第三章環境毒理學的基本研究方法

2021-03-04 04:15:48 字數 4682 閱讀 9237

實驗動物的選擇:

物種選擇:

選擇對外液化學物的毒性反應及代謝特點與人類接近的物種;

選擇自然壽命不太長的物種;

選擇易於飼養和實驗操作的物種;

選擇經濟並易於獲得的物種。

品系選擇:

近交系動物採用連續20代以上兄妹交配或親子交配而培育的純品系動物。如津白、津白、615, balb/c, c3h、c57b/6j小鼠等。

突變系動物動物在生長繁殖過程中,通過自然突變或人工定向突變的辦法,使其某基因發生突變,並喪失了原有的正常功能。這種突變的基因可以世代相傳並保持遺傳基因特性的品系動物。

雜交群動物兩個不同近交系之間有目的進行交配,所產生的第一代動物, 亦稱雜交一代動物。

封閉群動物乙個動物種群,在5年以上不從外部引進新血緣,僅由同一品系的動物在固定場所儲存繁殖的動物群如昆明種小鼠、nih小鼠、laca小鼠、wistar大鼠sd大鼠、青紫藍兔、紐西蘭兔等。

微生物控制的選擇:

無菌動物體內外均無任何微生物和寄生蟲的動物

無特定病原體動物(spf)體內無特定的微生物和寄生蟲存在的動物。實際上是無傳染病的動物,容許攜帶非特定微生物。飼養於封閉的系統中。

清潔動物有程最低限度疾病動物,動物體內外不攜帶人畜共患的病原體或動物傳染病病原體,與spf動物不同的是,抗體檢查常有腦脊髓炎病毒、鼠肝炎病毒等抗體滴度,但不應有臨床症狀、病理改變及自然死亡。飼養在半遮蔽系統

主要根據人體可能的暴露途徑,選擇經口、經皮、經呼吸道的染毒途徑進行急性毒性試驗,獲得 ld50或lc50。農藥等有可能與**或眼接觸的化學物需進行**刺激試驗、眼刺激試驗和****反應試驗。對呼吸道有刺激作用的化學物還應進行吸入刺激閾濃度試驗。

通過急性毒性試驗,可對化學物的毒性作出初步的估計並確定其急性毒作用特徵,為急性毒性定級、進一步試驗的劑量設計和毒性判定指標的選擇提供依據。

用來表示急性毒性大小的是ld50:對受試物的個體感受性影響較小,有更高的重現性;從劑量反應曲線上看它處於曲線的中段,是死亡率對劑量敏感的部位,有60%一70%死亡動物集中在ld50附近。

見p505表22-5,22-6

二、試驗程式與評價

1.動物選擇首先選擇受試物在體內代謝情況與人體內相近的或對受試物最敏感的品系。

齧齒類:大鼠、小鼠;

兔、豬、狗。

應對兩種性別、成年和幼年動物進行測定。

2.染毒途徑與方式: 一般應與人的接觸途徑相同。常用的有以下幾種:

(1)經口染毒常用灌胃法,也可將受試物放在飲水中由動物自由攝取。將化學物與飼料混和.具有劑量不準確的缺點,而且常會影響吸收,降低化學物的毒性。

為了便於染毒常需用溶劑來溶解受試物或將其配成混懸液,溶劑本身應無毒,且不與受試物起反應。溜胃容積一般大鼠不超過3m1,小鼠不超過o.5m1,當染毒劑量過大時,可分幾次給藥。

(2)經呼吸道染毒將實驗動物放在有毒氣或粉塵的染毒櫃內進行染毒。急性吸入染毒採用靜式染毒瓶(20—25l)或染毒拒(25—50l),加入定量受試物形成所需濃度的空氣環境,讓動物自由吸入,染毒2—4h。

(3)經**染毒本法主要用於化學物如化妝品農藥經皮(或粘膜)吸收所引起的急性毒性。常用動物是成年家免或脈鼠,有時也用大鼠和小鼠。在正式給藥前24h,給動物背部脫毛,注意勿傷**。

將受試物均勻塗佈於**表面,用紗布覆蓋,共敷24h。

3.試驗程式:

(1)劑量與分組首先應根據受試物的結構對比文獻中類似化學物的致死量作初步估計,然後進行預試以找出粗略的ld50或ld0。正式試驗可在ld100與ld0之間設5—7個劑量組。

(2)症狀觀察

時間:24h或兩周內的反應。

觀察內容:表現症狀和解剖觀察p504表22-4

三、 ld50的計算與結果評價

計算ld50及其標準誤的方法:.

通常採用概率單位法和寇氏法。見p506。

根據所得結果,按前述急性毒性分級標準,評定其毒性大小。ld50值愈小,毒性愈大。各種化學物之間的毒性有明顯的差異。

概率單位法

用正態曲線下的面積來表示死亡率的大小,其均數左右邊的面積各為50%。將正態曲線橫軸上的單位,用標準正態差為單位來計算:d=(x-μ)/δ

為消去負號,將其值一律加5,稱為概率單位。

死亡率為50%時,概率單位為5,以此類推。

從表17-1百分率-概率單位換算表,可以任一死亡率換算為相應的概率單位。

經此換算,劑量對數與概率單位(即表示死亡率),已不是s狀曲線(a)而成為直線關係(b)。

lc50計算步驟如下:

a.根據各組死亡率從表17-1百分率-概率單位換算表中查到各組的概率單位,如第一組死亡率為80%,查得概率單位為5.84,餘此類推。死亡率為100%或0%者,不列入計算。

b 用方格紙繪相關線,橫軸表示濃度對數(x),縱軸表示概率單位(y),各級數值點在圖上(圖 17-7)。

c.順著各點的分布趨勢,用直尺繪出一條最適合於各點的直線,此線應盡量靠近概率單位為5及附近的點子。畫線前可用透明尺或用一根黑線進行測試,為直線通過各點中間。

d.求概率單位與處的濃度對數(m),其反對數即為lc50

e.劑量-反應關係的回歸方程的計算:可選兩個相距較遠的概率單位點y□和y2,求回歸係數b。

代入回歸方程

式中:b為直線斜率

x為的劑量對數

為概率單位5的劑量對數

f.求lc50的可信限

先求lc50的標準誤差(**):

=4平均致死量法(又名寇氏法)

此法計算ld50較為簡便,但試驗時要符合下列要求:①每個試驗組動物數要相同;②

各組劑量要按等比級數分組;③最大劑量的死亡率最好為100%或與之接近,最小劑量的死

亡率最好為0%或與之接近。計算公式如下:

式中,xm為最大劑量的對數值;i為相鄰劑量比值的對數;為各組死亡率的總和(以小數表示)。

例小鼠腹腔注射致百蟲急性毒性試驗結果如表 17-4所示,求 ld50

式中,p為乙個組死亡率;q為乙個組存活率;i為相鄰劑量比值的對數;h為各組動物數。

第二節亞慢性和慢性毒性試驗

了解長期反覆接觸低劑量化學物質可能引起的毒性效應。

需進行蓄積試驗和亞慢性、慢性毒性試驗。

一、蓄積試驗及其方法:

環境化學物的蓄積作用是慢性中毒的基礎。

(一)蓄積作用:某些物質以較小劑量反覆作用於機體,可使機體對該物質的反應性增強,即一次染毒不引起明顯中毒反應或死亡的劑量,經分次重複染毒後,可引起明顯中毒或死亡,此種現象稱為蓄積作用(accumulation)。可分兩種:

物質蓄積,即毒物在體內的排出量小於進入量,以致毒物在體內的貯留量增多為物質蓄積;

功能蓄積:是毒物進入機體後,並末發現在體內明顯貯留,但可引起機體功能改變的逐漸累積,導致對該毒物的反應性增強,此種現象稱為功能蓄積。

但兩者的劃分是相對的,既有差別,又互有聯絡。功能蓄積可能是由於貯存於體內的化合物或代謝產物的數量極微,目前分析方法尚不能檢出的一種物質蓄積,或是由於每次機體接觸化合物之後所引起的損害累積所致。

耐受性(tolerance)是機體多次接觸化學物質後.對該物質產生反應性減弱的現象,顯示不易發生慢性中毒。

(二)蓄積作用的測定方法

有多種,常用蓄積係數法。

蓄積係數是指多次染毒使半數動物出現某種效應的總劑量(ed50(n))與一次染毒引起同一效應的劑量,即半數效量(ed50(1))的比值。

若以死亡為毒效應指標,上式為

蓄積係數的測定:

1.固定劑量法由kagan和s帕nkevic(i 954)提出,該法固定每天染毒劑量為1/20—1/5 ld50,連續染毒,直至實驗動物半數死亡。如果染毒劑量累計已達5個ld50 動物死亡仍末達半數,實驗均可告結束,計算蓄積係數,作出評價。

2.遞增劑量法由lim等(1961)提出,先測定ld50(1),然後對另一組動物每天染毒,以4天為一期,開始給予0.1ld50。以後每期按1.

5倍遞增劑量,直至動物半數死亡,或實驗已達24天,可結束實驗,計算係數。

3. 二十天試驗法本法是我國《食品安全性毒理學評價程式》(1984)針對上述兩法的利弊而提出的。選用大鼠或小鼠每個劑量組雌雄各10只,以1/2、l/5、1/10、1/20 ld50。

分別對每組進行染毒,每日1次,共20天。如l/20ld50組動物有死亡,且有劑量—反應關係,則有較強蓄積作用;如1/20 ld50組無死亡,則為弱蓄積。

二、亞慢性毒性作用及其試驗方法:

1、目的:確定化學物亞慢性毒性的閾劑量和noel(最大無作用劑量或未觀察到作用劑量)。

2、試驗期限:

無完全統一認識,一般認為3-6月;

現有學者主張餵飼:90天,因有報道認為3個月毒性效應與更長時間基本相同。

呼吸道吸收:30或90天,每天6小時,每週5天。

**毒性:30天。

3、試驗動物的選擇、飼養環境及染毒途徑:

選擇:急性毒性實驗證明對受試化學物敏感的物種或品系;

環境:營養合理,飲水清潔、充足、溫、光、溼適宜;

染毒途徑:盡量模擬人類在環境中接觸受試化學物的途徑,與急性毒性試驗相似。

4、劑量選擇與分組

劑量:1/20—i/5ld50,對於在體內不產生蓄積作用而排洩又快的物質可適當加大劑量,反之則可減少劑量。

設3—4個實驗組和1個對照組。

實驗組要求:

要求在實驗結束時,最低劑量組的動物不會產生可觀察到的毒性反應,相當於亞慢性的最大無作用劑量;

最高劑量組要求能引起動物明顯的毒性反應,但又不引起動物死亡;

中間劑量組應產生輕微的毒性反應,相當於亞慢性的閾劑量。

另設一對照組。

劑量選擇可參照急性毒性和蓄積毒性的資料。如:以急性非致死性試驗的閾劑量作為亞慢性試驗的最高劑量。

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