1、13 药物毒理学绪论第一章 药物毒理学绪论 药物毒理学(drug toxicology):研究药物对机体的毒性反应、中毒机制及其防治方法的一门独立的学科,它也就是药理学研究不可缺少的内容之一。 就是研究药物对生命有机体有害作用的科学 就是毒理学的分支学科之一 就是一门与药学、药理学、临床药物治疗学密切相关与交叉的药学边缘学科。第一节 毒理学概述毒理学 (toxicology) :传统毒理学:研究外源化学物对生物体损害作用的学科。 现代毒理学:以毒物为工具,在实验医学与治 疗学的基础上,发展为研究化学、 物理与生物因素对机体的损害作用、 生物学机制、危险度评价与危险度管理的科学。一、毒理学简史:
2、(一)古代与中世纪毒理学 萌芽 5000前(3000-2000 B、C),有文字记载约3500年历史。 最早的毒物研究开始于1500 B、C,人类最早的医书、古埃及的埃伯斯草文稿已记载了700多种的毒物与药物,如毒芹、铅与锑等。 公元50年希腊医生迪奥斯克理德斯(Dioscorides)所著的药物论,把毒物分成动物、植物与矿物,描述配图,成为之后16世纪毒物的主要资料。 我国明朝初的本草纲目等也记载了 有关毒物。如砒石、钩吻、乌头、番木鳖等。(二 )启蒙时代毒理学 产业革命前由于社会上中毒、误服法医毒理学化学药物的合成药物毒理学 产业革命后(19世纪) 工业革命快速发展,职业中毒工业毒理学(三
3、 )现代毒理学 二次世界大战药品、农药、工业化学物生产的大量增加,毒理学研究亦应运而生。 20世纪20年代许多药物毒性事件的发生,形成了毒理学研究的雏形:砷中毒、氨基比林退热、 2,4二硝基酚减肥、磺胺事件等。 20世纪50年代,FDA对毒理学的职能开始加强 20世纪60年代,震惊世界的“反应停事件”极大地推动了毒理学科学的发展。1、现代毒理学特点: 研究范围不断扩大,合作研究机构应运而生。 研究内容不断深入,并取得了一些突破性进展。 在宏观管理与立法方面的作用日益重要,危险度评定开始成为现代毒理学研究的主要目的与任务。 趋于早期参与新产品开发,与经济发展的关系更加密切。 学术队伍不断壮大,国
4、际间学术交流不断发展。2、众多学科交叉渗透3、从高度综合到高度分化4、新技术新方法在毒理学研究的应用基因组学、蛋白质组学的原理与技术的发展与应用,为建立高通量毒性检测、有害因素鉴定方法提供了技术支特 生物标志物的研究与确定,为工业毒物、药物、环境毒物的危险度评价提供了工具。 5、 系统毒理学人类基因组计划(HGP,1990启动) 环境基因组计划(EGP,1998启动)毒理基因组学(Toxicogenomics,2000)系统毒理学(Systems toxicology,2002) 二、毒物(toxicant) 1、定义: 毒物(toxicant/poison ):指在一定条件下,以较小剂量进入
5、机体就能干扰正常的生化过程或生理功能,引起暂时或永久性的病理改变,甚至危及生命的化学物质。三、毒物的分类毒物:人工制造的毒素:天然产生的四、毒性(Toxicity)泛指药物或其她物质对人体的毒害作用。 物质就是否有毒性及毒性的高低,与药物的剂量与疗程有关。1、剂量-效应关系(量效关系)指在一定范围内同一药物的剂量(或浓度)增加或减少时药物效应也相应增加或减少,简称量效关系。包括: 剂量-量反应关系剂量-质反应关系量反应:毒性效应用具体数字或最大反应的百分率表示,称作量反应,有强度与性质的差别。如心率(次/分)、血压(mmHg)等。质反应:毒性效应以阳性或阴性(全或无)表示者,称为质反应,如生存
6、或死亡、惊厥或不惊厥。没有强度的差别,不能以具体的数值表示。其大小就是以一组受试者正性反应(或负性反应)出现的个数或百分率表示。2、化学物质毒性比较多种比较指标:半数致死量(LD50)半数中毒量(TD50)半数有效量(ED50) 多种比较参数:治疗指数 (therapeutic index,TI)药物的LD50与 ED50的比值称为治疗指数 (therapeutic index,TI),用以表示药物的安全性。TI= LD50/ ED50 此值越大越安全。治疗指数一般由动物试验中获得,多认为新药的TI大于5具有价值。但|治疗指数(TI )评价药物安全性的可靠性如何？(参见P4)、TI不够完善,没
7、有考虑药物疗效与毒效应剂量-反应关系的斜率,故仅用TI用于评价药物安全性具有不完全可靠性。a、如果药物的剂量-效应曲线与剂量-死亡曲线一致时,则治疗指数相等的药物安全性相同,治疗指数大的药物相对较治疗指数小的药物安全;b、如果药物的剂量-效应曲线与剂量-死亡曲线不一致时,斜率较小的有效曲线在接近最大有效量时,有可能已经落完全在最小致死剂量范围内。所以仅仅用TI评价药物安全性具有不完全可靠性。|更好的评价药物安全性的指标:安全范围(margin of safety, MOS):LD5与ED95的比值,称作安全范围。即:MOS=LD5/ED95安全范围越大越安全可靠安全系数(certain saf
8、ety factor, CSF)CSF=LD1/ED99安全系数1,说明有效剂量与致死量有重叠,就是不安全的。 3、毒理学常用指标(1)致死剂量毒性上限参数半数中毒剂量或浓度(TD50或TC50) 半数致死剂量或浓度(LD50或LC50) 绝对致死量(LD100) 最小致死量(MLD,LD01) 最大耐受剂量(MTD,LD0) 半数中毒剂量 (medium toxic dose,TD50):指化学物质能引起50%动物中毒的剂量。 半数致死量(median lethal dose, LD50):指药物一次给药或24h内多次给药,引起50%动物死亡的剂量。 绝对致死量(absolute letha
9、l dose,LD100):指化学物质能引起100%动物死亡所需要的最低剂量。 最小致死量(minimal lethal dose,MLD):指化学物质能引起受试对象中的个别成员出现死亡的剂量。 最大耐受剂量(maximum tolerated dose, MTD):指化学物质不引起受试对象出现死亡的最高剂量,高于此剂量即可出现死亡。指动物单次大剂量给药或在24小时内接受多次大剂量受试药物后,不引起动物死亡的最大给药量的试验。毒性下限参数 有害作用阈(adverse effect threshold):指化学物质引起受试对象中的少数个体出现某种最轻微的异常改变所需要的最低剂量,又称为最小有作用
10、剂量(minimal effect level,MEL)。 观察到有害作用的最低剂量(lowest observed adverse effect level, LOAEL):在规定的暴露条件下, 一种物质引起机体形态、功能、生长、发育或寿命某种有害改变的最低剂量或浓度。 末观察到有害作用剂量(no observed adverse effect level,NOAEL):在规定的暴露条件下,一种物质不引起机体形态、功能、生长、发育或寿命的有害改变的最高剂量或浓度。 最大无作用剂量 (maximal no-effect dose,ED0):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
11、检测方法与最灵敏的观察指标不能发现任何损害作用的最高剂量。(2)阈剂量阈剂量(threshold dose):指化学物质引起受试对象中的少数个体出现某种最轻微的异常改变所需要的最低剂量。 急性阈剂量(acute threshold dose, Limac):为与化学物质一次接触所得。 慢性阈剂量(chronic threshold dose, Limch):为长期反复多次接触所得五、毒理学研究领域与任务:毒理学 (toxicology) 就是以毒物为工具,在实验医学与治疗学的基础上,发展为研究化学、物理与生物因素对机体的损害作用、生物学机制、危险度评价与危险度管理的科学。毒理学研究的三个主要研
12、究领域: 机制毒理学(mechanistic toxiicology) 描述毒理学(descriptive toxicology) 应用毒理学(applied toxiicology)1、描述性毒理学:对某化合物/药物的毒性鉴定。研究目的:为化学物安全性评价与危险度管理提供信息;还可为化学物的毒作用机制研究提供重要线索。研究内容:毒物/药物急性毒性、长期毒性、遗传毒性、生殖毒性与致癌性、毒代动力学等。2、 机理毒理学通过试验,阐明化学物/药物产生毒性的细胞或组织的生理生化改变,确定并阐明对肌体产生毒性的机制。3、应用毒理学 该领域基于描述性毒理学与机制毒理学提供的资料,并通过系统的毒性研究,确
13、定某受试物就是否具有毒性,以确保化学物、药品、食品等进入市场足够安全。应用毒理学分支: 法医毒理学(forensic toxicology) 临床毒理学(clinical toxicology) 环境毒理学(environmental toxicology) 职业毒理学(occupational toxicology) 药物毒理学(drug toxicology) 第二节 药物毒理学概述药物毒理学(drug toxicology):研究药物对机体的毒性反应、中毒机制及其防治方法的一门独立的学科,它也就是药理学研究不可缺少的内容之一。 1、药物毒理学的基本目的: 指导临床合理用药 指导药物合成
14、降低药物的毒副作用 减少因毒性导致的新药研发失败2、药物毒理学的任务: 新药临床前毒理学研究:基础理论研究、新药临床前安全性评价 新药临床试验:新药、临床实验 临床药物毒性监测:地高辛等药物毒性监测 药物流行病学研究:耐药性、不良反应、新药上市再评价 其它新领域:如纳米药物3、药物不良反应的类别副作用:在正常剂量情况下出现与用药目的无关的反应称为副作用(side effect)。如阿托品用于解除胃肠痉挛时,引起口干心悸、便秘等副反应、 一般说来,副作用比较轻微; 多为可逆性机能变化,停药后通常很快消退; 副作用随用药目的不同而改变。后遗效应(residual effect):停药以后血药浓度已
15、降至最低治疗浓度以下时残存的效应。如:短暂的效应:如苯二氮唑类催眠药的“宿醉现象”持久的效应:如肾上腺皮质激素类药物停药后引起肾上腺皮质功能减退停药反应:长期用药因减量太快或突然停药时引起的不良反应,包括“反跳现象”(原病复发或加重)及“停药症状”(病人出现一些原来疾病没有的症状)。毒性作用(toxic reaction):指外源化学物/药物作用下,机体表现的不良或有害的生物学改变。包括:毒性反应 (toxic reaction )在剂量过大、用药时间过长或体内药物蓄积过多时对机体的危害性的反应。如异烟肼肝损伤;氯霉素灰婴综合征等、 变态反应(allergic reaction)某些作为半抗原
16、(hapten) 的化学物质与机体接触后,与内源性蛋白结合为抗原并激发抗体产生(称为致敏)。当再度与该化学物质或结构类似物质接触时,引发抗原抗体反应,产生过敏反应症状。过敏反应损害表现多种多样,轻者仅有皮肤症状,重者休克,甚至死亡。如青霉素过敏反应、特点:a) 反应及轻重因药因人而异b) 反应性质与药物固有的效应及所用剂量无关c) 用药理拮抗药解救无效。特异质反应 (idiosyncrasy)指由遗传所决定的特异性体质对某种毒物的异常反应性。 如遗传性胆碱酯酶缺陷者:琥珀酰胆碱毒性,持续的肌肉松弛与呼吸暂停 遗传性葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)缺陷者:伯氨喹、蚕豆马、磺胺、VitK等药物引
17、发溶血型贫血 乙酰化快、慢代谢型:乙酰基转移酶的差异异烟肼快代谢型外周神经炎、肝毒性特点:a) 与药物的固有药理作用基本一致b) 严重程度与剂量成比例c) 药理拮抗药解救可能有效 例如新斯的明可拮抗遗传性胆碱酯酶缺陷者患者使用琥珀酰胆碱出现的呼吸抑制作用毒性。致癌性(carcinogenesis):属于长期用药产生的毒性,包括损伤遗传物质产生肿瘤及非遗传物质损伤途径产生肿瘤。如化疗药物;还可以就是迟发效应产生肿瘤如己烯雌酚。生殖毒性与发育毒性 (reproductive and developmental toxicity) 生殖毒性:对育龄人群用药后产生的对生殖系统及与生育相关的神经或内分泌
18、系统产生的毒性。如精子卵子异常、不育不孕、流产等。 发育毒性:指药物对胚胎的直接影响(胚胎器官形成器及其她发育阶段)所导致的胎儿毒性。如胎儿畸形、发育迟缓、功能异常、死亡。如反应停、抗癫痫药物、抗过敏药、抗凝药等,可致胎儿畸形、流产、死亡。致突变与遗传毒性 (mutagenesis and genetic toxicity):药物损伤遗传物质而发生突变作用,产生对人类本身(致癌毒性)及后代的影响(致畸毒性)。如抗肿瘤药物。第三节 药物毒性作用及其机制药物毒性作用发展的潜在阶段:三种作用途径:途径A:药物被机体摄入后,仅仅存在于机体的关键部位,而没有与靶分子相互作用。 途径B:药物被机体摄入,与
19、靶分子相互作用;并产生对细胞功能与/或结构的作用。途径C:药物到达靶点;与靶分子相互作用;启动对细胞功能或结构的干预效应;继而激发分子、细胞与组织的修复作用。四个作用步骤:(一)药物到达靶组织 直接毒性作用 如磺胺尿道结晶 药物毒性的强度主要取决于终毒物在作用部位的浓度及其持续时间。(二)与靶器官相互作用 毒物/药物与靶分子作用后产生毒性。 就是否激发毒性,取决以下因素:1)终毒物与靶分子反应的类型:(见教材)非共价键结合:药物通过非极性交互作用或氢键与离子键的形成与靶分子作用。如毒物与膜受体、细胞内受体、离子通道以及酶等靶分子的交互作用。因为键能相对低,通常就是可逆的或可解救。例如:筒箭毒碱
20、与N2受体结合,中毒时可用新斯的明解救。共价键结合:抗肿瘤药物烷化剂如氮芥类、亚硝脲类、乙烯亚胺类等,以共价键与癌细胞中的生物大分子(DNA,RNA,酶等)发生共价结合,使其丧失活性或使DNA分子发生断裂,抑制肿瘤细胞的增殖,并导致肿瘤细胞死亡,同时也导致其它细胞的毒性反应。特点: 从根本上改变生物大分子结构 具有不可逆性 发挥高效与持久的治疗/毒性作用去氢反应:如对乙酰氨基酚的中间代谢物N-乙酰对位苯醌亚胺可通过从脂肪酸去氢而产生膜脂质过氧化降解,导致肝细胞膜的破坏。电子转移:非那西丁使血红蛋白氧化产生高铁血红蛋白。酶促反应:蓖麻蛋白导致与核蛋白体水解破坏;蛇毒含的水解酶可以造成组织损伤。
21、2)靶分子的属性 (见教材)所用内源性分子均就是终毒物(如药物及其活性代谢物)的潜在作用靶点。如酶、受体、蛋白、DNA等。靶分子的反应性/空间构型终毒物就是否容易与靶分子结合,如黄曲霉素容易与DNA形成加成物,导致基因突变而产生致癌性。靶分子的易感性靶分子就是否容易被终毒物所影响,某些线粒体酶如丙酮酸脱氢酶、细胞色素C氧化酶等极易成为肾毒物的巯基结合靶点。靶分子的关键功能靶分子的关键功能决定其毒性大小,如甲氨喋呤与二氢叶酸还原酶作用,发挥抗肿瘤作用,同时引起骨髓、毛发、胃肠道等毒性。3)毒物/药物对靶分子的毒性效应(见教材)(1)功能紊乱:如阿托品阻断M型胆碱受体 胆碱能功能紊乱-口干、尿潴留
22、等(2)结构破坏:如阿霉素:嵌入肿瘤细胞DNA双螺旋结构,与DNA分子形成加成物,破坏了DNA结构。又如氮芥:能与细胞骨架蛋白、DNA或DNA与蛋白形成交叉联接,通过交叉联结等使靶分子结构破坏。 (3)新抗原生成:氟烷:在肝药酶作用下转为三氟乙酰基 + 蛋白全抗原肝炎样综合征(三)细胞功能失调导致的毒性(见教材)1、基因表达失调(1)转录失调 如药物可作为外源性配基,引起转录因子介导的毒性,如致畸性、致癌性。P15 表1-1(2)信号转导失调 药物影响转录因子(磷酸化或脱磷酸化),影响基因的表达。如烷化剂引起胸腺细胞凋亡、肝毒物引起肝细胞凋亡等。(3)信号产生失调:如巴比妥的甲状腺毒性2、细胞
23、活动失调(1)电兴奋细胞活动失调药物可影响神经细胞、骨骼肌、心肌、平滑肌的正常功能,导致毒性。通过影响一下环节:1 药物-神经递质水平改变2 药物-神经递质受体相互作用3 药物-信号传导相互作用(2)非电兴奋细胞活动失调:外分泌腺细胞、内分泌腺细胞 (四) 修复不全或错误修复 (见教材)不适当的修复1、分子(层面)修复:蛋白、脂质、DNA2、细胞组织(层面)修复:调亡、增生复习:1、名词、概念2、举例说明药物不良反应与毒性作用的概念与类别。3、如何更全面评价两种不同药物的毒性大小？4、终毒物就是否与靶分子反应产生毒性取决哪些因素？举例说明5、药物特异质反应与变态反应的区别就是什么？6、 终毒物的毒性作用步骤分哪四大步？
