国通认证技术培训中心-食品毒理学与食品安全评价3

食品毒理学与食品安全评价第三章食品毒理学基础2本章内容一、食品中外来化合物毒性作用的影响因素二、食品中物质的遗传毒理学三、食品化学物质的生殖毒性和发育毒性四、化学毒物的免疫毒性五、食品中化学物质的神经和神经行为毒理学3一、食品中外来化合物毒性作用的影响因素化学结构理化特性不纯物含量毒物进入机体的途径41、外来因素（1）剂量（dose）接触剂量(exposuredose)又称外剂量。是指外源化学物与机体(如人、指示生物、生态系统)的接触剂量，可以是单次接触或某浓度下一定时间的持续接触。吸收剂量(absorbeddose)又称内剂量。是指外源化学物穿过一种或多种生物屏障，吸收进入体内的剂量。到达剂量(delivereddose)又称靶剂量或生物有效剂量。是指吸收后到达靶器官(如组织、细胞)的外源化学物和／或其代谢产物的剂量。致死剂量（lethaldose）：在受试群体中导致50％死亡的剂量称为半数致死剂量即LD50。它常用以比较不同化学物或食品的急性毒性的大小（仅指急性毒性）。未观察到效应剂量（noobservedeffectlevel，NOEL）：毒性试验以受试物不同剂量为纵坐标，相应的某种毒效应（死亡或检测指标）为横坐标，可绘出剂量效应曲线，NOEL代表最大无效应剂量。5（2）化学物性质呈现毒性的前提是外源化学物被吸收。化学物在胃肠道中吸收取决于它的分子量、在水或脂质介质中的溶解度以及荷电性或极性。不能吸收的有毒物质能通过损伤肠粘膜使营养素不能被吸收，或使体内水分漏入肠腔,能改变血液与肠腔液间的渗透压平衡，这也是毒性。肠道细菌可以将不能吸收的物质转化为有毒或无毒。不能吸收的物质与营养素物理结合或化学结合而使营养素不能吸收。所以不能吸收的物质不等于没有毒性。这点在食品毒理学试验中也有意义，很大剂量的某些受试物实际上影响着动物对饲料营养素的吸收。决定一个化学物毒性的最重要性质是它的化学反应性。高反应性的物质能与身体中的酶、核酸、激素、基因、神经细胞、细胞膜以及其他靶分子或位点作用，并干扰它们的功能。发生代谢转化或结合的物质能大大地改变它的毒性，使之减毒或增毒。此外，凡在化学结构上与重要代谢物或营养素相似的物质几乎都有毒性6（3）化合物化学结构与毒性化合物的化学结构化合物的理化性质化合物的化学活性化合物的生物活性7化合物化学结构与毒性同系物的碳原子数烃基分子饱和度卤素取代羟基酸基和酯基氨基构型毒性8（4）接触频数接触期限和接触频率同样也影响外源化学物对机体毒作用的性质和程度。毒理学一般将动物实验按染毒期限分成四个范畴：急性、亚急性、亚慢性和慢性毒性试验。急性毒性试验定义为24小时内一次或多次染毒，亚急性毒性试验是指在1个月或短于1个月的重复染毒，亚慢性毒性试验是指在1个月至3个月的重复染毒，慢性毒性试验是指在3个月以上的重复染毒。亚急性、亚慢性和慢性毒性试验可统称为重复染毒试验。重复染毒引起毒作用的关键因素是接触频率，而不是接触期限。身体与化学物接触频数与剂量有关。对慢性毒性来说，有些毒物如化学致癌物一次接触也可能引起肿瘤。但有些致癌物，多次小剂量长期接触后毒性更易出现，如致癌亚硝胺类。多次接触使毒性损伤连续，有可能出现累积效应。多次接触实质上产生相对大的总剂量。对食品物质来说，通常是多次长期以及终生接触。所以，对食品物质的安全性评价着重考虑多次、长期以及终生接触。9（5）接触途径（routeofexposure）实验动物接触外来化合物的途径不同，其首先到达的器官将有差别，中毒效应也不尽相同。在相同化合物剂量下，接触途径不同，其吸收速度、吸收率也不尽相同。静脉注射腹腔注射肌肉注射经口经皮10化学毒物产生毒性的可能途径化学毒物吸收、分布、代谢、排泄与靶分子相互作用细胞功能失调、损伤细胞修复功能失调毒性①②③11（6）膳食因素膳食中的长链脂肪酸与有毒金属形成金属皂从而降低其吸收程度。抗坏血酸可防止胃肠中的亚硝化反应。膳食中脂肪促进或延缓脂溶性化合物的吸收。脂肪使胃排空减慢，因而使摄入的毒物的吸收也慢。与营养素或其他化学物共用主动运输系统的毒物可能被取代，如钙取代铅。12机体的营养状况对于毒物的代谢、储存和毒性都有密切影响。例如低蛋白食物可使微粒体酶活性下降。脂肪酸缺乏可减少为微粒体酶的水平和活性，使乙基吗啡等代谢减少。近年有一些学者研究了限量饮食(dietaryrestriction，DR)对于动物的影响。DR是指给予动物应有饲料量的60％，但补充足够的维生素和矿物质。有研究表明：DR可以延长动物的寿命，对于肿瘤的自然发生和化学诱痛有抑制作用。动物试验证明了DR可增加大鼠肝和肾脏的GST活性，使致癌物所形成的加合物减少。（6）膳食因素13温度58种化合物在不同环境温度(8℃、26℃和36℃)下对于大鼠LD50的影响:55种化合物在36℃高温环境下毒性最大，26℃环境下毒性最小；引起代谢增高的毒物如五氯酚，2,4-二硝基酚在8℃毒性最低;引起体温下降的毒物如氯丙嗪在8℃时毒性最高。（7）其他外来因素光线、温度、气压等都影响化学物的毒性。光线的影响如光毒作用。14气湿高气湿可造成冬季易散热，夏季不易散热，增加机体体温调节的负荷。高气湿伴高温可因汗液蒸发减少，使皮肤角质层的水合作用增加，进一步增加经皮吸收的化学物的吸收速度，并因化学物易粘附于皮肤表面而延长接触时间。15季节或昼夜节律化学物的毒性与其进入机体发挥作用的时间有关。种属试剂给药时间毒作用表现小鼠苯巴比妥2:00Pm睡眠时间最长2:00Am睡眠时间最短人水杨酸8:00Am排出速度慢，体内停留时间长8:00Pm排出速度快，体内停留时间短大鼠苯巴比妥钠春季睡眠时间最长秋季睡眠时间最短162.内在因素毒物的吸收、分布、生物转化与排泄毒物分子的跨膜转运FreeBound组织器官体循环吸收生物转化排泄游离型结合型代谢物17唾液腺肝脏胰腺口腔咽食道胃小肠大肠肛门（消化的起始部位）初步消化淀粉（消化吸收的主要部位）（吸收少量水无机盐部分维生素）蛋白质水和酒精初步消化吸收的起始部位吸收少量消化系统的组成(最大)暂贮食物181920（1）肠道吸收与屏障肠道是食物中外源化学物被吸收的第一屏障。小肠中大分子的吸收是通过肠粘膜细胞由受体介导的吞饮和非受体介导的胞饮来实现的。小肠壁中的淋巴样集结内的M细胞也把肠腔内的抗原转运到淋巴样集结内，后者受抗原刺激而产生lgA前体细胞。所以新生儿很容易吸收饮食中的有毒大分子和病原菌与病毒。吸收少量大分子（是个体发育的残余）对健康无妨。但如果吸收大量抗原或有毒物质就会出现问题；某些疾病如过敏性胃肠炎，肠道炎症，病毒与细菌性肠炎，肠道寄生虫病，放射性肠炎都可能促进大分子的吸收与运输。21（2）毒物与血浆蛋白和组织结合血浆蛋白和某些组织能有效地与毒物结合。这种结合会改变有效剂量而影响宿主的毒性效应，毒物与血浆蛋白有不同的亲和力，如果亲和力小的化学物被亲和力大的取代就会增加有效剂量也就是增加毒性。例如农药代谢物DDE和某些药物能取代与血浆结合的胆红素，游离的胆红素能扩散到大脑组织中，使新生儿发生核黄疸（kernicterus），对大脑严重损伤。22脂肪组织、骨、肾以及肝都是毒物结合的特殊组织。23脂溶性毒物及其代谢物能大量贮存在脂肪组织，毒物在体内某些组织的贮存暂时地降低了毒作用，特别是急性毒作用。然而，后来当毒物从新释出到血流中时毒性再出现。重金属铅就是例子。肝也同样地大量与外源化学物结合，使血流中的浓度迅速降低，一种称为ligandin的肝蛋白质能与许多有机化合物结合，肝还能与有毒重金属如铅结合。肝的这种作用还与这些化合物的生物学转化中的重要作用一致。这种亲和力部分地解释为何肝容易受损伤。肾也容易与某些类型外源化学物结合，如镉形成金属硫蛋白，可以作为对身体毒效应的特异性判断指标之一。化学物在机体内发生化学结构的改变过程，是其在体内消除的重要途径生物转化Biotransformation化学物代谢的部位肝脏：肝外部位：肠、肾、脑等252.化学物在体内转化的两个步骤：I相反应II相反应化学物代谢物结合物（氧化、水解、还原等）（结合）化学物经生物转化后，其结局如下：①灭活、毒性降低②极性增加③产生毒性代谢物（3）排泄excretion化学物和毒物以原形或代谢产物形式通过排泄或分泌器官排出体外的过程排泄途径尿液粪便肺脏汗腺乳汁27尿的形成肾小球肾小囊肾小管肾小球的滤过作用毛细血管含废物多血液(形成原尿)肾小管的重吸收作用(形成尿液)尿液含废物少血液28（3）排除过程被吸收的有毒化合物主要排出途径是经尿和胆汁。①经尿排除:已吸收化合物的排出机制是被动肾小球滤过、小管滤过以及主动小管运输。大部分有毒物和其他化合物由肾小球过滤和主动小管运输来排除。根据尿pH的不同肾小管内的化合物可能通过被动扩散而被再吸收，因此要看毒物是酸性或碱性，尿pH可以加速或延缓它经尿排除。所以，碱性尿有利酸性化合物排除，反之亦然。②经胆汁排除血中许多有毒化合物是由肝经胆汁排除。显然，肝胆功能不良的人很可能对某些化合物毒性反应较严重。患病毒性肝炎的人是否比健康人对某些有毒化合物更敏感有待研究。慢性酒精中毒的人可能也有同样问题。最后，肝胆系统发育未成熟的新生儿需要特别保护，使他（她）们避免摄入某些主要经胆汁排泄的外源化学物。③其他排泄途径：经呼出气、汗液、唾液以及乳汁参与排泄有害化学物质，但比起上述经尿和经胆汁排泄来说重要性相对小些。但对饮奶的婴幼儿来说，乳汁还是重要的，牛奶甚至人奶可能含有药物、农药以及环境污染物，曾经在美国引起集体性（非细菌性）食物中毒。目前我国还少有对乳类的这方面的系统检测与研究。29（4）肠道微生态肠道细菌对食物的发酵作用使肠内环境变酸，促进某些类型的反应，如亚硝胺形成，具有毒理学意义。肠道细菌对食品非营养组分的代谢作用也有重要毒理学意义：回肠远端的细菌具有高度代谢能力。在小肠上段未吸收的化合物在下段可能被其中的微生物降解为毒性更小（或更大）的产物，通常转化为更易吸收的衍生物。肠道细菌的代谢类型很多，多数属于降解型。这些反应在食品安全性毒理学评价中有重要意义。30幼儿的血脑屏障发育不完备，因此幼儿摄入磺胺酰胺时，由于它先与血浆蛋白结合，使血内胆红素游离并通过发育不完全的血脑屏障进入中枢神经系统而造成损害。老年人对于毒作用的敏感性常明显高于中、青年人，这与老年人多个系统或器官的功能出现下降有关。代谢速度变慢，使游离毒物在体内停留的时间延长。（5）年龄与代谢能力31（6）性别有些化合物男性较敏感，有些则女性较敏感。根据动物试验资料，急、慢性毒性的性别判别可达到5－6倍之大323、化学物的联合作用两种以上化学物同时或先后作用于机体时产生的交互毒性作用。有四种类型：相加作用协同作用拮抗作用独立作用33①相加作用(additiveeffect)指多种化学物同时存在时的毒效应为各化学物分别作用时毒效应的总和。例：甲拌磷与乙酰甲胺磷谷硫磷与苯硫磷谷硫磷与敌百虫作用特点：毒物结构上为同系物，毒作用靶器官相同分子的结构相像、且组成上彼此相差一个或几个原子团，同系物必须符合同一通式。化学物的联合作用34化学物A效应B化学物B效应A靶器官相加作用35化学物的联合作用②独立作用(independenteffect)由于不同性质的毒物有不同的作用部位、不同的靶子，而这些部位与靶子之间在功能关系上不密切，因而出现各自不同的毒效应。36化学物A效应B化学物B效应A靶B靶A独立作用37化学物的联合作用③协同作用(synergisticeffect)多种化学物同时存在时的毒效应超过各单个化学物分别作用时毒物效应的总和。38化学物A效应B化学物B效应A靶器官化学物C效应C协同作用39化学物的联合作用④拮抗作用(antagonisticeffect)多种化学物同时存在时的毒效应低于各化合物分别作用时毒效应的总和40化学物A效应B化学物B效应A靶器官效应C拮抗作用41二、食品中物质的遗传毒理学概述突变（mutatio