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主题：毒理学基础（人气：14956）

shbt8274（玉藻）

1 楼：毒理学基础

04年04月21日14点25分

第一节基本概念及沿革
一、基本概念
军事卫生毒理学(military hygienic toxicology)是一门研究军事毒物及相关环境因素对机体的有害作用、作用机理及为促进部队指战员健康提出防治措施的科学。军事卫生毒理学来源于毒理学，是毒理学的一个重要分支。毒理学从发展过程分为经典毒理学和现代毒理学。

经典毒理学(classical toxicology）是研究化学物质的测定、事故、特性、效应和调节的中毒有害作用机理和保护作用的一门学问。主要研究内容是外源性化学物的有害作用及机理。基本上包括两个方面：其一，毒性的质和量的评价(或评定）。所谓质的评价是指引起有害作用的能力，而量的评定是毒物的剂量效应关系等；其二, 研究在一定条件下的作用机理。

现代毒理学(modern toxicology）是研究环境物理、化学和生物因素对生物体毒作用性质、量化机理和防治措施的一门科学。包括毒性作用机制、毒素和毒性测定、化学物质毒性分级、各种应用毒理学如军事毒理学、卫生毒理学和机制毒理学为制订法规、申报药品和保健食品提供必备的权威性研究资料及环境因素的危险性评价。比如，环境污染物、食品、食品资源、食品添加剂、劳动和军事环境中接触的各种形式的环境因素, 以及特殊环境下的不利影响。军用战剂、核素、微波、激光、次声等物理因素和生物因素，如细菌毒素、动物毒素、植物毒素、病毒、有害基因活性产品等对机体的有害作用和防治措施等都是现代毒理学的重要研究内容。现代社会中，人们也利用毒理学知识，对毒物具有选择性毒性研制开发抗肿瘤、灭害除草等药物。

军事毒理学（military toxico1ogy）是利用毒理学的概念和方法，从预防医学角度，研究军队平战时环境因素和军事作业中外源化学物特别是化学武器的有害作用及机理、防治和急救措施的科学。简言之，它主要研究卫生学范畴的外源化学物和生物物理因素的有害作用、机理和防治措施, 属于毒理学的一个分支，与卫生毒理学的研究内容在军事环境因素上有交叉。

卫生毒理学(hygienic toxicology）卫生毒理学的基本概念是从卫生学角度，利用毒理学的概念和方法，研究人类生产和生活可能接触的环境因素（理化和生物因素）对机体的生物学作用，特别是毒性损害作用及其机理和防治措施的科学。为工业毒理学、环境毒理学、食品毒理学的统称。卫生毒理学又称预防毒理学，属于预防医学的范畴，也是毒理学的一个分支学科。毒理学是从医学角度研究化学物质对生物机体损害作用的科学。

环境和环境因素所谓环境（environment）是指人群赖以生活和劳动并与健康有密切关系的自然环境和社会环境的总体，环境总体中的要素即为环境因素（environmental factor）包括理化和生物因素。

外源化学物（xenobiotics）是存在于外界环境中，而能被机体接触并进入体内的化学物；它不是人体的组成成分，也不是人体所需的营养物质。近来，确切的概念应称为“外来生物活性物质”。

有害作用（reverse effect）一般认为是指引起机体形态、机能、生长发育和寿命的改变；或引起机体平衡稳态失常及某种功能容量的降低，或引起机体对外界应激状态代偿能力的损伤、致易感性增高，或生理、生化代谢异常。有害作用是与健康或正常相对的一个概念。

有害与正常的确定，往往参照机体许多指标的正常值范围。正如上述，“正常”仅有相对意义。在实际工作中，可按目前认识和检测水平选定一群健康或正常的个体，进行某些观察指标测定，以其平均值±2个标准差为正常值范围，也有人称之为参比值（reference va1ue）[hcx1] 。当无正常值可比时，则应将施加因素的处理组与同等条件下不施加因素的对照组[hcx2] 相比，具有统计学显著差异（P＜0.0 5）时，应认为是异常。这是毒理学实际研究工作和实践中经常采用的方法。

“三致”作用（Mutagenesis,Teratogenesis,Carcinogenesis）指致突变、致畸、致癌作用。随着科学技术的不断发展和人民生活水平的不断提高，人们接触的各种各样的环境有害因素特别是化学物质越来越多。其中，有许多是对人体有害的。例如，工业污染，造成城市中聚集大量煤烟和煤焦油，长期接触的人很容易患阴囊癌；孕妇经常接触有害因素，可引起胎儿易致畸；甲醛可以破坏DNA的碱基，造成基因突变。这些由于环境有害因素引发的“三致作用”，是毒理学研究的热点之一。

二、毒理学的历史沿革及其发展
毒理学是一门既老又新的学科。有人将其形成发展的历史分为古代、中世纪、萌发和现代四个发展阶段。古代人类应用动物毒汁或植物提取物用以狩猎、战争或行刺，如我国用作箭毒的乌头碱就已经为毒理学的形成奠定了基础。中世纪古希腊、古罗马和古埃及的文献中，也有关于有毒植物和金属毒物中毒等记载，如伞形科有毒草类植物（毒芹、钩吻叶芹等）、蛇毒、硒、砷、汞、铅、铜等金属。在中国古代医学文献中，“神农尝百草”是鉴别药物与毒物的典型记载，为资料积累期。15世纪瑞士医学家Paracelsus提出了药物与毒物的区别点是剂量的见解为毒理学的萌发期。近代毒理学的形成则始于十八世纪下半页，西班牙人0rfiia（1787～1853）对当时认为有毒的物质用狗做实验验证，成为实验毒理学的先例。以后的100多年，随着医学与自然科学的发展，毒理学逐渐形成。应用各种基础学科，提出了各种假说并进行测试，初步建立了毒理学的理论，经典毒理学开始发展。二十世纪以来，不仅由于各学科的进一步渗透，还由于工农业的发展，以及军事技术的发展和武器装备的更新，大量化学物进入人类生存环境，破坏了生态平衡，造成了环境污染。由于环境的污染出现了直接或间接的中毒事故，均促进了毒理学的发展。现代，随着客观发展的需要和相关学科飞速发展，毒理学已经成为研究环境因素的有害作用和机理及防治措施的现代毒理学。

军事卫生毒理学则脱胎于毒理学，是适应现代军事斗争、和平时期军队建设和国家经济发展的需要应运而生，是军事毒理学和卫生毒理学的交叉融合发展形成的。

由于化学武器在战争中的使用，对参战人员的医学防护成为军事后勤卫生保障的重要研究课题，军事毒理学便由此产生。化学武器大规模使用始于第一次世界大战（WWⅠ）。使用的毒剂有氯气、光气、双光气、氯化苦、二苯氯胂、氢氰酸、芥子气等多达40余种，毒剂用量达12万吨，伤亡人数约130万，占战争伤亡总人数的4.6％。

　　第二次世界大战全面爆发前，意大利侵略阿比西尼亚时首次使用芥子气和光气，仅在1936年的1～4月间，中毒伤亡即达到1.5万人，占作战伤亡人数的1/3。

　　第二次世界大战（WWⅡ）期间在欧洲战场，交战双方都加强了化学战的准备，化学武器贮备达到了很高水平。各大国除加速生产和贮备原有毒剂及其弹药外，并加强了新毒剂的研制。其中，取得实质性进展的则是神经性毒剂；在亚洲战场，日本对我国多次使用了化学武器，造成大量人员伤亡。

　　从WWⅡ结束至今，世界上局部战争和大规模武装冲突不断发生，其中被指控使用化学武器和被证实的有美侵朝战争、美侵越战争、原苏联入侵阿富汗等。80年代初开始的两伊战争，伊拉克在进攻失利、失去主动权的紧急时刻使用化学武器对扭转被动局面、最终实现停火发挥了重要作用。

　　化学武器是国际公约禁止使用的非常规武器。如1899年和1907年的两次海牙会议，1925年日内瓦议定书以及前不久（1993）联大通过的《全面禁止和彻底消毁化学武器公约》等。我国政府和人民一贯主张禁止使用大规模杀伤性武器，恪守《公约》，为维护世界和平作出了重大贡献。

但是，只要有战争，化学武器的威胁就存在，变相、变种的化学武器也会不断产生。虽然化学武器、核武器禁止使用，美国还是在科索沃战争中使用了贫铀弹。况且霸权主义者、战争狂人也会始终把化学武器当作一种威慑力量。

　　和平时期，军队的自身建设中也会不断遇到环境因素有害作用的影响，军队还要参加地方经济建设，有许多毒理学的课题有待于攻克。随着经济的发展，面对环境、食品等农药污染，有害因素大量增加；加之，研究手段的提高、相关学科的渗透，人类对生存环境和生存条件的要求提高，卫生学的问题日益突出，卫生毒理学便成为倍受重视的学科。由于自身学科领域的快速发展，卫生毒理学便成为医学门类中不可或缺的独立学科专业，成为国家经济生活、立法、医疗保障、环境改善、提高生活质量的重要学科领域。

第二节军事卫生毒理学的任务、内容和方法
一、军事卫生毒理的任务和内容
军事卫生毒理学的任务是阐明军事环境因素的有害作用，包括毒性作用的性质、发生的规律及其机制，以及评价此种有害作用的方法。并在此基础上探讨环境因素，特别是外源化学物对机体健康损害的早期生物监测和医学监护及防治的方法，研究预防措施，为制订卫生标准和总部卫生管理机构决策提供科学依据。军事卫生毒理学的任务、内容主要根据军队实际需要，分别借鉴于军事毒理学和卫生毒理学的主要研究任务和内容。

卫生毒理学作为毒理学的一个分支，其主要研究内容和方法是采用一般毒理学基本原理，对军事和与军事相关的卫生学环境作为研究工作的出发点和服务对象，这是军事卫生毒理学区别于其他分支毒理学的重要差异。主要包括三个领域，即描述毒理、机制毒理、管理毒理。描述毒理学是直接应用毒性试验以提供安全性评价和管理要求所必需的毒理学资料。为此，专门设计相应的毒理试验程序和方法以获得毒性资料，用以评价在接触某种有害因素时的个体和群体有害作用的危险度。值得注意地是，描述毒理学研究的内容不仅限于对人的危害，也包括对环境生态平衡受到干扰影响的性质和程度，作出安全性评价以及研究有效的防护措施。军事毒理学任务的重点是化学武器的性质、中毒机理和毒理作用，特别是研制有效的防护和急救措施。机制毒理学是阐明所研究的环境有害因素如何对机体产生毒性作用。研究结果有助于建立敏感的预测试验，用于危险度评定，设计及生产安全的化学物，提出物理、生物因素的有害作用的防护措施。管理毒理学是根据描述毒理学提供的资料，决定该环境因素及化学物在进入人类环境或市场时，是否有充分的根据表明是低危险度或安全的。

二、军事卫生毒理学的研究方法
研究方法主要包括生物试验（bioassay）和人群调查。由于毒理学必须阐明环境因素对生物体的作用，因此必然要求应用各种生物体（living organism）作为实验材料。在毒理学中可用作生物试验的有各种哺乳动物、水生动物、植物、昆虫、微生物等，但是，最常用的仍是哺乳动物，如小鼠、大鼠、狗、家兔、豚鼠和猴等，根据不同的毒理学试验要求，选用不同的动物。动物实验方法是军事卫生毒理学的主要实验方法，可采用整体动物、离体的动物脏器、组织、细胞、亚细胞甚至DNA进行。根据采用的方法不同，可分为体内实验（in vivo tests）和体外实验（in vitro tests）；也可分为微观（实验室）研究和宏观（群体和环境生态发育）研究。体内实验法,又称整体动物实验。使试验动物在一定时间内，参照人体实际接触一定剂量的环境有害因素，包括受试化学物的途径、方式和方法，然后观察动物可能出现的形态和功能的变化，研究毒理学作用及机理的实验方法。

动物体外实验法，是利用离体器官、组织及所分离的细胞（称为原代细胞）或经多次传代培养（称为株）的细胞，在保持器官、组织处于生活状态下（或使细胞处于存活条件下），与受试因素接触，按实验研究的目的，观察不同终点（end–point）毒性反应的实验方法。体外实验的优点是省时，耗费低，并容易控制实验条件。

人群和现场调查, 即采用流行病学和卫生学调查的方法，根据已有的动物实验结果和环境因素如化学物的性质，选择适当的指标，观察生态环境变化和受试因素接触人群的因果关系、剂量一反应关系，进一步验证实验室的研究结果。同时根据事故发生的性质，按照卫生学方法列出现场调查提纲，进行现场调查，采样测定，综合分析，找出事故原因和造成损害的环境因素，制订防护措施。此外，也应注意积累职业性接触或发生意外事故等极为宝贵的人体观察资料，对于判断和确证实验室的基础性研究结论具有重要意义。

第三节毒物的特殊存在形式-化学武器
一、化学武器定义
化学武器（chemical weapon）是化学战剂、化学弹药及其施放器材的合称。应用各种兵器，如步枪、各型火炮、火箭或导弹发射架、飞机等将毒剂施放至空间或地面，造成一定的浓度或密度用以攻击敌方，从而发挥其战斗作用。

化学战剂（chemical warfare agents，CWA）或简称毒剂：军事对抗中用以杀伤对方有生力量、牵制和扰乱对方军事行动的有毒物质的统称。CWA是构成化学武器的基本要素。

化学弹药（chemical munitions）：装填有CWA的弹药，合称为化学弹药。

二、化学武器致伤特点

　　化学武器致伤特点是由构成化学武器的基本要素—CWA所决定的。与常规武器比较，其特点有：

1、毒性作用强

　　化学武器主要靠CWA的毒性发挥战斗作用。化学战剂多属剧毒或超毒性毒物。其杀伤力远远大于常规武器。据WWⅠ战场对比统计，化学战剂的杀伤效果为高爆炸药的2～3倍。近代化学武器的发展，已使毒剂的毒性比WWⅠ所用毒剂的毒性高达数十乃至数百倍，因此在化学战条件下可造成大批同类中毒伤员。

2、中毒途径多

　　常规武器主要靠弹丸或弹片直接杀伤人员。化学武器则可能通过毒剂的吸入、接触、误食等多种途径，直接或间接地引起人员中毒。

3、持续时间长

　　常规武器只是在爆炸瞬间或弹片(丸)飞行时引起伤害, 化学武器的杀伤作用在毒剂施放后不会立即停止损伤。其持续时间取决于CWA的特性、袭击方式和规模以及气象、地形等条件。

4、杀伤范围广

　　化学袭击后的毒剂蒸气或气溶胶（初生云）随风传播和扩散，使得毒剂的损伤范围远远超出释放点。染毒空气能渗入要塞、堑壕、坑道、建筑物、甚至装甲车辆、飞机和舰舱内，从而发挥其杀伤作用。显然, 对于常规武器具有一定防护能力的地域和目标，使用化学武器则更能奏效。化学武器的这种扩散“搜索”能力，不需高度精确的施放手段。因此, 对打击对象的方位不确切的小目标袭击，使用化学武器比使用常规武器成功的可能性更大。

第四节毒理学的发展趋势
军事卫生毒理学的发展有自身发展的独特趋势，由于军事斗争的复杂性，尚很难作出概括，但是，可以肯定地说，其发展主要依附于毒理学的发展。毒理学的发展趋势为：

（一）目的延伸由单纯研究环境因素的有害作用机理到利用其毒性防治疾病和除草灭害。已往毒理学研究的目的主要对有害因素包括机理作出评价。而今，则利用毒理学知识，对化学品、生物因子通过修饰，可以作为抗肿瘤等疾病的治疗作用，而副作用相对减轻；再者，有些除草剂、灭害剂则正是利用某些物品具有选择性毒性的特点，研制成功的。

（二）内容广泛由单纯研究环境因素的有害作用机理和安全性评价扩展到研究防护措施。已往的研究侧重于描述毒理研究，通过实验室研究结果对某一化学品作出安全性评价，现在则更偏重于对救治方法、防护措施及装备研究。

（三）对象扩大由单纯研究化学因素对生物体的影响扩展到物理因素和生物因素的作用。已往毒理学主要研究外源化学物对机体的影响机理，现在逐渐扩大到研究物理如，辐射、微波、次声以及冷、热、高有害因素和生物毒素如，动物毒素、细菌毒素、有害基因工程产品等的影响。

（四）层面深入由单纯研究环境因素对整体、器官等水平的影响扩展到分子水平的作用。随着分子生物学引入毒理学，进一步揭示了外源化学物的分子结构与生物大分子的关系；并可应用分子探针研究化学物的毒性，使我们有可能观察到低剂量下的毒性反应。应用酶学、核酸、染色体分析与基因合成技术等研究毒物作用机制。

（五）范围拓展由单纯研究环境因素对神经系统等作用扩展到对精神心理行为的的影响。神经科学的发展，也促使了神经毒理与行为毒理的结合。

（六）技术提高由单纯研究经典毒理学方法延伸到遗传、免疫、生态多学科方法技术的引入。随着与生命科学有关学科的发展，如自由基生物学、生物化学、生物物理学和分子生物学、免疫学、发育生态学、遗传学等学科的新方法进一步引入到毒理学中，使研究方法和手段大大提高。

（七）战剂多元军事毒剂由一元化学武器向二元化学武器过渡。研制二元化学弹药早在第二次世界大战前就已提出。所谓二元化学弹药是将两种无毒或低毒的前体化合物分别装入弹体隔层内，只在弹药发射或爆炸过程中两种组分迅速作用生成一种新的毒剂，这就是二元化学武器（binary chemical weapons）所使用的二元弹药。美军研制的二元化学弹药有沙林二元弹和VX二元弹。从毒剂战斗状态上讲，二元化学武器与一元化学武器相比并无太多的优越性。因为二元弹的复杂结构会占据弹体空间，毒剂装填相应减少，炮弹到达目标时毒剂的生成率仅达70％～80％，故二元弹的有效质量低，由此产生的杀伤范围小；不过二元弹的优点是能排除毒剂生产、弹药装填、运输及储存中的危险，且销毁方法简单（生产或销毁一元化学弹药的工作艰巨复杂）。还有，引入二元系统后，化学武器将进入一个新的阶段。敌人可利用二元技术更便于掩盖自己的企图，对此，不能不引起我们的注意。

（八）种类增加以上为外军装备的主要化学战剂，其中又以神经性毒剂和芥子气为主体。为了增强毒剂毒性和改进其使用性能，有些国家还研究了毒剂的混合使用、胶粘化和微包胶等技术。

当前，毒理学发展的主要趋势是：①与相关学科进一步相互渗透。②毒理学进入分子水平。③形成毒理学的分支学科越来越多、越来越细。总之，毒理学的发展与其它学科一样，总是循着由宏观至微观，整体至局部，分析至综合，理论至应用的规律，循环往复地深入发展。

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shbt8274（玉藻）

2 楼： Re:毒理学基础

04年04月21日14点31分

第一节毒物与毒害剂量级
一、毒物的定义
在一定条件下，较小剂量就能够对生物体产生损害作用或使生物体出现异常反应的外源化学物称为毒物（toxicant）。毒物可以是固体、液体和气体，与机体接触或进入机体后，能与机体相互作用，发生物理化学或生物化学反应，引起机体功能或器质性的损害，严重的甚至危及生命。

毒物与非毒物没有绝对的界限，只是相对而言的。任何外源化学物只要剂量足够，均可成为毒物。例如正常情况下氟是人体所必需的微量元素，但当过量的氟化物进入机体后，可使机体的钙、磷代谢紊乱，导致低血钙、氟骨症和氟斑牙等一系列病理性变化。正如Paracelsus所说的：所有物质都是毒物，非毒物是不存在的，只是剂量大小区分是毒物还是药物。一般认为，按人们日常接触的方式，以接触较小剂量时，可引起生物体产生有害作用的化学物称为毒物。这样，人们就容易把一氧化碳、氰化物等列入毒物范围，而不会将食盐列入毒物。因此，确定所谓毒物或毒物衍生物必须考虑接触剂量、途径、时间及可能的影响因素。

毒物具有以下基本特征：①对机体不同水平的有害性，但具备有害性特征的物质并不是毒物，如单纯性粉尘。②经过毒理学研究之后确定的。③必须能够进入机体，与机体发生有害的相互作用。具备上述三点才能称之为毒物。

二、毒物的种类
按用途和分布范围将外源化学物分为毒物、潜毒物、军事毒物和可疑军事毒物。

(一)毒物

这里主要指一般意义上的毒剂，这些毒剂多经过毒理学测定，对不同接触途径、染毒剂量、作用对象等毒效作用比较明确。比如：

1、食品中污染，包括天然的或食品变质后产生的毒素等，如龙葵素、河豚毒素等。

2、环境污染物，如生产过程产生的废水、废气和废渣中的各种有毒物质。

3、农药，包括有机磷、有机氯农药、除草剂等。

4．生物毒素（biotoxin），它是由活的生物体产生的一种特殊毒素，包括动物毒素、植物毒素、霉菌毒素和细菌毒素。

(二)潜毒物

主要指人类日常生活和工作中经常应用方法、接触途径或超出规定的剂量有可能对机体产生有害作用的一类化学物品的通称。把这类物质称为潜毒物，是因为它们都有明确的应用对象、使用方法和规定的剂量界限。换言之，人类既可利用它们的特殊效用，又不能摄入体内或不容许机体摄入过多。包括：

1、日用化学品，如化妆品、洗涤用品、家庭卫生防虫杀虫用品等。

2、食品添加剂，包括天然的以及各种食品添加剂，如糖精、食用色素和防腐剂等。

3、工业化学品，包括生产时使用的原料、辅助剂及生产中产生的中间体、副产品、杂质、废弃物和成品等。

4、农用化学品，包括化肥、除草剂、植物生长调节剂、瓜果蔬菜保鲜剂和动物饲料添加剂等。

5、医用化学品，包括用于诊断、预防和治疗的化学物质，如医用消毒剂、血管造影剂、医用药物等。

（三）军事毒物

军事毒物主要指一类用于军事上具有特殊毒性的化学物质，如化学战剂。作为战剂，一般应具备下列条件：毒性强，作用快，毒效持久，施放后易造成杀伤浓度或战斗密度，能通过多种途径引起中毒，不易发现，防护和救治困难，容易生产，性质稳定，便于贮存。因此，实际上作为CWA的毒物是不多的。根据CWA的性质、作用原理及战术目的，化学战剂可按不同方法进进一步分类。如，按战术用途可分为致死性毒剂、致伤性毒剂、失能性毒剂、扰乱性毒剂和牵制性毒剂；按作用快慢可分速效性毒剂和非速效性毒剂。以下主要介绍临床（或毒理作用）分类。

（1）神经性毒剂（nerve agents）这是现今毒性最强的一类化学战剂，因人员中毒后迅速出现一系列神经系统症状而得名。主要代表有沙林、塔崩、梭曼和VX。

（2）糜烂性毒剂（blister agents）能引起皮肤、眼、呼吸道等局部损伤；吸收后出现不同程度的全身反应。主要代表有芥子气，氮芥和路易氏剂。

（3）氰类毒剂（cyanide agents）经呼吸道吸入后与细胞色素氧化酶的Fe2+结合，破坏细胞呼吸功能，导致组织缺氧。高浓度吸入可导致呼吸中枢麻痹，死亡极快。主要代表有氢氰酸、氯化氰。已往也被称作全身中毒性毒剂（systemic agents）。

（4）窒息性毒剂（choking gases,asphyxiants）主要损伤呼吸系统，引起急性中毒性肺水肿，导致缺氧和窒息。如光气、双光气以及氯气、氯化苦等。

（5）失能性毒剂（incapacitating agents ,incapacitants）这类毒剂种类繁多。美军装备的主要是毕兹（BZ）。它可以引起思维、情感和运动机能障碍，使人员暂时丧失战斗能力。

（6）刺激剂（irritants）这类毒剂对眼和上呼吸道有强烈的刺激作用。引起眼痛、流泪、喷嚏和胸痛等。主要代表有苯氯乙酮、亚当氏剂、CS和CR。外军常用来骚扰对方军事行动，并用作“抗暴”剂，目前仍有装备。我军不列为化学战剂（表2-1）。

表2-1 外军装备的主要化学战剂

毒剂分类主要代表物

致神经性塔崩　沙林　梭曼　VX

死糜烂性芥子气　路易氏剂

性全身性氢氰酸　氯化氰

窒息性光气（双光气）

非

致失能性毕兹（BZ）

死刺激剂苯氯乙酮　亚当氏剂　CS　CR

性

（四）可疑军事毒物

外军为了增强毒剂毒性和改进其使用性能，有些国家还专门研究或合成了某些特殊毒剂，是否装备军队，尚不清楚。其中包括：

（1）新失能剂EA3834，属取代羟乙酸类化合物，化学结构为苯基异丙基羟乙酸－N－甲基－4－哌啶酯，淡黄色粘稠液体，沸点303℃，难溶于水。与添加剂EA4923（环庚三烯类化合物）配伍使用，可经皮肤和呼吸道双途径吸收，失能作用稍大于BZ。对人的ICt50为73mg·min/m3。美国已进入生产与使用阶段，可能列为装备，尚待查证。

（2）有机氟化物，前苏联装备了一种能穿透防毒面具的毒剂-全氟异丁烯（perfluo-roisobutene，PFIB），结构式为(CF3)2C=CF2，是一种伤肺性毒剂。毒性强、作用快。空气中含ppm级的浓度，人员吸入后1h内即可出现头痛、咳嗽、胸痛、呼吸困难和高热。6～8小时症状加剧，8～24小时死于肺水肿。

　　另一氟化物六氟二甲基二硫（CF3SSCF3），由相对无毒的硫代三氟一氯甲烷（CF3SCl）遇活性碳后生成。与PFIB类似，也能穿透防毒面具。美、英等国家也积极从事有机氟化物的研制工作。如美军研制的有(CF3)2C=CFCN。

（3）毒素战剂和基因武器，随着研究手段的提高，发现了许多实际有毒但未被列为毒物的新的毒性物质，如蓖麻毒素（ricin）、肉毒杆菌毒素A（botulinum toxin A）、葡萄球菌肠毒素B（staphylococcus enterotoxin B）、石房蛤毒素（saxitoxin）等。一些生理性肽也有极大可能发展成为生化战剂。至于小分子肽毒素的合成也有了重大的变化，自动化的氨基酸偶合形成的技术已被发展。此外比母体分子强千百倍的生物调节肽类似物也能被制造出来，使这些分子成为影响生命过程最强的化学物质。由此可见，化学战剂不会停留在原有阶段，新的化学战剂还会不断产生。当今工艺技术的进步与发展能提供以前办不到的大量生产毒素的方法，从而获得有军事意义的产量。因此，着眼未来，建立新的医学防护体系实属必要。

此外，美军侵越战争中曾大量使用了除莠剂毁坏农作物和森林，故又称植物杀伤剂（anti-plant agents）。使用状态为白色、橙色、蓝色粉末或油状液滴。除莠剂是清除田间杂草的药剂，但大量使用能使植物叶子变黄、枯萎、脱落，达到暴露对方目标、限制游击队行动的目的。人员吸入、误食或皮肤大量接触，也会引起中毒。

三、毒效指标与毒害剂量
引起人员某种程度毒害所需的剂量统称为毒害剂量。剂量是决定毒物对机体造成损害的最主要因素。对于同一种毒物，不同剂量对机体造成的损害程度不同。毒剂对人体的损伤作用，是毒剂与机体机互作用的综合表现。因此，毒剂的毒效作用或损伤程度受到多种因素的影响。不同的毒剂可引起不同的生理、生化反应，因而决定各自的临床发展方向。不过其损伤程度在很大程度上依赖于毒物剂量。

（一）致死剂量

1、半数致死量(median lethal dose，LD50) 较为简单的定义是指引起一群受试对象50%个体死亡所需的剂量。精确的定义指统计学上获得的，预计引起动物半数死亡的单一剂量。LD50的单位为mg/kg体重，LD50的数值越小，表示毒物的毒性越强；反之，LD50数值越大，毒物的毒性越低。与LD50概念相同的剂量单位还有半数致死浓度（LC50)和半数抑制浓度或半数失能浓度（IC50)。LC50 是指能引起一群受试对象50%个体死亡所需的浓度。IC50是指一种毒物能将某种酶活力抑制50%所需的浓度。毒理学最早用于评价急性毒性的指标就是死亡，因为死亡是各种化学物共同的、最严重的效应，它易于观察，不需特殊的检测设备。长期以来，急性致死毒性是比较、衡量毒性大小的公认方法。在毒理学试验中，所需的实验动物数量是根据LD50不同的测定方法决定的。因为LD50并不是实验测得的某一剂量，而是根据不同剂量组而求得的数据。

LD50在毒理中是最常用于表示化学物毒性分级的指标。因为剂量—反应关系的“S”型曲线在中段趋于直线，直线中点为50%，故LD50值最具有代表性。LD50值可受许多因素的影响，如动物种属和品系、性别、接触途径等，因此，表示LD50时，应注明动物种系和接触途径。雌雄动物应分别计算，并应有95%可信限。如受试物在液体中时，以半数致死浓度（median lethal concentration，LC50）表示，单位为mg/L。LC50也用于表示空气中化学物的浓度，以mg/m3为表示单位。

2、绝对致死剂量（absolute lethal dose，LD100）：指某实验总体中引起一组受试动物全部死亡的最低剂量。实验总体中一组受试动物的数量视不同实验设计而定，少则10个，多则50～100个以上。

3、最小致死剂量（minimal lethal dose，MLD或MLC或LD01）：指某实验总体的一组受试动物中仅引起个别动物死亡的剂量，其低一档的剂量即不再引起动物死亡。

4、最大耐受剂量（maximal tolerance dose，MTD或LD0或LC0）：指某实验总体的一组受试动物中不引起动物死亡的最大剂量。

（二）效应剂量(median effective dose)

1、最小有作用剂量(minimal effective dose) 或称阈剂量或阈浓度：是指在一定时间内，一种毒物按一定方式或途径与机体接触，能使某项灵敏的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，也称中毒阈剂量。最小有作用剂量对机体造成的损害作用有一定的相对性。最小有作用剂量严格地也称为最低观察到作用剂量或最低观察到有害作用剂量。

2、最大无作用剂量(maximal no-effective dose) 是指在一定时间内，一种外源化学物按一定方式或途径与机体接触，根据目前认识水平，用最灵敏的实验方法和观察指标，未能观察到任何对机体的损害作用的最高剂量，也称为未观察到损害作用的剂量。理论上讲，最大无作用剂量与最小有作用剂量应该相差极微，但实际中由于受到对损害作用观察指标和检测方法灵敏度的限制，两者之间存在有一定的剂量差距。最大无作用剂量是根据亚慢性试验的结果确定的，是评定毒物对机体损害作用的主要依据。

3、毒剂的战斗密度地面、物体或人体表面染毒程度达到伤害作用时的密度叫战斗密度。以μg(mg)/cm2或mg(g)/m2为单位表示。例如，芥子气的战斗密度（地面染毒）为10g/m2，无防护人员通过此地域时可遭到芥子气的伤害。

4、毒剂的战斗浓度单位体积内染毒空气(或水)中含有的毒物剂量叫作染毒浓度, 常用μg(mg)/L或mg(g)/m3为单位表示。有杀伤作用的染毒浓度叫做战斗浓度。

（三）毒害剂量相关参数的表示方法

1、最低刺激浓度和不可耐受浓度就刺激剂而言，如CS对人眼的最低刺激浓度为0.00005mg/L；暴露2分钟不可耐受的浓度为0.001mg/L。

2、致死剂量和半致死剂量致死剂量（LD）乃笼统地表示一化学物引起实验动物死亡的剂量。引起死亡的浓度称致死浓度（LC）。此剂量或浓度处在最小致死量（MLD或MLC）与绝对（100％）致死量（LD100或LC100）之间。引起90％实验动物死亡的剂量（浓度）则用LD90(LC90）表示之；引起群体一半死亡的剂量称半数致死量，以LD50表示之。LC50则表示半致死浓度。

3、致死浓时积和失能浓时积人员吸入中毒的毒害剂量以暴露时间t(min)和毒剂浓度C的乘积，即Ct值表示。表示毒害剂量的浓时积有致死浓时积和失能浓时积。

　　同理，能使90％人员死亡的浓时积以LCt90表示。如氢氰酸呼吸道吸入1分钟的LCt90为1500～5000mg·min/m3。能使50％左右人员死亡的浓时积称半致死浓时积（LCt50）。如沙林呼吸道吸入1分钟的LCt50为100mg·min/m3。

　　与上类似，以ICt50或ICt90分别表示使50％或90％以上人员丧失战斗能力的剂量。如毕兹经呼吸道吸入1分钟ICt50、ICt90分别为110mg·min/m3，220mg·min/m3。

　　致死或失能浓时积是一常数。它取决于毒剂种类、个体差异和中毒条件。然而这一常数只适用于暴露时间较短的情况下。如HCN只规定几分钟，光气最多为1小时。在暴露时间较长或毒剂浓度很低时，测得的致死浓时积往往偏高。特别是那些易于排出体外或体内易于失去毒性的毒物更是如此。

　　浓时积“Ct”只表示浓度和时间的关系，没有考虑到暴露时间内人员的呼吸状况。人员在运动时的肺通气量比在安静时大得多。静止时一般成人平均通气量为每分钟11L；防御战斗时为24L；进攻战斗时为77L。因此，在浓度C的染毒空气中暴露时间t，活动时吸入的毒剂量比静止时大得多。换言之，达到同一伤害程度的毒害剂量，在单位时间内活动状态比在静止状态时小得多（表2-2）。

表2-2 不同作战条件下沙林的吸入毒性

毒性染毒浓度（mg·min/m3）静止状态防御作战进攻作战

Ict50（失能 50 25 8

Lct50（致死） 100 50 15

Lct90（致死） 180 90 30

第二节毒物的结构、特性与效应
一、化学结构与毒性质化效应
1、自由基连锁反应引起活性氧损伤机体细胞膜含有大量多不饱和脂肪酸，不饱和的共价双键极易受不配对电子的攻击，这种反应一经出现，便会产生连锁放大效应，造成细胞膜结构和功能损伤。只要细胞膜多不饱和双键与毒性自由基存在并接触，这种损伤便可能发生。
2、过敏原数量很少也可致变态反应对于少数过敏体质的人来讲，如果第二次接触致敏物，就会发生过敏，甚至全身变态反应，如青霉素的全身过敏、花粉鼻粘膜刺激、牛奶的胃肠道过敏等。一般认为，过敏原数量与变态反应无正相关关系。

3、抗菌素选择性破坏致病菌的结构青霉素之所以能够有效杀灭细菌，主要由于青霉素可选择性破坏细菌的荚膜结构，从而抑制细菌的分裂增殖。而真核细胞不具有这种结构，因而才会通过选择性毒性起到灭菌治病作用。除草剂对杂草有杀灭作用，而对庄稼则无损伤作用，其道理也是杂草与庄稼的细胞结构差异的选择性作用所致。

4、萘环化合物容易使试验动物致癌大量动物研究表明，许多含有萘环结构的化合物，由于其具有很强的亲核性，很容易造成细胞突变，发生肿瘤。而其它大量的化合物不具这种结构，所以多数不致癌。
5、氧化型LDL较容易引起动脉硬化低密度脂蛋白(LDL)是血清蛋白的正常组分，当LDL发生氧化反应后，就会在磨损的动脉壁发生粥样硬化，诱发一系列心血管系统的病变。而高密度脂蛋白则有拮抗作用。

二、化学结构与毒性量化效应
化学结构与毒性大小的关系相当复杂，目前仅找到一些有限的规律。

1、同系物的碳原子数烷、醇、酮等碳氢化合物与其同系物相比，碳原子数愈多，则毒性愈大（甲醇与甲醛除外）。但当碳原子数超过一定限度（7-9个），毒性反而下降。当同系物碳原子数相同时，直链的毒性比支链的大，成环的毒性大于不成环的。

2、卤素的取代卤素有强烈的负电子效应，在化合物中增加卤素就会使分子的极化程度增强，更容易与酶系统结合，使毒性增加。例如，氯化甲烷对肝脏的毒性依次为：CCl4＞CHCl3＞CH2Cl2＞CH3Cl。

3、基团的位置如带两个基团的苯环化合物，其毒性是：对位＞邻位＞间位。分子对称者毒性较不对称者大，如1,2-二氯乙烷的毒性大于1,1-二氯乙烷。

4、分子饱和度分子中不饱和键增加时，其毒性也增加。例如对结膜的刺激作用是：丙烯醛＞丙醛，丁烯醛＞丁醛。

5、其它烃类化合物中一般芳香族烃类化合物比脂肪族烃类毒性大。脂肪族化合物中引入羟基后，毒性增高。在化合物中引入羧基后，可使化合物水溶性和电离度增高，而脂溶性降低，毒性也随之减弱，例如苯甲酸的毒性较苯为低。

三、物理特性与毒性效应
（一）脂水分配系数（lipid/water partition coefficient）

是指毒物在脂相和水相中溶解分配率。在构效关系研究中，这是一个十分重要的化学物的物理参数。它有助于说明有机化合物在体内的分配规律。

（二）分散度（dispersity）

一些毒物以气溶胶形态存在于环境空气中，它们是一团气体和悬浮于其中的微粒组成的混合体。分散度以微粒的直径大小表示。只有直径＜5微米的微粒才可以进入肺泡。进入肺泡的气溶胶分散度越大，比表面积越大，生物活性也越强。

（三）挥发度 (volitility)

有些毒物的LC50相当，即其绝对毒性相似，但由于各自的挥发度不同，所以形成实际的毒性危害或危险性就可有很大的差异。比如，苯和苯乙烯LC50均为45mg/L，绝对毒性相同，但苯很易挥发，而苯乙烯的挥发度仅为苯的1/11，所以苯乙烯经呼吸道吸入的实际危害性就远比苯小。将毒物的挥发度估计在内的毒性称为相对毒性。对有机溶剂来说，相对毒性指数更能反映其经呼吸道吸收的危害程度。

（四）电离度 (ionization)

对于弱酸性与弱碱性有机物只有在适宜的PH条件下、维持非离子型才能经胃肠吸收。当弱酸性化合物在碱性环境下将部分解离时，则不易吸收。

（五）纯度 (purity)

一般说起某个毒物的毒性，都是指该毒物纯品的毒性。毒物的纯度不同，它的毒性也不同。因此，对于待研究的毒物，应首先了解其纯度、所含杂质成分与比例，以便与前人或不同时期的毒理学资料进行比较。

第三节接触特征
一、接触的含义
接触（exposure），是生物体外或内表面与环境因素之间发生联系的直接位置关系和过程，也称暴露。对某一污染物的接触剂量，常用人体外或内（如肺泡或肠道）表面与污染物之间以一定剂量的发生联系时，经常以与体表界面的介质（如空气与食物）中的污染物的浓度表示。毒物对生物体的有害作用是因为毒物或其代谢产物以一定浓度到达体内相应部位后，有充分的时间产生毒性反应及相应的各种表现。然而，毒物在体内是否产生毒性反应，决定于毒物的化学和物理性质、接触状况和生物体或接触者的易感性。因接触情况而影响毒性作用的主要因素有接触途径、接触频率和接触期限。

二、接触途径
毒物进入机体的途径即为接触途径(exposure route)。有胃肠道、呼吸道和皮肤。一般来说，毒物经静脉接触时，产生的毒性作用最快。经不同途径产生毒性作用的速度，递降顺序为：吸入＞腹腔内＞皮下＞肌肉内＞口服。接触途径可影响毒物的毒性严重程度。例如，经口给予某种毒物时，由于毒物经过门脉系统循环可在肝脏中减毒，所以其毒性将明显地小于经体循环摄入时的毒性。

三、接触频率与期限
接触频率和期限(exposure frequency and exposure duration)分为四种，即急性、亚急性、亚慢性和慢性。急性接触通常是指一次给予受试化合物，低毒化合物可在24小时内多次给予，经吸入途径和急性接触，通常连续接触4小时，最多连续接触不得超过24小时。亚急性接触为反复接触1个月或略少于1个月。亚慢性接触为反复接触3个月或略少于3个月。慢性接触为反复接触3个月以上，通常需6个月以上。

毒性与接触频率和期限有密切关系。急性、亚急性、亚慢性和慢性接触的关键是毒性反应取决于靶部位的毒物浓度，而靶部位的外源化学物浓度与接触频率的关系又取决于该外源化学物在体内的清除率。因此，无论急性接触，还是反复接触，均分为三种情况：①外源化学物清除率非常低，低于接触频率。例如半减期为1年。②外源化学物消除率与接触率相当。例如半减期为一天。③化学物消除率很快，快于接触频率。当急性接触时,外源化学物处于①时,靶部位浓度可达到毒性作用范围；而处于②、③时,仅在接触初期可在毒性作用范围；而长期低剂量的反复接触时，外源化学物处于①时，其靶部位浓度重复接触两次就能在毒性作用范围；处于②时，重复两次后达到毒性作用范围；当外源化学物处于③时，永远不会达到毒性作用浓度。当然，各种接触频率均可能出现外源化学物本身对细胞或组织的损害。因此，还必须考虑接触间隔时间。间隔期是由保证接触后受损组织得以完全恢复的时间决定的, 否则, 将出现不可逆的毒性作用。

第四节毒性作用
一、毒性的定义
毒性（toxicity）是指外源化学物与机体接触或进入体内的易感部位后，能引起损害作用的相对能力，或简称为损伤生物体的能力。也可简单表述为，外源化学物在一定条件下损伤生物体的能力。一种外源化学物对机体的损害能力越大，则其毒性就越高。外源化学物毒性的高低仅具有相对意义。在一定意义上，只要达到一定的数量，任何物质对机体都具有毒性，如果低于一定数量，任何物质都不具有毒性，关键是此种物质与机体的接触量、接触途径、接触方式及物质本身的理化性质，但在大多数情况下与机体接触的数量是决定因素。

毒性与剂量、接触途径、接触期限有密切关系评价外源化学物的毒性，不能仅以急性毒性高低来表示，有一些外源化学物的急性毒性是属于低毒或微毒，但却有致癌性，如，NaNo2；有些外源化学物的急性毒性与慢性毒性完全不同，如苯的急性毒性表现为中枢神经系统的抑制，但其慢性毒性却表现为对造血系统的严重抑制。

二、毒性作用分类
毒物对机体的毒性作用可按以下方面进行分类。

（一）、按毒物作用于机体后表现分为：

1、局部或全身毒性

按出现毒性作用的部位毒性作用可分为局部毒性(local toxicity)和全身毒性（systemic toxicity)。局部毒性是指某些毒物在机体接触部位直接造成的损害作用。如接触具有腐蚀性的酸碱造成的皮肤损伤，刺激性气体吸入时直接引起呼吸道损伤等。全身毒性是指毒物被机体吸收并分布至靶器官或全身后所产生的损害作用。例如氢氰酸引起机体的全身性缺氧。局部毒性的最初表现为直接接触部位的细胞死亡，而全身毒性的表现是一定的组织和器官的损伤。最初表现为局部毒性的化学物也可能通过神经反射或被机体吸收后引起全身性反应。

2、可逆或不可逆毒性

按毒性作用引起的损伤恢复情况，毒性作用分为可逆毒性(reversible toxicity)和不可逆毒性(irreversible toxicity) 。一种毒物引起的组织病理学损伤，其再生能力在很大程度上决定于毒性效应的可逆和不可逆性。可逆毒性是指停止接触后可逐渐消失的毒性作用。一般情况下，机体接触毒物的浓度越低、时间越短、损伤越轻，则脱离接触后其毒性作用消失的越快。不可逆毒性是指停止接触后其毒性作用依然存在甚至对机体造成的损害作用进一步加深。有些毒物所造成的损害是不可逆的，如损伤中枢神经系统多数是不可逆的，因为已分化的中枢神经细胞不能再分裂。

3、即刻或延迟性毒性

毒性作用按发生的速度快慢可分为即刻毒性(immediate toxicity)和延迟性毒性(delayed toxicity)。毒物在一次接触后的短时间内引起的毒性称为即刻毒性。如沙林、一氧化碳引起的急性中毒。在一次或多次接触某种毒物后，经过一定时间才出现的毒性作用称为延迟性毒性。如致癌物初次接触后要10-20年才出现肿瘤。

4、变态反应

变态反应 (allergic reaction)也称为过敏反应(hypersensitivity)，是由于以前受到过某种毒物的致敏作用（sensitization）,当再次接触该毒物或类似物时所致的一种免疫介导性有害作用。引起这种反应的物质称过敏原。过敏原可以是完全抗原，也可以是半抗原。许多毒物进入机体后，作为半抗原与内源性蛋白质结合形成抗原，然后进一步激发机体反应。当机体再次接触该毒物，就可发生抗原抗体反应，产生典型的变态反应症状。因此，难得看到有剂量-反应关系，但当一种毒物给予一个过敏体质的人，还是发现与剂量相关的。变态反应从毒理学角度可视为一种有害反应。

5、功能、形态损伤

功能损伤作用通常指靶器官或组织的可逆性异常改变。形态损伤作用指的是肉眼和显微镜下所观察到的组织形态学异常改变，其中有许多改变通常是不可逆的，如坏死、肿瘤等。由于免疫组化和电镜技术的应用，大大提高了形态作用检测的敏感性。但不可否认，在许多情况下，有些功能测定本身只能反应在靶器官有明显的形态学改变之后，如血清中酶的改变，就要在酶组织化学或电镜改变的中晚期才出现。许多功能指标较形态指标改变更为敏感，所以，测定功能性指标有其重要价值。

6、特异性反应

特异性反应（idiosyncratic reaction）是指由遗传所决定的特异性体质对某种毒物的异常反应性。例如，有些病人在接受了一个标准剂量的琥珀酰胆碱后，发生持续的肌肉松弛和呼吸暂停，因为这些病人缺少一种正常人迅速分解肌肉松弛剂的血清胆碱酯酶；还有些人对亚硝酸和高铁血红蛋白形成剂异常敏感，因为他们体内缺乏NADPH高铁血红蛋白还原酶。

（二）按毒效持续时间的毒性分类

1、暂时性毒性

　　施放后呈蒸气或气溶胶，造成空气染毒，人员接触中毒，有效杀伤时间短（＜60min）。使用的毒剂多为沸点低、易挥发的液态毒剂，如氢氰酸、光气、沙林等；常温时为固体、施放后呈烟状的毒剂，如失能剂BZ、刺激剂CS、苯氯乙酮等亦可用作暂时性毒剂（non-persistent agents）。前者多用于迅速杀伤对方有生力量而不妨碍随后占领该地区，故敌人多在进攻时使用；后者用于扰乱或疲惫对方，降低或使对方失去战斗力。

2、持久性毒性

　　施放后呈液滴状或微粉状，地面染毒，人员接触中毒，有效杀伤时间长（＞60min）。有些沸点高，不易挥发的液体毒剂具有持久性作用。如，芥子气、VX和以微粉状施放的固体毒剂（刺激剂）。因为它们可造成施放地区长时间染毒，人员不宜立即进入该地区，所以称这类毒剂为持久性毒剂（persistent agents）。微粉状毒剂施放后沉落于地面，人员或车辆通过或风速较大时再度飞杨，故可造成较长时期的地面和空气染毒。

3、半持久性毒性

　有效杀伤时间介于前两者之间，能保持数十分钟至数小时，称这类毒剂作用为半持久性毒性。如，梭曼、塔崩、双光气等。外军一直很重视所谓中等挥发度毒剂（intermediate volatility agents，IVA）的研究，意欲使此类毒剂能经呼吸道和皮肤双途径吸收，发挥其致伤作用。把这类毒剂称为半持久性毒剂（semi-persistent agents）。

　　毒剂的持久性是相对的。它与毒性的理化性质、施放方法、战斗状态、目标区的地形和气象条件等因素有关。通常作为暂时性毒剂使用的CS，若以微粉状态布洒于地面可长期发挥毒性作用；通常作为持久性毒剂使用的芥子气如施放呈雾状，则为暂时性毒剂。

第五节毒性作用特征
一、剂量-反应关系
当我们将接触特征和毒性作用谱连结在一起时，就形成了剂量-反应关系（dose-response relationship）的最基本特征。它是毒理学中最基本的概念，也是研究毒物的最基本条件。

效应（effect），即生物学效应，指机体在接触一定剂量的化学物后引起的生物学改变。生物学效应一般具有强度性质，为量化效应（graded effect）或称计量资料。例如，有神经性毒剂可抑制胆碱酯酶，酶活性的高低则是以酶活性单位来表示的。效应用于叙述在群体中发生改变的强度时，往往用测定值的均数来表示。

反应（response），系指接触一定剂量的化学物后，表现出某种生物学效应并达到一定强度的个体在群体中所占的比例，生物学反应常以“阳性”、“阴性”并以“阳性率”等表示，为质化效应（quantal effect）或称计数资料。例如，将一定量的化学物给予一组实验动物，引起50％的动物死亡，则死亡率为该化学物在此剂量下引起的反应。

计量资料（效应强度）与计数资料（反应强度），可从同一整体的试验对象中获得，有些效应无强度差别，如死亡等。有时，根据计量效应强度改变超过一定程度时可认为为异常，则将量化效应转换为质化效应。

由此可见，“效应”仅涉及个体，即一个动物或一个人；而“反应”则涉及群体，如一组动物或一群人。效应可用一定计量单位来表示其强度；反应则以百分率或比值表示。

剂量大小意味着生物体接触毒物的多少，是决定毒物对机体造成损害的最主要的因素。它是指给予机体的数量、与机体接触的数量、吸收进入机体的数量或靶器官中的含量或浓度。毒物与机体接触直至产生毒性效应经过三个时相，即接触相、动力相和毒效相。在接触相阶段，根据毒物存在的量和形态，决定了机体接触的量称为接触量。当以一定方式（如口服、注射等）给予机体的量称为给予量。但机体接触的量并不等于进入体内的量，因此吸收量与毒性作用关系更密切。然而，最终决定毒性作用的是毒效相的剂量，即毒效量。但测定毒效量较为复杂，而一般情况下接触量越大，毒效量也越大。因此，实际中以接触量来衡量剂量与毒性效应的关系。剂量单位是用单位体重接触的毒物数量来表示，如mg/kg体重。

剂量-反应关系, 是指不同剂量的毒物与其引起的质化效应发生率之间的关系。剂量-反应关系是毒理学的重要概念，如果某种毒物引起机体出现某种损害作用，一般就存在明确的剂量反应关系（过敏反应例外）。剂量反应关系可用曲线表示，即以表示反应的百分率或比值为纵坐标，以剂量为横坐标，绘制散点图所得的曲线。不同毒物在不同条件下引起的反应类型是不同的，这主要是剂量与反应的相关关系不一致，因此，在用曲线进行描述时可呈现不同类型的曲线。

（一）直线型

反应强度与剂量呈直线关系，即随着剂量的增加，反应的强度也随着增强，并成正比例关系。但在生物体内，此种关系较少出现，仅在某些体外实验中，在一定的剂量范围内存在。

（二）S形曲线

此曲线较为常见。它的特点是在低剂量范围内，随着剂量增加，反应强度增高较为缓慢，剂量较高时，反应强度也随之急速增加，但当剂量继续增加时，反应强度增高又趋于缓慢，成为“S”形状。S形曲线可分为对称和非对称两种。

（三）抛物线型

剂量与反应呈非线性关系，即随着剂量的增加，反应的强度也增高，且最初增高急速，随后变得缓慢，以致曲线先陡峭后平缓，而成抛物线形。如将此剂量换算成对数值则成一直线。将剂量与反应关系曲线换算成直线，可便于在低剂量与高剂量之间进行互相推算。

（四）指数曲线

在剂量反应关系的曲线中，当剂量越大，反应率就随之增高得越快，这就是指数曲线形式的剂量反应关系曲线。若将剂量或反应率两者之一变换为对数值，则指数曲线即可直线化。

（五）双曲线

随剂量增加而反应率的增高类似指数曲线，但为双曲线。此时如将剂量与反应率均变换为对数值，即可将曲线化直。

（六）受干扰的曲线

有时由于毒物的致死作用或对细胞生长的抑制作用等各种原因，可使曲线受干扰，在中途改变其形态甚至中断。虽然，在某些毒性试验中，可见到“全或无”的剂量反应关系的现象，即仅在一个狭窄的剂量范围内才观察到效应出现，而且是坡度极陡的线性剂量反应关系。产生这种情况的原因当依据具体情况作出解释。

二、时间-反应关系
毒物对机体的毒性作用不仅仅是剂量反应关系，还与毒物引起机体出现某种反应的时间有关，即时间反应关系。一般情况下，机体接触毒物后迅速产生毒性作用，表明其吸收和分布

快，作用直接；反之，则说明吸收或分布缓慢，或在产生毒性作用前需经代谢活化。中毒后恢复迅速，则表明毒物能很快被代谢解毒或排出体外；反之，说明解毒或排泄的速率很低，或者是已在体内产生了生理或生化方面的损害作用并难以恢复。

三、选择性毒性

在一定条件下，毒物对机体的毒性作用具有一定的选择性。一种毒物对某一种生物有损害，而对其它组织器官无毒性作用，这种毒物对生物体的毒性作用称为选择性毒性。受到损害的生物或组织器官称为靶生物或靶器官。

人类常常利用化学物品的选择性毒性杀灭对人类生活无益或有害的生物体。例如，农业上使用的农药，可杀死昆虫及某些竞争性植物，而不危害种植的植物。又如，畜牧业和人类医学中使用的抗生素，它可对不希望的有机体（如细菌）产生选择性毒性，而对人、畜无害。毒物对机体存在选择性毒性的原因可能有以下几个方面：

1、物种和细胞学的形态学差异例如，植物在许多方面不同于动物，缺少神经系统，缺少有效的循环系统和肌肉组织，但却有光合作用和细胞壁。又如，细菌具有细胞壁而人类却没有，正是利用这种差异而研制的具有选择性毒性的化学药物，如青霉素和先锋霉素等，可杀灭细菌而对人体细胞相对无损害。

2、对毒物或其代谢物的蓄积能力的差异如在医学上用放射性碘治疗甲状腺机能亢进，就是利用甲状腺选择性蓄积碘的功能。

3、对毒物在体内生物转化过程的差异例如，细菌不能直接吸收叶酸，要利用对氨基苯甲酸、谷氨酸和蝶啶来合成，但人类却只能从食物中吸收叶酸而不能自身合成。因此磺胺类药物对细菌有选择性，对人类却没有。黄曲霉素B1对大鼠和小鼠的致癌作用也存在不同的选择性。小鼠能抵抗黄曲霉素B1致肝癌作用，原因是小鼠体内含有一种谷胱甘肽转硫酶的同功异构酶，该酶与黄曲霉素B1的致癌性还氧化物具有高度亲和力，可对黄曲霉素进行解毒。而大鼠对黄曲霉素的这种解毒作用较低，即使摄入很少量的黄曲霉素也可诱发肝脏肿瘤。

4、对毒物所造成损害的修复能力存在差异例如，化合物N-甲基脲主要诱发大鼠产生脑部肿瘤，在肝脏未发现。这是因为肝脏能有效地将DNA和分子中形成的O6-烷基-鸟嘌呤进行酶解，而脑组织中却不存在这种酶解作用。

四、耐受性
耐受性是生物体对毒物毒性作用的反应降低。它是由于暴露的生物体以前接触过该毒物或结构类似的毒物。产生耐受性的主要机制是：①毒物到达产生毒性作用部位的数量减少，称为分配性耐受(dispositional tolerance）。已知可引起分配性耐受的毒物有四氯化碳和镉。四氯化碳耐受性的降低是由于它本身产生可损伤肝脏的活性代谢产物的减少；而镉是由于其不断与金属硫蛋白结合，使之形成MT-Cd，其量则远高于与大分子结合的量，因而毒性降低，出现耐受性。②解毒系统诱导性活性增强。如，饮酒或酗酒，疫苗接种等。③化学性或功能性拮抗剂摄入增加。比如，在接触神经性毒剂之前打预防针。④一种组织对毒物的反应性降低，其机制还知之甚少。

耐受性的检出可在蓄积试验的基础上，当总剂量已超过5LD50时，死亡动物仍未达到半数，再对存活动物给予一个LD50，若动物的死亡数仍少于一半，则认为已出现耐受性。

第六节毒性作用一般机制
近二十年来，毒性作用的机制研究取得了重要的进展，许多中毒的理论和假说已能在分子水平上得以深入地阐明。

一、直接损伤作用
如强酸或强碱可直接造成细胞和皮肤粘膜的结构破坏，产生损伤作用。

二、受体配体的相互作用与立体选择性作用
受体是组织的大分子成分，它与配体相互作用，产生特征性生物学效应。受体-配体的相互作用通常有立体特异性，化学结构的微小变化就可急剧减少甚至消除毒物的生物效应。但在毒理学反应中不能过分强调立体选择性的意义。因为活性差别不仅可延伸到结构的不同毒物和几何异构体，还决定于是否具有手性结构特点的毒物。研究表明，许多毒物的有害作用是直接与干扰受体-配体相互作用的能力有关。最突出的例子是失能性毒剂，如毕兹就是阻断了乙酰胆碱与胆碱能受体的结合而产生失能作用。

三、干扰易兴奋细胞膜的功能
易兴奋细胞膜的维持和稳定是正常生理功能的基本条件。毒物可以多种方式干扰易兴奋细胞膜的功能，例如，有些海产品毒素和蛤蚌毒素均可通过阻断易兴奋细胞膜上钠通道而产生麻痹效应。

四、干扰细胞能量的产生
许多毒物所产生的有害作用，是通过干扰碳水化合物的氧化作用以影响三磷酸腺苷（ATP）的合成。例如，铁在血红蛋白中的化学性氧化作用，由于亚硝酸盐形成了高铁血红蛋白而不能有效地与氧结合。毒物引起ATP耗竭有许多不同的途径，但线粒体氧化磷酸化被干扰可能是最常见的原因。另一类是抑制呼吸链的递氢或电子传递的药物。如全身性毒剂氰化物和一氧化碳等，它们可分别抑制呼吸链中的不同环节，从而使细胞耗氧量降低，因而作用物氧化受阻，偶联磷酸化也无法进行，ATP生成随之减少。

另一种机理是ATP的过度利用和抵偿，如乙基硫氨酸的肝毒性即与此有关。细胞内ATP 的缺乏将危及甚至终止细胞主动转运过程，细胞的特定隔室里的离子浓度如Na+、K+ 、Ca2+浓度将发生改变，各种生物合成过程如蛋白质合成将减少，肝细胞不能有效地形成胆汁。

五、与生物大分子结合
毒物与生物大分子相互作用主要方式有两种，一种是可逆的，一种是不可逆的。如底物与酶的作用是可逆的，共价结合形成的加成物是不可逆的。

(一) 与蛋白质结合

蛋白质分子中有许多功能基因可与毒物或其活性代谢物共价结合，除了各种氨基酸分子中共同存在的氨基和羟基外，还包括丝氨酸和苏氨酸所特有的羟基、半胱氨酸的巯基等。这些活性基团常常是酶的催化部位或对维持蛋白质构型起重要作用，因而与这些功能基团共价结合最终会抑制这些蛋白质的功能，出现组织细胞毒性与坏死，诱发各种免疫反应和肿瘤的形成，还可出现血红蛋白的自杀毁灭和酶的抑制。另外，有些毒物与组织蛋白中的氨基、巯基、羟基等功能基团结合发生酰化反应，从而影响该蛋白的结构与功能，如光气中毒。

(二) 与核酸结合

毒物母体直接与核酸进行共价结合反应较少见，绝大多数是由毒物的活性代谢产物与核酸碱基进行共价结合，使碱基受损，基因突变、畸变和癌变等。

DNA加成物的形成可引起细胞毒性、诱变作用、改变蛋白质- DNA相互作用和肿瘤的启动等。如芳香胺可引起碱基置换型改变，活化ras癌基因。许多作者研究了DNA加成物与致癌性的因果及数量关系发现：1、多环芳烃类和烷化剂的加成物形成能力与整体致癌作用存在着相关；2、加成物形成与体外细胞转化及肿瘤诱导呈正相关；3、敏感动物种系与耐受动物种系相比，靶组织中加成物水平较高。例如，糜烂性毒剂硫芥等可与DNA结合发生烃化作用而引起中毒。

(三) 与脂质结合

这方面研究较少。脂质最易产生共价结合的部分是：磷脂酰丝氨酸、胆碱与乙醇胺。如，氟烷与乙烯叉二氯的活性代谢物可与细胞膜乙醇胺共价结合，从而影响膜功能。

六、膜自由基损伤
自由基是指能够独立存在的含一个或一个以上不成对电子的任何分子或离子。自由基按其化学结构分为半醌类自由基、氧中心自由基和其它碳、氮、硫中心自由基，如活性氧、羟自由基、过氧化氢、臭氧和一氧化氮自由基等。自由基的共同特点是顺磁性、化学反应性极高。基本的自由基反应有：氢抽提反应、电子转移反应、加成反应、终止反应和歧化反应。在我们机体里这些反应持续不断的发生，但机体也存在抗自由基的防御体系，只有当自由基的产生超过防御体系的清除能力，或机体的防御体系受损而不能发挥正常功能时，过多的自由基可以产生以下损害：①膜脂质过氧化损害。膜脂质过氧化后，其不饱和性改变，因而膜流动性随之改变，脆性增加。脂质自由基还可与其他脂质和大分子如蛋白质相互作用引起交联，导致膜蛋白处于永久性的缔合状态，因而阻挡了蛋白受体恢复到原来的分布状态，从而严重地损害了生物膜的功能，生物膜功能抑制和结构的破坏与许多因素的中毒机制有关。如阿霉素在治疗肿瘤的同时对心脏的毒性作用就是由于自由基损伤引起的。②蛋白质的氧化损害。蛋白质是自由基攻击的重要靶分子。几种蛋白质中关键的氨基酸对自由基的损害特别敏感，如精氨酸、赖氨酸等。蛋白质对脂质过氧化的自由基中间产物也是特别敏感，如烷氧自由基可与过氧化脂质紧密相联系的蛋白质反应。蛋白质氧化后引起酶活性改变，膜和细胞功能改变。③DNA的氧化损害。活性氧可对DNA产生碱基修饰和链断裂两大类损害。如活性氧可与核酸反应，形成许多不同类型的碱基修饰物，8-羟基鸟嘌呤最为常见，形成数量最多，故通常以它作为DNA氧化损害的重要指标。DNA链断裂在基因突变的形成过程中有重要意义，还可能造成部分碱基的缺失，这也可能引起癌基因的活化。另外的实验观察也证实，活性氧可导致肿瘤抑制基因如P53的失活，从而导致肿瘤的发生。最近研究还发现，DNA损害后诱导一类蛋白激酶的活化，这类激酶在识别DNA损害，转导DNA损害信号以及通过改变细胞代谢来促进DNA修复方面都起着必不可少的作用。

七、细胞内钙稳态失调
在细胞功能的调节中，Ca2+可作为第二信使起着信号传导的关键作用，同时Ca2+ 也是多种参与蛋白质、磷脂和核酸分解的酶的激活分子之一。正常情况下，细胞内钙稳态是由质膜Ca2+转位酶和细胞内钙池系统共同操纵控制的。细胞损害时，这一操纵过程紊乱可导致Ca2+内流增加，Ca2+从细胞内储存部位释放与/或通过质膜逐出抑制，从而导致细胞内Ca2+浓度不可控制的持续增加，细胞内Ca2+ 浓度持续高于生理水平以上必然导致维持细胞结构和功能的重要大分子难以控制的破坏。而且这种持续增加将会完全破坏正常生命活动所必需的由激素和生长因子刺激而产生的短暂的Ca2+浓度瞬变，危及线粒体功能和细胞骨架结构，最终激活不可逆的细胞内成分的分解代谢过程。

毒物可在不同水平上干扰细胞信号的传递，导致细胞内Ca2+ 对激素及生长因子的正常反应的丧失。另外，钙信号系统的异常活化也是毒物引起细胞死亡的一个重要机制。

当前，细胞内钙稳态失调是细胞损害与机制研究方面最为热门的话题，大量证据表明，细胞钙的持续增高可能活化各种不同组织和细胞的毒性机理，因而曾被称为“细胞死亡的最终共同途径”。

八、选择性细胞死亡
在一个器官或组织中，选择性细胞死亡也是一种毒性作用。与其它一些疾病过程非常相似，这种毒性作用是相当特异的。例如，高剂量锰可引起脑部基底神经节多巴胺能细胞损伤，产生的神经症状几乎与帕金森氏病难以区分。发育中的胚胎对许多毒物也相当敏感，因为在胚胎生长早期阶段，许多细胞可能具有多能性，稍许丢失这些细胞，就可能导致胚胎死亡或出生缺陷。众所周知，在胎儿发育的某一阶段给孕妇服用止吐药物“反应停”，由于胚胎细胞毒性，使早期肢芽生成细胞丢失，而造成出生时婴儿缺肢畸形。

九、体细胞非致死性遗传改变
毒物和DNA的共价结合能直接导致细胞死亡，也可以通过引发一系列变化而致癌。能使体细胞突变而致癌的化合物称之为遗传毒性致癌物。如果突变发生在体细胞，那么遗传损伤不会传给后代，但能作为癌前细胞最终发展成为恶性肿瘤。现在认为遗传毒性化合物能通过激活细胞的原癌基因而致癌，而致癌是一个多阶段的过程，作用机制有：直接作为生长因子起作用或是和被修饰后的生长因子受体相互作用；刺激内源性生长因子的产生和释放；驱使分化细胞由静止期进入细胞分裂周期；抑制正常细胞的分化，这对确保成熟细胞停止分裂是必要的；干扰正常的细胞间通讯等。

十、诱发凋亡
凋亡（Apoptosis）是在细胞内外因素作用下激活细胞固有的DNA编码的自杀程序来完成的，又称为程序性死亡（programmed cell death, PCD）。细胞凋亡是具有独特的形态学和生物化学特点。凋亡细胞的具体形态特征的改变包括细胞表面的变化，如微绒毛的丢失，细胞-细胞粘连等；质膜呈囊状突起但仍可以保持完整，使细胞内成分不会渗透到细胞外；细胞皱缩，细胞质成分密集；细胞器保持完整，而内质网的潴泡却有膨胀；细胞核浓缩，染色体在核包被周围密集地堆积形成新月形小体，核碎裂成膜包裹的凋亡小体。DNA电泳显示DNA结构断裂，表现为梯状带型，DNA片段一般为180-200bp左右。此后，凋亡小体被其邻近的细胞吞噬并在溶酶体内降解，这种死亡过程不发生溶酶体、线粒体及细胞膜的破裂，无细胞内含物的外泄，故不引起炎症反应和周围组织的次级损伤。细胞凋亡是基因表达的结果，受细胞内外因素的调节，如果这一调控失衡，就会引起细胞增殖及死亡平衡障碍。因此，细胞凋亡在多种疾病的发生中具有重要意义。例如，肿瘤的发生，病毒感染和爱滋病关系，组织的衰老和退行性病变以及免疫性疾病，病毒感染性疾病的发病机理都与凋亡有密切关系。近年研究细胞凋亡的最新发现提示，许多优秀的化疗药物可通过诱导肿瘤细胞凋亡的方式杀伤肿瘤细胞。其机制可能是细胞凋亡经常以对环境信号产生两种应答形式而进入凋亡，一种是刺激信号的出现，如未成熟的胸腺细胞应答糖皮质激素而死亡；另一种是刺激信号的消失，如成熟T细胞应答IL-2的消失而发生凋亡。细胞介导的细胞毒作用，例如自然杀伤细胞，具有诱导靶细胞产生凋亡的某些特征；有几种细胞在其特征性受体上与肿瘤坏死因子结合以后，也能启动凋亡，其它几种类型细胞之中，却引起细胞的活化或分化而不是死亡。这一结果清楚的表明，信号因子的作用关键取决于细胞类型和细胞发育的阶段，同时还可能依赖于其它环境信号。

近年的研究结果表明，如果受损伤的细胞不能正确启动凋亡机制，就有可能导致肿瘤。人们将细胞凋亡形象地称为细胞自杀。研究中人们发现和克隆了一些执行细胞“自杀”程序的基因，如白细胞介素-1β（IL-1β）转化酶（ICE）基因等；也发现了一些阻止细胞“自杀”的基因，如原癌基因Bcl-2，科学家们通过人为地加强细胞凋亡这一过程，达到使肿瘤细胞也走上“自杀”，从而达到拯救人类的目的。随着对细胞自杀机制研究的深入，人们发现，一些来自病毒或细菌的基因具有一些特殊的功能，其表达产物可将原先对哺乳动物细胞无毒的或极低毒性的药物转换成毒性产物，导致这些细胞的死亡，这类基因即称为“自杀基因”。由于“自杀基因”表达的产物多是能将无毒性前体药物代谢为毒性产物的酶，故又称为“前药转换酶基因”。常见的“自杀基因”有ICE、HSV-tK、CD等。将肿瘤细胞特异的调控元件或转录元件与“自杀基因”相结合的策略，巧妙地使“自杀基因”定向地在肿瘤细胞中表达。Huber等将tK基因置于肝癌特异的甲胎蛋白（AFP）或肝脏相关白蛋白（LAA）转录调控序列的控制之下进行表达，不表达AFP或LAA的细胞也就不会表达tK基因，从而使前体药物的代谢产物能选择性地杀伤肝癌细胞。

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3 楼： Re:毒理学基础

04年04月21日14点33分

第三章毒物的生物转运与转化
第一节毒物的生物转运
一、基本概念
外源化学物与机体接触、吸收、分布、代谢和排泄的过程称为外源化合物的生物转运，也称作毒物的生物转运。外源化学物由机体接触到入血液的过程称为吸收，通过血流分散到全身组织细胞中为分布。在组织细胞中，外源化学物经各种酶系的催化，发生化学结构与物理性质的变化的这一过程称为代谢。代谢产物和一部分未经代谢的母体化学物排除体外的过程为排泄。外源化学物的清除是代谢过程和排泄过程的综合结果。转运过程中外源化学物的存在方式多不发生改变。

二、生物膜与生物转运方式
生物膜是一种可塑的、具有流动性的、脂质与蛋白镶嵌的双层结构。生物膜在结构上有三个特点与外源化学物转运密切相关：1、生物膜双层结构的主要成分为各种脂质（磷脂、糖脂、胆固醇），其溶点低于正常体温，在正常情况下维持生物膜为可流动的液体状态。这种脂质成分对于水溶性化学物具有屏障作用。2、镶嵌在脂质中的蛋白成分可以起到载体和特殊通道作用，使某些水溶性化学物得以通过生物膜。3、生物膜上分布有很多直径为2A-4A的微孔，它们是某些水溶性小分子化学物的通道。

生物转运的方式有：被动转运（passive transport）、特殊转运（special transport）和膜动转运（cytosis）。

（一）被动转运

被动转运的特点是转运过程中生物膜不具有主动性，不消耗能量，被转运的物质只能从高浓度流入低浓度。被动转运中最主要的方式是简单扩散和滤过。

1、简单扩散（simple diffusion）外源化学物大部分是具有一定脂溶性的大分子有机化合物，可首先溶解于膜的脂质成分而后扩散到另一侧。简单扩散过程可受下列因素的影响：(1)生物膜两侧的浓度差：浓度差越大，扩散越快。如氧的气体分子由肺泡及毛细血管进入血液和CO2由血液进入肺泡细胞的过程，主要靠浓度差起作用。（2）外源化学物在脂质中的溶解度：溶解度可用脂/水分配系数表示，即一种物质在脂相和水相的分配已达到平衡状态时的分配率比值称为脂/水分配系数。脂/水分配系数越大，越容易在脂肪中溶解，也越易透过生物膜。但由于生物膜中还含有水相，在生物转运过程中，外源化学物既要透过脂相，也要透过水相，因此脂水分配系数在1左右者，更易进行简单扩散。（3）外源化学物的电离状态：化合物分子在水溶液中分解成为带电荷离子的过程称为电离。离子型的化合物不易透过生物膜的脂质结构区。而化合物的电离状态既受其本身的电离常数（电离部分与未电离部分平衡时的常数）的影响，也受其所在溶液的pH影响。弱酸性化学物在酸性介质中非离子型多，在碱性介质中离子型多；弱碱性化学物在酸性介质中离子型多，而在碱性介质中非离子型多。

这一关系可用下式表示：

弱酸性化学物：[离子型]/[非离子型] =10pH-Pka

弱碱性化学物：[离子型]/[非离子型] =10 Pka –pH

pKa是化学物在溶液中50%离子化的pH值，为化学物固有定值。例如：在pH=1的介质中，苯甲酸完全不电离，最易透过生物膜，pH=4则50%离解；在pH=7的介质中完全电离，不能透过生物膜。

2、滤过（filtration）滤过是水溶性物质随同水分子经生物膜的孔状结构而透过生物膜的过程。凡分子大小和电荷与膜上孔状结构相适应的溶质皆可滤过转运，转运的动力为生物膜两侧的流体静压梯度差和渗透压差。此种孔状结构为亲水性孔道，不同组织生物膜孔道的直径不同。肾小球的孔道直径较大，约为70nm，分子量为60,000以上的蛋白质分子不能透过，较小的分子皆可透过。肠道上皮细胞和肥大细胞膜上孔道直径较小，约为0.4nm，分子量小于200的化合物方可以通过。一般细胞孔道直径在4nm以下，所以除水分子可以通过外，有些无机离子和有机离子等外源化学物，亦可滤过。

（二）特殊转运

特殊转运指有一定的载体，具有较强的专一性，有一定的选择性和主动性，生物膜主动选择某种机体需要或由机体排出的物质进行的转运。特殊转运分主动转运和易化扩散。

1、主动转运（active transport）主动转运的主要特点是可逆浓度梯度进行转运，转运过程消耗能量的转运方式。能量来自细胞代谢活动所产生的代谢能（ATP）的释放。许多外源化学物的代谢产物经由肾脏和肝脏排出，主要是借助主动转运。机体需要的某些营养物质，例如某些糖类、氨基酸、核酸和无机盐等由肠道吸收进入血液的过程，必须通过主动转运逆浓度梯度吸收。

2、促进扩散（facilitated diffusion）促进扩散的特点是需要载体，顺浓度梯度由高浓度向低浓度而且不需要细胞供给能量的扩散性转运。葡萄糖、某些氨基酸、甘油、嘌呤碱等亲水化合物，由于不溶于脂肪，不能借助简单扩散进转运，所以可在具有特定载体和顺浓度梯度的情况下进行转运。

（三）膜动转运

膜动转运是细胞与外界环境交换一些大分子物质的过程，其主要特点是在转运过程中生物膜结构发生变化，转运过程具有特异性，生物膜呈现主动选择性并消耗一定的能量。在一些大分子颗粒物质被吞噬细胞由肺泡去除或被肝和脾的网状内皮系统由血液去除的过程中起主导作用。膜动转运又可分为胞吞作用（endocytosis）和胞吐作用（exocy-tosis）。前者是将细胞表面的颗粒物转运入细胞的过程。后者是将颗粒物由细胞内运出的过程。胞吞和胞吐是两种方向相反的过程。在胞吞作用中如果被摄入的物质为固体则称为吞噬(phagocytosis),如为液体则为胞饮(pinocytosis)。入侵机体细胞的细菌、病毒、死亡的细菌、组织碎片、铁蛋白、偶氮色素都可通过吞噬作用被细胞清除。所以胞吞和胞吐作用对体内外源化学物或异物的清除转运具有重要意义。

三、外源化学物的吸收
一般情况下，毒物的吸收途径主要是胃肠道，呼吸道和皮肤，但在毒理学实验中，有时也利用皮下注射，静脉注射，肌肉注射和腹腔注射等方法，使毒物被吸收。

（一）经胃肠道吸收胃肠道吸收是外源化学物进入机体重要途径，小肠是主要吸收部位。

1、经胃肠道吸收的方式

经胃肠道吸收的外源化合物主要通过下列转运方式：（1）简单扩散是外源化学物在胃肠道吸收的主要方式。分子量小的(200D以下)，脂溶性大的(油水分配系数大)，极性低的(解离度小)化学物较易通过生物膜被吸收。（2）滤过小肠粘膜细胞膜上有直径0.4nm左右的亲水性孔道，分子量100左右，直径小于亲水性孔道的小分子，可随同水分子一起滤过而被吸收，例如，经口摄入的铅盐10%,锰盐4%,镉盐1.5%和铬盐1%可被胃肠道吸收。（3）主动转运　机体需要的某些营养物质如糖类、氨基酸、核酸、无机盐可由肠道通过主动转运逆浓度梯度被吸收，少数外源化学物，由于其化学结构或性质与体内所需的营养物质非常相似，也能通过主动转运进入机体。例如铅可利用钙的运载系统，铊、钴和锰可利用铁的运载系统；抗癌药５-氟尿嘧啶（5-FU）和５-溴尿嘧啶可利用小肠上皮细胞上的嘧啶运载系统。（4）胞吞作用偶氮色素及某些微生物毒素可通过胞吞作用进入肠粘膜上皮细胞。（5）淋巴管吸收脂肪经肠道吸收后，与磷脂和蛋白质一起形成乳糜微粒，经胞吐作用进入细胞外空间，通过淋巴管直接进入全身静脉血流。某些脂溶性外源化学物也可沿这一途径被淋巴管吸收。例如苯并(a)芘［benzo(a)pyrene］、３-甲基胆蒽(3-methylcholan-threne)和顺二甲氨基芴(cis-dimethylaminostilbene)以及DDT都式通过这种方式吸收的。

2、影响胃肠道吸收的因素

（1）外源化学物的性质　一般说来，固体物质且在胃肠中溶解度较低者，吸收差；脂溶性物质较水溶性物质易被吸收；同一种固体物质，分散度越大，与胃肠道上皮细胞接触面积越大，吸收越容易；解离状态的物质不能借助简单扩散透过胃肠粘膜而被吸收或吸收速度极慢。

（2）机体方面的影响　

胃肠蠕动情况蠕动较强，则外源化学物在胃肠内停留时间较短，吸收较少，反之，蠕动减弱，停留时间延长，有利于吸收。

胃肠道充盈程度胃肠内容物较多时，吸收减慢；反之，空腹或饥饿状态下容易吸收。

胃肠道酸碱度化学物的解离程度除取决于物质本身的解离常数（pk）外，还与其所处介质的pH 有关。由于胃液的酸度较高（pH=0.9-1.5）, 弱有机酸类多以未解离的分子状态存在，所以在胃中易被吸收。小肠内酸碱度已趋向于弱碱性或中性(pH=6.6-7.6), 弱有机碱类在小肠内主要是非解离状态，也容易通过简单扩散而被吸收。但由于小肠粘膜的吸收面积很大，故既使是弱酸性药物在小肠内也有一定数量的吸收。

胃肠道同时存在的食物和外源化学物同时存在的食物和外源化学物也可影响吸收过程。例如钙离子可降低镉和铅的吸收，而低钙膳食可增强铅和镉的毒性作用，也与铅镉的吸收增加有关。脂肪可使胃的排空速度降低，因此可延长外源化学物在胃中停留时间，促进吸收。DDT和多氯联苯类化学物可抑制生物膜上Na+-K+-ATP酶,致肠道上皮细胞对钠离子的吸收减少。

某些特殊生理状况特殊生理状况对外源化学物的吸收有影响。如，妊娠和授乳期对铅和镉的吸收增强。胃酸分泌随年龄增长而降低，可影响弱酸或弱碱性物质的吸收。

（二）经呼吸道吸收

经呼吸道吸收的外源化学物主要有各种气体、可挥发性固体或液体的蒸气、各种气溶胶以及较为细微的颗粒物质等。

1、吸收特点：气体与蒸气主要通过简单扩散被吸收。

(1)肺中的吸收过程进行的较为迅速。肺泡壁和毛细血管壁及间质总厚度在1um左右，而且肺泡与肺泡之间的毛细血管极为丰富，所以气体由肺泡进入毛细血管的路程很短，极易透过，吸收过程可迅速完成。(2)有些外源化学物可直接经肺静脉进入全身血液循环,并在全身组织器官分布,避免了肝脏的首过消除作用，故毒性可能较强。

2、影响因素影响经呼吸道吸收的因素有：

(1)气体在肺泡气与血浆中的浓度差气体的吸收是一个动态平衡的过程，即该气体由肺泡进入血液的速度等于由血液进入各组织细胞的速度时的状态。平衡状态下，该气体在血液中的浓度(mg/l)与其在肺泡气中的浓度(mg/l)之比，称为血／气分配系数，每种气体的分配系数为一常数。例如氯仿为15,苯为6.85，血／气分配系数越大，在血液中溶解度越高，越易被吸收，反之亦然。

(2)肺的通气量与血流量如过气体在血液中的血／气分配系数较低，既使通气量增加，也不能使吸收入血的气体增多，还必须增加血流量，才能使吸收增多。反之，血／气分配系数较高的气体，极易由肺泡吸收进入血液，因此增加通气量即呼吸频率或每分钟通气量就能使吸收增多。

(3)气体的分子量及在水中的溶解度溶于水的气体大多通过亲水性孔道被转运，所以溶解度高和分子量小的气体容易吸收。溶于生物膜脂质的气体吸收情况主要取决于脂／水分配系数，脂／水分配系数越大越易被吸收，较少受分子量大小的影响。

3、颗粒物、气溶胶的吸收和沉积

各种外来化合物与细菌、病毒以及植物花粉和孢子等皆可形成固体气溶胶。气溶胶和颗粒物进入呼吸道后将在呼吸道中沉积或储留，少数水溶性较高的物质可通过简单扩散进入血液，大部分颗粒可随同气流到达终末细支气管和肺泡内，沉积、附着于细胞表面，对机体造成一定的损害。

(三)经皮肤的吸收

1、吸收特点　经皮肤吸收是外源化学物由外界进入皮肤并经血管和淋巴管进入血液和淋巴液的过程。皮肤的通透性不高，但当皮肤与外源化学物接触时，外源化学物也可透过皮肤而被吸收，例如氯仿可透过完整健康的皮肤引起肝损害，有机磷杀虫剂和汞的化学物可经皮肤吸收，引起中毒以至死亡。

　　外源化学物经皮肤简单扩散方式的吸收，主要通过表皮或皮肤附件如汗腺管，皮脂腺和毛囊吸收，分为两个阶段，第一阶段为穿透角质层的屏障作用，但速度较慢。第二阶段为吸收阶段，须经过颗粒层、棘细胞层、生发层和真皮，各层细胞都富有孔状结构，不具屏障功能，外源化学物极易透过，然后通过真皮中大量毛细血管和毛细淋巴管而进入全身循环。

2、影响因素

(1)外源化学物的理化性质在通过角质层时，分子量的大小和脂/水分配系数的影响较为明显。脂溶性化学物透过角蛋白丝间质的速度与其脂/水分配系数成正比，但在吸收阶段，外源化学物将进入的血液或淋巴液，是同时具有脂溶性和水溶性的液体，所以脂/水分配系数在1左右者，更容易被吸收。非脂溶性的极性外来化学物的吸收与其分子量大小有关，分子量较小者也较易穿透角质层被吸收。

(2)皮肤的完整性人体不同部位皮肤对外源化学物的吸收能力存在差异，角质层较厚的部位如手掌、足底，吸收较慢，阴囊、腹部皮肤较薄，外源化学物易被吸收。

(3)其它因素血流速度和细胞间液流动加快，吸收也快；皮肤大量排出汗液，外源化学物容易在皮肤表面汗液中溶解、粘附，延长外源化学物与皮肤接触时间，也易于吸收。

四、外源化学物的分布-再分布
（一）外源化学物在体内的运输血液是大多数外源化学物在吸收后或排泄前最为重要的运输系统，主要有以下几种运输形式：

1、与血浆蛋白结合在血浆蛋白中，白蛋白的分子比较大，占血浆蛋白含量的50%以上，可与多种类型的物质结合。外源化学物与血浆蛋白的结合一般是非共价结合，常以氢键连接。只有游离状态的外源化学物才能通过毛细血管壁，其游离状态与蛋白结合状态之间维持动态平衡。血浆蛋白的结合有竞争现象，结合率高的外源化学物可将结合率低的外源化学物从血浆蛋白的结合位点上置换出来，而增加后者的血浆游离浓度。

2、溶解状态外源化学物在血液溶解后，游离形式存在的多少对于运输量有影响。如水溶性化学物，主要溶解于血浆的水性介质中；脂溶性化学物，可溶解在乳糜微粒或中性脂肪酸中。

3、与血红蛋白结合有些外源化学物，诸如砷化氢、一氧化碳、氰化物等与含铁的血红蛋白有较强的亲合力，这些化合物多与血红蛋白结合，随血循环运送到全身各处。

4、吸附或结合于红细胞表面如有机磷化合物吸附于红细胞表面并与膜上胆碱酯酶结合，容易运输。

（二）外源化学物的器官分布

根据外源化学物与器官的亲合力大小和组织血流量的差异，外源化学物吸收进入体内可选择性地分布到某些器官或系统。

1、分布及再分布外源化学物被吸收后，首先向血流量大的器官分布，血液供应愈丰富的器官，外源化学物分布也愈多。但随着时间的延长，按照外源化学物与器官的亲合力大小，选则性的分布在某些器官，此为再分布过程。经过再分布后，在毒理学上比较有意义的部位包括：代谢转化部位，靶部位、排泄部位及贮存库。

2、影响因素影响外源化学物分布的因素很多，其中最主要的有扩散率和器官灌流率。外源化学物通过生物膜进入组织中的速度，主要受扩散率的制约，而与器官血液供应量关系不大；若外源化学物通过膜的扩散速度较快而完全，进入组织的速度主要受器官血液灌流率的影响，血液愈丰富，灌流愈大的器官，外源化学物分布也越多。一般而言，扩散率影响和限制水溶性化学物的分布，器官灌流率则控制脂溶性物质的分布。除受上述因素影响外，还和外源化学物与该器官组织的亲合力及代谢速度有关。

（三）外源化学物在分布过程中的屏障　

某些组织器官具有阻止或减缓外源化学物进入组织器官的生理功能，即屏障作用。在毒理学中较为重要的屏障有皮肤屏障、血脑屏障和胎盘屏障。

（四）外源化学物在组织中的贮存与沉积

肝和肾具有较高的与外源化学物结合的能力，这些器官有特异结合功能的蛋白质，可能与其代谢和排泄功能有关。

五、外源化学物的代谢与排泄
　　　外源化学物进入体内后，将发生生物转化或代谢转化。一般说来，通过生物转化过程可使外源化学物极性增强，水溶性增高，易于排泄，减轻机体对外源化学物的负荷, 同时也减轻外源化学物对机体的损害作用。关于外源化学物的代谢过程将在下一节讨论。

　　排泄是外源化学物及其代谢产物由机体向外转运的过程，是机体物质代谢过程中最后一个重要环节。排泄的主要途径是肾脏，随尿排出；其次是经肝、胆通过消化道，随粪便排出；挥发性化学物还可经呼吸道，随呼出气排出。

（一）肾脏排泄

肾脏清除毒物的机理与其清除正常代谢产物的机理相同。分子量小于60,000的分子均能通过肾小球滤过。随着原尿水分的回收，尿液中化学物浓度超过血浆浓度，并且极性低、脂溶性大可反向血浆扩散。很多弱酸性或弱碱性化学物及其代谢产物可在近曲小管由载体主动转运入肾小管，排泄较快，性质相似的化学物可以竞争同一转运载体，例如羧苯磺胺可通过阻止青霉素的肾小管分泌，而使青霉素的血浆浓度增高并延长活性。

（二）肝胆排泄　

肝胆系统也是外源化学物自体内排出的重要途径之一。通常，大分子物质经胆道排泄，有些外源化学物几乎完全通过胆道分泌而排出体外。如果胆道分泌功能发生障碍，某些外源化学物由于无法排泄，毒性大大增强。己烯雌酚就是一个明显的例子，以LD50为指标，己烯雌酚对于胆管结扎的大鼠的毒性比未结扎者高150倍。经胆道分泌至肠道的外源化学物或其代谢产物，除可随粪便排出体外，还可经肠道菌丛水解或代谢，重新以游离形式被吸收进入门静脉，即肝肠循环。

（三）呼吸道排出

在体内未分解的气态毒物及挥发性液态外源化学物均可经呼吸道排出。排出方式为通过细胞膜被动扩散，其速度取决于肺泡壁两侧外源化学物的分压差。血／气分配系数较小者排出较快，血／气分配系数较大的排出较慢。氯仿等溶解度高的液体，因为通气量有限和易在脂肪组织蓄积，所以排出很慢；而乙醚为挥发性溶剂，增加肺通气量可促进排出。除了以上的排泄途径以外，外源化学物还可经乳汁、唾液、汗液、泪液及胃肠道等排泄。

第二节生物转化
一、基本概念
外源化学物通过不同途径被吸收进入体内后，将发生一系列化学变化并形成一些分解产物或衍生物，此种过程称为生物转化(biotransformation）或代谢转化。外源化学物的生物转化过程分两项反应，第一相反应(PhaseⅠreaction)主要包括氧化(oxydation)、还原(reduction)和水解(hydrolysis)；第二相反应(phaseⅡreaction)主要为结合反应(conjugation), 结合反应指化学物经第一相反应形成的中间代谢产物与某些内源化学物的中间代谢产物相互结合的反应过程。

肝脏是机体内最重要的代谢器官，外源化学物的生物转化过程主要在肝脏进行。其它组织器官，例如肺、肾、肠道、脑、皮肤等也具有一定的生物转化能力，虽然其代谢能力及代谢容量可能相对低于肝脏，但有些外源化学物可在这些组织中发生不同程度的代谢转化过程，有些还具有特殊的意义。未经肝脏的生物转化作用而直接分布至全身，对机体的损害作用相对较强。

二、生物转化酶
生该酶系的

物转化通常是酶促反应，参与生物转化的酶极为复杂，这些酶主要存在内质网以及线粒体和胞液中。微粒体是内质网在细胞匀浆过程中形成的碎片部分，含有多种活性的酶系。催化氧化反应的酶有：微粒体混合功能氧化酶系即细胞色素P-450酶系，其作用机制将在下面的内容中讨论；微粒体含FAD加单氧酶，其功能及反应机理与细胞色素P-450酶系类似，但电子传递借助FAD，不需要P-450。

（一）细胞色素P-450酶系在催化酶类中, 最主要的是细胞色素P-450酶系，亦称为细胞色素P-450混合功能氧化酶, 或细胞色素P-450依赖性单加氧酶。细胞色素P-450是一种含亚铁的卟啉蛋白，即血红素蛋白。细胞色素蛋白及其它血红素蛋白在可见光范围内各自呈现典型的吸收光谱。例如细胞色素P-450本身在420nm处出现强吸收光谱，但在还原条件下与CO结合后，最强吸收光带在450nm处，因此而得名。细胞色素P-450酶系的主要功能是催化体内许多内源和外源化学物在生物转化过程中的氧化反应。细胞色素P-450酶系由两类酶组成，一类为血红蛋白类，其中包括细胞色素P-450 和细胞色素b5,它们均含有铁卟啉环结构，具有传递电子的功能。另一类是黄素蛋白类，包括还原型辅酶Ⅱ- 细胞色素P-450还原酶（NADPH-cytochrome P-450 reductase）以及还原型辅酶Ⅰ- 细胞色素b5还原酶（NADH-cytochrome b5 reductase）,这类酶的功能主要是电子传递作用并提供电子。细胞色素P-450氧化功能在不同组织器官中也存在一定的差异。肝脏中细胞色素P-450氧化酶主要催化许多外源化学物的氧化反应，也参与少数内源化学物的代谢过程，例如类固醇等；具有重要毒理学意义的外源化学物和多环芳烃类的氧化反应主要由肺、皮肤和小肠粘膜中细胞色素P-450氧化酶催化。

（二）环氧化物水化酶(epoxide hydrase，EH)也称为水合酶(epoxide hydratase)及水解酶(eposide hydrase)，主要催化脂肪环氧化物和芳烃类环氧化物的水化反应。例如苯乙烯环氧化物水化可形成苯代乙二醇。环氧化物萘-1，2-环氧化物水化产物为萘-二氢二醇。

一般认为EH为解毒酶，但实际它在某些外源化学物的生物转化中具有活化和失活化双重性，如苯并芘经微粒体混合功能氧化酶催化为几种环氧化合物：苯并芘2，3-环氧化物、4,5-环氧化物、7,8-环氧化物及9,10-环氧化物。其中苯并芘7,8-环氧化物再经水化反应形成苯并芘7,8-二氢二醇，苯并芘7,8-环氧化物和苯并芘7,8-二氢二醇已为近致癌物，后者将继续进行代谢转化并形成终致癌物，其它环氧化物异构体经重排形成相应的酚，不具有致癌性，且有利于参加各种Ⅱ相结合反应。

（三）N-乙酰转移酶（N-acetyltransferase,NAT） N-乙酰转移酶主要存在于肝细胞及肺、脾以及胃粘膜等，催化许多化合物的乙酰化反应，例如伯胺、磺胺类和肼类及酰肼等，乙酰基由乙酰辅酶A提供。如抗结核药物对氨基水杨酸在体内可乙酰化并以乙酰结合物的形式排出体外。磺胺类药物在生物转化过程中，可进行乙酰结合。

磺胺类化合物的乙酰结合反应在毒理学中有特殊意义。有些磺胺类化合物的结合产物，水溶性降低，如磺胺吡啶和磺胺噻唑的乙酰结合物，易于在肾小管中结晶并造成肾小管损伤。

肼类化合物在N-乙酰转移酶催化下，也可与乙酰基结合。抗结核药异烟肼摄入机体后绝大部分以乙酰结合物形式排出体外。

（四）谷胱甘肽S-转移酶谷胱甘肽S-转移酶是谷胱甘肽结合反应的关键酶，催化谷胱甘肽结合反应的起始步骤，主要存在于胞液中。谷胱甘肽S-转移酶有多种形式，根据作用底物不同，至少可分为下列5种：

1、谷胱甘肽S-烷基转移酶：催化烷基卤化物和硝基烷类化合物的谷胱甘肽结合反应。主要存在于肝脏和肾脏。

2、谷胱甘肽S-芳基转移酶：主要催化含有卤基或硝基的芳烃类或其它环状化合物的谷胱甘肽结合反应，如溴苯和有机磷杀虫剂等。该酶主要存在于肝脏胞液。

3、谷胱甘肽S-芳烷基转移酶：催化芳烷基的谷胱甘肽结合反应，例如，苄基氯等芳烷卤化物等。主要存在于肝脏和肾脏。

4、谷胱甘肽S-环氧化物转移酶：催化芳烃类和卤化苯类等化合物的环氧化物衍生物与谷胱甘肽结合，主要存在于肝肾胞液。

5、谷胱甘肽S-烯烃转移酶：催化含有α，β-不饱合羰基的不饱合烯烃类化合物与谷胱甘肽的结合反应，主要存在于肝肾胞液。

谷胱甘肽S-转移酶在毒理学上有一定的重要性。它可以催化亲核性的谷胱甘肽与各种亲电子外源化学物的结合反应。许多外源化学物在生物转化第一相反应中极易形成某些生物活性中间产物，它们可与细胞生物大分子重要成分发生共价结合，对机体造成损害。谷胱甘肽与其结合后，可防止发生此种共价结合，起到解毒作用。

（五）谷胱甘肽过氧化物酶

（六）超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶属于金属酶，随金属的差异，该酶可分为Cu,Zn-SOD, Mn-SOD和Fe-SOD三种。因起存在部位的不同，有不同活性作用。其中Cu,Zn-SOD在结构上与其他两种SOD差别较大，而Mn-SOD与Fe-SOD之间差别较小。Fe-SOD主要存在于原核生物中。

（七）过氧化氢酶过氧化氢酶存在于红细胞及某些组织内的过氧化体中，它的主要作用就是催化H2O2分解为H2O与O2，使得H2O2不致于与O2在铁螯合物作用下反应生成非常有害的-OH。

三、生物转化方式
（一）降解反应

1、氧化反应

氧化反应是外源化学物在生物转化过程中获得氧的反应，是生物转化中一个重要过程。有许多外源化学物在生物转化第一相反应中将被氧化形成羟基，亦称羟化反应。

（1）微粒体酶促氧化

① 脂肪族羟化反应常见于丁烷、戊烷和已烷等直链脂肪族化合物烷烃类，其羟化产物为醇类。

② 芳香族羟化反应芳香环上的氢被氧化，形成酚类。例如苯可形成苯酚，苯胺可形成对氨基酚或邻氨基酚。常用的氨基甲酸酯类农药残杀威经机体内氧化亦可形成羟化产物。

③ N-羟化反应是外源化学物的氨基（H2N-）上的一个氢与氧结合的反应。由于是在氨基上加入一个氧原子，所以也称为N-氧化反应。苯胺可代表一种类型。苯胺经羟化后形成羟胺，羟胺的毒性较苯胺本身为高，可使血红蛋白氧化成为高铁血红蛋白。具有毒理学意义的是有些芳香胺类本身并不致癌，经N-羟化后才具有致癌作用。

④ 环氧化反应在微粒体混合功能氧化酶催化下，一个氧原子在外源化学物的两个相邻碳原子之间构成一桥式结构，形成环氧化物。有些环氧化物可以致癌，例如氯乙烯的环氧化产物环氧氯乙烯即为致癌物。有些外源化学物的环氧化物性质极为稳定，可长期在环境和机体脂肪组织中存留，例如有机氯杀虫剂艾氏剂的环氧化物锹氏剂已造成严重的生态问题。还有些化学物的环氧化物性质极不稳定，将继续发生羟化，形成二氢二醇化合物。环氧化反应可分为脂肪族环氧化反应和芳香族环氧化反应。后者的环氧化产物不稳定，将继续发生羟化。

⑤ P-氧化反应如二苯甲磷，通过氧化反应可生成二苯甲磷氧化物。

⑥ S-氧化反应这一反应多发生在硫醚类化合物，其代谢产物为亚砜，有一部分可继续氧化为砜类。可进行硫氧化反应的外源化学物还有某些有机磷化合物，例如杀虫剂内吸磷和甲拌磷等；氨基甲酸酯类杀虫剂中的灭虫威及常用药物氯丙嗪。

⑦ 氧化性脱卤在微粒体细胞色素P-450依赖性单加氧酶催化下，卤代烃类化合物可先形成不稳定的中间代谢产物，即卤代醇类化合物；后者可再脱去卤族元素，形成最终代谢物。典型的氧化脱卤反应可以滴滴涕（DDT）为代表。DDT经脱卤反应可形成滴滴伊（DDE）和滴滴埃（DDI）。DDE具有较重要的毒理学意义，脂溶性极高，反应活性较低，可在脂肪组织中大量蓄积，DDT代谢物的60%、DDI主要由尿中排出。

⑧ 氧化性脱氨反应是在微粒体细胞色素P-450依赖性单加氧酶催化下，在邻近氮原子的碳原子上进行氧化，脱去氨基，形成丙酮类化合物，其中间代谢产物为甲醇胺类化合物。

⑨ 氧化性脱烷基反应是与外源化学物分子中N，S，或O原子相连的烷基α-碳原子被氧化并脱去一个烷基的反应。反应产物为分别含有氨基、羟基、或巯基的化合物并有醛或酮生成。由于反应中有一个O原子插入外源化学物的-C-H键，所以称为氧化脱烷基反应，可分N-脱烷基反应(如烟碱)、O-脱烷基反应(如对硝基茴香醚)和S-脱烷基反应。

(2)非微粒体氧化

体内具有催化醇、醛和酮功能基团的化合物的氧化反应的酶类, 主要在线粒体和肝组织的胞液中存在，在肺和肾中亦有出现。包括醇脱氢酶、醛脱氢酶和胺氧化酶类，例如单胺氧化酶、双胺氧化酶等。

①醇与醛类脱氢反应分别由醇脱氢酶与醛脱氢酶催化。醇脱氢酶催化醇类氧化形成醛或酮，在反应中需要辅酶Ⅰ及辅酶Ⅱ。醛类氧化反应主要由肝组织中的醛脱氢酶催化。因摄入乙醇经脱氢酶催化而形成的乙醛将继续氧化成为乙酸。乙醇的毒性主要来自乙醛。有人由于遗传缺陷造成醛脱氢酶活力较低，乙醛在体内不易经氧化分解而解毒，饮洒后容易出现乙醛聚积，洒精中毒及洒醉与此有关。

②胺氧化反应胺氧化酶主要存在于线粒体，可催化单胺类和二胺类氧化反应，形成醛类。根据底物不同，可分为单胺氧化酶（MAO）和二胺氧化酶（DAO）。MAO可将伯胺、仲胺、叔胺等脂肪族胺类氧化脱去胺基，形成相应的醛类并释放出NH3。带有芳香结构的脂肪胺类，例如对氯次苄基胺亦可被氧化，但含有异苯基的胺类，例如苯丙胺和麻黄碱两种胺类是经微粒体细胞色素P-450单加氧酶催化的。DAO主要催化二胺类的氧化反应，例如腐胺、尸胺等。

2、还原反应

在氧张力较低的情况下，还原反应可以进行，所需的电子或氢由NADH或NADPH供给，催化还原反应的酶类可存在于肝、肾和肺的微粒体或作为可溶性酶存在于胞液中。还原反应除做为独立反应外，还可能是氧化还原可逆反应中的还原反应部分。例如醇脱氢酶和醛脱氢酶催化的醇、醛氧化反应皆属于可逆反应，当氧化反应达到平衡状态时，即有可能转为还原反应。在氧化反应中一般以NAD或NADP为辅酶，而在还原反应中的辅酶为NADH或NADPH。催化还原反应的酶类可能与催化氧化反应为同一种酶，但有时也可能由另一种酶进行催化。

（1）微粒体还原主要包括硝基还原、偶氮还原、还原性脱卤。

① 硝基还原反应硝基基团，特别是芳香族硝基化合物如硝基苯，在还原反应过程中先形成中间代谢物亚硝基化合物，最后还原为相应的的胺类。催化硝基化合物还原的酶类主要是微粒体NADPH依赖性硝基还原酶。典型的硝基还原反应可以硝基苯为例。在反应过程中先形成亚硝基苯和苯羟胺，终产物为苯胺。

②偶氮还原反应脂溶性偶氮化合物在肠道易被吸收，还原作用主要在肝微粒体以及肠道中进行；而水溶性偶氮化合物虽然可被肝脏胞液以及微粒体中还原酶还原，但由于其水溶

性较强，在肠道不易被吸收，所以主要被肠道菌丛所还原，肝微粒体参与较少。脂溶性偶氮化合物以百浪多息经偶氮还原反应先形成含联亚氨基(-NHNH-)的中间产物，然后形成氨苯磺胺。偶氮化合物中还有一些色素，例如苏丹Ⅳ，经还原后形成邻氨基偶氮甲苯。
（2）非微粒体还原如醛类和酮类还原反应，可分别生成伯醇和仲醇。乙醇在氧化还原反应中可经醇脱氢酶催化氧化为乙醛，同时醇脱氢酶也可催化乙醛还原为乙醇，这是可逆反应中相反方向的反应。

3、水解反应与水化反应

在水解反应中，水离解为H+和OH-，并分别与外源化学物分解部分结合，一般不会形成新的功能基团，这是与氧化反应或还原反应的不同之处。水化反应是溶于水中的化合物与水分子通过强亲合力相结合的反应，与水解反应的方向相反。根据反应的性质和机理不同，可分成脂类水解反应, C-N键水解反应, 非芳族杂环化合物水解反应, 水解脱卤反应, 氧化物水合反应。酯类水解反应由酯酶催化，分解形成带羧基的分子和醇类。

（二）结合反应

绝大多数外源化学物在第一相反应中无论发生氧化、还原或水解反应，最后必须进行结合反应排出体外。结合反应首先通过提供极性基团的结合剂或提供能量ATP而被活化，然后由不同种类的转移酶进行催化，将具有极性功能基团的结合剂转移到外源化学物或将外源化学物转移到结合剂形成结合产物。结合物一般将随同尿液或胆汁由体内排泄。

1、葡萄糖醛酸化葡萄糖醛酸结合反应在结合反应中占有重要的地位，在许多外源化学物都可进行，如醇类、酚类、羧酸类、硫醇类和胺类等。葡萄糖醛酸为葡萄糖的中间代谢产物，先活化成尿苷二磷酸α-葡萄糖醛酸（UDPGA），然后经各种转移酶催化，将葡萄糖醛酸基转移到外源化学物分子。

根据进行结合反应的外源化学物结构及结合方式或部位不同，可分为O-葡萄糖醛酸结合(醇类，酚类，羧酸胺类)、N-葡萄糖醛酸结合(氨基甲酯类，芳香胺类，磺胺类)和S-葡萄糖醛酸结合，统称葡萄糖醛酸化。

2、硫酸化系外源化学物与硫酸根结合反应，外源化学物经第一相生物转化后，分子结构中形成羟基，可与内源性硫酸结合，有些外源化学物如本身已含有羟基、氨基或羰基以及环氧基即可直接进入第二相反应，发生硫酸结合，例如醇类、芳香胺类和酚类。硫酸的来源主要是含硫氨基酸的代谢物。在大多数外源化学物的结合反应中，硫酸结合往往与葡萄糖醛酸结合反应同时存在，如机体接触的外源物较少，则首先进行硫酸结合，随着剂量增多，

硫酸结合减少，而与葡萄糖醛酸的结合增多。内源性硫酸的供体是3’-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸(PAPA)，系由内源性硫酸根和三磷酸腺苷为原料，经ATP-硫酸化酶和5`磷酰硫酸腺苷激酶催化而成。化学物与PAPS结合反应由磺基转移酶催化。

3、乙酰化系外源化学物与乙酰基结合的反应，多发生在芳香族伯胺类、磺胺类、肼类化合物的氨基（-NH2）或羟氨基。乙酰基由乙酰辅酶A提供, 反应由乙酰转移酶催化。该酶又可分为N-乙酰转移酶（前面已论述）和N，O-乙酰转移酶。乙酰结合反应具有多态性，在不同物种，乙酰转移酶存在一定的差异，对不同的底物有不同的活力，它们的底物专一性和最适PH等都不相同。一般根据异烟肼乙酰结合反应的情况，将人类机体分成快速乙酰化和缓慢乙酰化型，机体乙酰结合反应速度的个体差异与机体对某些外源化学物的易感性有关，特别表现在芳胺类的致癌作用，如缓慢型人群对联苯胺诱发膀胱癌的作用为易感。

4、氨基酸化是带有羧酸基的外源化学物与一种α-氨基酸结合的反应，多发生在芳香羧酸，例如芳基乙酸。参与结合反应的氨基酸主要有甘氨酸、谷氨酰胺以及牛磺酸，较少见的还有天冬酰胺、精氨酸、丝氨酸以及N-甘氨酰甘氨酸等。外源化学物的羧基与氨基酸的氨基结合，形成肽或酰胺。此反应需要两种酶的催化作用：ATP依赖性酶：辅酶A连接酶（又称酰基辅酶A合成酶），催化外源化学物羧基活化；N-酰基转移酶，催化将酰基由外源化学物辅酶A衍生物转移给氨基酸上氨基。

5、谷胱甘肽化是外源化学物在一系列酶催化下与还原型谷胱甘肽结合形成硫醚氨酸的反应。应具备以下条件：一定程度的疏水性，含有一个亲电子碳原子，可与谷胱甘肽进行一定程度的非酶促反应。这样的化学物主要有卤化物，例如烷基卤化物、硝基卤化物、芳基卤化物，各种酯类化合物如磷酸酯类杀虫剂，苯、萘、苯胺等芳烃类及芳胺类化合物和环氧化物等。催化谷胱甘肽结合反应的酶类主要有谷胱甘肽S-转移酶。另外，值得注意的是有些外源化学物与谷胱甘肽形成的结合物可与生物大分子结合，诱发突变以及癌变，例如氯甲烷和二溴乙烷。

6、甲基化在甲基转移酶催化下，将内源性来源的甲基结合于外源化学物分子结构内的反应。有许多内源性和外源化学物可以进行甲基结合反应，与其它结合反应相比，甲基结合后，外源化学物的功能基团未被遮盖，水溶性没有明显的增强，有的反而下降；生物学作用并未减弱，有的反而增强，甲基化反应有解毒作用。内源性甲基供体是S-腺苷甲硫氨酸(SAM)。能进行甲基结合反应的外源化学物主要有含羟基、巯基或氨基的酚类、硫醇类和各种胺类，还有吡啶、喹啉等含氮杂环化合物。

ROH + ATP ROPO3‍2+ + ADP

OPO3H2

OH

磷酸转移酶

+ ADP

1-萘酚

萘酚磷酸结合物

7、磷酸化系在ATP和Mg2+ 存在下，由磷酸转移酶催化ATP的磷酸基转移到相应的外源化学物的反应。在结合反应中不太普遍，常见于1-萘酚和对硝基酚的反应。

8、硫氰酸盐化硫氰酸形成是机体内氰化物代谢解毒的过程，在这一反应中，由硫代硫酸盐提供一个硫原子给氰化物，在硫氰酸生成酶催化作用下, 并形成硫氰酸盐。硫氰酸盐的毒性远远低于氰化物。严格来说，硫氰酸盐形成反应并不是典型的结合反应，因为反应中没有结合剂，且反应产物的极性也不是很强，但它也具有代谢解毒的作用。

四、生物转化的毒理学意义
1、生物转化是外源化学物进入机体后，其存在形式可能会发生各种变化，活性也会发生改变，其中有些毒性增强，有些毒性减弱。因此，生物转化对于判定其对机体的影响有重要作用。

2、通过对生物转化作用的研究，可以探求外源化合物活性基因、活性分子的重要规律，为防治其对机体损伤有重要意义。

3、通过对外源化学物在机体的生物转化过程的研究，有利于探求其损伤机制，作用的靶器官、靶组织、靶细胞乃至靶分子。

4、外源化合物经过生物转化会形成新的代谢间产物、终产物，存在于血液和组织中，或被排出体外，可为中毒诊断，程度判断，治疗效果评价提供有意义的生物学材料。

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shbt8274（玉藻）

4 楼： Re:毒理学基础

04年04月21日14点35分

第四章毒物毒性作用的影响因素
毒物的毒性作用强弱受多种因素的影响，其中主要包括：毒物作用对象自身的因素、环境因素和毒物之间相互作用等因素的影响。

第一节毒作用对象自身因素的影响
毒性效应的出现是外源化学物与机体相互作用的结果，因此毒作用对象自身的许多因素都可影响化学物的毒性。

一、种属与品系
1、种属的代谢差异不同种属(species)、不同品系(strain)对毒性的易感性（susce-ptibility）可以有质与量的差异。如苯可以引起兔白细胞减少，对狗则引起白细胞升高；β-萘胺能引起狗和人膀胱癌，但对大鼠、兔和豚鼠则不能；反应停对人和兔有致畸作用，对其他哺乳动物则基本不能。又如小鼠吸入羰基镍的LC50为20.78mg/m3，而大鼠吸入的LC50为176.8mg/m3 ，其毒性比为1:8。有报道，对300个化合物的考察，动物种属不同，毒性差异在10～100倍之间。可见种属不同其反应的毒作用性质和毒性大小存在明显差异。同一种属的不同品系之间也可表现出对某些毒物易感性的量和质的差异。例如有人观察了10种小鼠品系吸入同一浓度氯仿的致死情况，结果DBA2系死亡率为75％，DBA系为51％，C3H系为32％，BALC系为10％，其余6种品系为0％。尤其要指出的是，不同品系的动物肿瘤自发率不同，而且对致癌物的敏感性也不同。不同种属和品系的动物对同一毒物存在易感性的差异，其原因很多，大多数情况可用代谢差异来解释，即机体对毒物的活化能力或解毒能力的差异。如小鼠、大鼠和猴经口给予氯仿后分别有80％、60％和20％转化成CO2排出，但人则主要经呼吸道排出原型氯仿。又如苯胺在猫、狗体内形成毒性较强的邻位氨基苯酚，而在兔体内则形成毒性较低的对位氨基苯酚。

2、生物转运的差异由于种属间生物转运能力存在某些方面的差异，因此也可能成为种属易感性差异的原因。如皮肤对有机磷的最大吸收速度（ug／cm2.min）依次是：免与大鼠9.3，豚鼠6.0，猫与山羊4.4，猴4.2，狗2.7，猪0.3。铅从血浆排至胆汁的速度：兔为大鼠的1／2，而狗只有大鼠的1／50。

3、生物结合能力和容量差异血浆蛋白的结合能力、尿量和尿液的pH也有种属差异，这些因素也可能成为种属易感性差异的原因。

4、其它除此之外，解剖结构与形态、生理功能、食性等也可造成种属的易感性差异。

二、遗传因素
遗传因素是指遗传决定或影响的机体构成、功能和寿命等因素。遗传因素决定了参与机体构成和具有一定功能的核酸、蛋白质、酶、生化产物以及它们所调节的核酸转录、翻译、代谢、过敏、组织相容性等差异，在很大程度上影响了外源和内源性毒物的活化、转化与降解、排泄的过程，以及体内危害产物的掩蔽、拮抗和损伤修复，因此在维持机体健康或引起病理生理变化上起重要作用。其中最主要的是酶的多态性会导致代谢的多态性；而遗传因素决定的缺陷是导致致癌易感性和某些疾病的机体内在因素。在毒理学试验中常常观察到，同一受试物在同一剂量下，同一种属和品系的动物所表现的毒作用效应有性质或程度上的个体差异。同样，在人群中许多肿瘤和慢性疾病有家族聚集倾向，肿瘤只在相同环境中的部分个体发生。同一环境污染所致公害病或中毒效应，在人群中总存在很大差别。造成上述情况的重要原因之一是遗传因素不同，特别是个体间存在酶的多态性差异，使毒物代谢或毒物动力学出现差异，导致中毒、致畸、致突变或致癌等毒性效应的变化。如谷胱甘肽转硫酶是重要的解毒酶系，其多态性较复杂，共有8种变异，而其中的μ型变异者缺乏掩蔽亲电子性终致癌物的能力。又如肝脏混合功能氧化酶的诱导剂3-甲基胆蒽（3-MC）类，与Ah受体结合后发挥诱导作用，Ah受体受Ah基因所调控，后者位于小鼠的第17号染色体。某些品系的小鼠如C57BL/6N（B6），体内各组织Ah受体浓度较高，被3-MC诱导后芳烃羟化酶（AHn）活性升高非常显著，具有纯合子的Ah等位基因为Ahb／Ahb，而有的小鼠品系如AK与DBA／LN（D2），则体内Ah受体浓度极低甚至不能检出，纯合子为Ahd／Ahd。由于AHH是显性的，纯合子Ahb／Ahd是反应型。据报道，在所研究的75种纯系小鼠中，2／3是反应型的（如B6），1／3是非反应型的（如D2）。因此，遗传因素是导致种属、品系和个体间毒物易感性差异的主要原因。

三、年龄和性别
年龄因素大体上可区分为3个阶段，从出生到性成熟之前、成年期和老年期。由于动物在性成熟前，尤其是婴幼期机体各系统与酶系均未发育完全；胃酸低，肠内微生物群也未固定，因此对外源化学物的吸收、代谢转化、排出及毒性反应均有别于成年期。动物成熟的不同阶段，其某些脏器、组织的发育和酶系统等的功能也不相同。如小鼠肝脏Cyt-P-450在新生后15天的水平、谷胱甘肽在出生后第10天才能达到成年期的水平。新生动物的中枢神经系统（CNS）发育还不完全，对外源化学物往往不敏感，表现出毒性较低。新生动物的某些酶系也有一个发育过程，如人出生后需八周龄肝微粒体混合功能氧化酶系活性才达到成人水平。所以，凡是需要在机体内转化后才能充分发挥毒效应的化合物，对年幼动物的毒性就比成年动物低；反之，凡是经过酶系统代谢失活的外源化学物、在幼年动物所表现的毒性就大。动物进入老年，其代谢功能又逐渐趋于衰退，对外源化学物的毒性反应也减低。老年人免疫功能降低，应激功能低下；幼年肝微粒体酶系的解毒功能弱，生物膜通透性高和肾廓清功能低，因而对某些环境因素危害的敏感性高。如，老年人对高温的耐受性较青年人差；SD大鼠在4月龄时新陈代谢氧耗量为0.771mg/kg体重，到8月龄就下降至0.696mg／kg体重；老年大鼠的肝、肾微粒体的葡萄糖-6-磷酸酶和线粒体的细胞色素还原酶的活性均大大降低，红细胞膜的Na+-K+-ATP酶活性也随年龄的增长而下降。此时给老年大鼠八甲磷按35mg／kg体重灌胃，仅能引起20％的死亡。有报道，进行外源化学物的LD50值测定时，在222个化学物中有78%的LD50值，未成年动物（婴幼期）比成年动物低，即毒性大。也有报道，将化学物对动物LD50的测定结果进行计算，成年与新生动物LD50的比值在0.002～16之间，表明既存在化学物对新生动物毒性反应较低的，也存在毒性反应较强的现象。一般地讲，化学物的母体毒性大于代谢物毒性时，幼年期与老年期的毒性表现就比成年动物敏感；而化学物母体毒性弱，经代谢转化增毒时，对成年地毒性就大，而婴幼期与老年期毒性就低。

成年动物生理特征的差别最明显的是性别因素。雌雄动物性激素的不同，以及与之密切相关的其它激素，如甲状腺素、肾上腺素、垂体素等水平均有不同，激素水平的差别，将使机体生理活动出现差异。例如，Cyt-P-450可受“垂体-下丘脑”系统神经内分泌的调节，因此外源化学物在不同性别动物体内的代谢就存在差别。单胺氧化酶（MFO）系在两性动物间被化学物诱导或抑制结局也有所不同。性激素对肝微粒体酶功能有明显影响，从而影响毒物的生物转化及其对机体的毒性反应，如女性对铅、苯等毒物较男性更为敏感。又如给大鼠四氧嘧啶预处理，再给予氨基比林，观察MFO酶系分解氨基比林的活性，则雄性大鼠呈现酶活性下降（抑制状），而雌性大鼠呈酶活性增加（被诱导），但对于苯胺（aniline）的分解作用，则两种性别大鼠均表现为酶活性增强——诱导效应。雌性大鼠对巴比妥酸盐类一般较雄性敏感，如将相同剂量的环己烯巴比妥给予大鼠，雌性大鼠睡眠时间就比雄性大鼠长。且试验证明，环己烯巴比妥在体内的t1/2，也是雌性大鼠比雄性大。体外试验也证明肝脏代谢环己烯巴比妥的速度雄性大鼠快于雌性大鼠。

有机磷化合物一般讲也是雌性比雄性动物敏感。如对硫磷在雌性大鼠体内代谢转化速度比雄性快，或许这与毒性大于对硫磷的对硫磷氧化中间产物增加速度有关。但氯仿对小鼠的毒性却是雄性比雌性敏感。当雄性小鼠去睾处理后就失去了性别敏感差别。若去睾雄性小鼠再给以雄性激素，则性别敏感将又显现。此外，有的化学物也存在性别的排泄差异，如丁基羟基甲苯在雄性大鼠主要由尿排出，而雌性主由粪便排出。可能与大鼠性别不同，其葡萄糖醛酸与硫酸结合反应的速度与性别差异有关。

关于实验动物性别与化学物毒性反应的差别，有报道指出，大鼠和小鼠对各种化学物的性别毒性比值（雌性LD50／雄性LD50）小鼠为0.92，大鼠是0.88。因此，毒理学研究一般应当使用数目相等的两种性别动物，若化学物性别毒性差异明显，则应分别用不同性别动物再进行试验。

四、营养状况
正常的合理营养对维护机体健康具有重要意义。对于生体内正常进行外源化学物的生物转化，合理平衡的营养亦十分重要。合理营养可以促进机体通过非特异性途径对外源性毒物以及内源性有害物质毒性作用的抵抗力，特别是对经过生物转化毒性降低的化学物质，尤为显著。当食物中缺乏必需的脂肪酸、磷脂、蛋白质及一些维生素（如VA、VE、VC、VB2）及必需的微量元素（如Zn++、Fe++、Mg++、Se++、Ca++等），都可使机体对外源化学物的代谢转化发生动变。如蛋白质缺乏将降低MFO活性，VB是MFO系黄素酶的辅基，VC参与Cyt-P-450功能过程等，摄入高糖饲料MFO活性也将降低。机体内代谢改变，尤其是MFO系活性改变将使外源化学物毒性发生变化。低蛋白饮食可使动物肝微粒体混合功能氧化酶系统活性降低，从而影响毒物的代谢。在此种情况下，苯并(a)芘、苯胺在体内氧化作用将减弱，四氯化碳毒性下降；而马拉硫磷、六六六、对硫磷、黄曲霉毒素B1等的毒性都增强。高蛋白饮食也可增加某些毒物的毒性，如非那西丁和DDT的毒性增强。用低蛋白质饲料喂养大鼠，将使巴比妥（barbital）引起的睡眠周期延长，而CCl4致肝的毒性作用却减低，皆与MFO系酶活性低下有关。低蛋白质食物，黄曲霉毒素（anatoxin B1）的致癌活性降低，可能是因为黄曲霉毒素的代谢成环氧化中间产物(2,3-epoxyaflation，B1)减少之故。当然用高脂、高蛋白饲料喂饲动物，营养也将失调，化学物的毒性效应也会改变。如断奶28天大鼠，当饲料中酪蛋白由26％增至81％则对经口给予滴滴涕（DDT）时毒性增加2.7倍。食物中缺乏亚油酸或胆碱可增加黄曲霉毒素B1的致癌作用。维生素A、C或E缺乏可抑制混合功能氧化酶的活性，但维生素B1缺乏则有促进活性作用。

五、机体昼夜节律变化
机体在白天活动中体内肾上腺应急功能较强，而夜间睡眠时，特别是午夜后，肾上腺素分泌处在较低水平，也会影响毒物的吸收和代谢。

人和动物机体内的各种酶也有昼夜节律的变化，如人和动物机体内的各种酶也有昼夜节律的变化，如胆碱酯酶活性存在以24小时为周期的波动过程，其中活性峰值约在6：00时，而谷值在18:00左右。有实验表明，胆碱酯酶活性与有机磷染毒后的死亡率节律在位相上恰呈倒置关系，即在活性的峰值期，染毒死亡率较低，而在活性的谷值期，死亡率较高。

蒽环类抗生素阿霉素、哌喃阿霉素等在早晨给药毒性较低而疗效更高；铂类化合物顺铂、卡铂及草酸铂在下午及傍晚给药最为安全有效：对抗代谢药5-Fu、FUDR、Ara-C、6-MP及MTX的耐受性是在傍晚或夜间睡眠期最佳。三尖杉酯碱的染毒死亡率在黑暗期较高，药代动力学的研究显示，甲氨蝶呤对小鼠及大鼠的毒性在光照期较强，血药浓度曲线下面积大且清除率较低，而黑暗期则相反。这提示毒性的昼夜差异与环境周期和体内代谢转运的昼夜变化有关。

第二节环境影响因素
一、化学物的接触途径
由于接触途径不同，机体对毒物的吸收速度、吸收量和代谢过程亦不相同，故对毒性有较大影响。实验动物接触外源化学物的途径不同，化学物吸收入血液的速度和吸收的量或生物利用率不同。这与机体的血液循环有关。经呼吸道吸收的化学物，入血后先经肺循环进入体循环，在体循环过程中经过肝脏代谢。经口染毒，胃肠道吸收后先经肝代谢，进入体循环。经皮肤吸收及经呼吸道吸收，还有肝外代谢机制。例如青霉素（penicillin）给人静注瞬间血浆中即达到峰值，其t1/2为0.1h，肌肉注射相同剂量峰值为0.75h，且仅能吸收80％；而口服只能吸收3％，达到峰值时间为3.0h，t1/2则长达7.5h。又如戊巴比妥（pontobamital）给小鼠静注LD50为80mg／kg，腹注为130mg／kg，经口LD50为280mg/kg。以静注LD50为1则腹注与经口LD50值则分别增长1.5与3.5倍。 DFP给兔静注LD50为0.34mg／kg，腹注LD50的剂量是静注的LD50值2.9倍，肌注是2.5倍，皮下是2.9倍，经口是1.17倍。一般认为，同种动物接触外源化学物的吸收速度和毒性大小顺序是：静脉注射﹥腹腔注射﹥皮下注射﹥肌肉注射﹥经口﹥经皮，吸入染毒近似于静注。例如吸入己烷饱和蒸气1-3min即可丧失意识，而口服几十毫升并无任何明显影响。这是因为经胃肠道吸收时，毒物经门静脉系统首先到达肝脏而解毒。经呼吸道吸收则可首先分布于全身并进入中枢神经系统产生麻醉作用。经皮毒性一般较经口毒性小，如敌百虫对小鼠的经口LD50为400～600mg／kg，而经皮LD50为1700～1900mg／kg。但也有例外，久效磷给小鼠腹注与经口染毒毒性一致（LD50分别为5.37mg／kg和5.46mg／kg），说明久效磷经口染毒吸收速度快、且吸收率高，所以经口染毒与腹注效果才会相近。又如氨基腈大鼠经口LD50为210mg／kg，而经皮LD50 为84mg／kg，这是由于氨基腈在胃酸作用下，可迅速转化为尿素，使毒性降低，而且到达肝脏后经解毒则毒性更低。染毒途径不同，有时可出现不同的毒作用，如硝酸铋经口染毒时，在肠道细菌作用下，可还原成亚硝酸而引起高铁血红蛋白症；同样道理，经口给予硫元素时，可产生硫化氢中毒症状。

二、给药容积和浓度
在毒性试验时，通常经口给药容积不超过体重的2％～3％。容积过大，可对毒性产生影响，此时溶剂的毒性也应受到注意。例如小鼠，静脉注射蒸馏水的LD50是44m1／kg，生理盐水是68m1／kg，而低渗溶液1ml即可使小鼠死亡。在慢性试验时，常将受试物混人饲料中，如受试物毒性较低，则饲料中受试物所占百分比增高，可妨碍食欲影响营养的吸收，使动物生长迟缓等，有时将其误认为毒物所致。相同剂量的毒物，由于稀释度不同也可造成毒性的差异。一般认为浓溶液较稀溶液吸收快，毒作用强。

三、溶剂
固体与气体态化学物需事先将之溶解，液体化学物往往需稀释，就需要选择溶剂及助溶剂。有的化学物在溶剂环境中可改变化学物理性质与生物活性，所以，溶剂选择不当，有可能加速或延缓毒物的吸收、排泄而影响其毒性。如DDT的油溶液对大鼠的LD50为150mg／kg，而水溶液为500mg／kg，这是由于油能促进该毒物的吸收所致。有些溶剂本身有一定毒性，如乙醇经皮下注射时，对小鼠有毒作用，0.5ml纯乙醇即可使小鼠致死；乙醇本身可产生诱变作用。又如二甲基亚砜（DMSO）在剂量较高时有致畸和诱发姐妹染色单体交换（SCE）的作用。有些溶剂还可与受试物发生化学反应，改变受试物的化学结构，从而影响毒性。一般来说，选用的溶剂应是无毒、与受试化学物不起化学反应，而且化学物在溶液内应当稳定。最常使用的溶剂有水（蒸馏水）和植物油（橄榄油、玉米油、葵花籽油），然而，常用溶剂对某些化学物的毒性仍有影响。如, 有些化学物如1,1-二氯乙烯原液毒效应不明显，而经矿物油、玉米油或50％吐温稀释后肝脏毒性增强。1，1-二氯乙烯当以原液给大鼠灌胃200mg/kg剂量，引起SGOT活性增高到82±2单位，SGPT达到21±l单位，肝／体比值变化不大，为3.3±0.1；但在相同200mg/kg溶于玉米油中灌胃，大鼠血清中SGOT则增高达12023±4047单位，SGPT为2110±554单位，且肝／体比也增大为3.9±0.4；若1，1-二氯乙烯溶于5％吐温-80，大鼠血清SGOT为1442±125单位，SGPT为307±115单位，但肝／体比值正常。又如敌草快溶于不同硬度水中，其对鱼的LD50也会有明显差别。

四、气温
毒物及其代谢物在受体上的浓度吸收、转化、排泄等代谢过程的影响，这些过程又与环境温度有关。在正常生理状况下，高温环境下机体排汗增加，盐份损失增多，胃液分泌减少，且胃酸降低，将影响化学物经消化道吸收的速度和量。低温环境下，一般讲化学物对机体毒性反应减弱，这与化学物的吸收速度较慢、代谢速度较慢有关。但是，化学物经肾排泄速度减慢，化学物或代谢物存留体内时间将延长。高温环境下经皮肤吸收化学物的速度增大，另外，有些毒物本身可直接影响体温调节过程，从而改变机体对环境气温的反应性。有人比较了58种化合物在8℃、26℃和36℃不同温度下对大鼠LD50的影响，结果表明，55种化学物在36℃时毒性最大，26℃时毒性最小。引起毒性增高的毒物，如五氯酚、2,4-二硝基酚及4,6-硝基酚等，在8℃下毒性最低，而引起毒性下降的毒物如氯丙嗪在8℃毒性最大。人和动物在高温环境下，皮肤毛细血管扩张，血液循环和呼吸加快，可加速毒物经皮吸收和经呼吸道的吸收。高温时尿量减少也延长了化学物或其代谢产物在体内存留的时间。

五、气湿
在高湿环境下，某些毒物如HCL、HF、NO和H2S的刺激作用增大，某些毒物可在高湿条件下改变其形态，如SO2-与水反应可生成SO3和H2SO4，从而使毒性增加。在高湿情况下，冬季易散热，夏季反而不易散热，所以会增加机体的体温调节负荷。高温高湿时汗液蒸发困难，呼吸更加快。所以，在高温环境下外源化学物呈气体、蒸气、气溶胶时经呼吸道吸人的机会增加。且高湿环境下还因表皮角质层水合作用增高，化学物更易吸收，多汗时化学物也易于粘附于皮肤表面, 增加对毒物的吸收。

六、气流
气象气流条件对外来化学物尤其以气态或气溶胶形态存在毒剂的毒作用效果影响很大。不利的气象条件，如无风、风速过小（＜1m/s）、风向不利或不定时，使用气态毒剂就会受到很大限制；风速过大（如超过6m/s）毒剂云团很快吹散，不易造成战斗浓度，甚至无法使用。炎热季节，毒剂蒸发快，有效时间随之缩短；严寒季节，凝固点较高的毒剂则冻结失效。雨、雪可以起到冲刷、水解或暂时覆盖毒剂的作用。

　　空气垂直稳定度对毒剂初生云的浓度影响很大。对流时，染毒空气迅速向高空扩散，不易造成战斗浓度，有效杀伤时间和范围会明显缩小；逆温时，空气上下无流动，染毒空气沿地面移动，并不断流向散兵坑、沟壑、山谷等低洼处，此种情况下，毒剂浓度高、有效时间长、纵深远；等温是介于逆温和对流之间的居中条件，对毒剂扩散速度也居中。

七、季节和昼夜节律
人和动物对化学作的反应，也受到季节和昼夜节律的影响，这要是与日光周期有关的昼间性作用，生理能发生相应的变化之故。例如大鼠和小鼠细胞色素P450活性是黑夜刚开始时最高。大鼠对苯巴比妥钠的睡眠时间，春季最长，秋季最短，仅为春季的40％左右。季节及气候因素与动物的冬眠有关。

八、噪声、震动和紫外线
噪声、振动与紫外线等物理因素与化学物共同作用于机体，可影响化学物对机体的毒性。如发现噪声与二甲替甲酰胺（DMF）同时存在时可有协同作用。紫外线与某些致敏化学物联合作用，可引起严重的光感性皮炎。

九、物理和生物有害因素的接触途径与部位
物理和生物有害因素的接触途径不同，也会影响机体的损伤后果和效应的程度。物理因素如辐射，照射部位不同，对机体影响也有很大差别，因为辐射效应与距离的平方呈反比。生物有害因素接触的途径不同，对机体产生的毒性反应也有很大差异。

十、外环境对施放毒剂的影响
地形、地物和地面植被对毒剂的使用也有一定影响。山峦或高大建筑会阻碍染毒空气的传播，并改变传播方向和速度。在复杂在山区、洼地、丛林地带，毒剂滞留时间长、浓度高、杀伤范围则相对缩小、如毒剂云团传播方向与山谷走向大致相同，危害纵深可以很远。在平坦开阔地或海面。毒剂云随风运动，不受阻碍，并向周围扩散，形成较大的杀伤范围，但有效时间缩短。

　　城市居民区因街道形状、宽窄、方向不一，建筑物高低不等，风向、风速受影响的程度会有不同，毒剂云团传播和扩散就比较复杂。如街道方向与风向一致或交角不大于30°，风速4～8m/s，染毒空气沿街道顺利传播；风向与街道交角30～60°，染毒空气则部分受阻；风向与街道交角60～90°时，气流可越过低小房屋穿过街道；若是高层楼房，则有被挡回的可能。死胡同、小巷、拐角较多的街道、庭院及其背风处染毒空气易被滞留。

　　在居民区染毒空气的流动还会受空气垂直稳定度的影响。如白昼睛天，染毒空气能沿向阳面的墙壁“上楼”。夜间，染毒空气贴近街面运动，并可进入地下建筑和工事内，楼上则较安全。

十一、防护措施
在环境有害因素作用于机体，其损伤效应的大小与机体有无防护措施关系较大，最明显的例子是，防毒面具对多种军用战剂具有较好的防护效果。

　　化学袭击的效果，还取决于以方化学防护的有效性。也就是说，化学武器只能对毫无准备、缺乏训练和防护设备差的部队造成很大的危害。但对训练有素、有着良好的防护的部队来说，敌人就会考虑使用化学武器是否合算，并最终动摇敌人使用化学武器的决心或计划（表4-1）。

表4-1 不同防护程度对沙林杀伤率的影响

防护程度杀伤率（％）

无防护人员 90

30s戴好面具 45

15s戴好面具 35

预服防磷片在10s内戴好面具 0

第三节毒物联合作用
一、联合毒性的定义和种类
联合作用(joint action或combined effect)指两种或两种以上毒物同时或前后相继作用于机体而产生的交互毒性作用。人们在生活和工作环境中经常同时或相继接触数种毒物，数种毒物在机体内产生的毒性作用与一种毒物所产生的毒性作用，并不是完全相同。多种化学物对机体产生的联合作用可分为以下几种类型:

(一)相加作用

相加作用(additive effect)指多种化学物的联合作用等于每一种化学物单独作用的总和。化学结构比较接近、或同系物、或毒作用靶器官相同、作用机理类似的化学物同时存在时，易发生相加作用。大部分刺激性气体的刺激作用多为相加作用；具有麻醉作用的毒物，在麻醉作用方面也多表现为相加作用。

有机磷化合物甲拌磷与乙酰甲胺磷的经口LD50不同，小鼠差300倍以上，大鼠差1200倍以上。但不论以何种剂量配比（从各自LD50剂量的1:1、1/3:2/3、2/3:1/3），对大鼠与小鼠均呈毒性相加作用。大鼠经皮的联合作用，也呈相加作用。但并不是所有的有机磷化合物之间均为相加作用，如谷硫磷与苯硫磷为相加作用，但谷硫磷与敌百虫联合作用则毒性加大1.5倍，苯硫磷与对硫磷联合作用毒性增大达10倍。因此，同系衍生物，甚至主要的靶酶完全相同也不一定都是相加作用。再者，两个化学物配比不同，联合作用的结果也可能不相同。例如氯胺酮与赛拉嗪给小鼠肌注，当以药物重量1:1配比时，对小鼠的毒性呈相加作用，而以3:1配比时则毒性增强。

(二)协同作用与增强作用

协同作用(synergistic effect)指几种化学物的联合作用大于各种化学物的单独作用之和。例如四氯化碳与乙醇对肝脏皆具有毒性，如同时进入机体，所引起的肝脏损害作用远比它们单独进入机体时为严重。如果一种物质本身无毒性，但与另一有毒物质同时存在时可使该毒物的毒性增加，这种作用称为增强作用(potentiation)。例如异丙醇对肝脏无毒性作用，但可明显增强四氯化碳的肝脏毒性作用。

化学物发生协同作用和增强作用的机理很复杂。有的是各化学物在机体内交互作用产生新的物质，使毒性增强。例如亚硝酸盐和某些胺化合物在胃内发生反应生成亚硝胺，毒性增大，且可能为致癌剂。有的化学物的交互作用是引起化学物的代谢酶系发生变化，例如马拉硫磷与苯硫磷联合作用，有报道对大鼠增毒达10倍、狗为50倍。其机理可能苯硫磷可抑制肝脏分解马拉硫磷的酯酶所致。诱导酶的改变，尤其是MFO系的诱导与抑制更需注意。例如动物在经苯巴比妥给药后肝MFO系被诱导，再给以溴苯，溴苯氧化增强毒性增大。此外致癌化学物与促癌剂之间的关系也可认为是一种协同作用。

(三)拮抗作用

拮抗作用(antagonistic effect)指几种化学物的联合作用小于每种化学物单独作用的总和。凡是能使另一种化学物的生物学作用减弱的物质称为拮抗物(antagonist)。在毒理学或药理学中，常以一种物质抑制另一种物质的毒性或生物学效应，这种作用也称为抑制作用(inhibition)。例如，阿托品对胆碱酷酶抑制剂的拮抗作用；二氯甲烷与乙醇的拮抗作用。

拮抗作用的机理也很复杂，可能是各化学物均作用于相同的系统或受体或酶，但其之间发生竞争，例如阿托品与有机磷化合物之间的拮抗效应是生理性拮抗；而肟类化合物与有机磷化合物之间的竞争性与AChE结合，则是生化性质的拮抗。也可能是在两种化学物之中一个可以激活另一化学物的代谢酶，而使毒性减低，如在小鼠先给予苯巴比妥后，再经口给久效磷，使后者LD50值增加一倍以上，即久效磷毒性降低。

(四)独立作用

独立作用(independent effect)指多种化学物各自对机体产生不同的效应，其作用的方式、途径和部位也不相同，彼此之间互无影响。

两种或以上化学物由于对机体作用的部位不同、靶器官不同、受体不同、酶不同等，而且化学物的靶位点之间的生理学关系较为不密切，此时各化学物所致的生物学效应表现为各个化学物本身的毒性效应，称之为独立作用。例如乙醇与氯乙烯联合给予大鼠，能引起肝细胞脂质过氧化效应，且呈相加作用。但深入研究得知，乙醇是引起肝细胞的线粒脂质过氧化，而氯乙烯则是引起微粒体脂质过氧化，实为独立效应。

二、联合作用的机制
由于目前的认识水平和研究方法的限制，目前对于联合作用机制的了解尚不够充分，大致的机制为:

(一)生物转化的改变

联合作用的一个重要机制是一种化学物可改变另一种化学物的生物转化。这往往是通过酶活性改变产生的。常见的微粒体和非微粒体酶系的诱导剂有苯巴比妥、3-甲基胆蒽、DDT和B(a)P，这些诱导剂通过对化学物的解毒作用或活化作用，减弱或增加其他化学物的毒性作用。

(二)受体作用

两种化学物与机体的同一受体结合，其中一种化学物可将与另一种化学物生物学效应有关的受体加以阻断，以致不能呈现后者单独与机体接触时的生物学效应。例如阿托品对有机磷化学物的解毒作用以及抗组胺药物对组胺的作用。

(三)化学物间的化学反应

一些物质可在体内与毒物发生化学反应。例如硫代硫酸钠可与氰根发生化学反应，使氰根转变为无毒的硫氰根；又如一些金属螯合剂可与金属毒物(如铅、汞)发生螯合作用，使之成为螯合物而失去毒性作用。

(四)功能叠加或拮抗

两种因素，一种可以激活（或抑制）某种功能酶，而另一种因素可以激活（或封闭）受体或底物。若同时使用，则可出现损害作用增强或减弱，如有机磷农药和神经性毒剂的联合应用等。

（五）其他

吸收、排泄等功能可能受到一些化学物的作用而使另一毒物吸收或排泄速度改变，于是影响其毒性。例如，氯仿等难溶于水的脂溶性物质在穿透皮肤后仍难吸收，如果与脂溶性及水溶性均强的乙醇混合就很容易吸收，其肝脏毒性明显增强。

二、毒物的联合作用的方式
人类在生活和劳动过程中实际上不是仅仅单独地接触某个外源化学物，而是经常地同时接触各种各样的多种外源化学物，其中包括食品污染（食品中残留的农药、食物加工添加的色素、防腐剂）、各种药物、烟与酒、水及大气污染物、家庭房间装修物、厨房燃料烟尘、劳动环境中的各种化学物等等。这些外源化学物在机体可呈现十分复杂的交互作用，最终对机体引起综合毒性作用。联合作用的方式可为两种：

1、外环境进行的联合作用：几种化学物在环境中共存时发生相互作用而改变其理化生质，从而使毒性增强或减弱。如烟尘中的三氧化二铁、锰等重金属，使SO2氧化成H2S04的最好触媒，它凝结在烟尘上形成硫酸雾，其毒性比SO2大2倍。再如酸遇到含有砷或锑的矿石、废渣等可产生毒性很高的砷化氢或锑化氢，从而引起急性中毒事故。有些化学物在与某种环境因素（如温度、压力等）相互作用，才出现毒性变化，如有机氟聚合物在加热时会发生热裂解，而产生多种无机和有机氟的混合物。汽车排出的氮氧化物、碳氢化合物等废气，在强烈阳光照射下，可发生光化学反应，产生臭氧、过氧酰基硝酸酯（PAN）及其它二次污染物，就会发生“光化学烟雾”，全世界发生过多起千人以上城市居民中毒事件。

2、体内进行的联合作用：这是毒物在体内相互作用的主要方式。环境或职业有害因素在体内的相互作用，多是间接的，常常是通过改变机体的功能状态或代谢能力而实现。它可发生在毒物的摄入、吸收、分布、代谢、转化、排泄而改变各自的体内过程，或是作用于同一靶器官则产生相关的生物学效应。即可通过对各自的毒物代谢动力学及毒效动力学产生影响而发生联合作用效应，其中最有意义的是在代谢转化与在靶器官作用水平上的相互作用。前者主要通过对毒物代谢酶的作用而产生，如某些可与巯基结合的金属在体内与含巯基酶结合，使通过这些酶催化的毒物代谢减慢而产生增毒作用，例如Cd2+、Hg2+对人体红细胞内卤代甲烷的代谢抑制作用即是如此。后者是产生类同的或相反的效应而使毒性加强或减弱。当然毒物在响亦可产生直接相互作用而使自身的理化性质发生变化，而改变其毒性。另外，通过改变机体的健康状况，抑制某些系统的功能亦可对另一些化学物的毒性产生影响，这种联乍用常是非特异性的。

如果不能打开黑箱的话，真相未必只有一个
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妖狐玉藻，技术型推理迷，喜欢植物，欢迎骚扰

※来源: 【推理之门 Tuili.Com 】.

shbt8274（玉藻）

5 楼： Re:毒理学基础

04年04月21日14点52分

第五章描述性动物毒性实验
描述性动物毒性实验是指通过对环境有害因素特别是外源化学物的毒理学基础研究，包括一定程序的实验动物选择、实验模型的制作、数量与剂量确定、染毒方法及毒性指标等，观察动物机体所产生的总体毒性效应，通过不断反复的资料积累作出毒理学评价并外推至人类，为防治暴露于环境有害因素的有害作用提出综合性措施的过程。

第一节急性毒性试验
一、急性毒性
急性毒性(acute toxicity)是指机体(人或实验动物)一次或24h之内多次接触(染毒)外源化学物之后，在短期内所发生的毒性效应，包括引起死亡效应。

实验动物接触外源化学物所引发的急性毒性效应出现的快慢和毒性反应的强度，因外源化学物的性质（主要为化学结构与理化性质）和染毒剂量的大小而有很大差别。有的化学物在实验动物接触致死剂量后，几分钟之内即可产生中毒症状，甚至瞬间死亡，有的化学物则在接触致死剂量几天才出现明显的中毒症状或死亡。

所谓“一次或24内多次”接触或染毒的时间界定：一次是指瞬间染毒，如经口染毒、经注射途径染毒，但在经呼吸道与经皮肤染毒，则是指在一个特定的期间内持续地接触化学物的过程，所以“一次”含有时间因素。当外源化学物毒性过低，或一次染毒剂量受机体容量限制，需给予实验动物较大剂量时，则可在24h内分次染毒，即为“多次”。“短期内”，一般限定为7天内。

二、急性毒性试验的目的和方法
（一）急性毒性试验的目的

急性毒性研究的目的，主要是探求化学物的致死剂量，以初步评估其对人类的可能毒害的危险性。再者是求该化学物的剂量-反应关系，为其它毒性实验打下选择染毒剂量的基础。

（二）实验动物的选择

毒理学中研究外源化学物的基础毒性主要是进行体内试验，即是以实验动物为研究对象，最终向外源化学物毒害主体—-人类外推。虽然在一些国家由于动物保护运动的发展，进行整体动物研究受到一定限制，而促使体外试验的发展，但毕竟用离体组织、细胞、亚细胞器为标本时距整体接触化学物的毒性有差距，所以至今评价外源化学物基本毒性，还是以整体实验动物体内实验为主。

描述性动物实验研究采用的体外试验研究的模型标本包括某些离体脏器、组织切片、原代细胞、传代培养细胞、组织匀浆、亚细胞组分，甚至昆虫、细菌等。不同种属的动物对同一受试物的毒性作用表现可有很大的差别，要获得较可靠的实验结果，一般应选用两种以上的实验动物。常选用大白鼠和小白鼠。根据不同实验目的，可选用不同实验动物。例如，皮肤刺激实验，可选用家兔，因为家兔为皮肤刺激实验的敏感动物。动物应注明来源及品系。除特殊要求外，动物年龄一般选用初成年者：大白鼠、小白鼠为出生后2～3个月左右，体重分别为180～240g和18～24g；家兔为2～2.5kg，猫为1.5～2kg；狗为出生后一年左右。选用的动物体重差异不应超过平均体重的10%。动物的需用数量，大白鼠和小白鼠每组10只以上；较大的动物如狗、家兔等每组不少于3～5只。为判定受试物对不同性别动物的毒性反应有否差异，除特殊要求外，实验中一般均应采用两种性别动物进行试验。所用动物进入实验室后，于实验开始前应观察一周以上，以删除不健康的动物，并使实验动物适应环境。

（三）染毒途径和方式

基础毒性研究，不论是急性、亚慢性与慢性毒性研究，主要是经口、经皮肤及经呼吸道吸入三种染毒途径。

1、经口染毒

① 灌胃人工给实验动物灌入外源化学物是经常使用的经口染毒方法。此时外源化学物直接灌入胃内，而不与口腔及食道接触，故而给予的化学物剂量准确。但是，当待测化学物为气态或固体时均需用某种溶剂溶解，液态化学物往往也需用溶剂溶解。

灌胃体积依所用实验动物而定，小鼠一次灌胃体积在0.1～0.5ml/kg体重，大鼠在1.0ml/100g体重之内，家兔在5ml/kg体重之内，狗不超过50ml/10kg体重。

② 喂饲喂饲方法染毒是将化学物溶于无害的溶液中拌入饲料或饮用水中，使动物自行摄入含化学物的饲料或水，然后依每日食入的饲料与水在推算动物实际摄入化学物的剂量。

喂饲法的优点是接触化学物的方式符合人类接触污染食物与水的方式,方法简便、易操作。但是由于动物（尤其是啮齿类动物）进食时浪费、损失饲料很多，往往摄入的化学物量不准确，仅适用于动物数量较大的毒理学实验。如果化学物有异味，动物可能拒食，如果化学物在室温下可以挥发，或在饲料中和水中可以水解，则剂量也不准确，且有经呼吸道与皮肤交叉吸收的可能，喂饲法为了计算每只动物摄入化学物的剂量，一般要每只动物单笼饲养。由于此种方法更适宜进行多日染毒，急性毒性试验一般不用之。

③ 吞咽胶囊将所需剂量的受试化学物装入药用胶囊内，强制放到动物的舌后咽部迫使其咽下。此法剂量准确，尤其适用于易挥发、易水解和有异臭的化学物。兔、猫及狗等较大动物可用此法。

2、经呼吸道染毒

凡是气态或易挥发的液态化学物均有经呼吸道吸入的可能，在生产过程中形成气溶胶的化学物也可经呼吸道吸入。经呼吸道染毒有两种类型，一是动物自行吸收，一是人工动物气管注入。动物自行吸入呼吸道染毒又分静式吸入染毒与动式吸入染毒两种方法。

静式吸入染毒，即在一定容积的染毒柜内加入一定量受试物造成含一定浓度受试物的空气环境，使受试动物在规定时间内, 经吸入而达到染毒，故适用于短时间染毒的试验使用。

动式吸入染毒，即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，这样可使染毒时间不受染毒柜(室)容积的限制，也可避免动物缺氧、二氧化碳积聚、温度增加等对试验结果的可能影响，故适用于较长时间以及反复染毒的试验使用。

气管注入，将液态或固态外源化学物注入肺内。这是一个手术过程，仅适用于制造化学物对肺脏损伤模型的制备，而不用于一般毒性研究。

3、经皮肤染毒

液态、气态和粉尘状外源化学物均有接触皮肤的机会。外源化学物是否能经皮肤吸收导致机体中毒或仅在皮肤局部引起损伤与外源化学物的性质有关。能经皮肤吸收的化学物主要以扩散方式经过皮肤角质层屏障，在表皮角质细胞的间质中充满非极性的脂类物质。脂溶性化学物主要通过这种途径渗透入皮肤，所以角质层薄的皮肤部位更易吸收。表皮破损、皮肤水化或脱水，以及易于滞留于角质层的化学物，均可增加化学物的渗透。所以，研究外源化学物的经皮吸收时，皮肤接触化学物的面积、时间长短、环境中温、湿度均应控制统一的条件。再者，年龄老的动物表皮厚度改变、细胞成分也有变化，所以应选择成年动物为宜。此外，为保证不因皮肤部位不同而形成的化学物渗透率差异，一般大鼠、豚鼠、兔均使用背部皮肤。面积则依据选用动物及受试物的剂量和剂型而定。如，家兔可取5cm×6cm、豚鼠取3cm×4cm、大鼠取1.5cm～2.0cm直径的面积，小鼠取1.0cm～1.5cm直径的面积。实验前详细检查去毛部位皮肤有无擦伤、红肿、皮疹等异常现象，剔除不合格动物。染毒时按单位体重确定给予所需毒剂的容量，故要求配置成相应浓度的受试物。接触时间应与人实际接触该物质的时间相仿。但在做功能食品和药物的毒理学评价实验时，一般要求受试物接触时间适当延长，保证对人体不受危害。

4、其它途径染毒

有时需对外源化学物进行绝对毒性或比较毒性研究，或进行一些必要的特殊研究(如静脉注射毒物动力学、代谢研究、急救药物筛选等)，往往用注射途径染毒。注射途径包括静脉注射(大鼠、小鼠尾静脉，兔耳缘静脉)、肌肉注射、皮下注射及小动物腹腔注射染毒。但注射时应控制注射体积。

（四）毒性反应的观察与检查

根据急性毒性试验的目的，受试动物给予受试物后，应即刻密切观察各组动物发生的毒性反应（全身的或局部的）情况，中毒症状的特点和出现时间，中毒症状恢复时间，动物发生中毒死亡的时间及死亡数，死亡动物必须的病理解剖检查观察等。急性毒性试验一般不作病理组织学和化验检查，但是有时为了发现某些脏器或靶器官的损害情况，或根据对一些受试物的特殊要求，亦可依据要求选取有代表性的剂量组与对照组进行病理组织学显微镜检查和某些特异性指标的化验检查。

试验的观察期限，如受试动物于接触受试物后24～48h内中毒死亡，未发现有迟发中毒作用时，一般观察7～14d 即可。否则应适当延长观察期限，直到中毒症状基本恢复正常为止，延长观察需要2～4周。观察期限，特别要注意动物的饲养和管理，以防止与受试物无关的意外死亡情况发生。

三、常用指标和毒性分级
（一）急性致死毒性实验常用指标

表示急性致死毒性最常用的指标是LD50，它是经过统计处理计算得出的数值，与LD100、LD0等相比有更高的重现性；而且, 它反映受试群体中大多数动物易感性的平均情况，最后从剂量反应关系曲线上看，它处于曲线上升的中段, 是致死率对剂量变化最敏感的部位。但是，LD50只能表示一种外源化学物引起实验动物死亡一半的剂量(或浓度），即只能表示动物一半死亡，一半存活的剂量点的界限，所以是一个质化反应，而不能代表受试化合物的急性中毒特性，因此，应当注意到只用LD50(LC50)说明一个外源化学物的急性毒性是不够的。有时，根据实际需要还应进行联合毒性实验等其它有关参数，并仔细观察动物的中毒症状。

1、LD50的测定

测定LD50常选用成年小鼠和大鼠两个种属，有时需选用其它种属。无特殊要求，雌雄两性各半。在正式实验前，首先要了解受试化学物的化学结构和理化性质，查阅有关文献，找出与受试化学物化学结构近似或有共性基团化学物的毒性资料，确定预试剂量。预试一般每组4只动物，每次3组，以10倍为组距。根据第一次预试结果判定需要增加还是降低剂量，组距保持不变，直至粗略预测到LD100及LD0为止。正式试验时一般每组10只动物（使用兔或狗等大动物时不少于4～6只），在预测的LD100及LD0之间安排5～7个剂量组，各剂量组间间距应根据受试物毒性大小和预试结果而定，一般以0.65～0.85的等比级数为宜。

LD50值的计算有多种方法，大体上可以归纳为两大类，其一是死亡率—剂量反应相关要求为正态分配的，其中概率单位图解法和寇氏法(Karber)较为常用。另一类是不要求为正态分布的（非正态分布），计算时只查对有关表格即可得到LD50。如何使用这些方法，应当按照受试化学物的具体情况分别对待。这里简要介绍改进寇氏法（Karber）氏法，又称平均致死量法。适于此法的基本条件是，要求每个染毒组实验动物数相同，至少5个实验组，死亡率呈正态分布，最低剂量组死亡率小于20%，最高剂量组死亡率高于80%，所选剂量对数差值相等。该计算公式如下, 首先求出logLD50及其95%的可信限，再求出LD50。

M = Xk – i(Σp – 0.05) Sm = pq

Σ n

式中: m— log LD50, Xk—最高剂量组剂量对数值, p— 死亡率(用小数表示)，Σp— 死亡率总和,

q— 1–p, i— 相林两组剂量对数之差, n— 每组动物数，

在实验过程中，应在染毒后的头2～3h内，或在吸入染毒的过程中，仔细观察所出现的症状，并计算1～2周内的死亡数。对于存活动物应于第2周剖杀观察各内脏的病理改变。在引起立即死亡时，则直接观察死亡动物的呼吸器官及消化道，其它它它它它它器官可不作检查。由于中枢神经系统受抑而立即死亡的动物不易在该系统找到病变，故一般不检查神经系统。

2、急性毒性分级

为了粗略表示外源化学物急性毒性的强弱和其对人的潜在危害程度，国际上提出了外源化学物的急性毒性分级（acute toxicity classification）。但分级标准并未完全统一。我国目前除参考使用国际上几种分级标准之外，又于1978年提出了相应的暂行标准。无论我国或国际上急性分级标准都还存在着不少缺点，有待逐步改进。

我国在1991年提出的农药急性毒性分级标准（见表5-1），为四级毒性标准；在1978年对工业毒物提出了一个五级急性毒性分级标准建议（表5-2）。

我国《食品安全性毒理学评价程序和方法》(GB 15193.3-94)颁布的急性毒性（LD50）剂量分级标准见表5-3，WHO推荐的外源化学物急性毒性分级标准见表5-4。

表5-1 农药的急性毒性分级

级别大鼠经口LD50（mg/kg）大鼠经皮LD50（mg/kg·4h）大鼠吸入LC50（mg/m3）2h

剧毒＜5 ＜20 ＜20

高毒 5 20 20

中等毒 50～500 200～2000 200～2000

低毒＞500 ＞2000 ＞2000

表5-2 工业毒物急性毒性分级标准

毒性分级小鼠一次经口LD50（mg/kg）小鼠吸入2hLC50（ppm）兔经皮LD50（mg/kg）

剧毒＜10 ＜50 ＜10

高毒 11～100 51～500 11～50

中等毒 101～1000 501～5000 51～500

低毒 1001～10000 5001～50000 501～5000

微毒＞10000 ＞50000 ＞5000

表5-3 急性毒性份级（LD50）剂量分级

急性毒性分级大鼠口服LD50 相当于人的致死剂量

mg/kg mg/kg g/人

极毒＜1 稍尝 0.05

剧毒 1～50 500～4000 0.5

中等毒 51～500 4000～30000 5.0

低毒 501～5000 30000～250000 50.0

实际无毒 5001～15000 250000～500000 500.0

无毒＞15000 ＞500000 2500.0

表5-4 WHO推荐的外源化学物急性毒性五级分级标准

大鼠一次经口 6只大鼠吸入4h，兔经皮LD50 对人可能致死的估剂量

毒性分级 LD50（mg/kg体重）死亡2～4只的浓度（ppm）（mg/kg体重） g/kg体重 ① （g/60kg体重） ②

剧毒＜1 ＜10 ＜5 ＜0.05 ＜0.1

高毒 1～ 10～ 5～ 0.05～ 3.0

中等毒 50～ 100～ 44～ 0.5～ 30.0

低毒 500～ 1000～ 350～ 5.0～ 250.0

微毒 50000～ 10000～ 2180～＞15.0 ＞1000.0

注： ① 与 ② 大致相差60倍; WHO:（世界卫生组织）

总之，从上述表5-1至5-4可见，几种分级标准有相同之处，也有相异之点，都有明确的行业应用对象, 使用时应当特别注意。

3、LD50影响因素及应用

LD50值受试验动物的内外环境各种因素的影响，也受试验人员操作熟练程度和受试化学物的浓度或稀释倍数的影响。因此，比较不同外源化学物的LD50或比较同一个化学物不同实验室所测定的LD50时，要注意试验条件的同一性，剂量概念上应有等效性。即使如此，由于测定一种化学物LD50所使用的试验动物数，只是同一品系整体中的很小部分，而同一品系试验动物中这一群体与另一群体也会有一定的抽样误差。所以同一外源化学物在同一品系动物和同样接触途径所测定的LD50值也会有一定差异，甚至可有2～3倍的波动范围。

LD50虽然是重要的参数，但只能说明某一化学物引起试验动物半数死亡所需的剂量，并不能反映这个化学物引起的中毒特征。有助于补充LD50(LC50)不足的另一参数是化合物的急性毒作用带(acute effect zone，Zac)，一般是指化合物的毒性上限与毒性下限的比值，也就是引起实验动物的死亡剂量与最低毒作用剂量之间的剂量范围的宽窄。急性毒作用带(Zac)通常以LD50(LC50)代表毒性上限，以急性阈剂量(阈浓度)代表毒性下限。其公式为：
LD50

Zac = ----------
Limac
式中：LD50代表毒性上限，Limac 急性阈剂量代表毒性下限。

Zac值的大小可反映急性阈剂量距离LD50的宽窄。Zac值越大表明化合物引起急性死亡的危险性越小，反之表明引起急性死亡的危险性越大。

（二）非致死性急性毒性

为了克服致死性急性毒性只能提供死亡指标这一缺点，非致死性急性毒性的概念显得比较重要，它可提供常规的非致死急性中毒的安全界限和对急性中毒的危险性估计。

1、评价指标及其意义

非致死性急性毒性试验首先要求测定急性毒作用阈（Limac）。毒性效应是一种或多种毒性症状或生理生化指标改变。对于某些生理生化的改变，如体重、体力或酶活性等，Limac是指均值与对照组比较时，其差异有统计学意义的最低剂量。对于对照组也可能出现的某些质效应，则是指其发生率与对照组的差异有统计学意义的最低剂量。无论毒性效应是量效应还是质效应，在Limac及其以上1～2个剂量组中应存在剂量-反应关系。Limac越低，该受检物的急性毒性越大，发生急性中毒的危险性越大。

2、非致死性急性毒性实验设计

非致死性急性毒性实验观察效应很多，首先明确观察效应。如果根据已有资料初步确定了靶器官，则应当观察与该器官损伤有关的特异指标。此外，还可以对体重、体力、行为以及对附加负荷（如化学物、物理因素、脑力与体力负荷等）的耐受性全身性生理状态的改变进行观察。对于这类效应的观察称为整体性指标。

在非致死性急性毒性试验中观察的指标要适当，以免漏去重要的毒性效应或增加不必要的工作量。

剂量设计, 一般是由LD0剂量开始按10倍的比例递减，先安排3～4个剂量对少数动物进行预试。经预试验后，设计3～4个按等比级数安排的剂量，每组10只动物(雌雄各半)进行正式试验。

第二节蓄积性毒性试验
一、毒物蓄积性的定义及毒理学意义
外源化学物进人机体后，经过代谢转后化以代谢产物或者以未经代谢转化的原形母体化学物排出体外。但是当化学物反复多次染毒动物，而且化学物进入机体的速度或总量超过代谢转化的速度与排出机体的速度或总量时，化学物或其代谢产物就可能在机体内逐渐增加并贮留某些部位。这种现象就称为化学物的蓄积作用(cumulation)，大多数蓄积作用会产生蓄积毒性。

蓄积毒性（cumulative toxicity）是指低于一次中毒剂量的外源化学物，反复与机体接触一定时间后致使机体出现的中毒作用。用于观察研究上述致毒作用过程的实验称为蓄积毒性试验。当外源化学物连续、反复进入机体，而且进入的速度（或总量）超过代谢转化与排出的速度（或总量）时，该物质就有可能在体内积聚而产生蓄积毒性。一种外源化学物在体内蓄积作用的过程，表现为物质蓄积和功能蓄积两个方面。物质蓄积指外源化学物反复进入机体内，在体内的吸收量大于排出量，并在体内逐渐积累的过程，可以用化学方法测得机体内(或某些组织脏器内)存在该化学物母体或其代谢产物，例如重金属铅、汞、锰等，又如DDT代谢物。功能蓄积指不断进入机体的外源化学物，对机体反复作用并引起功能发生改变累积加重，最后导致出现损害作用的过程。功能蓄积往往测不出该物质，如某些有机溶剂、有机磷化合物等。物质蓄积和功能蓄积往往是同时存在又互为基础，在实际工作中常难于严格区别。因此，外源化学物在机体内所产生的蓄积作用是引起亚慢性毒性作用和慢性毒性作用的基础。人们在外源化学物毒理学评定的实际工作中，可根据受试物的蓄积毒性强弱作为评估它的毒性作用指标之一，也是制定卫生标准时选用安全系数大小的重要参考依据。

二、评价毒物蓄积性的方法
（一）蓄积系数法

蓄积系数是指多次染毒使半数动物出现毒性效应的总有效剂量(ED50（n）)与一次染毒的半数有效量（ED50（1））之比值，毒性效应包括死亡。蓄积系数法是以生物效应为指标，用经验系数(K)评价蓄积作用的方法。蓄积系数法的原理是在一定期限内, 以低于致死剂量(＜LD50)的剂量，每日给实验动物染毒，直至出现预计的毒性效应(如半数动物死亡)为止，然后计算蓄积系数(cumulative coe-fficient,Kcum)。半数有效量（media effective dose, ED50）指某一物质使50%的试验动物产生效应的剂量。由此可见，Kcum越小，表示受试物的蓄积毒性越大。Medved于1965年提出的按Kcum大小将蓄积毒性分为四级（5-5）。

表5-5 蓄积毒性分级

Kcum 蓄积毒性强度

﹤1 高度蓄积

1～明显蓄积

3～中等蓄积

5～轻度蓄积

如果受试化学物在实验动物体内全部蓄积或每次染毒后毒性效应是叠加的，则LD50 (n)应相等于ED50时，即K＝l。如果反复染毒实验动物对受试化学物发生过敏现象，则可能出现K值＜1。若化学物产生部分蓄积，则K＞l。

虽然蓄积系数法评价化学物的蓄积作用有一定的使用价值，但是利用蓄积系数评价外源化学物潜在的慢性毒性还是应当慎重的。因为有些外源化学物的慢性毒性效应与系数K值是不一致的。例如有的化学物反复接触后引起免疫毒性，但其K值不一定很小。又如有机磷化合物往往K值很大，但是它的申枢神经系统的慢性危害与非胆碱能的毒性却仍表现出慢性毒性效应。再如丙烯腈的蓄积系数在小鼠K＞l2.8，但依然存在慢性危害。

蓄积系数法具体试验方案主要有以下两种。

1、固定剂量法：取大鼠或小鼠，以灌胃或腹腔注射给予受试化学物。先求其LD50，再以相同条件将40只或以上动物，雌雄各半，均分两组，一为染毒组，一为对照组。对受试动物按1/10～1/20 ED50（1）（LD50（1））的固定剂量，连续每天进行染毒一次，观察记录受试动物出现的某种毒性效应或反应情况，当染毒剂量累计达到相当5倍ED50（1）或LD50（1）以上时，若受试动物中出现某种毒性效应或死亡动物数未超过半数，此时的蓄积系数已大于5，表明该受试物的蓄积毒性作用不明显。如果染毒过程中受试物中相继出现某种毒性效应或死亡的动物数累计达到50%，此时算出受试物累计的染毒总剂量，按上述公式即可计算出受试物的蓄积毒性系数。

2、递增剂量法：此方案基本同上。以4d为一期，开始第一期每天染毒剂量为1/10 ED50或LD50，随后染毒剂量每隔4d按1.5倍递增一次，如表5-6所示。

表5-6 定期递增染毒剂量*表

染毒日期（天）每日染毒剂量每4天染毒总剂量累计染毒总剂量

1～4 0.10 0.4 0.4

5～8 0.15 0.6 1.0

9～12 0.22 0.9 1.9

13～16 0.34 1.4 3.3

17～20 0.50 2.0 5.3

注：表中的递增染毒剂量*为×ED50或LD50

如果连续染毒已达20d，此时染毒的总剂量已累计达到5.30倍的ED50或LD50，受试动物中出现某种毒性效应或死亡的动物数未达到50%，则表示该受试物的蓄积毒性不明显，试验可以终止。如受试物在试验过程中，相继出现的某种毒性效应或死亡的动物数累积达到50%，即可计算出蓄积系数并可对蓄积毒性强度作出评估。

（二）生物半减期法

生物半减期（biological half time，简称T1/2）指进入机体的外来化学物质通过机体的生物转运和转化作用过程而被消除一半所需要的时间。生物半减期法是用毒物动力学原理来描述外源化学物的体内蓄积作用。外源化学物在机体内蓄积的速度和量与单位时间内机体对受试化学物的吸收速度、清除速度有关。任何一个化学物如果以相等的时间间距恒速地吸收入血，则化学物在低于致死剂量范围内在机体的蓄积不是直线地无限地增加，而是呈曲线型增加且有极限。因为化学物吸收进人机体的瞬间存在着化学物在体内的代谢转化过程与清除过程(包括血液中化学物向组织脏器的分配过程)。当化学物的吸收速率与代谢转化速率和清除速率达到平衡时，化学物的蓄积量就不再增加。外源化学物在体内生物半减期越长，表示越不易由体内消除，因而它在体内的蓄积作用就越大。

测定外源化学物在体内生物半减期的过程较为复杂，在实际观测中，常常仅以间接测定它们在血液、尿液或器官组织中的浓度（或量）降低一半所需的时间，来代表该物质的生物半减期。通常的方法是机体接触受试物后，在一定时间的间隔内，分别测定血液或尿液、器官组织中该物质的浓度（或量），依据所得结果按下式求出它的生物半减期。

生物半减期（T1/2）=（t2﹣t1）log2 /（log y1﹣log y2）

式中：y1和y2—分别为给受试物后在t1和t2时间取样测定的该物质的含量。根据测定生物半减期的长短，判定受试物的蓄积毒性大小。

（三）蓄积率测定法

蓄积率(cumulative percent)测定法，常用的动物为小鼠或大鼠。首先将受试动物分成蓄积和对照两大组，每组60～70只。蓄积组动物每次按一定剂量(低于最小致死量)按同一给毒途径预先给受试物，经过一定时间之后，按常规方法测定蓄积组和对照组的LD50，并按下式计算蓄积率:

蓄积率=（对照组LD50 - 蓄积组LD50）/ 蓄积组预给受试物的总剂量 × 100%

蓄积率应标明预先给受试物的时间及剂量，在相同时间及剂量条件下，蓄积率越大则表示该物质在体内的蓄积作用越强，反之则越弱。

第三节亚急性、亚慢性和慢性毒性试验
通常情况下，人类对生活和生产和军事环境中的有害化学和生物因素接触水平较低，不至于发生急性中毒，却在长期反复接触中发生慢性中毒。另外，虽有些化学物测不出急性毒性或急性毒性极低，但却有慢性毒性。因此，查明化学物的亚慢性毒性与慢性毒性就显得十分重要。

一、基本概念
亚慢性毒性(也称亚急性毒性)指机体在相当于1/20左右生命期间，少量反复接触某种有害化学和生物因素所引起的损害作用。研究受试动物在其1/20左右生命时间的，少量反复接触受试物后所致损害作用的实验，称亚慢性毒性试验(subchronic toxicity test)或亚急性毒性试验(subacute toxicity test），亦称短期毒性试验(short term toxicity test)。所谓“少量”是相对的，没有明确的剂量范围的下限；但是剂量上限应小于相应的LD50值。在接触过程中，要求每次（日）接触的剂量一般相等。以大鼠为例，平均寿命为两年，即24个月，因此，亚慢性毒作用试验的接触期为1～2个月左右，试验目的是在急性毒性试验的基础上，进一步观察受试物对机体的主要毒性作用及毒作用的靶器官，并对最大无作用剂量及中毒阈剂量作出初步确定。此外，亚慢性毒性试验的结果，也可为慢性试验设计选定最适观测指标及剂量提供直接的参考。有时通过急性毒性试验和参考其它有关资料，已基本掌握受试物欲弄清的亚慢性毒性损害情况，则可省略亚慢性毒性试验而直接进行慢性毒性试验。

慢性毒性是指外源化学物质长时间（大于1/10生命期）少量反复作用于机体后所引起的损害作用。研究受试动物长时间少量反复接触受试物后，所致损害作用的试验称慢性毒性试验(chronic toxicity test），亦称长期毒性试验(long term toxicity test)。慢性毒性试验中，试验动物接触外源化学物的期限，依试验要求和试验动物种类而定。原则上, 要求试验动物生命的大部分时间或终生长期接触受试物。各种试验动物寿命长短不同，慢性毒性试验的期限也不相同。在使用大鼠或小鼠时，工业毒理学中一般要求慢性毒性试验进行6个月，而环境毒理学和食品毒理学一般要求接触1～2年。

考虑到试验动物寿命长短不同，而不同长短的接触期折合为相当于人类的接触期就会有很大的差异。表5-7将各种动物的不同接触期折合为其生命周期的百分数和相当于人类寿命的时间（按大鼠平均寿命2年、兔6年、狗10年、猴15年、人类平均寿命70岁计算），可为慢性毒性试验提供参考。表5-7列出了各种试验动物不同接触期限折合生命周期的百分数和相当人类寿命的时间。

慢性毒性试验的主要目的是确定化学物毒性下限，即确定机体长期接触该化学物造成机体受损害的最小作用剂量(阈剂量)和对机体无害的最大无作用剂量。为制定外源化学物的人类接触安全限量标准提供毒理学依据。如最大容许浓度，每日容许摄入量（acceptable daily intake，简称ADI，以mg/kg体重d表示）等。

二、毒性参数
(一)阈值 (threshold) 在亚慢性与慢性毒性试验中，阈值是指在亚慢性或慢性染毒期间和染毒终止，实验动物开始出现某项观察指标或实验动物开始出现可察觉的轻微变化时的最低染毒剂量。

表5-7 试验动物接触期限的推算

接触期限大鼠兔狗猴

相当寿命相当于人相当寿命相当于人相当寿命相当于人相当寿命相当于人

月（%）（%）（%）（%）（%）（%）（%）（%）

1 4.1 34 1.5 12 0.82 6.5 0.55 4.5

2 8.2 67 3.0 24 1.6 13.4 1.1 9.0

3 12.0 101 4.5 36 2.5 20.0 1.6 13.0

6 25.0 202 9.0 72 4.9 40.0 3.3 27.0

12 49.0 404 18.0 145 9.8 81.0 6.6 53.0

24 99.0 808 36.0 289 20.0 162.0 13.0 107.0

(二)最大耐受剂量 (MTD) 在亚慢性或慢性试验条件下，在此剂量下实验动物无死亡，且无任何可察觉的中毒症状；但是实验动物可以出现体重下降，不过其体重下降的幅度不超过同期对照组体重的10%的最大剂量。最大耐受量在概念上与急性最大耐受量有所区别。

(三)慢性毒作用带(chronic effect zone，Zch)) 以急性毒性阈值(Limac)与慢性毒性阈值(Limch)比值表示外源化学物慢性中毒的可能性大小。比值越大表明越易于发生慢性毒害。

三、实验设计的原则
(一)试验动物

亚慢性试验、慢性试验首先要考虑对受试物敏感的动物种属和品系，同时要考虑急性毒性试验选用的动物一致。此外，也应考虑到被选用的动物供应方便，价格适中，易于饲养管理。最常用的动物有大鼠、小白鼠、狗和家兔，其次猫、琢鼠、猴等亦可供使用。一般要求选择两种试验动物，啮齿类和非啮齿类各一种，以便于更全面地了解受试物的毒性作用。目前对啮齿类动物首选大鼠，非啮齿类动物是狗与灵长类。最好慢性试验使用的实验动物与亚慢性试验动物相同，有利于研究的连续性。

选择每组实验动物的数量，不但应当最低限度满足对试验结果进行统计分析上的要求，也与选用的动物种属和试验目的要求有关。如使用啮齿类动物的数量需多些，因试验持续时间较长，试验期间往往会产生与毒物无关的意外死亡，需较多的动物才能保证在试验结束时仍有足够数量(不少于10只)存活的动物供观测；通常试验要观察毒性作用的进展情况和恢复情况，于试验的不同阶段要宰杀部分动物作观测，需要较多数量的动物。3个月以内的毒性试验每组动物数:大鼠和小鼠分别为20只；大动物(如家兔、狗、猴等)4～6只。3个月以上的毒性试验每组动物数:大鼠和小鼠分别为40～60只；大动物8～12只。试验动物的性别一般要求雌雄各半。长期毒性试验，应选用年幼、初断奶的动物作为试验对象。如大白鼠为出生后4周，体重在60～80g，小白鼠为出生后3周，体重在10～12g，家兔的体重为2kg,猫的体重在1～2kg,狗的体重应在6～8kg左右。短期毒性试验可适当延长动物年龄。使用幼年的动物，一方面是便于在发育较快的时间内利于观察受试动物是否对生长发育有影响，另一方面也可使动物摄入受试物的时间得到充分延长，以满足本试验要求的染毒时间。试验期间，动物最好采用单笼饲养，且要求各组动物饲养条件(笼子、温度、光照、饲料等)严格一致。

(二)试验分组及剂量选择

亚慢性毒性试验和慢性毒理试验均设对照组。亚慢性毒性试验设3～4个剂量组，剂量范围很难统一规定,一般认为上限应控制在试验动物在接触受试物的整个过程中,不发生死亡，或仅有少数或个别死亡，同时能引起较为明显的中毒症状，或靶器官出现一定程度的典型损伤。例如某些生物化学的改变、生理学或病理组织学改变等。实际工作中常以急性毒性的阈剂量为亚慢性毒性试验的最高剂量，或者以受试物的急性LD50值的1/10～1/5为最高剂量。最低剂量组动物应不出现毒性反应，接近亚慢性阈剂量水平，中间设1～2个剂量组，动物出现轻微但较明显的中毒效应。各剂量组间的剂量至少应相差两倍或两倍以上。一般以LD50的1/5～1/100范围内来考虑剂量分组。

慢性毒性试验设4～5个剂量组。剂量选择可依据两个途径。一个是以亚慢性毒性效应的1/5～1阈剂量为慢性毒性试验的最高剂量，以亚慢性毒性效应的1/50～1/10阈剂量为预计慢性阈剂量，以其1/100为最低剂量，在最高剂量与预计慢性阈剂量之间再加1～2个剂量组，另一途径是以急性毒性效应为出发点，以LD50 (或LC50)为基础，以l/10 LD50为最高剂量，以1/100LD50为预计慢性阈剂量，以1/1000 LD50为最低剂量。在1/10 LD50与1/100 LD50之间再加1～2个剂量组。

(三)接触途径

自然摄入。但是如受试物有异味或易水解时，也可以用灌胃方式。为了保证给受试物的精确度，目前一般采用灌胃法，每日灌胃应当定时进行。经呼吸道吸入，每日吸入期时间的长短依试验要求而定。对工业毒物进行慢性毒性试验时，通常要求每日吸入4～6h。环境污染物一般要求每日吸入8h，甚至24h。

经皮肤接触。一定要注意在每日固定的时间内给相同的量。另外，根据人类接触受试物的实际途径，还可采用皮下、肌肉、静脉、腹腔注射等，这些方法均可保证给予受试物较精确的量。受试物最好是每周7d连续给予，如试验期超过3个月时也可采用每周给6d。每天给受试物时间相同。

四、指标观察与测量
有害环境因素特别是外来化学物引起机体的损害作用是多方面的，而且又可能具有一定的特异性，因此，合理选择试验观察指标和检测方法显得特别重要。观察指标的选择，主要包括下列几点。

(一)一般状况指标的观察

1、中毒症状的观察中毒症状不仅能反映受试物对全身的作用，而且也可能同时从现象上揭示受试物对机体主要受累的系统和器官作用的选择性。动物的中毒症状，一般只能从观察其行为改变和客观征象的异常来作判断。

2、体重测量动物在生长发育期体重的增长情况，是综合反映动物全身健康状况的最基本指标之一，测量动物体重简单易行。亚慢性试验 (包括慢性试验) 应重视对实验动物的体重观察。它是非特异性的、反映动物机体中毒效应的综合性指标。实验动物体重增加的抑制或减轻是受多种毒性效应影响的，包括食欲、食物吸收、消化功能、代谢和能量消耗的变化等。如果各试验组体重增长抑制呈剂量一效应关系，则可以肯定，这是一种综合毒性效应。一般来说，实验开始的第1～3个月，每周称量一次体重，以后可每2～4周称量一次。动物的体重在一天内不同时间有一定差异，一般选在上午同一时间内称重。

3、水和食物摄入量的观测有些化学物会影响动物的饮水量与进食量。在分析评价进食量的影响时，通常是根据进食量和体重增长值来计算出食物利用率（即动物每摄入100g饲料所增长的体重克数）并进行比较。比较染毒组与对照组食物利用率，有助于了解受试化学物的毒性效应。如染毒化学物影响动物食欲，则每日进食量减少，体重增长减慢，但食物利用率不一定有改变。若染毒化学物干扰了食物的吸收或代谢，此时食欲不一定受影响，而体重增长减慢，则食物利用率也发生变化。例如给大鼠喂饲被溴甲烷熏蒸过的饲料两个月，喂饲组与对照组的食物利用率大致相等 (分别为25.2与25.6)，但试验组体重仅相当对照组平均体重的86.6%，说明被溴甲烷熏蒸过的饲料基本上不影响食物的吸收利用，但可能影响了大鼠的食欲。

(二)生物化学指标的观测

根据生化指标显示的功能变化,不仅可发现受试物作用的器官和系统，为病理学检查提供线索, 也可为阐明受试物毒作用机制提供依据。由于生物化学指标繁多, 在试验观测时，必须依据受试物可能产生的毒性作用，有目的地加以选择。

1、肝脏功能肝脏是外源化学物在体内进行生物转化的主要器官，外源化学物的亚慢性和慢性毒作用引起肝脏损害时会在血清中出现一系列相关酶的变化。如谷丙转氨酶多发生在实验的初期，碱性磷酸酶改变多发生于实验的中期或后期。与肝脏功能有关的指标有: 天门冬氨酸基转移酶（AST）、丙氨酸氨基转移酶（ALT)、碱性磷酸酶（ALP)、总蛋白（TP)、白蛋白（ALB)、血糖（GLU)、总胆红素（T-BIL)、总胆固醇（T-CHO)等。

2、肾脏功能肾脏是外源化学物及代谢产物的主要排泄器官，通过肾功能生化指标的检测可大致了解化学物对肾功能的影响。肾脏的生化检查,目前尚缺乏早期、灵敏的指标。现常用的指标有血清尿素氮(BUN)、血清非蛋白氮(NPN)和肌酐(Crea)等。

3、血液学指标的检测可按临床常规方法进行，主要检测指标有: 红细胞计数或网织红细胞、血红蛋白(Hb)、白细胞总数及其分类、血小板、凝血时间。

4、生物材料中受试物及其代谢产物的检测可供检测的生物材料样品,一般包括血液、尿液、粪、毛发、呼气及各种器官组织。除器官和组织样品外，其它样品均可自整体动物反复采样进行动态观测。采取受试动物的生物材料，检测其中受试物及其代谢产物的含量情况，对了解受试物进入体内的生物转运和转化过程，明确受试物对机体作用的靶器官和靶组织，探讨受试物毒作用机理等有重要意义。

(三)病理学检查

1、系统尸解首先应当注意肉眼观察，特别注意联系中毒表现以及与受试物直接接触的器官和解毒、排泄器官如消化道、肺、肝、肾、淋巴腺、眼、皮肤等，记录有无肉眼可见的异常变化，系统尸解应全面细致，为组织学检查提供依据。

2、脏器系数是指某个脏器与单位体重之比值或称脏/体比值。单位体重通常以100 g体重计, 如肝/体比，即指 (全肝湿重/体重)×100。这个指标是一个经济的、实用的指标，往往能提供受试化学物靶器官的重要线索。其依据是实验动物在到达成年末期或老年期之前, 尤其是小动物均随着年龄的增加体重增长, 且各脏器与体重之间的重量比值有一定规律。若某脏器受到受试化学物损害, 此比值将发生改变。一般包括心、肝、脾、肺、肾、肾上腺、甲状腺、睾丸、子宫、脑、前列腺等。在排除称重前的失水、年龄、性别、营养不良等因素的影响后, 脏器系统增大, 表示脏器充血、水肿或增生肥大性变化等；脏器系数减小, 表示脏器萎缩、退行性变化等。脏器系数的观测可依据实验要求加以选用。

但使用脏/体比值指标时应注意排除假象。如果受试化学物在试验期间明显抑制动物体重增长，虽然某脏器没有受到明显损伤，则也会出现脏/体比值增大。故此时应同时比较试验组与对照组动物各脏器的绝对湿重,进行校正。再者，需注意摘取动物脏器后，在称重前应洗去脏器表面的血污，且用滤纸吸千表面水分，再精确称重，但是同时要防止脏器风干、失水。

3、组织学检查在试验期间死亡和濒死的动物需及时作病理组织学检查，对照组和高剂量组的动物及尸检异常者要详尽检查，其它剂量组在高剂量有异常性改变时才进行检查。必要时选择脏器做组织化学或电镜检查, 其中包括：肾上腺、胰腺、胃、十二指肠、回肠、结肠、垂体、前列腺、脑、脊髓、心、脾、胸骨(骨和骨髓)、肾、肝脏、肺、淋巴结、膀胱、子宫、卵巢、甲状腺、胸腺、睾丸(连附睾)、视神经等。其它指标和器官组织应根据受试物的用途和作用特点，必要时增删相应指标。

(四)分子生物学和免疫学指标的测定

分子生物学和分子免疫学的快速发展，相继发现了许多具有毒理学意义的指标，如，很多环境有害因素可导致活性氧增加，造成细胞膜、蛋白质（包括酶）和核酸的损伤，其中有些或为非遗传性损伤，或为致死性损伤，或发生细胞凋亡，或引起免疫功能异常。选择相关指标进行测定，有利于深入探讨有害作用的机理和安全性评价，也有利于提出有效的防护措施。

（五）检测指标的时间

试验期在3个月以内时，在最后一次给药24h后和恢复期结束时进行相关指标的检测,主要包括生物化学、组织病理学和分子生物学和免疫学指标及某些特异性指标的测定；试验大于3个月时，可在试验中间按动物比例数活杀少量动物(高剂量组和对照组)，检测指标。

(六)恢复期观察

最后一次给受试物后每次取2/3动物检测各项指标，留下1/3动物继续观察2～4周，再活杀检查，了解毒性反应的可逆程度和可能出现的延迟性毒性反应。在此期间, 除不给受试物外，其它观察内容与给受试物期相同。

五、各国测试标准比较
亚慢性毒性试验、慢性毒性试验测试标准并未完全统一，各国都有自己的标准，但大体上比较一致。表5-8 列出了几个国家的大鼠经口亚慢性毒性试验的测试标准。从表中分析，选用动物数方面，FDA和中国每组为20只，其余为10只。除EPA外，一般均在实验结束时做血液和临床生化分析。一般不做尿液分析，组织器官病理检查大致相同。从表5-8可看出，中国的测试标准与美国FDA的测试标准较为接近。

第四节评价联合毒性的方法
联合毒性(joint action或combined effect)指两种或两种以上毒物同时或前后相继作用于机体而产生的毒性作用，已在第四章阐述。评价多种化学物的联合作用类型时，常用的方法如下。

(一)联合作用系数法

系数(K)是先求出各化学物各自的LD50，假定各化学物的联合作用是相加作用，则可得公式：
1 fA fB fN
---------- = -------- - ---------- ………… - -----------
LD50M LD50A LD50B LD50N

式中,fA、fB……fN分别为A、B、……N化学物混合的比例,以小数表示, 即：

fA十fB十…… 十fN＝l；LD50A、LD50B……LD50N；LD50M分别为A、B、……N 化学物及混合化学物预期LD50。

表5-8 大鼠经口亚慢性毒性试验测试标准比较

项目 EPA OECD FDA 英国日本中国

动物年龄（周）＜6 ＜8 ＜6 ＜6 成年 6～8

最短实验时间（d） 90 90 90 90 30～90 ＜90

最少试验组数 3 3 3 3 3 3

空白对照 Y Y Y Y Y Y

赋形剂对照 Y Y Y Y Y Y

给药途径

喂饲 Y Y Y Y Y NS

灌胃 Y Y Y Y Y Y

胶囊吞咽 Y Y Y Y Y NS

饮水 Y Y Y Y Y NS

每组动物数
不包括中期杀死 10 10 20 10 10 20

每周记录体重 Y Y Y Y Y Y

每周食物消耗 Y Y Y Y Y Y

高剂量允许死亡率＜10% NS NS NS NS NS

血液和临床生化

试验前 Y N N N N N

每月 Y N N N N N

试验中期 Y N N N N N

试验结束 Y Y Y Y Y Y

采血最少动物数 NS NS 10 NS NS 15

尿液分析 N N N N Y(末期) N

器官称重（终期）

肝 Y Y Y Y Y Y

肾 Y Y Y Y Y Y

心 N N N N Y Y

性腺 Y Y Y Y Y Y

脑 Y N N N Y Y

肾上腺 N Y Y Y Y Y

大体尸检 Y Y Y Y Y Y
（所有动物组织、高、中、低剂量）

肝 Y N Y Y Y Y

肾 Y N Y Y Y Y

心 Y N Y N Y Y

较大病灶 Y Y Y Y Y Y

靶器官 Y Y NS Y Y Y

肺 Y Y NS Y Y Y

注：NS：不一定；Y：必要；N：不必要；EPA：美国环境保护局；OECD：经济合作发展组织；FDA：美国食品与药品管理局。

通过动物试验测定混合物的LD50，再求出混合物的预期LD50与实测混合物LD50的比值，此比值即为K值。如果各化学物是相加作用，则理论K值应等于1，但由于测定LD50本身会有一定波动，所以K值也会有一定波动(K＝l±)。一般认为K值在0.4～2.5之间表示相加作用；＜0.4表示拮抗作用；＞2.5表示协同作用。

(二)等效应线图法

这种方法只能评定两个化学物的联合作用，具体步骤如下。

1、在同种试验动物和相同接触途径条件下, 分别算出两种化学物(A和B)的LD50及其95%可信限，以纵座标表示化学物A的剂量范围，以横座标表示化学物B的剂量范围，分别将两种化学物在纵座标与横座标上的LD50值及95%可信限的上下限值连成三条直线。

2、以等效应剂量求出两个化学物混合后的LD50值。

3、根据混合LD50，求出两个化学物各含的实际剂量，分别在相应的座标线上找到各自的剂量位置，并由相应剂量点作垂直线，视其交点所落的位置进行评定。

4、如交点正好落在两个化学物95%可信限的上下两条线之间，表示为相加作用。如交点落到95%可信限下限以下，则表示为协同作用。如交点在95%可信限上限直线以外，则表示拮抗作用。
多种化学物对机体的联合毒性作用是相当复杂的，其作用机制尚未完全阐明，试验方法也需进一步完善，其实际意义极为重要。

　

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6 楼： Re:毒理学基础

04年04月21日15点07分

第六章环境有害因素致突变作用
第一节基本概念和类型
一、基本概念
生物的个体和各代之间存在着种种差异，我们通常称之为变异（variation）。基于染色体和基因的变异才能够遗传，而遗传变异称为突变（mutation）。突变的发生及其过程就是致突变作用（mutagenesis）。突变可分为自发突变(natural或sporadic mutation)和诱发突变(induced mutation）。各物种的自发突变频率较低, 而诱发突变比较常见, 诱发突变指由于物理、化学、生物等环境因素引起的突变。至今, 已发现相当数量的外源化学物能损伤遗传物质，从而诱发突变，这些物质称为致突变物或诱变剂（mutagen），也称为遗传毒物(genotoxic agent）。

二、突变的类型
按作用后果或遗传物质损伤的性质等可将诱发突变分类。一般根据遗传物质的损伤能否在显微镜下直接观察到分为染色体畸变(chromosome aberration)和基因突变(gene mutation)两类：染色体损伤大于或等于0.2微米时，可在光学显微镜下观察到，称为染色体畸变；若小于这一下限，不能在镜下直接观察到，要依靠对其后代的生理、生化、结构等表型变化判断突变的发生，称为基因突变(gene mutation），亦称点突变(point mutation）。

(一)基因突变

分子水平遗传物质的改变，包括碱基置换(base substitution)、移码突变(frame-shift mutations)和大段损伤。

1、碱基置换

碱基置换是首先在DNA复制时由于互补链的相应配位点配上一个错误的碱基，而这一错误的碱基在下一次DNA复制时发生错误配对(mispairing),错误的碱基对置换了原来的碱基对，亦即产生最终的碱基对置换(base-pair substitution)或称碱基置换。它包括转换和颠换两种情况：原来的嘌呤被另一嘌呤置换或原来的嘧啶被另一嘧啶置换，我们称之为转换(transition）；若原来的嘌呤被嘧啶置换或原来的嘧啶被嘌呤置换，我们则称之为颠换(transversion）。无论是转换还是颠换都只涉及一对碱基，其结果可造成一个三联体密码子的改变, 可能出现同义密码、错义密码和终止密码。由于错义密码所编码的氨基酸不同，表达的蛋白质可能发生改变；如果错义密码为终止密码，可使所编码的蛋白质的肽链缩短。

2、移码突变

移码突变是DNA中增加或减少不为3的倍数的碱基对所造成的突变。碱基序列三联体密码子相互间并无标点符号。移码突变能使密码子的框架改变，从原始损伤的密码子开始一直到信息末端的核酸序列完全改变，也可能使读码框架改变其中某一点形成无义密码，于是产生一个无功能的肽链片段。如果增加或减少的碱基对为3的倍数，则使基因表达的蛋白质肽链增加或减少一些氨基酸。由于移码可以产生无功能肽链，故其易成为致死性突变。

3、大段损伤

大片段损伤是指DNA链大段缺失或插入。这种损伤有时可跨越两个或数个基因，但所缺失的片段仍远小于光镜下所能观察到的染色体变化，故又可称为小缺失。

（二）染色体畸变

染色体的畸变包括染色体的结构异常和数目改变。其在丝裂期的中期才能观察到，对于精子细胞的某种特定畸变则须在减数分裂期的中期Ⅰ期进行观察。

1、染色体结构异常

染色体结构异常是染色体或染色单体受损而发生断裂，且断段不发生重接或虽重接却不在原处；这种作用的发生及其过程称为断裂作用（clastogenesis）。使其断裂的物质称为断裂剂（clastogen）；可分为两种，大多数如紫外线，只能诱发DNA单链断裂，故称为拟紫外线断裂剂，这种断裂必须经过S期的复制，才能在中期相细胞出现染色单体型畸变，故又称为S期依赖断裂剂(S-dependent slastogen)；少数像电离辐射一样，可诱发DNA双链断裂，我们称之为拟放射性断裂。其可在G0期和G1期作用，经S期复制，在中期呈现染色体型畸变，故我们称之为S期不依赖断裂剂(S-independent clastogen)。但是，任何情况下的染色单体型畸变都会在下一次细胞分裂时转变为染色体型畸变。

染色体型畸变（chromatid-type aberration）是染色体中两条染色单体同一位点受损后所产生的结构异常，有多种类型：

（1）裂隙和断裂（gap and brake）：都是指染色体上狭窄的非染色带，其所分割的两个节段保持线状连接为裂隙，否则为断裂。

（2）无着丝粒断片和缺失(acentric fragment and deletion)：一个染色体发生一次或多次断裂而不重接，且这些断裂的节段远远分开会出现一个或多个无着丝粒断片和一个缺失了部分染色质并带有丝粒的异常染色体。细胞再次分裂时会形成微核或微小体。

（3）环状染色体（ring chromosome）：染色体两臂各发生一次断裂，其带有着丝粒的节段的两断端连接成一个环，称之为环状染色体。

（4）倒位(inversion)：当染色体发生两次不同部位断裂时，中间节段倒转1800再重接，为倒位。

（5）插入和重复(insertion and duplication)：当一个染色体发生三处断裂，带有两断段的断片插入到另一臂的断裂处或另一染色体的断裂处重接称为插入，若缺失的染色体和插入的染色体是同源染色体，且各有一处断裂发生于同一位点，则出现两段相同节段，称为重复。

（6）易位(translocation)：从某个染色体断下的节段连接到另一个染色体上称为易位。两染色体各发生一次断裂，只一个节段连到另一染色体上为单方易位，相互重接为相互易位，若发生3处以上的断裂，其交换重接称为复杂易位。

染色单体型畸变(chromosome-type aberration)指某一位点的损伤只涉及姐妹染色单体中的一条，它也有裂隙、断裂和缺失；此外，还有染色单体的交换(chromatid exchange),是两条或多条染色单体断裂后变位重接的结果，分为内换和互换。而姐妹染色单体交换(sister chromatid exchange,SCE)则是指某一染色体在姐妹染色单体之间发生同源节段的互换，两条姐妹染色单体都会出现深浅相同的染色（而正常的则是一深一浅），但同源节段仍是一深一浅，这种现象就是SCE。

2、染色体数目异常

以动物正常细胞染色体数目2n为标准，染色体数目异常可能表现为整倍性畸变(euploidy aberration)和非整倍性畸变(aeuploidy aberration)。前者即出现单倍体或多倍体；而后者指比二倍体多或少一条或多条染色体，例如，缺体(nullisome)是指缺少一对同源染色体，而单体或三体则是某一对同源染色体相应地少或多一个。

染色体数目异常是由于染色体行态异常或复制异常，其原因有四方面:(1)不分离：（nondisjunction）指在细胞分裂的中期和后期，某一对同源染色体或姐妹染色单体同时进入一个子细胞核为不分离； (2)染色体遗失(chromosome loss): 在细胞分裂的中后期，如果一个染色体未能进入下一个子细胞核，使子细胞缺少一个染色体；(3)染色体桥(chromosome bridge)的影响：染色体畸变中出现的双着丝粒染色体在细胞分裂后期如不能被拉断，就会在两核之间形成染色体桥，它使细胞不能分裂，出现四倍体。（4）核内再复制(endoreduplication):四倍体的细胞核进入下一个分裂周期，恢复正常复制与分离，出现四条染色单体排列的现象，称为核内再复制。

表6-1染色体畸变描述方式

描述方式含义

-1 丢失一个1号染色体

+7 获得额外的一个7号染色体

2q-或de/2q 2号染色体长臂部分缺失

4p 4号染色体短臂增加遗传物质

t(9;22) (q34;q11) 9号和22号染色体相互易位，断裂点在9号染色体长臂第3区第4带和11号染色体长臂第1区第1带

iso(6p) 等臂染色体，其两臂来源为6号染色体的短臂

inv(16) (p13q22) 16号染色体长臂第1区第3带至第2区第2带间倒位

第二节致突变的分子机制
无论化学或物理、生物因素都有致突变作用，我们以化学因素为例进行阐述。

一、DNA的损伤
目前染色体畸变和基因突变的分子机理有两种：一是以DNA为靶，直接诱变，另一则是不以DNA为靶的间接诱变。

1、直接以DNA为靶的诱变

(1) 碱基类似物的（base analogue）取代有些化学物的结构与碱基非常相似，它能在S期与天然碱基竞争并取代其位置。取代后的碱基类似物出现异构互变（tautomerism）,发生错误配对而造成碱基置换。

(2)烷化剂(alkylating agent)的影响烷化剂是对DNA和蛋白质都具有强烈烷化作用的物质，除连接戊糖的氮原子外，其对于多核苷酸链全部氧和氮原子，都能在中性环境中产生烷化作用。目前认为，最常发生烷化作用的是鸟嘌呤的N-7位，其次是O-6位。而腺嘌呤的N-1、N-3和N-7也易烷化。在烷化作用时，烷化基团甚至整个烷化剂分子可与碱基发生共价结合，形成加合物。鸟嘌呤发生烷化后可从DNA上脱落，出现空缺，导致移码突变；亦可随机在互补位置上配任一碱基，使碱基置换。有的烷化剂可同时提供两个或三个烷基，称为双功能或多功能烷化剂。这些多功能的烷化剂常使DNA链内、链间或DNA与蛋白质之间发生交联(cross linkage)也常发生染色体或染色单体断裂，并易发生致死性突变。

（3）致突变改变或破坏碱基的化学结构有些化学物可对碱基产生氧化作用，从而破坏碱基的结构，有时还可引起链断裂。还有些物质可在体内形成有机氧化物或自由基，可间接使嘌呤的化学结构破坏，容易出现DNA链断裂。

（4）平面大分子嵌入DNA链有些大分子能以静电吸附形式嵌入DNA单链的碱基之间或DNA双螺旋结构的相邻多核苷酸链之间，称为嵌入剂(intercalating agent)。它们多数是多环的平面结构，恰好是DNA单链相邻碱基距离的两倍。如果嵌入到新合成的互补链上。就会缺失一个碱基；如果嵌入到两模板链的碱基之间，就会使互补链插入一个碱基，造成移码突变。

2、不以DNA为靶的间接诱变

化学物的间接诱变作用可能是通过对纺锤体作用或干扰与DNA合成和修复有关酶系统造成的。

表6-2 直接以DNA为靶的各种致突变物及其诱发的损伤和突变类型

致突变物种类 DNA损伤类型

降低碱基结合力破坏碱基碱基错配交联嵌入

烷化剂
单功能 + + +
双功能 + + +
多功能 + +

错配剂
Brdu + +
2-AP +
亚硝酸根 + +
羟胺 +

有机过氧化物和自由基形成
甲醛 +
乌拉坦 +
乙氧咖啡 +

嵌入剂
吖啶 +
菲啶 +
多环烃类 +

（1）纺锤体抑制一些化学物作用于纺锤体、中心粒或其它核内细胞器，从而干扰有丝分裂过程。对纺锤体作用的分子机理大致分为如下几点:Ⅰ与微管蛋白二聚体结合，防

碍微管的正确组装，引起细胞分裂完全抑制。Ⅱ与微管上的巯基结合，这种结合有明显的化学结构特异性，可引起多种后果，但常不至使细胞分裂完全抑制。Ⅲ 破坏已组装完成的微管，不同的物质对微管的作用方式不同，秋水仙碱直接使之解体，而灰黄霉素破坏其聚-解动态平衡，有些物质则通过蛋白质变性作用破坏微管，但其结果都是使对于组装微管极为重要的β微管蛋白与其它组装成分之间的关键反应受到影响。此外，氨基甲酸酯类使微管失去定向能力，其机制尚不清楚。Ⅳ 防碍中心粒移动，秋水仙碱能防碍分裂早期两队中心粒的分离和移向两极。Ⅴ 其它作用，N2O亦可产生与秋水仙碱同样的后果，但其机制尚不清楚。

（2）对酶促过程的作用对DNA合成和复制有关的酶系统作用也可间接影响遗传物质。例如，一些氨基酸类似物可使与DNA合成有关的酶系统遭受破坏而诱发突变；铍和锰除可直接作用于DNA外，还可与酶促防错修复系统相作用而诱发突变。

二、DNA损伤的修复
遗传信息之所以能长期保持高度保真(fidelity)即重现精度，是由于细胞能够①通过对DNA损伤的修复以保护亲代DNA链，使之避免由于外来因素的作用而发生改变；②执行高度保真的复制，即对复制中发生的错误及时修复以达到高度保真性。现已证明突变频率与各种酶性DNA修复和防错系统的效率呈负性相关。但也有一些是易错(error-prone)修复系统。

1、复制前的修复

(1)光复活(photoreactivation）这是一种修复紫外线损伤所产生的胸腺嘧啶二聚体的功能。波长200-300nm的短波紫外线，特别是260nm，能使DNA的碱基形成二聚体，嘧啶对紫外线的损伤要比嘌呤易感10倍，最常见的紫外线对DNA损伤是相邻两个嘧啶形成的二聚体。在大肠杆菌中，光复活是通过phr基因所编码的光裂合酶(photolyase)利用长波紫外线或短波可见光线的能量对嘧啶二聚体进行单体化，从而达到修复作用。光复活是一步完成的，光裂合酶从原核生物到真核生物广泛存在，但光裂合酶并非普遍存在于各种生物细胞中，生物进化程度越高，这种修复能力似乎越弱。

(2)“适应性”反应这是另一种一步完成的修复系统。研究发现，对DNA的烷化作用可以诱导一种具有专一作用的蛋白质的合成。这种蛋白质称为烷基转移酶或烷基受体蛋白质。该蛋白能将O6-烷基鸟嘌呤的烷基转移至酶本身半胱氨酸上的巯基，从而恢复鸟嘌呤的本来结构。最新研究认为有可能存在对不同位置烷化作用有专一性的转移酶或受体。在多种细胞中，包括哺乳动物细胞，都发现“适应性”的反应活性。

(3)切除修复(excision repair) 切除修复是一个多步骤修复过程。70年代末，有人将其分为碱基切除修复和核苷酸切除修复,认为两者涉及的酶系统有差异，目前看区别不明显。

第一步参与修复的酶是转葡萄糖基酶或称为N-糖基化酶。该酶能识别异常碱基，并使异常嘌呤的N9和异常嘧啶的N3与脱氧核糖之间的键发生水解，于是，DNA链上形成无嘌呤或无嘧啶位点；二者可统称为无嘌呤嘧啶位点，在大肠杆菌中发现最少有7种转葡萄糖基酶，每一种都能特异地识别一种或少数几种异常碱基。

切除一个异常碱基后，可能有两种方法完成修复。一种是由插入酶(insertase)将正确的碱基插入AP位点，另一种办法是由AP核酸内切酶(Apendonuclease) 在AP位点或其旁边的5´端将DNA切开一个缺口，使一端成为5´-磷酸基，另一端成为3´-OH基，随之核酸外切酶(exonuclease)切除一些碱基，再由多聚酶(polymerase)重新合成正确的碱基，最后由连接酶(ligase)将其连接。

除AP内切核酸酶外，还发现对某些DNA损伤有着特异性的核酸内切酶。其中比较特殊的是UV核酸内切酶切除紫外线产生的嘧啶二聚体的情况。该酶可作出两个切口，一个在二聚体5´侧的第8个磷酸二酯键，一个在二聚体3´侧的第4或第5个磷酸二酯键。表明该酶不仅能内切，还能外切。UV核酸内切酶不仅能作用于嘧啶二聚体，还能作用于许多较大的螺旋扭曲变形损伤。由于该酶还有外切作用，有时称之为“切除核酸酶”（excinuclease）。

2、与复制有关的修复

复制前的修复绝大多数准确无误，故有人称为复制前错误改正。如果损伤保留至复制时才修复，则可能有多种方式发生错误，因而产生突变。产生错误的方式与损伤的特点有关。例如甲基化的碱基能诱发在其对面插入错误的碱基，从而导致碱基置换。一般认为在切除修复中这种烷基化的碱基很易修复，即使不是完全无误修复，其发生错误的机会也较保留至复制时才修复大为减少。

有些物质，特别是诱发移码的物质ICR191和单功能烷化剂甲基 -N′-硝基-N-亚硝基胍(MNNG)对大肠杆菌在对数生长期中的作用主要是在复制叉附近引起的损伤。这种损伤可长期保留至复制时才可被修复，从而发生错误。

在大肠杆菌中有一个错配修复系统能在复制时改正错误。该系统有一种由dam基因编码的酶使GATC序列的腺嘌呤6位甲基化。在该酶完成甲基化之前，DNA处于低甲基化状态。此时有几个mut基因编码的错配修复系统能从新合成的DNA链上切除错配的碱基，并以正确配对的碱基替代之。dam基因的突变体缺乏6-嘌呤甲基化酶，比野生型产生更多的错误，认为是由于不能有效地识别新链和旧链而无法排除错配。

在复制过程中多聚酶起重要作用。其中Pol I的三种活性，特别是矫正读码功能的3′→5′核酸外切酶的的活性，对确保无误修复非常重要。他能识别刚刚错配的碱基，在多聚酶向前移动和核酸链继续延长之前，立即将之切除，以确保新的正确插入。多聚酶属于含Zn2+酶类，而且需要有Mg2+存在，才能顺利完成其催化任务，因此当Zn2+或Mg2+被Be2+、Mn2+、Co2+等二价金属置换上时，复制的正确性就会降低，这一点很可能金属在体内诱变的机理。

3、SOS修复

在修复前有几种修复系统能正确排除损伤予以修复。如果损伤保留至复制时，仍有一些与复制有关的系统可将一部分损伤消除。此外，60年代末期有人提出还有一套复制后修复的系统。这是指模板链上的非编码损伤导致DNA互补链向前延长受阻时，在排除这种损伤时，可通过两条子链间的重组性交换来填补所留下的空隙。对大肠杆菌的研究表明这种修复系统尚未查清，仅假设为一种延迟的“旁路”修复。

70年代中期提出一个完全不同的假说。其根据是大肠杆菌如经轻度紫外线照射，并将照射的λ噬菌体传染(transfection)λ菌,则λ噬菌体存活率大为提高。如大肠杆菌未经照射，就没有这种效果。认为对大肠杆菌的轻度照射使整个细胞处于一种危害状态，诱发了一系列的修复活动，故按当时国际通用的呼救密码SOS，称为SOS 修复系统。这一修复系统必须在损伤因素的诱导下才能发生，而且修复虽可使生物体从致死效应中解除，却容易出错。所以是一种易错修复(error-prone repair)，该系统能在复制前的切除修复中起作用，但主要是在复制时起作用。该系统是由recA和lexA两个基因调节控制，整个SOS修复过程可分为4个阶段。

(1)诱导前期细胞在DNA受损前lexA基因处于较高活动水平，其基因产物lexA蛋白质是对lexA基因座本身、recA基因座、umuDC操纵子，以及包括uvrA、uvrB和uvrC在内的其他8个基因座的抑制物(repressor)。因此这些基因的产物通常都处于低水平。

(2)致突变因素作用期致突变因素作用于DNA所产生的某些损伤可作为致突变因素的第二信使，诱导SOS修复系统的反应。能够作为第二信使的损伤有N-3-烷化腺嘌呤，寡核苷酸，裂隙DNA，单链DNA片段以及可能尚未阐明的损伤。

(3)诱导过程在第二信使和和ATP同时存在下，RecA蛋白质可被活化为蛋白酶，具有裂解LexA蛋白质的能力。一旦LexA蛋白质被裂解，所有参与SOS反应的基因都将充分表达。可以想象recA、uvrA、uvrB和uvrC基因充分表达对SOS修复中可能需要的重组、切除修复等作用都将更为有效。其中recA的表达将产生更多的RecA蛋白质，只要第二信使依然存在，RecA蛋白质作为蛋白酶的作用就会持续下去，直至修复完成。

(4)SOS终止随着第二信使被排除，RecA蛋白质的诱导信号亦同时解除，LexA蛋白质水平又再度上升，并作为阻抑物与操纵基因结合，关闭操纵子，终止SOS过程。

总之，任何DNA损伤，只要修复无误，突变就不会发生；如果修复错误或未经修复，损伤就得以固定(fixed)下来,于是发生突变。因此诱发突变是一个受控制的过程，失控才真正发生突变。一般来说从DNA损伤到损伤固定需要几次细胞分裂周期才能形成。

第三节突变的后果
致突变物对机体的作用是通过靶细胞实现的。当靶细胞是体细胞而不是生殖细胞时，其影响仅能在直接接触该物质的亲代身上表现出来，而不可能遗传到子代；只有靶细胞为生殖细胞时，其影响才有可能遗传到子代（图6-1）。

一、体细胞突变的后果
体细胞突变的后果中最受注意的是致癌问题，将在下一节叙述。其次，胚胎体细胞突变可能导致畸胎，当然，畸胎的发生还与亲代的生殖细胞突变有关。据报道人类妊娠最初3个月流产中有60%有染色体畸变，在一定程度上这是致突变物透过胎盘作用于胚胎体细胞所致，而不完全是亲代生殖细胞突变的后果。

体细胞突变也可能与动脉粥样硬化症有关。因为对于正常动脉壁细胞中的葡糖-6-磷酸脱氢酶有两种变异体，而从动脉粥样硬化症同一斑块取下的细胞在电泳中只表现为同一种变异体，故认为动脉粥样硬化斑块是单克隆来源。

体外培养的人类非恶性转化细胞，其寿命都有限。这些细胞在传代过程中，细胞遗传学异常率逐渐增高，而有丝分裂逐渐下降，因此可以推测，体细胞突变是衰老的起因，最低限度在体外如此。另外，DNA修复能力缺陷与成熟的早衰老综合征也有一定关系。

二、生殖细胞突变的后果
如果突变发生在生殖细胞，无论其发生在任何阶段，都存在对后代影响的可能性，其影响后果可分为致死性和非致死性两种。致死性影响可能是显性致死和隐性致死。显性致死即突变配子与正常配子结合后，在着床前或着床后的早期胚胎死亡。隐性致死要纯合子或半合子才能出现死亡效应。

如果生殖细胞突变为非致死性，则可能出现显性或隐性遗传病，包括先天性畸形。在遗传性疾病频率与种类增多时，突变基因及染色体损伤，将使基因库负荷增加。基因库(gene pool)是指一种物种的群体中生殖细胞内具有的、并能传给后代的基因总和。遗传负荷(genetic load)系一种物种群体中每一个体携带的可遗传给后代的有害基因的水平。

第四节致突变性评价方法
检测外来化学物的致突变性一般通过致突变实验来进行。其目的主要有两点：①检测外源化学物的致突变性，预测其对哺乳动物和人的致癌性；②检测外源化学物对哺乳动物生殖细胞的遗传毒性，预测其对人体的遗传危害性。实验方法的研究很快，原有方法日益完善，新方法也不断建立，对每个实验所反映的事件的认识不断深化。目前，已有致突变实验两百余种，但常用的较重要的仅十余种。

一、遗传学终点和实验配套
有许多致突变实验所观察到的现象并不能反映基因突变和染色体畸变, 而仅仅能反映诱发突变过程中的其它现象。因而，我们常将观察到的现象所反映的事件，称为遗传学终点（genetic end point）。1979年，国际环境致突变物致癌物防护委员会(ICPEMC)将遗传学终点分为四类：①基因突变，②染色体畸变，③不分离，④原发性DNA损伤；1983年又把遗传学终点分为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。对于一种化学物是否具有致突变作用，仅用一种试验方法得到的结果是不能肯定的，因此，对于化学物的致突变试验要用多种实验配套。目前，人们对配套试验有多种认识，如有人提出包括体细胞和生殖细胞；体内试验和体外试验，包括原核生物和真核生物等。按照ICPEMC的观点就是配套应当包括反映5 种遗传学终点。为此，选择4 种试验即可满足要求；如Ames试验、微核试验、枯草杆菌DNA修复试验和SCE试验。而生殖细胞致突变在遗传危害评价时，才会考虑。此外，为了将试验结果外推于人，我们还应尽可能选用真核细胞作体内试验。

二、重要的致突变试验
1、细菌回复突变试验细菌回复突变试验简称细菌回变试验，使用鼠沙门氏伤寒杆菌或大肠杆菌进行，分别称为Ames试验和大肠杆菌回变试验，这两种细菌的野生型即原养型能自行合成组氨酸或色氨酸和乳糖，其突变体则缺乏这些能力，在相应的营养缺乏培养基中不能生长，若在受试物的作用下，能生长成菌株，则说明受试物使之发生了回变。

2、哺乳动物细胞正向突变试验通过对哺乳动物细胞体外培养试验的研究，已发现有十几个基因座(locus)可出现各种突变类型的突变体(mutant)，但常利用抗药性的出现作为突变试验的观察点。由于抗药性是对正常基因座诱发的突变性状，故称为正向突变试验(forward mutation test)。最常用的基因座有hprt基因座、tk基因座和ouar基因座三种，其中最常用的是hprt基因座，因其有关结构基因或调节基因发生碱基置换、移码、小缺失甚至X染色体重排，都能引起嘌呤类似物抗性。但是，乌本苷抗性的表达需要该蛋白质的质量完整，因此碱基置换以外的严重损伤都将导致细胞死亡，而不是突变体细胞的出现。

3、果蝇伴性隐性致死试验果蝇伴性隐性致死试验(SLRL)所用的果蝇是黑腹果蝇。SLRL能检出各类点突变，其原理是利用隐性基因在伴性遗传中的交叉特征，由于X染色体的隐性突变基因在F1代雌蝇为杂合体，不能表达，而在F2代雄蝇为半合体，能表达出来，如果雄蝇接触受试物后X染色体出现隐性致死性突变，结果其F2代雄蝇数目较雌蝇少一半。

4、小鼠特异基因座试验特异基因座试验(SLT)是利用两种品系的小鼠，一种为T型，其有几个与毛色、眼色和耳型有关的隐性突变基因的纯合子；另一种为3H1或C57BL系，不具有这些基因的野生型，使后一种小鼠接触受试物，使之与T系交配。如果受试物未能使相应位点发生突变，则杂交一代为杂合子，T系的隐性基因不能表达，如果发生了突变，则相应的隐性基因可于出生时或断乳时表达。因此，本试验又称多隐性突变试验。但本试验耗费极大，目前尚未展开。

5、染色体分析观察染色体形态结构和数目变化称为染色体分析。在国外常称为细胞遗传学试验(cytogenetic assay)，广义包括微核试验和SCE试验。主要观察染色体的结构畸变（裂隙、断裂、断片、微小体、染色体环、粉碎、双着丝粒染色体和射体、缺失和易位）和数目畸变。体细胞的染色体分析可作体内和体外试验，体内试验多观察骨髓细胞，体外试验常用中国仓鼠肺细胞（CHL）、卵巢细胞（CHO）及V79等细胞系。如进行染色体数目观察，要考虑使用原代或早代细胞，如人外周淋巴细胞。

6、微核试验细胞质中的微核来源有二：一是断片或无着丝粒染色体环在细胞分裂后期不能定向移动，遗留在细胞质中；二是有丝分裂的作用使个别染色体或带着丝粒的染色体环和断片在细胞分裂后期被留在细胞质中。因此微核试验即能检出断裂剂又能检出有丝分裂毒物。由于微核观察技术简单而省时，近年大有取代染色体分析之势。传统的微核试验是体内试验，对多红细胞进行观察，方法是多次染毒后，观察细胞质中的微核情况。也可用CHL等细胞系或外周淋巴细胞进行体外试验。

7、姐妹染色单体交换（SCE）试验姐妹染色单体交换这一现象最初是通过用3H—胸苷标记染色体所发现，后来建立了简易可行的姐妹染色单体差示染色法，使得SCE能作为致突变试验的一个观察指标，并利于试验推广。这种差示染色法的基本原理是使细胞在低浓度的Brdu中生长2个周期。由于Brdu是嘧啶类似物，可于合成期中掺入DNA互补链，所以在下一个中期染色体姐妹染色单体之间各有一条互补链掺入了Brdu，于是Brdu对两姐妹单体染色造成同等的干扰，其染色并无区别。但到了第二个周期的中期相，每个染色体中只有一个染色单体保留了原来不带Brdu的模板链，而另一条染色单体则是上一周期带Brdu的互补链成为模板链。于是经两个周期的Brdu掺入互补链可使两姐妹染色单体所含Brdu量不相等，从而也现染色差别。如果Brdlt仅在第1周期掺入。第2周期不掺入，则第2中期似可见姐妹染色单体染色有差别。如果DNA单链发生了断裂，而且在修复过程中发生重排，就在第2周期可见到姐妹染色单传同位节段的相互交换。

由于有些化学物既可引起染色体结构畸变，又可引起SCE，特别是发现SCE有时发生于染色体断裂部位，因此曾认为SCE也是染色体断裂所产生的现象。但是，目前已有充分地证据表明，SCE并非起源于染色体断裂。在一些以染色体断裂为特征的遗传性疾病中，有些表现为SCE正常，而且SCE与染色体畸变在细胞中的分布也不一致。然而在显微镜下直接观察到的SCE，只能认为是染色体完整性受损，而SCE反映DNA交换或重排则仅为推测。由于姐妹染色单体差示染色法可准确判断每一个见到的中期相细胞是第1，第2或第3周期的，因此有人将SCE试验和染色体分析合并进行。

8、显性致死试验显性致死试验(dominant lethal test， DlT)是使雄性大鼠或小鼠接触受试物，然后使之与未接触该物的雌性大鼠或小鼠交配，观察胚胎死亡情况。一般认为染色体断裂是显性死亡的原因，因为这将导致缺失，或者同时还发生染色体重排或不分开，从而引起染色体不平衡的分离，其结果是形成单体型或三体型，但本试验往往漏检三体型。至于着床前死亡，则认为是精细胞DNA受到多处损伤的结果。阳性结果显示受检物可通过血—睾屏障并使生殖细胞发生突变，显然胚胎死亡这一结果并不表示下一代的基因库受影响，但其出现表示存活的胚胎可能同时有基因突变或染色体畸变。

9、小鼠可遗传易位试验小鼠可遗传易位试验(heritable translocation test，HTT)是对雄小鼠染毒，使之与未染毒的雌鼠交配，检查F1代雄小鼠生殖细胞相互易位的存在。由于在相互易位过程中，并无遗传物质丢失。胚胎也不至死亡，并成为易位的携带者。对非同源染色体的相互易位可观察初级精母细胞以检出单倍体、三倍体或四倍体。当两个以上染色体发生相互易位时，还可检出六倍体、八倍体和十倍体。

由于，易位杂合体的携带者可能出现不育或半不育，因而在观察前先将F1代雄小鼠与正常生育的雌小鼠交配，以选出可疑的易位携带者来进行染色体分析，从而减少染色体分析的工作量。

10、细菌DNA修复试验细菌DNA修复试验是使野生型及其相应修复缺陷突变型菌株同时接触受试物。如果发生DNA损伤，则修复缺陷突变型细菌较野生型易于死亡。观察终点是两种菌株在受试物的存在下生长受抑的差异，并以此来推断为DNA完整性受损。如果生长受抑是DNA损伤以外的毒物所致，则两菌株受抑程度一致。常用的菌株有大肠杆菌、枯草杆菌和沙门氏菌，其中枯草杆菌在我国应用较其他菌株普遍。由于枯草杆菌在本试验中涉及重组修复基因，因此试验结果显示了受试物可为重组修复所矫正，故又称为重组试验(Rec-assay)。本试验对检测能与DNA形成加合物或嵌入作用的化学物较为敏感；对于阻滞DNA促旋酶(gyrase)；诱发DNA与蛋白质交联、碱基置换和移码的化学物也可检出。

11、程序外DNA合成试验基本方法是测定S期以外3H-胸苷掺入胞核的量，这一掺入量可反映DNA损伤后修复合成的量。由于此种合成发生在DNA正常复制合成主要时期以外，故称为程序外DNA合成(unschedule DNA synthesis，UDS)试验或DNA修复合成试验。一般用人淋巴细始胞或啮齿动物肝细胞等不处于正在增殖的细胞较为方便，否则就需要人为地将细胞阻断于Gl期，使增殖同步化。然后在药物的抑制下使残存的半保留DNA复制降低到最低限度，才能避免掺入水平很高的半保留复制对掺入水平很低的程序外DNA合成的观察。

12、精子畸形试验本试验检查精子头部和尾部的形态异常。精于的成熟和正常形态发育受多基因控制。这些基因的任一个发生突变都会导致精子畸形率增高。某些特殊染色体发生重排，如性—常染色体易位，是化学物诱发精子畸形的主要机理。但是变态反应、缺血、体温升高、感染等其它因素也可导致精子畸形。因此染毒后发现精子畸形率增高并非一定意味着受试物诱发了精细胞发生突变，但精子畸形率增高本身具有生殖毒理学意义。

三、致突变试验中的一些问题
1、体外试验中受试物的活化有些致突变物是需要经过生物转化使之活化才能呈现致突变作用，为避免因体外和体内活化能力的差异而出现假阴性结果，体外试验常需加入下列模拟代谢系统：

（1）无细胞系统，可分为三种，常用的是大鼠肝S9、肝微粒体组分、纯化的酶，是使细胞活化不可缺少的组分，但各有缺点。

（2）哺乳动物细胞，使用完整的细胞，例如大鼠肝原代细胞，与测试细胞或细菌一起培养。其优越性是细胞结构完整，各种酶和内源性辅助因子都较完整，由此发生的代谢过程与体内更为相似。缺点是技术难度较大。

（3）宿主介导试验，受试物和测试细胞或细菌同时输入动物体内，可使生物转化和突变都在体内进行。受试物吸收、分布、代谢、排泄的毒物动力学参数都是体内真实情况。缺点是作为宿主的动物可能作用于测试细胞或细菌，而且技术难度超过上述两类试验系统，灵敏度也差，因此国内尚未见使用。

以上模拟代谢系统和体内试验一样，都存在物种间酶活性的差异，而且除宿主介导试验外，还有一个组织间酶活性和酶种类的差异问题，因为受试物的靶器官不一定是肝脏，而无细胞系统或哺乳动物细胞系统都仅涉及肝脏。

2、试验结果的评定各种致突变试验都有其特定的观察终点，但实验结束后都面临一个共同的问题，即所取得的数据表示阳性结果或表示阴性结果。在评定阳性或阴性之前，应首先检查实验的质量控制情况。

阳性结果应当具有剂量-反应关系，即剂量越高，致突变效果越明显，并在观察值与阴性对照之间有显著差异。阳性结果的判定条件是：①最高剂量应包括受试物溶解度许可或灌胃量许可的最大剂量。如该剂量毒性很大，则体内试验和细菌试验应为最大耐受量，使用哺乳动物细胞进行体外试验，常选LD50或LD80为最大剂量。溶解度大，毒性低的化学物，在细菌试验中往往以5000μg／皿作为最高剂量。②各剂量的组间差距不应过大，以防漏检仅在非常狭窄范围内才有突变能力的某些外源化学物。

3、遗传危害评价对化学物进行遗传危害评价时，应在常规致突变性测试中任一试验出现阳性结果后，再进行标准试验，以评价是否真正具有遗传危害。1983年，ICPEMC将小鼠特异基因座试验、小鼠可遗传易位试验和显性致死试验列为哺乳动物遗传危害标准试验。我国目前常用显性致死试验、精母细胞MI期或精原细胞染色体分析、果蝇伴性隐性致死试验和精子畸形试验。近年来，人们注意到人类有些遗传性疾病与染色体非整倍性有关，因此，专门检出染色体非整倍性的新方法或原有方发的改进纷纷出现，但其可靠性有待验证。

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7 楼： Re:毒理学基础

04年04月21日15点15分

第七章环境有害因素的致癌作用
环境有害因素别是化学致癌问题是当今社会倍受关注的热点之一，因为：①近年来肿瘤发病率和死亡率不断增高，发癌年龄年轻化；②查明了遗传因素和病毒的生物学因素虽与肿瘤发生有关。但并非是导致肿瘤发病率增高的主要原因；③发现环境化学污染和某些物理有害因素（如紫外线）与肿瘤发病率密切相关。WHO指出, 人类癌症90%与环境因素有关，其中主要是化学因素。

第一节基本概念
致癌作用(carcinogenesis)是指环境有害因素引起或增进正常细胞发生恶性转化并发展成为肿瘤的过程。化学致癌(chemical carcinogenesis)是指化学物质引起或增进正常细胞发生恶性转化并发展成为肿瘤的过程。具有这类作用的化学物质称为化学致癌物(chemical carci-nogen)。在毒理学中，“癌”的概念广泛，包括上皮的恶性变(癌)，也包括间质的恶性变（肉瘤）及良性肿瘤。这是因为迄今为止尚未发现只诱发良性肿瘤的致癌物，而且，良性肿瘤有恶变的可能。

随着体细胞突变致癌研究深入，提出了癌基因（oncogene)致癌的概念，即携带致癌遗传信息的基因就是癌基因。在最早提出这个中文名词时，许多人认为并不准确，称“癌相关基因”更合适。不过现在这个概念已被大家接受，因此，本教材亦称作“癌基因”。正常细胞中也存在着在核酸水平及蛋白质产物水平与病毒癌基因高度相似的DNA序列，称为原癌基因 (proto-oncogene，c-onc)。在正常细胞中c-onc 的表达并不引起恶性变，其表达受到严密控制，并似乎对机体的生长和发育具有作用。随着相关研究报告的增多，“癌基因”和“原癌基因”这两个名词区分并不严格。

随着对癌基因研究的深入，发现肿瘤细胞的遗传学改变除涉及癌基因外，还涉及另一类基因，即肿瘤抑制基因（tumorsuppressor gene或onco-suppressor gene），或称抗癌基因（antioncogene），肿瘤抑制基因可抑制肿瘤细胞的肿瘤性状的表达，只有当它自己不能表达或其基因产物去活化才容许肿瘤性状的表达。也就是说正常细胞转化为肿瘤细胞最早涉及两类基因的遗传学改变，即癌基因和肿瘤抑制基因的改变。第一个被发现的肿瘤抑制基因是人类视网膜神经胶质瘤基因（Rb-1）。还有一些基因，如 P53（现在文献中也写作“P53”）也可能是肿瘤抑制基因。值得注意的是 P53如发生突变，则成为癌基因并具有使细胞获得无限生长的能力，与src有互补作用。

第二节致癌物的分类
化学致癌物种类繁多，因此分类方法也各异。根据致癌物在体内发挥作用的方式可分为直接致癌物和间接致癌物。有些致癌物可以不经过代谢活化即具有活性，称为直接致癌物(direct acting carcinogen)；而大多数致癌物必须经代谢活化才具有致癌活性，称为间接致癌物(indirect acting carcinogen)，在其活化前称为前致癌物(procarcinogen)，经过代谢活化后的产物称为终致癌物(ultimate carcinogen)，在活化过程中接近终致癌物的中间产物称为近似致癌物(proximate carcinogen）。国际癌症研究所(IARC)对已进行致癌研究的化学物分为四类：1类，对人致癌性证据充分；2类，A组对人致癌性证据有限，但对动物致癌性证据充分，B组人致癌性证据有限，对动物致癌性证据也不充分；3类，现有证据未能对人类致癌性进行分级评价；4类，对人可能是非致癌物。

自1981年起， Weisburger和Williams等主要按照致癌物的作用特点提出致癌物的分类表，以后又多次修改该表。现在认为致癌物可分为三大类。

1、遗传毒性致癌物大部分“经典”的有机致癌物基本上属于这一大类。

(1)直接致癌物其化学结构的固有特性是不需要代谢活化即具有亲电子活性，能与亲核分子(包括DNA)共价结合形成加合物(adduct)。这类物质绝大多数是合成的有机物，包括有：内酯类（如β-丙烯内酯，丙烷磺内酯和a,β-不饱和六环丙酯类）；烯化环氧化物（如1,2,3,4-丁二烯环氧化物）；亚胶类；硫酸类酯；芥子气和氮芥等；活性卤代烃类（如双氯甲醚、苄基氯、甲基碘和二甲氨基甲酰氯），其中双氯甲醇的高级卤代烃同系物随着烷基的碳原子增多，致癌活性下降。

除前述烷化剂外，一些铂的配位络合物(如二氯二氨基铂,二氯(吡咯烷)铂，以及二氧-1、2-二氨基环己烷铂)也有直接致癌活性，通常其顺式异构体的活性较反式异构体高。

(2)间接致癌物这类致癌物往往不能在接触的局部致癌，而在其发生代谢活化的组织中致癌。前致癌物可分为天然和人工合成两大类。人工合成的包括有：多环或杂环芳烃［如苯并(a)芘、苯并(a)蒽、3-甲基胆蒽、7,12-H甲苯并(a)蒽、二苯并(a,h)蒽等］；单环芳香胺（如邻甲苯胺、邻茴香胺）；双环或多环芳香胺（如2-萘胺、联苯胺等）；喹啉（如苯并（g）喹啉等）；硝基呋喃；偶氮化合物(如二甲氨基偶氮苯等)；链状或环状亚硝胺类几乎都致癌。但随着烷基的不同,作用的靶器官也不同；烷基肼中二甲肼可致癌，肼本身有弱致癌力；甲醛和乙醛；氨基甲酸酯类中的乙酸、丙酯和丁酯均致癌，其中，以氨基甲酸乙酯(乌拉坦，亦称脲烷)致癌能力最强，卤代烃中的氯乙烯的致肝癌作用在近年受到广泛注意。其特点是诱发肝血管肉瘤。

天然物质及其加工产物在国际抗癌联盟(IARC)1978年公布的34种人类致癌物中占5种，取黄曲霉毒素、环孢素A、烟草和烟气、槟榔及酒精性饮料。

黄曲霉毒素B1已是最强烈的致癌物之一，黄曲霉毒素G1的致癌能力低得多。黄曲霉毒素B2和G2本身不致癌，但认为B2可在体内经生物转化小部分成为B1，故也有一定致癌能力。黄曲霉毒素B1对人和各种实验动物除小鼠外都能诱发肝癌，在特殊条件下仍可诱发肾癌和结肠癌。小鼠不易感可能是 GSH转移酶的活力水平较高，能有效地解毒。

一些毒菌的产物，如环孢素A、阿霉素、道诺霉素、更生霉素也是前致癌物。这些物质常作为药物使用。烟草即使未经燃烧和热解也会含有亚硝基去甲菸碱等致癌物。烟草的烟气中更含有多种致癌物，如多环芳烃、杂环化合物、酚类衍生物等致癌物。烟草的烟气中还含有大量促癌物，这就是提倡戒烟的原因之一。嚼食烟叶和使用鼻烟时所含的亚硝胺能诱发口腔癌和上呼吸道癌。槟榔中的槟榔碱可形成亚硝胺，口嚼槟榔使口腔癌和上消化道发癌率和死亡率增高。

（3）无机致癌物钴、镭、氡可能由于其放射性而致癌。镍、铬、铅、铍及其某些盐类均可在一定条件下致癌，其中镍和钛的致癌性最强。

2、非遗传毒性致癌物指根据目前的试验证明不能与DNA发生反应的致癌物。

（1）促癌剂虽然促癌剂单独不致癌，却可促进亚致癌剂量的致癌物与机体接触启动后致癌，所以认为促癌作用是致癌作用的必要条件。

TPA是二阶段小鼠皮肤癌诱发试验中的典型促癌剂，在体外多种细胞系统中有促癌作用。苯巴比妥对大鼠或小鼠的肝癌发生有促癌作用。色氨酸及其代谢产物和糖精对膀胱癌也有促癌作用。近年来广泛使用丁基羟甲苯(butylated hydroxy-toluene, BHT)作为诱发小鼠肺肿瘤的促癌剂，对肝细胞腺瘤和膀胱癌也有促癌作用。DDT、多卤联苯、氯丹、TCDD是肝癌促进剂。

值得注意地是, 可能是由于对代谢酶的诱导作用，解毒过程特别是结合反应增强，有些促癌剂当与启动剂同时摄入时, 则可能减少肿瘤发生，如苯巴比妥、DDT和BHT等。但发现它们起助癌剂的作用。

（2）细胞毒物最老的理论认为慢性刺激可以致癌，目前认为导致细胞死亡的物质可引起代偿性增生，以致发生肿瘤。其确切机理尚不清楚，但可能涉及机体对环境有害因素致癌作用的易感性增高。一些氯代烃类促癌剂作用机理可能与细胞毒性作用有关。

氮川三乙酸（nitrilotriacetic acid, NTA）可致大鼠和小鼠肾癌和膀胱癌，初步发现其作用机理是将血液中的锌带入肾小管超滤液，并被肾小管上皮重吸收。由于锌对这些细胞具有毒性，可造成损伤并导致细胞死亡，结果是引起增生和肾肿瘤形成。在尿液中NTA还与钙络合，使钙由肾盂和膀胱的移行上皮渗出，以致刺激细胞增殖，并形成肿瘤。

（3）激素 40年前就发现雌性激素可引起动物肿瘤。以后发现多数干扰内分泌器官功能的物质可使这些器官的肿瘤增多。雌激素的致癌机理尚不清楚，但很可能与促癌作用有关；一般认为需要长期在体内维持高水平激素才能在内分泌敏感器官中诱发肿瘤。

孕妇使用人工合成的雌激素（已烯雌酚，DES）保胎时，可能使青春期女子发生阴道透明细胞癌。其机理相当复杂。

（4）免疫抑制剂免疫抑制过程从多方面影响肿瘤形成。硫唑嘌呤、6-巯基嘌呤等免疫抑制剂或免疫血清均能使动物和人发生白血病或淋巴瘤，但很少发生实体肿瘤。环孢素A是近年器官移植中使用的免疫抑制剂，曾认为不致癌。但现已查明，使用过该药患者的淋巴瘤的发生率增高。

（5）固态物质啮齿动物皮下包埋塑料后，经过较长的潜伏期，可导致肉瘤形成。其化学成分并不重要，只要是薄片，即使是金属也和各种塑料同样可导致肿瘤形成。关键是大小和形状，而且光滑者比粗糙者更有效，有孔的比无孔的效果差。其作用机理可能是固态物质可对上皮成纤维细胞增殖提供基底。石棉和其他矿物粉尘，如铀矿或赤铁矿粉尘，可增强吸烟致肺癌的作用。

（6）过氧化物酶体增生剂具有使啮齿动物肝脏中的过氧化物酶体增生的各种物质都可诱发肝肿瘤。已发现的过氧化物酶体增生剂有, 降血脂药物安妥明(对氯苯氧异丁酸乙酯 Clofribate)、降脂异丙酯(fenofibrate)、 gemfibrate、哌磺氯苯酸(tibric acid)、增塑剂二-(2-乙基己基)苯二甲酸酯和有机溶剂1,l,2-三氯乙烯。安妥明和二(2-乙基巴基)苯二甲酸酯对肝肿瘤有促进作用，但不能以促癌作用来概括这类物质的致癌机理。目前认为，肝过氧化物酶体及H202增多，可导致活性氧增多，发生信号转导作用，造成 DNA损伤并启动致癌过程。

3、暂未确定遗传毒性的致癌物前已述及某些卤代烃类为遗传毒性致癌剂，另一些为促癌剂。还有一些则致癌方式尚未完全阐明，例如四氯化碳、氯仿、某些多氯烷烃和烯烃等。这些物质在致突变试验中为阴性或可疑，体内和体外研究又未显示出能转化为活性亲电子性代谢产物。硫脲、硫乙酰胺、硫脲嘧啶和相似的硫酰胺类都有致癌性。靶器官是甲状腺，有时可为肝脏。噻吡二胺(methapyrine)这种抗组织胺药物曾在美国广泛用作催眠药，后来发现能诱发大鼠肝癌。

此外，有些学者和研究机构还将致癌物分为确认致癌物(proved carcinogen)、可疑致癌物(suspected carcinogen)、潜在致癌物(potential carcinogen)。此外还有按化学结构分类，如烷化类、多环芳烃类、亚硝胺类、植物毒素类和金属类等。

第三节环境有害因素的致癌过程
一、化学致癌物的特征
多数致癌物具有遗传毒性，它们有一共同的特点，即皆为亲电子剂(electrophilic reagent)，即分子结构中有正碳原子等亲电子基团的一类化合物。而细胞中的大分子化合物都具有亲核基团(nucleophilic group)，即富含电子的部位，易与细胞大分子的亲核中心共价结合。DNA、RNA和蛋白质等大分子化合物的亲核基团就是致癌物的结合位置。

二、其它致癌因素的特点
除外源化学物外其它致癌的因素也有许多，有物理因素，如辐射、创伤等；生物因素如病毒等。目前已证实有许多环境有害因素与肿瘤有关。

1、物理因素括包电离辐射、紫外线、热辐射、异物（纤维状异物），此外，慢性刺激与创伤亦可能与促癌有关。

（1）电离辐射指X、γ射线、和带亚原子微粒(β粒子、质子、中子或α粒子)辐射。大量实验证明，长期接触放射性同位素的人，其皮肤癌或白血病的发病率显著高于常人。其它如甲状腺癌、肺癌和乳腺癌也非常高。辐射的致癌机理目前还未取得一致意见，有人认为是直接损伤了DNA螺旋，使其解螺旋或使单链、双链断裂影响复制，造成突变，亦有认为是基因表达失调，还有认为是辐射只是活化了致癌病毒或化学物所致。

（2）紫外线动物试验或临床观察证实，紫外线可引起皮肤鳞状细胞癌、基底细胞癌和恶性黑色素瘤。其作用机理可能是细胞内DNA吸收了光子，使相邻两个胸腺嘧啶形成二聚体，防碍了DNA的复制，故发生突变。

（3）热辐射我国西部地区居民“炕癌”发病率很高，可能与当地居民冬季常用火炕取暖，对臀部皮肤长期进行热辐射所致，有人将皮肤烧伤后进行干蒸馏，发现有致癌物多环碳氢化合物，说明热辐射与癌变有关。

（4）纤维状异物与致癌有关的主要是石棉纤维，易引起肺癌或胸膜间皮瘤。其机械刺激作用占重要地位，但有人已证明，它也可以释放二氧化硅发挥毒性作用，因此不能完全排除其化学作用。

（5）慢性刺激肿瘤在细胞增生的基础上发生, 而慢性刺激可促进细胞增生, 在溃疡、炎症、结石的基础上常会发生癌变，致癌机理可能与此有关。

（6）创伤许多癌变如脑瘤、骨肉瘤常述有创伤史。有些学者也证明，小鼠子宫人工创伤后可促进化学致癌物的致癌作用。但对单独局部创伤不能致癌的情况来看，其只能起促癌作用。

（7）其它近年电磁辐射损伤问题颇受重视。有人认为，长期接触电磁辐射如微波、次声等也可促进肿瘤发生率增高。

2、生物因素

（1）病毒自1908年Ellerman 和Bang证明鸡的白血病由无细胞滤液诱发的事实后，近百年来，病毒致瘤的研究已成为一个十分活跃的领域。目前，已知动物肿瘤病毒有1/3为DNA病毒，2/3为RNA病毒。DNA病毒的致癌机理是病毒进入宿主后，其DNA整合到细胞DNA中去，导致细胞恶性转化。但如何使细胞转化尚未明确，有人认为可能是使细胞遗传性状发生改变，使细胞代谢和调节功能紊乱所致，亦有人认为病毒基因靠近与细胞生长分化有关键作用的基因，启动细胞的恶性转化。近年有人认为病毒DNA的编码产物---转化蛋白可与细胞膜或其核DNA结合，改变细胞调节从而导致转化。而RNA病毒，则通过逆转录合成DNA并将其整合到细胞DNA上去，在通过上述过程使细胞恶性转化。人类肿瘤的病毒的研究也有了很大发展，近年，人们发现了人类T细胞白血病/淋巴瘤的相关病毒-T细胞白血病/淋巴瘤病毒（HTLV），它属于RNA病毒，是唯一从人体肿瘤中分离RNA病毒。这可能成为人们研究RNA肿瘤病毒的一个突破口。

（2）寄生虫在我国的日本血吸虫病流行地区有10.8-16.9%的结肠癌患者同时伴有血吸虫病，并在这些结肠癌组织中发现了陈旧血吸虫卵，附近粘膜有时发现有息肉。其机理可能是虫体和虫卵的生物作用，或是其分泌物的化学作用，亦或是两者协同，目前尚待进一步研究。

三、致癌作用的阶段性
给予致癌物至出现肿瘤的过程中有明显的多阶段性。最简单的多阶段致癌过程为两阶段论。这是40年代研究化学物诱发皮肤癌时提出的，认为化学致癌过程可分为启动阶段（initiating stage)和促癌阶段（promoting stage)。其实验证据是用苯并（a)芘、二甲苯并(a)蒽和二苯并(a,h)蒽这三种强致癌物，分别以亚致癌剂量涂抹小鼠皮肤一次，20周后不发生肿瘤或很少发生。但如在相同剂量致癌物使用后再用通常不致癌的巴豆油涂抹同一部位(每周2次，共20周)，则分别有37.5%、58.0％和29.5%发生皮肤癌, 但是单独使用或在给予致癌物之前使用巴豆油都不引起肿瘤形成。因此认为，前面给予的致癌物所引起的作用是启动作用(initiation)，这些物质称为启动剂(initiator)；而巴豆油则具有促癌作用(promotion)，称为促癌剂(tumor promotor)或促进剂。启动剂使用后相隔数月甚至一年多使用促癌剂, 仍能引起肿瘤形成。根据一系列试验结果, 认为启动作用是不可逆的。适时停用促癌剂或使用的间隔时间过长, 都不引起肿瘤形成，因而认为促癌作用是可逆的。巴豆油的有效成份是大戟二萜酸酯(phorbo ester)又称佛波酯。这是一类双环酯，其促癌活性大小不一，活性最高的是12-0-十四烷酰大戟二萜醇-13-乙酯(TPA或称PMA)。

启动剂对细胞的作用是致突变作用，为不可逆过程。促癌剂的作用比较复杂，对促癌剂的认识只要来源于TPA的研究。目前认为，促癌剂作用于细胞膜，与细胞膜的蛋白激酶受体发生可逆的结合，产生多种效应性。其中最重要的效应是抑制细胞间通讯(cellular communication)，解除细胞生长的接触抑制，启动细胞增殖程序, 因而失控。有些致癌物当剂量足够时，既有启动作用又具有促癌作用, 称为完全致癌物(complete carcinogen)。许多肿瘤都有随时间的推移而恶性程度增高的倾向。有些人类肿瘤呈现规律性地由良性组织向非侵犯性的恶性前病变（如宫颈癌）发展,并一直进展至明确的恶性变。因此, 称这种由良性向恶性逐渐转变的过程为进展（progression)过程。

70年代中期, 有人提出了细胞恶变模型，即为已启动的细胞在进展过程中经过多次突变。突变细胞出现多种亚克隆，其中具有更大的自主性和生长优势的亚克隆能够在肿瘤细胞群体中占主要地位，从而进展为恶性肿瘤。

80年代把进展作为肿瘤发展过程的第三个阶段，即肿瘤的发生和发展是经过启动、促癌和进展三个阶段。其中启动和进展都涉及突变。有人用动物实验的启动一促癌一启动模型来模拟这一过程。在这实验模型中, 当动物接触一次剂量启动剂二甲苯并蒽即可诱发少数良性皮肤肿瘤，如随后再接触TPA促癌剂，则良性肿瘤数可增多。如在促癌阶段之后再次接触启动剂，则可出现恶性肿瘤，而且随着接触启动剂时间的延长，作用次数均加，恶性肿瘤数亦将增多，良性肿瘤的恶性转化率增高。在进展阶段起作用的物质称为进展剂（Progressor)，它们常常也是启动剂或完全致癌物。

四、多阶段致癌过程中的遗传学改变
通常把致癌过程中的引发作用看作是一次突变事件，这个结论得到大鼠乳腺癌，小鼠皮肤乳头状瘤及小鼠肝癌中ras原癌基因突变等结果的支持，促进阶段是突变后由单克隆的引发细胞发展为肿瘤细胞的过程，通常有一起始损伤，这个过程涉及选择性的影响引发细胞增殖的某些非遗传学的改变，此阶段是否涉及遗传机制尚不清楚。但有研究结果表明，其中有一类作用依赖于促癌物的存在，在细胞转化中起促进作用的基因，称为促癌作用敏感基因(promotion sensitivity gene)或促癌基因。促癌基因可以将对促癌物(TPA)的敏感性传递给原先不敏感的细胞，结果导致良性肿瘤和癌前细胞灶, 在演进为恶性肿瘤过程中经历一种或多种遗传学改变。因此，良性肿瘤演化为恶性肿瘤的进展阶段，是致癌过程中明显区别于促进作用的另一个阶段。具有转移性是恶性肿瘤区别于良性肿瘤的主要特征,近年来有人认为，肿瘤细胞地转移也涉及一个转移基因(metastatic gene)和转移抑制基因(metastasis suppressor gene)遗传学改变的阶段。

表7-1化学致癌过程中启动、促癌和进展三个阶段的生物学特性

启动促癌进展

1. 启动了的细胞具有不可逆性，有稳定的干细胞倾向 1. 可逆性增加了启动细胞群体后代的复制 1. 不可逆的明显细胞基因组改变

2. DNA损伤必需细胞分裂以“固定” 2. 基因表达可逆性改变 2. 演变出核型的不稳定性

3. 剂量反应关系不呈现可测出的阈值 3. 已进入促进阶段的细胞群体的存在决定于促癌剂的持续摄入 3. 相对自主的恶性肿瘤细胞形成

4. 存在自发的启动细胞 4. 剂量反应关系是否呈现可测出的阈值和最大效果决定于启动剂的剂量 4. 由进展剂或完全致癌物诱发

5. 启动剂相对效果决定于必要时间促进之后的病变量 5. 促癌剂的相对效果决定于恒定接触以引起启动细胞群体后代增殖的能力 5. 促癌阶段中的细胞可自发进展

6. 效果易受外源物的影响 6. 效果易受食物和激素影响

1、遗传学改变致癌物引起细胞的遗传学改变包括基因突变、基因扩增、染色体重排和非整倍性。已经观察到点突变和染色体重排在某些肿瘤中使原癌基因(prooncogene)激活和肿瘤抑制基因(tumour suppressor)失活；同样也观察到基因扩增和染色体数目改变对许多不同肿瘤是重要的。一般认为, 化学物通过诱发基因突变或染色体突变(如缺失、插入、易位、扩增和数目改变)，导致某一关键靶基因的可遗传改变对肿瘤的形成是必需的。在环境有害因素作用下，部分原癌基因结构发生改变, 引起异常激活成为癌基因(oncogenes)。已发现的癌基因有100多种。虽然它们的功能各不相同，但大体上可归纳为生长因子、生长因子受体、信号转导物、蛋白激酶和转录激活物等几大家族。肿瘤抑制基因，也称抑癌基因或抗癌基因(anti-oncogen)，是细胞内一类能对抗肿瘤作用的基因。巳发现的有十几种。抑癌甚因能够阻断肿瘤的细胞生长，往往在细胞癌变或恶性变的同时自身失活或丢失，但在化学物诱导的肿瘤中极少能够观察到。主要原因是涉及动物肿瘤发展的抑癌基因尚不清楚，有待进一步研究阐明。一般认为肿瘤的发生是癌基因和抑癌基因改变积累的结果。

致癌物可直接诱发关键靶基因的遗传损伤，如DNA加成物；也可间接诱发遗传损伤，如纺锤体功能的干扰或活性氧自由基的生成，过氧化物酶体的过量增殖等。

2、非遗传学的改变尽管突变等遗传学改变是致癌作用中的重要机制，但不是唯一机制。有致癌物用常用致突变试验方法不能检出其致突变性，因此推测非遗传学改变在肿瘤生成中也可能起重要作用。

在引发作用中，细胞增殖是DNA加成物转变为永久性突变过程的一个必要步骤。细胞复制会增强突变剂的效率。遗传性毒物处在引起细胞增殖剂量时，致突变和致癌物效力增加。

一般队为细胞增殖可以通过多种机制影响致癌作用。诱发与致癌过程有关的细胞增殖的机制主要有两种，即再生细胞增殖和有丝分裂剂引起细胞增殖。再生细胞增殖是指某些因素导致细胞死亡的事件继之出现地再生增殖。在某些再生增殖情况下，由于癌前损伤的细胞比正常细胞更能耐受毒性效应，癌细胞可优先生长增殖。有丝分裂剂引起的细胞增殖是指某些化学物能直接诱导细胞增殖，并且常有组织特异性。癌前细胞灶优先生长，细胞数和细胞周期的增加，可能增加了发生进一步突变事件的可能性。除细胞增殖外，非遗传学改变还有基因表达的改变如DNA甲基化等。

五、致癌作用的某些生物学特征
1、致癌作用依赖于剂量大剂量的致癌因素可增加肿瘤发生，缩短潜伏期。肿瘤的产生取决于化学致癌物和环境有害因素的总剂量。动物同时暴露于几种致癌物，对靶器官有协同或相加作用，但也可能起拮抗作用。

2、致癌作用的表达需要时间无论致癌因素或的剂量和性质如何，在肿瘤形成前，总有一个最低限度的潜伏期。在细胞恶变以前，细胞存在着多阶段的癌前期变化，也需要一定时间才能恶变。

3、致癌作用的癌变细胞传代多数化学诱变剂能与DNA等大分子共价结合。人和动物的肿瘤常起源于单个细胞(单克隆)。暴露于小剂量化学致癌物的细胞，经过数代相传，仍存在着恶性变的的危险。

4、致癌物可被非致癌因子所修饰有些物质可通过改变化学致癌物的摄入、分布、代谢或通过靶组织的敏感性，增强致癌作用。促癌物能加速肿瘤前期的进程，诱导恶性表型的表达，并可使致癌物所改变的细胞克隆扩增。同样，抗癌物能在细胞癌变的不同阶段抑制致癌作用。营养因素可改变酶对致癌物的活化或解毒的有效性等。

5、细胞增生是细胞癌变过程的重要阶段细胞暴露于环境致癌因素，逐渐发生增生性变化，使细胞恶性转化变得持久并可遗传。增生的组织和细胞对致癌物比较敏感，若能抑制癌变过程中的增生性变化，或是诱导细胞凋亡，也能阻止肿瘤形成。

第四节致癌性的评价方法
化学物质致癌危险的全面评价包括两个方面：一是定性的，即该化学物质能否致癌，二是定量的，即进行剂量反应关系分析，以推算可接受的剂量，确定人体实际可能接触剂量下的危险度。

一、致癌物的检测方法
1、构效关系分析致癌物的化学结构种类繁多而复杂。构效关系分析多从一种同系物着手，找出该系物质化学结构中与致癌性关系最密切的结构成份，以及其它结构成份改变时所产生的影响。构效关系分析结果可靠性的关键在于样本含量，不仅要分析的同系物的总数要充分，而且其中各种类型结构变化的数目也要足够。除此，要进行动物试验和流行病学调查才能作出最后结论。

2、短期致癌物筛选试验通过以致突变试验作为致癌物筛检。致突变试验仅能检测某种因素地致突变性。筛检试验为阳性的受试物，既可能是具有遗传毒性的致癌物，也可能是具有遗传毒性的非致癌物，也不能完全排除致癌性。

(1)试验组合按照目前对致癌机理的认识，遗传毒性致癌物可能具有多种致癌机理。因此，要求试验组合中尽可能反映较多的遗传学终点。遗传学终点相同的试验往往不能提供更多的信息，在遗传学终点相同的各种试验中应优先选择体内试验。

(2)筛检试验的可靠性在致癌物的快速筛检中，各种致突变试验可靠性的验证，常用一定数量的已知致癌物和巳知非致癌物同时进行测定，并以灵敏度和专一性两个指标来衡量其可靠性。灵敏度亦称阳性符合率，即在试验中已知致癌物呈现阳性结果的比例。专一性亦称阴性符合率，是在试验中已知非致癌物呈现阴性结果的比例。对同一遗传学终点的几种体内试验应选择其中灵敏度和特异性好的一种。

(3)预期致癌性概率在一个试验获得阳性结果其预期致癌性概率不等于灵敏度的数值。因为灵敏度只能引伸为任选一种致癌物, 在该试验中出现阳性的概率。同理，当获得阴性结果的预期非致癌性概率也不等于专一性。在试验中使用同一遗传学终点如已进行两个试验，则以反应阳性的为准。在不同终点的试验中，阳性结果愈多，则致癌性概率应愈高。预期致癌性概率有多种专门的推算方法，本教材不作介绍。

(4)存在问题目前常用的致突变试验还不能可靠地检测出：①非整倍性或重组所导致的隐性癌基因的纯合子或半合子；②可使癌基因截短的重组；③能活化原癌基因的基因扩增；④线粒体DNA突变。这些单独或组合的改变可能是致癌机理之一，因此改进或建立新的致突变试验，适应对致癌物进行筛检的需要，具有重要实际意义。

3、恶性转化试验恶性转化试验又称细胞转化试验，与淋巴细胞转化试验有别。细胞转化是指对培养细胞诱发与肿瘤形成有关的表型改变。此种表型改变是因致癌物所致核型改变的结果，其改变包括细胞形态、细胞生长能力、生化表型等变化，以及移植于动物体内形成肿瘤的能力。进行恶性转化试验的目的在于揭示体外培养细胞接触受试物后，细胞生长自控能力的丧失的某些机理。生长自控能力表现为接触抑制，在液体培养基中的细胞贴壁后，正常克隆为单层且排列有序的细胞；而转化克隆为多层且排列紊乱。恶性转化细胞偏大且大小不等、核大而畸形、染色质深染而粗糙、核浆比例倒置、核膜粗厚、核仁增生而肥大。核仁和胞浆均由于RNA增多而偏酸性，故呈嗜碱性染色而偏蓝，核分裂多见。

目前恶性转化试验可按所用的细胞分为三类：

(1)原代或早代细胞常用叙利亚仓鼠胚胎细胞(SHE细胞)、人类成纤维细胞、小鼠皮肤或大鼠支气管上皮细胞等。

(2)细胞系常用 BALB／C-3T3、C3H10T1／2和BHK-21。

(3)病毒感染细胞常用RLV／RE细胞即劳舍尔氏白血病病毒感染的Fisher大鼠胚胎细胞和SA7/SHE细胞即猿猴腺病毒感染的SHE细胞。

本试验的观察终点是细胞的恶性变，如将此种细胞移植于动物体内可形成肿瘤。因此，其可靠性超过致突变试验，但仍存在假阳性和假阴性问题。

4、哺乳动物长期致癌试验哺乳动物长期致癌试验亦称哺乳动物终生试验，是目前公认的确证动物致癌物的经典方法，较为可靠。用此法评定化学致癌性有许多优点。因为化学致癌的一个最大特点是潜伏期长，在啮齿动物进行1～2年的试验即相当于人类大半生的时间。而如果采用流行病学调查方法来确证一种新化学物是否为致癌物，一般需要人类接触受试物20年后才能进行。此外，动物试验能严格控制实验条件，而流行病学调查不易排除混杂因素的影响。

(1)动物选择在致癌试验中, 选择动物最重要的是对诱发肿瘤的易感性。除考虑物种、品系、年龄和性别、自发肿瘤率较低外，选择具有特定靶器官的物种尤为重要；小鼠对肝肿瘤的易感性与大鼠相近，但肝癌自发率较高，易患各种肝脏疾病。新生动物比年龄稍大者对致癌和一般毒性敏感，但易患其它感染疾病，死亡率较高。

实际工作中多使用断乳或断乳不久的动物,一般是雌雄各半。除非已证明该受试物结构近似的致癌物有易感性性别差异，才选择易感的性别。

(2)动物数量致癌作用是严重损害健康的一种效应，因此试验中应尽量设法避免假阴性结果，所以每组动物数应较一般毒性试验为多。如对照组肿瘤自发率越高，而染毒组肿瘤发生率越低，则所需动物数越多。

(3)剂量设计为观察到剂量反应关系一般使用三个剂量，最少两个剂量。较低剂量为前一级较高剂量的1/3至1/4，最低剂量最好相当于或低于人类实际可能接触的剂量。最高剂量应尽可能加大，但又不致死，这样才不致于漏检致癌物。美国国家癌症研究所推荐的最高剂量应为最大耐受剂量（MTD）。理想的MTD非但不应致死，也应不缩短寿命，与对照组相比，体重下降不大于10%。因此，必须通过预试来设计一个估计的最大耐受量（EMTD）。根据急性试验的LD50或LD01，设计14天亚急性试验，以确定亚急性MTD；之后再设计90天的亚慢性试验，确定亚慢性MTD，然后选择稍低剂量作为终生试验的EMTD。

(4)实验期限与染毒时间原则上实验期限要求长期或终生。所谓长期，因不同物种寿命长短不一，观察时间要求不同。一般值况下小鼠最少1.5年，大鼠2年；可能时分别延长至2年和2.5年。一般主张染毒直至试验结束。

(5)结果的观察、分析和评定实验过程中每天密切观察动物1～2次，及时发现濒死动物并进行病理学解剖。发现第一例肿瘤时存活的动物数，作为试验终结时的有效动物数，各种分析指标都以此为基数计算。当然有效动物应符合试验设计要求。体表及体内各组织器官均应肉眼观察，找出可疑肿块，并进行组织病理学检查。主要分析指标如下：

A．肿瘤发生率肿瘤发生率是最重要的指标，需要计算肿瘤总发生率、恶性肿瘤总发生率、各器官或组织肿瘤发生率和恶性肿瘤发生率，以及各种类型肿瘤发生率。

B．多发性多发性是指一个动物出现多个肿瘤或一个器官出现多个肿瘤。一般计算每一组的平均肿瘤数。有时还可计算每一组中出现2个、3个或多个肿瘤的动物数或比例。肿瘤的多发性是化学致癌的又一特征。

C．潜伏期从接触致癌物到用各组出现第一个肿瘤的时间作为该组的潜伏期。这种办法只适用于能在体表观察的肿瘤，如皮肤肿瘤或乳腺肿瘤。对于内脏肿瘤的潜伏期，则需分批剖杀，计算平均潜伏期。

分析以上三种指标时应首先注意有无剂量-反应关系。染毒组应与对照组作显著性检验(单侧)。存在剂量-反应关系并与对照组差异显著时，判定为阳性结果。如染毒组发生的肿瘤类型在对照组未出现，也作为阳性结果，但此时的对照组应当有历史对照资料。

阳性结果的评定应当慎重。在较高剂量才与对照组间出现显著差异，不如在较低剂量下或在人类可能实际接触的剂量出现显著差异的意义重大。

(6)阴性结果的确定要使长期动物致癌试验的阴性结果得到承认，一般应满足试验设计的最低要求：两个物种、两种性别、至少三个剂量水平且其中一个接近MTD、每组有效动物数至少50只。如将动物数增至每组100只，则假阴性概率可下降，继续增加每组动物数，可进一步降低假阴性概率。因此，即使符合最低要求得到阴性结果时，特别是当存在一定的剂量反应关系时，阴性结果不一定说明该受试物不致癌，仅能表明，该受试物在该特定染毒剂量下不引起肿瘤净增率超过染毒组的肿瘤净增率。

5、哺乳动物短期致癌试验又称有限动物试验(limited in vivo biossay)，即指在有限的短时间内完成而不是终生，并且观察的靶器官限定为一个而不是全部器官和组织的哺乳动物致癌试验。国内外目前较受重视的哺乳动物短期致癌试验有四种：小鼠肺肿瘤诱发试验、雌性SD大鼠乳腺癌诱发试验、大鼠肝转变灶(altared focus)试验和小鼠皮肤肿瘤诱发试验。由于肺和肝是最常见的发生肿瘤器官，也是许多致癌物的靶器官。至于小鼠皮肤肿瘤与SD大鼠乳腺癌两种试验，仅适用于部分类型的化学物质。

进行这些试验时，除特定要求外，应遵从长期动物致癌试验的一般要求。上述任一试验的阳性结果，其意义与长期动物致癌试验相当。由于实验期短，又未检查其它器官和系统，特别是皮肤肿瘤和乳腺癌的诱发试验似乎仅适用于较小范围的化学物质类型，所以哺乳动物短期致癌试验阴性结果的意义较差。

6、促癌剂的检测在哺乳动物长期致癌试验中，有时检出的是促癌剂，但在该试验中不能与其它类型的致癌物相区分。前述哺乳动物短期致癌试验的4种方法中，除大鼠乳腺癌诱发试验外，其余3种都适用于促癌剂的检测。具体方法是选用适当的启动剂，启动后l～2周开始用受试物染毒。对于启动剂，在小鼠皮肤肿瘤后诱发试验中可用多环芳烃类，在小鼠肺肿瘤诱发试验中可用氨基甲酸乙酯；在大鼠肝转变灶诱发试验中可用二甲苯并蒽，启动剂的剂量应较低，单独使用时不应引起或仅引起很少肿瘤形成。

由于不少促癌剂可能存在器官特异性，所以有时难于在三种试验中作出正确的选择。从这个角度看，体外试验也许更好，因为此时受试物直接与细胞接触，而不会表现出亲器官的特性。有两个试验稍加更改即可被应用，即恶性转化试验和哺乳动物细胞正向突变试验。

二、肿瘤流行病学调查
肿瘤只有分析性流行病学调查是确定人类致癌物主要的手段之一。进行分析流行病学调查时，一般是先通过动物肿瘤诱发试验，根据阳性结果检出潜在的人类致癌物，或先进行描述性流行病学调查或临床观察发现怀疑某种人类致癌物后才进行。可按不同情况酌情选用定群调查(或称队列调查)和病例对照调查。在两种调查中都可利用肿瘤患者的资料，对接触与不接触受试物人员的发瘤年龄和死于肿瘤年龄进行分析比较。

肿瘤流行病学调查的结果为阳性时，并且能够重复，即另一同样调查也得出阳性结果并有剂量-反应关系，又可得到动物实验的验证，则其意义较大。该受试物较易被承认为人类致癌物。肿瘤流行病学调查结果如为阴性, 也不能完全确定受试物为非致癌物，仅能认为本观察到致癌作用的接触条件(剂量和时间)的上限。因此，当接触年限较短或剂量较低时，流行病学调查的阴性结果不能否定对同一受试物进行另一凋查的阳性结果。任何肿瘤流行病学调查，必须设计周密严谨，否则无论阳性结果或阴性结果的意义均将大为降低。

三、致癌物的最终确定和评价
1、致癌物的最终确定对于外源化学物化学结构的分析或致突变性测试，仅能达到确定何种受试物应优先进行动物致癌试验，其结果并不能作为受试物是否具有致癌作用的依据。

由于通过动物致癌试验确定的致癌物，迄今只有极少数量（约34种）经过肿瘤流行病学调查证实并在国际上得到公认为对人类致癌。所以确定致癌物时应分为人类致癌物和动物致癌物。将有充分证据证实对动物致突变的外源化学物称为潜在致癌物（potential carcinogen）。确定人类致癌物主要根据：①流行病学调查结果能够重复；②有剂量反应关系；③有动物致癌试验阳性结果支持。

对于动物致癌物的确定, 各国认识不甚一致，甚至一个国家中的不同机构也有不同的认识。国际抗癌联盟(IARC)对动物致癌物的概念较为严格，要求：①在多种或多品系动物试验中，或在几个不同实验中，特别是不同剂量或不同染毒途径的实验中见到恶性肿瘤发生率增高；或②在肿瘤发生率、出现肿瘤的部位、肿瘤类型或出现肿瘤的年龄提前等各方面极为明显突出，才能确定为动物致癌物。

2、致癌危险的定量评价目前认为, 一般毒性肯定有阈值, 但致癌物特别是遗传毒性致癌物是否有阈值，至今尚未统一认识。在毒理学实验中，使用较敏感的观察指标或易感动物可降低阈剂量，增加动物数量也降低阈剂量。主张化学致癌有阈值者则指出：①电离辐射穿透机体完全按照物理学法则，而化学致癌物进入机体必需经过吸收、分布、生物转化、排泄等过程的影响，才能达到靶器官击中细胞内的DNA；②对DNA化学损伤的修复机理足以排除一定剂量造成的损伤；③化学致癌是一个多阶段过程，任一阶段受阻都可能中止肿瘤形成过程。化学致癌还需要多次突变，而一个遗传毒性致癌物分子不可能产生多次突变；④致癌物剂量愈低，潜伏期愈长。当剂量降低至一定程度，潜伏期即有可能超过接触群体每一个体的寿命，于是不可能有癌出现。

1977年美国FDA(食品与药品管理局)提出肿瘤诱发率为10-6的剂量为实际安全剂量(virtued safe dos，VSD）。要确定这样一个低诱癌率的剂量需要每组动物数达到3～5 x106只，这绝对难于完成。因此多利用数学模型进行VSD推算。

所用数学模型可分为三种类型：①根据剂量反应关系的频数分布建立的模型。如概率单位模型。②模拟致癌机理建立的模型。如单发击中线性模型、多发击中模型、分阶段模型和直线化多阶段模型。③根据发癌潜伏期建立的模型。

实验所得的剂量反应关系数据与VSD相比是高发癌范围的资料，与上述任一模型拟合都会得到很好的拟合优度。但是目前的情况是, 推算VSD时，实际上不依据拟合优度来选数学模型，而是由研究人员任意选择。但不同数学模型推算的VSD可相差甚远，因此，需要研究更合理的教学模型, 真实反应致癌的剂量-效应关系和致癌物是否存在阈值。

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8 楼： Re:毒理学基础

04年04月21日15点16分

生殖发育是哺乳动物衍繁种族的正常生理过程，其中包括生殖细胞(即精子和卵细胞)发生、卵细胞受精、着床(imbed，或称植入implantation)、胚胎形成、胚胎发育、器官发生(organogenesis）、分娩和哺乳过程。生殖发育也可称为繁殖过程(reproduction)。外源化学物或其它环镜因素与机体接触后，可干扰生殖发育任何环节，并造成损害作用。外源化学物对生殖发育的影响：①生殖发育过程较为敏感，②对生殖发育过程影响的范围广泛和深远。近年来随着毒理学和生命科学的深入发展，外源化学物对生殖发育损害作用的研究又进一步分为两个方面：①对生殖过程的影响，即生殖毒性(reproductive toxicity)的探讨，②对发育过程的影响, 即发育毒性(developmental toxicity)研究。两个方面都逐渐发展成为毒理学的分支科学；前者称为生殖毒理学(reproductive toxicology)，后者称为发育毒理学(developmental toxicology）。生殖毒理学主要涉及外源化学物对生殖细胞发生、卵细胞受精、胚胎形成、妊娠、分娩和哺乳过程的损害作用及其评定，评定方法即为生殖毒性试验。发育毒理学主要研究环境有害因素对胚胎发育以及出生幼仔发育的影响及其评定，评定方法称为发育毒性试验。其中主要为致畸试验。文献中也有人将生殖毒性以及生殖毒理学和发育毒性以及发育毒理学统称为繁殖毒性和繁殖毒理学。本章将对发育毒性着重进行讨论。

第一节基本概念
－、发育毒性
某些化合物可具有干扰胚胎的发育过程，影响正常的发育作用，即发育毒性。发育毒性的具体表现可分为：1、生长迟缓(growth retardation)，即胚胎的发育过程在有害环境因素影响下，较正常的发育过程缓慢。2、致畸作用(teratogenicity)，由于外源化学物的干扰，胎儿出生时，某种器官表现形态结构异常。致畸作用所表现的形态结构异常，在出生后立即可被发现。3、功能不全和异常，即胎仔的生化、生理、代谢、免疫、神经活动及行为的缺陷或异常。大多在出生后一定时间才被发现，因为正常情况下，有些功能在出生后一定时间才发育完全。4、胚胎致死作用(embryolethality)，某些外源化学物在一定的剂量范围内、可在胚胎发育期间对胚胎具有损害作用，并使其死亡。具体表现为自然流产或死产，死胎率增加。在一般情况下，引起胚胎死亡的剂量较致畸作用的剂量为高，而造成发育迟缓的剂量往往低于胚胎毒性作用的剂量，但高于致畸作用的剂量。以上四种发育毒性的具体表现并非一定在一种外源化学物作用下同时出现，有时只出现其中的一种或一部分。此外有些外源化学物通过胎盘与发育中的胚胎接触还可引起子代肿瘤发生率增高。

致畸作用在外源化学物发育毒性具体表现中，对存活后代机体影响较为严重，往往是一种不可逆过程，具有重要的毒理学意义，有些文献中，将致畸作用称为发育毒性，可以理解为发育毒性的狭义概念。发育毒性以及致畸作用是有害环境因素对机体损害作用的一种表现。

二、畸形、畸胎和致畸物
器官形态结构的异常称为畸形（malformation）。胎儿出生时即具有整个身体或某一部分的外形或器官的解剖学上的形态结构异常称为先天畸形（congenital malformation）畸形的胚胎，称为畸胎（terate）。凡在一定剂量下，能通过母体对胚胎正常发育过程造成干扰，使子代出生后具有畸形的化合物称为致畸物（teratogen）或致畸原。评定外源化学物是否具有致畸作用的试验，称为致畸试验。

三、胚胎毒性作用
胚胎毒性作用（embryotoxicity）一般公认的概念系指外源化学物引起胎仔生长发育迟缓和功能陷缺不全的损害作用。其中不包括致畸和胚胎致死作用。文献中也有将生长发育迟缓、功能缺陷不全和胚胎致死统称为胚胎毒性者；并有将外源化学物引起的胎仔形态结构异常，即致畸作用称为胚胎毒性者。

四、母体毒性作用
母体毒性（matermal toxicity）作用是指有害环境因素在一定剂量下，对受孕母体产生的损害作用，具体表现包括体重减轻、出现某些临床症状，直至死亡。进一步的概念，可分为轻度和严重母体中毒。轻度母体中毒的表现应限于母体体重下降、正常增长受到抑制，被抑制的程度不超过接触受试物对照组动物的10%。肝重可略有增加，但生殖机能正常。严重者可出现体重增长大幅度抑制、持久性呕吐、过度安静或活动过度、呼吸窘迫、生育机能明显受损及其它中毒症状，甚至死亡。

由于有害环境因素的致畸作用和母体毒性作用部分与受孕母体有关，而且往往二者同时出现，所以应该特别重视母体毒性作用与致畸作用的关系。母体毒性与致畸作用的关系有下列几种情况：

1、具有致畸作用,但无母体毒性出现,此种受试物致畸作用往往较强，应予特别注意。

2、出现致畸作用的同时也表现出母体毒性。此种受试物可能既对胚胎有特定的致畸机理，同时也对母体具有损害作用，但二者并无直接联系。

3、不具有特定致畸作用机理，但可破坏母体正常生理稳态，以致对胚胎具有非特异性的影响，并造成畸形。

4、仅具有母体毒性，但不具有致畸作用。

5、在一定剂量下，既不出现母体毒性，也未见致畸作用。此种情况较为复杂，在实际工作中应特别认真对待。在未表现致畸作用情况下，是否具有母体毒性极为重要。实际有两种可能；一种是受试初确实不具有致畸作用，而且也不具有母体毒性；另一种情况是动物接触的剂量未达到致畸作用的最小有作用剂量，即致畸阈剂量，并非真正不具有致畸作用。严格的概念，在一定剂量下，能引起母体毒性作用，但未观察到致畸作用，才可以认为不具致畸作用。母体毒性与致畸作用的剂量关系之间，并无固定比值；一般情况下，致畸作用剂量较母体毒性作用剂量为低。

五、畸形与变异
在胚胎出现的器官形态结构异常，有些对子代机体的生命存在威胁，例如露脑、无脑等可以称为严重畸形(major malformation）。另外，有些对生命并无危害如唇裂、缺趾等，可称为轻度畸形(minor malformation）。与畸形可能同时出现的还有变异。机体的形态结构或生理功能，在同一物种的子代与亲代或子代的个体之间，有时出现较大差异的现象，即为变异(variation)。一般认为, 某些变异并不影响正常生理功能，更不危及生命。变异是生命的一种特征，在生物学上具有适应与进化的意义，变异并非畸形，但有时与畸形难于严格区分。一般情况下，变异出现率较低，而且不呈现剂量与效应或反应关系。但是在致畸试验中，如果某种变异出现较多，而且呈现一定剂量效应或反应关系，即使不作为畸形，也应另行记录，并在试验结果评定时，作具体分析。

第二节致畸作用的机理
有很多因素可以诱发畸形，例如辐射能和某些病毒感染都具有致畸作用，但主要是化学因素，即某些外源化学物。人类对外源化学物致畸作用的认识和研究，虽然已有30年以上历史。但关于其确切机理尚待阐明，未能形成系统化理论。

一、先天畸形的发生方式
受精卵中含有构件个体的全部信息，发育涉及储存在DNA内遗传信息的逐步表达，由此产生各种细胞、组织的分化，各具不同的代谢、形态结构和功能。这一过程由许多不同的调节机制控制，同时也受环境因素以及邻近组织诱导作用的影响。这一过程都是很严格地进行的，若其中一个环节受到干扰，均可导致畸形。有学者把发生畸形方式归纳如下：

1、不发育(agenesis) 由于某些重要的原基组织(primordial tissue)不存在或缺乏邻近组织或前体组织的正常诱导而使原基组织不发生，结果某个器官或躯体部分发生或完全缺如。

2、发育不全(hypoplasia) 这种畸形常在名词前冠以“小”字，如小头、小眼等。此外，亦有软骨发育不全等。

3、发育受阻某器官或结构发育至半途时受阻而停止，可分为四类：

①不合并(non-fusion）；②不分裂(non-division），如动脉干永存；③抑制迁移(sup-pressed migration）；④暂时性结构的保存(persistence of transitory structure），如肛门闭锁、憩室等。

4、相邻原基粘连如马蹄肾，或原基分裂，如分裂输尿管。

5、生长过度（overgrowth）如多指、巨指或先天性角化过度等。

6、错位（misplacement）如内脏错位等。

7、错误迁移（incorrect migration）如卵巢迁移到外生殖器，并耳等。

8、不典型分化(atypical differentiation）包括先天性肿瘤的形成、异位和分化。

9、返祖（atavism）常见的有多毛、复乳等。

二、畸形的引发机制
关于其确切机理尚待阐明，尚未能系统化，现归纳如下：

1、基因突变和染色体畸变，有些外来出合物作用于生殖细胞或体细胞，都可诱发基因突变和染色体畸变，以致DNA的结构和功能受损，造成胚胎正常发有障碍，出现畸形,并具有遗传性。特别是在常规的致畸试验中，胚胎与受试物接触，已进入器官发生期。仅只能作用于体细胞，与生殖细胞无关。

但对此也有不同的意见。有人观察到发生染色体畸变的细胞，与透过胎盘的外源化学物接触后，一般24h内已消失。即使存在稳定的畸变，如小缺失(small deletion)、倒位(inversion)、和相互易位（reciprocal translocation）等，经过几个细胞分裂周期也不再存在，所以认为染色体畸变或突变可能并非致畸的直接原因。可能是由于外源化学物对胚胎组织中DNA损害引起的DNA合成减少。

2、核酸复制转录及细胞有丝分裂过程受到干扰，也可引起畸变。

3、细胞内必需的能量和前体物(precursor)供应不足或代谢过程受到干扰。母体中维生素和无机盐营养失调、低血糖、缺氧等都可造成畸形。由于胚胎组织增值速度极快，在短时间内需要消耗大量代谢能量，当能量代谢环节，例如三羧酸循环受到破坏和外源化学物对生物合成前体物呈现竞争性抑制，也可造成畸形。

4、在细胞分化增值过程中，一些重要酶类的抑制或破坏，将影响胚胎正常发育过程，并引起畸形，例如核糖核酸酶、DNA聚合酶、碳酸苷酶等。

5、在细胞膜正常结构以及渗透性等生物物理性质改变的情况下，也可出现畸形。

近年来, 随着生命科学的进展, 对致畸机理认识逐渐深入,虽然尚未能系统全面阐明，但可能更为概括和深入。有人将致畸作用机理，归纳为下列四个方面：

1、致畸物的细胞毒性作用由于致畸物对细胞复制、转录和翻译或细胞分裂等过程的干扰，影响细胞的增殖，即表现出细胞毒性作用，引起某些组织细胞死亡，因此, 在出生时形成畸形。如果接触致畸物的剂量较低,也可引起细胞死亡，但速度及数量可被存活细胞的增殖所补偿，因此出生时未能形成畸形。若致畸物剂量较高，在短期内造成大量细胞死亡，胚胎出现无法代偿的严重损伤，则表现出胚胎致死作用。只有接触超过致畸阈剂量一定范围的胚胎，细胞增殖速度才降低。不能对受损组织进补偿，但并不危及生命，所以出生时有畸形出现。在某些情况下，同一剂量外源化学物的损害作用，在各窝之间或每窝幼仔之间，同时出现胚胎致死和致畸作用。可能是由于外源化学物在不同胚胎体内生物转运和代谢情况不同；不同窝内或同一窝内，不同胚胎发育阶段存在一定差异结果。

2、细胞分化过程的某一特定阶段、步骤或环节受到干扰此种机理与上述细胞毒性作用引起坏死机理不同。例如, 除草醚(nitrofen)其立体结构与甲状腺激素相似,可引起心脏、隔、肾畸形和肺发育不全，其作用机理主要是干扰甲状腺激素功能。除草醚在母体及胚胎体内代谢产物为4-羟基-2，5-二氯-4’-氨基二苯基醚（4-hydroxy-2，5-dichloro-4’-aminodiphenyl ether），此种代谢物具有甲状腺激素T3的活性,T3不能透过胎盘,但此种代谢物能透过胎盘，以致引起胚胎早熟以及心脏等畸形。

3、母体及胎盘稳态的干扰母体必需的某种营养素,例如维生素A和叶酸的缺乏，某些重要营养素的拮抗物的作用(例如EDTA，为某些微量元素的拮抗物）、母体营养失调(例如蛋白质和热能供给不足)、营养素由母体至胚胎的转运受阻、子宫和胎盘血液循环障碍包括高血压症和接触5—羟色胺、麦角胺、肾上腺素等作用于血管的化学物都可破坏母体及胎盘稳态，造成畸形，甚至胚胎死亡和生长迟缓。

4、非特异性发育毒性作用也是发育毒性作用机理之一此机理主要与生长迟缓和胚胎死亡有关，不涉及畸形作用。此种非特异性细胞毒性作用的特点是对全部胚胎组织细胞基本生命现象的干扰。一旦细胞内能量代谢的降低超过一定程度．全部组织将受到损害，并引起胚胎全面生长迟缓，甚至胚胎死亡；不存在靶部位或靶组织。也不可能有部分组织受损与畸形幼仔出生。

上述四种说法，尚未能对致畸机理作出系统而有说服力的阐述，而且实际情况可能更复杂，有些致畸物可能同时存在两种作用机理，即致畸作用以及发育毒性作用，尚需不断深入探讨。近年来细胞通讯和程序化细胞死亡的障碍或干扰及遗传毒性的研究很受重视，正在深入研究中。现将这两个热点问题做一简要介绍：

细胞死亡被认为是正常胚胎形态发生的一部分，并且是很多致畸物诱导哺乳动物发育异常的一个重要的致病机制。如给小鼠孕11天腹腔注射甲基硝基亚硝基胍(MNNG)所诱发的畸形是四肢畸形，且后肢多于前肢，左肢多于右肢，观察肢芽细胞死亡情况可得到同样的规律。说明肢体畸形与肢芽细胞的死亡有关。根据细胞死亡的模式不同，可分为坏死（necrosis）和调亡（apoptosis）两种。70年代经过电镜和细胞计数的证实，生理性死亡是易受致畸物干扰而引起畸形的过程，致畸物可诱导或抑制细胞死亡，造成靶器官的缺失、发育不良或生长过度。近期研究表明，磷酰胺芥子气、N-乙酰基-2-乙酰胺基芴等诱发的化学致畸作用中，细胞调亡至少是细胞死亡的主要形式。

这一观点认为遗传毒性是化学物诱发致畸或其它发育毒性的重要机制。很多致畸物有遗传毒性，化学物的致畸性与致突变性之间也有良好的相关性，也已发现某些致畸物可引起不同阶段胚胎细胞的突变。近年来研究发现，诱发发育基因和发育调控基因的损伤可导致胚胎的死亡和胎儿畸形。通过转基因技术, 将某一基因插入内源性基因，或用基因打靶技术导致某一基因失效等方法诱发不同基因损伤，可引起不同阶段胚胎的死亡。同样也发现某些发育基因或发育调控基因因损伤而导致畸形。

第三节致畸作用的特点
－、发育阶段致畸效应的特异性
胚胎所处的发育阶段不同，对于致畸作用呈现不同的敏感性。有性生殖动物的着床前胚泡(blastocyst)对致死作用较为易感，对致畸作用较差。在胚胎发育后期和新生儿期的发育毒性表现为，生长迟缓和神经、内分泌以及免疫系统机能的改变。胎儿对致死作用的易感性虽较胚胎为低。

在致畸作用中，最敏感的阶段是器官发生期，一般称为危险期或关键期(critical period）。致畸物与胚胎接触，可能造成器官发生期的形态结构异常。同一剂量同种致畸物在敏感期中与胚胎接触，可因胚胎所处发育阶段不同而出现不同的畸形。例如在受精后第8至12日期间，以20mg/kg体重剂量每日给予小鼠环磷酰胺,畸形种类可因给予的日期不同而分别为多趾、并趾、缺趾和无趾。各种不同器官对致畸作用的敏感时间存在很大差异。大鼠器官发生期为受精后9至17天，但眼的敏感期在受孕后9天，心脏和主动脉弓约为9～10天，脑约在第10天，头与脊椎骨约在第11天，泌尿生殖器官约在15天。

明确致畸作用敏感期的意义，在于致畸试验中必须正确掌握动物接触受试物的时间-器官发生期，否则不能得到正确的试验结果。

二、致畸的剂量与效应关系
1、剂量效应关系复杂的表现及原因

（1）机体在器官形成期间与具有发育毒性的化合物接触，可以出现畸形，也可引起胚胎致死。当剂量增加时，毒性作用增强，但二者效应程度并不一定成比例，往往胚胎致死作用增强更明显。由于胚胎死亡增加，畸胎数将因而减少。

（2）在同等条件下某种致畸物可以引起畸形，剂量增加时并不出现同一类型的畸形。可能由于较高剂量造成较为严重的畸形，严重畸形有时可将轻度畸形掩盖。例如一种致畸物在低剂量时，可以诱发多趾；中等剂量时则诱发肢体长骨缩短，高剂量时可造成缺肢或无肢。

（3）许多致畸物除具有致畸作用外，还有可能同时出现胚胎死亡和生长迟缓，使剂量效应关系极为复杂。

2、致畸作用的剂量反应关系的曲线较为陡峭，斜率较大。最大无作用剂量与100% 致畸剂量间距离较小，一般相差1倍。往往100％致畸剂量即可引起胚胎死亡，剂量再增加，引起母体死亡。还有人观察到致畸作用最大无作用剂量与引起 100%胚胎死亡的最低剂量相差2～3倍。例如，按剂量5～10mg/kg体重的环磷酰胺给予受孕小鼠后不表现致畸作用，但剂量增加到40mg/kg体重，引起100%胚胎死亡。

3、致畸作用最大无作用剂量问题尚有不同意见。一般认为，机体接触低于致畸阈剂量的致畸物时，先天畸形、胚胎致死和生长迟缓发生率的自然本底数值并不增高，表明这一剂量即为最大无作用剂量。但也有人认为，对于低剂量致畸物的作用与畸形自然发生率的本底值，尚不能明确区分，所以致畸作用的最大无作用剂量问题并未解决。

另外，评定一种致畸物对人体危害时，应充分考虑人体可能实际接触的剂量。

三、致畸的物种个体差异
任何环境有害因素的损害效应都存在物种及个体差异。但在致畸作用中较突出。例如，杀虫剂西维因（carbaryl）对豚鼠具有致畸作用，对家免和仓鼠并不致畸。农药敌枯双对大鼠致畸作用明显，但未得到人群调查的证实资料。曾用于治疗妊娠反应的反应停，由于在人类以及其它灵长类动物具有强烈致畸作用后，停止使用，但小鼠和家兔即使接触较大剂量，其致畸作用极为轻微。同一物种动物的不同品系对一种致畸物敏感性的差别很大，例如，脱氢皮质酮和生物染料锥虫蓝以及反应停都有这种现象。

物种及种间差异，可能由于同一致畸物在不同物种和同一物种的不同品系动物的代谢过程有一定差异；再有由于致畸物主要是通过母体胎盘作用于胚胎，而不同物种动物胎盘构造也不相同。这些差异可能是由于遗传因素，即基因型差异。

致畸作用物种品系差异的存在，在实际工作中具有重要意义。环境有害因素的致畸作用以及发育毒性的评定，主要通过动物试验得出评定结果后推论到人类。致畸作用物种品系差异，可能存在对动物不具致畸, 但对人类有致畸作用，动物致畸试验结果推论到人类造成某些困难。所以对致畸作用的全面评定，必须采用两种动物进行试验，还要进行人群调查。

第四节发育毒性的评定
致畸是发育毒性中最重要的一种表现。所以发育毒性的评定，主要是通过致畸试验。传统常规致畸试验是评定致畸作用的标准方法，近年来随着毒理学和生命科学的进展，也有一些新的方法出现，也略作介绍。

一、传统常规致畸试验
1、动物选择致畸试验中动物应选择，食性和对受试物代谢过程与人类接近，体型小、驯服、容易饲养和易繁殖及价廉外，还应特别注意妊娠过程较短、每窝产仔数较多和胎盘构造与人类接近的动物。

致畸试验可选用二种哺乳动物，一般首先考虑大鼠，此外为小鼠或家兔。大鼠受孕率高，易于得到足够标本数，而且大鼠对大多数外源化学物代谢过程、基本与人类近似。但不足之处是大鼠对一般外源化学物代谢速度很高，对致畸物耐受性强、易感性低，有时出现假阴性结果。例如, 锥虫蓝可以干扰大鼠卵黄囊胎盘对胚胎的正常营养过程而导致畸胎，出现阳性结果。而人类胎盘不具有卵黄囊胎盘阶段，所以有时此种结果对人类为假阳性。

小鼠自然畸形发生率较大鼠高。对形成腭裂的致畸物更较为敏感。家兔为草食动物，与人类代谢功能差异较大，妊娠期不够恒定，自然发生率也较高。鸡胚也可进行致畸试验，可同时得到大量鸡胚，胚胎发育条件也较易控制。但鸡胚不是哺乳动物，缺乏受试物与母体的相互作用。

2、剂量分组致畸试验中剂量分组是极为关键与复杂的问题。在确定剂量时，一方面要求找出最大无作用剂量以及致畸阈剂量；同时还要保持母体生育能力，不致大批流产和过多胚胎死亡和避免母体死亡。一般应先进行预试。预试的目的是找出引起母体中毒的剂量，一般用孕鼠8～10只，在妊娠5～16天内给予受试物。如出现较严重的母体中毒、流产或胚胎大量死亡，将剂量略为降低，直到找出引起母体轻度中毒一般症状的剂量。根据预试结果进一步确定正式试验剂量。

正式试验最少应设3个剂量组，另设对照组。如受试物溶于某种溶剂中给予动物，则另设溶剂对照组。有时为了更好地验证试验结果，另设阳性对照组。原则上，最高剂量组该剂量一般不超过LD50的1/5-1/3，应引起母体轻度中毒，即进食量减少、体重减轻、死亡不超过10%；最低剂量组可为LD50的1／100～l/30，不应观察到任何中毒症状，；中间剂量组可以允许母体出现某些极轻微中毒症状，其剂量与高剂量和低剂量成等比级数关系。最高剂量组能引起母体轻度中毒，仍未观察到致畸作用，则可确认为该因素不具有致畸作用。如已掌握或能估计人体实际接触量，也可将实际接触量作为低剂量，并以其10倍左右为最高剂量。凡急性毒性较强的受试物，所采用剂量应稍低，反之可较高。

致畸试验的分组可因试验目的不同而有所变化。如欲观察剂量效应（反应）关系，则设计剂量组数适当增加。

3、动物交配处理将性成熟雌雄动物按雌雄1:1或2:1的比例同笼交配。每日将已确定受孕雌鼠随机分入各剂量组和对照组。确定受孕方法是阴栓检查或阴道涤片精子检查，出现阴栓或精子之日即为受孕“0”日，也有人作为第l日。

接触受试物的方式与途径应与人体实际接触情况一致。对于外源化学物，一般多采用灌胃方式给予。在特殊情况下，也可采用腹腔注射法，效果与经口近似。大鼠和小鼠一般可自受孕后第5天开始接触受试物，每日一次，持续到第15天。如欲研究器官易感性，则应在上述期间增加动物组数，将受试物每日分别给予不同组的动物，根据畸形出现的情况，确定受试物的敏感时间和靶器官。

试验期间每天称取母鼠体重。根据体重增长，随时调整剂量，观察受孕动物的妊娠情况和胚胎发育情况。受孕动物的体重如持续增长，则表示妊娠过程及胚胎发育正常。

4、胎仔检查自然分娩前1～2日将受孕动物处死剖腹，取出子宫及活产胎仔，记录死胎及吸收胎。一般大鼠在受孕后第19～20天，小鼠第18～19天，家免在第29天。胎仔在临近出生期间，发育进展极为迅速。相差半日，发育情况即有显著差异，骨骼发育尤为显著。

孕鼠处死后，从子宫顶端依次取出其中活产幼仔、死胎以及吸收胎，并记录编号。大鼠和家免还应取出卵巢，记录黄体数用来代表排卵数。活产胎仔取出后，先检查性别，逐只称重，并按窝计算平均体重，然后由下列几方面进行畸形检查：①外观畸形肉眼检查，例如露脑：②肉眼检查内脏及软组织畸形，如腭裂；③骨骼畸形检查，例如颅顶骨缺损等。畸形检查只限活产胎仔。一般可将活产胎仔进行肉眼检查，然后将其中2/3经过固定、透明和茜素红（alizarin red）染色等步骤，观察骨骼畸形。另外经鲍音氏（Bouin）

表8-1胎仔活产、死亡和吸收的特征

种类颜色器官外形自然运动对机械刺激的反应胎盘

活产胎仔肉红色完整成形有有运动反应红色，较大

晚期死胎灰红色完整成形无无运动反应色灰红，较小

早期死胎乌紫色未完整成形无 —— 暗紫

吸收胎暗紫或浅不能辨认胚胎 —— —— 不能辨认胚胎

色点块和胎盘和胎盘

溶液固定2周以上，再检查内脏及软组织异常情况。近年来，认为关于胎仔中1/3检查内脏，2/3检查骨骼，缺乏足够的理论和依据。因此多改为将两个子宫角的胎仔各1/2，随机分配于骨骼和内脏组畸形检查。也有人主张将试验雌鼠保留近1/4，待其自然分娩，并将出生幼仔饲养观察，至少到断奶，以便检查可能存在的先天缺陷和生理功能异常。

为保证哺乳机会，一般主张每窝保留8只幼仔，并尽量雌雄数量相等。

5、结果评定致畸试验结果的评定，主要是计算畸胎总数和畸形总数。畸胎总数：每一活产幼仔出现一种或一种以上畸形均作为一个畸胎；畸形总数：在同一幼仔每出现一种畸形，作为一个畸形。如出现二种或二个畸形，则作为二个畸形计，并依此类推。

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9 楼： Re:毒理学基础

04年04月21日15点20分

第九章军事卫生毒理学的应用
第一节在卫生学上的应用
一、在军事环境安全性与危险度评价中的应用
随着工业特别是化学工业的发展，比如食品的产量、质量的改进使大量化学物质随着食品进入机体。世界上市售的化学物质已达到5万多种，每年进入市场的新化学物质约100-1000种。高新武器和技术装备的增多，军事作业中的有害因素环境越来越广泛。人类长期接触这些化学物质后可能引起的毒性（包括“三致”）反应已引起广泛的关注。对这些化学物质进行安全性和危险度评价是卫生毒理学的一项极为重要的任务之一。

（一）安全性评价

安全性评价是利用毒理学的基本手段，通过动物实验和对人的观察，阐明某一化学物的毒性及其潜在危害，以便为人类使用这些化学物质的安全性作出评价，为制订预防措施特别是卫生标准提供理论依据。我国现颁布实施的法规有“农药安全毒理学评价程序”、“食品安全性毒理学评价程序”、“新药（西药）药理、毒理学研究指导原则”、“化学品测试准则”、“化妆品安全性评价程序和方法”及“食品功能毒理学评价程序和检测方法”等。我军也制订了一些与军事作业环境密切相关的“国军标”和规定。

1、设计毒理试验的原则一个完整的系列毒性试验程序，包括对受试物进行各种毒性作用检测的一系列试验。毒性实验程序一般都是分阶段进行: 由急性毒性试验到亚急性毒性试验或亚慢性毒性试验，最后为慢性毒性试验；由一般毒性试验到特殊毒性试验；根据受试化学物与人接触的密切程度、接触方式，有重点地增减某些项目等。同时，毒性试验前应了解化学品的基本数据，如化学结构式、纯度、杂质含量、沸点、蒸气压、水中溶解度等理化性质，以便预测毒性，搞好实验设计。实验应分阶段进行，选择试验周期短、花钱少、预测价值高的试验优先安排；投产或申请登记前，必须进行第一、第二阶段的试验。我国、我军首创的、产量大、使用面广、摄入机会多的，必须进行第四阶段的试验。新型技术装备和高新武器在定型前甚至在研制计划中也应含有卫生学安全评价的内容。

对化学物的毒性鉴定，目前已不仅是识别这些化学物对人类的潜在危害，而且要同时考虑它对环境和生态的潜在危害影响。许多国家已明确规定新上市的化学物要有生态毒性的研究资料；同时，对一些已上市的有毒性试验的化学物，由于受当时科学认识和技术水平的限制，也需要进行一些补充测试或研究。

2、毒理试验程序分段实验的基本内容和要求如下：

（1）第一阶段急性试验主要测定LD50，确定急性毒性的等级，作为进一步试验的取舍和剂量设计的参数。经口LD50＜0.5mg／kg，说明毒性太大，一般认为无使用前途，应放弃继续试验。如果作为食品添加剂或残留、接触食品的化学物质经口LD50＜人可能摄入量的10倍，也应放弃。

（2）第二阶段遗传毒性试验包括蓄积、致突变和必要时的神经毒性试验。

A 蓄积毒性试验主要是了解受试物在体内的蓄积情况。蓄积试验应注意受损靶器官的病理组织学检查。

B 致突变试验首选三个试验①Ames试验，②小鼠骨髓多染红细胞微核试验或骨髓细胞染色体畸变分析，③显性致死试验或睾丸生殖细胞染色体畸变分析。三项试验阳性，除非受试物有十分重要的价值，一般放弃继续试验；一项阳性，再加两项补充试验仍为阳性，一般也予以放弃。

C 神经毒性试验与具神经毒性的化学结构有关的化合物，必要时需进行代谢和迟发性神经毒性试验。属于人体正常成分或多数国家已批准使用的农药，在我国使用时, 可以暂时不进行代谢试验。

（3）第三阶段亚慢性毒性试验观察受试物较长期染毒对实验动物的毒作用性质和靶器官，确定最大无作用剂量, 了解受试化合物对动物繁殖及子代的致畸作用，为第四阶段试验提供依据。90天喂养繁殖，致畸试验，可采用同批染毒分批观察；也可根据受试物性质，只进行致畸试验。在亚慢性试验获得最大无作用剂量≤人可能摄入量的100倍，说明毒性较强，一般放弃使用。在最大无作用剂量≥人可能摄入量的300倍时，可不必进行慢性试验。

（4）第四阶段慢性和致癌试验由于时间周期长，在实验设计上可以结合进行。慢性试验所获最大无作用剂量≤人可能摄入量的50倍说明毒性较强，受试物弃用。慢性无作用剂量≥人可能摄入量100倍时，一般允许用于食品。

3、安全性评价方法毒理学研究的主要目的, 是通过动物试验观察暴露于化学物质的毒效，从而评价和预测对人体可能造成的健康危害。一般经常采用的是安全系数法。

安全系数(safety coefficient or safety factor,SC or SF)是依据所得阈剂量或无作用剂量提出的容许限值，为解决由动物试验资料外推至人体的不确定因素以及解决人群毒性资料本身所包含的不确定因素所设的外推系数(extrapolation coeficient, EC)，也称不确定系数（uncertainty factor,UF）。

（二）危险度评价

危险度（risk）是指在特定的暴露情况下，被测环境(化学、物理和生物)因素引起个人或群体毒性效应，产生疾病，甚至死亡的机率。

剂量-反应关系的评定，这是危险度评价的重要核心部分，也是进入定量评价的开始阶段必需进行的工作。暴露评定（exposure assessment）也是很重要的环节，也是进行危险度评价的前提。

二、在卫生检测和监测中的应用
（一）概念

1、环境卫生监测

环境检测（environmental monitoring）系指对居住环境的本底污染情况进行定期或不定期、间断性或连续性的卫生调查和采样检测。

2、健康监护

健康监护(health surveillance)是通过评价个体的健康状态，监测环境中可能存在的早期的可逆有害生物效应，为使这些有害作用不再进展成为明显功能损害效应，将人群中的个体暴露条件改善的过程。

3、环境和职业流行病学调查

在毒理学研究中需采用人群流行病学研究资料，以阐明受试物对人体健康的危害，作出安全性或危险度的评价。

（二）应用

1、在环境监测中的应用

环境或职业流行病学调查首先需了解环境中有害物质的污染状况，因此可采用前述的现场生物检测或环境样品的生物测试方法。

环境监测和卫生监测按目的可分为研究性监测、事故性监测和监视性监测三类。①研究性监测是为特定的目的而进行的监测，如为了研究大气中某种污染物对人体肺癌发生率的影响，需要调查、检测环境中污染物的存在形式、浓度、进入人体的途径、剂量-反应关系等。②事故性监测指环境中因某种污染物浓度急剧增高，对区域内人群健康造成危害等而进行的临时性监测，借以查明事故原因，为消除事故，提出改进措施的科学依据。③监视性监测属常规性监测，即通过对某种或某些污染物进行长期监测，观察在环境中的动态变化趋势。这种监测在规划、布点、监测方法、数据处理等方面都有较大可比性，它对掌握和了解污染规律、综合评价治理效果有积极的意义；对研究和验证、修订卫生标准亦有重要意义，如1974年由联合国环境规划署主持建立的“全球环境监测系统”就是属于这种性质的监测。环境监测的方法分为三类。

（1）理化分析方法这是传统的环境监测方法。用物理、化学分析方法直接测定工作场所空气、环境大气、水、土壤和食品等环境介质中污染物的含量。

（2）环境样品的生物测试方法对于收集的环境样品经浓缩、萃取等处理后，采用毒理学测试方法，评价每种污染物或混合污染物的生物效应。现行毒理学中的各种方法包括整体动物，体外培养细胞、器官和胚胎等都可用于测试。但对环境污染物致突变性和致癌性的评价，目前应用最多的是遗传毒理学测试方法，如Ames试验、人体外周血淋巴细胞SCE和染色体畸变分析、小鼠骨髓微核试验和染色体畸变分析、果蝇伴性隐性致死试验、小鼠特异位点试验以及DNA损伤修复的试验方法等。

（3）现场环境的生物监测方法应用遗传毒理学方法，采用植物系统进行测试。WHO推荐：紫露草微核试验、紫露草雄蕊毛突变试验、蚕豆根尖染色体畸变分析、拟南芥基因突变这四个植物系统的检测方法能有效地检测环境诱变剂。利用这种检测方法已经建立了全球性的生物监测网，以检测大气和水体的污染。

2、健康监护

健康监护也称之为生物效应的监测（biological monitoring of effects）。但与暴露的生物监测（biological monitoring of exposure）和环境公害病、职业病的诊断有差别。暴露的生物监测是通过内剂量（internal dose）的测定来评定健康危险度，主要目的是确保工人现在或以往的暴露是“安全”的，通常是参照生物限值（biological limit values）评价的。在实际工作中，三种类型的监测（环境监测、暴露的生物监测和健康监护）常常是同时应用。毒理学在健康监护中的应用主要体现在两方面，一方面是医学检查通常是根据毒物的毒作用特点和主要靶器官来确定检查项目；第二方面是及时采用毒理学的研究成果，应用敏感的生物效应指标作为检查项目的内容，其中最重要的就是选择合适的生物标志，以更好地起到预防的目的。

3、在确定军事、工业毒物或环境污染物对人群危害中的应用

卫生毒理学研究的最终目的是保护人群免遭环境有害因素的危害。在人群流行病学调查的基础上，进行毒理学的验证研究，以阐明毒作用的危害和作用机制。比如海湾战争中，美军士兵主要使用了三种化学药剂，保护乙酰胆碱酯酶的溴化吡斯的明、驱蚊用的间甲苯甲酰二乙胺（DEET）及杀虫用的二氯苯醚菊酯，后两种均为外用。这三种药剂都通过毒理试验和急性联合毒性作用试验，表明对人安全、无不良反应。但海湾战争结束后，约3万名军人叙述遭受过怪异的综合征群：呼吸和胃肠道不适、头痛、疲乏、皮疹、肌关节疼痛无力、注意力不集中等，被称之为“海湾战争综合征”。经对三药单独、二种联合或三种联合给鸡作两个月的试验，所用剂量大约为海湾战争中士兵估计接触量的3倍。结果，单独用药与目前报道一致，无明显毒性作用。但两药合用就有明显病变，三药合用则病变极明显，死亡率增加，呈现明显的神经退行性变。说明了毒理学研究和人群流行病学研究的相关性，实验室的毒理学研究结果结合人群流行病学研究资料，进行综合分析、判断，才更有实际意义，两者间存在明显的互补作用。

（三）生物标志

生物标志(biological marker or biomarker)是指机体由于接触污染物而产生的细胞、生物化学和分子的改变，这些改变在生物介质如人体组织、细胞或体液中可定量测定。反映内剂量生物标志有大分子加成物（adduct）和排泄物的生物活性两类。

大分子加成物(macromolecular adducts)是一类反映效应物到达靶细胞分子的内剂量标志，也称为生物有效剂量(biological effective dose, BED)。目前受到注意的大分子加成物有两种: 一种是蛋白质加成物(主要是血红蛋白或血清蛋白加成物), 另一种是DNA加成物。蛋白质加成物可以血红蛋白加成物为代表。它在体内形成数量较多，易于检出，本身不存在修复系统，一旦形成可在体内长时间存在，一般与血红蛋白更新时间(约120d)相一致。但它本身不一定是靶分子，因此，有时只能看作是靶分子的替身,单纯反映内剂量。DNA加成物是当前受到普遍关注的生物标志。现已发现，在动物及人类的观察结果均说明DNA加成物是可用的反映接触状态的分子标志。如尿中黄曲霉毒素-N7-鸟嘌呤(AFB-1-N-7G)是接触黄曲霉素B1(AFB1)的较好标志。AFB1 摄入量与尿中AFB-1-N-7G 排出量显著相关性。其次，DNA加成物形成数量与诱变效应和致癌作用有密切关系。另外，非靶细胞DNA加成物可以用作分子剂量标志。如，血液淋巴细胞、脱落细胞、肺吞噬细胞、胎盘、小便检测DNA加成物含量可作为非靶细胞DNA加成物检测的替身, 用于流行病学调查。

另一类反映内剂量的生物标志即排泄物的生物活性。对于一些未知的有害物质或一些成分复杂的混合物，无法采用常规的化学检测方法确定内剂量。对于这些物质的接触剂量可用检测排泄物的生物活性予以解决。目前，应用最广泛的是利用Ames试验法等检测尿中诱变活性。从观察某些毒物活性的角度讲，诱变物活性内剂量测定已成功地用于人群调查，如观察烤肉、酒类化合物、药物、工业毒物接触所出现的变化。近年来一些广泛受到人们关注的生物效应标志(biomarkers of effect)主要为：

（1）细胞学和细胞遗传学标志如细胞增生、染色体结构或数目异常、姐妹染色体互换/微核形成等标志已被广泛应用。例如，细胞增殖的观察采用了HTdR渗入实验，观察增生面积的变化。用细胞荧光计测定S期细胞所占比例；用免疫组化方法检查进入细胞周围的细胞群落；用鸟氨酸脱羧酶(ODC)水平反映组织总的增殖活性。细胞分化异常则是细胞学的另一类重要标志。例如肠道上皮细胞粘液图象的变化是分化异常的标志，有人利用O-乙酰化唾液粘蛋白表达低下,预测肠道恶变的发展。细胞分化过程中细胞角蛋白（cyto-keratin）与中间微丝(intermediate filaments)组成与分布的改变，碳水化合物血型相关抗原改变（出现新的抗原决定簇）、细胞对外援凝集素结合能力的变化属于细胞分化的生物标志。近年来，细胞调亡现象受到人们很大关注，认为是早期癌变的一种重要细胞学标志。

（2）DNA氧化损伤及其产物氧化损伤DNA损伤的一种常见的方式。环境中多种化学、物理因素亦可通过形成自由基引起DNA氧化损伤。DNA氧化损伤与细胞衰老，老年性退行病变以及肿瘤形成等有密切关系。研究证明，8-羟基去氧鸟嘌呤（Oh-8-Dg）是一种较好的DNA氧化损伤标志物。它能反映靶细胞受氧化损伤打击的程度，可在血、组织、小便中检出。机体总抗氧化能力，对于评价和判断机体氧化损伤也受到人们的关注。

（3）癌基因和抑癌基因的改变目前认为, 肿瘤形成是一个多阶段、多基因以及多病因参与的过程。原癌基因活化和抑癌基因失活的改变与肿瘤发生、发展密切相关。检查这些改变,可能提供有高度特异性的效应标志。目前已知原癌基因的活化主要通过点突变、染色体重排、基因扩增或非整倍体形成等方式而出现。例如化学致癌过程最常见的ras基因突变，以H-ras最为常见，K-ras次之。最近有研究资料表明，结肠癌病人通过检查粪便中脱落结肠细胞K-ras基因发现有特异的突变。同样，抑癌基因的失活或丢失，也可进行检测。如膀胱癌病人P53的改变，通过检查尿中膀胱脱落上皮细胞观察到基因突变，这些基因突变的筛选可作为肿瘤早期阶段可能的诊断工具。

（4）其它的毒性反应除上述外，呼吸、生殖与发育、神经与免疫等系统的毒性，均可使用不同类型、不同水平的生物标志。如, 用肺功能测定仪或其它参数(例如粘纤毛的清除率)测定肺功能的改变。对女性生殖功能可观察女性血浆、唾液中激素水平、阴道电阻等。

三、在制订卫生标准中的应用
由于军事卫生毒理学在维护人类和军事人员的重要作用和地位，许多国家和军队制订的卫生学标准中含有毒理学内容。通常制定有害物质最高容许浓度较完整的毒性试验资料包括：

（1）急性毒性吸入LC50经皮和经口LD50(至少有两种动物的资料)，急性阈浓度及其毒作用带；急性中毒表现(包括平均死亡时间、受损组织或器官，动物种间差异等)；如系统致敏物应有致敏的试验资料。

（2）亚慢性毒性包括受试物蓄积作用特征如生物作用带或蓄积作用系数，主要受损的系统和器官等资料。

（3）代谢情况包括吸收、分布、排泄、贮存及其主要代谢途径和代谢产物等资料。

（4）慢性毒性包括慢性毒作用阈，以及最大无作用量、慢性毒作用特点（靶器官、病变性质）剂量-反应关系的斜率等。

（5）特殊毒性包括致突变、致癌和致畸作用的资料及对生殖、免疫功能及相关影响等资料。

第二节在职业病等临床工作中的应用
人类致病的环境因素有生物、物理和化学因素。因此，从临床角度来说，军事卫生毒理学是研究环境有害因素导致人类疾病的性质、致病条件和机理的学科，故军事卫生毒理学在临床工作的诊断和治疗中也有多方面的应用。

一、诊断
诊断中毒必须首先考虑是何种化学物。通过病史的询问，可追询接触的可疑化学物、接触量和方式，参考有关毒理学资料，根据动物中毒的表现，识别临床表现，以判断中毒的可能性，在毒理学研究中，常可观察到毒物引起某些特异指标的改变，或某些指标的改变指示接触某种毒物的可能。这些特异性或接触毒物指标均可在诊断中应用，如有机磷酸酯类化合物抑制胆碱酯酶可作为特异指标，苯的代谢产物酚自尿中排出，尿酚测定可以反映接触程度。在战场特殊环境，发生化学武器中毒损伤症状的相似性及快速侦检结果，也有助于作出正确临床诊断。

二、特效治疗
毒物中毒机制的研究，不仅为中毒的临床表现提供理论上的解释，而且也可找到特效治疗的对策。例如，拮抗作用是毒物联合作用的一种类型，根据拮抗作用的机制，针对不同毒物，选择竞争性拮抗剂、化学性拮抗剂、功能性拮抗剂、非竞争性拮抗剂。例如阿托品是有机磷的功能性拮抗剂，硫代硫酸钠是氰化物的化学性拮抗剂。

三、预防药物中毒
毒物与药物之间几乎不存在绝对的界限，只是以剂量大小相对地加以区分。掌握毒理学的剂量-效应关系的原则，可正确地指导用药，如两种化学物之间的联合作用，提示我们注意药物的配伍等，以防止药物中毒。

此外，在职业医学临床工作中，毒理学知识还可指导制订就业禁忌。因为毒性效应和个体的遗传先决因素有密切的关系，如机体抗毒酶的遗传多态性决定个体对毒物的易感性，而这些易感者就是接触这种化学品的禁忌者。

第三节在军事特需食品和药品等研究中的应用
八十年代以来食品毒理学研究在全国范围内广泛地开展，不仅技术队伍壮大、科研水平也日益提高，取得一系列可喜的成果，为制订、修订我国食品卫生标准提供了科学依据。

一、重新评价已有的产品
近年来，毒理学的研究取得了较大的发展，许多军队特需食品和药品研究更加规范和严格。2000年我军重新整顿了军队特需药物和功能性食品的申报秩序，调整了已获得军队批准文号的产品，取缔了部分文号，其主要根据之一，就是毒理学研究是否规范。用毒理学评价已有的产品是一项经常性的工作。因此，军队与地方的规范化管理必须保持同步，防止被地方取缔的药（食）品包括添加剂流入军内。我国用毒理学手段评价已有的药（食）品工作取得了较大进展。比如食品添加剂日落黄等人工合成色素、天然色素的毒理学研究；氨法生产焦糖色素及4-甲基咪唑的毒性评价, 使禁止十年之久的产品又获得了批准使用；防霉剂—富马酸二甲酯的全面评价, 因具有较强的蓄积毒性而未能批准使用；黄曲霉素B1毒性及其代谢产物的研究；粘合剂TDI的研究；对“鸡胚宝素”的综合性生物评价, 发现其中的激素可引起性早熟而禁止生产；特别是有机氯农药的系统研究,完成了四个阶段的毒性试验，在国内外首次发现了过去人们认为毒性较小的丙体666的一些新的毒性作用, 1 mg/kg BW可引起大鼠肾曲管的病变，为有关机构决策提供了该产品是否发展的科学依据，并提出了666、DDT的残留标准，被国家采纳，有机氯农药现已禁止使用。我国首创农药杀虫剂除进行了四个阶段试验外，还进行了该农药的代谢试验，为代替有机氯农药提供了依据。

二、不断扩展应用范围
在食品研究中，对新食品资源、新的食品剂型、食品添加剂（保鲜剂、发色剂、抗氧化剂、防腐剂、漂白剂、呈味剂、乳化剂、改良剂、强化剂、香料等）、包装贮运材料、保存条件都应当考虑安全性的问题。必要时需做毒理学鉴定。有时，涉及到食品的有害性发生法律争议时，受有关法律授权部门的委托，也要做食品的安全性评价，包括做急慢性和特殊毒理学实验。作为食品的开发生产单位，在研制过程中，也应当经常考虑到食品的污染、组方或加工贮运不当，会对人体造成危害，甚至发生不可逆的永久损害。所以，每种新食品问世之前，应当咨询或鉴定食品的有害性或安全性，然后才可上报审批、生产。有理由相信，随着我国法律的不断完善和健全，科技手段的不断提高，食品的安全系数会不断提高。

在新药研究中，我国的二类以上西药和中药的申报资料中，多要求有急、慢性和“三致”的毒理学实验资料，对三类以下的新药申报，必要时也需做急性或慢性毒性实验。我军特需药物研制与申报，基本与国家新药申报要求一致。从新药研究审批的发展趋势上看，对新药的毒理学资料审查愈来愈严。因为无论是国内还是国外, 由药物引起的毒害屡见不鲜，国际上定期淘汰大量药品的原因之一，就是药品存在着慢性或遗传毒性作用。

三、促进了药（食）品研究水平的提高
随着生命科学研究水平的提高，物理与化学等学科新技术、新材料的出现，学科交叉越来越广泛，高新技术不断在军事卫生毒理学研究中得到广泛应用，对于军队特需药（食）品研究应用起到了较大促进作用。如，新的中药临界提取技术产品、基因工程产品、细胞工程产品等，都离不开军事卫生毒理学的有效的毒理学鉴定和安全性评价，在对人体健康上保证了应用时不受危害，又从毒理相关技术上保证了产品的有效鉴定，促进了产品质量提高。同时，社会对新的高技术、新功能的药（食）品的需求和相关学科的发展也促进了毒理学的发展。国家军队战时给水卫生标准、军粮、特殊人群的营养素摄入标准、超声、辐射的安全标准、新型武器的技术装备的卫生学安全评价等，都涉及军事卫生毒理学的内容。

第四节在化学武器医学防护中的应用
战争条件下对于化学武器的侦毒、预警、预防、急救、治疗和洗消都离不开军事卫生毒理学的知识。

　　化学武器有较大的杀伤力，对缺乏训练和防护的军民能造成很大伤亡。利用所学的毒理学知识，做好平时医学防护各项准备工作，保护军民不受伤害、保障部队战斗力十分重要。特别在现代高技术战争条件下，攻防转换和作战进程快，突然性、空间和纵深加大，要求卫勤保障具有快速反应能力和在高速机动中施行全天候、全方位立体的保障及实施连续救护后送的能力。战争的高强度、高毁伤、高消耗等，要求卫勤有充分的技术和物资保障能力。因此，学习掌握化学武器的的战斗状态、效能和伤害形式，利用毒理学知识技术研究有效的防护措施，是一件非常重要的工作。

一、化学武器的战斗效能
　　化学武器是一种大规模杀伤性武器，它的发展已趋于多样化、系列化和通用化，并成为现代战争的重要手段之一，能适用于各类战争、不同战斗的各种时机和场合，其战斗效能因敌方使用目的和袭击方式不同而有所区别。

1、杀伤性化学袭击

使50％以上人员失去战斗力而进行的化学袭击。在30秒到1分钟的袭击时间内造成半数致死以上的浓度。如沙林弹，在进攻、防御、退却等各种战斗中都可用来杀伤对方有生力量。此种袭击方法，在短时间内发生大批中毒伤员，使作战双方兵力对比发生巨大变化，迅速改变作战态势，影响作战进程。

2、迟滞性化学袭击

削弱对方有生力量（能使20％人员失去战斗力）、妨碍对方机动、阻止与限制对方利用地形、桥梁、道路和装备时采用此种袭击方式。此种袭击通常用VX、芥子气、路易

氏剂、微粉状CS及植物杀伤剂造成地面长期染毒。袭击的时间美军规定为10～15分钟，原苏军规定为3～5分钟。首次布毒以后，常根据气象及地形条件进行补充射击，以保持既定的染毒密度。

　　在现代战争中，机动的意义和作用越来越大。化学武器对空军基地和机场地勤人员危害很大。防护状态下地勤人员易于疲劳、工作效能下降、飞机不能准时维修和起飞，从而影响飞机出航能力。

3、扰乱性化学袭击

为扰乱、疲惫对方常采用的袭击方式。即在发射普通弹的同时，配合发射少量速效性毒剂弹，迫使对方人员采取防护措施，以妨碍其正常行动，削弱战斗力。

　　化学战剂能给人以精神上的威胁，产生精神和心理影响，增加心理恐惧、瓦解士气。在战场上军队因遭化学武器袭击而惊慌失措、一片混乱、溃不成军的事例屡见不鲜。

二、毒剂的战斗状态及其伤害形式
1、毒剂的战斗状态

毒剂施放后发挥杀伤作用的状态，叫毒剂的战斗状态。

化学弹药按其结构和使用方式可分为毒剂弹、毒烟罐和布洒器三类，分别通过爆炸分散法、加热蒸发法和布洒法将毒剂迅速分散成能发挥杀伤作用的五种战斗状态：

蒸气（vapor，粒子直径0.001～0.01μm）。

烟（smoke）。

雾（fog）。

液滴（drops or droplets）。

微粉（dust）。

烟和雾统称为气溶胶（aerosol），粒子直径为0.1～10μm。

毒剂的不同状态决定其中毒途径和必须采取的防护措施。不过毒剂施放后的战斗状

态往往不是单一的，而是两种或多种状态同时存在，其中常常是以某一战斗状态为主。毒剂弹爆炸后的战斗状态见图9-1 。

（1）初生云毒剂弹爆炸或飞机布洒后即刻形成的毒剂云团称为初生云。初生云传播一定距离，毒剂浓度下降至低于安全剂量时，即失去对无防护人员的伤害作用。此距离称为初生云的危害纵深。部队应根据敌方袭击规模和风向、风速，及时向下风方向的友邻部队通报

初生云团可能到达的时间。因此做好袭击后最初几分钟的防护非常重要。

2、毒剂的伤害形式

　　化学武器主要通过毒剂的初生云、再生云和液滴染毒三种形式对人员造成伤害作用。

（2）液滴染毒液态毒剂播撒后造成的伤害形式。毒剂可能使地面、武器、装备、水源、食物等染毒，从而直接或间接伤害人员。地面的毒剂虽经渗透、蒸发或水解，染毒密度逐渐下降，但仍可造成较长时间的染毒。特别是在植物覆盖的地面或使用胶粘毒剂时，染毒时间更长。

（3）再生云从染毒地面、物体蒸发形成的染毒空气谓之再生云。特点是毒剂浓度

低、持续时间长、危害纵深短、杀伤作用小。能够造成再生云危害的毒剂一般在常温下为液态，并具有适宜的挥发度。那些沸点较高，挥发度很小的毒剂（如VX），一般情况下不可能对人员造成吸入危害。只有地温很高、染毒地域很大或时间暴露较长时才能引起人员中毒。

三、预防与急救的规则
(一)预防

在敌人使用化学武器时，正确使用防护器材和采取防护措施，能大大减轻或避免毒剂的伤害。因此，积极探索、研究敌人可能使用的化学武器的种类、中毒机理，尽最大限度的采取有效的预防和急救措施，减少或减轻中毒的发生，是义务工作者的职责，也是化学武器防护研究的原则。

1、及时使用防护器材

预防化学战剂中毒所用的防护器材分个人防护和集体防护两类。包括, 防毒面具、防毒衣、防毒斗蓬、防毒靴套、个人消毒急救盒等。但是，已有的防护器材，尚不能全面有效的预防和紧急救治化学武器所致的伤害，根据毒剂的性质、中毒途径和机理、解毒的原理，积极研制新的个人和集体防护器材，是各国军队都从未放松的工作。

2、服用预防药

对于神经性毒剂、全身中毒性毒剂等速杀性毒剂，因其毒性强、作用快，在获得敌方化学战的情报后，可组织服用预防药。但预防药物只是一种辅助的防护手段，不能代替器材防护，因其有效时间短，预防效果有限，且不易掌握服用时间。因此，要加强新的有效药物的研究。

3、遵守染毒区行动规则

在染毒区内,不得脱去防护器材；无必要时不得坐下或卧倒；尽量避免在杂草或树丛中行动和在染毒空气容易滞留的低洼地、堑壕、丛林、山谷、建筑物等处停留；禁止饮水、进食和吸烟等，只有得到命令后才能解除个人防护。

(二）急救和后送治疗措施的研究

　　部队遭受敌化学袭击后的短时间内, 就有大批中毒伤员出现: 伤情复杂、严重、症状发展迅速，救治不当或不及时，常能危及生命，因此，做好各项准备，迅速抢救，早期正确诊断和合理救治非常重要。

因此, 根据战场的实际需要，不断研究新的措施和装备对于完善我军装备水平, 具有非常重要的意义。

抢救的内容有：戴防毒面具；防止继续中毒；尽快使用抗毒剂；对染毒皮肤和服装进行局部消毒；对危及生命的病症进行紧急处理；用急救包包扎伤口；将伤员撤离染毒区。

遭受化学武器袭击出现比较严重的症状有：肺水肿、虚脱、昏迷、呼吸障碍、惊厥、精神障碍等。

救治措施：包括抗毒治疗与综合治疗、局部处理与全身治疗。通常首先救治对速杀性毒剂中毒伤员；对VX染毒伤员,应同时进行皮肤消毒及注射抗毒剂；糜烂性毒剂染毒合并有危及生命的创伤存在时，应将创伤急救放在首位，并尽快阻止毒剂继续吸收，及时使用抗毒剂。

对于上述化学武器袭击前后战场的实际，急需在防毒、急救研究中加大力度，在提高和改进装备和措施方面作出新的贡献。

四、消毒方法的改进　　
常规的消毒方法分为机械、物理和化学法三种。

1、机械法

（1）除去染毒层在染毒地域机械地分离或切除染毒部分的一系列作法等。

（2）隔绝毒剂如用沙土等覆盖染毒地面或深埋染毒物品等一系列作法。掩埋时需加过量漂白粉。

2、物理法

（1）吸附利用有较强的吸附能力的吸附, 吸附体表或水中毒剂。如, 用活性炭吸附空气中、胃内和水中毒剂；用漂白粉、棉花、纱布等吸去皮肤上可见的毒剂液滴等。

（2）溶解、冲洗多数毒剂溶于有机溶剂，可用汽油、煤油、酒精等有机溶剂溶解去除体表或器械表面的毒剂,但多孔的和能被有机溶剂溶解的物品不能使用。也可用水冲洗染毒的表面。如用热水加洗涤剂效果更好。

（3）通风、加热通风可驱散毒剂；高温加热可使毒剂破坏或部分毒剂蒸发。如用热空气（蒸气）对服装、棉毛织品的消毒；染毒水及金属医疗器械的煮沸消毒；以及对少量染毒严重而价值不大的物品进行烧毁处理等。

3、化学法利用化学消毒剂破坏毒剂，使之成为无毒或低毒产物等作法。化学消毒法是一种彻底的消毒方法。消毒反应的基本原理有以下几种：

（1）水解作用多数毒剂(路易氏剂例外)可因水解失去毒性，但常温下水解较慢，加温加碱可使水解加速。

（2）与碱作用碱可破坏抑制毒剂的毒性，特别是G类神经毒和路易氏剂。故常用氨水、碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠等碱性消毒剂消除上述毒剂。　

（3）氧化作用糜烂性毒剂易被氧化剂氧化失去毒性。因此, 用漂白粉浆(液)、氯胺、过氧化氢、高锰酸钾等溶液消除之。路易氏剂还可用碘酒消毒。因为氧化剂一般均有腐蚀作用，不宜用来消毒金属医疗器械或服装等棉毛织品。

（4）氯化作用芥子气易被氯化生成一系列无糜烂作用的多氯化合物等。因此常用漂白粉，三合二、氯胺或二氯异三聚氰酸钠消除芥子气。

　　实际工作中，现有的装备器材不能满足部队的实际需要。因此，应当不断探索新的消毒方法，把更先进的医学、电子学、机械工程学原理和制造技术，引入到消毒装备和措施中。

表9-1 常用的皮肤消毒剂

消毒剂名称消除毒剂

2％碳酸钠水溶液 G类毒

10％氨水 G类毒

10％三合二水溶液 G类毒、糜烂毒

10％二氯异三聚氰酸钠水溶液 V类毒、糜烂毒

10％二氯胺邻苯二甲酸二甲酯溶液 V类毒、糜烂毒

18％～25％氯胺醇水混合溶液或5％二氯胺酒精溶液糜烂毒

5％碘酒路易氏剂

5％二巯基丙醇软膏路易氏剂

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10 楼： Re:毒理学基础

04年04月21日15点26分

第十章神经性与失能性毒剂
神经性毒剂是以神经系统中毒为主的全身性毒剂，其主要特征是抑制神经系统功能，产生相应的中毒体征和症状，严重时可危机生命。而失能剂是一类使人暂时丧失战斗能力的全身性毒剂，主要通过损伤中枢和周围神经系统功能，引起精神活动异常和躯体功能障碍，一般不会造成永久性伤害或死亡。二者在中毒机理和诊治上有一定的联系, 但在中毒症状上有一定差别。

第一节神经性毒剂概述
神经性毒剂是从民用有机磷农药杀虫剂发展而来，1935年德国学者成功地研制出速效有机磷农药杀虫剂--塔崩。由于意外事故，研究者中毒而出现一系列胆碱能危象，这才意识到塔崩对人体有巨大的毒性，此时化学战正处于盛行时期，塔崩很快被用于军事战争并发挥了巨大的作用。原本为农药杀虫剂在战争中使用后的便成为军用毒剂。由于塔崩在军事上特殊用途，研究人员开始深入地研究塔崩的结构, 在塔崩基本结构的基础上, 相继合成了一系列神经性毒剂，最具代表性的四个神经性毒剂是塔崩(tabun)、沙林(sarin)、梭曼(soman)和维埃克斯(VX)。这类毒剂对乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase，AchE)活性有强烈的抑制作用，使乙酰胆碱(acetylcholine，Ach)在体内蓄积，从而引起中枢和外周胆碱能神经功能严重紊乱。因其毒性强、作用快，能通过皮肤、呼吸道、粘膜、胃肠道及眼等吸收引起全身中毒，加之性质稳定、生产容易、使用性能良好，因此成为外军装备的主要化学战剂。

神经性毒剂与常见的有机磷农药属同一类化合物，其中毒原理、临床表现、防治原则和急救方法基本相似。

一、结构与分类　
神经性毒剂属有机磷化合物(organophosphorus compounds)或有机膦酸酯类化合物(organophosphates), 通式和分子结构见表10-1。美军将含有P-CN健和P-F健，即毒剂X取代基为卤素或拟卤素的前三者称为G类毒剂，代号分别为GA、GB和GD；将含有P-SCH2CH2N(R)2 键的化合物称为V类毒剂，如VX、VE、VG、VS及VR等，美军装备的V类毒剂是VX。

通式

表10-1 神经性毒剂主要代表及其分子结构

X OR’

P

O R

毒剂
代号
化学名称
R
X
活性基团(X)

塔崩
GA
二甲胺氰膦酸乙酯
(CH3)2N
C2H5
CN

沙林
GB
甲氟膦酸异丙酯
CH3
(CH3)2CH
F

梭曼
GD
甲氟膦酸特已酯
CH3
(CH3)3C-H-CH3
F

维埃克斯

VX
S-(2-异丙胺乙基)-

甲基硫赶膦酸乙酯

CH3

C2H5

S-CH2CH2N(iC3H7)2

二、理化性质
（一）物理性质

　G 类毒剂的纯品为无色水样液体，工业品呈淡黄或黄棕色，有水果香味；VX为无色、无味、油状液体，工业品呈微黄至棕黄色，有硫醇味。有关物理参数见表10-2。

表10-2 神经性毒剂主要物理性质

毒剂
沸点(℃）
凝固点（℃）
蒸气比重*
挥发度（mg/L,20℃）
脂溶性
水溶性

塔崩
220
-48
5.63
0.321
强
约10％（15℃）

沙林
151.5
-54
4.83
13.2
较强
与水及多种溶剂互溶

梭曼
167.7
-70
6.33
2.647
较强
约1％（0℃）

VX
300以上分解
-39
9.20
0.01
很强
1％～5％（25℃）

*以空气比重为1，表中各值为与空气比重的比值

　　四种毒剂蒸气分别比空气重约5～9倍；其中挥发度以沙林最大,VX最小。前者很易形成战斗浓度，后者在野战条件下靠自然蒸发不易达到伤害浓度。四种毒剂凝固点均较低，冬季施放不会影响使用效果。除沙林可与水任意互溶外，其余三种的比重＞1，水溶性差。施放后落入水中多沉入水底，能长期染毒水源。

（二）化学性质

毒剂纯品在常温下均较稳定，工业品因含杂质，稳定性受到影响，塔崩、沙林和梭曼在150℃以上会明显分解（沙林弹在爆炸时瞬间分解可达30％）。

1、水解反应 G或V类毒剂在水中均可缓慢水解, 水解产物无毒。如沙林的水解产物则为甲膦酸异丙酯和HF，VX的水解产物是甲膦酸乙酯和二异丙胺乙硫醇。反应如下：

　　水解速度依次为GA＞GB＞GD＞VX。例如温度为20℃时，GA水溶液（2.2g/L），经24～25小时则完全水解；GB(0.1g/L)72小时水解39.2%;GD(0.1g/L)温度16-18℃ 时完全水解需76天。VX最慢，25℃水解速度仅及GB的1/5000。

　　加热或加碱可加速毒剂水解。如单纯用煮沸法即可消除G类毒剂，加热V类毒剂虽可使水解加速, 但不完全。对VX染毒的服装或其它物品采用煮沸法消毒时, 加碱可促使VX水解作用完全。酸也加速G类毒剂水解，VX为碱性物质，加酸成盐后水解则更难。

2、与碱反应 G类毒剂与碱作用生成无毒产物，反应迅速（足量NaOH，一般3～5分钟反应即可完成）。因此,可用NaOH和氨水等对G类毒剂进行消毒。如空气中的G类毒剂可用氨水进行喷洒消毒。碱也可以破坏V类毒剂，但作用较慢，常温下需数小时，消毒效果不佳。实际工作中常用加碱、水洗法消除神经性毒剂的污染, 有些物品遭V类毒剂污染, 若耐热也可加

碱煮热法消毒，然后水洗。

3、与氧化氯化剂反应 VX能被二氯胺、次氯酸盐、三合二、二氯三聚异氰酸钠等氧化氯化剂氧化，生成无毒的甲膦酸乙酯和二异丙胺基乙磺酸，可用于消毒。

三、生物活性

化学结构直接决定毒物理化性质和生物活性。神经性毒剂与Ach（Ach）的结构相似，均有一个亲电中心，Ach的亲电中心为乙酰基中的羰基正碳原子(Cδ+)，而神经性毒剂的亲电中心为膦酰基中的正磷原子(Pδ+）；而V类神经性毒剂与Ach的结构中均有一个相似的阳离子端。由于二者结构的相似性,决定它们具有相似的生物活性,如与AchE、AchE受体(AchR)的作用。由上述可知，神经性毒剂分子中含有亲电子的Pδ+，它与Ach分子中的正碳原子Cδ+同样具有亲电子性质，但神经性毒剂的亲电子能力比Ach强。因为，在毒剂分子中，P=O和P-F键上的O、F原子相对电负性(吸电子性)比P原子大得多（相对电负性P =2.1，O=3.5，F=4.0，C&S=2.5）。因此，相对电负性大的O、F 原子吸引电子成为负极，使P成为低电子密度的正极，使P原子带有较多的正电荷和更强的亲电子能力。所以神经性毒剂对AchE有更大的亲和力和抑制力，除与AchE、AchR的作用外,还可以与非胆碱能神经系统作用。同时神经性毒剂除P-X键这个主活性位外，还有R'-O键次活性位。神经性毒剂的化学结构含有多活性中心决定其有广泛生物活性。

第二节神经性毒剂的毒理
神经性毒剂对机体的毒理作用主要为有三个方面：

一是选择性抑制AchE活性，使Ach在体内蓄积，引起胆碱能神经系统功能紊乱，是神经性毒剂中毒的主要作用机理，此神经性毒剂对胆硷能受体的作用是通过AchE对受体的间接作用。

二是毒剂直接作用于胆碱能受体。Ach受体分两类，即毒蕈碱样Ach受体（M-AchR，简称M受体）和烟碱样Ach受体（N-AchR，简称N受体）。实验证明，阻断50％的胆碱能受体不会影响生理功能，阻断70％时，功能才会受到明显影响。

三是毒剂对非胆碱能神经系统的作用。接近LD50剂量时，神经性毒剂能影响中枢非胆碱能系统的活动。如神经性毒剂中毒引起的中枢性惊厥和小脑环磷酸鸟苷(cGMP)浓度的迅速升高，阿托品对之无效，而安定则可使惊厥消失以及cGMP浓度下降。r-氨基丁酸（GABA）是一种与抑制惊厥发生有关的重要物质，对中枢神经元有普遍的效应。实验表明梭曼引起的惊厥，原因是它能干扰GABA能受体对GABA的亲和力和利用率，而安定等苯并二氮杂艹卓类化合物则能增强受体对GABA的亲和力和利用率，故有抗惊作用。此外，还观察到塔崩、沙林和梭曼作用于腺苷酸环化酶和磷酸二酯酶导致脑内环磷酸腺苷（cAMP）和cGMP含量的改变。

一、中毒机理
（一） AchE的正常生理功能

1、分类与分布

胆碱酯酶（ChE）根据其水解基质的专一性和速度不同分真性AchE和假性AchE，前者又称AchE，后者包括丁酰胆碱酯酶(BuchE)和丙酰胆碱酯酶(PrchE)。真性AchE与胆碱能神经的生理功能极为密切，它主要存在于神经细胞突触、神经肌肉接头、红细胞等部位。AchE在细胞膜上的分布可区分为细胞浆内酶（膜内酶）和细胞膜外表面酶（膜外酶），只有位于细胞（突触）膜外表面的AchE才能接触神经末梢释放的Ach和又接近Ach作用的受体，故这些部位的AchE也称功能性AchE。而位于细胞浆内的AchE是合成后尚未运送到膜外面的膜内酶，故也称为贮存AchE。假性AchE主要分布在神经胶质细胞、血浆、肝、肺和心肌等部位，其生理作用至今尚不清楚。

2、AchE的活性中性

AchE是一种糖蛋白，分子量为23-26万道尔顿。它的活性部位（活性中心）包括相距0.5nm的两个部位，即负性部位（阴离子部位）和酯解部位。活性部位只占酶蛋白分子的一部分。负性部位可能是天门冬氨酸或谷氨酸侧链的羧基阴离子（COO-），并被一个疏水区包围着；酯解部位以丝氨酸的羟基为中性，附近还有一个碱基和一个酸基，分别是组氨酸的咪唑基和酪氨酸的羟基。在负性部位和酯解部位附近还各有疏水区，疏水区是由氨基酸的碳氢侧链构成，它具有亲脂性，排斥亲水性基团（如图10-1,10-2）。

Ach（Ach） V类神经性毒剂

图10-1 V类神经性毒剂和Ach（Ach）与AchE作用示意图

3、AchE催化作用原理

AchE的生理功能是，当神经冲动到达胆碱能神经末梢时，突触小泡内的Ach外排至突触间隙，作用于突触后膜的胆碱能受体，引起下一级神经元或效应器的激发。在正常生理条件下, Ach完成传递冲动作用后，随即被突触后膜的AchE在数毫秒内水解，生成乙酸和胆碱。其水解过程分两步进行：当Ach靠近AchE的活性表面时,Ach的三甲铵阳离子（带正电）与AchE的负性部位（带负电）靠静电引力形成离子键而结合，使Ach固定在最有利与酯解部位水解Ach的位置，使之与Ach反应机率提高；AchE 对 Ach水解的催化过程主要在酯解部位进行，在酯解部位酸基和碱基协助下，Ach的乙酰基上的碳原子与AchE丝氨酸的氧原子形成共价键结合，同时酯键断裂，乙酰基与AchE结合形成乙酰酶。然后乙酰酶脱乙酰基，使酶恢复原有活性。乙酰AchE的活性状态是维持神经系统正常功能的重要条件，当AchE活性受到抑制时，就会导致一系列的神经功能紊乱（如图10-1）。

（二）毒剂对AchE的抑制作用

由于神经性毒剂与Ach结构相似，所以其与AchE的作用原理和Ach与AchE的结合方式基本相似。当神经性毒剂靠近AchE的活性表面时，依靠亲脂性（疏水性）吸附或静电引力与AchE的疏水区或负性部位结合，使神经性毒剂固定在最有利与酯解部位发生作用的位置。同样，在酯解部位的酸基和碱基协助下，神经性毒剂的膦酰基上的磷原子与AchE丝氨酸的氧原子形成共价键结合, 同时酯键断裂, 膦酰基与AchE结合形成稳定的膦酰酶(phosphorylated enzyme)，这一过程称酶的膦酰化(phosphorylation)。如图10-1、10-2所示。

G类毒剂的离开基团是短链的酸性基团F或CN,无胆碱类似结构。因此，G类毒剂与AchE的结合不涉及负性部位，主要靠疏水性固定在AchE上，由毒剂分子中亲电子较强的正磷原子与被活化的丝氨酸羟基氧原子以共价键相结合；而V类毒剂抑制AchE的过程与酶对Ach的作用非常相似，V类毒剂的离开的基团近似于Ach中的胆碱部分，依靠疏水性吸附或静电引力与负性部位结合，在羧基和碱基的协同作用下，P-S键断裂，Pδ+与丝氨酸Oδ-形成共价键，产生稳定的膦酰酶（图10-1、10-2）。

　　虽然神经性毒剂和Ach与AchE 的结合方式基本相似，但机体正常代谢中生成的乙酰化酶能在极短的时间内自动脱乙酰基而使酶活化，恢复AchE 的正常生理功能；而神经性毒剂引起的膦酰酶的脱膦酰基反应速度极慢，难于恢复为活性酶，因此, 将膦酰化酶又称中毒酶。G类和V类神经毒与AchE结合形成的膦酰酶非常稳定，一般无自发水解作用，故称此类毒剂为不可逆性AchE抑制剂。

　　另一类药物，如氨基甲酸酯类化合物的新斯的明、吡啶斯的明、毒扁豆碱等为可逆性AchE抑制剂，分子结构中均含一氨基甲酰基和一季铵氮(毒扁豆碱为叔胺)。与酶作用时，首先氨基甲酸酯中的季铵氮阳离子端定位于酶的负性部位，氨基甲酰基则与酯解部位中的丝氨酸羟基氧结合，酯键断裂后形成氨基甲酰酶(carbamylated enzyme)。此一过程称酶的氨基甲酰化(carbamylation)。酶氨基甲酰化后即阻止乙酰化酶的形成，因此它也能使AchE失去水解Ach的能力，从而呈现一定的毒性作用。不过氨基甲酰酶可以自发水解，脱去氨基甲酰基，酶活性即自行恢复。当体内一部分AchE 氨基甲酰化后，酶即被“保护”起来，从而避免神经性毒剂对它的抑制作用。这就是氨基甲酸酯类药物用作酶保护剂(预防药)的基本原理。

综上所述，三种酰化酶(膦酰酶、氨基甲酰酶和乙酰酶)自动恢复酶活性的速度有很大不同。膦酰酶是酰化酶中自动恢复活性最慢的一种，氨基甲酰酶次之，乙酰酶最快。这三种酰化酶自发恢复活性半恢复期（t1/2）分别为：数小时至数天；数分钟；数毫秒。而老化酶则不能水解。这也就形成了毒性较强的有机磷化合物用作，氨基甲酸酯类化合物防护剂的机理，而乙酰酶则为Ach正常生理代谢的神经递质。

（三）中毒酶(膦酰酶)的转归

神经性毒剂与AchE形成的膦酰酶并不是反应的终止，会随着时间和条件的改变而发生转归。自然转归有自动活化反应和老化反应：整个膦酰基脱落，ChE自动恢复酶活性，称自动活化反应；膦酰基的部分基团（R'）脱落，ChE失去酶活性，称老化。当上述两个转归尚未发生时，如果应用适当的药物促进膦酰基脱落而重新恢复为自由酶，称为重活化反应，这

种药物称为重活化剂或复能剂（如图10-1, 图10-2）。

（乙酰化酶）（氨甲酰酶）（膦酰化酶）（老化酶）

t1/2 数毫秒数分钟数小时至数天不能恢复

图10-2 G类神经性毒剂与AchE作用示意图图10-3 氯磷定对中毒酶重活化示意图

1、自动活化酶活性的自动恢复是由弱亲核试剂水分子的阴离子OH-与膦酰酶中膦酰基的Pδ+发生亲核反应，使酶与膦酰基间的共价键断裂，从而使膦酰基从酶分子上水解下来。根据结构不同，各种神经性毒剂与AchE形成的膦酰酶，其自动恢复速率有很大差别。有的恢复较快(如VX)，有的恢复较慢(如GB)，有的几乎不能恢复(如GD)。

2、老化膦酰酶经一定时间作用后，烷氧基上的烷基(R')就会脱落, 即脱落烷基反应(deakylation)。脱落R'后的膦酰酶就失去了重活化的能力。中毒酶从能被重活化的状态转变为不能被重活化的状态，这一过程称酶“老化”(aging)。“老化“的实质是中毒酶负性部位带质子的酸(H+)和膦酰氧形成氢键，促使烷氧键(R'-O)产生断裂,于是烷基(R')脱落。

　　不同中毒酶的老化速度取决于毒剂的种类。梭曼中毒酶老化速度最快，而且几乎无自动恢复现象；VX中毒酶不仅自动恢复快，老化也较慢，这主要与毒剂的烷氧基结构有关：烷氧基的α及β碳原子没有取代基，不易老化，如VX中毒酶；被甲基取代后易老化，如沙林中毒酶；甲基数愈多，老化愈快，如梭曼中毒酶。

　　老化酶一经形成，非但不能自行水解和自动恢复酶活性，而且也失去酶重活化剂对其重活化作用。老化酶不能重活化，原因之一就是烷基(R')脱落后，老化酶上的P原子正电性降低，与带负电的肟基(=NO-)亲和力也随之降低；此外，老化酶带负电的羟基氧与带负电的肟基具有相互排斥作用，进一步影响肟基与P原子的结合。

梭曼的烷氧基较大，能遮盖酶的负性部位，造成空间障碍。在使用酶重活化剂时，硕大的烷氧基能阻碍重活化剂与酶的负性部位结合，这也是梭曼中毒酶难以重活化和重活化剂对梭曼中毒疗效较差的原因之一。

3、重活化应用重活化剂使膦酰基从酶的结合部脱落下来，恢复酶活性已得到实际应用。目前常用的重活化剂多为肟类化合物(oximes)，如氯磷定、双复磷、甲磺磷定、双磷定等。其分子结构中均含有肟基和季铵氮，它们能大大加速脱膦酰基反应的速度，加速酶的活性恢复。反应原理如下：

（1）首先，肟类药物(如氯磷定)分子中季铵氮阳离子端靠静电引力作用结合在酶的负性部位，从而使整个分子固定在最有利于向Pδ+原子攻击的位置。

（2）亲核试剂(肟类重活化剂如氯磷定)与毒剂残基形成中间复合物。

（3）肟类重活化剂的负性肟基(= NO-)对膦酰酶(中毒酶) 的Pδ+原子发生亲核性取代反应，形成膦酰肟并使膦酰基离开酶的活性部位，于是酶恢复原来状态。

　　同一种重活化剂对不同中毒酶的重活化作用强度不同，不同的重活化剂对同一中毒酶重活化作用的相对强度也不一样。例如，氯磷定对沙林中毒酶的重活化率高于对塔崩中毒酶的重活化率；双复磷对塔崩中毒酶的重活化效果优于氯磷定。

　　综上所述，神经性毒剂能使AchE失去水解Ach的能力。在突触部位，AchE的抑制，引起突触后Ach的蓄积和对受体的持续作用是导致胆碱能神经系统功能紊乱的重要原因。重活化剂可使酶的活性重新恢复，但在实际应用时, 对不同毒剂中毒应采用不同的重活化剂进行治疗。

二、毒理作用
神经性毒剂的生物学作用主要是抑制神经系统内的AchE，造成Ach大量蓄积，间接用于受体，此外还有对受体的直接作用等。M受体主要分布在外周副交感节后纤维所支配的平滑肌和腺体包括汗腺上，在中枢则主要分布于大脑皮层锥体细胞，其典型特点是可被阿托品及其同类化合物东莨菪碱、樟柳碱及二苯羟乙酸-3-喹咛环酯所阻断；N受体主要分布在骨骼肌的神经肌肉接头、植物神经节和肾上腺髓质等突触后膜上，在中枢主要分布于脊髓闰绍氏细胞。N受体可分为神经节型(N1-AchR)和神经肌肉接头型(N2-AchR)两种亚型，故阻断剂或拮抗剂被分为神经节和神经肌肉接头两类：前者有美加明、五烃季铵、六烃季铵；后者有十烃季铵、d-筒箭毒、a-银环蛇毒、眼镜蛇毒等。中枢神经系统均存在M和N两种受体，由于中枢神经的M受体和N受体的分布、功能及两者的相互关系尚不完全清楚，故Ach作用于中枢神经系统症状称为中枢症状。因此，就其对受体的作用可分为毒蕈碱样作用(M样作用)、烟碱样作用（N样作用）和中枢作用（表10-3）。

神经性毒剂急性中毒的死亡主要有以下三种原因：即呼吸中枢抑制、呼吸肌麻痹等引起的呼吸衰竭；心收缩力减弱，心率减慢引起的循环衰竭；以及中枢性惊厥。其关键是呼吸衰竭造成窒息死亡。

表10-3 神经性毒剂毒理作用及中毒症状和体征

毒理作用
作用部位
症状和体征

中枢作用
中枢神经系统

（先兴奋后抑制）
紧张不安、情绪激动、头痛头晕、疲倦思睡、记忆障碍、精神抑郁、运动失调、全身无力、惊厥昏迷、反射消失、呼吸抑制

毒蕈碱样作用

(M样作用)
副交感神经

腺体（分泌增加）：

唾液腺、泪腺、鼻、

支气管、胃肠道腺体

平滑肌（收缩）：

瞳孔括约肌

睫状肌

支气管

胃肠道

膀胱逼尿肌

膀胱括约肌（松弛）

心血管（迷走兴奋）

交感神经

汗腺

流涎、流泪、流涕、支气管分泌物增多、肺内干、湿啰音、咯痰

瞳孔缩小

眼痛、视力模糊

胸紧、胸痛、咳嗽、气急、呼吸困难

恶心呕吐、腹痛腹泻、大便失禁

尿频

小便失禁

心动徐缓、血压下降

出汗

烟碱样作用

(N样作用)
交感神经节肾上腺髓质（兴奋）

神经肌肉接头

（先兴奋、后抑制）
皮肤苍白、心动过速、血压升高

肌颤、肌无力、肌麻痹、肌束收缩、呼吸肌肉麻痹、呼吸困难

（一）中枢神经系统功能紊乱

　　神经性毒剂是脂溶性很强的化合物，极易透过血脑屏障，AchE被抑制时，蓄积的Ach作用于M、N受体，能兴奋大脑许多部位,大脑高频发电，脑电图出现癫痫波，同时出现惊厥、强直性或阵挛性抽搐。较长时期的惊厥可破坏大脑各部位功能的平衡和协调。活存动物可观察到因脑损伤引起的行为改变。惊厥时，大脑神经细胞处于高度兴奋状态，脑细胞和全身肌肉要消耗大量能量、妨碍呼吸动作、加重脑组织缺血和缺氧、增加呼吸和循环负担，进而转为抑制, 很快出现昏迷或神志不清。

呼吸中枢和循环中枢抑制神经性毒剂由椎动脉注入，到达延脑、桥脑部位，可引起吸气中枢电位发放短暂增加, 呼吸加深加快，随后吸气中枢很快转为抑制，吸气节律紊乱、减慢以至消失。吸气中枢节律性发放冲动需有一定的血压水平，当血压降至6.665～7.999kPa(50～60mmHg)以下时，呼吸中枢停止活动。吸气中枢完全抑制时，如用人工呼吸维持生命，中枢冲动会恢复发放，可恢复肺通气。因此对严重中毒者维持呼吸循环功能十分重要。阿托品类抗胆碱能药物能有效地拮抗神经性毒剂引起的呼吸中枢抑制, 表明呼吸中枢有M-AchR存在；神经性毒剂对循环中枢的作用较为次要。接触微量梭曼，引起血压和心率明显下降，再由椎动脉注入美加明（N拮抗剂），心率很快恢复，但血压不回升；注入阿托品，血压明显恢复。表明梭曼对延脑心血管中枢既有M样作用，又有N样作用，且可分别被M和N拮抗剂所拮抗，从而证明延脑心血管中枢有M和N受体存在。

大脑皮层和皮层下结构含有大量M受体(约90% M受体，10% N受体)，因此神经性毒剂的上述兴奋作用能被中枢作用较强的抗胆碱能药物-苯那辛或东莨菪碱所拮抗，而阿托品拮抗作用较差。此外，实验表明安定类药物能明显控制癫痫波和惊厥。

（二）呼吸衰竭

　　呼吸衰竭是神经性毒剂急性中毒死亡的主要原因，因此，抢救中毒伤员时，及时给予正压人工呼吸或防止呼吸衰竭是能否抢救成功的关键。

1、抑制呼吸中枢

毒剂对呼吸中枢的作用机制既有间接作用，也有直接作用。毒剂抑制AchE而使蓄积的Ach激动M受体或毒剂直接作用于M受体，结果使呼吸中枢停止发放节律性的冲动，产生呼吸中枢麻痹，失去节律性的有效收缩，呼吸停止, 呼吸中枢的N受体处于次要的地位。

呼吸中枢对神经性毒剂比较敏感。小剂量兴奋呼吸中枢，大剂量引起呼吸衰竭，因而呼吸衰竭造成的缺氧和窒息是神经性毒剂急性中毒死亡的主要原因。中枢抗胆碱药和阿托品可较好地拮抗神经性毒剂中毒所致的呼吸中枢抑制。

2、呼吸肌麻痹

　　神经性毒剂可使神经肌肉接头传导阻滞、肌肉收缩无力和麻痹。原因是早期Ach引起AchR持久性去极化，后期引起AchR 敏感性降低。呼吸肌麻痹，先由膈肌开始至有肋间外肌。及时使用肟类重活化剂恢复AchE活性，即可解除毒剂引起的肌麻痹。神经肌肉接头的突触前或突触后都有N受体，竞争性N受体拮抗药如，箭毒类药物等也有部分拮抗神经性毒剂在接头的作用，因为此类药物剂量稍大也可阻断N受体而导致传导阻滞，故临床应用价值不太大。此外，循环功能的维持、机体供氧的充足，可提高膈肌对毒剂的耐受量，并易于使麻痹的膈肌重新恢复。

3、气体交换受阻

蓄积的Ach一方面作用于喉头、气管和支气管平滑肌上的M受体，使平滑肌持续收缩或痉挛；另一方面作用于呼吸道腺体，促使分泌大量水样分泌物充满呼吸道或到达肺泡。两种原因均可导致气管和支气管及部分肺泡气体交换受阻。阿托品可很好地拮抗此作用。

（三）循环衰竭

毒剂通过对循环中枢抑制和心脏的作用导致心输出量减少和外周血管阻力下降而出现血压下降，心率减慢，心律不齐，严重者心跳停止。

1、心脏中枢抑制毒剂抑制AchE，使蓄积的Ach激动交感中枢M和N受体，使交感中枢传递到外周阻力血管的神经冲动减少，使外周血管平滑肌扩张，出现血压下降。同时，蓄积的Ach 兴奋迷走中枢N受体，使迷走神经传出冲动增强而出现心跳减慢，心收缩力减弱，导致心输出量减少。

2、心输出量减少大量蓄积的Ach兴奋心脏的M受体，使心收缩力减弱，心率减慢，房室传导阻滞和出现室性异位心律，导致心输出量减少。

　　毒剂对心脏、心血管中枢和外周血管均有毒性作用, 而重要地是对心脏的间接作用。因此，毒剂引起的心功能障碍主要归因于Ach的毒蕈碱样作用；其次，也有部分副交感神经节的烟碱样作用。

毒剂对体循环的影响作用比较复杂。中毒时引起心率减慢、血压下降。继之，代偿性使心率加速、血管收缩、血压升高。心脏严重受损时，可促发心力衰竭。中毒引起的循环衰竭可能继发于呼吸衰竭，循环系统的功能状态（衰竭）转而又可影响呼吸系统。

抗毒药：酶重活化剂和抗胆碱药。如M受体拮抗剂(阿托品等)和中枢N受体拮抗剂。

（四）平滑肌收缩

　　神经性毒剂中毒后，蓄积的Ach可引起呼吸道平滑肌收缩或痉孪，导致呼吸道狭窄，从而促进或加重呼吸衰竭的发生；胃肠道平滑肌收缩导致腹部痉挛, 胃肠蠕动增强、恶心、呕吐、腹痛、腹泻、里急后重、大便失禁等；眼对神经性毒剂十分敏感, 接触毒剂时，瞳孔环状肌、虹膜括约肌收缩时, 瞳孔缩小呈针尖状，两侧瞳孔有时可大小不等。睫状肌收缩，悬韧带松弛，晶体变厚，头痛、近视和视觉模糊等。其它途径吸收也可引起缩瞳反应，缩小的程度不等，同时有视觉模糊。

阿托品、肟类重活化剂和神经节阻断剂均可拮抗上述症状。

（五）腺体分泌增加

汗腺、泪腺、唾液腺、呼吸道和胃肠道腺体等均可出现分泌过多，均是大量蓄积的Ach兴奋M受体所致。

M受体拮抗剂（阿托品等）能有效拮抗。

（六）运动系统功能障碍

　　神经性毒剂中毒后，蓄积的Ach作用于N受体，使神经肌肉接头的传导阻滞，轻则表现为肌肉收缩无力，重则表现为肌肉麻痹。肌颤是神经性毒剂中毒特有的症状, 出现较早。肌颤一般自小肌群开始,如眼睑、颜面、舌肌等，有时可扩展至全身。

　　肟类重活化剂能拮抗上述作用，其机理除重活化AchE外，还有生理拮抗作用。

三、中毒分度与诊断
　　神经性毒剂严重者可致死。急性中毒早期死亡者的病理形态改变不明显。晚期死亡症状多与窒息死亡相似。主要表现为，全身血液循环障碍、内脏器官血管扩张、充血和广泛性出血；神经系统和肝脏出现细胞营养不良性改变和胃肠平滑肌痉挛；肺脏小支气管痉挛收缩、管腔狭窄、有较多的分泌物。神经性毒剂是否会引起肺水肿未见报道，但是，有机磷农药中毒患者有肺水肿。此外，毒剂种类、中毒途径、吸收剂量不同，中毒症状出现的时间和中毒程度等会有不同。

（一）中毒症状及分度

　　根据出现的症状和体征及全血AchE活力，神经性毒剂中毒中毒程度分轻、中、重三度。

1、轻度中毒主要表现为毒蕈碱样症状, 并伴有轻度中枢症状。中毒体征主要为瞳孔缩小、流涎、流涕、多汗、胸闷、恶心、无力、头晕等。

全血AchE活性下降为正常值的50％～70％。

2、中度中毒上述症状加重的同时，表现为较明显的烟碱样症状。中毒体征主要为，呕吐、腹痛、呼吸困难、全身性肌颤、步态不稳、头痛、表情淡漠等。

全血AchE活性下降为正常值的30％～50％。

3、重度中毒上述症状进一步加重，中枢症状更为突出。表现为呼吸极度困难、严重缺氧紫绀、全身广泛性肌颤、大小便失禁、昏迷，严重者死于呼吸循环衰竭。

全血AchE活性下降为正常值30％以下。

　　暴露于低浓度的毒剂蒸气或气溶胶，仅见眼、鼻和呼吸道反应：瞳孔缩小、流涕和轻度呼吸困难。若能及时离开毒区，症状不再发展并逐渐消失。

　　吸入高浓度毒剂时，在1～2分钟内病人出现惊厥、昏迷、肌肉麻痹、窒息等现象。初期瞳孔缩小、流涕、流涎、流泪等很明显。急救若不及时，可在数分钟之内死亡。

（二）不同途径中毒特点

　　神经性毒剂中毒，接触部位首先出现症状。

1、呼吸道 G类毒剂及雾状VX主要由呼吸道吸入中毒。吸入中毒的毒性以VX最大，依此为梭曼，沙林，塔崩。1～2分钟内在出现缩瞳的同时，有胸闷、流涕、咳嗽、支气管痉挛和长时间的喘息呼气，随后出现全身中毒症状。

2、皮肤皮肤吸入中毒是VX的主要中毒途径，皮肤毒性依次为VX，梭曼，塔崩，沙林。皮肤染毒首先在染毒处出现肌颤和出汗, 经数十分钟或数小时潜伏期出现全身中毒症状，病程较缓慢。毒剂经伤口吸收，速度快，危险性大、局部肌颤明显、持续时间较久。

3、消化道　误服染毒食物或水，可在数分钟后出现胃痛、恶心、呕吐、腹泻等，然后迅速出现全身中毒症状。瞳孔可不缩小。

4、眼眼接触毒剂后数分钟或立即出现瞳孔缩小、流泪和视力减弱。其中眼对低浓度沙林十分敏感，很快引起缩瞳和视力障碍。瞳孔缩小可持续1～3天。缩瞳程度决定于接触的毒剂量。眼痛可在3～14天内逐渐消失。结膜充血、头痛可持续2～5天。毒剂经眼吸收可迅速引起全身中毒，0.01ml沙林滴入眼内可使人致死。

　　神经性毒剂中毒后如能及时救治，一般不留后遗症(梭曼例外)。若救治不及时，可留有神经系统功能紊乱和脑损伤。

（三）诊断

1、毒剂侦检包括自动快速侦检和常规侦检。

2、症状特点　胸闷或紧缩感、呼吸困难、局部或全身肌颤可以确诊。眼睛接触毒剂时瞳孔缩小。皮肤或口服中毒, 瞳孔可能正常或在出现全身中毒症状的同时，还有瞳孔轻度或中度缩小、流涕、流涎、流泪、流汗小便失禁等特征。重度中毒出现惊厥、昏迷时应与氢氰酸、一氧化碳及光气闪电型中毒相鉴别。

3、AchE活性测定　全血AchE活性测定作为辅助诊断措施。但在中毒症状已很明显时不要因为测定此酶免延误治疗。有时中毒程度与酶活性抑制程度不一致，可能与中毒途径、剂量大小和毒剂吸收快慢有关。如一次吸入高浓度毒剂出现严重中毒，但酶活性抑制可能并不明显；长期或多次吸入小剂量毒剂时，酶活性可下降至很低而不出现中毒症状；毒剂经伤口或粘膜迅速吸收，症状出现快而严重，但酶活性下降并不严重等。特别需要注意地是, 眼或呼吸道局部染毒后出现局部症状，血液AchE活性可能不发生抑制。

　　在判断全血AchE活性意义时，应注意其活性的正常范围很宽, 许多急性或慢性疾病，特别是影响肝功能的疾病，血液AchE活性也有中等度降低。一些不常见的血液疾病，如恶性贫血、白血病也能使血液AchE活性下降。

4、药物试验性诊断　静脉或肌注2mg阿托品(或0.3～0.5mg东莨菪碱)，如能缓解毒蕈碱症状又无阿托品化反应，可初步诊断为神经性毒剂中毒。否则，会出现轻度阿托品反应: 心率加快、口干、颜面潮红、皮肤干燥、瞳孔扩大等。如在1～2小时内重复应用，阿托品反应加重，则可否定为神经性毒剂中毒。重度中毒伤员常能耐受较大剂量的阿托品。使用肟类化合物能拮抗肌颤和肌无力，有助于进一步诊断。

第三节失能性毒剂概述

失能性毒剂(incapacitating agents)简称失能剂，是一类使人暂时丧失战斗能力的化学战剂。中毒后主要引起精神活动异常和躯体功能障碍,一般不会造成永久性伤害或死亡，其典型代表为毕兹(BZ)。1993年“禁止化学武器公约”生效后，失能剂的研究在外军很受重视，成为一个新的研究热点。

　BZ的化学名称为二苯羟乙酸－3－奎宁环酯（3-quinuclidinyl benzilate，QNB），属替代羟乙酸氮杂环酯类化合物。美军于1962年装备部队。结构式为：

一、失能剂分类
按其毒理效应不同，失能剂可分为精神性失能剂和躯体性失能剂(躯体失能剂本教材未做介绍。

（一）精神性失能剂　

精神性失能剂主要引起精神活动障碍。如知觉、情感、思维活动的异常和紊乱。因作用特点不同，又可分为中枢抑制剂和中枢兴奋剂。

中枢抑制剂能降低或阻断中枢神经系统活动，干扰突触信息传递。主要代表物有抗胆碱能化合物BZ、四氢大麻醇类化合物、吩噻嗪类和丁酰苯类化合物。

中枢兴奋剂使神经冲动传递加强，进入中枢的信号过多，引起过度的神经活动。其代表有麦角酰二乙胺（LSD）、蟾蜍色胺、西洛赛宾、西洛辛、麦司卡林等。

（二）躯体性失能剂　　

躯体性失能剂主要引起机体运动失调、瘫痪以及呕吐、失明、致聋、体温失调、低血压及震颤等。这类化合物有苯咪胺、箭毒、震颤素等。目前尚未见外军装备的信息。

　　必须指出，精神性或躯体性失能剂并不能截然分开。有些具有失能作用的化合物既有精神作用又有躯体作用，只是根据其主要作用而划分的。失能剂种类虽多，外军作为制式装备的仅有BZ一种。

二、理化性质
（一）物理性质

　　毕兹是一种无特殊气味的白色或微黄色的结晶粉末。沸点较高(＞300℃)，熔点为165～166℃，不溶于水，可溶于氯仿、苯、二氯乙烷及乙酸乙酯等有机溶剂，微溶于乙醇。如将BZ溶于二甲亚砜中，则将提高BZ皮肤渗透与吸收能力, 可大大提高BZ的皮肤毒性，挥发度很小，性质稳定，在200℃下加热2小时，只有百分之十几分解。

（二）化学性质

1、水解反应毕兹常温下很难水解，可使水源长期染毒。加热加碱可使水解加速。加压煮沸大部分可水解破坏。

2、成盐反应毕兹奎宁环上的叔胺，呈碱性，遇酸生成盐，即可溶于水。因此，毕兹在酸性水溶液中的溶解度随pH值的降低而加大。

三、中毒途径和毒性
　　毕兹造价昂贵，野战使用时分散困难，气溶胶颗粒大小不均，潜伏期长，中毒效果较难预测，气温高时容易引起中暑，甚至死亡，因而在战术使用上有局限性。BZ用爆炸或热分散法施放后呈白色烟雾，主要经呼吸道吸入中毒。应用合适的液体配方如二甲基亚砜可经皮肤吸收中毒。

　　BZ吸入中毒的半数失能浓时积(ICt50)为110mg·min/m3，30％失能浓时积（ICt30）为90mg·min/m3。肌肉注射失能剂量为6μg/kg。对人的半数致死剂量估计为200000mg·min/m3。安全比（LCt50/ICt50）在103数量级以上。

第四节失能性毒剂的毒理
一、中毒机理　　
BZ属中枢和周围抗胆碱能类化合物，与阿托品、东莨菪碱等的毒理作用非常相似。它能阻断Ach与M受体的结合，从而改变或损伤神经系统的正常生理功能。但BZ的中枢作用比阿托品强约40倍。因此，中毒特点主要是造成中枢神经系统的功能障碍。周围作用的强度与阿托品相似。

BZ等抗胆碱能药物含有类似神经递质Ach的基团和立体结构，其分子能与胆碱能受体表面结合，形成牢固的药物受体复合物，因而能有效地阻止Ach和受体的结合。毕兹与胆碱能受体的结合是可逆的，因此它对胆碱能的阻断作用也是可逆的。体内AchE能迅速分解Ach，却不能破坏BZ，故BZ在体内代谢较慢，需时数天。

使用可逆性AchE抑制剂使Ach不被AchE破坏，蓄积的Ach达到一定的浓度时，就能在受体水平上与BZ发生竞争性拮抗作用。

二、毒理作用
（一）中毒症状

1、中枢症状中枢神经系统功能活动是受多种神经递质调节而发挥作用的。BZ阻断中枢的Ach作用，从而破坏中枢神经系统功能的完整性和协调性, 引起思维、感觉和运动障碍。

思维、感觉障碍的主要表现有：眩晕、嗜睡、思维活动迟缓、反应迟钝、判断力、注意力、理解力和近期记忆力减退；当BZ作用达高峰时，由于大脑皮层处于深度抑制，皮层下中枢兴奋，出现谵妄综合征，如躁动不安、行为失常、胡言乱语、思维不连贯和幻觉等。

运动障碍表现为：初期中毒者，感觉手脚无力，言语不清；继之有不自主活动、共济失调、行动不稳，甚至摔倒。由于起源大脑皮层深部的锥体细胞受到BZ的阻断作用，因而出现反射亢进及巴彬斯基征阳性。

2、周围症状 BZ与毒蕈碱型胆碱能受体结合后阻断胆碱能神经冲动的传导，肾上腺素能神经冲动效应相对加强，出现与阿托品类似的症状和体征：瞳孔散大、视力模糊、口干、心跳加快、皮肤干燥潮红、体温升高、便秘及尿潴留等。

　　毕兹小剂量中毒时，主要表现为口干、心跳加快、瞳孔散大、皮肤潮红而干燥、体温升高等外周症状，并伴有头晕、无力、注意力减退以至昏睡等症状。

（二）中毒过程与诊断

1、中毒过程

较大剂量失能性毒剂中毒过程如下：

　　失能性毒剂中毒后在0.5～1小时内, 可不出现任何症状。随后出现周围神经阿托品样症状，如口干、心跳加快、皮肤潮红等。继而出现运动障碍及思维、感觉混乱等症状,如共济失调、思维活动迟缓、幻视、幻觉等。中毒后4小时达到高峰，伤员完全处于谵妄状态，对周围环境不能有效的反应，不能正确执行命令和失去完成任何任务的能力。中毒12小时后症状逐渐减轻，2～4天可恢复正常。

2．诊断

（1）中毒史应详细收集中毒当时的情况，结合战前的有关情报进行分析。BZ施放后多呈烟态，对眼和呼吸道无明显刺激，中毒症状出现较晚，有一定的潜伏期，可同时发现成批症状相同的伤员。

（2）症状特点当中毒者出现头晕或眩晕、不服从命令、胡言乱语、步态不稳及其它反常行为时，就应考虑毕兹中毒的可能性。如，伴有口干、心跳加快、体温升高、颜面潮红、瞳孔散大等症状时，就应基本上判定为毕兹中毒。

（3）毒剂检定条件允许时可对水、食物或中毒者的呕吐物进行检验，结合防化分队的侦检结果以明确诊断。

鉴别诊断：BZ中毒应与神经性毒剂和其它失能剂如麦角酰二乙胺(LSD)等相鉴别，LSD系中枢兴奋性失能剂。

第五节神经性与失能性毒剂预防、救治
一、预防
神经性毒剂和失能性毒剂均以器材防护为主。药物预防对神经性毒剂有较好的效果，防化兵已有相应装备。

（一）器材防护

当发现敌人化学袭击或接到毒剂警报信号或命令时立即穿戴个人防护器材或进入集体工事。抢救或处置伤员时，抢救人员要做好防护，以防间接染毒。　

（二）药物预防

　　预防药可延缓中毒，减轻中毒程度，给急救以必要时间，增强救治效果。特别对梭曼中毒，服用预防药可以提高救治效价，减少死亡。

预防药物为复方制剂，主要成分为酶保护药、酶重活化剂和抗胆碱能药物。我军装备的11号急救针由阿托品、苯那辛和氯磷定组成。

1、酶保护药毒扁豆碱、吡啶斯的明、新斯的明等氨基甲酸酯类化合物均为可逆性AchE抑制剂。此类药物与AchE呈可逆性结合，与神经性毒剂竞争酶活性中心，从而发挥发挥酶保护作用。氨甲酰酶半活性恢复期为数分钟，当毒剂在体内经代谢失去毒性后，氨基甲酰酶自发水解脱去氨基甲酰基，酶即恢复为活性状态。

2、重活化剂氯磷定、甲磺磷定、双复磷和双磷定是临床上常用的肟类酶重活化剂，分子结构中含有效基团吡啶和醛肟基，故均属吡啶醛肟类化合物（图10-4）。

　　氯磷定含一个肟基，较含二个肟基的双磷定和双复磷作用弱。使用相同剂量时，双季铵肟类药物的重活化作用较单季铵肟类药物强。上述药物均系季铵盐，不易透过血脑屏障，对脑内中毒酶无重活化作用，对抗中枢症状效果很差，对梭曼中毒酶无重活化作用。

　70年代后，发现新的双吡啶单肟类重活化剂，其中重要的有酰胺磷定（HI-6）、环已磷定（HGG-42）和对环已磷定（BDB-27）。这类新重活化剂对外周未老化的梭曼、沙林和VX中毒酶有一定的重活化作用，但对塔崩中毒酶作用较差。另一合成药HLǒ-7对GA、GB、GD和VX均有明显的治疗作用，其重活化作用优于HI-6，因而被认为是广谱重活化剂。

A 氯磷定(2-PAM·Cl)　B 双复磷(LüH-6)　C 甲磺磷定(P2S)　D 双磷定(TMB-4)

E HI F HGG-42 G BDB-27 H Hlo-7

图10-4 几种酶重活化剂分子结构

　　近年来几类新型酶重活化剂—叔胺型酶重活化剂在我国得到应用和发展，此类药物对VX沙林抑制的AchE，具有高效重活化作用。有的对4种神经性毒剂均有很强的抗毒效能。

3、抗胆碱能药物亦称受体保护药。抗胆碱能药物种类较多，主要作用是与受体结合拮抗Ach, 保护胆碱能受体的作用；在神经性毒剂中毒Ach大量蓄积时，能有效地与Ach竞争受体。既可用于预防、也可用于治疗。常用的有阿托品、东莨菪碱和苯那辛, 见表10-4。

表10-4 神经性毒剂中毒预防药物

预防机理常用药物种类化学结构分类作用机理

酶保护药毒扁豆碱、吡啶斯的明、新斯的明氨甲基酸脂类竞争性与AchE结合，保护酶

重活化剂氯磷定、甲磺磷定、双复磷、双磷定吡啶醛肟类 ①复活膦酰酶；②拮抗神经阻

HLǒ-7 断作用；③微弱的解胆碱能。

抗胆碱能阿托品、东莨菪碱、苯那辛竞争性受体结合，防止Ach

大量蓄积产生毒性作用

　　阿托品是周围作用较强的解胆碱能药，能有效地拮抗所有毒蕈碱样症状和呼吸中枢抑制。但对烟碱样作用无效，抗惊厥效果差；苯那辛是中枢解胆碱能药，中枢作用比阿托品强而全面，能有效地拮抗呼吸中枢麻痹、控制惊厥。拮抗外周毒蕈碱样作用较弱；东莨菪碱的中枢和外周作用均比阿托品强，故可单独应用。

二、急救　
毒剂中毒时急救至关重要，急救原则是自救与互救相结合，防止继续中毒，维持呼吸循环功能，抗毒治疗与对症治疗相结合等。而BZ毒性较低，一般不需要急救。

（一）立即给予足量的抗毒药

　　敌方施放毒剂后，当出现神经性毒剂中毒症状时，如视力模糊、胸闷、气短、流涕、肌颤或恶心、多汗等，立即肌肉注射神经性毒剂急救针1支。严重中毒时2～3支。后送途中如症状复发，可重复注射1～2次，每次1支，间隔1～2小时，使中毒者出现“阿托品化”指征（口干、皮肤干燥、心率90～100次/分）。无急救针时，应酌情注射阿托品2～5mg。

（二）防止继续中毒

对不能自救的个人应给以互救，包括医务人员和非医务人员对中毒者及时采取恢复或维持生命功能的应急措施：①戴防毒面具或更换失效的面具，必要时仍需进行皮肤防护；②消毒：服装、轻武器被液态神经性毒剂污染时，戴上防毒面具后立即用制式个人消毒手套或其它消毒剂消除染毒部位；眼被毒剂污染时，在染毒区内尽可能摒气，迅速用清水洗眼，然后戴上防毒面具；伤口染毒时用水冲洗，并在肢体伤口端上扎上血带。防毒面具很好防护效果。皮肤染毒时，用肥皂水或清水洗消。条件允许时，将伤员撤出染毒区。经呼吸道中毒伤员往往有一定时间的潜伏期，这个时间可用来做救治的准备。③误服染毒水和食物时，立即刺激舌根反复引起呕吐。有条件时，用净水或2％碳酸氢钠溶液洗胃；④失去战斗力者尽快撤离染毒区。

（三）维持呼吸循环功能

　　当中毒者出现呼吸明显抑制或停止时，立即进行正压人工呼吸。在染毒区内用带有滤毒罐的风箱或复苏器进行人工呼吸。离开染毒区后或在未污染的大气中，无人工呼吸器时，在对中毒者面部消毒后用口对可口或口对鼻进行人工呼吸。在染毒区如无带滤毒罐的人工呼吸器，在戴防毒面具条件下试用压胸举臂法或压背举臂法进行人工呼吸。BZ中毒伤员处于昏迷状态，要注意维持呼吸道的通畅，取俯卧位，头转向一侧，以免呕吐物被吸入气管内。对躁动不安的伤员加强监护，尽快后送治疗，以免发生意外。　

（四）必要的辅助治疗

1、全身洗消

脱去染毒的服装和鞋袜，必要时对染毒部位进行补充消毒。洗澡、换衣。

2、继续维持呼吸循环功能

（1）及时消除呼吸道分泌物，保持呼吸道通畅。呼吸不畅或分泌物较多时，应取适当体位。

（2）呼吸困难、紫绀时给病人吸氧。

（3）呼吸衰竭或停止时立即施行正压人工呼吸。如病人状况和条件允许，可行气管插管或气管切开术。

（4）心跳停止时立即胸外按压，并按常规心肺脑复苏处理。

此外，应进行抗毒治疗、对症治疗等，使病人尽快转入安全状态。

三、抗毒治疗及药物应用
（一）神经性毒剂的抗毒治疗

目前临床应用的有抗胆碱药和AchE重活化剂。或采用上两类药物组成的复方。而分解毒剂、抑制Ach释放等的药物目前还没有得到应用。

1、抗胆碱药的应用中毒者经急救后仍有毒蕈碱样症状时，应继续给阿托品等抗胆碱药，直至出现轻度“阿托品化”指征。病情较重者适当重复用药，维持轻度“阿托品化”24～48小时。但应防止药物过量出现毒副作用或阿托品中毒。阿托品的用法见表10-5。

表10-5 神经性毒剂抗毒药物阿托品的用法

中毒程度
轻度
中度
重度

给药途径
肌注或口服
肌注或静注
肌注或静注

首次给药剂量（mg）
1.0～2.0
2.0～5.0
5.0～10.0

重复给药剂量(mg)
0.5～1.0
1.0～3.0
3.0～5.0

给药间隔时间(min)
＞45
＞30
＞15

　　蒸气态染毒时，神经性毒剂中毒后“阿托品化”瞳孔扩大和临床改善之间不一定正相关。给予大剂量阿托品甚至出现药物中毒，也不一定出现明显的瞳孔扩大。

　　炎热天气或气温较高时，应防止重复应用过多抗胆碱药而导致中暑。

　　对于缺氧明显、有紫绀症状的病人，阿托品可诱发心室纤颤。因此，在使用阿托品时要积极纠正缺氧。阿托品过量中毒病人出现狂躁、不安、幻觉、谵妄、昏迷、抽搐时，可肌注氯丙嗪10～20mg或安定10mg。

2、AchE重活化剂的应用双复磷的用量约为氯磷定的1/2或1/3，用法与氯磷定相同（表10-6）。如中毒者仍有毒蕈碱样症状，应同时配伍用抗胆碱药或肌注神经性毒剂急救针（或复方）1～2支。中毒48小时后，用重活化剂无明显疗效时，应停止使用重活化剂。

表10-6 神经性毒剂抗毒药物—氯磷定的用法

中毒程度
轻度
中度
重度

给药途径
肌注
肌注或静注
肌注或静注

首次给药剂量（g）
0.5～1.0
1.0～1.5
1.5～2.0

重复给药剂量(g)
--
0.5～1.0
1.0～1.5

给药间隔时间(min)
--
60～120
30～120

3、抗毒药物的应用原则

（1）尽早首次足量给药给药愈早效果愈好。其次，同时首次足量给与各种药物快速达到血药浓度。不宜静脉滴注，否则药物不易达到有效血药浓度，影响疗效。

（2）联合用药中毒早期抗胆碱药和重活化剂同时伍用可发挥协同作用，提高疗效。两药合用时，应适当减少用量，以防过量中毒。

（3）重复用药首次用药后，在一定时期内必须根据病情适当重复给药，以维持药物有效浓度。

（4）防止给药过量要注意药物过量带来不良后果。

　　中毒者全血AchE活性稳定在正常值50％～60％以上可停药观察。梭曼中毒，因中毒酶易老化，其酶活性仍可处于较低值。

（二） BZ中毒的抗毒治疗

具有中枢作用的可逆性乙酰AchE抑制剂氨基甲酸酯类药物（毒扁豆碱、解毕灵等）对毕兹及其类似物中毒都有很好的疗效。

1、抗毒作用毒扁豆碱和解毕灵（催醒宁）都是生理作用强、毒性较大的可逆性AchE抑制剂。因系叔胺盐，能迅速透过血脑屏障，有明显的中枢作用。药物进入机体后与中枢神经系统和外周神经中的乙酰AchE形成易于解离的复合物，使酶暂时失去活力，导致Ach蓄积，并与BZ竞争毒蕈碱样受体，从而达到解毒效果。　　

解毕灵的毒性比毒扁豆碱小，作用时间比毒扁豆碱长。小白鼠腹腔注射3/5LD50剂量的解毕灵和4/5LD50剂量的毒扁豆碱，测定不同时间全血AchE活力,可看出解毕灵对AchE的抑制，其作用强度和持续时间都超过毒扁豆碱。此外，还有催醒安、7911复方等药物也有较好的疗效。

2、临床应用根据病情轻重首次肌注毒扁豆碱2～4mg或解毕灵10～20mg，给药后40分钟（毒扁豆碱）或1小时（解毕灵）症状如无明显改善、又无明显副作用时，可重复上述剂量。待症状明显改善后，如意识清楚、回答切题、心率减慢接近正常水平时，可改为维持量。毒扁豆碱第1～2小时肌注1～2mg；解毕灵每3～4小时肌注或口服10～15mg。直至中毒症状基本消失。整个疗程可能需数小时至数天。

　　毒扁豆碱过量会引起胆碱能毒性反应。给药后如患者出现心率不齐，血压下降、脉搏低于60次/分时应暂停使用。心率明显减少或有严重呕吐时可肌注阿托品0.5mg。一般用药过量的反应常是轻微的，适当减少用量或延长给药间隔时间，则避免再次出现明显的副作用。

　　应当指出的是，在毕兹中毒早期毒扁豆碱的效果较差，而在中毒4小时以后疗效显著提高。毒扁豆碱并不能迅速缩短毕兹的中毒过程，过早中止治疗会导致中毒症状复发。这是因为被毒扁豆碱抑制的AchE活力的短时间内能自动恢复，毒扁豆碱的生物半衰期只有30分钟，因此，必须重复给药。

　　新斯的明为毒扁豆碱的同系物，作用亦相似，因系季铵盐，不能透过血脑屏障，中枢作用极弱，因此不能用新斯的明代替毒扁豆碱治疗毕兹中毒。但可用以拮抗周围症状。

四、对症治疗
（一）神经性毒剂中毒的对症治疗　　

1、保持病人安静和控制惊厥病人经抗毒治疗后仍有焦虑、烦躁或惊厥时，肌肉注射安定10～20mg。

2、眼的治疗眼局部染病引起的症状如严重缩瞳、眼痛和头痛，局部用1％阿托品眼药水或2％后马托品眼膏治疗。

3、维持水、电解质和酸碱平衡严重中毒有脱水现象者应静脉补液。但输液不宜过快过多，以免引发肺水肿或脑水肿。有酸中毒时要及时纠正，有电解质丢失时应及时补充。

4、防治感染严重中毒者应给予抗生素。肺部感染时，可按内科肺炎治疗常规选用适当抗生素进行治疗。

5、加强护理重度和中度中毒者应卧床休息、安静保温、密切观察病情和全血AchE活性的改变。对重度中毒或酶活性低于正常值50％者，应特别注意呼吸、心率、血压和酶活性的变化，延长治疗及观察时间，防止病情突变。

（二） BZ中毒的对症治疗

1、躁动中毒伤员常因抗毒剂量不足或膀胱过度充盈，出现明显躁动，这种伤员经过追加药物剂量即可安静。但重度中毒伤员可以出现极度躁动，甚至全身抽搐，这时即使给予大剂量的拮抗药物，也不一定能够控制症状。此时，可酌情慎用安定剂。如小剂量氯丙嗪（25mg肌注），使伤员入睡，减少体力消耗。对呼吸有明显抑制的镇静药如巴比妥类、吗啡类药物应禁用，因为毕兹可以加强这些药物对呼吸的抑制。

2、高热由于伤员不能排汗，可能出现严重高热，体温迅速上升超过41℃，处理如不及时，可导致心血管衰竭而死亡。为此，应迅速用冰袋、酒精擦浴等方法降温。同时给氧纠正缺氧。为纠正酸中毒可静脉滴注5％碳酸氢钠溶液200～400ml。应用20％甘露醇250ml静脉滴注以防脑水肿。此外可用利尿酸钠25mg静注预防肾功能不全。

3、昏迷对昏迷伤员要加强护理，防止吸入性肺炎。同时严密观察病情变化，补充体液和营养，给抗生素以防感染。

4、尿潴留中毒后12小时如不排尿，即应检查膀胱扩张情况，一旦发现尿潴留，可针刺足三里、三阴交、关元，也可用新斯的明0.5～1mg或毛果芸香碱5～10mg皮下注射。必要时导尿。

5、瞳孔散大经抗毒治疗后瞳孔仍大时，可用0.25％毒扁豆碱或1％毛果芸香碱滴眼。

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