簡介
例如有機磷酸酯經體內代謝轉化,與乙醯膽鹼酯酶活性中心結合(磷醯化),而抑制乙醯膽鹼酯酶,然後引起毒性效應;這種乙醯膽鹼酯酶的抑制稱為毒性作用。因為在抑制乙醯膽鹼酯酶後,使體內乙醯膽鹼過量蓄積,產生毒草樣和菸鹼樣毒效應。
特徵
一、劑量-反應關係當我們將接觸特徵和毒性作用譜連結在一起時,就形成了劑量-反應關係(dose-responserelationship)的最基本特徵。它是毒理學中最基本的概念,也是研究毒物的最基本條件。
效應(effect),即生物學效應,指機體在接觸一定劑量的化學物後引起的生物學改變。生物學效應一般具有強度性質,為量化效應(gradedeffect)或稱計量資料。例如,有神經性毒劑可抑制膽鹼酯酶,酶活性的高低則是以酶活性單位來表示的。效套用於敘述在群體中發生改變的強度時,往往用測定值的均數來表示。
反應(response),系指接觸一定劑量的化學物後,表現出某種生物學效應並達到一定強度的個體在群體中所占的比例,生物學反應常以“陽性”、“陰性”並以“陽性率”等表示,為質化效應(quantaleffect)或稱計數資料。例如,將一定量的化學物給予一組實驗動物,引起50%的動物死亡,則死亡率為該化學物在此劑量下引起的反應。
計量資料(效應強度)與計數資料(反應強度),可從同一整體的試驗對象中獲得,有些效應無強度差別,如死亡等。有時,根據計量效應強度改變超過一定程度時可認為為異常,則將量化效應轉換為質化效應。
由此可見,“效應”僅涉及個體,即一個動物或一個人;而“反應”則涉及群體,如一組動物或一群人。效應可用一定計量單位來表示其強度;反應則以百分率或比值表示。
劑量大小意味著生物體接觸毒物的多少,是決定毒物對機體造成損害的最主要的因素。它是指給予機體的數量、與機體接觸的數量、吸收進入機體的數量或靶器官中的含量或濃度。毒物與機體接觸直至產生毒性效應經過三個時相,即接觸相、動力相和毒效相。在接觸相階段,根據毒物存在的量和形態,決定了機體接觸的量稱為接觸量。當以一定方式(如口服、注射等)給予機體的量稱為給予量。但機體接觸的量並不等於進入體內的量,因此吸收量與毒性作用關係更密切。然而,最終決定毒性作用的是毒效相的劑量,即毒效量。但測定毒效量較為複雜,而一般情況下接觸量越大,毒效量也越大。因此,實際中以接觸量來衡量劑量與毒性效應的關係。劑量單位是用單位體重接觸的毒物數量來表示,如mg/kg體重。
劑量-反應關係,是指不同劑量的毒物與其引起的質化效應發生率之間的關係。劑量-反應關係是毒理學的重要概念,如果某種毒物引起機體出現某種損害作用,一般就存在明確的劑量反應關係(過敏反應例外)。劑量反應關係可用曲線表示,即以表示反應的百分率或比值為縱坐標,以劑量為橫坐標,繪製散點圖所得的曲線。不同毒物在不同條件下引起的反應類型是不同的,這主要是劑量與反應的相關關係不一致,因此,在用曲線進行描述時可呈現不同類型的曲線。
(一)直線型
反應強度與劑量呈直線關係,即隨著劑量的增加,反應的強度也隨著增強,並成正比例關係。但在生物體內,此種關係較少出現,僅在某些體外實驗中,在一定的劑量範圍記憶體在。
(二)S形曲線
此曲線較為常見。它的特點是在低劑量範圍內,隨著劑量增加,反應強度增高較為緩慢,劑量較高時,反應強度也隨之急速增加,但當劑量繼續增加時,反應強度增高又趨於緩慢,成為“S”形狀,如圖2-2所示。S形曲線可分為對稱和非對稱兩種。
(三)拋物線型
劑量與反應呈非線性關係,即隨著劑量的增加,反應的強度也增高,且最初增高急速,隨後變得緩慢,以致曲線先陡峭後平緩,而成拋物線形。如將此劑量換算成對數值則成一直線。將劑量與反應關係曲線換算成直線,可便於在低劑量與高劑量之間進行互相推算。
(四)指數曲線
在劑量反應關係的曲線中,當劑量越大,反應率就隨之增高得越快,這就是指數曲線形式的劑量反應關係曲線。若將劑量或反應率兩者之一變換為對數值,則指數曲線即可直線化。
(五)雙曲線
隨劑量增加而反應率的增高類似指數曲線,但為雙曲線。此時如將劑量與反應率均變換為對數值,即可將曲線化直。
(六)受干擾的曲線
有時由於毒物的致死作用或對細胞生長的抑制作用等各種原因,可使曲線受干擾,在中途改變其形態甚至中斷。雖然,在某些毒性試驗中,可見到“全或無”的劑量反應關係的現象,即僅在一個狹窄的劑量範圍內才觀察到效應出現,而且是坡度極陡的線性劑量反應關係。產生這種情況的原因當依據具體情況作出解釋。
二、時間-反應關係
毒物對機體的毒性作用不僅僅是劑量反應關係,還與毒物引起機體出現某種反應的時間有關,即時間反應關係。一般情況下,機體接觸毒物後迅速產生毒性作用,表明其吸收和分布
快,作用直接;反之,則說明吸收或分布緩慢,或在產生毒性作用前需經代謝活化。中毒後恢復迅速,則表明毒物能很快被代謝解毒或排出體外;反之,說明解毒或排泄的速率很低,或者是已在體內產生了生理或生化方面的損害作用並難以恢復。
三、選擇性毒性
在一定條件下,毒物對機體的毒性作用具有一定的選擇性。一種毒物對某一種生物有損害,而對其它組織器官無毒性作用,這種毒物對生物體的毒性作用稱為選擇性毒性。受到損害的生物或組織器官稱為靶生物或靶器官。
人類常常利用化學物品的選擇性毒性殺滅對人類生活無益或有害的生物體。例如,農業上使用的農藥,可殺死昆蟲及某些競爭性植物,而不危害種植的植物。又如,畜牧業和人類醫學中使用的抗生素,它可對不希望的有機體(如細菌)產生選擇性毒性,而對人、畜無害。毒物對機體存在選擇性毒性的原因可能有以下幾個方面:
1、物種和細胞學的形態學差異例如,植物在許多方面不同於動物,缺少神經系統,缺少有效的循環系統和肌肉組織,但卻有光合作用和細胞壁。又如,細菌具有細胞壁而人類卻沒有,正是利用這種差異而研製的具有選擇性毒性的化學藥物,如青黴素和先鋒黴素等,可殺滅細菌而對人體細胞相對無損害。
2、對毒物或其代謝物的蓄積能力的差異如在醫學上用放射性碘治療甲狀腺機能亢進,就是利用甲狀腺選擇性蓄積碘的功能。
3、對毒物在體內生物轉化過程的差異例如,細菌不能直接吸收葉酸,要利用對氨基苯甲酸、谷氨酸和蝶啶來合成,但人類卻只能從食物中吸收葉酸而不能自身合成。因此磺胺類藥物對細菌有選擇性,對人類卻沒有。黃麴黴素B1對大鼠和小鼠的致癌作用也存在不同的選擇性。小鼠能抵抗黃麴黴素B1致肝癌作用,原因是小鼠體內含有一種穀胱甘肽轉硫酶的同功異構酶,該酶與黃麴黴素B1的致癌性還氧化物具有高度親和力,可對黃麴黴素進行解毒。而大鼠對黃麴黴素的這種解毒作用較低,即使攝入很少量的黃麴黴素也可誘發肝臟腫瘤。
4、對毒物所造成損害的修復能力存在差異例如,化合物N-甲基脲主要誘發大鼠產生腦部腫瘤,在肝臟未發現。這是因為肝臟能有效地將DNA和分子中形成的O6-烷基-鳥嘌呤進行酶解,而腦組織中卻不存在這種酶解作用。
四、耐受性
耐受性是生物體對毒物毒性作用的反應降低。它是由於暴露的生物體以前接觸過該毒物或結構類似的毒物。產生耐受性的主要機制是:①毒物到達產生毒性作用部位的數量減少,稱為分配性耐受(dispositionaltolerance)。已知可引起分配性耐受的毒物有四氯化碳和鎘。四氯化碳耐受性的降低是由於它本身產生可損傷肝臟的活性代謝產物的減少;而鎘是由於其不斷與金屬硫蛋白結合,使之形成MT-Cd,其量則遠高於與大分子結合的量,因而毒性降低,出現耐受性。②解毒系統誘導性活性增強。如,飲酒或酗酒,疫苗接種等。③化學性或功能性拮抗劑攝入增加。比如,在接觸神經性毒劑之前打預防針。④一種組織對毒物的反應性降低,其機制還知之甚少。
耐受性的檢出可在蓄積試驗的基礎上,當總劑量已超過5LD50時,死亡動物仍未達到半數,再對存活動物給予一個LD50,若動物的死亡數仍少於一半,則認為已出現耐受性。