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05 第五章 外源化学物毒性作用的影响因素.ppt

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本课件把影响毒性作用的因素分为化学物、机体、环境与联合作用四类:化学物侧重点明取代基、异构体、同系物碳数与分子饱和度的作用,以及溶解度、分散度与挥发性如何改变实际毒性;机体侧覆盖物种与个体遗传差异、修复功能与受体敏感性;环境侧讨论温度、气湿与昼夜季节节律;最后给出相加、独立、协同、加强和拮抗五种联合作用的定义与图示。

第五章标题页,标示本章讲解影响毒性作用性质与强度的各类因素
影响因素总览页,列出化学物因素、环境条件、机体因素与化学物联合作用四大类
第一节提要页,列出化学结构、理化特性、不纯物含量、稳定性与进入途径等六项
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第1页:第五章 影响毒性作用的因素

第五章 影响毒性作用的因素

第2页:影响毒性作用的四个方面

毒性作用是毒物与生物(人或动物)机体相互作用的结果。毒性作用出现的性质和强度主要受四个方面的影响:

  • 化学物因素
  • 毒物与机体所处的环境条件
  • 机体因素
  • 化学物的联合作用

第3页:第一节化学物因素

  • 化学结构
  • 理化特性
  • 不纯物含量
  • 化学物的稳定性
  • 毒物的生物学活性
  • 毒物进入机体的途径

第4页:化学结构决定毒性

一、化学结构:化合物的化学结构决定其理化性质、化学活性与生物活性。

第5页:化学结构影响的五个方面

  • 取代基的影响
  • 异构体和立体构型
  • 同系物的碳原子数和结构的影响
  • 分子饱和度
  • 与营养物和内源性物质的相似性

第6页:取代基影响例一

例1 取代基的影响:苯环氢被 CH3 取代,对比其在麻醉作用与抑制造血机能上的毒性差异。

第7页:取代基影响例二

例2 取代基的影响:苯环氢被 NH2 取代,除麻醉作用与抑制造血机能外,具有形成高铁血红蛋白的作用。

第8页:取代基影响例三

例3 取代基的影响:烷烃类的氢若为卤族元素取代时其毒性增强,对肝的毒作用增加,且取代愈多毒性愈强。

第9页:异构体和立体构型

2、异构体和立体构型:异构体的生物活性有差异,典型例子是六六六,有七种同分异构体,常用的有 α、β、γ 和 δ 等,其中 γ 和 δ-六六六急性毒性强。

第10页:同系物碳原子数的影响

3、同系物的碳原子数和结构的影响:烷、醇、酮等碳氢化合物,碳原子愈多毒性愈大(甲醇与甲醛除外)。但碳原子数超过一定限度时(一般为 7~9 个碳原子),毒性反而下降,如戊烷毒性<己烷<庚烷,但辛烷毒性迅速减低。

第11页:分子饱和度

4、分子饱和度:碳原子数相同时,不饱和键增加其毒性增加,如乙烷的毒性<乙烯的毒性<乙炔的毒性。

第12页:与营养物和内源性物质的相似性

5、与营养物和内源性物质的相似性:某些外源化学物结构与主动转运载体的底物类似,可借助这些特异的载体系统进入机体。

第13页:理化性质的影响

二、理化性质:

  • 溶解度
  • 分散度
  • 挥发性
  • 比重
  • 电离度和荷电性

第14页:溶解度与毒性

1、溶解度:

  1. 毒物在水中的溶解度直接影响毒性大小,水中溶解度越大毒性愈大;如 As2S3 溶解度较 As2O3 小 3 万倍,其毒性亦小。
  2. 影响毒性作用部位:易溶的氟化氢(HF)、氨等主要作用于上呼吸道,不易溶的二氧化氮(NO2)则可深入肺泡引起肺水肿。
  3. 脂溶性物质易在脂肪蓄积,易侵犯神经系统。

第15页:分散度与毒性

2、分散度:粉尘、烟、雾等状态物质的毒性与分散度有关。颗粒越小分散度越大,比表面积越大,生物活性也越强;分散度还与颗粒在呼吸道的阻留有关。

  • 大于 10μm 颗粒在上呼吸道被阻。
  • 5μm 以下的颗粒可达呼吸道深部。
  • 小于 0.5μm 的颗粒易经呼吸道再排出。
  • 小于 0.1μm 的颗粒因弥散作用易沉积于肺泡壁。

第16页:挥发性与实际毒性

3、挥发性:有些有机溶剂的 LD50 值相似即绝对毒性相当,但由于各自挥发度不同,实际毒性可相差较大。如苯与苯乙烯的 LC50 值均为 45 mg/L,绝对毒性相同;但苯很易挥发,苯乙烯的挥发度仅及苯的 1/11,形成空气中高浓度较困难,实际危害性比苯低。慢性毒性试验用喂饲法染毒时应注意毒物加入饲料后可因挥发而减低剂量。

第17页:相对毒性

相对毒性
将物质的挥发度估计在内的毒性称为相对毒性;相对毒性指数对有机溶剂来说更能反映化合物经呼吸道吸收的危害程度。

第18页:比重与电离度

4、比重;5、电离度和荷电性:均为影响外源化学物毒性的理化性质因素。

第19页:不纯物和化学物的稳定性

三、不纯物和化学物的稳定性:在生产环境中生产或使用的化学物质常含有一定数量的不纯物,其中有些不纯物的毒性比原来化合物的毒性高。

第20页:2,4,5-T 中 TCDD 杂质的影响

例:除草剂 2,4,5-三氯苯氧乙酸(2,4,5-T)

  • 早期研究样本中夹杂有相当量的四氯二苯-对位-二噁烷(TCDD,30 mg/kg),此种杂质毒性非常大。
  • 其急性经口 LD50(雌大鼠)仅为 2,4,5-T 雌大鼠经口 LD50 的 400 万分之一。
  • 即使 2,4,5-T 中杂质含量很低(低于 0.5 mg/kg),仍影响其毒性;2,4,5-T 的胚胎毒性由杂质引起,而非 2,4,5-T 本身所致。

第21页:毒物进入机体的途径

四、毒物进入机体的途径:实验动物接触外来化合物的途径不同,其首先到达的器官将有差别,中毒效应也不尽相同;在相同化合物剂量下,接触途径决定毒性表现。

第22页:

第23页:第二节机体因素

  • 物种间遗传学差异
  • 个体遗传学差异
  • 机体的其它因素

第24页:物种间解剖生理差异

一、物种间遗传学差异——解剖、生理的差异:不同物种、种属、品系的动物在解剖、生理、遗传学和代谢过程上均有差异。例如肝脏分叶,狗为 7 叶,兔为 5 叶。

第25页:物种间代谢差异

代谢的差异:包括量和质的差异,是影响化学物毒性的主要因素。量的差异意味着占优势的代谢途径不同,可导致毒性不同。

第26页:代谢酶的多态性

二、个体间遗传学差异——代谢酶的多态性:

  • Ⅰ相酶:1.氧化代谢酶(细胞色素 P-450);2.酯酶;3.环氧水化酶(epoxide hydrolase,EH)。
  • Ⅱ相酶:1.谷胱甘肽转移酶(GST);2.其它Ⅱ相酶:硫转移酶(ST)、甲基转移酶(MT)、乙酰基转移酶(NAT)。

第27页:修复功能的个体差异

修复功能的个体差异:机体所有大分子在损伤后都会出现相应的修复系统,其作用为将受损伤部位除去,再将空出部分按原样合成新的部分予以填补,使原有结构和功能得以恢复;这些过程由不同功能的酶参与。各种修复酶亦可能出现多态性,使修复功能出现明显的个体差异。

第28页:受体与毒作用的敏感性

受体与毒作用的敏感性:蛋白质对于各种外源化学物(包括毒物)的辨认、结合具有高度特异性与敏感性,会影响其生物活性。高等生物体内的受体蛋白是毒作用的靶分子,不同毒物作用于不同受体;受体本身可产生变异,其在细胞表面分布的数量在不同个体、不同生理状态下均可有差异。对这些变化对毒作用敏感性所产生的影响,目前的认识仍处于起步阶段。

第29页:宿主其它因素与年龄影响

三、宿主其它因素对于毒作用敏感性的影响:

  • (一)健康状况
  • (二)年龄
  • (三)性别
  • (四)生活方式
  • (五)营养条件

年龄影响:代谢后毒性减弱或增强随幼年、成年、老年的酶活性而变化。

第30页:动物笼养形式

(六)动物笼养形式:动物笼的形式、每笼装的动物数、垫笼的草和其它因素也能影响某些化学物质的毒性。

第31页:第三节环境因素

第三节 环境因素:

  • 气象条件
  • 季节或昼夜节律

第32页:环境温度对毒性的影响

一、气象条件——(一)温度:58 种化合物在不同环境温度(8℃、26℃ 和 36℃)下对大鼠 LD50 的影响:

  • 55 种化合物在 36℃ 高温环境下毒性最大,26℃ 环境下毒性最小。
  • 引起代谢增高的毒物如五氯酚、2,4-二硝基酚在 8℃ 毒性最低。
  • 引起体温下降的毒物如氯丙嗪在 8℃ 时毒性最高。

第33页:气湿对毒性的影响

(二)气湿:高气湿可造成冬季易散热、夏季不易散热,增加机体体温调节的负荷;高气湿伴高温可因汗液蒸发减少,使皮肤散热受阻而加重危害。

第34页:季节与昼夜节律对毒作用的影响

二、季节或昼夜节律:

不同种属的昼夜、季节节律
种属试剂给药时间毒作用表现
小鼠苯巴比妥2:00 PM睡眠时间最长
小鼠苯巴比妥2:00 AM睡眠时间最短
人水杨酸8:00 AM排出速度慢,体内停留时间长
人水杨酸8:00 PM排出速度快,体内停留时间短
大鼠苯巴比妥钠春季睡眠时间最长
大鼠苯巴比妥钠秋季睡眠时间最短

第35页:联合作用的五种类型

联合作用 joint action
两种以上化学物同时或先后作用于机体时产生的交互毒性作用。
  • 相加作用 additive effect
  • 独立作用 independent effect
  • 协同作用 synergistic effect
  • 加强作用 potentiation
  • 拮抗作用 antagonistic effect

第36页:相加作用

相加作用 additive effect
多种化学物同时存在时的毒效应为各化学物分别作用时毒效应的总和。

例:甲拌磷与乙酰甲胺磷;谷硫磷与苯硫磷;谷硫磷与敌百虫。

第37页:相加作用示意图

相加作用示意:化学物 A(效应 B)与化学物 B(效应 A)作用于同一靶器官,效应相加。

第38页:独立作用

独立作用 independent effect
由于不同性质的毒物有不同的作用部位、不同的靶子,而这些部位与靶子在功能关系上不密切,因而出现各自不同的毒效应。

第39页:独立作用示意图

独立作用示意:化学物 A 作用于靶 B、化学物 B 作用于靶 A,各自产生效应而互不影响。

第40页:协同作用

协同作用 synergistic effect
多种化学物同时存在时的毒效应超过各单个化学物分别作用时毒物效应的总和。

第41页:协同作用示意图

协同作用示意:化学物 A、化学物 B、化学物 C 共同作用于同一靶器官,效应超过各自效应之和。

第42页:加强作用

加强作用 potentiation effect
指一种化学物对某器官或系统并无毒性,但与另一种化学物同时或先后暴露时使其毒性效应增强。

第43页:加强作用示意图

加强作用示意:本身无毒性或效应为 C 的化学物 A 与化学物 B 同时作用,使靶器官上效应 B 增强。

第44页:拮抗作用

拮抗作用 antagonistic effect
多种化学物同时存在时的毒效应低于各化合物分别作用时毒效应的总和。

第45页:拮抗作用示意图

拮抗作用示意:化学物 A 与化学物 B 作用于同一靶器官,最终效应 C 低于两者单独效应之和。

第46页:联合作用的机制

由于目前的认识水平和研究方法的限制,对于联合作用机制的了解尚不够充分,目前只有一些学说。

参考:http://antioxy.fmmu.edu.cn/chapter4.htm

第47页:物理因素与化学毒物的联合作用

一些物理因素与化学毒物共同作用于机体时,可影响化学物的毒性。例如,温度在 30℃ 以上时可改变化学物的毒性表现。

第48页:谢谢大家

谢谢大家!

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