急性毒性(acute toxicity)
是指机体(人或实验动物)一次接触或24小时内多次接触化学物后在短期(最长到14天)内所发生的毒性效应,包括一般行为、外观改变、大体形态变化以及死亡效应。
急性毒性试验(acute toxicity tests)是基础毒理研究的主要内容之一.其目的是:
①测试和求出化学毒物对一种或几种实验动物的致死量(以LD50表示)以及其它的急性毒性参数,了解急性毒作用强度.
②并通过观察动物中毒表现和死亡的情况,了解急性毒作用性质、可能的靶器官和致死原因,提供化学毒物的急性中毒资料、初步评价对人体产生损害的危险性。
③探求化学毒物急性毒性的剂量—反应关系与中毒特征。
④为亚慢性、慢性毒性作用试验的研究及其他毒理试验提供接触剂量和观察指标的选择提供参考依据。
⑤为毒理学机制研究提供线索。
常用参数最常用的是半数致死量(LD50)和急性毒作用带(Zac)。 Zac值的大小可反映急性阈剂量距离LD50的宽窄,即表示引起实验动物的死亡剂量与最低毒作用剂量之间剂量范围的宽窄。zac值越大、表明化学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。
实验方法的要点
(一)实验动物
[原则]:①急性毒性试验要求选择对化学毒物的代谢和毒效应表现与人的反应尽可能一致的实验动物。
②动物易于获得
③品系纯化
④价格较低和易于饲养等条件。
1.实验动物的种属 不同种属的动物对化学物的反应可能有很大的差别,最好用两种种属的动物,包括啮齿类和非啮齿类。实际工作中啮齿类多选用小鼠和大鼠,有些试验也可选用豚鼠或家兔,非啮齿类一般选用狗或猴。一般来说,急性皮肤毒性试验可选用成年大鼠、豚鼠或家兔,优先考虑白色家兔.而急性吸人毒性试验和经口急性毒性试验则优先考虑大鼠。
2.实验动物的年龄 急性试验动物不宜过老或过幼,通常要求选择刚成年动物进行实验,而且须是未曾交配和受孕的动物。由于小动物年龄与体重相关.一般用体重表示。例如:大鼠180—240g、小鼠18—25g、家兔2—2.5kg、豚鼠200—250g、狗10—15kg。同一批实验动物体重变异范围不应超过该批动物平均体重的20%。
3.实验动物的性别 急性毒性试验的主要内容是求LD50,除特殊要求外,一般急性毒性试验对动物性别要求为雌雄各半。如果在预试验时发现化学毒物(如农药)对雌、雄动物毒效应的敏感性有明显差异,则应单独分别求出雌性与雄性动物各自的LD50。如果试验是为致畸试验作准备,也可仅作雌性动物的LD50测试。
4.动物数量与随机分组 急性毒性试验要求大鼠、小鼠等小动物数量为每组10只.狗等大动物也应每组6只。由于实验动物对化学毒物的毒效应存在个体敏感性差异,即使同窝动物也可能存在这种差异,因此在动物分组中应严格遵循随机化的原则,尽可能减少非处理因素对试验结果的干扰,使非处理因素最大限度地保持一致,从而提高每组动物间的均衡性。
5.禁食 经口染毒的试验,要求动物实验前禁食,以免胃内残留食物对化学毒物毒性产生干扰。小鼠和大鼠主要在夜间进食,所以要求染毒前应隔夜禁食。大动物可在染毒前不喂食,染毒后继续禁食3—4小时。
6.健康状况的选择 在选择了实验动物后,应先进行动物的检疫。在检疫期内出现临床异常者应予放弃,不可用于实验。一般来说,大鼠、小鼠、兔的检疫期为1—2周,实验用狗应先进行肠道寄生虫检查或直接进行驱虫治疗。检疫期以及试验期内雌雄动物必须注意分笼喂养,防止交配和受孕。
(二)实验动物的饲养环境 有恒定的温度:22±3℃湿度:30-70%照度:昼夜各半,最好能人工控制,饲料合格,垫料合格,饮水合格等。
(三)染毒途径的选择 染毒方式要求尽量选择和人类接触途径相似方式
(四)染毒剂量与分组
1.查阅文献
①了解化学毒物的结构式、分子量、常温常压下的状态、熔点、沸点、比密、闪点、挥发度、蒸气压、水溶性和脂溶性等理化特性,生产批号及纯度,杂质成分与含量等。
②确定使用哪一种计算方法求LD50,然后再设计剂量分组。LD50的计算方法常用寇氏法、概率单位法、霍思法等。
③找出与受试化学毒物结构与理化性质近似的化学物的毒性资料,并以文献资料中相同的动物种系和相同接触途径所测得的LD50(LC50)值作为受试化学物的预期毒性中值。
2.预试验
①设定以此预期值作为待测化学物的中间剂量组,并在该剂量的上下各设计l一2个剂量组作为预试验剂量。
②根据确定的剂量组进行染毒。
③根据预试验的死亡资料确定组距。
可根据以下公式计算出剂量分组: i=(lgLD90-lgLD10)/(n-1)或:i=(lgLD100-lgLD0)/(n-1)式中i为组距(相邻的两个剂量组对数剂量之差);n为设计的剂量组数。
3.正式试验一般来说、根据试验设计所选用的LD50计算方法来确定组数。例如几率单位法、寇氏法一般设6~10个剂量组;霍恩法固定设4个剂量组。求得i值后.以最低剂量组(LD0或LD10)的对数剂量加上一个i值,即是第二个剂量组的对数剂量,依此类推直至最高剂量组,查各自的反对数即得出各组剂量的真实值。
蓄积毒性作用
蓄积作用(accumulation)
化学毒物进入机体后,经过生物转化以代谢产物或化学物原型排出体外。但是,当化学毒物反复多次给动物染毒,化学毒物进入机体的速度(或总量)超过代谢转化的速度和排泄的速度(或总量)时,化学毒物或其代谢产物就有可能在机体内逐渐增加并贮留,这种现象称为化学毒物的蓄积作用。
蓄积毒性作用的研究方法
1.蓄积系数法(1)固定剂量 (2)剂量递增法 (3)剂量固定的20天蓄积法
2.生物半减期法
亚慢性与慢性毒性作用
亚慢性毒性作用:
实验动物或人连续较长期接触外源化学物质所产生的中毒效应。所谓“较长期”通常为1~6个月。
亚慢性毒性目的:
1.研究受试物亚慢性毒性剂量-反应关系,确定未观察到有害作用的剂量和其观察到有害作用的最低剂量,提出安全限量参考值。
2.观察受试物亚慢性毒性效应谱、毒作用特点和毒作用靶器官。
3.观测受试物亚慢性毒性作用的可逆性。
4.为慢性毒性试验的剂量设计和观察指标选择提供依据。
5.为在其他试验(急性、亚慢性、其他动物物种的亚慢性试验等)中发现的或未发现的毒作用提供新信息,比较不同动物物种毒效应的差异,为受试物毒性机制研究和将研究结果外推到人提供依据。
实验方法的要点:
1.实验动物的选择(1)物种和品系:啮齿类和非啮齿类(2)性别、年龄和动物数:每组雌雄各半,特殊实验可选单性别。(3)微生物学寄生虫学等级和饲养环境:尽可能选择高等级实验动物,在符合国家实验动物标准试验环境中进行。
2.染毒方式要求尽量选择和人类接触途径相似方式;应当与预期进行的慢性毒作用研究的接触途径相一致。
3.剂量选择和分组 设3个剂量组和1个阴性对照组,必要时可加1个溶剂对照组。最高剂量组剂量的确定可以该化学物急性阈剂量或该化学物的1/20~1/5LD50作为最高染毒剂量。最低剂量组的的动物应无中毒反应或仅有轻微反应,相当于亚慢性的阈剂量或NOAEL水平。在低、高剂量组间再设一个中间剂量组:LOAEL,各个剂量组间剂量差至少大于2倍。
4.观察指标(1) 一般性指标:外观体征、行为活动,动物体重,饲料消耗量,(2)实验室检查:血液学检查,血液生化检查(3)系统尸解和组织病理学检查:脏器重量和脏器系数,病理学检查(4)其他指标的检查
慢性毒性作用:
指实验动物或人长期(甚至终身)反复接触外源化学物所产生的毒性效应。所谓“长期”,一般指2年。
慢性毒性目的
研究慢性毒性剂量-反应关系。
观察慢性毒性效应谱、毒作用特点和毒作用靶器官。
观察慢性毒性作用的可逆性。
为毒性机制研究和将毒性结果外推到人提供依据。
实验方法要点:
1.实验动物的选择:2种哺乳动物。小鼠出生后3周,大鼠出生3~4周。
2.染毒途径和时限:染毒方式要求尽量选择和人类接触途径相似方式。一般每周染毒5~6天。
3.剂量分组:设3个染毒剂量组和1个对照组,必要时另设1个溶剂对照组。以亚慢性毒性实验的LOAEL1/5~1/2为高剂量组,以1/50~1/10为中剂量组,1/100为低剂量组。或以1/10LD50为高剂量组,1/100LD50为中剂量组,1/1000LD50为低剂量组。各剂量差一般为5~10倍,最低不小于2倍。
观察指标 一般性指标、实验室检查、病理学检查及其他特异性指标的检查。
亚慢性、慢性毒性评价:
1.一般指标:体重、外观、行为、刺激性、食物利用率
食物利用率:动物每食入100g饲料所增长的体重克数
2.实验室检查:常规生化检查包括血象、肝、肾功能
3.处死解剖检查:
(1)脏器湿重、脏器系数
脏器系数:指某个脏器的湿重与单位体重的比值,通常是每100g体重中某脏器所占的重量.
(2)病理学检查:
目的是确定化学毒物对机体毒作用的靶器官、损害的性质和程度,从病理学角度找出化学毒物与病理改变的剂量-效应关系,为了解化学毒物的毒效应和机制提供依据。
分别从大体、组织、细胞、亚细胞、甚至分子水平多方面进行检查,一般选择对受试物敏感的脏器,如:肝、肾、脑等。
4.特异性指标:
一般可参考急性毒性试验资料和同系衍生物毒性资料设计出可反映受试物中毒特征及机制的指标。