毒理学基础.ppt

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1、毒理学基础现在学习的是第1页，共90页从生物医学角度研究化学物质对生物机体的损害作用及其机制的科学。任何一种化学物在一定条件下都可能是对机体产生任有害作用。药物毒理学卫生毒理学 研究范围：化学物质物理因素、物理因素等毒理学（toxicology）现在学习的是第2页，共90页卫生毒理学的目的，就在于研究外源化学物的毒性和产生毒作用的条件，阐明剂量效应(反应)关系，为制订卫生标准及防治措施提供理论依据。现在学习的是第3页，共90页外源化学物(xenobiotics)是在人类生活的外界环境中存在、可能与机体接触并进入机体，在体内呈现一定的生物学作用的一些化学物质。内源化学物，是指机体内原已存在的和代

2、谢过程中所形成的产物或中间产物。现在学习的是第4页，共90页卫生毒理学(Health Toxicology)与共卫生工作有直接联系的各个毒理学分支的基础和总称。包括环境毒理学、工业毒理学、食品毒理学、农药毒理学、放射毒理学等。现在学习的是第5页，共90页毒理学外源化学物吸收、分布靶器官毒效应暴露剂量 代谢、排泄 描述毒理学 机制毒理学 管理毒理学现在学习的是第6页，共90页外源化学物(xenobiotics)是在人类生活的外界环境中存在、可能与机体接触并进入机体，在体内呈现一定的生物学作用的一些化学物质。内源化学物，是指机体内原已存在的和代谢过程中所形成的产物或中间产物。现在学习的是第7页，共

3、90页毒理学研究外源化学物对机体的有害作用，而不是有益作用(如营养作用、治疗作用等)。现在学习的是第8页，共90页中毒(poisoning)是生物体受到毒物作用而引起功能性或器质性改变后出现的疾病状态。根病变发生的快慢，中毒可分为急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒。在慢性中毒过程中有时可出现急性发作。现在学习的是第9页，共90页 毒理学的研究方法模型原型体内试验(in vivo test)，体外试验(in vitro test)人体观察和试验流行病学调查现在学习的是第10页，共90页替代法（3R）替代法（alternatives，3R）是指替代（replace）减少（reduce）优化（refin

4、e）包括细菌培养、人和哺乳动物细胞组织培养、特定动物器官、非生物人工系统或计算机分析程序等。现在学习的是第11页，共90页1 毒理学主要概念毒性（toxicity）一种化学物接触或进入机体后引起有害生物学作用的能力。危害（hazard）笼统地表示化学物在通常条件下对机体造成有害作用的可能性。对机体引起有害作用。现在学习的是第12页，共90页 毒理学主要概念危险度（risk）指一种化学物在具体的接触条件下，对机体造成损害可能性的定量估计。即指接触污染物时产生不良效应的预期频率。危险度可分为归因危险度和相对危险度。安全性（Safety），低于社会可接受的危险度就是安全，否则为不安全。在毒理学中，安

5、全性评价（Safety evaluation）是利用规定的毒理学程序和方法评价化学物的安全性。现在学习的是第13页，共90页损 害 作 用 损害作用应具有下列特点：机体的正常形态、生长发育过程受到严重的影响，寿命亦将缩短。机体功能容量降低。机体维持稳态能力下降。机体对其它环境因素不利影响的易感性增高或对额外应激状态代偿能力降低。现在学习的是第14页，共90页有阈:系统毒性、致畸安全限值无阈:致癌、致突变实际安全剂量(VSD)毒性作用分类现在学习的是第15页，共90页 毒性参数和安全限值的剂量轴低 高 安全限值 NOAEL 阈 LOAEL NOAEL 阈 LOAEL MTD MLD LD50 L

6、D100 或VSD LD01 慢性 急性 现在学习的是第16页，共90页 毒性上限参数致死剂量：绝对致死量（LD100）半数致死剂量或浓度（LD50或LC50）最小致死量（MLD，LD01）最大耐受剂量（MTD，LD0）现在学习的是第17页，共90页 毒性下限参数（1）观察到有害作用剂量（LOAEL）（2）有害作用阈（threshold）（3）末观察到有害作用剂量（NOAEL）非有害作用（1）最小有作用剂量（2）阈（threshold）（3）最大无作用剂量现在学习的是第18页，共90页 100%*50 *15 30 60 NOAEL LOAEL mg/kg 阈剂量反应关系现在学习的是第19页，

7、共90页试验结果综合评价 剂量 AST 肝病理 尿RBC 肾病理200mg/kg +60mg/kg +20mg/kg 靶器官 肝 肾LOAEL 60mg/kg 200mg/kg NOAEL 20mg/kg 60mg/kg 总结：NOAEL 20mg/kg；LOAEL 60mg/kg现在学习的是第20页，共90页 安全限值有阈毒性作用：安全限值=NOAEL/SF每日容许摄入量（ADI）最高容许浓度（MAC）US EPA的参考剂量（RfD，RfC）无阈毒性作用：实际安全剂量（VSD）现在学习的是第21页，共90页安全系数不确定系数 不确定系数100倍 物种间差异10倍 个体间差异10倍 毒效学 毒

8、动学 毒效学 毒动学 100.4 100.6 100.5 100.5 (2.5)(4.0)(3.2)(3.2)现在学习的是第22页，共90页致癌试验的剂量反应关系 和 2-AAF百万小鼠致癌试验结果现在学习的是第23页，共90页有阈:系统毒性、致畸安全限值无阈:致癌、致突变实际安全剂量(VSD)毒性作用分类现在学习的是第24页，共90页 毒性参数和安全限值的剂量轴低 高 安全限值 NOAEL 阈 LOAEL NOAEL 阈 LOAEL MTD MLD LD50 LD100 或VSD LD01 慢性 急性 现在学习的是第25页，共90页剂量-反应比较 1治疗指数（TI）对于药物，常用治疗指数来计

9、算其安全性，TI=LD50/ED50。TI越大安全性越高。有认为新药的治疗指数大于5 时，可考虑进行下一步临床前实验研究。TI的缺点是没有反映疗效和毒效应剂量-反应关系的斜率。现在学习的是第26页，共90页（三）剂量-反应比较1治疗指数（TI）对于药物，常用治疗指数来计算其安全性，TI=LD50/ED50。TI越大安全性越高。有认为新药的治疗指数大于5 时，可考虑进行下一步临床前实验研究。TI的缺点是没有反映疗效和毒效应剂量-反应关系的斜率。现在学习的是第27页，共90页2安全界限（safety margine）对药物SM=LD01/ED99，即疗效最小致死剂量LD01 与ED99的比值。主要

10、用于单次给药。对非药品的其它化学品的可表示为 SM=NOAEL/SED 其中SED为系统暴露剂量（mg/kg体重）。SED=I（mg）A（%）/60（kg）I（暴露剂量）;A（吸收率）;60（标准人体重).TI和SM的ED50和ED99都是反应率（质反应）。现在学习的是第28页，共90页3强度（potency）和效能（Efficacy）对于剂量-效应关系研究，为了比较两种或多种化学物毒作用，可比较强度和效能。强度是指相等效应时剂量的差别。效能是指效应的差别，以引起的最大效应Emax代表效能的高低。化学物的效能取决于化学物本身的内在活性和药理/毒理作用的特点。而在剂量-效应曲线中产生相等效应1/

11、2Emax所需剂量或剂度的大小是与化学物或药物的强度成反比。现在学习的是第29页，共90页4种化学物剂量-效应关系比较可以认为毒作用的强度A B，C D；效能A=B，C A 作用现在学习的是第35页，共90页 成年健康动物和人暴露途径 成年的健康（雄性和雌性未孕）实验动物和人可能的暴露途径是基本的选择。成年的健康（雄性和雌性未孕）实验动物是为了使实验结果具有代表性和可重复性。以成年的健康（雄性和雌性未孕）实验动物作为一般人群的代表性实验模型，而将幼年和老年动物、妊娠的雌性动物、疾病状态作为特殊情况另作研究。这样可降低实验对象的多样性，减少实验误差。毒理学试验中染毒途径的选择，应尽可能模拟人在接

12、触该受试物的方式。现在学习的是第36页，共90页毒性评价试验的基本目的 受试物毒作用的表现和性质 剂量-反应(效应)研究 确定毒作用的靶器官 确定损害的可逆性现在学习的是第37页，共90页 毒作用的表现和性质 在急性和慢性毒性试验中，观察受试物对机体的有害作用，对有害作用的观察应该是对每个实验动物进行全面的逐项的观察和记录。发现有害作用是进行剂量-反应(效应)研究的前提。现在学习的是第38页，共90页 剂量-反应(效应)研究 剂量-反应(效应)研究是毒性评价的基础。通过对不同有害作用的剂量-反应(效应)研究，可以得到该受试物的多种毒性参数。LD50，LD01，MTD LOAEL，NOAEL，斜

13、率现在学习的是第39页，共90页 确定靶器官 确定受试物有害作用的靶器官，是毒理学研究的重要目的，以阐明受试物毒作用的特点，并为进一步的机制研究和毒性防治提供线索。现在学习的是第40页，共90页 确定损害的可逆性 一旦确认有害作用存在，就应研究停止接触后该损害是否可逆和消失。如果受损的器官组织能够修复并恢复正常功能，则可能接受较高危险性的接触水平。现在学习的是第41页，共90页 毒理学研究的其它目的 如毒作用的敏感检测指标和生物学标志、毒作用机制研究、受试物的毒物动力学和代谢研究、中毒的解救措施等。对这些要求，应扩展常规试验的设计以包括有关的项目，或者另外设计和进行靶器官毒理学研究及机制毒理学

14、研究。现在学习的是第42页，共90页 毒理学试验 急性毒性试验 经口 局部毒性试验 经皮 蓄积毒性试验 吸入 致突变试验 亚慢性毒性试验 致畸试验 慢性试验 体内 致癌试验 体外现在学习的是第43页，共90页 实验动物物种选择对受试物在代谢、生化和毒理学特征与人最接近的物种；选择自然寿命不太长的物种；易于饲养和实验操作的物种；经济并易于获得的物种。现在学习的是第44页，共90页物种选择 常规选择物种的方式是利用两个物种，一种是啮齿类，另一种是非啮齿类。系统毒性研究最常用的啮齿类是大鼠和小鼠，非啮齿类是狗。现在学习的是第45页，共90页 物种选择急性毒性试验常用 大鼠、小鼠、狗亚慢性、慢性毒性试

15、验常用 大鼠、狗皮肤刺激试验和致敏试验常用 豚鼠皮肤刺激试验和眼刺激试验常用 兔遗传毒理学试验多用 小鼠致畸试验常用 大鼠、小鼠和兔致癌试验常用 大鼠和小鼠迟发性神经毒性试验常用 母鸡现在学习的是第46页，共90页 物种选择 一般假设，如以与人相同的接触方式、大致相同的剂量水平，在两个物种有毒性反应，则人有可能以相同的方式发生毒性反应。当不同物种的毒性反应有很大的差异时，必须研究外源化学物在不同物种的代谢、动力学及毒作用机制，然后才可将实验结果外推到人。现在学习的是第47页，共90页染毒途径 毒理学试验中染毒途径的选择，应尽可能模拟人在接触该受试物的方式。最常用的染毒途径为经口、经呼吸道、经皮

16、途径。现在学习的是第48页，共90页 溶剂和助溶剂染毒前根据染毒途径的不同，应将受试物制备成一定的剂型。常用的是制备成水溶液、油溶液或混悬液。对溶剂和助溶剂的要求是：所用的溶剂或助溶剂应该是无毒的，与受试物不起反应，受试物在溶液中应稳定。现在学习的是第49页，共90页 3 3 毒理学试验的统计学毒理学试验设计的统计学原则遵循随机、重复、对照、均衡的原则。各观察值具有代表性，相互独立的。毒理学试验的设计具体涉及到剂量水平数目及间隔，每个剂量点的实验单位数，每个实验单位接种及计数的细胞数，对照组的设置等。实验单位：是进行处理时或观察时独立的最大采样单位。现在学习的是第50页，共90页毒理学试验常用

17、的对照 未处理对照 阴性（溶剂）对照 阳性对照 遗传毒理学试验、致畸试验、致癌试验、致敏试验 历史性对照 未处理对照 阴性（溶剂）对照 阳性对照现在学习的是第51页，共90页统计学流程图 是正态齐性否现在学习的是第52页，共90页对毒理学试验资料进行统计学分析时，确定实验单位是很重要的，一种毒理学试验资料可以有若干种正确的统计学分析方法，但可能不存在唯一正确的方法。不论原数据属于何种类型和分布，当以均数和标准差表示时，都可近似地服从正态分布。毒理学试验的统计学现在学习的是第53页，共90页处理组与阴性对照组两两比较和多个比较的统计学方法类 型连续性数据,正态离散性数据分布末知方差齐方差不齐二项

18、分布泊松分布处 理 组与 对 照组 两 两比较t检验t检验卡方检验、Fisher确切概率法，u检验u检验非参数法，如Wilcoxon秩和检验多 个 处理 组 与对 照 组比较Dunnett检验(1955)改进的Dunnett检验(1980)平方根反正弦转换，再用Dunnett检验，或者Simes法(1986)Suissa和Salmi法(1989)非参数法，如多重比较秩和检验(Steel,1959)现在学习的是第54页，共90页 剂量-反应(效应)关系的统计学在急性毒性（LD50）研究，LD50是点值估计和区间估计。剂量-反应(效应)关系的统计学分析 定性分析：趋势检验 定量分析：模型拟合现在学

19、习的是第55页，共90页统计学意义和生物学意义在评价毒理学试验结果时，要综合评价实验结果的统计学意义和生物学意义一般来说，具有统计学意义是具有生物学意义的必要条件之一。正确地利用统计学假设检验的结果有助于确定实验结果的生物学关联。现在学习的是第56页，共90页判断生物学意义的步骤（1）纵向比较，此参数的改变有无剂量-反应关系。（2）横向比较，此参数的改变是否伴有其它相关参数的改变。（3）与历史性对照比较，同时进行的阴性对照应在历史性对照的均数3SD 范围之内，否则应重新试验。观察值与对照组比较，差别具有统计学显著性（P 0.05；+，P0.05；+，P0.01 剂量组实验1实验2实验3高剂量+

20、LOAEL？中剂量+LOAEL+NOAEL？低剂量 NOAEL现在学习的是第63页，共90页 统计学意义和生物学意义 第种情况是具有生物学意义但无统计学意义，这可能是因为该事件的发生是极端罕见的，例如在哺乳动物致癌试验中，在染毒组中出现对照组中没有的肿瘤类型，尽管从统计学上此种肿瘤的发生率很低，与对照组比较差别无显著性(P0.05)，但还应该认为是有生物学意义的。现在学习的是第64页，共90页5 危险度分析危险性评估危险性管理危险性交流现在学习的是第65页，共90页5 危险度评价 健康危险度评价即基于人群流行病学资料、毒理学试验资料、化学物的接触资料等科学数据的分析，确定接触外源化学物后对公众

21、健康危害的可能性，包括对有害作用性质、强度的定性描述，接触水平与可能出现损害的危险度水平的定量评定及对于不确定性的分析和描述。现在学习的是第66页，共90页 危险度评价 对外源化学物的危险度评价一般包括四个步骤：危害鉴定 剂量反应关系评定 接触评定 危险度表征。现在学习的是第67页，共90页 政策 危害鉴定 科学 研究 接触评定 剂量反应评定 证据 监测 危险度表征 危险度管理 NRC 1993 现在学习的是第68页，共90页 危险度评价研究 风险评价 风险管理-对健康有害作用和 法规起草 特定化学品暴露研究-危害鉴定 公共卫生、经济、(毒理学和流行病学)社会学评价 从高剂量到低剂量-剂量-反

22、应 风险表征 从动物到人的外推 评定 资料 现场测定估计暴露-暴露评定 政府决策和行动 量和人群特征现在学习的是第69页，共90页 危险度评价 在危险度评价的基础上可进行使用外源化学物危险效益的分析，确定可接受的危险度及相应的VSD等化学物目标管理指标，为管理部门制订管理法规、卫生标准，确定污染治理先后次序，评价治理效果等提供科学依据。现在学习的是第70页，共90页 危险性管理 risk management依据危险性评估的结果，权衡出管理决策的过程，必要时,选择并实施适当的控制措施，包括制定法规等措施。危险性管理因素:危险性评估危险性管理措施的评估管理决策的执行监控和评述现在学习的是第71页

23、，共90页危险性交流 risk communication 在危险性评估者、危险性管理者、消费者和其他有关各方之间进行有关危险性和危险性相关的因素的信息和观点的交流过程。有效的危险性交流的要素危险的性质危险性评估的不确定性危险性管理的措施现在学习的是第72页，共90页 安全性评价和危险度评价危险度评价是在安全性评价的基础上逐渐发展起来的概念、理论及方法。在安全性评价中是以安全性评价试验为基础得出安全限值（点值估计）。在危险度评价中安全性评价试验属于危害鉴定及剂量反应关系评定的部分内容。危险度评价得出安全限值（RfD,VSD等），其概念更为明确，并同时给出了相应的可接受的危险度。危险度评价中还根

24、据暴露评定,评价在已知暴露条件下，预计可能产生的不良健康效应发生概率及超额人数。目前，安全性毒理学评价一般用于新化学品和新产品，作为行政审评许可的依据；而危险度评价还主要限于对健康和环境有害的重要的现有化学物质。现在学习的是第73页，共90页4 动物实验外推到人的不确定性动物实验外推到人的不确定性动物外推到人具有不确定性的原因：动物外推到人具有不确定性的原因：对对外外源源化化学学物物的的反反应应敏敏感感性性，动动物物不不能能述说涉及主观感觉的毒效应。述说涉及主观感觉的毒效应。染染毒毒剂剂量量高高于于人人实实际际接接触触的的剂剂量量大大得得多多。高剂高剂 量外推低剂量的不确定性。量外推低剂量的不

25、确定性。小小数数量量实实验验动动物物到到大大量量人人群群外外推推的的不不确确定性。定性。接触人群具有多样性。接触人群具有多样性。现在学习的是第74页，共90页以啮齿类和非啮齿类动物的资料预测人的毒性具有以啮齿类和非啮齿类动物的资料预测人的毒性具有不确定性不确定性Lumley(1990)和和Igarashi（1994）根据有限的临床资料报告对人）根据有限的临床资料报告对人的毒性约一半不能由临床前（动物）毒性研究预测。的毒性约一半不能由临床前（动物）毒性研究预测。Heywood(1983)报告报告27个化学物（大多为药品）的靶器官毒性个化学物（大多为药品）的靶器官毒性在大鼠和狗（或猴）之间的相符率

26、仅在大鼠和狗（或猴）之间的相符率仅20%。Olson等（等（1998，2000）报告）报告131种化学物对动物的毒性与人的毒种化学物对动物的毒性与人的毒性相符率，啮齿类为性相符率，啮齿类为45%，非啮齿类（狗和猴）为，非啮齿类（狗和猴）为65%，合，合并达并达73%。现在学习的是第75页，共90页反应停事件后发生的反应停事件后发生的10 种最严重的药物不良反应种最严重的药物不良反应（Venning,1983）普拉诺尔（普拉诺尔（Practolol）眼眼-粘膜粘膜-皮肤综合症皮肤综合症口服避孕药口服避孕药 血栓性栓塞症血栓性栓塞症止痛药（非那西丁等）止痛药（非那西丁等）肾损伤肾损伤降糖灵降糖灵

27、乳酸性酸中毒乳酸性酸中毒拟交感性喷雾剂拟交感性喷雾剂 哮喘致死哮喘致死Clioquinol 亚急性脊髓亚急性脊髓-视神经病视神经病已烯雌酚已烯雌酚 子代妇女阴道癌子代妇女阴道癌氯霉素氯霉素 再生障碍性贫血再生障碍性贫血氟烷氟烷 黄疸黄疸二甲麦角新碱二甲麦角新碱 腹膜后纤维变性腹膜后纤维变性现在学习的是第76页，共90页WHO WHO在在临床前药物安全性实验临床前药物安全性实验原则原则的文件中指出：的文件中指出：“虽然事先对生虽然事先对生物活性物质进行了最仔细彻底的研究，物活性物质进行了最仔细彻底的研究，但在给人使用时总是不可避免地要冒一但在给人使用时总是不可避免地要冒一定的风险。定的风险。”现

28、在学习的是第77页，共90页100,000个新化合物临床前评价100个进行人体试验10个进入市场 2个药物得到回报新药开发成功率现在学习的是第78页，共90页体外试验体外试验3R动物体内试验动物体内试验 人体人体or 临床试验临床试验(,)人群人群 （安全性（安全性/危险性）危险性）SAR/QSAR化化学学结结构构现在学习的是第79页，共90页生物学标志 接触标志 效应标志 暴露吸收剂量靶剂量生物学效应健康效应 易感性标志现在学习的是第80页，共90页平行程序法 未知？动物体内 人体内 可知 未知？可知 动物体外 人体外现在学习的是第81页，共90页QSAR（具亲电性，并与致突变性/致癌性相关

29、的结构）现在学习的是第82页，共90页环境基因组计划美国NIEHS 1998年已启动环境基因组计划(Environmental Genome Project),以确定环境反应基因，研究其结构和功能，环境因素与慢性疾病的关系，以及基因多态性与人体对环境污染物易感性差异的关系。现在学习的是第83页，共90页环境反应基因控制毒物分布和代谢的基因DNA修复途径的基因细胞周期控制系统的基因有关细胞死亡/分化的基因控制其它基因表达的信号转导系统 的基因现在学习的是第84页，共90页 基因组 环境分布和 损伤 疾暴露 代谢 病 信号 转导 遗传娈异（多态性）细胞死亡/分化DNA 周期修复 调控环境反应基因计

30、划现在学习的是第85页，共90页环境相关疾病癌（肺、膀胱、乳腺、前列腺）;肺疾病（哮喘、囊性纤维化）;神经退化疾病（阿尔采莫病、巴金森氏病、肌萎缩侧索硬化）;发育疾病（弱智、ADHD）;出生缺陷（颅面裂）;生殖功能（不育、纤维瘤、子宫内膜异位、青春期早熟）;自体免疫疾病（系统性红斑狼疮、多发性硬化）。现在学习的是第86页，共90页基因组学蛋白质组学DNA RNA蛋白质基因组学genomics：结构和功能蛋白质组学proteomics：表达谱和功能谱亚细胞结构细胞毒理学现在学习的是第87页，共90页EB Wilson(1925):“每一个生物科学的关键都必须在细胞中寻找。”细胞是有机体生命活动的基本单位。现在学习的是第88页，共90页遗传因素和环境因素在疾病发生中的相互作用现在学习的是第89页，共90页 现在学习的是第90页，共90页