第2章食品毒理学基本概念.doc

第二章 食品毒理学基本概念第一节 关于毒物、毒性与毒作用一、毒物与中毒1毒物 在一定条件下，一定量的某一物质，经过一定的途径进入机体以后，在组织器官内发生化学或物理化学的作用，引起机体机能性或器质性的病理变化，甚至造成死亡，此种物质便称毒物。2毒素(toxin) 毒素是毒物的一种，特指由活的生物有机体产生的一类特殊毒物。(1)由植物产生的能够引起人及动物中毒的物质称为植物毒素(。plant toxin)。 (2)由动物产生的能够引起人及动物中毒的物质称为动物毒素(zootoxin)。多由低等动物产生，如蛇、蝎、蜂、蟾蜍等。 在动物毒素中，凡通过叮咬或刺蛰释放的毒素叫毒液(venom)。 (3)由霉菌产生的能够引起人及动物中毒的物质称为霉菌毒素(mycotoxin)。 (4)由细菌产生的能够引起人及动物中毒的物质称为细菌毒素(1acterial toxin)。细菌毒素又分为两类： 存在于细菌细胞内的毒素称为内毒素(endo toxin)； 由细菌细胞合成后排出菌体外的毒素称为外毒素(exotoxin)。 3中毒(toxicosis，intoxication) 毒物进入机体后，引起相应的病理过程叫中毒。二、毒性与剂量1毒性(toxicity)：毒性也称毒力，是指某种毒物对机体的损害能力。某种物质对生物机体损害能力越大，说明其毒性(毒力)也越大。衡量毒物毒性大小的指标是剂量。某物质引起动物机体中毒反应的剂量愈小，说明其毒性愈大；反之，某物质引起动物机体中毒反应的剂量愈大，说明其毒性愈小。2剂量(dose)指动物机体每公斤体重接触毒物的量。表示单位为：mgkg体重。 上述概念中“接触毒物”的含义从广义上讲，包括各种接触途径，如经口、皮、呼吸道、肌肉、皮下、静脉等。同一毒物，同一剂量，如果接触途径不同，引起的毒性反应不同。这是因为，其一，不同染毒途径，其吸收程度不同；其二，不同部位对不同毒物的反应性不同。鉴于此，在说明某种毒物的毒性剂量时，也必须说明接触毒物的途径。三、毒作用毒作用(toxic effect)，又称毒性效应，概括而言是指毒物对动物有机体产生的生物学损害作用。1毒作用的特点 按照化学物毒作用的特点常分为速发作用与迟发作用、局部作用与全身作用，以及可逆作用与不可逆作用。 (1)速发作用与迟发作用：速发作用(immediate：effect，)是指机体接触化学物后，在短时间内出现的毒性效应；迟发作用(delayed efect)是指机体接触化学物后，经过一定时间问隔才表现出来的毒性效应。 (2)局部作用与全身作用：局部作用(10cal effect)指发生在化学物与机体接触部位的损害作用；全身作用(systemic ettbct)是指化学物与机体接触后以一定途径吸收人体内，经血液循环到达体内其他组织器官引起的毒性效应。食品中的危害物一般引起的是全身效应。 (3)可逆作用与不可逆作用：可逆作用(Feversible effect)是指机体停止接触化学物后，所造成的损害作用可以恢复；不可逆作用(irreveisible effect)是指指机体停止接触化学物后，所造成的损害作用不能恢复，甚至损害作用进一步发展。2毒作用的描述一般以毒物引起机体产生的生物学效应或反应来描述毒作用。 (1)效应(effect)：指一定量的某一物质与机体接触后所引起的生物学变化，此种变化的程度可以用计量单位来表示。 如：机体接触毒物后单位容积血液中红细胞数、白细胞数变化了z个mm。(个斗L)，血糖变化，某种酶变化了单位等。 (2)反应(response)：指一定剂量的某一物质与机体接触后呈现某种效应程度的个体数在该群体中所占的比率。一般以表示。 如：某食物中毒，吃该食物的100人中，80人出现呕吐、腹泻，5人中毒死亡，则该食物中毒的中毒发生率为80，死亡率5。此百分率即为反应。 效应与反应的区别：效应是对个体而言；而反应则涉及群体。 (3)毒效应谱(spectrum of toxic effect)：机体接触外源化学物后可引起多种生物学变化，称为毒效应谱。 如：机体对外源化学物负荷增加；意义不明的生理生化反应；亚临床改变；临床中毒；死亡等。四、损害与非损害作用毒理学评价实际上就是常常要区分或者说判断外来化合物对机体产生的作用为损害作用还是非损害作用。 1非损害作用(nonadverse effect)外来化合物对机体产生的作用如果属于非损害作用，应有以下特点： 不引起机体的机能形态、生长发育和寿命的改变； 不引起机体某种功能容量的降低； 不引起机体对额外应激代偿能力的损伤； 当机体、停止接触该种外来化合物之后，机体维持内稳态的能力不应有所降低，机体对外界其他不利因素影响的易感性也不应增高。外来化合物对机体产生的作用如果属于以上情况，即认为属非损害作用。 在非损害作用中，机体所发生的一切生物学变化应在机体的代偿能力范围之内。 对上述概念中又涉及的一些概念解释如下。 代偿能力：当体内组织或器官局部发生病变时，病变部功能降低，此时健部组织通过自身功能的加强来弥补病变部的功能不足的能力。 内稳态：是指机体保护内在环境稳定不变的一种倾向或能力。一般是通过负反馈机制完成的。人及动物处在不断变化的外界环境中，但机体正是通过这种自身的调节功能，使自身内环境保持稳定。例如，不管外界气温如何变化，人体可通过体温调节使其保持在一个恒定的范围内等。 功能容量：是以解剖学、生理学、生物化学或行为学方面的各项指标来表示。如进食量、体力劳动的负荷能力、血容量等。 应激状态：是指各种外界不利因素引起机体的所有非特异性生物学作用的综合表现。如人或动物在受惊吓、危险状态下的心跳、呼吸加快，肾上腺素分腺增加，葡萄糖代谢加快，能量合成(ATP)增加等都是一种应激反应，目的是积极动员体能以应付突如其来的不利因素。 2损害作用(adverse effect) 损害作用与非损害作用相反，应具有以下特点。 机体的正常形态、生长发育过程受到严重的影响，寿命亦缩短； 机体的功能容量或对额外应激状态的代偿能力降低； 机体维持内稳态的能力下降； 机体对其他某些环境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效用，而在生物学效应中，有些可能是代偿性的，有些可能是损害性的，生物学效应量的变化往往引起质的变化，所以损害作用与非损害作用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在不断地发展。3损害作用和非损害作用的确定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。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。分析时可采用统计学方法，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罔，属于损害作用。 (1)与对照组相比，具有统计学显著性差异(P005)，并且其数值不在正常值范围内，则属于损害作用。 (2)与对照组相比，具有统计学显著性差异(P005)，而其数值却在一般公认“正常值范围内，但如在停止接触此物质后，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(P2)。 例如，某制药厂生产的一种胶囊为中药加磺胺，结果使磺胺的毒性提高了70240倍，这可能是该中药制剂中某种成分与磺胺产生了毒性协同作用。 (3)拮抗作用(antagonistic effect)：两种或两种以上的毒物作用于机体，二者之间的毒性可以相互削弱，使其对机体产生的总效应小于各毒物单独效应之和，这种情况，称为拮抗作用(即1+12)。 (4)独立作用(independent effect)：两种或两种以上的毒物作用于机体，由于各自毒作用的受体、部位、靶器官不同，且所引起的生物学效应亦不相互干扰，各自表现各自的毒性效应，这种情况称为独立作用。 (5)加强作用(potentiation joint action)：一种化学物对某器官或系统并无毒性，但与另一种化学物同时暴露时使其毒性效应增强。六、靶器官 直接作用的组织器官称为毒作用的靶器官(target organ)。许多有毒化学物质都有自己特定器官。七、生物标志物生物标志物(biomarker，biological marker)是指各种环境(化学的、物理的和生物学的)因子对生物体作用所引起的机体组织器官、细胞、亚细胞水平的生理、生化、免疫和遗传等任何可测值的改变，也包括通过生物学屏障进入体内的化学物质或其代谢产物的可监测指标。生志物可分为暴露生物标志物、效应生物标志物和易感生物标志物三类。1)暴露生物标志物(kfiomarkers of exposure)是指各种组织、体液或排泄物中存在的外源性化学物质及其代谢产物，或它们与体内靶分子或细胞相互作用的产物。可提供有关化学物质暴露的信息。暴露生物标志物又分为体内剂量标志物和生物效应剂量标志物。(2) 效应生物标志物(biomarker of effect)是指在一定的暴露物作用下，机体产生的相应可测出的生理、生化、行为等方面的异常或病理组织学方面的改变。可以反映与不同靶剂量的化学物质或其代谢产物有关的对健康有害效应的信息。 (3)易感生物标志物(biomar-ker of susceptibility)是反映机体对化学物质毒作用敏感程度的信息。第二节 剂量一反应(效应)关系 一、剂量一反应(效应)关系的概念及意义 (1)剂量一反应关系：表示一种化学物的剂量与其在某一群体中引起某种反应强度的关系。 (2)剂量一效应关系(DER，dose；一effect relationship)：表示一种化学物的剂量与其在某一个体所呈现的效应之间的关系。分析剂量一反应(效应)关系的意义：如果某种受试物在某试验动物上出现某种损害作用，并且有剂量反应关系或剂量效应关系，说明此种损害作用肯定是该受试物所致。否则，就不能肯定这种损害作用是何种有害因素引起。 二、剂量一反应(效应)关系曲线及其转换 剂量一效应和剂量一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坐标，以剂量为横坐标，绘制散点图，可得出一条曲线，此即为剂量一效应或剂量反应关系曲线。(一)曲线类型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，即效应或反应与剂量的相关关系不同，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。 (2) 抛物线型。(3)S形曲线。(二)曲线转换第三节 毒性的表示方法 一、毒性指标毒性大小是以引起某种损害作用的剂量来表示的，也就是说剂量是描述毒性大小的指标。根据引起损害作用的程度不同，常用以下概念表示。1致死剂量(浓度)(LD，lethal dose或Lc，lethal coneentration)指引起实验动物死亡的剂量或浓度。 这一概念并没有明确一组实验动物中死亡动物数，即不能反映死亡程度。因此，致死量又具有下列不同概念。 (1)绝对致死剂量(浓度) 指引起全组实验动物全部死亡的最小剂量或浓度。 (2)半数致死剂量(浓度) 半数致死剂量或半数致死浓度是指引起受试动物组中一半动物死亡的剂量或浓度，也称致死中量。LD50的单位为mgkg体重。LD50数值越小，表示化合物毒性越强；反之，LD50数值越大， (3)最小致死剂量(浓度) 指引起实验动物组中个别动物死亡的剂量或浓度。 (4)最大耐受剂量(浓度) 指全组受试动物全部存活的最大剂量或浓度。 2最大无作用剂量最大无作用剂量是指受试物在一定时问内，以一定的方式和途径与机体接触，根据现今的认识水平，用目前最灵敏的检测方法和观察指标，未检查出对动物造成血液性、化学性、临床或病理生改变等损害作用的最大剂量，即未能观察到对机体造成任何损害作用或使机体出现任何异常夏应的最高剂量，也称为未观察到作用剂量或未观察到损害作习剂量(NOAEL，no observed adverse effect level)，也称为最高无毒剂量。常以此为基础制定某种外来化合物在食品中的每日允许摄人量(ADI，acceptable：，iaily intake：)和最高容许残留限量(MRL，maximalresidue limit)。 3最小有作用剂量最小有作用剂量是指在一定时间内，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。也称最低观察到损害作用的剂量，或称最低毒剂量(LTD)，或称阈剂量(threshold dose)。二、毒性的敏感指标 在上述各指标中。LD比较笼统，用它不能准确地说明一个化合物的毒性，故其不适合作毒性敏感指标。最小致死剂量MLD和绝对致死剂量LDm所以MLD和LDm常随实验动物的数量增减而变化。 前面分析了LD50可作为化合物急性毒性大小的敏感指标，LD50的确是一个化合物的重要毒理学参数，但它只是一个统计计算量，是试验动物群体反应的一个点估计，只反映了一半动物死亡、一半动物存活的剂量点的临界值，是一个质反应指标，所以，仅以L50还不能全面反映受试物的毒性特征。为了对此加以补充，提出了另一个毒理学参数，即毒作用带(toxicity efiect zone)，用它来描述化合物毒性危险性的大小。 毒作用带又分为急性毒作用带和慢性毒作用带。 1急性毒作用带(Zac，acute effect ZOrle) Zac一般是指化合物的毒性上限与毒性下限的比值。即指引起半数以上实验动物的死亡剂量与最低毒作用剂量之问的范围宽窄。 毒性上限常以LD50代表：毒性下限Lim ac以急性毒性阈剂量代表。 Zac值的大小反映急性毒性阈剂量至LD50之间范围的宽窄。Zac值越大，表明化合物引起急性毒性死亡的危险性越小；Zac值越小，表明化合物引起急性毒性死亡的危险性越大。但是，同一化合物的毒性阈值常会因不同实验室的条件不同及不同观察者观察水平不同而有差异。即受主观因素影响较大，必然会引起Zac值的变动较大。为此，有人主张使用LD84和LD16比值表示。因为LD84和LD16区间正好是剂量一反应关系曲 2慢性毒作用带(Zch，chronic toxicity effect zone)指从慢性毒性阈剂量Lira。到急性毒性阈剂量之间的距离，计算式为 第四节 食品中残留物与残留限量一、药物或化学物质残留食品中的残留物主要指在食品生产过程中为达到某种生产目的人为投放的一些化学物质。如植物性食物生产过程中投放的农药、化肥、植物生长调节剂等；畜牧及水产养殖过程中投放的兽药、饲料添加剂等。所以食品中的残留物常称药物或化学物质残留。药物或化学物质残留(drug or chemical residue)指动植物在应用药物或化学药品后，药物或比学药品的原形及其代谢产物可蓄积或贮留于动植物的组织器官内，这些在动植物组织中的贮驾物称为残留，残留又称残留物或残毒。残留物的表示单位为mg/kg或mgL，即10 -6(百万分之一)；gkg或斗gL，即10-9(十亿分之一)；ngkg或ngL，即10-12(万亿分之一)。二、残留限量食品中许多残留物是不可避免的，也就是说寻求获得绝对的无任何残留物的食品是不现实，但将其控制在一定的安全限量范围以内是通过努力可以实现的。所以，研究和制定合理的安全限量具有重要的现实意义。安全限量也称为安全限值，常有以下概念。1每日允许摄入量(ADI，acceptable daily intake)每日允许摄入量的简称为日许量。指人终生每日摄入某种化学物质，对健康没有任何已知的各种急性、慢性毒害作用等不良影响的剂量。即对健康不引起任何可觉察有害作用的剂量。 2最高容许残留量(MRL，tolerance level or maximalresidue limit)最高容许残留量简称容许量，也称最高残留限量，常缩写为MRL。是指允许在食物表面或内部残留药物或化学物质的最高含量(浓度)。具体来说，是指在屠宰或收获以及加工、贮存和销售等特定时期内，直到被人体消费时，食物中药物或化学物质残留的最高容许量或浓度。3暂行容许量(ternporary to toletance)暂行容许量是指在一定时期内有效的容许量，在掌握了新的资料以后再行修正。美国FDA、EPA和usDA常称暂行容许量为“行政容许量”或“临时容许量”。4参考残留限量(guideline level)参考残留限量是指在ADI及MRL尚未确定之前，而“暂行容许量”又被取消之后，提出的一个参考性残留量标准，以供有关机构工作中参考。5无关农药残留量(ext：raneous residuj limits)无关农药残留量也称为无意残留(unintentionalresidue)或称实际残留量(practical residu：)。6阈限值(TLV，threshhold limit value)阈限值是美国政府工业卫生学委员会(AcGIH)推荐的生产车间空气中有害物质的职业接触安全限值。其定义为绝大多数工人每天反复接触该类物质不致引起损害作用的浓度。7参考剂量(RfD)，reference：dose)参考剂量是由美国环境保护局(EPA)提出的用于非致癌物的危险度评价的一个指标。是环境介质(空气、水、土、食品)中，外源化学物质的平均接触剂量的估计值。人群在终生接触该剂量水平下，预期一生中发生非致癌或非致突变效应的危险度可降低至不能检出的程度。RfD是根据试验中可获得的NOAEL和LOAEL两个具体参数值计算而来。RfD=NOAEL(或LOAEL)SFMFSF(safety fhctor)为安全系数。根据毒理学试验所得的未观察到损害作用剂量(NOAEL)提出安全限值时，为解决由动物实验资料外推至人的不确定因素及人群毒性资料本身所包含的不确定因素而设置的转换系数。8基准剂量法(BMD，benchmark dose)三、休药期休药期(withdrawal time)也称为宰前清除时间(preslaughter withdrawal timej)或称廓清期(clearance period)或消除期(depletion period)。是指一种药物从给动物用药开始一直到允许屠宰及其产品许可上市的时间。 常见造成动物性食品中不合格残留的因素如下： 在休药期前屠宰动物； 屠宰前用药物掩饰临床症状，以逃避宰前检查； 用未经批准的药物添加剂饲喂动物； 药物标签上的用法指示不当，造成不符合规定的残留； 肉品中的抗生素残留，主要是滥用所致(不按应用限制规定，超剂量、长时期用药等)。四、食品中“三致物”“三致物”指致癌、致畸、致突变物。1致癌物(carcinogen)食品中常见致癌物如下。 多环芳烃类(多为56环物质)：苯并芘、3一甲基胆蒽、二苯蒽及二甲基苯蒽等。芳香胺类：启一萘胺、联苯胺、4一硝基联苯胺等。亚硝胺类：二甲基亚硝胺、二乙基亚硝胺、乙基丁基亚硝胺、甲基苄基亚硝胺、甲基亚硝基碌、亚硝基吗啉、亚硝基吡咯烷等。一些霉菌毒素：黄曲霉毒素、赭曲霉毒素、杂色曲霉毒素、展青霉素、环氯素、黄天精等一些重金属：Pb，Hg，As，Ni，cd，cr等。2致突变物(mutagen)致突变物是指对机体遗传物质具有致突变作用(mutagenesis)或称诱变作用的一些物质。致常见的致突变物有：黄曲霉毒素、岛青霉毒素、多环芳香烃、亚硝胺类、卤代烃类、多氯联苯、丙烯睛、环氧化物、甲基磺酸酯类、铬盐、有机汞、氮氧化物、环磷酰胺、氨甲喋啶等。3致畸物(teratogen)致畸物是指能引起子代产生先天性畸形的一些物质。致畸作用(teratogenesis)是致畸物在妊娠的关键阶段(胚胎的器官分化阶段)，通过母体作用于胚胎或胎儿，产生毒性作用，扰乱正常的分化，造成先天畸形。五、其他特殊毒性作用物质1致敏物食品中致敏物常与动物性食品生产过程中应用抗生素有关，如青霉素、磺胺、四环素及某些氨基糖甙类抗生素使用后在动物组织中的残留。有些过敏反应也常与接触一些异物有关，如香烟过敏、花粉过敏。有些个体甚至对食品中某些正常成分也敏感，如有些人对酒、鸡蛋、某些蔬菜等也产生过敏反应。2免疫抑制作用(immunosuppress effect)指某些化学物质进入机体以后，可使体内免疫反应过程的某个或多个环节发生障碍，使免疫功能受到不同程度的抑制。第五节 安全性评价及危险度评估一、安全性评价1安全性(safety)安全性是指机体在建议使用剂量和接触方式的情况下，该化学物不致引起损害作用的实际可靠性，即危险度达到可忽略的程度，称为具有安全性。2安全性评价(safety evaluation)在进行安全性评价时，首先是采用毒理学的试验方法和手段，在不同生物系统和不同染毒条啤下，对受试物的危害性进行系统的毒理学研究，然后对其安全性做出可以接受或是不可接受的鉴定。二、危险度评估1危险度(risk)危险度也称危险性，是指按一定条件，在一定时期内接触有害因素和从事某种活动所引起的有害作用的发生概率。例如，疾病发生率、损伤发生率、死亡率等。2危害鉴定(hazard identifieation)危害鉴定是危险度评价的定性阶段，目的是确定接触外源化学物是否可能产生损害作用，损害作用性质及其强度，化学物与损害效应之间有无因果关系。危害鉴定的依据主要包括：待评化学物的资料，如化学结构、理化特性等方面的基本资料，其中结构一活性关系对危害认定具有重要意义。人群流行病学调查资料，这对于危害鉴定中确定因果关系具有决定性意义。毒理学试验资料，毒理学试验是深入进行危害鉴定的主要依据。3危险度评估(risk assessment)基于毒理学试验资料、化学物接触资料和人群流行病学资料等科学数据的分析，对某种化合物在某种接触条件下对机体造成损害可能性的一个定量估计。一般是根据化合物对机体造成损害的能力和化合物与机体可能接触的程度，以定量的概念进行估计，以预期频率来表示，这种评估称为危险度评估。危险度评估的目的是确定可接受危险度水平和相应的实际安全剂量，为管理部门制定和修正卫生标准，制定相应法规，确定污染治理的先后次序，评价治理效果提供科学依据。4可接受危险度(acceptablerisk)是指公众及社会在精神及心理学方面对某种损害可以承受的危险度水平，也称为可接受危险度水平。例如，对于致癌性，一般认为接触某化学物终生所致癌的危险度在百万分之一或以下就认为是可接受的。这个危险度的发生概率10。，就认为是可接受危险度水平。5膳食暴露量评估(estimated toxic exposure)膳食暴露量评估是指对于通过食品及其他有关途径进入人体的危害物的定性和定量评估。如，膳食农药残留暴露量评估是以分析检测所得的膳食中农药实际残留水平和通过膳食调查所得的膳食摄人结构为基础进行的定量评估。6风险管理(risk management)指管理部门根据危险度评价结果，组织专家，综合技术、社会、经济及政治等因素，确定可接至龟险度水平，制定允许限量标准和管理措施，并以此为依据对外源化学物进行管理和监控。9