1、食品毒理學FOOD TOXICOLOGY 教材：食品毒理學劉寧 沈明浩 主編中國輕工業出版社普通高等教育“十一五”國家級規劃教材第一章 緒論 2學時第二章 食品毒理學基礎 2學時第三章 外源化學物在生物體內的生物轉運 2學時第四章 外源化學物在生物體內的生物轉化 2學時 第五章 毒作用機制 2學時第六章 影響毒作用的因素 2學時第七章 食品毒理學實驗基礎 2學時第八章 食品安全性評價程序與方法 2學時 考試： 開 卷 第一章 緒論本章學習的目的與要求掌握 食品毒理學基本概念與研究內容熟悉 食品毒理學研究對象和研究任務 食品毒理學在食品安全中的作用了解 食品毒理學發展趨勢 第一節 毒理學概述 食

2、品應具備的基本條件是：1）衛生安全、無毒無害；2）含有人體所需要的營養素和有益成分；3）感官性狀良好、可被人體接受。一、毒理學基本概念 是研究化學、物理和生物因素對機體的損害作用、生物學機制（biologic mechanisms）、危險度評價（risk assessment）和危險度管理（risk management）的科學。毒理學主要分為三個研究領域，即描述毒理學、機制毒理學和管理毒理學。毒理學三個研究領域描述毒理學：采用實驗動物進行適當的毒性試驗，獲得用于評價人群和環境特定化學物暴露的危險度信息。 機制毒理學：通過外源因素對細胞或組織產生毒性的生理生化改變研究，闡明外源因素對機體毒性作

3、用的機制。 管理毒理學： 根據描述毒理學和機制毒理學的研究結果，協助政府部門進行科學決策并制定相關法規條例和管理措施，以確保進入市場的化學品、藥品、食品等足夠安全，達到保護人體健康和保護環境的目的。古代與中世紀毒理學毒理學一詞源于希臘文字“toxon”公元前2735年，神農編輯完成了40卷“本草”典籍 公元前2650年，黃帝撰寫了內經古埃及、古希臘及古羅馬等有關文獻中都有關于有毒植物和礦物的描述，積累了關于有毒物質及中毒的知識。 二、毒理學的起源與發展啟蒙時代毒理學16世紀瑞士醫生Paracelsus(1493-1541) All substances are poisons, there i

4、s none which is not a poison .The right dose differentiates a poison and a remedy. 所有的物質都是毒物，沒有一樣沒有毒，只有正確的劑量才能使藥物不成為毒物。 啟蒙時代毒理學西班牙醫生Orfila被認為是現代毒理學的奠基人，他是系統利用實驗動物的第一個科學家，并發展了在組織和體液中鑒定毒物的化學分析方法。現代毒理學1930年實驗毒理學的第一本雜志Archives of Toxicology創刊，同年在美國成立了NIH（美國國立衛生研究院）1937年引起急性腎衰竭和死亡的“磺胺事件”，促使了美國FDA的成立1960年

5、成立美國毒理學會1980年成立中國毒理學會三、毒理學分支學科分支學科：食品毒理學、藥物毒理學、環境毒理學、工業毒理學、臨床毒理學、法醫毒理學、等等食品毒理學是食品衛生和毒理學的交叉學科,它應用毒理學方法研究食品中可能存在或混入的有毒、有害物質對人體健康的潛在危害,包括急性、亞急性和慢性食源性危害及作用機理;它既是現代毒理學的一門分支,又是食品衛生學的一個重要組成部分。第二節食品毒理學概述一、基本概念 1、食品毒理學：研究食品中外源化學物的性質、來源與形成以及它們的不良作用與可能有益作用和機制，并確定這些物質的安全限量和評定食品安全性的一門學科。2、外源化學物與內源化學物外源化學物：也稱為外來化

6、合物或外來生物活性物質, 指存在于外界環境中,可能與機體接觸并進入機體，在體內呈現一定的生物學作用的化學物質。內源化學物：是指機體內原已存在的和代謝過程中所形成的產物或中間產物。 毒理學研究外源化學物對機體的有害作用，而不是有益作用(如營養作用、治療作用等)。 外源化學物1. 食品中除了營養素外還有對人體健康有益的外源化學物。2. 食物中有害物質在體內的損害作用還受食物中其他成分影響，最終結果可以是消除/減弱或加強其損害作用。3. 外源化學物對營養素吸收與代謝有影響，同時身體營養狀態可以影響外源化學物的毒效應。外源化學物4. 食品中營養素和外源化學物在腸道內吸收、代謝、降解還受腸道微生態影響。

7、5食品在加工烹調過程中可能產生有害外源物，有的毒作用劑量很小（ng級）。外源化學物6食品含有的成分超過20萬種之多，人類對食品了解得還很不夠。7對某個特定物質來說，天然存在的與人工合成的毒性是相等的，天然物質也要制定ADI和規定用量。二、食品毒理學的作用食品毒理學的作用就是從毒理學的角度，研究食品中可能含有的外源化學物質對食用者健康的危害、檢驗和評價食品(包括食品添加劑)的安全性或安全范圍，從而確保人類的健康。 三、食品毒理學研究任務、內容和方法食品毒理學的任務 任何一種化學物質在一定條件下都可能是對機體有害的，毒理學的任務就在于研究外源化學物質的毒性和產生毒性作用的條件，闡明劑量一效應(反應

8、)關系，為制訂衛生標準及防治措施提供理論依據。 1.食品中的外源化學物的來源、性質和結構；2.食品中各主要外源化學物（天然物、衍生物、污染物、添加劑）在機體的代謝過程和對機體毒性危害及其機理；3.食品外源化學物毒理學安全性評價；4.食品外源化學物對人體健康的危險性評估。食品毒理學的研究內容食品毒理學的研究方法 微觀方法：生物化學、細胞病理學、細胞生物學、分子生物學等 宏觀方法：人的整體與人的群體食品毒理學的研究方法1.動物體內試驗 也稱為整體動物試驗。檢測外源化學物的一般毒性多在整體動物進行，例如急性毒性試驗，亞急性毒性試驗、亞慢性毒性試驗和慢性毒性試驗等。實驗多采用哺乳動物，例如大鼠、小鼠、

9、脈鼠、家兔、倉鼠(hamster)、狗和猴等。在特殊需要情況下，也采用魚類或其他水生生物、鳥類、昆蟲等。哺乳動物在解剖、生理和生化代謝過程方面與人有很多相似之處，其結果原則上可外推到人；但體內試驗影響因素較多，所以存在一定不確定性。食品毒理學的研究方法2.體外試驗利用游離器官、培養的細胞或微生物進行毒理學研究，多用于外源化學物對機體毒性的篩選和機制研究。體外試驗影響因素少，實驗條件能嚴格控制，但體外試驗不能全面反應體內毒性作用，尤其在危險性評價中不能作為危險性評價的最后依據。 2.體外試驗(1)游離器官：利用器官灌流技術將特定的液體通過血管流經某一離體的臟器(肝臟、腎臟、肺、腦等)，借此可使離

10、體臟器在一定時間內保持存活狀態，與受試物接觸，觀察該臟器出現的毒性作用。(2)細胞：利用從動物或人的臟器新分離的細胞(原代細胞，primary cell)或經傳代培養的細胞如細胞株(cell strain)及細胞系(cell line)。(3)微生物：利用微生物的表型變化作為致突變的一種檢測方法。體內試驗和體外試驗各有其優點和局限性，應主要根據實驗研究的目的要求，采用最適當的方法，并且互相驗證。3.人個體觀察通過偶然人體中毒事故的處理或治療，可以直接獲得關于人體的毒理學資料，這是臨床毒理學的主要研究內容。有時可設計一些不損害人體健康的受控的實驗，但僅限于低濃度、短時間的接觸，并且毒作用應有可逆

11、性。 4.流行病學研究對于在環境中已存在的外源化學物如地方性飲食習慣或一些食品加工方式（腌制食品、煙熏和燒烤食品）帶來的食品毒理學問題，可以用流行病學方法，獲得某種食品危害因素與機體健康之間的關系，為危害因素確定提供線索。優點：是接觸條件真實，觀察對象包括全部個體，可獲得制定預防措施的依據。利用流行病學方法不僅可以研究已知環境因素(外源化學物)對人群健康的影響(從因到果)，而且還可對已知疾病的環境病因進行探索(從果到因)。但流行病學研究干擾因素多，測定的毒效應還不夠深入，有關的生物學標志還有待于發展。 毒理學研究方法的優缺點研究方法毒理學體內試驗毒理學體外試驗流行病學研究優點易于控制暴露條件能

12、測定多種效應能評價宿主持征的作用(如：性別、年齡、遺傳特征等和其他調控因素飲食等)能評價機制 影響因素少，易于控制可進行某些深入的研究(如：機制，代謝)人力物力花費較少 真實的暴露條件在各化學物之間發生相互作用測定在人群的作用表示全部的人敏感性 缺點動物暴露與人暴露相關的不確定性受控的飼養條件與人的實際情況不一致暴露的濃度和時間的模式顯著地不同于人群的暴露 不能全面反映毒作用，不能作為毒性評價和危險性評價的最后依據難以觀察慢性毒作用耗資、耗時多(多為回顧性)，無健康保護難以確定暴露，有混雜暴露問題可檢測的危險性增加必需達到2倍以上測定指標較粗(發病率，死亡率) 第三節 食品毒理學發展趨勢1、食

13、品毒理學研究作為食品風險評估的基礎風險評估是對人體接觸食源性危害而對健康產生的已知或潛在的不良作用的可能性、嚴重性和不確定性進行科學評價。危害識別危害特征的描述暴露量（特別是攝入量）評估危險性特征的描述2、新技術和新方法在食品毒理學中的應用一些新發展的技術如基因重組、克隆技術、核酸雜交技術、PCR技術、DNA測序技術和一系列突變檢測技術，近年來發展的熒光源位雜交技術、流式細胞技術、單細胞凝膠電泳、以及轉基因動物等廣泛用于環境致癌物引起的DNA損傷、基因突變、加合物的形成、與抑癌基因的檢測等已廣泛應用于我國的各項食品毒理學研究。3、生物標志物在食品毒理學研究中的應用4、體外替代方法在毒理學中的發

14、展第2章 食品毒理學基礎Food Toxicology Foundation本章內容定義和術語劑量與劑量-反應關系毒物性質與毒性效應毒性參數和安全限值本章學習目的與要求理解食品毒理學的基本概念和常用術語，如劑量、效應與反應、毒性參數和安全限值等掌握食品毒理學的基礎知識。一、定義和術語1.毒物（toxicants/poison）定義：一般認為，一定條件下，較小劑量進入機體就能干擾正常的生化過程或生理功能，引起暫時或永久性的病理改變，甚至危及生命的化學物質。毒物可以是固體、液體和氣體。食品中常見的毒物分類1.動植物中天然有毒物質，如河豚毒、蘑菇中的覃類物質等；2.化學性污染物（激素類藥物、農藥、抗

15、生素等）；3.細菌毒素和真菌毒素如黃曲霉毒素、肉毒素、大腸桿菌毒素；4.食品加工過程形成的污染物，如苯并芘、亞硝酸胺類物質。毒物各種毒物是相對的，毒物與非毒物之間沒有明顯的界限，劑量決定毒物區分一種外源化學物是否有毒，必須考慮其接觸的對象、劑量和途徑。（1）按其來源：分天然、合成和半合成；（2）按其用途和分布范圍可分為：工業化學品、食品中的有毒物質、環境污染物、日用化學品、農用化學品、醫用化學品、生物毒素、軍事毒物；（3）按其毒性強弱分：劇毒、高毒、中毒、低毒、微毒。（LD50）分類：基本特征1.對機體不同水平的有害性，但具備有害性特征的并不是毒物，如單純性粉塵；2.經過毒理學研究之后確定的；

16、3.必須能夠進入機體，與機體發生有害的相互作用。具備以上3點才能稱為毒物。定義：外源化學物與機體接觸或進入體內的易感部位后，能引起損害作用的相對能力，包括損害正在發育的胎兒（致畸）、改變遺傳密碼（致突變）或引發癌癥（致癌）的能力。可簡述為外源化學物在一定條件下損傷生物體的能力。2. 毒性(toxicity)影響因素：劑量、接觸途徑、接觸期限、速率和頻率等。劑量是影響化學毒物毒性的關鍵因素接觸途徑：經口、經皮、經呼吸道等 吸收系數入血量/接觸量（1）接觸期限：在毒理學研究中，通常按給動物染毒的時間長短分為急性、亞慢性和慢性毒性試驗 急性：1次24小時內多次高劑量染毒 亞慢性或慢性：1個月以上長期

17、多次低劑量染毒速率：不同外源化學物即使染毒劑量和染毒方式相同，但吸收速率不同，則中毒表現也不同。 與其性質結構有關頻率：接觸間隔支鏈；成環不成環；不飽和飽和芳烴毒性較強，但若苯環上帶有側鏈烷基，因側鏈易氧化生成苯甲酸，故毒性較小。鹵素有強烈的吸電子效應，在化合物結構中增加鹵素就會使分子的極化程度增加，更容易與酶系統結合，使毒性增強。醇類中，甲醇、丁醇、戊醇毒性較強，鹵代醇毒性很強。硝基化合物毒性很強，氨基化合物毒性大小為：伯胺、仲胺、叔胺。官能團與毒性的關系金屬毒物無機化合物的毒性與溶解度有關，難溶于水的金屬單質及鹽類毒性較低；金屬的有機物比無機物易吸收，故毒性較大；同一金屬低價態毒性高于高價

18、態，但鉻例外。氧化還原劑和酸堿活潑的化學物質毒性較大；強酸強堿離解度大，毒性大于弱酸弱堿。（2 ）無機化合物與毒性的關系（1）脂水分配系數：化合物在脂（油）相和水相的溶解分配率。脂水分配系數大，毒性也越大（2）電離度電離度越大，毒性越小2.理化性質（3）揮發度和蒸氣壓常溫下易揮發的化合物，易形成較大蒸氣壓，易于經呼吸道吸收；經皮吸收的液態化合物，揮發性大的較揮發性小、粘稠不易去除的危害性小。（4）分散度分散度越大顆粒越小，表面積越大，生物活性也越強大于10m的顆粒在上呼吸道被阻；5m以下的顆粒可達呼吸道深部；小于0.5m的顆粒易經呼吸道再排出；小于0.1m的顆粒易沉積于肺泡壁。3.代表性化學物

19、的化學結構與毒性關系（1）苯并(a)芘 （2）六六六/666（3）DDT (4)蘇丹紅 四、毒性參數毒性參數 實驗動物體內試驗得到的毒性參數可以分為兩類，一類是毒性上限參數，是在急性毒性試驗中以死亡為終點的各項毒性參數；另一類為毒性下限參數，即觀察到有害作用最低劑量及最大無害作用劑量，可以從急性、亞急性、亞慢性和慢性毒性試驗中得到。毒性參數的測定是毒理學試驗劑量-效應關系和劑量-反應關系研究的重要內容。 某種外源化學物能引起機體死亡的劑量。(1)絕對致死量(absolute lethal dose，LD100)指能引起一群受試實驗動物全部死亡的最低劑量。 受個體耐受性差異的影響(2)半數致死量

20、(median lethal dose，LD50) 指能引起一組受試實驗動物半數（50%）死亡的劑量，又稱致死中量。 LD50越小，毒性越強。 受不同動物物種品系、性別、接觸方式途徑和方式的影響 1 、致死劑量 (lethal dose)(3)最小致死量(minimum lethal dose，MLD 或LD01或LDmin)指一組受試實驗動物中僅引起個別動物死亡的最小劑量。低于此劑量即不能使機體出現死亡。(4)最大耐受量(maximal tolerance dose，MTD或LD0) 指在一組受試實驗動物中不引起死亡的最高劑量。接觸此劑量的個體可以出現嚴重的毒性作用，但不發生死亡。LD50L

21、D01LD0LD100低高1. 最小有作用劑量(minimal effective dose，MEL)，或稱閾劑量，是指在一定時間內，一種外源化學物按一定方式或途徑與機體接觸，并使某項靈敏的觀察指標開始出現異常變化或使機體形如出現損害作用所需的最低劑量。2.閾劑量（threshold dose）急性閾劑量（acute rhreshod dose,Limac） 慢性閾劑量（chronic rhreshod dose,Limch）幾種不同化學品不同指標的閾劑量名稱形態學變化臨床癥狀肌肉工作能力降低條件反射變化乙酸乙脂7.03.01.50.5對二氧乙酯7.55.00.5硝基丙烷5.80.20.1四硝

22、基甲烷0.10.10.0030.003二乙胺3.02.02.00.25指標3.最大無作用劑量(maximal no-effective dose,MNEL) 某種外源化學物在一定時間內按一定方式或途徑與機體接觸后，根據現有認識水平，用最靈敏的試驗方法和觀察指標，未能觀察到對機體造成任何損害作用或使機體出現異常反應的最高劑量。MEL與MNEL 是評價外源化學物毒作用與制定安全限值（如每日允許攝入量ADI和最高容許殘留限值MAC）的重要依據，具有重要的理論和實踐意義。MNELMEL理論上相差極小，實際存在一定的劑量差距。受指標與檢測方法靈敏度的限制4.毒作用帶（toxic effect zone）

23、 指閾劑量作用下限與致死毒作用上限之間的距離，它是一種根據毒性和毒性作用特點綜合評價外來化合物危險性的常用指標。急性毒作用帶（acute toxic effcet zone，Zac） 慢性毒作用帶（chronic-toxic effcet zone,Zch）急性毒作用帶（acute toxic effcet zone，Zac）LD50Limac=半數致死量急性毒性最小有作用劑量Zac=LD50LD100LimacZac越大，中毒危險性越小；反之，亦然。慢性毒作用帶（chronic toxic effcet zone，Zch）Limac=急性毒性最小有作用劑量Zch=LD50LD100Limch

24、Zch越大，慢性中毒危險性越大；反之，急性中毒危險性越大。Limch慢性毒性最小有作用劑量Limac五、安全限值 是對各種環境介質（空氣、土壤、水、食品等）中的化學、物理和生物有害因素規定的限量要求。意義： 1.衛生法規的重要組成部分 2.衛生監督和管理依據 3.提出防治要求、評價改進措施和 效果的準則類型：每日容許攝入量(ADI)最高容許濃度(MAC)閾限值(TLV)參考劑量(RfD)。1.每日允許攝入量（acceptable daily intake,ADI） 指允許正常成人每日由外環境攝入體內的特定外源化學物的總量。在此劑量下，終生每日攝入該外源化學物不會對人體健康造成任何可測量出的健康

25、危害，單位用mg/kg 體重表示。2.最高允許濃度(maximum allowable concentration，MAC)： 在勞動環境中，指車間內工人工作地點的空氣中某種外源化學物不可超越的濃度。在此濃度下，工人長期從事生產勞動，不致引起任何急性或慢性的職業危害。 在生活環境中，MAC是指對大氣、水體、土壤等介質中有毒物質濃度的限量標準。 由于接觸的具體條件及人群的不同，即使是同一化學物質，它在生活或生產環境中的MAC也不相同。3.閾限值(threshold limit value，TLV) 為美國政府工業衛生學家委員會(ACGIH)推薦的生產車間空氣中有害物質的職業接觸限值。 為絕大多數

26、工人每天反復接觸不致引起損害作用的濃度。 由于個體敏感性的差異，在此濃度下不排除少數工人出現不適、既往疾病惡化、甚至罹患職業病。4、參考劑量(reference dose，RfD)由美國環境保護局(EPA)首先提出，用于非致癌物質的危險度評價。RfD 為環境介質(空氣、水、土壤、食品等)中外源化學物的日平均接觸劑量的估計值。人群(包括敏感人群)在終生接觸該劑量水平外源化學物的條件下，預期一生中發生非致癌或非致突變有害效應的危險度可低至不能檢出的程度。安全系數或不確定系數安全限值最小有作用劑量或最大無作用劑量安全系數（10或100）影響因素：化學物質的急性毒性等級、在機體內的蓄積能力、揮發性、測

27、定采用的觀察指標、慢性中毒的后果、種屬與個體差異大小、中毒機制與代謝過程是否明了等。安全系數的選擇上帶有一定的主觀色彩ADI最大無作用劑量100毒性參數和安全限量的劑量軸低高安全限值MELchMNELchMNELacMNELacLD0LD01LD50LD100慢性急性下限參數上限參數第三章 外源化學物在體內的生物轉運第一節 生物轉運第二節 吸收第三節 分布 第四節 排泄第五節 毒物動力學毒物的處置與ADME過程 外源化學物在體內的動態變化過程(ADME過程)，統稱為毒物動力學(毒動學，toxicokinetics)。代謝(metabolism) 分布(distribution) 吸收(abso

28、rption) 排泄(excretion) 生物轉運生物轉化量變質變消除外源化學物在體內的動態變化過程研究ADME過程的意義了解毒物在體內的過程為中毒機理研究提供線索為急救和治療措施提供參考提供接觸生物學標志和中毒診斷指標第一節 生物轉運 生物轉運是指外源化學物主要依據物理學規律，本身不發生化學結構改變，從接觸部位吸收，轉運進入血液、再轉運至組織與臟器、 最終轉運到排泄器官離開機體過程。 外源化學物的吸收、分布和排泄過程是通過由生物膜構成的屏障的過程。生物膜細胞膜細胞器膜生物膜的結構生物膜主要由脂質和蛋白組成，生物膜表面也含有少量的糖。生物膜的基本結構是連續的脂質雙分子層排列，流動鑲嵌模式就是

29、對生物膜結構的一般概括。膜蛋白可以是結構蛋白、受體、酶、載體和離子通道等。 生物膜主要有三個功能：一是：隔離功能，包繞和分隔內環境；二是：進行很多重要生化反應和生命現象 的場所；三是：內外環境物質交換的屏障轉運方式被動轉運主動轉運簡單擴散 濾過易化擴散膜動轉運胞吞作用胞吐作用高低濃度高低濃度消耗能量1.1 簡單擴散 化學物由生物膜濃度較高的一側向濃度較低的一側擴散，當兩側濃度達到動態平衡時，擴散即終止。 （1）特點： a、順濃度梯度進行 b、不消耗能量的 c、不需要載體介導 d、不受飽和限速和競爭性抑制的影響1、被動轉運(passive transport)（2）簡單擴散的條件膜兩側存在濃度梯

30、度化學物必須有脂溶性脂水分配系數=脂相中溶解度/水相中溶解度一般情況下，脂水分配系數越大，轉運速率越快化學物必須是非電離狀態 解離型極性大，脂溶性小，不易擴散； 非解離型極性小，脂溶性大，容易跨膜擴散；1.2 濾過 極性大的親水性物質可由此種方式進行轉運生物膜 毛細血管和腎小球 細胞膜膜孔大小 約4nm以上 約0.4nm攜帶分子量 小于60000 小于100 甘油和葡萄糖較難通過這種方式轉運1.3 易化擴散又稱為載體擴散，其機制可能是膜上蛋白質載體特性地與某種化學毒物結合后，其分子內部發生構型變化而形成適合該物質透過的通道而進入細胞。 特點：需要載體 達到飽和即停止轉運水溶性分子葡萄糖通過此種

31、方式轉運2 主動轉運(active transport) 化學物質伴隨能量消耗，從細胞膜的低濃度側向高濃度側擴散過程。脂溶性低的化學物大多數營養物質 特點（1）載體（2）能量代謝（3）選擇性（4）飽和性（5）競爭性3 膜動轉運（cytosis）分為胞吞(endocytosis)和胞吐(exocytosis) 如：吞噬細胞從肺泡中、肝、脾中移出顆粒物質吞噬作用胞飲作用液體或極小的顆粒物質較大的固體顆粒物質第二節 吸收外源化學物從接觸部位通過生物膜轉運至血循環的過程稱為吸收。主要的吸收部位: 消化道呼吸道皮膚在毒理學研究中還可以采用皮下注射、肌肉注射、靜脈注射、腹腔注射等染毒方式首過效應（firs

32、t-pass effect）：外源化學物在從吸收部位轉運到體循環的過程中已開始被清除。例如乙醇可被胃粘膜的醇脫氫酶氧化，嗎啡在小腸粘膜和肝內與葡萄糖醛酸結合。首過效應可以減輕毒效應，但也可能引起消化道粘膜、肝和肺的損傷。1 經胃腸道吸收胃腸道是外源化學物的主要吸收途徑。小腸 外源化合物在胃腸道的吸收可在任何部位進行，但主要在小腸。小腸絨毛影響胃腸道吸收因素：1 、胃腸道的酸堿度如：苯甲酸易被胃所吸收 苯胺在小腸內吸收增多2 、外源化學物的分子結構及理化性質 基團、脂溶性、解離度3 、胃腸道的情況 胃排空和腸蠕動減緩有助于吸收4 、胃腸道中的某些物質及菌叢2 經呼吸道吸收存在于空氣中的外源化學物

33、經呼吸道吸收是重要的途徑。不經過肝臟的生物轉化，直接進入體循環而分布全身主要通過簡單擴散氣態毒物氣溶膠毒物肺部吸收，吸收的速度很快，不亞于靜脈注射。主要原因是由于肺部吸收面積巨大。氣態毒物經肺吸收的影響因素1 、氣態物質的水溶性2 、肺泡和血液中物質的濃度差和血氣分配系數 血氣分配系數 ：在血液內的濃度與在肺泡空氣中的濃度之比 血氣分配系數愈大，氣體愈易被吸收入血液。3 、呼吸的頻率和深度呼吸頻率越高、越深越容易吸收。4 、肺泡的通氣量和血流量肺通氣量和肺血流量大小也是影響吸收的因素。氣溶膠毒物經肺吸收的影響因素1 、水溶性 溶解度大的易在上呼吸道吸收，溶解度低的氣溶膠易到達肺泡被吸收。2、

34、粒子大小 直徑5 m 阻留在上呼吸道 0.1m 隨呼氣而呼出 25m 肺的氣管支氣管區域 1m 進入肺泡 3 經皮膚吸收 吸收比較困難，但高脂溶性物質、一些多環芳烴和重金屬可以吸收。 穿透階段：外源化學物透過皮膚表皮， 即角質層的過程吸收階段：由角質層進入表皮較深層和真皮，并被吸收入血二個階段：經皮膚吸收的主要影響因素 1 、化學物的理化性質 吸收量與其脂溶性成正比，與分子量成反比 2、皮膚血流速度和出汗狀況 3、 皮膚的構造如皮膚破損、不同部位表皮的厚度、不同、角質層厚度不同，在酸、堿和皮膚刺激物陰囊腹部額部手掌足底。4、 種屬差異 豚鼠、豬和猴子的皮膚通透性則與人相似 4 其它途徑經眼吸收

35、:局部作用先于全身作用經靜脈、腹腔、皮下和肌內注射第三節 分布 分布（distribution）指外源化學物吸收進入血液或體液后，隨血流和淋巴液（體循環）分散到全身組織器官的過程。 分布的特點：不均勻分布毒理學意義 ：有利于了解外源化學物的靶器官和貯存庫。1 、影響分布的主要因素： 器官或組織的血流量和對外源化學物的親和力最關鍵因素； 初期階段：器官或組織的灌注速率 灌注速率高的器官：肺、腎上腺、腎、肝、心、腦、小腸 灌注速率低的器官：皮膚、骨骼肌、結締組織、脂肪 后期階段：對外源化學物的親和力 2 、毒物在體內的貯存 進入血液的外源化學物在某些器官組織蓄積而濃度較高，如果外源化學物對這些器官

36、組織未顯示明顯的毒作用，稱為貯存庫具有兩重意義： 1.對急性中毒有保護作用； 2.具有潛在的危害；體內幾種毒物貯存庫1. 與血漿蛋白結合作為貯存庫 白蛋白2 .肝臟和腎臟 配體蛋白類 、Y蛋白 、金屬硫蛋白 脂肪組織骨骼組織 重金屬5.其它 大腦、內分泌器官、生殖器官等 3 機體特殊的屏障對分布的影響 屏障是阻止和減少化學毒物由血液進入某種組織器官的一種生理保護機制。 血腦屏障胎盤屏障為較身體其他多數部位的通透性更小其它屏障血眼屏障、血睪丸屏障大部分毒物是通過簡單擴散穿過胎盤。第四節 排泄 排泄（excretion）是外源化學物及其代謝產物向機體外轉運的過程，是生物轉運的最后一個環節。排泄途徑

37、： 從腎臟排到尿 肝臟經膽汁排到糞便 肺臟(呼氣) 皮膚(汗、皮脂) 乳汁、唾液和淚液等1 經腎臟排泄腎臟是水溶性化學物或其代謝產物的主要排泄器官。腎臟排泄機制 （1）腎小球過濾（2）腎小管分泌（3）腎小管再吸收 尿排泄： 腎小球過濾+腎小管分泌腎小管再吸收2 經肝和膽排泄毒物腸道全身其他臟器膽汁貯存代謝肝臟消化道血液糞便解毒排出體外消化道不吸收 進入肝臟實質細胞的外源化學物以及代謝后的結合產物，會被主動地轉運到膽汁中，隨膽汁排入十二指腸。 外源性化學物從膽汁進入小腸后，可能有兩條去路：1)隨糞便直接排出體外；2)腸肝循環。1)隨糞便直接排出體外 肝膽排泄是具有一定分子量、水溶性強和一定程度的

38、脂溶性外源化學物的主要途徑。 分子量較大的外源化學物容易經肝膽排泄。 分子量較小的外源化學物主要由腎臟排泄。 中等分子量的物質在兩種器官都有排泄。2)腸肝循環 經肝膽排泄到腸腔內的葡萄糖醛酸等結合物由于水溶性高，不易被腸道重吸收，會從糞中最終排出。但是在下段腸道中，經粘膜和腸內菌叢的水解酶如葡糖苷酶的作用下，結合物會被分解，外源化學物再次游離，被腸道吸收經肝門靜脈重新進入肝臟。這種現象被稱為腸肝循環(enterohepatic circulation)。3 經肺排泄氣態、揮發性外源化學物的主要排泄途徑。排泄的機制 ：單純擴散方式 排泄的速度：與血氣分配系數大小有關血氣分配系數大，排泄慢。（氯仿

39、）血氣分配系數小，排泄快。（乙烯）4 其他排泄途徑乳汁排出 ：二惡英汗液和唾液 頭發（Hg）和指甲（As）排出第四章 化學毒物的生物轉化第一節 生物轉化概述1.生物轉化概念（biotransformation）： 外源化學物在機體內經多種酶催化的代謝轉化。 2 生物轉化的毒理學意義（1）生物轉化是外源化學物進入機體后，其存在形式可能會發生各種變化，活性也會發生改變，其中有些毒性增強，有些毒性減弱。因此，生物轉化對于判定其對機體的影響有重要作用。（2）通過對生物轉化作用的研究，可以探求外源化合物活性基團、活性分子的重要規律，為防治其對機體損傷有重要意義。 （3）通過對外源化學物在機體的生物轉化過

40、程的研究，有利于探求其損傷機制，作用的靶器官、靶組織、靶細胞乃至靶分子。 （4）外源化合物經過生物轉化會形成新的代謝中間產物、終產物，存在于血液和組織中，或被排出體外，可為中毒診斷，程度判斷，治療效果評價提供有意義的生物學材料。3 生物轉化的結果：代謝解毒：外源化學物經生物轉化使其毒性降低，易于排出體外的過程生物轉化的結果代謝活化：外源化學物經生物轉化使其毒性增強，甚至可產生致畸、致癌效應的過程經代謝活化生成的活性代謝產物可以分為4類： 生成親電子劑如苯并(a)芘和2-乙酰氨基芴的代謝活化； 生成自由基，如百草枯、硝化呋喃妥英、四氯化碳還原脫鹵，醌經單電子還原，生成自由基等； 生成親核劑，少見

41、，如苦杏仁苷經腸菌群酶催化生成氰化物，二鹵甲烷經氧化脫鹵生成一氧化碳； 生成氧化還原劑，少見，如硝酸鹽經腸菌群酶催化生成亞硝酸鹽，還原酶催化Cr(VI)生成Cr(V)，Cr(V)再催化生成HO。 4 生物轉化酶的基本特征：廣泛的底物特異性某些酶具有多態性具有立體選擇性有結構酶和誘導酶之分在體內持續地少量表達外源化學物可刺激(誘導)很多生物轉化酶類合成，可稱為誘導酶。5.重要的生物轉化器官肝臟是機體內最重要的代謝器官，外源化合物的生物轉化過程主要在肝臟進行。其它組織器官，例如肺、腎、腸道、腦、皮膚等。未經肝臟的生物轉化作用而直接分布至全身的化合物，對機體的損害作用相對較強。141生物轉化氧化還原

42、水解結合第一相反應第二相反應 外源化學物排出體外6.生物轉化的類型水溶性少量的增加水溶性顯著的增加第二節 相反應相反應（phase biotransformation）指經過氧化、還原和水解等反應使外源化學物暴露或產生極性基團，如-OH、-NH2、-SH、-COOH等，水溶性少量增高并成為適合于相反應的底物。143醛脫氫酶醇脫氫酶胺氧化酶氧化反應微粒體混合功能氧化酶非微粒體混合功能氧化酶脂肪族羥化芳香族羥化環氧化反應S-氧化反應O-脫烷基反應S-脫烷基反應N-羥化反應金屬脫烷基反應氧化脫鹵反應N-脫烷基反應脫硫反應1 氧化作用1.1 細胞色素P-450酶系在催化酶類中, 最主要的是細胞色素P-

43、450酶系(也簡稱為CYP)，亦稱為細胞色素P-450混合功能氧化酶，或細胞色素P-450依賴性單加氧酶。細胞色素P-450是一種含亞鐵的卟啉蛋白，即血紅素蛋白。主要功能：催化體內許多內源和外源化學物在生物轉化過程中的氧化反應。微粒體混合功能氧化酶P-450組成三部分組成：血紅素蛋白類（細胞色素P-450和細胞色素b5）黃素蛋白類(NADPH-細胞色素P-450還原酶和NADPH-細胞色素b5還原酶)磷脂類P-450催化機制P-450催化的氧化反應的化學方程簡式RH + NADPH + O2+H+R-OH + NAP + H2OO2H2ONADPH2NADPRH（毒物）ROH（氧化產物）混合功

44、能氧化酶系P-450催化的反應類型：（1）脂肪族和芳香族的羥化，苯胺氧化成對氨基酚等。O八甲磷N-羥甲基八甲磷（2）雙鍵的環氧化：黃曲霉素B1和氯乙烯（3）胺類化合物的N-羥化（4）胺類化合物的N-氧化（5）含磷化合物的P-氧化（6）含硫化合物的S-氧化（7）氧化性脫烷基反應1.2 醇脫氫酶（ADH） 醇脫氫酶是一種含鋅酶，位于胞漿，主要分布于肝臟、腎臟、肺臟和胃粘膜。分為四類，I型ADH能催化乙醇的氧化，產物為乙醛，吡唑可抑制酶的活性。非微粒體混合功能氧化酶1.3 乙醛脫氫酶（ALDH）乙醛脫氫酶以NAD+為輔助因子將乙醛氧化成羧酸。乙醇在人體內的代謝主要靠乙醇脫氫酶和乙醛脫氫酶。乙醇脫氫酶

45、能把乙醇分子中的兩個氫原子脫掉，使乙醇分解變成乙醛。而乙醛脫氫酶則能把乙醛中的兩個氫原子脫掉，使乙醛被分解為二氧化碳和水。2 還原作用硝基和偶氮還原羰基還原二硫化物、硫氧化物還原 在哺乳動物組織中還原反應活性較低，但在腸道菌群內還原酶的活性較高。3 水解作用酯酶分解酯類結構酰胺酶酰胺鍵水解糖苷酶糖苷水解第三節 相反應毒物原有的功能基因或由1相反應引入（暴露）的功能基因與內源性輔因子反應。絕大多數外源化學物在第一相反應中無論發生氧化、還原或水解反應，最后必須進行結合反應排出體外。結合反應首先通過提供極性基團的結合劑或提供能量ATP而被活化，然后由不同種類的轉移酶進行催化，將具有極性功能基團的結合

46、劑轉移到外源化學物或將外源化學物轉移到結合劑形成結合產物。結合物一般將隨同尿液或膽汁由體內排泄。 156結合反應葡萄糖醛酸結合甲基結合氨基酸結合乙酰結合谷胱甘肽結合硫酸結合 根據與外源化學物結合的結合劑不同，可將結合反應分為以下幾種類型：1 葡萄糖醛酸化 葡萄糖醛酸結合反應在結合反應中占有重要的地位，在許多外源化學物都可進行，如醇類、酚類、羧酸類、硫醇類和胺類等。葡萄糖醛酸為葡萄糖的中間代謝產物，先活化成尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸（UDPGA），然后經各種轉移酶催化，將葡萄糖醛酸基轉移到外源化學物分子。結合物具有高度水溶性，易從尿和膽汁排泄。2 硫酸化 系外源化學物與硫酸根結合反應，外源化學物經第

47、一相生物轉化后，分子結構中形成羥基，可與內源性硫酸結合，有些外源化學物如本身已含有羥基、氨基或羰基以及環氧基即可直接進入第二相反應，發生硫酸結合 硫酸的來源主要是含硫氨基酸的代謝物。在大多數外源化學物的結合反應中，硫酸結合往往與葡萄糖醛酸結合反應同時存在，如機體接觸的外源物較少，則首先進行硫酸結合，隨著劑量增多， 硫酸結合減少，而與葡萄糖醛酸的結合增多。3 乙酰化 系外源化學物與乙酰基結合的反應，多發生在芳香族伯胺類、磺胺類、肼類化合物的氨基（-NH2）或羥氨基。乙酰基由乙酰輔酶A提供, 反應由乙酰轉移酶催化。4 氨基酸化是帶有羧酸基（羧酸和芳香羥胺）的外源化學物與一種-氨基酸結合的反應，多發

48、生在芳香羧酸，例如芳基乙酸。5 谷胱甘肽化是外源化學物在一系列酶催化下與還原型谷胱甘肽結合形成硫醚氨酸的反應。鹵化物，例如烷基鹵化物、硝基鹵化物、芳基鹵化物，各種酯類化合物如磷酸酯類殺蟲劑，苯、萘、苯胺等芳烴類及芳胺類化合物和環氧化物等。催化谷胱甘肽結合反應的酶類主要有谷胱甘肽S-轉移酶。另外，值得注意的是有些外源化學物與谷胱甘肽形成的結合物可與生物大分子結合，誘發突變以及癌變，例如氯甲烷和二溴乙烷。 6 甲基化在甲基轉移酶催化下，將內源性來源的甲基結合于外源化學物分子結構內的反應。水溶性沒有明顯的增強，有的反而下降；生物學作用并未減弱，有的反而增強能進行甲基結合反應的外源化學物主要有含羥基、

49、巰基或氨基的酚類、硫醇類和各種胺類，還有吡啶、喹啉等含氮雜環化合物。 7 磷酸化系在ATP和Mg2+ 存在下，由磷酸轉移酶催化ATP的磷酸基轉移到相應的外源化學物的反應。在結合反應中不太普遍，常見于1-萘酚和對硝基酚的反應。 8 硫氰酸鹽化硫氰酸形成是機體內氰化物代謝解毒的過程。硫氰酸鹽形成反應并不是典型的結合反應，因為反應中沒有結合劑 具有代謝解毒的作用 代謝解毒代謝活化葡糖醛酸結合硫酸結合乙酰化作用甲基化作用硫氰酸鹽化磷酸化谷胱甘肽結合氨基酸結合第四節 毒物代謝酶的誘導和激活、抑制和阻遏影響外源化學物生物轉化的因素，包括機體的遺傳生理因素和環境因素兩大類。遺傳生理因素：物種、性別、年齡 、

50、營養、疾病、遺傳環境因素：代謝酶的誘導和抑制代謝酶的種類、數量和活性的差異上，代謝酶的多態性 1 外源化學物代謝酶的誘導誘導(induction)指有些外源化學物可使某些毒物代謝酶系的合成量增加，伴有活力增強。能引起酶誘導的物質稱為誘導劑(inducer)。 誘導可引起化學物質毒性增強或減弱2 外源化學物代謝酶的抑制抑制作用可以分為幾種類型。(1)抑制物與酶的活性中心發生可逆或不可逆性結合。(2)兩種不同的化學物在同一個酶的活性中心發生競爭性抑制。 (3)減少酶的合成。(4)破壞酶。 (5) 變構作用。(6)缺乏輔因子。第五章 毒 性 機 制1731 概述2 毒物對生物膜的損害作用 3 毒物對

51、細胞鈣穩態的影響4 體內生物大分子氧化損傷 5 毒物與細胞大分子的共價結合1741 概述1.1 基本概念1.2 毒作用機制的內容1.3 毒作用機制的意義1.4 毒物產生毒性的可能途徑1751.1 基本概念毒物毒性的強度主要取決于終毒物在其作用部位的濃度和持續時間。終毒物特點：終毒物是最終產生毒性作用的物質。終毒物可以與內源性靶分子相互作用,使整體結構和/或功能改變,從而導致毒性作用。終毒物可以是母體化合物或其代謝產物，也可以是內源性分子。終毒物（ultimate toxicant）是指與內源靶分子（如受體、酶、DNA、微絲蛋白、脂質）反應或嚴重地改變生物學（微）環境、啟動結構和（或）功能而表現

52、出毒性的物質。 1761.2 毒作用機制的內容毒作用機制內容包括：毒物如何進入機體，怎樣與靶分子相互作用，怎樣表現其有害作用及機體對損害作用的反應等。找出靶器官、靶組織進一步找出受損的細胞、亞細胞分子水平變化：DNA、RNA或蛋白質1771.3 毒作用機制的意義掌握毒物作用機制不僅具有理論意義，且有實際意義,包括：闡明描述性毒性資料；估計毒物所致有害作用的可能性；建立預防或解毒措施；設計危害較小的藥物和工業品；開發對靶生物具有高選擇性毒性的農藥等。178 1.4化學毒物產生毒性的可能途徑 化學毒物吸收、分布、代謝、排泄與靶分子相互作用細胞功能失調、損傷細胞修復功能失調毒 性1792 毒物對生物

53、膜的損害作用2.1 對生物膜組成成分的影響2.2 對生物膜上酶活性的影響2.3 對生物膜生物物理性質的影響1802.1 對生物膜組成成分的影響維持細胞膜的穩定性對機體內的生物轉運、信息傳遞及內環境穩定是非常重要的。化學毒物可引起膜成分的改變。如：四氯化碳可引起細胞膜磷脂和膽固醇含量下降；二氧化硅可與人紅細胞膜的蛋白結合，使其蛋白的-螺旋（二級結構）破壞。1812.2 對生物膜上酶活性的影響化學毒物可影響膜上某些酶的活性而影響細胞的功能。如：有機磷類化合物抑制突觸小體和紅細胞膜上的膽堿酯酶；對硫磷還可抑制突觸小體和紅細胞膜上的Ca2+-ATPase和Ca2+,Mg2+- ATPase；苯并芘可抑

54、制紅細胞膜Ca2+-ATPase和Na+,K+- ATPase；Pb2+、Cd2+可與膜酶上的巰基結合，而抑制其活性。1822.3 對生物膜生物物理性質的影響2.3.1 對膜通透性的影響2.3.2 對膜流動性的影響2.3.3 對膜表面電荷的影響1832.3.1 對膜通透性的影響生物膜的通透性指生物膜與周圍環境物質交換的能力。膜的通透性具有選擇性，不同的物質在膜上有不同的通透率，是物質逆濃差轉運的基礎。1842.3.2 對膜流動性的影響膜的流動性包括：膜脂質分子的旋轉、伸縮和振蕩、側向擴散和翻轉運動，膜蛋白分子的側向擴散和旋轉運動，膜整體結構的運動。膜流動性的生理意義包括：物質運輸、細胞融合、細

55、胞識別，細胞表面受體功能的調節等。膜流動性的改變包括量變（程度變化）和質變（如相變和分相）。化學毒物可通過改變膜的流動性而影響其功能。1851970年，L. David Frye 和Michael Edidin 進行了人、鼠細胞融合實驗，令人信服地證明膜蛋白的流動。 186許多生物物理實驗技術可用于研究膜流動性如熒光偏振、核磁共振，激光拉曼光譜、激光漂白熒光恢復法和電鏡冷凍蝕刻技術均可研究不同條件下膜結構的變化。電鏡冷凍蝕刻技術1872.3.3 對膜表面電荷的影響膜表面的糖脂和糖蛋白形成膜表面極性基團，組成表面電荷。膜表面電荷的性質和密度影響膜表面的結構和功能。化學毒物可通過改變膜的表面電荷而

56、影響其結構和功能。1883 毒物對細胞鈣穩態的影響3.1 細胞內鈣穩態3.2 細胞鈣穩態的紊亂與細胞毒性3.3 鈣穩態失調的機制189生物膜離子通道（ion channels of biomembrane） 生物膜離子通道（ion channels of biomembrane）是各種無機離子跨膜被動運輸的通路。被動運輸（順離子濃度梯度）離子通道主動運輸（逆離子濃度梯度）離子泵。1903.1 細胞內鈣穩態細胞內鈣濃度的調節主要由線粒體和內質網等鈣庫、其次由細胞質中的緩沖系統（蛋白質、核苷酸、酸性磷脂等）來調節。當內鈣調節失靈（鈣穩態紊亂）時，即可引起細胞功能損傷及壞死。1913.1 細胞內鈣穩

57、態2鈣作為第二信使在細胞功能調節中起重要作用，如神經傳導、肌肉收縮、細胞分泌、細胞增殖與分化、細胞形態的變化及細胞衰老等。Ca2+作用途徑有：通過鈣結合蛋白如鈣調蛋白介導；通過環磷酸腺苷介導；通過蛋白激酶C和磷脂酶C介導；通過鈣通道介導。指細胞感受胞外環境信號和胞間信號后產生的胞內信號分子，從而將細胞外信息轉換為細胞內信息。 1923.2 細胞鈣穩態的紊亂與細胞毒性細胞鈣穩態紊亂是指細胞內鈣濃度不可控制地增高，從而產生一系列反應，導致細胞損傷或死亡，是某些化學毒物中毒的機制之一。如硝基酚、醌、過氧化物、醛類、二噁英、鹵化烷烴和烯烴、鎘、鉛、汞等均能干擾細胞穩態，而引起細胞功能和結構損傷。193

58、各種毒物進入機體后，引起細胞內鈣過荷時，可1.激活磷脂酶而促進膜磷脂水解2.激活非溶酶體蛋白酶而促進細胞膜骨架蛋白水解3.激活核酸內切酶而促進DNA斷裂和染色質溶解。194膜磷脂水解195細胞膜骨架蛋白水解196DNA斷裂和染色質溶解。1973.3 鈣穩態失調的機制3.3.1 對能量代謝的影響3.3.2 對微管功能的影響3.3.3 激活水解酶1983.3.1 對能量代謝的影響胞漿內高濃度Ca2+通過單轉運器使線粒體Ca2+攝取增加：1.線粒體膜勢能降低而抑制ATP合成酶，結果ATP的合成減少，使細胞膜、內質網上的Ca2+ -ATPase及細胞膜上的Na+,K+- ATPase 的能量供應減少，

59、細胞內鈣泵出減少而使細胞內鈣進一步升高；2.同時線粒體的細胞內呼吸（電子傳遞）加速，使氧自由基生成增加，膜脂質過氧化。3.Ca2+也可激磷脂酶，加速細胞膜脂質的水解。1993.3.2 對微管功能的影響胞漿內鈣無控制地升高引起細胞損傷也涉及到微管的解聚。細胞通過骨架蛋白的微絲粘附于質膜中的肌動蛋白以維持細胞的正常形態。胞漿內鈣的增加使肌動蛋白絲同-輔動蛋白和胞襯蛋白分離，促使質膜大皰（細胞膜表面的突出物）的形成而易于破裂。2003.3.3 激活水解酶細胞內Ca2+濃度升高可激活降解蛋白質、磷脂和核酸的水解酶。許多完整的膜蛋白是Ca2+激活的中性蛋白酶或需鈣蛋白酶的靶位點。需鈣蛋白酶介導的肌動蛋白

60、結合蛋白的水解也可引起膜大皰。鈣激活的蛋白酶經蛋白水解可將黃嘌呤脫氫酶轉變成次黃嘌呤氧化酶，其副產物氧自由基和過氧化氫可引起細胞損傷。2014 體內生物大分子氧化損傷自由基指含一個或多個未配對電子的任何分子或離子。其共同點是具有順磁性、化學反應性極強、作用半徑小、半衰期極短。4.1 自由基的來源與類型4.2 機體對氧化損傷的防御系統4.3 自由基對生物大分子的損害作用2024.1 自由基的來源與類型4.1.1 來源正常生理代謝過程外源化合物的作用4.1.2 類型氧中心自由基其他自由基203正常生理代謝過程線粒體是活性氧的重要來源。活性氧族自由基都是其正常代謝副產物。生理條件下該自由基可被錳超氧