毒理学基础各章节知识点.docx
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毒理学基础各章节知识点
（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）
从整体实验到替代实验，又称“3R”法，即优化试验方法和技术，减少受试动物的数量和痛苦，取代整体动物试验的方法。
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。
毒物：
在一定条件下，以较小剂量进入机体干扰正常的生化过程或生理功能，引起暂时性或永久性病理变化甚至危及生命的化学物质。
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。
外源化学物作用于生物体的毒效应谱，随剂量增加可以表现为：
1）机体对外源化学物的负荷增加，2）意义不明的生理和生化改变，3）亚临床改变，4）临床中毒，5）甚至死亡。
适应：
机体对一种通常能引起有害作用的化学物显示不易感性或易感性降低。
速发性毒作用：
某些外源化学物在一次暴露后的短时间内所引起的即刻毒作用。
局部毒作用：
某些外源化学物在机体暴露部位直接造成的损害作用。
可逆或不可逆作用：
停止暴露后可逐渐消失的毒作用/毒作用继续存在。
超敏反应：
机体对外源化学物产生的一种病理性免疫反应。
特异质反应：
机体对外源化学物的一种遗传性异常的反应性。
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。
暴露生物学标志：
是测定组织、体液或排泄物中吸收的外源化学物、其代谢物或与内源性物质的反应产物，作为吸收剂量或靶剂量的指标，提供关于暴露于外源化学物的信息。
效应生物学标志：
机体中可测出的生化、生理、行为或其他改变的指标。
易感生物学标志：
关于个体对外源化学物的生物易感性的指标，即反应机体先天具有或后天获得的对暴露外源性物质产生反应能力的指标。
剂量：
机体接触化学毒物的量或给予机体化学毒物的量。
给予剂量：
机体实际摄入、吸入或应用于皮肤的外源化学物的量。
内剂量（吸收剂量）：
已被吸收进入体内的量。
暴露特征是决定外源化学物对机体损害作用的另一个重要因素，暴露特征包括暴露途径和暴露期限及暴露频率。
染毒期限包括急性、亚急性、亚慢性、慢性毒性实验。
亚急性、亚慢性和慢性毒性试验可统称为重复染毒试验。
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。
曲线基本类型是S形曲线。
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。
观察到有害作用的最低水平：
LOAEL。
未观察到有害作用水平：
NOAEL。
阈剂量：
又称最小有作用剂量（MIL），化学毒物引起受试对象中的少数个体出现某种最轻微的异常改变所需的最低剂量。
安全限值：
为保护人群健康，对生活和生产环境和各种介质中与人群身体健康有关的各种因素所规定的浓度和暴露时间的限制性量值，在低于此种浓度和暴露时间内，根据现有的知识，不会观察到任何直接和间接的有害作用。
制定安全限值的前提是必须从动物实验或人群调查得到LOAEL或NOAEL。
暴露范围（MOE）越大越好。
安全范围（MOS）越小越好。
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
脂/水分配系数：
当一种物质在脂相和水相之间的分配达到平衡时，其在脂相和水相中溶解度的比值。
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。
特点：
1、转运系统对于外源化学物的结构具有特异选择性，只有具备某种结构特征的物质才能被转运。
2、载体具有一定的容量，存在转运极限。
3、使用同一转运系统转运的外源化学物之间可发生竞争性抑制。
4、需要消耗能量，代谢抑制剂可以阻断转运过程。
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
影响因素：
1、毒物的理化性质。
2、胃肠状况：
胃蠕动。
3、机体状况：
饥饿，病理状态。
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；
影响因素：
1、气态化合物的浓度。
2、气态化合物在呼吸道的吸收部位的深浅决定于水溶性。
3、气态化合物在血液中的溶解度。
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）1μm以下的粒子可吸入肺泡吸收入血；
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
经皮吸收影响因素：
1、化合物本身的理化性质。
2、化合物与皮肤接触的条件。
分布：
初期影响分布的主要因素是：
1、组织器官的血流量。
2、再分布取决于外源化学物与不同组织的亲和力。
3、随着时间推移，分布受到外源化学物经膜扩散速率及其与组织器官亲和力的影响，发生再分布。
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）
凡是毒物蓄积的部位均可认为是贮存库，意义：
1、对急性中毒有保护作用。
2、成为二次污染源，是慢性中毒的重要条件。
四种贮存库：
血浆蛋白贮存库、肝脏肾脏贮存库、脂肪组织贮存库、骨骼贮存库。
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
最重要的增毒方式：
1、环氧化。
2、N—羟化。
生物转化酶的基本特性：
1、通常都有广泛的底物特异性。
2、形成家谱式、超家谱。
3、包括结构酶和诱导酶。
4、某些生物转化酶的结构在不同个体有所差别，即存在多态性。
5、某些外源化学物具有一个或多个手性中心，即存在立体异构体，它们的生物转化表现出立体选择性。
生物转化酶主要位于内质网（微粒体）和胞液。
I相反应包括氧化、还原和水解反应。
（1）细胞色素P450酶系（MFO）主要反应类型有：
脂肪族与芳香族羟化；环氧化；杂原子氧化和N—羟化；杂原子脱烷基；氧化基团转移；酯裂解；脱氢。
（2）黄素加单氧酶（FMO）：
主要存在肝肺肾微粒体中，以FAD为辅酶。
不能在碳位上催化氧化反应。
II相反应：
1、葡萄糖醛酸结合、尿苷二磷酸酸葡萄糖醛酸：
催化反应的酶是UDP-葡萄糖醛酸基转移酶（UDPGT）。
2、硫酸结合：
催化反应的酶是硫转移酶。
3、谷胱甘肽结合：
谷胱甘肽（GSH）酶是谷胱甘肽S-转移酶（GST），其底物的共同特点是：
具有一定的疏水性；含有亲电原子；可与GSH发生非酶促反应。
4、甲基化反应。
5、乙酰化作用。
6、氨基酸结合。
毒物代谢酶的诱导和阻遏：
许多外源性化学物可引起某些代谢酶的合成增加并伴有活力增强，毒理学意义：
诱导的结果：
促进其他外来化合物的生物转化过程，使其增强或加速
（1）酶诱导可使长期接触毒物时耐受性增强
（2）酶诱导能增强毒物的代谢而解毒，也可增强其毒性。
零级速率：
毒物在体内某一瞬间的变化速率与其瞬时含量的零次方呈正比。
非线性毒物动力学：
体内外源化学物的数量过多，超过了机体的生物转运、转化及蛋白质结合能力时，其消除由一级速率过程转变为零级速率过程的现象。
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、对细胞的损伤机制：
1、膜改变；2、细胞骨架改变；3、线粒体损伤与功能抑制；4、内质网损伤；5、ATP及其辅因子耗竭；6、Ca2+稳态紊乱；7、DNA损伤和聚ADP-核糖基化作用；8、溶酶体不稳定；9、激发细胞凋亡。
3、毒物引起细胞维持功能改变：
中毒性细胞死亡的机制
细胞损伤即由化学物质或其他因素干扰正常细胞自稳态机制而产生的病理性过程。
1、危害细胞存活的原发性代谢紊乱：
ATP耗竭；Ca2+蓄积；ROS/RNS生成情况。
ATP耗竭：
干扰线粒体ATP合成的化学物有5类。
抑制ATP合酶的4种方式：
1、直接抑制；2、干扰ADP的传递；3、干扰无机磷化学物；4、剥夺ATP合酶的驱动力。
细胞内Ca2+持续升高：
毒物通过促进Ca2+向细胞浆内流或抑制Ca2+从细胞浆外流而引起胞浆Ca2+水平升高。
将导致：
1、能量储备的耗竭；2、微丝功能障碍；3、水解酶的活化；4、ROS和RNS的生成。
ROS与RNS的过度产生：
氧化还原循环物质和重金属等外源化学物可直接生成ROS与RNS，细胞内高钙也可引起ROS和RNS的过度产生。
线粒体渗透性转变（MPT）及其后果：
（1）坏死。
引起线粒体内膜渗透性突然升高的因素：
1、线粒体Ca2+摄取；2、△Ψm下降；3、ROS和RNS生成；4、ATP耗竭；5、原发性代谢紊乱。
（2）凋亡。
引起细胞凋亡的机制：
线粒体途径；死亡受体途径；内质网应急途径。
ATP的利用度决定细胞死亡的形式：
1、当仅有极少数线粒体发生MPT时，被溶酶体自吞噬清除，细胞存货；2、当较多线粒体发生MPT时，自吞噬机制被压制，细胞凋亡发生；3、全部线粒体发生MPT，ATP被严重耗竭，凋亡程序被阻止，细胞倾向于坏死。
4、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。
5、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：
6、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。
7、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。
8、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：
构效关系与定量构效关系
带两个基团的苯环化合物的毒性：
对位大于邻位大于间位。
理化性质：
脂/水分配系数；大小；挥发性；气态物质的血/气分配系数；比重；电离度和荷电性。
个体间在化学物代谢中的差异的主要原因是酶的多态性。
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
拮抗作用的机制可以是功能拮抗、化学拮抗或灭活、处置拮抗、受体拮抗。
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
急性毒性替代试验：
1、固定剂量法；2、急性毒性分级法；3、上-下移动法。
急性毒性试验的观察和记录内容主要包括：
中毒体征及发生过程、体重和病理形态学变化、死亡情况和时间分布等。
LD50试验的意义（LD50的价值）：
1、LD50标准化药物毒作用强度，评价药物对机体毒性的大小，比较不同药物毒性的大小；2、计算药物的治疗指数，药效剂量和毒性剂量的距离；3、为后续的重复给药毒理学试验剂量的选择提供参考；4、通过比较不同途径的LD50值，获得生物利用度的信息；5、试验结果可用来推测人类的致死剂量以及中毒后的体征，为临床毒副反应提供监测参考。
局限性：
1、评价新药或化学物时，给予有效的信息较少，实用性有限。
2、波动性很大，影响因素很多。
3、物种差异对LD50影响大。
4、经典急性毒性试验消耗的动物量大。
（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
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