1第五章

毒作用影響因素徐培渝四川大學華西公共衛生學院毒理學教研室2013年9月2

毒作用指接觸化合物后，所致的各種生物學變化，包括微小的生理生化改變，臨床中毒甚至死亡。主要內容化學物因素機體因素暴露因素環境因素化學物聯合作用34第一節化學物因素

5一化學結構與毒性效應意義通過比較與預測，開發高效低毒的新化學物推測化學物的毒作用機制預測新化學物的毒性效應和安全接觸限量結構-活性關系的研究（SARs，QSARs），已成為預測毒理學的一個重要分支6一化學結構與毒性效應

（一）取代基對毒性的影響

既要注意分子的整體性，又要注意基團的特殊性以及他們的關系。如:苯具有麻醉作用和抑制造血機能的作用，當苯環中的氫被甲基取代后（成為甲苯或二甲苯）抑制造血機能的作用不明顯但麻醉作用大于苯;被氨基取代后，有形成高鐵血紅蛋白的作用。

7一化學結構與毒性效應（二）異構體和立體構型的影響異構體的生物活性有差異酶通常也以高度立體-和對映體選擇性方式與他們的底物交互作用

不同的同分異構物代謝的比率可能不同環磷酰胺和異環磷酰胺β-腎上腺素能拮抗藥，如美多心安以及多種其他藥物的有重要意義的對映體選擇性代謝的報告。8帶兩個基團的苯環化合物的毒性是：

對位＞鄰位＞間位

分子對稱的＞不對稱的1，2-二氯甲醚＞1.1-二氯甲醚。三鄰甲苯磷酸酯（TOCP）可導致遲發性神經毒性，但當鄰位的甲基轉到對位，則失去了其遲發性神經毒性。反應停的S(-)鏡像物比R(+)鏡像物有更強的胚胎毒性。9苯并[a]芘被特異的細胞色素P-450同工酶CYP1A1立體選擇性地代謝為(+)-7R，8S環氧化物，再被環氧化物水解酶代謝為(-)-7R，8R二氫二醇。代謝產物被進一步代謝為(+)-苯并[a]芘7R，8S二氫二醇，9S，10R環氧化物，其羥基和環氧化物是反式（反鏡像物）苯并[a]芘生物活化形成相應的7，8-二氫二醇-9，10-環氧化物，分子中存在四個手性中心（碳原子7，8，9，和10），可造成四個同分異構物。上述有完全結構7R，8S，9S，10R的（+）-反鏡像物10化學結構與毒性效應（三）同系物的碳原子數和結構的影響烷、醇、酮等碳氫化合物與同系物相比，碳原子數愈多則毒性愈大。-氟羧酸(F(CH2)COOH)系列的比較毒性研究，則發現分子為偶數的碳原子的毒性大，奇數的毒性小。11當同系物的碳原子數目相同時，直鏈的毒性比支鏈大。直鏈烷烴的麻醉作用大于其同分異構體——庚烷>異庚烷，正己烷>新己烷；環烷烴的麻醉作用>開鏈烴——環戊烷＞戊烷。同分異構體有時可表現出毒作用性質的差異，如致敏的環氧化物，環氧基在末端有致敏作用，不在末端就沒有致敏作用。12二、理化性質

脂水分配系數分子大小揮發性氣態物質的血/氣分配系數比重電離度和荷電性13二、理化性質

脂水分配系數

（lipid/waterpartitioncoefficients）達到動態平衡時化學物在脂相和水相中的溶解分配率的平衡系數。14理化性質有毒化學物在水中特別是在體液中的溶解度越大，毒性越大。水中溶解度越大，毒性愈大。如砒霜（As2O3）在水中的溶解度是雄黃（As2S3）的3萬倍，其毒性遠遠大于雄黃。鉛化物在體液中的溶解度為：一氧化鉛＞金屬鉛＞硫酸鉛＞碳酸鉛。其毒性大小亦如此。15

理化性質化學物的脂/水分配系數大表明它脂溶性高，是親脂性的，易以簡單擴散的方式通過脂質雙分子層，易在脂肪組織中蓄積——如DDT，易侵犯神經系統——如四乙基鉛。但是，脂溶性極大的化學物不利于經水相轉運。低分子量無極性的化合物比較大的復雜分子能更迅速地被吸收。16影響毒作用部位：某些有害氣體由于其水溶性不同，其作用部位與速度不同。

如Cl2，SO2與與NO2，光氣17二、理化性質（二）分子量、顆粒、比重的影響分子量影響轉運方式外源化學物顆粒的大小與分散度成反比，分散度越大粒子越小，其表面積越大，生物活性越強。1819二、理化性質（三）揮發性和穩定性常溫下易揮發的化學物易形成較大的蒸汽壓，從而易于經呼吸道吸入（如苯與苯乙烯）。有機溶劑的LD50值相似，即絕對毒性相當，但由于其各自的揮發度不同，所以實際毒性相差較大。20在常溫下易揮發的化學物易形成較大的蒸汽壓，易于經呼吸道吸入。例如，苯與苯乙烯的LC50均為45mg／L左右，但苯的揮發性較苯乙烯大11倍，故其經呼吸道吸入的危害性遠較苯乙烯為大。慢性毒性試驗中用喂飼法染毒應注意，揮發性的外源化學物加入飼料后可因揮發而減少接觸劑量。2122二、理化性質（四）血/氣分配系數

（blood/gaspartitioncoefficient）

當呼吸膜兩側的氣體的分壓達到動態平衡時，其在血液中的濃度和肺泡氣中的濃度之比。系數可影響到達肺泡的氣態物質通過簡單擴散跨呼吸膜吸收入血，系數越大越易被吸收入血。23二、理化性質（六）電離度和荷電性電離度：是指化學物呈現1/2為電離型、1/2為非電離性時的pH值，即為該外援化學物的pKa值。24外源化學物主要以簡單擴散的方式跨生物膜轉運，如Pka值不同的化學物在pH不同的局部環境中電離度不同，從而影響其跨膜轉運。

荷電性影響空氣化學物的沉降和在呼吸道的阻留率。2526三、不純物或雜質

在毒理學實際工作中更經常的是闡明其工業品或商品的毒性。小鼠骨髓嗜多染紅細胞微核小鼠骨髓嗜多染紅細胞微核噻苯隆原藥的微核試驗結果29工業品往往混有溶劑，未參加反應的原料、雜質、合成副產品等。商品中往往還含有賦形劑或添加劑。這些雜志有可能影響、加強、甚至改變原化學物的毒性或毒性效應。如TCDD對2，4，5-T毒性結果有影響

例如早期對除草劑2，4，5-T進行研究時，由于樣本中含有相當量（30mg/kg）的劇毒物質二惡英（TCDD），其急性經口LD50（雌大鼠）僅為2，4，5-T的萬分之一；其致胚胎毒性的劑量相當于24，5－T經口LD50（雌大鼠）的400萬分之一。因而，得到的2，4，5-T的毒性結果都是TCDD的。即使2，4，5-T中雜質含量低于0.5mg/kg，仍然影響其毒性。提示要盡可能弄清楚受檢化學物的組成、成分及其比例，包括同分異構體的組成和比例。3031

化學物結構和性質與毒性的關系小結32第二節機體因素物種、品系差異個體間的遺傳學差異機體其他因素3334一物種、品系差異解剖結構、生理與生化的差異。代謝轉化的差異：包括量的差異和質的差異，是影響外源化學物毒性的主要因素。個體間在化學物代謝中的差異的主要原因是參與的酶的多態性。代謝的差異（例子）小鼠每g肝臟的細胞色素氧化酶活性為141活性單位，大鼠為84，兔為22。苯胺在豬、狗體內轉化為毒性較強的鄰氨基苯酚，而在兔體內則生成毒性較低的對氨基苯酚；β-萘胺在人體內經N-羥化可誘發膀胱癌，而豚鼠肝臟內不能將其N-羥化，因而不誘發腫瘤，代謝途徑有很大的差異。35全部物種的細胞色素P-450基因統稱為細胞色素P-450超家族，均表示為CYP，又分不同的家族（用1、2、3……表示）及其亞家族（用A、B、C……表示），每一亞家族可含有若干基因（用1、2、3……表示），其等位基因還可以在后面加*1、*2、*3……。如：CYP1A1*1；CYP1A1*2

等等。其基因產物（酶）可采用相同的表示法，但表示為正體而非斜體，如：CYP1A1*1；CYP1A1*2等。不同物種和種屬、同一種屬個體的不同器官組織，甚至細胞內不同的亞細胞結構中，其CYPs的含量、活性和功能都有很大的差異。363738高敏感性：是指一般人不引起毒作用的劑量，對某些人卻發生極為嚴重的毒性反應。39耐受性:是指機體反復接觸某一化學物或結構類似物，誘導解毒酶活性升高或抑制活化酶從而到達靶部位的化學物或其活性代謝物減少，即長期接觸某一化學物的個體（群體）對其毒作用的敏感性逐漸降低的現象。40二個體間的遺傳學差異代謝酶的遺傳多態性Ⅰ相酶：外援化學物進入機體后需經Ⅰ相酶如細胞色素P450代謝轉化后產生作用。Ⅱ相酶：谷胱甘肽硫轉酶（GST）是體內重要的Ⅱ相解毒酶之一。41修復能力的個體差異受體的個體差異受體是生物體內一類重要的蛋白質，常常是毒作用的靶分子。修復功能缺陷對毒性作用影響研究

——著色性干皮病（XP）

一種常染色體隱性遺傳病，有DNA損傷的切除修復、光修復和復制后修復缺陷。其純合子出現率在人群中十分罕見，但雜合子較常見，發病率大約為1/300。對紫外線和某些化學物引起的DNA損傷敏感。可出現嚴重的皮膚灼傷、神經系統損傷，甚至皮膚癌高發。有報道XP純合子對致癌原作用的敏感性比正常人高100倍，雜合子比正常人高5倍。42二機體其他因素對于

毒性作用的影響健康與免疫狀況遺傳缺陷或遺傳病與毒作用敏感性相關免疫過高或過低4344不利的環境條件或在動物中引起應激的刺激可能影響藥物代謝和分布妊娠與哺乳期的雌性動物二宿主其他因素對于

毒性作用敏感性的影響年齡新生動物對毒性的反應比青年或成年動物敏感，敏感性平均高三倍。原因

可能是不同年齡動物的酶活力、解毒能力、代謝速度、皮膚和粘膜的通透性及腎臟清除率等方面的差別造成的4546性別代謝的性別差異排泄的性別差異二宿主其他因素對于毒性作用敏感性的影響47性別差異可能主要與

性激素

代謝轉化

性別差異有許多體內、外實驗的例子表明，一般雄大鼠代謝外源化合物比雌性更快速。如：環己烯巴比妥的生物半衰期在雌性中比在雄大鼠中長得多，誘導的睡眠時間也比雄大鼠長；殺蟲劑阿特靈和七氯在雄性中比在雌性中更快速地代謝為毒性更大的環氧化物；1-萘酚的葡萄糖醛酸結合、磺胺的乙酰化在雄性中都比雌性大鼠更強。48表1.蟲螨腈原藥對SD大鼠急性經口毒性試驗結果

動物性別劑量

（mg/kg）動物數（只）死亡數（只）LD50及95%可信限（mg/kg）10050雄2155127146455（200~369）10005510050雌2155043046453（295~626）1000554950營養狀況與生活方式營養狀態失調不僅影響健康，而且也將影響機體對外源化學物的生物代謝和毒性效應二宿主其他因素對于毒性作用

敏感性的影響51限量飲食（dietaryrestricition,DR）指給予動物應有飼料量的60%，但補充足夠的維生素和礦物質。DR延長動物壽命、抑制腫瘤自然發生和化學物誘。52機體因素與毒作用的關系小結53第三節暴露因素

暴露劑量與內劑量暴露途徑暴露持續時間暴露頻率54溶劑和助溶劑基本條件無毒、與受試物無反應、制成的溶液穩定。一般情況下濃溶液較稀溶液毒作用強。55

常用溶劑

?水生理鹽水

?植物油（玉米油、橄欖油）

?二甲基亞砜（DMSO）

?懸浮劑羧甲基纖維素鈉56第四節環境因素氣象條件氣溫氣濕氣壓57氣溫環境溫度可以改變某些生理功能并影響外源化學物的吸收、代謝及毒性有些化學物本身可直接影響體溫的調節過程，進而改變機體對環境變化的反應性。溫度的影響比較了58種化合物在不同環境溫度

（8℃、26℃和36℃）中的大鼠LD50結果表明，55種化合物在36℃高溫環境下毒性最大，26℃環境下毒性最小。5859氣濕高氣濕可造成冬季易散熱，夏季不易散熱，增加機體體溫調節的負荷。高氣濕可使某些化學物的毒作用增強，如HCI、NO、H2S等。60氣壓高氣壓與低氣壓環境條件不同，可以引起外源化學物的毒性改變氣壓增加往往影響大氣污染物的濃度，氣壓降低可以因降低氧分壓而增加CO的毒性。61二噪聲、震動與紫外線全身輻照可增加中樞神經系統興奮性的毒性，降低中樞神經系統抑制劑的毒性。62三季節與晝夜節律生物體的許多機能活動常有周期性的波動。如24小時的（晝夜節律）或更長周期（季節節律）的波動。63外源化學物的毒性可因每日給藥的時間不同或給藥的季節不同而有差異。64四、動物飼養條件

動物籠養的形式、每籠裝的動物數、墊料和其它因素也能影響某些外源化學物的毒性。65如大鼠為群居性動物，單獨籠養會使大鼠煩躁易怒，兇猛具有攻擊性。66第四節化學物的聯合作用一聯合作用的類型非交互作用

相加作用（additionjointaction）:指每一化學物以同樣的方式，相同的機制，作用于相同的靶，僅僅它們的效力不同。它們對機體產生的毒性效應等于各個外源化學物單獨對機體所產生效應的算術總和。

聯合作用獨立作用（independentaction）在這一事件中，各外源化學物不相互影響彼此的毒性效應，作用的模式和作用的部位可能(但不是必然)不同，各化學物表現出各自的毒性效應67

聯合作用

交互作用（interaction）

兩種或兩種以上外源化學物造成比預期的相加作用更強的(協同，增強)或更弱的(拮抗作用)聯合效應，在毒理學中稱之為外源化學物對機體的交互作用。68獨立作用Pb神經，消化、血液Cd腎臟骨骼69

聯合作用—交互作用

協同作用（synergisticeffect）外源化學物對機體所產生的總毒性效應大于各個外源化學物單獨對機