第五章__化学毒物的一般毒性作用.

第五章化学毒物的一般毒性作用GeneralToxicEffectsofChemicalToxicants主要内容急性毒性蓄积作用慢性、亚慢性毒性目标1.掌握急性毒性的概念、分级，亚慢性和慢性毒性作用的概念2.熟悉急性、亚慢性和慢性毒性作用的目的和方法3.了解蓄积作用的概念及方法外源化学物质在一定的剂量、一定的接触时间和一定的接触方式下对实验动物产生综合毒效应的能力称为化学毒物的一般毒性(generaltoxicity)，又称为化学毒物的基础毒性(basictoxicity)或一般毒性作用(generaltoxiceffects)。根据对化学毒物的接触时间长短所产生的毒性效应，可划分为急性毒性、亚慢性毒性和慢性毒性。试验可分为急性毒性试验、亚慢性毒性试验和慢性毒性试验。对化学毒物的毒性进行评价称为一般毒性评价(evaluationforgeneraltoxicity)。第一节急性毒性作用及其评价一、基本概念急性毒性(acutetoxicity)是指机体(人或实验动物)一次接触或24小时内多次接触化学物后在短期(最长到14天)内所发生的毒性效应，包括一般行为、外观改变、大体形态变化以及死亡效应。凡经口接触和各种方式的注射接触，“一次”是指在瞬间将受试化合物输入实验动物的体内。而经呼吸道吸入与经皮肤接触，“一次”是指在一个特定的期间内实验动物持续地接触受试化合物的过程，所以“一次”含有时间因素。如果一种化学毒物的急性毒性很大，对人类可能产生极大的危险和威胁，或对生态环境造成潜在的危害。二、急性毒性实验目的与常用参数实验目的：1.求出受试化合物对一种或几种实验动物的致死剂量(通常以LD50为主要参数)，并且对化学物进行毒性分级。2.通过观察动物中毒作用的表现、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、剂量反应关系和对人体产生损害的危险性3.为后续的重复剂量实验、亚慢性和慢性实验及其他实验研究提供接触剂量和观察指标的依据4.利用急性毒性试验方法研究化合物在机体内的生物转运和生物转化过程及其动力学变化。也可用于研究急救治疗措施。常用参数：1.最常用的是半数致死量(LD50)和急性毒作用带(Zac)。实际工作中进行急性毒性评价时还常用急性毒作用带(Zac=LD50／Limac)来表示。Zac值的大小可反映急性阈剂量距离LD50的宽窄，即表示引起实验动物的死亡剂量与最低毒作用剂量之间剂量范围的宽窄。Zac值越大，表明化学物引起急性死亡的危险性越小，反之表明引起急性死亡的危险性越大。2.目前备受主张的是LD84／LD16(或LC84／LC16)的比值。它是代替Zac是一种灵敏性好、重复性强而且容易求出的参数，可以较好地反映急性毒性特征。3.当比较两种(或以上)LD50相同或近似的化学毒物的致死毒性时，还可使用该化学毒物的剂量-反应曲线斜率(即剂量-死亡曲线的概率单位直线的斜率)表示。用以评价化学毒物急性毒性会更为合理。4.皮肤-皮下系数皮肤LD50/皮下LD50反映化合物经皮吸收的危险性5.经口-腹腔注射系数经口LD50/腹腔注射LD50反映化合物经口吸收的危险性三、急性毒性分级..\国内外有关化学品急性毒性分级标准.doc四、急性毒性试验设计实验动物染毒途径染毒剂量观察周期观察指标的选择计算方法和评价(一)实验动物急性毒性试验要求选择对化学毒物的代谢和毒效应表现与人的反应尽可能一致的实验动物。然而，在注重选择对化学物毒性反应敏感的动物物种的同时，还得考虑动物易于获得、品系纯化、价格较低和易于饲养等条件。1.实验动物的种属不同种属的动物对化学物的反应可能有很大的差别，最好用两种种属的动物，包括啮齿类(rodentspecies)和非啮齿类(nonrodentspecies)。2.实验动物的性别急性毒性试验的主要内容是求LD50，除特殊要求外，一般急性毒性试验对动物性别要求为雌雄各半。3.动物数量与随机分组急性毒性试验要求大鼠、小鼠等小动物数量为每组10只，狗等大动物也应每组6只。在动物分组中应严格遵循随机化的原则。一般4-6组4.禁食经口染毒的试验，要求动物实验前禁食，以免胃内残留食物对化学毒物毒性产生干扰。大鼠、小鼠隔夜禁食大动物染毒前部喂食，染毒后继续禁食3-4小时四、急性毒性试验设计(二)染毒途径的选择进行化学毒物急性毒性测试时应考虑人在生产和生活环境中接触该化学毒物的情况，通常根据实验目的、化学毒物的性质和用途、人类实际接触途径和方式来选择染毒途径(exposureroutes)。有时可根据具体情况，选用腹腔、静脉、肌内、皮下和皮内等注射途径。以人实际接触的方式来染毒1.经口(胃肠道)染毒(oralexposure)生产和生活环境中许多化学毒物，可以通过污染饮水和食物经胃肠道进入机体。经口(胃肠道)是急性毒性试验中最常用的染毒途径，具体的染毒方式有：灌胃、喂饲和吞咽胶囊等方法。2.经呼吸道染毒(inhalation)以气体、蒸气、粉尘、烟、雾等形式存在于车间空气中的化学毒物和评价环境空气污染物时，常采用经呼吸道染毒的途径。呼吸道染毒方式分为两种：一种是静式吸入，另一种是动式吸入。3.经皮肤染毒(dermalexposure)液态、气态甚至粉尘状态的化学毒物均可能通过皮肤接触而吸收，尤以职业接触为多见。4.经注射途径染毒(ingestion)采用注射途径进行外来化合物的急性毒性试验，主要用于比较毒性研究，以及化合物的代谢、毒物动力学和急救药物筛选等研究。注射途径可选择腹腔注射、静脉注射、肌内注射皮下注射等。静脉注射方式包括大鼠和小鼠尾静脉、兔耳静脉。四、急性毒性试验设计(三)染毒剂量与分组首先了解化学毒物的结构式、分子量、常温常压下的状态、熔点、沸点、比密、闪点、挥发度、蒸气压、水溶性和脂溶性等理化特性，生产批号及纯度，杂质成分与含量等。其次，确定使用哪一种计算方法求LD50，然后再设计剂量分组。LD50的计算方法常用寇氏法、概率单位法、霍恩法等。设计剂量时有两种方式：1.有相关毒性资料可供参考者查阅文献，找出与受试化学毒物结构与理化性质近似的化学物的毒性资料，以文献资料中相同的动物种系和相同接触途径所测得的LD50(LC50)值作为受试化学物的预期毒性中值。以此预期值作为待测化学物的中间剂量组，并在该剂量的上下各设计1-2个剂量组作为预试验剂量。每个剂量组间的组距可以大些，以便寻找出受试物的致死剂量范围。2.没有毒性资料可供查阅者在完全没有毒性资料参考的情况下，一种备受推荐的方法是进行最大耐受量试验(limittests)，该法多被用于食品、日用化学品等一些被视为毒性很低的化学物质的毒性鉴定。依据各类化学物质的急性毒性分级标准，以最大耐受量作为试验剂量，如WHO规定经口为5g／kg、经皮肤接触为2g／kg、经呼吸道为5mg／L。另一种方法是设定以1mg／kg为最低剂量组(lg1=0)，其它剂量组依次为对数值0.6、1.2、1.8、2.4，其实际剂量分别为4mg／kg、16mg／kg、64mg／kg和128mg／kg，进行预试验。若预试验提示受试物的致死剂量范围较窄，也可将组距缩小为对数值0.2，即剂量组间比值为1.6，即lg40=1.6。通过以上方法找出受试物的大致致死范围后(即死亡率从0％～10％至90％～100％)，即可设计正式试验的剂量和分组。一般来说，根据试验设计所选用的LD50计算方法来确定组数。例如概率单位法、寇氏法一般设6～10个剂量组；霍恩法固定设4个剂量组。可根据以下公式计算出剂量分组：i=(lgLD90-lgLD10)／(n-1)或：i=(lgLD100-lgLD0)／(n-1)式中i为组距(相邻的两个剂量组对数剂量之差)；n为设计的剂量组数。求得i值后，以最低剂量组(LD0或LD10)的对数剂量加上一个i值，即是第二个剂量组的对数剂量，依此类推直至最高剂量组，查各自的反对数即得出各组剂量的真实值。四、急性毒性试验设计(四)试验周期与毒效应观察化学毒物的LD50(LC50)的测定一般要求计算实验动物接触受试物后14天内的总死亡数。值得注意的是：不同的化学物其中毒症状出现的时间和特点各有不同，而且引起动物死亡的时间也存在很大的个体差异。观察实验动物以化学毒物染毒后出现的中毒表现，对于了解化学毒物的急性毒作用特征非常重要，可以补充单纯以LD50(LC50)表示急性毒性的不足。1.中毒症状试验过程应详细地观察和记录动物出现的中毒症状、发生的时间、症状发展的经过、死亡前的特征以及死亡时间等。2.体重在观察实验动物中毒症状的过程中，应同时观察体重的变化。3.病理检查及其它指标急性毒性试验中，对死亡的动物均应及时进行大体解剖和病理组织学检查，肉眼观察主要脏器的大体病理变化，如脏器大小、外观、色泽的变化，有无充血、出血、水肿或其它改变，对有改变的脏器进行取材做组织病理学检查。4.死亡和死亡时间重点观察和记录每只动物死亡的时间，特别是最早出现死亡的时间以及各个剂量组动物的死亡数。急性毒性试验结束时，除了报告该化学毒物的LD50值和急性毒性定级外；还应对其它的毒性参数和中毒特征加以报告。第二节蓄积毒性作用及其评价一、基本概念化学毒物进入机体后，经过生物转化以代谢产物或化学物原型排出体外。但是，当化学毒物反复多次给动物染毒，化学毒物进入机体的速度(或总量)超过代谢转化的速度和排泄的速度(或总量)时，化学毒物或其代谢产物就有可能在机体内逐渐增加并贮留，这种现象称为化学毒物的蓄积作用(accumulation)。化学毒物容易蓄积的组织和器官称为储存库(depot)。机体常见的储存库有血浆蛋白、脂肪组织、肝脏、肾脏、骨骼等。蓄积是化学毒物分布的一种特殊方式。出现蓄积作用时，化学毒物在体内的分布常表现为相对集中的形式。蓄积作用实际上有二个含义：①当实验动物反复多次接触化学毒物一定时间之后，用化学分析方法能够测得机体内(或某些组织器官内)存在该化学毒物的原型或其代谢产物时，称之为物质蓄积(materialaccumulation)，如机体生物材料(血、尿等)检定重金属铅、镉、锰、汞含量升高；②有的化学毒物在机体内虽不能被测出，然而在长期接触的情况下机体可以出现慢性中毒的现象，这种情况称为功能蓄积(functionalaccumulation)。二、蓄积毒性试验方法及其评价化学毒物的蓄积作用是发生慢性中毒的物质基础，因此研究化学毒物在机体内的蓄积性是评价化学毒物能否引起潜在慢性毒性的依据之一，也是卫生标准制订过程选择安全系数的主要依据。蓄积毒性试验是研究化学毒物基础毒性的重要内容之一，目的是通过试验求出蓄积系数K，了解化学毒物蓄积毒性的强弱，并为慢性毒性试验及其他有关毒性试验的剂量选择提供参考。当大鼠经口LD50大于5000mg／kg，或已作过代谢试验有半减期(t1/2)数据者，可不做蓄积毒性试验。蓄积毒性的研究方法有多种，常用的方法是：(一)蓄积系数法蓄积系数法是一种以生物效应为指标，用经验系数(K)评价蓄积作用的方法，即将多次染毒与一次染毒所产生的毒性效应(或死亡)进行比较。蓄积系数(accumulationcoefficient)是多次染毒使半数动物出现效应(或死亡)的累积剂量[ED50(n)]与一次染毒使半数动物出现相同效应(或死亡)的剂量[ED50(1)]的比值，K=ED50(n)/ED50(1)在毒理学领域研究化学毒物的蓄积作用时多选择小鼠或大鼠为实验动物，以动物死亡一半为效应指标，那么上式可改写为：K=LD50(n)/LD50(1)K值越小，表示化学毒物的蓄积性越大。蓄积系数法常用的实验方案主要有：1.固定剂量法一般常选用大、小鼠灌胃或腹腔注射方法进行染毒。先求出LD50，然后选取相同条件的40只(或更多)实验动物，分为两组，一为染毒组，一为对照组，每组至少20只，雌雄各半。染毒组每日定时、定量给予受试化学物，每日染毒剂量固定，剂量设计在1/20-1/5之间，且记录染毒动物死亡数，至累计一半动物死亡时终止实验，计算K值。若累计染毒剂量已达5LD50，也可终止实验，此时K大于等于52.剂量递增法试验