动植物中的内源性毒性成分及其机理？

第一节概述

一、毒理学的历史演变和发展

毒理学是一门古老而又新兴的学科，研究化学、物理和生物因素对机体的负面影响。它的起源可以追溯到几千年前。古代人类使用动物毒药或植物提取物进行狩猎、战争或暗杀。比如我国用作箭毒的乌头碱，就为毒理学的形成奠定了基础。随着欧洲工业生产的发展和工作环境的恶化，各种职业中毒时有发生。学者们在研究职业中毒的过程中推动了毒理学的发展。20世纪50年代，由于社会生产的快速发展，大量化学物质进入人类环境。这些外源性化学物质引起了生物界特别是人类的极大关注，如反应停事件、水俣病事件、TCDD污染和许多化学物质的致癌性，使毒理学研究取得了很大进展。此后，随着目前生物学、化学和物理学，甚至毒理学的发展，化学中毒机理的研究广泛开展。食品毒理学是现代毒理学的一个分支。

二、基本概念

1.毒物学:经典毒物学是对化学物质的确定、事故、特性、作用和有毒有害机制的调节以及防护作用的研究。主要研究内容是外源化学物质的危害作用和机理。现代毒理学是研究环境物理、化学和生物因素对生物体的性质、定量机制和预防措施。

2.卫生毒理学:是从卫生学的角度研究人类在生产生活中可能接触到的环境因素(物理、化学和生物因素)的生物效应，特别是毒性损害、其机制和预防措施的一门科学。工业毒理学、环境毒理学和食品毒理学。也是毒理学的一个分支。

3.食品毒理学:用毒理学方法研究食品中可能存在或混入的有毒有害物质对人体健康的潜在危害及其作用机理的学科；包括急性食源性疾病和具有长期影响的慢性食源性危害；涉及食品生产、加工、运输、储存、销售全过程的各个方面，食品生产的工业化和新技术的采用，以及对食品中有害因素的新认识。食品毒理学的研究方法包括:

①生物实验中使用各种哺乳动物、水生动物、植物、昆虫和微生物，但仍常用哺乳动物，如小鼠、大鼠、狗、兔、豚鼠和猴。可以使用完整的动物、分离的动物器官、组织、细胞、亚细胞甚至DNA。

②人群和现场调查，即采用流行病学和卫生学调查方法，根据现有的动物实验结果和化学品等环境因素的性质，选择适当的指标，观察生态环境的变化与受试因素暴露人群之间的因果关系和剂量反应关系。

4.毒物:在一定条件下，小剂量就能对生物体造成损伤或引起生物体异常反应的外源性化学物质称为毒物。食物中毒物的来源有:天然毒素或食物变质后产生的毒素、环境污染物、农兽药残留、生物毒素和食物接触造成的污染。

5.外源性化学物质:存在于外界环境中，能被人体接触并进入体内的化学物质；它不是人体的组成成分，也不是人体需要的营养素。最近确切的概念应该叫“外来生物活性物质”。

6.毒性:是指外源性化学物质与机体接触或进入机体易感部位后造成损害的相对能力，或者简单地说是对机体造成损害的能力。也可以简单描述为外源性化学物质在一定条件下损害生物体的能力。

7.“三致”:指致突变、致畸、致癌作用。

三、表示毒性作用的常用指标

1，半数致死量(LD50):一个相对简单的定义，指造成一组受试者50%个体死亡所需的剂量。因为LD50不是通过实验测得的某一剂量，而是根据不同剂量组得到的数据。因此，精确的定义是指在统计上获得的、预计导致动物半数死亡的单一剂量。LD50的单位是毫克/公斤体重，LD50的数值越小，毒物的毒性越强；相反，LD50值越大，毒药的毒性越低。

毒理学中最早用于评价急性毒性的指标是死亡，因为死亡是各种化学物质最严重的效应，容易观察，不需要特殊的检测设备。长期以来，急性致死毒性是一种公认的比较和测量毒性的方法。LD50是毒理学中最常用的指示化学品毒性分类的指标。因为剂量-反应关系的“S”曲线在中间趋于一条直线，直线的中点为50%，所以LD50值最有代表性。LD50的值会受到许多因素的影响，如动物的种类和品系、性别、接触途径等。因此，在表达LD50时，应注明动物种类和接触途径。雌雄动物要分开算，要有95%的置信限。

2.绝对致死剂量(LD100):指导致实验种群中所有动物死亡的最低剂量。

3.最小致死量(MLD或MLC或LD01):指在实验种群中，只导致一组动物中个别动物死亡的剂量，较低的剂量不再导致动物死亡。

4.最大耐受剂量(MTD或LD0或LC0):指在实验种群中一组受试动物中不引起动物死亡的最大剂量。

5.最小有效剂量，或称阈剂量或阈浓度:是指在一定时间内，有毒物质以某种方式或途径与机体接触，能使某一敏感观察指标开始发生异常变化或使机体开始出现损害所需要的最小剂量，又称中毒阈剂量。

6.最大无效剂量:指外源性化学物质在一定时间内以某种方式或途径与机体接触，用最灵敏的实验方法和观察指标观察不到机体损伤的最高剂量，也称为观察不到损伤的剂量。最大无效应剂量根据亚慢性试验结果确定，是评价毒物对机体损伤效应的主要依据。

四。剂量、剂量效应和剂量反应关系

剂量:实验中可集体接触或给予机体的化学物质的量，吸收或在体液和靶器官中的化学毒物的量。大小是指机体接触毒物的多少，是决定毒物对机体造成伤害的最重要因素。

效应:生物效应是指接触一定剂量的化学物质后引起的生物变化。生物效应一般具有强度的性质，强度是定量效应或测量数据。比如有能抑制胆碱酯酶的神经毒剂，酶活性的高低用酶活性单位来表示。当用效应来描述总体变化的强度时，它通常用测量值的平均值来表示。

反应:指个体接触一定剂量的化学物质后，表现出一定生物效应并达到一定强度的比例。生物反应常表示为“阳性”、“阴性”、“阳性率”，即定性效应或计数数据。比如给一组实验动物服用一定量的化学物质，导致50%的动物死亡，死亡率就是这个剂量的化学物质引起的反应。

“影响”只涉及个体，即动物或人；而“反应”涉及群体，比如一群动物或者一群人。效果可以用某个计量单位来表示；反应用百分比或比率表示。

剂量反应关系是指不同剂量的毒物与其引起的定性效应的发生率之间的关系。剂量反应关系是毒理学中的一个重要概念。如果一种毒物对机体造成某种损害，一般有明确的剂量反应关系(过敏反应除外)。剂量反应关系可用曲线表示，不同毒物在不同条件下引起的反应类型不同。

第二节毒物在体内的生物转运和生物转化

一.毒素生物转移及其概念

外源性化学物质与机体接触、吸收、分布和排泄的过程称为生物转运；外源性化学物质与来自体内的血液接触的过程称为吸收；它通过血流分布到全身组织和细胞；在组织和细胞中，外源化学物质在各种酶系统催化下发生化学结构和物理性质变化的过程称为代谢。代谢产物和一部分未被代谢的母体化学物质被排出体外。

外源性化学物质的吸收:一种毒物的吸收途径主要是胃肠道、呼吸道和皮肤。在毒理学实验中，有时采用皮下注射、静脉注射、肌肉注射和腹腔注射来吸收毒物。在食品毒理学中，通过消化道吸收是主要途径，小肠是主要吸收部位。

影响胃肠吸收的因素

(1)外源性化学物质的性质一般来说，胃肠道内溶解度低的固体物质吸收差；脂溶性物质比水溶性物质更容易被吸收；同一固体物质分散度越大，与胃肠上皮细胞的接触面积越大，越容易吸收；游离的物质不能通过简单的扩散通过胃肠粘膜吸收或吸收速度很慢。

(2)机体影响胃肠蠕动、胃肠充盈程度、胃肠酸碱度、食物和外源性化学物质共存于胃肠道，以及一些特殊的生理条件。

外源化学排泄

排泄是将外来化学物质及其代谢产物从体内运输出去的过程，是物质代谢过程中最后一个重要环节。排泄的主要途径是肾脏，随尿液排出体外；其次，经肝胆经消化道，随粪便排出；挥发性化学物质也可以通过呼吸道随呼气排出。

第二，生物转化

(1)基本概念:外源性化学物质通过不同途径吸收到体内后，会发生一系列化学变化，形成一些分解产物或衍生物。这个过程被称为生物转化或新陈代谢。肝脏是体内最重要的代谢器官，不经过肝脏的生物转化，直接分布到全身，对身体有比较强的伤害。

外源化学物质的生物转化过程分为两个反应:

第一相反应主要包括氧化、还原和水解；

第二相反应主要是结合反应，是指化学物质第一相反应形成的中间代谢产物与某些内源性化学物质的中间代谢产物结合的反应过程。

无论第一阶段反应中大多数外来化学物质的氧化、还原或水解，最终都必须通过化合反应排出体外。结合反应首先通过提供极性基团结合剂或能量ATP来激活，然后通过不同种类的转移酶来催化，这些转移酶将具有极性官能团的结合剂转移到外来化学物质或将外来化学物质转移到结合剂以形成结合产物。缀合物通常会随尿液或胆汁排出体外。有葡萄糖醛酸化，硫酸化，乙酰化，氨基酸，谷胱甘肽和甲基化。

第三节毒性机制

第一，直接伤害。比如强酸或强碱会直接破坏细胞和皮肤黏膜的结构，造成损伤。

第二，受体配体的相互作用和立体选择性产生特征性的生物学效应。

第三，干扰可兴奋细胞膜的功能。毒物能以多种方式干扰可兴奋细胞膜的功能。例如，一些海鲜毒素和文蛤毒素可以通过阻断可兴奋细胞膜上的钠通道而产生麻痹作用。

第四，干扰细胞能量的产生。通过干扰碳水化合物的氧化，影响三磷酸腺苷(ATP)的合成。例如血红蛋白中的铁的化学氧化不能有效地与氧结合，因为亚硝酸盐形成高铁血红蛋白。

五、与生物大分子(蛋白质、核酸、脂质)结合。毒物与生物大分子的相互作用主要有两种方式，一种是可逆的，一种是不可逆的。如果底物与酶的相互作用是可逆的，那么* * *价结合形成的加合物就是不可逆的。

六、膜自由基损伤①膜脂质过氧化损伤。②蛋白质的氧化损伤。③DNA的氧化损伤。

7.细胞内钙稳态紊乱。正常情况下，细胞内钙稳态由质膜Ca2+移位酶和细胞内钙池系统控制。当细胞受到损伤时，这种操纵过程的紊乱可导致Ca2+内流增加，导致维持细胞结构和功能的重要大分子受到不可控制的破坏。

八、选择性细胞死亡。这种毒性效应是相当特异的。例如，高剂量的锰会导致大脑基底神经节的多巴胺能细胞损伤，神经症状几乎与帕金森病难以区分。在胎儿发育的某个阶段，孕妇被给予止吐药沙利度胺。由于胚胎细胞的细胞毒性，早期的肢体成芽细胞丢失，导致出生时肢体畸形。

体细胞的非致死性遗传变化。毒物和DNA的化合价也可以通过引发一系列变化而致癌。

十、影响细胞凋亡。细胞凋亡是在内外因素的作用下，通过激活固有的DNA编码的自杀程序来完成的，也称程序性死亡。细胞凋亡是基因表达的结果，受内外因素调控。如果这种调节失衡，就会导致细胞增殖和死亡的失衡。细胞凋亡在许多疾病的发生中具有重要意义。如肿瘤的发生、病毒感染与艾滋病的关系、组织的衰老和退行性疾病、免疫性疾病以及病毒感染性疾病的发病机理等，都与细胞凋亡密切相关。如果受伤的细胞不能正确启动凋亡机制，就可能导致肿瘤。

第四节毒物的毒性作用

一.急性毒性

意思是身体给试验化合物一次，低毒化合物可以在24小时内给多次。吸入和急性接触后，一般持续4小时，连续接触最长不得超过24小时。短时间内的毒性作用。食品毒理学研究的主要途径是给试验对象口服，包括①灌胃，②喂食，③吞服胶囊。

急性毒性研究的目的主要是探索化学品的致死量，从而初步评价其对人类可能产生的毒性风险。此外，还发现了该化学物质的量效关系，为其他毒性实验选择剂量奠定了基础。

(1)急性致死毒性试验:最常用的指标是LD50，比LD100和LD0更具重现性。它是一种定性反应，不能代表受试化合物的急性中毒特征。急性毒性分级标准不完全统一。国内外的急性分级标准还存在许多不足。中国《食品安全毒理学评价程序和方法》(GB 15193.3-94)发布的急性毒性(LD50)剂量分级标准见表。

急性毒性分数(LD50)剂量分类

急性毒性分级大鼠的口服LD50相当于人类的致死量。

毫克/千克毫克/千克克/人

剧毒

戏剧性病毒1 ~ 50 500 ~ 4000 0.5

中毒51 ~ 500 4000 ~ 30000 5.0

低毒501 ~ 5000 30000 ~ 250000 50.0

实际无毒5001 ~ 15000 250000 ~ 5000000 500.0

无毒> 15000 >500000 2500.0

(2)非致死性急性毒性:为了克服致死性急性毒性只能提供死亡指标的缺点，非致死性急性毒性可以提供常规非致死性急性中毒的安全限值和急性中毒的风险估计。评价指标为急性毒性阈值(Limac)。毒性效应是一种或多种毒性症状或生理生化指标的改变。对于一些生理和生化变化，如体重、体力或酶活性，Limac是指与对照组相比具有统计学显著差异的最低剂量。无论毒性效应是定量的还是定性的，在Limac及以上1 ~ 2剂量组都应该存在剂量反应关系。Limac越低，受试物质的急性毒性越大，急性中毒的风险也越大。

第二，累积毒性

当化学物质反复感染动物，并且化学物质进入体内的速度或总量超过代谢转化的速度或总量以及化学物质排出体外的速度或总量时，化学物质或其代谢产物在体内可能会逐渐增多，并残留在某些部位。这种现象称为化学品蓄积，大多数蓄积会产生蓄积毒性。

累积毒性:是指低于一个毒性剂量，在一定时间内与机体反复接触的外源性化学物质的毒性作用。一种外源性化学物质在体内的积累过程表现在两个方面:物质积累和功能积累。在外源化学品毒理学评价的实际工作中，受试物质的累积毒性可作为评价其毒性的指标之一，也是制定卫生标准时选择安全系数的重要参考。