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第四章 环境化学物的一般
毒性及其评价
第一节 化学物毒性评价的实验基础
一、实验动物的选择
实验动物是指经人工培育，对其携带微生物
实行控制，遗传背景明确，来源清楚，可用于
科学研究的动物。
以选择哺乳动物为主。可采用2－3种，啮齿类
和非啮齿类。常用大鼠(rat）、小鼠（mouse）、
豚鼠、家兔和狗，尤以大鼠使用很多。
Wistar 大鼠
豚鼠
（一）物种选择
种类选择的依据：
对化合物的毒性反应及代谢过程与人相似
自然寿命不太长
易于饲养和实验操作
经济并易于获得
（二）品系选择
品系指计划交配的办法获得的起源于共同祖先
的一群动物。同一品系的动物具有共同的遗传来
源、相似的外貌特征、独特的生物学特性及稳定
的遗传性能。
1、近交系动物
指采用连续20代以上兄妹交配或亲子交配而培育
的纯品系动物。遗传上高度一致，基因纯合度可达
98.6-99.8%。
对放射线耐受性强，淋巴细胞白血病发
病率6％，化学致癌物质不能诱发乳腺癌
和卵巢囊肿，对结核杆菌有感受性。
乳腺癌自发率低，肺癌发病率为26％，
网状细胞瘤8％，血管瘤6％，淋巴肉瘤45
％，乳腺癌3％，对放射线极为敏感。
可用于营养与肝癌发生率关系的研究，
对鼠伤寒沙门氏菌C5有抵抗力，对酒精过
敏。也可作为许多瘤株的宿主。
特点：
a.实验结果比较准确，可以避免遗传组成不同或
个体差异太大等所引起的误差。
b.实验结果的平均性较一致。每组仅用较少数的
动物，即能看出显著性来。
c.实验结果的重复性较大。
e.易于获得预期结果。
f.近交衰退。
2、突变系动物
在生长繁殖过程中，通过自然突变或人工定向
突变的方法，使其某基因发生突变并丧失原有的正
常功能。这种突变的基因可以世代相传并保持遗传
基因特性的品系动物，称为突变系动物。
无胸腺裸鼠
3、杂交群动物
指两个不同近交系之间有目的地进行交配所产生
的第一代动物。
特点：
a.具有纯系动物基本相似的遗传均质性。个体间遗
传变异很小。
b.表现双亲的显性性状
c.对各种实验结果重复性好
d.具有杂种优势
e.国际上分布广
4、封闭群动物
指在5年以上不从外部引进新血缘，仅由同一
品系的动物在固定场所保存繁殖的动物群。个
体间具有一定程度的遗传学差异。封闭群动物
个体间差异的大小，取决于祖代的来源 。
（三）微生物控制的选择
1、无菌动物 germ free animal, GF
指体内外均无任何微生物和寄生虫的动物。经
人工剖腹产净化培育而来。
2、悉生动物 gnotobiotic animal, GN
指体内带有已知微生物的动物。是经人工有计
划地将已知菌投入动物体内。
3、无特定病原体动物 specific pathogen animal,
SPF
指体内无特定的微生物和寄生虫的动物。即无
传染病的动物，容许携带非特定微生物。
SPF动物群的建立，其原种必须来源于无菌动物
或悉生动物才能保证。
4、清洁动物 Clean animal,CL
也称最低限度疾病动物，动物体内外不携带人
畜共患疾病的病原体或动物传染病病原体。
（四）个体选择
1、年龄
取决于实验类型。
急性实验——成年动物
亚慢性、慢性实验——较年幼或初断乳动物。
在实际工作中常以动物体重粗略判断动物
的年龄。各组动物的年龄应尽可能保持一致。
2、性别
不同性别的实验动物对化学物毒性的敏感程度
有时会不同。一般选用雌雄两性。
3、生理状态
一般选用未产未孕的雌性动物。雌雄分养。
4、健康状况
应选用健康动物。一般试验前检疫观察5－7天
二、常用染毒方法
（一）经口染毒
1、灌胃
是将液态受试化合物或固态、气态化合物溶于
某种溶剂中，配制成一定浓度，装入注射器等定
量容器，经过导管注入胃内。
优点：剂量准确
缺点：工作量大；可能损伤食道或误入气管；与人
的接触方式差异很大。
2、吞咽胶囊
将一定剂量受试化合物装入药用胶囊内
，强制放到动物的后咽部迫使动物咽下。
家兔及猫、狗等大动物可用此法。
优点：剂量准确，尤其适用于易挥发、
易水解和有异味的化合物。
3、喂饲
将化合物拌入饲料和水中，需计算每日进食量
和饮水量，折算摄入剂量。
优点：符合人接触化合物的方式
缺点：可能拒食；挥发性化合物可使摄入量下
降，且有经过呼吸道吸入的可能；化合物易水解
或与食物中的化学成分起反应。
（二）经呼吸道染毒
1、静式吸入
在固定体积的密闭容器中，加入定量的易挥发液
态化合物或气态化合物。将动物置于其中，一般2h
。尤其是适用于小动物接触易挥发液态化合物的急
性毒性研究。
优点：设备简单；操作方便；消耗化合物少
缺点：柜内空气组成、环境条件不稳定；化合物浓
度难以恒定。
表5-1 实验动物最低需气量及不同体积染毒柜应放置
动物数关系
动物种
属
呼吸通气
量
(L/小时)
最低需气
量
(L/小时)
小鼠
大鼠
1.45
10.18
2.45
30.5
不同容积染毒柜放置动物数(只)
25L
50L
100L
300L
3~5
6~10
12~15
1~2
36~40
5~6
浓度计算：
C=a.d/L×1000×1000（mg/m3）
a－加入化合物量（ml），d－比重，L－容积（L）
2、动式吸入
染毒柜——空气流动
面罩吸入——避免化合物
经皮吸入
优点：剂量准确
缺点：装置复杂；消耗
大；可能造成污染
（三）经皮肤染毒
用于研究化合物经皮肤吸收的毒性作用及化合
物对接触皮肤的局部作用（皮肤刺激和致敏）
第二节 急性毒性及其评价方法
一、急性毒性的概念
急性毒性（acute toxicity）是指机体(人或
实验动物)一次(或24小时内多次)接触外来化合物
之后所引起的中毒效应。观察期可在1－7天。
实验动物接触化合物的方式或途径不同，“一
次”的含义也有所不同。凡经口接触和各种方式
的注射接触，“一次”是指在瞬间将受试化合物
输入实验动物的体内。而经呼吸道吸入与经皮肤
接触，“一次”是指在一个特定的期间内实验动
物持续地接触受试化合物的过程
实验目的
1.求出受试化合物对一种或几种实验动物的致死
剂量(通常以LD50 为主要参数)，以初步估计该化
合物对人类毒害的危险性。
2.阐明受试化合物急性毒性的剂量－反应关系与
中毒特征。
3.研究化合物在机体内的生物转运和生物转化过
程及其动力学变化。也可用于研究急救治疗措施
4.为亚急性、慢性实验设计提供依据
二、急性毒性评价方法
（一）经典的急性致死性毒性试验
1、实验动物
选用成年健康动物，常用大鼠和小鼠。各剂
量组雌：雄＝1：1，出生2－3个月。数量10－
20只最佳。大动物每组6只。实验前至少观察一
周，选取其中健康动物，随机分组。
2、染毒剂量设计
（1）查阅文献：分析受试化合物的化学结构和其
理化性质，依此查阅文献，找出与受试化合物化
学结构与理化性质近似化合物的毒性资料，并以
其LD50(LC50)值作为受试化合物的预期毒性中值。
（2）试验：以文献LD50为中值，取倍差，设3－4
个梯度，找出大致的LD10-90的范围。
（3）正式试验：
I＝（logLD90－logLD10）/（n-1）组距，即相邻
两个剂量组对数差或相邻组比值的对数值。一般
设5－7个剂量组。
限量实验：毒性较小的化学物若无法求得LD50，
则进行限量实验，单次染毒剂量5g/kg（体重），
食品毒理学实验——15g/kg（体重）。
3、观察
一般要求计算两周内的总死亡数。对于一些速
死性化合物求其LD50(LC50)也可仅计算24小时的死
亡率。应注明是多少时间的LD50 值，以便于在进
行毒性比较时有共同的基础。
观察内容：
（1）死亡情况（2）动物体重（3）中毒反应症状
（4）病理学检查
4、LD50 计算
LD50是经统计学计算得到的毒性参数，并可报
告其95％可信限。LD50(LC50)值是一个统计量，
较少受实验动物个体易感性差异的影响，较为准
确，因此是最重要的急性毒性参数，也用来进行
急性毒性分级。
直接回归法
将剂量对数值与死亡
率(概率单位)的关系，
进行直线回归，用最小
二乘法求出a、b值。代
入直线方程：y＝a十
bX。式中，X为剂量对
数值，y为死亡率的概
率单位。利用此式即可
求得受试化学物的LD50
及其95％可信区间。
百分率-概率单位换算表
%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0
..
3.72
4.16
4.48
4.75
5.00
5.25
5.52
5.84
6.28
1
2.67
3.77
4.19
4.50
4.77
5.03
2.28
5.55
5.88
6.34
2
2.95
3.82
4.23
4.53
4.80
5.05
5.31
5.58
5.92
6.41
3
3.12
3.87
4.26
4.56
4.82
5.08
5.33
5.61
5.95
6.48
4
3.25
3.92
4.29
4.59
4.85
5.10
5.36
5.64
5.99
6.55
5
3.36
3.96
4.33
4.61
4.87
5.13
5.39
5.67
6.04
6.64
6
3.45
4.01
4.36
4.64
4.90
5.15
5.41
5.71
6.08
6.75
7
3.52
4.05
4.39
4.67
4.92
5.18
5.44
5.74
6.13
6.88
8
3.59
4.08
4.42
4.69
4.95
5.20
5.47
5.77
6.18
7.05
9
3.66
4.12
4.45
4.72
4.97
5.23
5.50
5.81
6.23
7.33
（二）急性毒性实验的其他方法
经典的急性毒性试验和LD50的缺点：
①消耗的动物量大
②获得的信息有限
③测得的LD50值实际上仅是近似值
五种化合物的LD50值的实验室间变异
化合物
五氯酚
水杨酸钠
苯胺
乙酰苯胺
氯化镉
范围(mg/kg)
74～620
930～2328
479～1169
723～3060
105～482
比值(最大值／最小值)
8.38
2.50
2.44
4.23
4.59
1、固定剂量法
单次口服固定剂量试验法结果的评价
剂量
(mg/k
g)
试 验
结 果
存活数<100%
100%存活
毒性表现明显
100%存活
无明显中毒表现
5.0
高毒(Very toxic)
(LD50≤25mg/kg)
用50mg/kg试验
50.0
有毒或高毒
用5mg/kg进行试
验
有毒或有害
用50mg/kg试验
有毒（Toxic）
（LD50＝25200mg/kg）
有害（Harmful）
（LD50＝2002000mg/kg）
LD50>2000mg/kg
500.0
2000.0
用500mg/kg试验
用500mg/kg试验
用2000mg/kg试验
该化合物无严重急性中毒的危险性
2、急性毒性分级法
3. 上、下移动法(up／down method)或阶梯法
第二个动物接受化学物的剂量由第一只动物
染毒后的反应决定，如果动物死亡，则下一个剂
量降低；如果动物存活则下一个剂量增高，但是
实验需要选择一个比较合适的剂量范围，使得大
部分的动物所接受的化学物剂量都会在真正的平
均致死剂量左右。
三、急性毒性分级
目前国际上对外源化学物急性毒性分级的标准不统一。
外源化学物急性毒性分级(WHO)
毒性分
级
大鼠一次经
口LD50
(mg/kg)
6只大鼠吸入
4小时
死亡2～4只
的浓度
(ppm)
剧毒
高毒
中等毒
低毒
微毒
＜1
1～
50～
500～
50000～
＜10
10～
100～
1000～
10000～
对人可能致死剂量
兔经皮
LD50
(mg/kg)
＜5
5～
44～
350～
2180～
单位体重
（g/kg ）
总重
(g/60k
g)
＜0.05
0.05～
0.5～
5～
＞15
0.1
3
30
25
＞1000
我国食品毒理急性毒性分级法[1994]
急性毒性分级
6级(极毒)
5级(剧毒)
4级(中等毒)
3级(低毒)
2级(实际无毒)
1级(无毒)
大鼠经口LD50(mg/kg)
大致相当于体重为
70kg人的致死剂量
＜1
1～50
稍尝，＜7滴
7滴～1茶匙
51～500
501～5000
5001～15000
＞15000
1茶匙～35克
35～350克
350～1050克
＞1050克
课后作业
 为什么用LD50作为比较化合物急性毒性
的指标？有何优缺点？如何克服？
第三节 亚慢性、慢性毒性及其
评价方法
一、亚慢性和慢性毒性试验的概念
亚慢性毒性(subchronic toxicity)是指实验动物
连续(通常1～3个月)重复染毒外源化学物所引起
的毒性效应；
慢性毒性(chronic toxiciy)是指实验动物长期染
毒外源化学物所引起的毒性效应。一般是连续染
毒6个月至两年，甚至终生染毒。
二、亚慢性和慢性毒性试验的目的
1. 确定受试物亚慢性和慢性毒性的效应谱,并发现在急性及
亚急性毒性试验中未发现的毒作用；
2. 研究受试物亚慢性和慢性毒作用的靶器官；
3. 研究受试物亚慢性和慢性毒性剂量-反应(效应)关系，确
定其观察到有害作用的最低剂量(LOAEL)和未观察到有害作
用的剂量(NOAEL)，提出此受试物的安全限量参考值；
4. 研究受试物亚慢性和慢性毒性损害的可逆性；
5. 亚慢性毒性试验为慢性毒性试验的剂量设计及观察指标
选择提供依据；
6. 确定不同动物物种对受试物亚慢性和慢性毒效应的差异
，为将毒性研究结果外推到人提供依据。
三、亚慢性毒性和慢性毒性的评价方法
（一）实验动物
一般要求两种实验动物，一种为啮齿类，另一种
为非啮齿类。实验动物最好为纯系甚至同窝动物均
匀分布于各剂量组。雌雄各半。亚慢性实验每组20
只以上大鼠，慢性实验每组40－100只。
亚慢性毒性试验动物的体重(年龄)应较小，如小鼠
应为15g左右，大鼠100g左右。
慢性毒性实验动物年龄应更小，大鼠和小鼠应为初
断奶者。
（二）染毒途径
尽量模拟人类的接触方式；应与预期进行慢
性毒理试验的接触途径相一致。
染毒时间每日应定时，以维持动物血液中浓
度稳定。
常用的染毒途径是经胃肠道、经呼吸道和皮
肤染毒。
（三）染毒期限
工业接触毒物：亚慢性毒性—1～3个月，慢性
毒性—6个月
环境毒物：亚慢性毒性—3～6个月，慢性毒性
—12个月以上
如果慢性毒性实验与致癌实验结合，染毒期
限最好是接近或等于终生染毒。
动物研究期限相当于寿命期(％)和人染毒的时间
物
种
研究期限(月)相当于寿命期(％)
研究期限(月)相当于人(月)
1
3
6
12
24
1
3
6
12
24
大
鼠
兔
4.1
12.0
25.0
49
99
34
101
202
404
808
1.4
4.5
9.0
18.
36
12
36
72
145
289
狗
0.82
2.5
4.9
9.8
20
6.5
20
40
81
162
猪
0.82
2.5
4.9
9.8
20
6.5
20
40
81
162
猴
0.55
1.6
3.3
6.6
13
4.5
13
27
61
107
（四）剂量分组
至少3个剂量组和1个对照组。
高剂量组：出现较明显的毒性效应，死亡率
小于10％或无死亡
中剂量组：轻微毒性，即观察到最低有害作
用剂量（LOAEL）
低剂量组：不出现中毒反应，即未观察到有
害作用剂量（NOAEL）
亚慢性毒性实验：可参考两个数值，一是以急性毒性的阈
剂量为亚慢性试验的最高剂量；一是以此化合物LD50 的
1/201/5为最高剂量。
慢性毒性实验：剂量的选择可参考三组数据。
1、亚慢性NOAEL或其1/5 1/2剂量为慢性毒性试验的最高
剂量，以这一阈剂量的1/501/10为慢性毒性试验的预计阈剂
量组，并以其1/100为预计的慢性无作用剂量组
2、亚慢性试验的LOAEL的1/2、1/4、1/8分三组
3、急性毒性的LD50剂量为出发点，即以LD50 的1/10剂量为
慢性试验的最高剂量。以LD50 的1/100为预计慢性阈剂量，
以LD50 的1/1000为预计的无作用剂量组。
（五）观察指标
1、中毒症状：每日观察动物有无中毒症状和程度
，外观和行为有无异常
2、体重：每周称重一次
3、食物利用率：记录每日饲料消耗量，计算食物
利用率（每摄入100g饲料所增长的体重克数）。
4、实验室检查
（1）血液学检查
（2）尿液检查
（3）血液生化检查
5、病理及病理组织学检查
凡是在实验过程中死亡的动物均应及时解剖检查，
实验结束后所有动物都要杀死检查。慢性毒性实验
在实验中期进行一次检查。
（1）系统解剖：包括肉眼观察
动物固定在解剖板上，解剖颈部(颌下腺、腮腺、局部淋巴结等)
↓
取一侧乳腺及腹部皮肤；开腹并扩展切口(胰、脾、生殖器官、肾、
肾上腺、直肠、胃、十二指肠、空肠、回肠、肠系膜淋巴结、肝脏等)
↓
开胸(舌、喉、气管、甲状腺、甲状旁腺、食管、心、肺、胸腺)
↓
剥离左后肢(肌肉、坐骨神经、股骨)；头皮、耳；
↓
开颅(颅神经、脑组织、垂体)；暴露脊髓(取出脊髓)
（2）脏器系数：也称脏体比值，是指某个脏器的
湿重与单位体重的比值，通常以100g或1g体重计。
此指标的意义是实验动物在不同年龄期，其各脏器
与体重之间重量比值有一定规律；若受试化合物使
某个脏器受到损害，则此比值就会发生改变。脏体
比值是一个灵敏、有效和经济的指标。
（3）组织病理学检查：系统解剖时发现的异常组
织要进行详细的组织病理学检查，必要时还需进行
组织化学或电镜检查。
6、特异性指标
（六）结果分析
对污染组和对照组数据根据统计学方法处理，
看是否有显著差异、剂量－效应关系和时间－效
应关系。以及各项指标之间的相关性。
第四节 皮肤局部毒作用
及其评价方法
一、皮肤局部毒性
（1）皮肤原发性刺激：接触某种化学物后产生的
局部可逆性炎症，包括水肿和红斑。
（2）皮肤变态反应：皮肤对化学物产生的免疫源
性反应，主要表现时红斑和水肿。可发生于接触
部位以外的皮肤。
（3）光刺激反应和光变态反应：化学物单独与皮
肤接触无作用，经特定波长光照后引起有害作用
（4）皮肤癌
（5）皮肤色素异常
（6）对皮肤附件的损害：如毛发脱落、痤疮、汗
腺损害等。
二、皮肤局部作用的评价方法
（一）皮肤刺激试验
Draize实验主要以兔皮肤、有时也用大白鼠或
豚鼠皮肤做试验，以各种浓度化学物对皮肤涂
敷后观察红斑和水肿程度综合给分。
（二）皮肤变态反应试验
实验动物为白色豚鼠，体重200-300g，雌雄
各半。分实验组、阴性对照组和阳性对照组，
每组16只。
试验组：受试物诱导和激发处理
阳性对照组：阳性致敏物诱导和激发处理
阴性对照组：受试物激发处理
操作：局部封闭涂皮法
1、诱导处理：试验前24h背部左侧去毛 →诱导
浓度受试物0.5ml涂布→ 玻璃纸覆盖，无刺激胶
布固定，持续6h → 第7、14d同样方法重复一次
2、激发处理：最后一次诱导后14d，激发浓度受
试物0.5ml涂布右侧脱毛区，固定→6h后洗去，
24、48h后观察皮肤反应，评分