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第三章污染物的生物效应检测


最大无作用剂量(Maximum No-effect Level):指化
学物质在一定时间内,按一定方式与机体接触,用现 代的检测方法和最灵敏的观察指标不能发现任何损害 作用的最高剂量。与阈剂量一样,最大无作用剂量也 不能通过试验获得。
• 每日容许摄入量(Acceptable Daily Intake) • 最高容许浓度(Maximum Allowable Concentration)
(二)慢性毒性试验
1、概念:慢性毒性是指以低剂量外来化合物长期给予实 验动物接触,观察其对实验动物所产生的毒性效应。 2、目的:慢性毒性试验是确定外来化合物的毒性下限, 即长期接触该化合物可以引起机体危害的阈剂量和无 作用剂量。为进行该化合物的危险性评价与制定人接 触该化合物的安全限量标准提供毒理学依据,如最高 容许浓度和每日容许摄入量等。 3、慢性毒性试验期限:一般认为工业毒理学慢性试验动 物染毒6个月或更长时间;而环境毒理学与食品毒理学 则要求实验动物染毒1年以上或2年。也有学者主张动 物终生接触外来化合物才能全面反映外来化合物的慢 性毒性效应,以及求出阈剂量或无作用剂量。
急性毒性试验类型
• 哺乳动物急性毒性试验 • 水生生物急性毒性试验 • 蚯蚓急性毒性试验
动物急性毒性试验(1)
动物急性毒性试验方法如下: 按试验要求选择受试生物
• 常用成年大鼠或小鼠,雌雄动物同时试验,对试验动物预先 观察几天后标记编号并随机分组。
预备试验和确定剂量组
• 选用少量动物进行预备试验,找出引起动物90%(或全部) 死亡的剂量(即最高剂量组剂量)和引起动物10%死亡(或 不死亡)的剂量(即最低剂量组剂量)。 • 在最高剂量组剂量和最低剂量组剂量的范围内,按等比级数 插入若干个中间剂量(一般4~6组),从而确定正式试验的 剂量组。
二、生物测试的方式
(一)生物测试的分类 1.短期生物测试(Short Term Bioassays)
• 主要用于测定LC50、IC50、EC50,用来快速估计污染物的毒性, 评定几种不同毒物或废物对某种生物的相对毒性或评定不同 生物对不同条件如温度、pH的相对敏感性等。多数采用静止 式。
2.中期生物测试(Intermediate Term Bioassays)
• 时间为8d到90d,多数情况下为流动式。
3.长期生物测试(Long Term Bioassays)
• 包括全部生活史的生物测试(Complete Life-cycle Bioassays) 和部分生活史的生物测试( Partial Life-cycle Bioassays ) • 目的是要测定出在持续情况下不造成有害效应的毒物最大浓 度或最大允许毒物浓度(MATC) • 只能采用流动式,要保证试验的环境条件和自然界的季节变 化相符合。
影响生物测试结果的因素
• 受试生物:年龄,生活阶段,尺寸大小,季节等。 • 试验条件:温度,水质,水流速度等。 • 实验室差异:人员造作水平,仪器设备,统计分析方法。
(三)生物测试的标准化 (1)不同的实验室进行许多有用的测试并把一致的测试 结果选择出来 (2)增加数据的准确性 (3)测试可以被其他实验室重复 (4)各种人员容易进行该试验 (5)可方便的将数据进行比较 (6)可为环境管理,环境立法提供可靠的数据或者结果
(二)毒性试验常用参数
致死剂量或致死浓度(Lethal Dose, Le次染毒后引起受试生物动物死亡的 剂量或者浓度。
• 绝对致死剂量或致死浓度(LD100、LC100):一群动物全部死 亡的最低浓度或者剂量。 • 半数致死剂量或浓度(LD50、LC50):能引起一群动物的50% 死亡的最低浓度或者剂量。 • 最小致死剂量或浓度(MLD、MLC):能使一群动物中仅个 别死亡的最高剂量或者浓度。 • 最大耐受剂量或浓度(LD0、LC0 ):能使一群动物虽然发生 严重中毒,但全部存活无一死亡的最高剂量或者浓度。
2)一般化验指标主要指血象和肝、肾功能的检测,在亚 慢性试验中研究外来化合物对实验动物的毒性作用, 使用这类指标,一般为筛检性和探讨性。通常血象检 测包括红细胞计数、白细胞计数和分类、血红蛋白定 量等。肝、肾功能也是一种常规指标,如SGOT、 SGPT、血清尿素氮、尿蛋白定性或定量、尿沉渣镜检 等。 (2)病理学检查:亚慢毒性试验中应重视病理学检查。 凡是在染毒过程中死亡的动物均应及时解剖,肉眼检 查后再进行病理组织学检查。必要时作组织化学或电 镜镜检。
剂量-效应关系和剂量-反应关系曲线图
反应强度(%) 死亡率(%) 100 50 100 50
剂量
图3-1剂量-反应曲线(直线型)
剂量
图3-2 剂量-反应曲线(抛物线型)
死亡率(%)
100 50
死亡率(概率单位) 对数剂量
100 50
对数剂量 图3-4 剂量-反应曲线
图3-3 剂量-反应曲线(S形线型)
半数效应浓度(EC50):能引起50%受试生物的某种
效应变化的浓度。通常指非死亡效应。 半数抑制浓度(IC50):引起受试生物的某种效应50% 抑制的浓度。
二、急性毒性试验(Acute Toxicity Test)
急性毒性试验(Acute Toxicity Test)
• 研究化学物质大剂量一次染毒或24小时内多次染毒动物所引 起的毒性的试验。 • 其目的是短期内了解该物质的毒性大小和特点,并为进一步 开展其他毒性试验提供设计依据。
反应(Response)
• 指接触一定剂量化学物后,产生某种效应并达到一定强度的 个体在群体中所占的比例。反应是对群体而言的,用百分率 或比值来表示,如发病率、死亡率等。
剂量-效应关系和剂量-反应关系
• 以剂量为横坐标,以表示效应强度的计算单位或表示反应的 百分率或比值为纵坐标绘制散点图所得到的曲线,即为剂量 -效应关系和剂量-反应关系曲线。 • 不同的化学物或同一化学物在不同条件下,其剂量与效应或 反应的相关关系不同,可呈现不同类型的曲线。(见图3-1, 3-2,3-3,3-4)
③症状实验动物在接触外来化合物过程中所出现的中毒 症状及出现各症状的先后次序、时间均应记录和分析。 ④脏器系数或称脏/体比值,是指某个脏器的湿重与单位 体重的比值,通常以100g体重计。如肝/体比,即(全肝 湿重/体重)′100。此指标的意义是实验动物在不同年龄 期,其各脏器与体重之间重量比值有一定规律;若受 试化合物使某个脏器受到损害,则此比值就会发生改 变,可以增大或缩小,因此,脏/体比值是一个灵敏、 有效和经济的指标。
最小有作用剂量:在一定时间内,一种外来化合物按
一定方式或途径与机体接触,能使某项观察指标开始 出现异常变化或使机体开始出现损害作用所需的最低 剂量,也可称为中毒阈剂量,或中毒阈值。
毒作用带:是一种根据毒性和毒性作用特点综合评价
外来化合物危险性的指标:
• 急性毒作用带(Acute-toxic Effect Zone):又称一次作用带, 是指半数致死浓度(剂量)与急性阈浓度之比值 。该值与外 来化合物一次作用的危害性成反比关系。急性毒作用带越宽, 说明该化合物外来引起急性致死性中毒的危害性越小。 • 慢性毒作用带(Chronic -toxic Effect Zone ):急性阈浓度 (剂量,Limac)与慢性阈浓度(剂量,limch)之比值,以此 表示外源性化合物的蓄积性及机体代偿能力。慢性毒作用带 愈宽,Zch值愈大,说明该化合物引起慢性中毒的可能性就愈 大。
2、实验动物的选择 亚慢性毒性作用研究一般要求选拔两种实验动物, 一种为啮齿类,另一种为非啮齿类,如大鼠和狗,以 便全面了解受试物的毒性特征。 由于亚慢性毒性试验期较长,所以选择被动物的体 重(年龄)应较小,如小鼠应为15g左右,大鼠100g左右。 3、染毒途径 亚慢性毒性试验接触外来化合物途径的选择,应考 虑两点:一是尽量模拟人类在环境中接触该化合物的 途径或方式,二是应与预期进行慢性毒性试验的接触 途径相一致。具体接触途径主要有经口、经呼吸道和 经皮肤三种。
染毒方式和受试物的配制
• 一般用灌胃法和人工熏气法。 • 受试物的配制:配制试验所需的最高剂量浓度溶液,然后依 次稀释到所需浓度。
动物急性毒性试验(2)
观察指标
• 中毒症状:一般观察24~48小时,最好观察到绝大多数动物 出现典型中毒症状。 • 动物死亡数目和死亡时间 • 病理检查:对于试验时立即死亡的动物,可解剖,分析死亡 原因,看是技术事故还是中毒引起的死亡。
4、观察指标
(1)一般性指标 1).一般综合性观察指标,这类指标是非特异性观察指标,它是外来 化合物对机体毒性作用的综合性总体反映。 ①动物体重:实验动物在亚慢性方式接触外来化合物过程中,有多 种因素均可影响动物体重的增长,包括食欲变化、消化功能变化、 代谢和能量消耗变化等。体重变化的表示方式,可将接触组与对 照组同期体重绝对增长的重量加以比较和统计学处理。也可将接 触组与对照组同期体重百分增长率(以接触化合物开始时动物体重 为100%)进行统计和比较。 ②食物利用率:亚慢性试验期间必须注意观察并记录动物的饮食情 况,在此基础上计算食物利用率,即动物每食入100g饲料所增长 的体重克数。分析比较接触组与对照组食物利用率,有助于分析 受试化合物对实验动物的生物学效应。
(二)受试生物的选择 (1)对试验毒物或者因子要具有敏感性 (2)具有广泛的地理分布和足够的数量,并在全年中在 某一区域范围内可获得 (3)是生态系统的重要组成,具有重大的生态价值 (4)在实验室内易于培养和繁殖 (5)具有丰富的生物学背景资料,人们已经清楚了解受 试生物的生活史、生长、发育、生理代谢等等 (6)受试生物对试验毒物或因子的反应能够被测定,并 具有一套标准的测定方法或技术 (7)受试生物应具有重要的经济价值和旅游价值,应考 虑与人类食物链的联系。
确定半数致死量(LD50) 试验结果
• LD50值越小,毒性越大。 • 急性毒性试验结果只能粗略地表示某化学物质的毒性,而不 能全面反映其毒性。 • 由于动物种属、性别、染毒方式的不同,所表现的毒性也不 一致,故表示LD50应注释明动物种类和染毒方式。
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