第十一章管理毒理学

第十一章管理毒理学

概述在人类的生产和生活环境中存在着多种多样的化学物质，既有天然生成的，也有人工合成的。据估计，目前常用的7万多种化学物质中约有10%左右为致突变物。国际癌症研究机构(IARC)颁布的文集中确定约有105种(至2008年)化学毒物或生产过程对人类有致癌性。

对特定化学物质产生毒害的可能性作出准确的评价，在此基础上制定相关的法律、法规、标准和条例，作为国家行政部门监督执法的依据，对化学品实施有效的管理以保护人民的身体健康和生产生活环境，显得十分重要。为适应此种需要，管理毒理学应运而生并迅速地发展起来。对特定化学物质产生毒害的可能性作出准确的评价，在此基础上制定相关的法律、法规、标准和条例，作为国家行政部门监督执法的依据，对化学品实施有效的管理以保护人民的身体健康和生产生活环境，显得十分重要。为适应此种需要，管理毒理学应运而生并迅速地发展起来。

管理毒理学(regulatory toxicology)是毒理学的一个分支，是将毒理学的原理、技术和研究结果应用于化学物质管理，以期达到保障人类健康和保护生态环境免遭破坏的目的。管理毒理学需要行政管理人员和毒理学工作者的共同参与和密切合作。

毒理学工作者:提供毒理学原理和实验数据。毒理学实验室获得的毒性资料是行政管理部门制定防治法规和卫生标准时不可缺少的科学根据。毒理学工作者:提供毒理学原理和实验数据。毒理学实验室获得的毒性资料是行政管理部门制定防治法规和卫生标准时不可缺少的科学根据。行政管理部门:通过制定规范、程序、准则对毒理学研究的设计和执行施加重要的影响。针对不同类别的化学物质提出了相应的毒性鉴定要求和试验程序，规定了从事毒理学鉴定的合格实验室条件和工作准则[如良好实验室规范(good laboratory practice，GLP)]，以保证毒理学实验数据的质量。

毒理学对于化学物质毒性及其作用机制的认识是逐步深化、不断完善的。新技术的使用和研究的深入，人们对于化学物质本质的认识也越来越深刻。确定人类致癌物、生产过程：毒理学对于化学物质毒性及其作用机制的认识是逐步深化、不断完善的。新技术的使用和研究的深入，人们对于化学物质本质的认识也越来越深刻。确定人类致癌物、生产过程： 1987年IARC公布的为50种， 1995年为60种， 1999年为75种， 2002年为88种， 2004年为97种， 2007年为102种， 2008年为105种,数量还在不断增加。对于一些新的发现、新的进展会有不同的看法，以至于产生争论。

行政管理目的是为了规范人们的行为，使之在已制定的法规和标准的允许范围内活动，具有权威性和强制性。故行政管理机构在制定管理文件时，只接受毒理学的基本原理、普遍规律及公认的观点，而不纳入学术上尚存在争议的内容。这使得现有的法规、标准具有相对的稳定性，可以阶段性的、圆满地解决有关化学物质方面的问题，而不致经常改动。

我国行政管理部门对化学物质采用分类分级管理的办法。对不同类别、不同毒性级别的化学物质采用不同的管理尺度，决定其能否使用及使用的范围、数量和条件。我国行政管理部门对化学物质采用分类分级管理的办法。对不同类别、不同毒性级别的化学物质采用不同的管理尺度，决定其能否使用及使用的范围、数量和条件。确定化学物质的毒性大小与性质是首先需要解决的问题，也是进行管理的基础。毒理学安全性评价及近些年发展起来的危险度评价是行政管理部门获得化学物质毒性资料的主要来源，起着关键的作用。

第一节危险度评价

长期以来，安全性评价的结果是政府部门管理化学物质的主要依据，通常是用由动物试验获得的NOAEL除以安全系数(safety factor,SF)来估测人的NOAEL，并在此基础上制订人的每日容许摄入量(acceptable daily intake,ADI)等安全限值。当人接触某种化学物质的量低于其安全限值时，即认为是安全的。如高于其安全限值时，就要采取措施进行干预，以保证接触者的健康。

人们发现致突变物和致癌物的效应表现为“零”阈值，即在零以上的任何剂量都可以产生效应。对于这样的物质找不到安全限值，不能用原有的化学物质管理模式进行管理。人们发现致突变物和致癌物的效应表现为“零”阈值，即在零以上的任何剂量都可以产生效应。对于这样的物质找不到安全限值，不能用原有的化学物质管理模式进行管理。具有致癌潜力的化学毒物越来越多，而且其中有一些是难以完全消除或经权衡利弊后尚需应用的。发展了危险度评价的方法，提出了“可接受危险度”的概念。

1976年，美国环境保护局(Environmental Protection Agency, EPA)首先提出并推荐了危险度评价系统，公布了致癌物评价指南，并成立了致癌物评价小组。 1983年，美国国家科学研究顾问委员会(National Research council，NRC)任命专门小组制订颁发了危险度评价的程序，将其主要内容和步骤分为四个部分，危害认定、剂量-反应关系评价、接触评定和危险度特征分析，总称为危险度评价。

在危险度评价的基础上进一步对危险因素进行利弊权衡，作出决策并制订标准和措施的过程称为危险度管理。在危险度评价的基础上进一步对危险因素进行利弊权衡，作出决策并制订标准和措施的过程称为危险度管理。近些年来，危险度评价的方法发展得很快，不断完善。由于该方法具有可定量、有预测性等优点，其应用范围不断扩大，如美国EPA先后颁布了有关致癌物、致突变物、发育毒物和生殖毒物等一系列危险度评价指南。危险度评价已成为许多国家对各类化学毒物进行管理的重要手段。

一、基本概念： 1、毒性（toxicity）：指化学物质造成机体损害的能力。 2、危险性（risk）即危险度：指在特定条件下，因接触某种水平的化学毒物而造成机体损伤、发生疾病甚至导致死亡的预期概率。 3、安全性 (safety)：安全性是指化学毒物在特定条件下不引起机体出现损害效应的概率。

危险度与安全性的关系： 危险度安全性化学毒物造成机体损害不引起机体出现损害效应的概率效应的概率条件特定特定

4、可接受的危险度（acceptable risk）:是指公众和社会在精神、心理等各方面均能承受的危险度。 5、实际安全剂量(virtual safe dose,VSD)是指与可接受的危险度相对应的化学毒物的接触剂量。

表11-1 美国社会引起死亡率增加10-6的某些活动 活动死因吸烟(1.4支/d) 肺癌饮酒(0.5l/d) 肝硬化煤矿井下劳动(lh/d) 煤尘肺驾车旅行24Okm 车祸空中旅行9600km 飞机失事在纽约市居住2天大气污染

6、危险度评价(risk assessment)是在综合分析人群流行病学调查、毒理学试验、环境监测和健康监护等多方面研究资料的基础上，对化学毒物损害人类健康的潜在能力做定性和定量的评估，对评价过程中存在的不确定性进行描述与分析，进而判断损害可能发生的概率和严重程度。目的是确定可接受的危险度和VSD，为政府管理部门正确地作出卫生和环保决策、制订相应的管理法规和卫生标准提供科学依据。

二、危险度评价： 危险度评价由四个部分组成：危害认定、剂量-反应关系评价、接触评定、危险度特征分析

(一)、危害认定 危害认定(hazard identification)是危险度评价的第一阶段，为定性评价阶段。目的：确定待评化学毒物在一定条件下与机体接触后，能否产生损害效应;效应的性质、特点和强度如何;化学毒物与损害效应之间有无因果关系。

1、危害性认定的科学依据 （1）、待评化学毒物的资料 ①化学结构与理化特性方面的资料； ②用途、使用方式和范围等方面的资料； ③在环境中的稳定性如何，能否发生化学反应或转化为毒性更强或较弱的衍生物的资料。

结构-活性关系(structure-activity relationship，SAR)的研究对于危害认定可能具有重要意义。通过分析化学物质的结构和含有的某些特殊基团常可估测其引起危害的潜力。如N-亚硝基、芳香胺基、氨基偶氮和菲核结构等与致癌活性有着密切的关联，对于具有这些组成的化学物质需高度重视其致癌能力的评价。

（2）、人群流行病学调查资料 优点： ①资料直接反映损害作用，无须外推； ②可以获得接触者的主观感受以及精神和心理状态方面的资料； ③不确定因素少，易于确定因果关系； ④在危害性认定中具有决定性意义。

缺点： ①难以找到污染水平稳定，且含有几个不同污染水平的现场；接触剂量难以准确估计。 ②环境中往往是多种有害因素同时存在，不易控制； ③对于新合成的化学物质，因找不到接触人群而无法调查。

人类基因组计划的进展使分子生物学标记越来越多的应用于流行病学调查之中，把疾病与机体细胞内的分子改变紧密地联系起来，为阐明其发生机制、探索危害的因果关系提供了有效的手段。接触、效应和敏感性分子生物学标记的应用不仅大大增加了人群调查资料的可靠性，而且有助于减少人群之间、实验动物与人之间资料外推的不确定性。人类基因组计划的进展使分子生物学标记越来越多的应用于流行病学调查之中，把疾病与机体细胞内的分子改变紧密地联系起来，为阐明其发生机制、探索危害的因果关系提供了有效的手段。接触、效应和敏感性分子生物学标记的应用不仅大大增加了人群调查资料的可靠性，而且有助于减少人群之间、实验动物与人之间资料外推的不确定性。

资料来源： ①在职业性接触人群或环境污染区居民中进行的调查； ②药物毒性的临床观察； ③意外事故的原因追查； ④对志愿人员的试验与检测等

（3）、毒理学试验资料－危险度评价的主要依据。（3）、毒理学试验资料－危险度评价的主要依据。优点： ①可以人为地控制实验条件，排除许多混杂干扰因素的影响； ②获得比较确定的受试物与机体损害效应之间的剂量－反应关系和因果关系； ③在以上基础上评价和预测对人体造成危害的可能性。

体外试验：常被用来筛检待评物质在致突变和致癌方面的特殊毒性。体外试验：常被用来筛检待评物质在致突变和致癌方面的特殊毒性。毒理学资料用于危险度评价的主要问题是:种属差异带来的不确定性。在把动物实验结果外推至人时，必须十分慎重。

急性毒性试验： 体内局部作用试验：毒试验长期毒性试验：理特殊毒性试验：学代谢动力学：试验体外哺乳动物的组织、器官和细胞，微生试验物、植物和非哺乳动物等各种层次的多种生物材料

2、危害性效应的分类 （1）、有阈值效应有阈值效应：化学物质对于机体产生的一般毒效应，如引起生理生化过程的异常改变、病理组织学的变化等，只有达到某一剂量水平时才能发生，低于此剂量即检测不到。对于有阈值效应评价时要注意选择最敏感的指标，特别是应该重视对于中枢神经等系统和肝、肾等重要器官的损害作用。

化学毒物作用于生殖细胞、胚胎或胎儿，导致细胞死亡、生物合成减少、分化程度改变、形态发育障碍，最终表现为胚胎死亡、生长迟缓、畸形和功能不全，视为发育毒性或胚胎毒性。对于此类毒物目前尚缺少权重分类标准，但一般认为有阈剂量存在，故也应按有阈值毒物进行评价。

（2）、无阈值效应 无阈值效应：化学毒物的致癌作用以及致体细胞和生殖细胞突变的作用在零以上的任何剂量均可发生，即具有零阈剂量-反应关系。 IARC 分类标准中2B组以上或EPA分级标准中C级以上的化学毒物可以认为是致癌物；EPA凡能引起生殖细胞基因点突变和／或染色体结构重排的化学毒物都具有零阈值。对于IARC or EPA提出的物质都应按照无阈值毒物进行危险度评价。

（二）、剂量-反应关系评价 剂量－反应关系评价（dose－response assessment）是危险度评价的第二阶段，又是定量危险度评价（quantitative risk assessment）的第一步。目的:在认定待评物质具有危害性的基础上，阐明不同剂量水平的待评物质与接触群体中出现的最为敏感的关键性的有害效应发生率之间的定量关系，确定特定接触剂量下评价人群危险度的基准值(criteria)。

1、有阈值化学毒物的剂量—反应关系评价 有阈值化学毒物的剂量一反应评价方法即安全评价法。通过评价确定待评物质不引起机体出现任何有害效应的最高剂量（NOAEL）或出现有害效应的最低剂量（LOAEL），作为基准值来评价危险人群在某种接触剂量下的危险度，并估算该物质在各种环境介质中的最高容许浓度。

（1）、参考剂量（reference dose，RfD）RfD在概念上类似于每日容许摄入量（ADI），为日平均接触剂量的估计值。RfD的单位为mg／(kg·d）。（2）、不确定系数（uncertainty factor，UF）即安全系数（SF）。在计算RfD时，应把实验动物的NOAEL或LOAEL缩小一定倍数来校正误差，确保安全。（3）、确定RfD时需要考虑的问题 ①首先对人群流行病学调查资料与毒理学动物实验结果进行分析，明确剂量－反应关系，确定NOAEL或LOAEL； ②用NOAEL或LOAEL除以不确定系数UF（可分为标准化不确定系数UFs和修正系数MF）。计算公式如下:RfD=NOAEL或LOAEL/Ufs×MF

影响UFs数值的因素: 1)人群中个体敏感性的变异带来的不确定性，取10倍系数。 2)从实验动物资料外推到人的不确定性，取10倍系数。 3)从亚慢性毒性试验资料推导慢性毒性试验结果的不确定性，最大可取10倍系数。 4)当以LOAEL替代NOAFT计算RfD时，最大可取10倍系数。 5)当用于推导的资料库不完整(如受试物种太少，缺乏生殖毒性资料等)，最大可取10倍系数。

修正系数： MF取值为<10，主要考虑研究的科学性以及上面各项未能包括的不确定因素，如有无作用机制方面的资料、待测物质所致实验动物的损害作用是否与人类相似等。当研究中的不确定因素可由UFS予以充分估计时，MF取值为1。

如果以上各项均取最大值10的话，其乘积将达到1,000,000，即100万倍。如果以上各项均取最大值10的话，其乘积将达到1,000,000，即100万倍。美国EPA发表的有阈值化学毒物的RfD中，大多数UFs为2～1000。UFs太大，说明毒性资料收集的不完全，不确定因素过多，因而计算所得的RfD的精确性也差，缺乏可信度。

（4）、基准剂量（benchmark dose，BMD） BMD是一个可使化学毒物有害效应的反应率稍有升高的剂量的95％可信限下限值。该反应率可以人为确定，通常选择1%、5%或10%。计算RfD的公式为: RfD = BMD / UFs × MF 优点：它是依据剂量-反应关系曲线的所有数据计算获得的，而不是仅仅依据一个点值，在可靠性与准确性上都大大提高了；

BMD要计算反应剂量95%可信限的下限值。就需要把试验组数、每组实验动物数以及终点指标观察值的离散度等均考虑在内。如果资料的质量不高(每组受试对象少或反应的变异大)，则可信限会很宽，BMD也相应降低，反映出有较大的不确定性存在，反之亦然。对于未直接观察到NOAEL的试验结果，仍可通过计算求出BMD。 BMD既可通过分组的计数资料获得，也可通过连续的计量资料获得，故应用范围更为广泛。

2、无阈值化学毒物的剂量-反应关系评价（复杂） 进行评价的关键问题是确定低剂量范围内的剂量—反应关系，在此基础上预测危险人群在特定接触水平下发生癌症的危险度。化学毒物的致突变和致癌作用主要靠毒理学鉴定程序来认定，在把动物实验结果应用于人时，不仅存在种属差异，而且存在高剂量向低剂量外推的问题。许多化学毒物在高、低剂量下的毒效应是不一样的。

毒效应性质相同的化学毒物，在低剂量区的剂量-反应曲线也有不同形式，如超线性、线性、次线性等，而毒理学研究往往不能提供这部分资料，只能通过外推模型予以估测。但在使用不同外推模型对同一试验资料进行估测时，常有很大差异。毒效应性质相同的化学毒物，在低剂量区的剂量-反应曲线也有不同形式，如超线性、线性、次线性等，而毒理学研究往往不能提供这部分资料，只能通过外推模型予以估测。但在使用不同外推模型对同一试验资料进行估测时，常有很大差异。

模型： (1)概率分布模型(Probability distribution models):这类模型包括概率单位模型(Probit model)、Logistic模型和Weibull模型。 (2)机制模型(mechanistic models):是基于人们对于化学毒物致癌机制的认识而建立的。一次打击模型(one-hit model) 多次打击模型(multi-hit model) 线性多阶段模型(linear multi-stage model)

(3)以生理学为基础的毒物动力学模型(Physiologically based toxicokinetic model,PB-TK):各种数学模型都是在接触剂量的基础上进行外推，但真正引起效应的却是作用部位处化学毒物的水平(靶剂量)。由于机体吸收、分布、代谢、排泄诸过程的影响，靶剂量与接触剂量并不总是平行的，这样以后者为基础作外推势必造成较大的不确定性。

(4)以生物学为基础的剂量-反应模型(biologically based dose-response model，BBDR): 该模型通过把细胞的某些生物学特征，如细胞周期动力学、细胞的生成和死亡率、细胞的克隆扩增、代谢酶的活性、受体结合水平等参数结合于机制模型中，使之替代原有模型中的缺省值和计算机求出的模拟值，以求更准确地反映特定肿瘤形成过程中的生物学变化。

(三)、接触评定 接触评定（exposure assessment）是危险度评价的第三个阶段。目的：是确定危险人群接触待评化学毒物的总量并阐明接触特征，为危险度评价提供可靠的接触数据或估测值。如经此阶段认定待评化学毒物与人群无接触或虽有接触但不能引起健康危害，则危险度评价可不再向下进行。

接触评定涉及到环境有害物质与接触人群两方面：接触评定涉及到环境有害物质与接触人群两方面： ①对于待评物质：要弄清它的来源、在环境中存在的总量以及在不同介质（空气、水体、土壤和食物）中的分布、转运、转化的情况和消长规律。 ②对于接触人群：不仅要掌握人数、构成、范围等资料，而且要特别注意抽样的代表性问题。

人群接触剂量的估测应考虑到不同途径的吸收系数的影响及多途径进入机体的问题。人群接触剂量的估测应考虑到不同途径的吸收系数的影响及多途径进入机体的问题。对于无阈值化学毒物：一般假设为人群或动物短期内接触高剂量的致癌物与终生持续接触低剂量的致癌物结果相同，基于这种假设就可以用公式来计算人群或动物终生日均接触剂量率。

接触剂量与靶器官剂量并非总是平行，而只有后者才能引起损害效应，故估测接触剂量时要结合健康效应进行。生物学标记的监测对于接触水平的准确评价常具有重要的意义。

（四）、危险度特征分析 危险度特征分析（risk characterization）是危险度评价的最后总结阶段。目的：通过对前三个阶段的评定结果进行综合、分析、判断，估算待评化学毒物在接触人群中引起危害概率（即危险度）的估计值，并以文件的形式阐明该物质可能引起的公众健康问题，为政府管理机构决策提供科学依据。

第十一章 管理毒理学