对其进行某项观察指标测定，以其平均值±2个标准差作为正常值范围。可采用统计学方法，确定此项指标变化是否偏离正常值范围，凡某种观察指标符合下列情况之一者，即可认为已偏离正常值范围，属于损害作用或非损害作用。1.与对照组相比，具有统计学显著性差异(P0.05)，并且其数值不在正常值范围内。2.与对照组相比，具有统计学显著性差异(P0.05)，而其数值却在一般公认“正常值”范围内；但如在停止接触后，此种差异仍然持续一段时间，则属于损害作用。3.与对照组相比，具有统计学显著性差异(P0.05)，而其数值却在一般公认的“正常值”范围内；但如机体处于功能或生物化学应激状态下，此种差异更为明显，则属于损害作用。4第二单元外来化合物的生物转运和生物转化第一节生物转运一、生物转运的概念外来化合物在机体的吸收、分布和代谢过程，统称为生物转运。二、生物转运机理外来化合物在体内的生物转运主要通过下列机理：㈠简单扩散外来化合物在体内的扩散是依其浓度梯度差决定物质的扩散方向，即由生物膜的分子浓度较高的一侧向浓度较低的一侧扩散，当两侧达到动态平衡时，扩散即中止。简单扩散过程，不需要消耗能量，外来化合物与膜不发生化学反应，生物膜不具有主动性，只相当于物理过程，故称为简单扩散。简单扩散是外来化合物在体内生物转运的主要机理。在一般情况下，大部分外来化合物通过简单扩散进行生物转运。除生物膜两则浓度梯度差可以影响简单扩散外，还有其他因素亦可对简单扩散过程发生影响。１、外来化合物在脂质中的溶解度，可以脂水分配系数来表示，即外来化合物在脂相中的浓度与在水相中浓度的比值(脂相中的浓度/水相中的浓度)。脂水分配系数越大，越容易透过生物膜而进行扩散。但外来化合物在生物转运过程中，除经过脂相外，还要通过水相，因为生物膜的构造包括脂相和水相，所以一种外来化合物如在水中溶解度过低，即使脂水分配系数很大，也不容易透过生物膜进行扩散，只有既易溶于脂肪又易溶于水的外来化合物，才最容易透过生物膜进行扩散。２、外来化合物的电离或离解状态。呈离子状态的外来化合物不易通过生物膜；反之，非离解状态的外来化合物则容易透过。外来化合物的离解程度决定于本身的离解常数(pK)和所处介质中的酸碱度(pH)。除上述两种主要因素外，还有许多其他因素也可对简单扩散发生影响。㈡滤过滤过是外来化合物透过生物膜上亲水性孔道的过程。大量的水可借助渗透压梯度和液体静压作用通过孔道进入细胞。外来化合物可以水作为载体，随之而被动转运。㈢主动转运外来化合物透过生物膜由