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剂量一效应关系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替代法又称“3R”法优化试验方法和技术,减少受试动物的数量和痛苦,取代整体动物实验的方法毒效应谱
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甚至死亡毒作用的类型
①速发性或迟发性作用;
②局部或全身作用;
③可逆或不可逆作用;
④超敏反应
⑤特异质反应急性毒作用带为半数致死剂量与急性阈剂量的比值,表示为Zac=LD50/LimaCo 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为急性阈剂量与慢性阈剂量的比值,表示为Zch=Limac/Limcho 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选择性毒性水平可发生在物种之间、个体内(易感器官为靶器官)和群体内(易感人群为高危人群三个水平原因
①物种和细胞学差异;
②不同生物或组织器官对化学物质生物转化过程的差异;
③不同组织器官对化学物质亲和力的差异;
④不同组织器官对化学物质所致损害的修复能力的差异毒性和毒效应的区别毒性是化学物固有的生物学性质,我们不能改变化学物的毒性毒效应是化学物毒性在某些条件下引起机体健康有害作用的表现,改变条件就可能影响毒效应ADME过程吸收是外源化学物从机体的接触部位透过生物膜屏障进入血液的过程分布是指外源化学物吸收后随血液或淋巴液分散到全身组织器官的过程代谢排泄外源性化学物及代谢产物由机体向外转运的过程,是机体中物质代谢过程中最后一个重要环节毒理学研究方法的优缺点
①流行病学研究优真实的暴露条件;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缺耗资、耗时多;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
②受控的临床研究优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;能测定效应的强度缺: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
③体内试验优易于控制暴露条件;能测定多种效应;能评价宿主持征的作用;能评价机制缺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
④体外试验优影响因素少,易于控制;可进行某些深入的研究;人力物力花费较少缺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药物引起呼吸系统毒性的机制并举例吗啡引起呼吸中枢抑制;箭毒生物碱:引起呼吸肌麻痹;吠喃妥因介导的氧化损伤;多柔比星细胞毒药物对肺泡的直接损害;胺碘酮细胞内磷脂的沉积;紫杉醇介导P物质的释放;环磷酰胺:致癌变作用常用的致突变试验细菌回复突变试验(Ames试验)、微核试验、染色体畸变分析、姐妹染色单体交换试验SCE、果蝇伴性隐性致死试验、显性致死试验、程序外DNA合成试验、单细胞凝胶电泳试验传统致畸试验要点传统常规致畸试验是评定外源化学物是否具有致畸作用的标准方法,动物首选大鼠(小鼠和家兔),可以作为致畸试验阳性对照物的是维生素A、敌枯双、五氯酚钠微核试验MNT原理是染色体或染色单体的无着丝点断片或纺锤丝受损伤而丢失整个染色体,在细胞分裂后期遗留在胞质中,单独形成的次核,因其比主核小,故称微核检测的终点染色体或染色单体的损伤;纺锤丝的损伤Ames试验原理(细菌回复突变试验)是利用突变体的测试菌株,观察受试动物能否纠正或补偿突变体所携带的突变改变,判断其致突变性发育毒性概念出生前后接触有害因素,子代个体发育为成体之前诱发的任何有害影响表现发育生物体死亡,生长改变,结构异常,功能缺陷致突变试验的遗传学终点
①DNA完整性的改变
②DNA重排或交换
③DNA碱基序列改变
④染色体完整性改变
⑤染色体分离改变急性毒性实验的目的
①通过实验测定毒物的致死剂量以及其他急性毒性参数,以LD50为最主要参数;
②通过观察动物中毒表现,毒作用强度和死亡情况,初步评价毒物对机体的毒作用效应特征、靶器官、剂量-反应关系和对人体产生所害的危险性;
③为后续的重复剂量、亚慢性和慢性毒性实验研究以及其他毒理实验提供接触剂量设计依据;
④提供毒理学机制研究的初步线索急性毒性试验方法的要点
①物质蓄积试验动物反复多次接触化学物后,用化学分析方法能够测得机体内存在该化学物或其代谢产物
②功能蓄积有的化学物在长期接触后,机体内虽不能测出其原型或代谢产物,却出现了慢性毒性作用
③亚慢性毒性是指人或实验动物连续接触较长时间,较大剂量的化学毒物所产生的中毒效应亚慢性毒性试验⑴实验动物的选择一种为啮齿类,另一种为非啮齿类,以便全面了解受试物的毒性特征由于亚慢性毒性试验期较长,所以被选择动物的体重(年龄)应较小⑵染毒方式、剂量选择、染毒期限尽量选择和人类接触途径相似的方式,尽量与预期进行的慢性毒性作用研究的接触途径相一致
①经口染毒灌胃法、喂饲法、胶囊法,大小鼠建议灌胃,犬胶囊法或灌胃法受试物掺入饲料的最大量有严格的规定,30天试验不得超过10g/100g饲料,亚慢性90天试验不得超过8g/100g饲料,慢性试验不得超过5g/100g饲料,否则会影响动物的营养状况,从而影响生长发育亚慢性毒性试验每日染毒的时间应保持一致,一般在每日上午进行,给药后喂食
②经呼吸道染毒通常每日2-6h,工业毒物可以缩短至lh,环境污染物可延长至8h
③经皮染毒每天6h,每周对染毒部位脱毛一次
④经静脉注射染毒长期操作实施困难,必要时可用腹腔替代亚慢性和慢性毒性试验的观察指标
①一般观察观察实验动物的进食量、体重、外观体征和行为活动、粪便性状等;
②实验室检测项目血液学指标、血液生化学指标、系统尸解和病理组织学检查、可逆性观察、指标观察时间、特异性指标及其他静式与动式吸入染毒法的优缺点⑴静式实验动物置于一个有一定体积的密闭容器内,加入定量的易挥发的液态化合物或一定体积的气态化合物,在容器内形成所需要的受试化合物浓度的空气环境染毒柜体积、动物数、时间,依据实验动物最低需气量计算
①优点设备简单、操作方便、经济、受试物消耗少,适合于小鼠方
②缺点氧气减少,浓度不稳定,经皮吸收,不适合稍大动物⑵动式采用机械通风为动力,连续不断地将含有已知浓度受试物的新鲜空气送入染毒柜内,并排出等量的污染气体,使染毒浓度保持相对稳定动式吸入染毒装置的组成染毒柜、机械通风系统、配气系统
①优点受试物浓度和氧分压比较稳定,特别适于低浓度、长时间的慢性吸入染毒及大动物急性吸入染毒
②缺点设备要求高,消耗受试物量很大,操作比较复杂,费时费工,易于污染操作室环境亚慢性毒性实验的目的
①研究受试物亚慢性毒性剂量一反应关系,确定未观察到有害作用的剂量和其观察到有害作用的最低剂量,提出安全限量参考值
②观察受试物亚慢性毒性效应谱,毒作用特点和毒作用靶器官.
③观察受试物亚慢性毒性作用的可逆性.
④为慢性毒理实验的剂量设计和观察指标提供依据.
⑤为在其他实验中发现的或未发现的毒作用提供新的信息,比较不同动物物种毒效应的差异,为受试物毒性机制研究和将研究结果外推到人提供依据五种类型毒性相互作用
①相加作用指每一化学物以相同的方式,相同的机制,作用于相同的靶,仅仅他们的效力不同它们对机体产生的毒效应等于各个外源化合物单独对机体所产生效应的算术总和.
②独立作用当两种或两种以上外源化合物对机体作用,其作用的部位一靶器官不同,而且各自的靶部位或靶器官之间生理关系较为不密切,此时各外源化合物的毒性效应表现为各自的毒性效应.
③两种或两种以上的外源化合物对机体所产生的总毒性效应大于各个外源化合物单独对机体的毒效应总和,即毒性增强.
④增强作用一种化合物对某些器官或系统并无毒性,但与另一种化合物同时或先后暴露时使其毒性效应增强,即为加强作用.
⑤拮抗作用两种或两种以上外源化合物对机体所产生的联合毒性效应低于各个外源化合物单独毒性效应的总和终毒物的四种类型⑴亲电子剂指含有一个缺电子原子(带部分或全部正电荷)的分子⑵自由基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⑶亲核物;⑷活性氧化还原反应物一种特殊的产生氧化还原活性还原剂的机制靶分子反应的类型:⑴非共价结合:通过非极性交互作用或氢键与离子键的形成,具有代表性的是毒物与膜受体、细胞内受体、离子通道以及某些酶等靶分子的交互作用⑵共价结合亲电子剂以共价结合方式与靶分子结合⑶去氢反应自由基可迅速从内源化合物去除氢原子,将这些化合物转变为自由基
(4)电子转移⑸酶促反应急性毒性试验动物大鼠为首选的啮齿类动物,动物要求刚成年,健康,未曾交配和受孕的,试验动物的体重与年龄有一定的关系,常用的动物体重范围大鼠180220g,〜小鼠1825g,兔
22.5kg;动物的性别是雌雄各半〜〜遗传学损伤(致突变作用)的类型及其后果⑴基因突变
1.根据基因结构的改变分类包括碱基置换(转换、颠换)、移码突变(插入或缺失)和大段损伤
2.根据碱基置换后果分为
①错义突变突变后引起氨基酸序列改变;
②无义突变突变成终止密码子,使肽链合成提前终止;
③同义突变突变后不引起氨基酸序列改变
3.按照突变的方向分类为正向突变和回复突变⑵染色体畸变,包括染色单体型畸变、染色体型畸变染色体结构异常的类型
①缺失(末端缺失、中间缺失);
②重复;
③倒位(臂内倒位、臂间倒位);
④易位后果产生稳定的畸变或不稳定的畸变⑶染色体数目改变(基因组突变)后果对于人类,多倍体大多不能存活生殖细胞突变和体细胞突变的后果⑴生殖细胞
①致死性突变(显性致死杂合子就引起胚胎死亡;隐性致死需纯合子或半合子才引起胚胎死亡);
②非致死性突变(显性遗传杂合子就出现疾病;隐性遗传纯合子或半合子才出现疾病)⑵体细胞
①癌变(体细胞突变是细胞癌变的重要基础);
②致畸胎;
③其他不良后果发育毒性的主要表现⑴发育生物体死亡受精卵未发育即死亡或胚泡未着床即死亡,或着床后发育到某一阶段死亡⑵生长改变生长迟缓,胎儿生长发育指标低于正常对照均值2个标准差⑶结构异常胎儿形态结构异常,即畸形⑷功能缺陷:生理、生化、免疫、行为、智力等方面的异常化学致突变作用模式损伤-修复-突变DNA损伤修复机制
1.直接修复依赖光聚合酶的光复活以及依赖烷基转移酶的“适应性”反应
2.核甘酸切除修复:DNA内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶,是所有生物体内最常见的修复机制
3.碱基切除修复DNA糖基酶,AP内切酶、聚合酶、连接酶4,错配修复识别并出去错配的碱基对
5.双链断裂修复:包括同源重组修复和非同源性末端连接,两者最大的区别就是是否需要模板的帮助;
6.交联修复DNA链内交联会引起双链断裂,机体启动两种修复为无误交联修复和易误交联修复遗传毒理学试验成组应用的原则
①一组可靠的试验系统应包括每一类型的遗传学终点
②通常的实验材料有病毒、细菌、真菌、培养的哺乳细胞、植物、昆虫及哺乳动物等包括进化程度不同的物种,至少应包括真核和原核两个系统
③体内试验与体外试验配合外源化合物的致突变的类型
1.基因突变,指基因中DNA序列的改变,又叫点突变,可分为碱基置换和移码突变两种类型
2.染色体畸变,指染色体结构的改变,它是指遗传物质大的改变,染色体结构异常的主要类型有,缺失、重复、倒位、易位
3.染色体数目的变化,或称基因组突变,如非整倍体和多倍体,非整倍体指增加或减少一条或几条染色体;多倍数体指以染色体组为单位的增加IARC对化学致癌物的分类
①组1对人类是致癌物对人类致癌性证据充分者属于本组
②组2A对人类很可能是致癌物,指对人类致癌性证据有限,对实验动物致癌性证据充分;组2B对人类是可能致癌物,指对人类致癌性证据有限,对实验动物致癌性证据并不充分
③组3现有的证据不能对人类致癌性进行分类
④组4人类可能非致癌物化学致癌的三个过程及主要特征引发、促长、进展三个阶段⑴引发阶段
①不可逆性、引发细胞在形态学上无法识别;
②对外源性化学物质和其他化学因素敏感、引发细胞可能自发(内源性)启动;
③需经细胞分裂“固定突变”,剂量-反应关系良好,但很难确定阈值⑵促长阶段
①在基因表达和细胞水平上有可逆性;
②持续给以促长剂才可维持促长细胞群;
③对衰老、饮食和激素因子敏感;
④剂量-反应关系显示有可测阈值和最大作用⑶进展阶段
①生长速度快;
②侵袭性和转移能力强;
③生化学和免疫性状改变化学致癌物的分类根据化学致癌物引起癌变的机制和模式分类⑴遗传毒性致癌物,其中又可分为直接致癌物(不需代谢活化而与亲核分子共价结合为加合物)和间接致癌物(需经代谢活化才有致癌作用);⑵非遗传毒性致癌物,包括致癌剂激素免疫抑制剂固态物质过氧化物酶体增生剂细胞毒物;⑶暂未确定遗传毒性的致癌物啮齿类动物致癌试验选择的特点⑴动物选择
①物种和品系可选用两种啮齿类动物,如大、小鼠在选择物种和品系时,应考虑自发肿瘤率;
②性别雌雄各半;
③年龄使用刚断乳的动物,以保证有足够长的染毒和发生癌症的时间,而且幼年动物解毒酶及免疫系统尚未完善,对致癌作用比较敏感⑵动物数量每组雌雄至少50只,共100只⑶剂量选择一般设3个染毒剂量组和1个对照组
①高剂量发生肿瘤剂量组,最大耐受剂量MTD;
②中剂量阈剂量组,高剂量1/2或1/3(按等比级数下推);
③低剂量无作用剂量组,中剂量的1/2或l/3o⑷试验期限与染毒时间原则上试验期限要求长期或终身一般情况下小鼠最少L5年,大鼠2年发育各阶段毒作用特点(主要表现)⑴着床前期:此时很少发生特异的致畸效应,易发生胚泡死亡,称为着床前丢失⑵器官形成期着床后孕体即进入器官形成期,直到硬腭闭合发育毒性的表现以结构畸形最为突出,也可以有胚胎死亡和生长迟缓该期是发生结构畸形的关键期,也称致畸敏感期⑶胎儿期胎儿期外源化学物的不良作用主要表现为生长迟缓、特异的功能障碍、经胎盘致癌和偶见死胎⑷围生期和出生后的发育期围生期是一生中对致癌物最敏感的时期研究较多的是发育免疫毒性、神经行为发育异常和儿童期肿瘤发育毒性作用的特点致畸作用敏感期是器官发生期、剂量反应关系复杂、典型致畸作用的剂量-反应曲线的斜率比较大、发育毒性尤其是致畸作用存在明显的物种差异常用的发育毒性替代试验⑴体外初筛试验
①大鼠全胚胎培养;
②胚胎细胞微团培养;
③小鼠胚胎干细胞试验⑵体内初筛试验四阶段毒理学安全性评价的主要内容及目的⑴第一阶段急性毒性和局部毒性试验目的主要是测定LD50或LC50,对受试物的急性毒性进行分级,为其他试验的剂量设计提供参数,根据毒作用的性质、特点推测靶器官与皮肤、眼接触者需做刺激试验⑵第二阶段重复剂量毒性、遗传毒性与发育毒性试验目的了解受试物多次接触造成的潜在危害(14和28天),并研究是否具有遗传毒性与发育毒性(致畸试验)⑶第三阶段亚慢性毒性试验、生殖毒性试验和毒动学试验目的亚慢性毒性试验是为了确定较长时间内反复接触受试物所引起的毒效应强度、性质和靶器官,初步估计LOAEL和NOAEL,预测对人体健康的危害性,并为慢性毒性试验和致癌试验的剂量设计和指标选择提供参考依据生殖毒性试验一一观察对生殖是否有影响毒动学试验一一了解生物转运和转化过程⑷第四阶段慢性毒性试验和致癌试验目的检测受试物与机体长期接触所致的一般毒性和致癌作用,确定靶器官,探讨中毒机制,获得NOAEL和LOAEL,判断受试物能否使用,为制定拟使用者的卫生标准提供参考依据外源性化学物危险度评定的主要步骤⑴危害识别识别具有引起机体、系统或(亚)人群固有能力的因素的有害作用的种类和性质(定性角度)⑵危害表征(剂量-反应评定)定性或定量地描述具有引起有害作用能力的某因素或某情形固有性质,包括剂量-反应关系的评定及其伴随的不确定性通过剂量-反应关系评定是危险度评定的核心内容⑶暴露评定是指评价机体、系统或(亚)人群对一种因子(和其衍生物)的评价(定性或定量)⑷危险度表征是指在规定的条件下定性或定量地确定某规定机体、系统或(亚)人群发生已知的和潜在的有害作用的概率,及其伴随的不确定性毒理学安全性评价的基本内容
①毒理学试验前的准备工作在进行毒性鉴定之前,必须尽可能的收集受试样品的相关资料,包括化学组成、理化性质及生产工艺方面的资料
②毒理学安全性评价程序的选用原则
③不同阶段的毒理学实验项目第一阶段试验包括急性毒性试验和局部毒性试验第二阶段试验包括重复剂量毒性试验、遗传毒性试验与发育毒性试验第三阶段试验包括亚慢性毒性试验、生殖毒性试验和毒动力学试验第四阶段试验为慢性毒性试验和致癌试验
④人群暴露资料将毒理学试验的结果外推到人具有不确定性,而人体暴露试验可直接反映受试物对人体造成的损害作用,具有决定性意义。