毒理学1绪论20143讲诉.pptx

毒理学基础毒理学基础公共卫生学院公共卫生学院 葛均辉葛均辉2014.3.7第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 毒理学概述毒理学概述第二节第二节 毒理学简史毒理学简史第三节第三节 毒理学研究方法毒理学研究方法目的要求目的要求掌握毒理学的概念及其主要的研究领域。掌握毒理学的概念及其主要的研究领域。掌握毒物、外源化学物、毒效应的概念。掌握毒物、外源化学物、毒效应的概念。了解毒理学的发展简史。了解毒理学的发展简史。初步了解毒理学的研究方法。初步了解毒理学的研究方法。第一节第一节 毒理学概述毒理学概述一、毒理学、毒物的概念一、毒理学、毒物的概念二、外源化学物二、外源化学物三、毒效应三、毒效应四、损害作用与非损害作用四、损害作用与非损害作用五、毒理学的研究领域五、毒理学的研究领域5天然天然人工合成人工合成化学物化学物截至截至美国东部美国东部时间时间2010年年10月月5日日11:31:00，CAS已登记已登记62 164 509种物质，并以每天种物质，并以每天4,000余种的速度增加。余种的速度增加。8 364万多万多已进入环境的常用化学物已进入环境的常用化学物 8-10万种万种每年进入市场的新化学物每年进入市场的新化学物 7 000种种药物农药，兽药化肥化妆品食品添加剂放射性物质生化武器中国人的生化食谱中国人的生化食谱蓝矾蓝矾“毒韭菜毒韭菜”甲醛白菜甲醛白菜 红心鸭蛋红心鸭蛋 结石宝宝结石宝宝瘦肉精猪肉瘦肉精猪肉“地沟油地沟油”尿素豆芽尿素豆芽塑化剂饮料塑化剂饮料白酒塑化剂事件白酒塑化剂事件硫磺熏姜硫磺熏姜工业明胶制作食品工业明胶制作食品皮鞋胶囊皮鞋胶囊立顿立顿“有机有机”茶茶重大化学品污染事件举例重大化学品污染事件举例山西朔州毒酒案山西朔州毒酒案1998年春节前，山西文水县不法分子用甲醇勾兑散年春节前，山西文水县不法分子用甲醇勾兑散装白酒，流向社会后，从装白酒，流向社会后，从1月月26日开始有人中毒。日开始有人中毒。短短几天，朔州、大同等地短短几天，朔州、大同等地 先后有数百名人饮用假酒先后有数百名人饮用假酒 中毒住院，其中近中毒住院，其中近30人死亡。人死亡。甲醇含量甲醇含量36.1g/100ml，超，超 过国家家标准过国家家标准902倍。倍。20河北白沟苯中毒事件河北白沟苯中毒事件2002年年3月月27日，央视日，央视“焦点访谈焦点访谈”播出河北省高碑店市白沟镇农民播出河北省高碑店市白沟镇农民工因苯中毒死亡事件。工因苯中毒死亡事件。以白沟镇为中心，带动周边乡镇，以白沟镇为中心，带动周边乡镇，形成了全国最大的箱包集散地，从形成了全国最大的箱包集散地，从业人员业人员30多万。多万。绝大多数属家庭作坊式生产经营，绝大多数属家庭作坊式生产经营，缺少通风设备和必要的劳动防护用缺少通风设备和必要的劳动防护用品，有的吃、住、工作在同一房间。品，有的吃、住、工作在同一房间。此次事故导致此次事故导致6人死亡。人死亡。2122南京汤山毒鼠强中毒事件南京汤山毒鼠强中毒事件2002年年9月月13日晚日晚11时许，南京市江宁区汤山时许，南京市江宁区汤山镇经营镇经营“菊红菊红”面食店的陈正平潜面食店的陈正平潜 入入“正武正武”面食店，将所携剧毒药面食店，将所携剧毒药“毒鼠强（四亚甲毒鼠强（四亚甲基二砜四胺）基二砜四胺）”投放到该店食品原料内。投放到该店食品原料内。次日造成次日造成395人中毒，人中毒，死亡死亡42人。人。主犯于当年主犯于当年10月被执月被执 行死刑。行死刑。23比利时比利时“二噁英二噁英”事件事件1999年年2月，比利时养鸡业者发现母鸡产蛋率月，比利时养鸡业者发现母鸡产蛋率下降，蛋壳坚硬，肉鸡出现病态反应。下降，蛋壳坚硬，肉鸡出现病态反应。据欧盟初步调查，发现饲料原料中含二噁英据欧盟初步调查，发现饲料原料中含二噁英（Dioxin）成分超过允许限量）成分超过允许限量200倍左右。倍左右。该饲料已售给超过该饲料已售给超过1500家养殖厂，其中包括家养殖厂，其中包括比利时的比利时的400 多家养鸡厂和多家养鸡厂和500余家养猪厂，余家养猪厂，并已输往德、法、荷。并已输往德、法、荷。4月月26日，对肉鸡脂肪的化验发现，二噁英的日，对肉鸡脂肪的化验发现，二噁英的含量超过含量超过WHO规定标准的规定标准的140倍。倍。246月月10日，我国卫生部就禁止经销比利时、荷兰、法日，我国卫生部就禁止经销比利时、荷兰、法国、德国国受二噁英污染食品发出紧急通知，决定国、德国国受二噁英污染食品发出紧急通知，决定暂停进口上述四国自暂停进口上述四国自1999年年1月月15日生产的乳制品、日生产的乳制品、畜禽类制品（包括原料、半成品）。已进口上述产畜禽类制品（包括原料、半成品）。已进口上述产品一律封存，暂停销售。品一律封存，暂停销售。6月月13日，由德阿纳领导的现任政府在全国大选中失日，由德阿纳领导的现任政府在全国大选中失利。次日，德阿纳及其领导的中左政府集体辞职。利。次日，德阿纳及其领导的中左政府集体辞职。造成的直接损失达造成的直接损失达3.55亿欧元，加上与此关联的食亿欧元，加上与此关联的食品工业，损失超过品工业，损失超过10亿欧元，对比利时出口的长远亿欧元，对比利时出口的长远影响可能高达影响可能高达200亿欧元。亿欧元。2526一、毒理学（一、毒理学（Toxicology）Toxic拉丁语拉丁语toxioustoxikon（箭毒，毒物）（箭毒，毒物）古希腊词古希腊词toxon（弓箭）（弓箭）-logy古希腊词古希腊词logos（描写）（描写）研究研究毒物毒物的科学。的科学。毒物毒物(poison，toxicant):在较低剂量下，在较低剂量下，可导致生物体损伤的物质。可导致生物体损伤的物质。非毒物？非毒物？27毒理学的传统定义毒理学的传统定义某些化学物的某些化学物的LD50化学物化学物物种物种途径途径 LD50多氯联苯多氯联苯小鼠小鼠经口经口15 000乙醇乙醇小鼠小鼠经口经口10 000氯化钠氯化钠小鼠小鼠腹腔腹腔 4 000 马拉硫磷马拉硫磷小鼠小鼠腹腔腹腔 1 375DDT大鼠大鼠经口经口 100尼古丁尼古丁小鼠小鼠经口经口 1河豚毒素河豚毒素大鼠大鼠静脉静脉 10-1肉毒素肉毒素大鼠大鼠静脉静脉 10-52829二、外源性化学物二、外源性化学物外源性化学物外源性化学物(xenobiotic)在人类生活的外界环境中存在、可能与机体接触在人类生活的外界环境中存在、可能与机体接触并进入机体，在体内呈现一定的并进入机体，在体内呈现一定的生物学作用生物学作用的化的化学物质，又称学物质，又称“外源生物活性物质外源生物活性物质”。内源性化学物内源性化学物 机体内存在的或代谢过程中形成的代谢物或中间机体内存在的或代谢过程中形成的代谢物或中间产物。产物。30三、三、现代毒理学现代毒理学研究外源因素（化学、物理和生物因素）对研究外源因素（化学、物理和生物因素）对生物体和生态系统的生物体和生态系统的有害效应有害效应、生物学机生物学机制，以及中毒的预防、诊断和救治的科学。制，以及中毒的预防、诊断和救治的科学。毒效应毒效应(adverse/harmful effect)：化学物对：化学物对生物体健康引起的有害作用。也叫毒（性）生物体健康引起的有害作用。也叫毒（性）作用、损害作用等。作用、损害作用等。铬31四、损害作用与非损害作用四、损害作用与非损害作用1 1、损害作用损害作用所致的机体生物学改变是持久的和不可逆的；所致的机体生物学改变是持久的和不可逆的；造成机体功能的各项指标改变；造成机体功能的各项指标改变；维持体内的稳态能力下降；维持体内的稳态能力下降；对额外应激状态的代偿能力降低；对额外应激状态的代偿能力降低；对其他环境有害因素的易感性提高；对其他环境有害因素的易感性提高；使机体正常形态、生长发育过程受到影响；使机体正常形态、生长发育过程受到影响；寿命缩短。寿命缩短。下列代谢和生化方面的改变也被认为是损害作用：下列代谢和生化方面的改变也被认为是损害作用：化学毒物的剂量增加，机体对它的代谢速率反而化学毒物的剂量增加，机体对它的代谢速率反而降低，或消除速率减慢；降低，或消除速率减慢；代谢过程中的某些关键酶受到抑；代谢过程中的某些关键酶受到抑；酶系统中两种酶的相对活性比值发生改变；酶系统中两种酶的相对活性比值发生改变；某些酶受到抑制后，致使相关的天然底物浓度增某些酶受到抑制后，致使相关的天然底物浓度增高，造成机体的功能紊乱；或在负荷试验中，对高，造成机体的功能紊乱；或在负荷试验中，对专一性底物的代谢和消除能力降低。专一性底物的代谢和消除能力降低。32332 2、非损害作用非损害作用非损害作用所致机体发生的一切生物学变化都是暂非损害作用所致机体发生的一切生物学变化都是暂时的和可逆的，应在机体代偿能力范围之内；时的和可逆的，应在机体代偿能力范围之内；不造成机体形态、生长发育过程及寿命的改变；不造成机体形态、生长发育过程及寿命的改变；不降低机体维持稳态的能力和对额外应激状态代偿不降低机体维持稳态的能力和对额外应激状态代偿的能力；的能力；不影响机体的功能容量；不影响机体的功能容量；不引起机体对其他环节有害因素的易感性增高。不引起机体对其他环节有害因素的易感性增高。34损害作用与非损害作用都属于外源化学物在机体内损害作用与非损害作用都属于外源化学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具有一定的相对意义相对意义。35正常值和对照正常值和对照正常值正常值：通常选定一群按照目前认识水平可以认：通常选定一群按照目前认识水平可以认为是为是“健康健康”或或“正常正常”的个体，进行某项观察指的个体，进行某项观察指标测定，计算其正常值范围。标测定，计算其正常值范围。mean1.96s对照对照：对照组除了实验因素（如用药剂量）不同以：对照组除了实验因素（如用药剂量）不同以外，其他一切条件应与用药组完全一致，如各组动外，其他一切条件应与用药组完全一致，如各组动物的性别、体重、品系、对照组所用的溶剂、容量物的性别、体重、品系、对照组所用的溶剂、容量等均应与给药组相同。等均应与给药组相同。历史对照历史对照五、五、毒理学的研究领域毒理学的研究领域 描述毒理学描述毒理学机制毒理学机制毒理学管理毒理学管理毒理学361 1、描述毒理学、描述毒理学外源化学物的外源化学物的毒性鉴定毒性鉴定。通过动物实验、体外试验获得外源化学通过动物实验、体外试验获得外源化学物暴露对人类和环境危险性评价资料。物暴露对人类和环境危险性评价资料。为管理毒理学提供科学数据。为管理毒理学提供科学数据。为机制毒理学提供线索。为机制毒理学提供线索。372 2、机制毒理学、机制毒理学研究生物有害因素对生物系统产生损害研究生物有害因素对生物系统产生损害作用的作用的细胞、生化、分子机制细胞、生化、分子机制。化学物化学物“如何如何”和和“为什么为什么”会干扰生会干扰生物系统机能并导致毒理效应。物系统机能并导致毒理效应。383 3、管理毒理学、管理毒理学依据描述毒理学和机制毒理学的研究资依据描述毒理学和机制毒理学的研究资料进行。料进行。涉及法律的制定及法规的授权，研究任涉及法律的制定及法规的授权，研究任务是减少有毒物质对人类健康和环境的务是减少有毒物质对人类健康和环境的危害。危害。包括立法、风险评估等。包括立法、风险评估等。39我国相关化学品的我国相关化学品的管理法规管理法规药品管理法药品管理法职业病防治法职业病防治法食品卫生法（食品添加剂、新资源食品、食品卫生法（食品添加剂、新资源食品、保健食品）保健食品）化妆品监督条例化妆品监督条例农药管理条例农药管理条例危险化学品安全管理条例危险化学品安全管理条例监控化学品管理条例监控化学品管理条例消毒管理办法消毒管理办法40五、毒理学的学科分支五、毒理学的学科分支1 1、按研究对象分、按研究对象分金属毒理学金属毒理学农药毒理学农药毒理学放射毒理学放射毒理学有机溶剂毒理学有机溶剂毒理学微量元素毒理学微量元素毒理学412 2、按靶器官分、按靶器官分神经毒理学神经毒理学肝脏毒理学肝脏毒理学肾脏毒理学肾脏毒理学皮肤毒理学皮肤毒理学免疫毒理学免疫毒理学生殖和发育毒理学生殖和发育毒理学3 3、按作用机制分、按作用机制分分子毒理学分子毒理学膜毒理学膜毒理学细胞毒理学细胞毒理学生化毒理学生化毒理学遗传毒理学遗传毒理学424 4、按应用领域分、按应用领域分卫生毒理学卫生毒理学药物毒理学药物毒理学临床毒理学临床毒理学兽医毒理学兽医毒理学军事毒理学军事毒理学航天毒理学航天毒理学5 5、其他、其他 时间毒理学时间毒理学 纳米毒理学纳米毒理学 地理毒理学地理毒理学 比较毒理学比较毒理学43第二节第二节 毒理学毒理学简史简史u 古代时期古代时期u 中世纪时期中世纪时期u 启蒙时期启蒙时期u 现代毒理学现代毒理学u“二战二战”以后以后44一、一、古代对毒物和毒性的认识古代对毒物和毒性的认识 萌芽，萌芽，50005000前前(3000-2000 BC)(3000-2000 BC)，远古社，远古社会会误食中毒：动物毒液和植物的浆汁。误食中毒：动物毒液和植物的浆汁。狩猎、战争和谋杀。狩猎、战争和谋杀。在人类有文字记载之前，对这类天然毒物在人类有文字记载之前，对这类天然毒物有了初步认识，并能区分有害和安全植物、有了初步认识，并能区分有害和安全植物、毒蛇和其他动物。毒蛇和其他动物。45有文字记载也有有文字记载也有40004000多年历史多年历史 神农本草经神农本草经、黄帝内经黄帝内经。1500 BC1500 BC古埃及医书中已记载古埃及医书中已记载PbPb、CuCu、AsAs等等有毒物质。有毒物质。我国宋代宋慈我国宋代宋慈洗冤集录洗冤集录，明朝李时珍，明朝李时珍本草纲目本草纲目等也记载了有关毒物。等也记载了有关毒物。古印度、古希腊及古罗马等有关文献中都有古印度、古希腊及古罗马等有关文献中都有关于有毒植物（毒芹）和矿物的描述，积累关于有毒植物（毒芹）和矿物的描述，积累了关于有毒物质及中毒的知识。了关于有毒物质及中毒的知识。400 BC400 BC旧约圣经旧约圣经中的中的约伯记约伯记对箭毒对箭毒有所描述。有所描述。46古希腊盲诗人荷马（古希腊盲诗人荷马（HomerHomer，约，约600 BC600 BC）的著）的著名史诗名史诗奥德赛奥德赛中，有主人公奥德修斯把中，有主人公奥德修斯把毒涂在箭上的文字描述。毒涂在箭上的文字描述。处决犯人、自杀、政治谋杀。处决犯人、自杀、政治谋杀。苏格拉底苏格拉底古埃及克利欧佩特拉女王（埃及艳后）让一古埃及克利欧佩特拉女王（埃及艳后）让一条毒蛇咬死自己。条毒蛇咬死自己。罗马暴君尼禄（罗马暴君尼禄（37-6837-68年）毒死异母兄弟。并年）毒死异母兄弟。并令其奴隶们通过品尝以区分有毒和可食用的令其奴隶们通过品尝以区分有毒和可食用的蘑菇。蘑菇。47二、中世纪时期二、中世纪时期文艺复兴之前，迈蒙尼德文艺复兴之前，迈蒙尼德(Maimonides)Maimonides)发表发表了了毒物与解毒毒物与解毒，记述了治疗昆虫蛮咬、，记述了治疗昆虫蛮咬、毒蛇和狂犬咬伤的方法。注意到牛奶、奶酪毒蛇和狂犬咬伤的方法。注意到牛奶、奶酪和黄油可以延缓小肠对毒物吸收，并且对当和黄油可以延缓小肠对毒物吸收，并且对当时流行的某些不科学的中毒治疗方法进行了时流行的某些不科学的中毒治疗方法进行了驳斥或提小了质疑。驳斥或提小了质疑。文艺复兴早期，意大利人把施毒艺术推到了文艺复兴早期，意大利人把施毒艺术推到了顶峰，施毒者成了政治舞台上一个不可或缺顶峰，施毒者成了政治舞台上一个不可或缺的组成部分。佛罗伦萨和威尼斯市政议会的的组成部分。佛罗伦萨和威尼斯市政议会的记录里，都有许多用毒物搞政治谋杀的证言，记录里，都有许多用毒物搞政治谋杀的证言，包括受害人的姓名、报酬、谋杀合同以及谋包括受害人的姓名、报酬、谋杀合同以及谋杀后付款的交易记录。杀后付款的交易记录。含砷有毒化妆品。含砷有毒化妆品。48三、启蒙时代毒理学三、启蒙时代毒理学产业革命前产业革命前 由于中毒、毒杀、误服由于中毒、毒杀、误服法医毒理学法医毒理学。化学药物的合成化学药物的合成药物毒理学药物毒理学。毒理学试验研究始于毒理学试验研究始于1616世纪，由瑞士医生世纪，由瑞士医生帕拉切尔苏斯帕拉切尔苏斯(Paracelsus)奠定基础，他的奠定基础，他的许多革命性思想和观点至今仍然是当代毒许多革命性思想和观点至今仍然是当代毒理学、药理学和治疗学体系中不可或缺的理学、药理学和治疗学体系中不可或缺的重要组成都分。重要组成都分。49ParacelsusParacelsus的贡献的贡献检测生物体对化学物的反应需检测生物体对化学物的反应需 进行进行实验观察实验观察和研究。和研究。应注意区别治疗作用和毒性作用应注意区别治疗作用和毒性作用 （剂量剂量），），治疗作用和毒性作用治疗作用和毒性作用 同是化学物的特性同是化学物的特性。Paracelsus还根据这些原理，开始用汞来治疗梅毒，还根据这些原理，开始用汞来治疗梅毒，并且沿用了并且沿用了300300多年。多年。50Paracelsus(1493-1541)提出了提出了毒物是化学物毒物是化学物的概念：的概念：所有物质都是毒物，没有任何物质不是毒所有物质都是毒物，没有任何物质不是毒物。物。药物和毒物之间只有剂量的差别。药物和毒物之间只有剂量的差别。物质本身不能成为毒物，只有剂量才能使物质本身不能成为毒物，只有剂量才能使某种物质成为毒物。某种物质成为毒物。51产业革命后（产业革命后（1919世纪）世纪）职业中毒职业中毒工业毒理学工业毒理学。1515世纪，人们开始注意到与金属制造加工有关世纪，人们开始注意到与金属制造加工有关的职业危害。的职业危害。Paracelsus发表发表采矿病与矿工的其他疾患采矿病与矿工的其他疾患，阐述了矿工病的病因、治疗和预防策略。阐述了矿工病的病因、治疗和预防策略。17751775年，英国医生年，英国医生Percival Pott，首先发现烟，首先发现烟囱清扫工患阴囊癌与煤烟接触有关。这是多环囱清扫工患阴囊癌与煤烟接触有关。这是多环芳烃的致癌性的最早报道，其致癌性至今仍然芳烃的致癌性的最早报道，其致癌性至今仍然是困扰毒理学家的一个问题。是困扰毒理学家的一个问题。5218251825年，合成了光气和芥子气。两者都被作为战争毒气年，合成了光气和芥子气。两者都被作为战争毒气用于第一次世界大战。用于第一次世界大战。至至18801880年，已合成上万种年，已合成上万种有机化合物有机化合物，包括氯仿、四氯，包括氯仿、四氯化碳、乙醚和碳酸，石油和煤炭气化的副产品开始商业化碳、乙醚和碳酸，石油和煤炭气化的副产品开始商业交易。交易。确定这些新合成的化合物的潜在毒性，构成毒理学的科确定这些新合成的化合物的潜在毒性，构成毒理学的科学基础。学基础。随着有机化学的成长，实验毒理学在随着有机化学的成长，实验毒理学在1919世纪获得了迅速世纪获得了迅速发展。发展。18181818年，西班牙医生年，西班牙医生奧尔菲拉奧尔菲拉(Orfila)在法庭上系统地在法庭上系统地用尸检材料和化学分析方法作为中毒的法律证据，他采用尸检材料和化学分析方法作为中毒的法律证据，他采用的这类分析方法，成为法医毒理学的基础。用的这类分析方法，成为法医毒理学的基础。53三、现代毒理学三、现代毒理学1850s1850s后期，随着麻醉剂和抗感染药物的出现及后期，随着麻醉剂和抗感染药物的出现及实验药理学的进展，毒理学进入的现代纪元。实验药理学的进展，毒理学进入的现代纪元。维生素的发现，促成了首次进行大规模的生物维生素的发现，促成了首次进行大规模的生物测试（动物实验），以确定这些测试（动物实验），以确定这些“新新”化合物化合物究竟是有益还是有害。开发或验证了许多早期究竟是有益还是有害。开发或验证了许多早期的的毒理学实验方法毒理学实验方法。毒理学的一个重要进展，即培育和改良毒理学的一个重要进展，即培育和改良纯种啮纯种啮齿类实验动物齿类实验动物。1920s1920s，使用砷制剂治疗疾病如梅毒引起急性和，使用砷制剂治疗疾病如梅毒引起急性和慢性毒性。美国的禁酒，打开了神经毒理学早慢性毒性。美国的禁酒，打开了神经毒理学早期研究的大门。期研究的大门。54二战时期，随着药物、农药、军火、合成纤维二战时期，随着药物、农药、军火、合成纤维和化学物的大量生产，毒理学得到急速的发展。和化学物的大量生产，毒理学得到急速的发展。1937，“磺胺事件磺胺事件”；次年，通过了；次年，通过了联邦食联邦食品、药物和化妆品法品、药物和化妆品法。1939，Paul Hermann Mller发明发明DDT等有机等有机氯杀虫剂。氯杀虫剂。俄罗斯科学家发现，某些抗疟疾化合物引起人俄罗斯科学家发现，某些抗疟疾化合物引起人视网膜病，但对啮齿类和狗无效应，用灵长类视网膜病，但对啮齿类和狗无效应，用灵长类测试毒性开始兴起，测试毒性开始兴起，灵长类灵长类成为人类更好的动成为人类更好的动物模型。物模型。1952，Gerhard Schrader合成合成有机磷化合物。有机磷化合物。55四、二战以后四、二战以后二战后，工农业快速发展，特别是化学工业，二战后，工农业快速发展，特别是化学工业，导致环境污染严重，发生许多公害事件。导致环境污染严重，发生许多公害事件。1955年，年，Lehman出版出版食品、药品和化妆品食品、药品和化妆品中化学物的安全性评价中化学物的安全性评价。提出提出安全系数安全系数（safety factor,SF），），ADI的概的概念。念。561961，反应停（，反应停（Thalidomide）571962，Rachel Carson，寂静的春天寂静的春天(Silent Spring)1960s后期，毒理学的分析方法发展到一后期，毒理学的分析方法发展到一个新的水平。个新的水平。生化和遗传学飞速发展，为毒理学发展生化和遗传学飞速发展，为毒理学发展提供理论基础。提供理论基础。欧美一些国家制订了有关法规。欧美一些国家制订了有关法规。59FDAFDA于于19781978年，年，EPAEPA于于19801980年制订并颁布了优年制订并颁布了优良实验室规范良实验室规范(Good Laboratory Practice，GLP)。标准操作规程（标准操作规程（SOPs）。）。近年来，在毒理学研究中提倡近年来，在毒理学研究中提倡3Rs，即，即替代替代(replace)整体试验方法、整体试验方法、减少减少(reduce)动物使动物使用数量和用数量和优化优化(refine)操作操作技术。技术。60第四节第四节 毒理学毒理学研究方法研究方法u 体内试验体内试验u 体外试验体外试验u 人体或人群研究人体或人群研究61可分为六个层次可分为六个层次1 1、构、构-效关系效关系2 2、分子水平、分子水平3 3、细胞水平、细胞水平4 4、器官和组织水平、器官和组织水平5 5、整体动物水平、整体动物水平6 6、人体（个体）观察、人体（个体）观察7 7、群体观察（流行病学研究）、群体观察（流行病学研究）62体外试验体外试验 in vitro体内试验体内试验 in vivo人体（群）研究人体（群）研究一、构-效关系（Structure-Activity Relationship）构-效关系（SAR）定量构-效关系（QSAR）预测化学物的毒性毒性实验筛检二、分子水平二、分子水平研究化学物与从小分子如乙酰胆碱到核酸、研究化学物与从小分子如乙酰胆碱到核酸、蛋白质、多糖、受体、生物膜等生物大分蛋白质、多糖、受体、生物膜等生物大分子的相互作用。子的相互作用。也可在整体动物染毒后，提取组织的也可在整体动物染毒后，提取组织的DNADNA，分析，分析DNADNA加合物、基因突变的部位等。加合物、基因突变的部位等。在深入揭示化学物作用机制方面有独特的在深入揭示化学物作用机制方面有独特的作用。作用。64三、细胞水平三、细胞水平原代细胞：原代细胞：从动物或人的脏器新分离的从动物或人的脏器新分离的细胞。细胞。传代细胞：细胞系或细胞株。传代细胞：细胞系或细胞株。细胞器。细胞器。用于外源化学物对机体急性毒作用的初步用于外源化学物对机体急性毒作用的初步筛检、作用机制和代谢转化过程的深入观筛检、作用机制和代谢转化过程的深入观察研究。察研究。缺点缺点：体外试验系统缺乏整体毒物动力学：体外试验系统缺乏整体毒物动力学过程，并且难以研究外源化学物的慢性毒过程，并且难以研究外源化学物的慢性毒作用。作用。65四、器官水平四、器官水平器官灌流技术。器官灌流技术。器官灌流模型中细胞的整体性、细胞间的空器官灌流模型中细胞的整体性、细胞间的空间关系仍维持原状。间关系仍维持原状。可用于研究该器官与毒物的相互作用、化学可用于研究该器官与毒物的相互作用、化学物的代谢、毒物动力学或毒物的作用方式等。物的代谢、毒物动力学或毒物的作用方式等。维持器官存活状态的时间有限，必须在器官维持器官存活状态的时间有限，必须在器官死亡前完成试验。死亡前完成试验。体内试验与体外试验的重要桥梁。体内试验与体外试验的重要桥梁。心、肝、肾、肺、脑、小肠等。心、肝、肾、肺、脑、小肠等。66五、体内试验（五、体内试验（in vivoin vivo）毒理学将外源化学物对人体的有害作用称为毒理学将外源化学物对人体的有害作用称为中毒原型中毒原型。对人体的有害作用是毒理学研究的最终对象，对人体的有害作用是毒理学研究的最终对象，但很难得到必要的资料，须借助于但很难得到必要的资料，须借助于动物模型动物模型研究。研究。动物特别是哺乳动物和人体在解剖、生理和动物特别是哺乳动物和人体在解剖、生理和生化代谢过程方面有很多相似之处，这是利生化代谢过程方面有很多相似之处，这是利用动物实验的结果可以用动物实验的结果可以外推外推到人的基础。到人的基础。67实实验验动动物物多多采采用用哺哺乳乳动动物物，如如大大鼠鼠、小小鼠鼠、豚豚鼠鼠、家家兔兔、仓仓鼠鼠、狗狗和和猴猴等等。在在特特殊殊需需要要情情况况下下，也也采用鱼类或其他水生生物、鸟类、昆虫等。采用鱼类或其他水生生物、鸟类、昆虫等。多多用用于于检检测测外外源源化化学学物物的的一一般般毒毒性性，例例如如急急性性毒毒性性试试验验，亚亚急急性性毒毒性性试试验验、亚亚慢慢性性毒毒性性试试验验和和慢慢性毒性试验等。性毒性试验等。优优点点：可可严严格格控控制制接接触触条条件件，测测定定多多种种类类型型的的毒毒作用。作用。68动物毒性实验的原则动物毒性实验的原则原则一：化学物对实验动物产生的作用可原则一：化学物对实验动物产生的作用可以外推于人。以外推于人。两个基本假设：两个基本假设：人是最敏感的动物物种；人是最敏感的动物物种；人和实验动物的生物学过程包括化学物人和实验动物的生物学过程包括化学物的代谢，与体重（或体表面积）相关。的代谢，与体重（或体表面积）相关。69原则二：实验动物必须暴露于高剂量。这是原则二：实验动物必须暴露于高剂量。这是发现对人潜在危害的必需的和可靠的方法。发现对人潜在危害的必需的和可靠的方法。随剂量或暴露增加，群体中效应发生率增加。随剂量或暴露增加，群体中效应发生率增加。毒性试验的设计并不是为了证明化学品的安全毒性试验的设计并不是为了证明化学品的安全性，而是为了探讨化学品可能产生的毒作用。性，而是为了探讨化学品可能产生的毒作用。试验中动物的数量远少于处于暴露中的人群。试验中动物的数量远少于处于暴露中的人群。70原则三：成年、健康（雄性和雌性末孕）原则三：成年、健康（雄性和雌性末孕）动物和人可能的暴露途径是基本的选择。动物和人可能的暴露途径是基本的选择。选用成年的健康（雄性和雌性未孕）实验动选用成年的健康（雄性和雌性未孕）实验动物是为了使实验结果具有代表性和可重复性。物是为了使实验结果具有代表性和可重复性。外源化学物以不同途径染毒，实验动物表现外源化学物以不同途径染毒，实验动物表现的毒性可有很大差异的毒性可有很大差异 。71动物实验的局限性动物实验的局限性外推：外推：实验动物和人对外源化学物的反实验动物和人对外源化学物的反应敏感性不同，有时甚至存在着质的差应敏感性不同，有时甚至存在着质的差别。别。有些化学物在有些化学物在高剂量高剂量和低剂量的毒性作和低剂量的毒性作用规律并不一致。用规律并不一致。毒理学实验所用毒理学实验所用动物数量动物数量有限，发生率有限，发生率很低的毒性反应往往难以发现。很低的毒性反应往往难以发现。72实验动物都是实验室培育的品系，一般实验动物都是实验室培育的品系，一般选用成年健康动物，反应较单一。选用成年健康动物，反应较单一。体体内内试试验验影影响响因因素素较较多多，难难以以进进行行代代谢谢和机制研究。和机制研究。耗资大、费时多，难以满足日益增长的耗资大、费时多，难以满足日益增长的毒理学研究的需求。毒理学研究的需求。五、人体观察五、人体观察临床观察临床观察：对短期或长期接触药物或环境化：对短期或长期接触药物或环境化学物的人体的直接观察。主要通过药物的临学物的人体的直接观察。主要通过药物的临床试验研究和中毒病人的治疗处理，来直接床试验研究和中毒病人的治疗处理，来直接获得关于人体的毒理学资料，是临床毒理学获得关于人体的毒理学资料，是临床毒理学的主要研究内容。的主要研究内容。人体志愿者试验人体志愿者试验：通过设计一些不损害人：通过设计一些不损害人体健康的受控的实验，但仅限于体健康的受控的实验，但仅限于低浓度、短低浓度、短时间时间的接触，并且的接触，并且毒作用轻微、有可逆性毒作用轻微、有可逆性。74六、流行病学研究六、流行病学研究环境中存在的外源化学物，可用流行病学方法，环境中存在的外源化学物，可用流行病学方法，将动物实验的结果进一步在人群调查中验证。将动物实验的结果进一步在人群调查中验证。或从对人群的直接观察中，取得动物实验所不或从对人群的直接观察中，取得动物实验所不能获得的资料。能获得的资料。接触条件真实接触条件真实。观察对象包括全部个体，易于发现过敏体质和观察对象包括全部个体，易于发现过敏体质和易感个体。易感个体。通过长期观察，可获得制订（修订）卫生标准通过长期观察，可获得制订（修订）卫生标准的资料，以及制定预防措施的依据。的资料，以及制定预防措施的依据。75利用流行病学方法不仅可研究已知环境因素利用流行病学方法不仅可研究已知环境因素（外源化学物）对人群健康的影响（外源化学物）对人群健康的影响（从因到从因到果果），还可对已知疾病的环境病因进行探索），还可对已知疾病的环境病因进行探索（从果到因从果到因）。）。流行病学研究流行病学研究干扰因素多干扰因素多。测定的毒效应还不够深入，有关的生物学标测定的毒效应还不够深入，有关的生物学标志还有待于发展。志还有待于发展。76人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。