第三節　毒理學的發展及研究方法概述

一、毒理學的發展

（一）毒理學的發展歷史

1.毒理學的萌發階段

古代人把動物毒汁或植物提取物用于狩獵、行刺或戰爭。到中世紀古羅馬、古希臘、古埃及的文獻中有關于有毒植物和金屬毒物等的記載。我國的《神農本草經》，收集了大量的動植物用于人的疾病的防治。15世紀瑞士醫學家Paracelsus提出“藥物與毒物的區別在于劑量”，此期是毒理學的萌發階段。

2.經典毒理學形成與發展

到近代18世紀下半葉，西班牙人Orfiia對當時認為有毒的物質用狗做實驗加以驗證，成為實驗毒理學的先例。在之后的100多年內，人類應用各種基礎學科，提出了各種假說并進行測試，初步形成了毒理學的理論，經典毒理學得到發展。

3.現代毒理學的快速發展

環境污染出現的直接或間接的中毒事故，促進了現代毒理學的快速發展。隨著社會發展的需要，形成了許多獨立的毒理學科，如軍事衛生毒理學（military hygienic toxicology）。這是一門研究軍事毒物及相關環境因素對機體的有害作用、作用機理及為促進部隊指戰員健康提出防治措施的科學。軍事衛生毒理學來源于毒理學，是毒理學的一個重要分支。

（二）毒理學間的關系和研究方向

1.經典毒理學

經典毒理學（classical toxicology）是研究化學物質的測定、事故、特性、效應和調節的中毒有害作用機理和保護作用的一門科學。主要研究內容是外源性化學物的有害作用及機理。基本上包括兩個方面：其一，毒性的質和量的評價（或評定）。質的評價是指引起有害作用的能力，而量的評定是毒物的劑量效應關系等。其二，研究在一定條件下的作用機理。

2.現代毒理學

現代毒理學（modern toxicology）是研究環境物理、化學和生物因素對生物體毒作用性質、量化機理和防治措施的一門科學。包括毒性作用機制、毒素和毒性測定、化學物質毒性分級、各種應用毒理學（如軍事毒理學、衛生毒理學和機制毒理學），為制定法規、申報藥品和保健食品提供必備的權威性研究資料及環境因素的危險性評價。比如，環境污染物、食品、食品資源、食品添加劑、勞動和軍事環境中接觸的各種形式的環境因素，以及特殊環境下的不利影響。軍用戰劑、核素、微波、激光、次聲等物理因素和生物因素，如細菌毒素、動物毒素、植物毒素、病毒、有害基因活性產品等對機體的有害作用和防治措施等都是現代毒理學的重要研究內容。現代社會中，人們也利用毒理學知識，根據毒物具有選擇性毒性研制開發抗腫瘤、滅害除草等藥物。

3.軍事毒理學

軍事毒理學（military toxico1ogy）是利用毒理學的概念和方法，從預防醫學角度，研究軍隊平戰時環境因素和軍事作業中外源化學物特別是化學武器的有害作用及機理、防治和急救措施的科學。它主要研究衛生學范疇的外源化學物和生物物理因素的有害作用、機理和防治措施，屬于毒理學的一個分支，與衛生毒理學的研究內容在軍事環境因素上有交叉。

4.衛生毒理學

衛生毒理學（hygienic toxicology）是從衛生學角度，利用毒理學的概念和方法，研究人類生產和生活可能接觸的環境因素（理化和生物因素）對機體的生物學作用，特別是毒性損害作用及其機理和防治措施的科學，為工業毒理學、環境毒理學、食品毒理學的統稱。衛生毒理學又稱預防毒理學，屬于預防醫學的范疇，也是毒理學的一個分支學科。毒理學是從醫學角度研究化學物質對生物機體損害作用的科學。

（三）毒理學的發展趨勢

1.目的延伸

由單純研究環境因素的有害作用機理到利用其毒性防治疾病和除草滅害。已往毒理學研究的目的主要是對有害因素包括機理作出評價。而今，則利用毒理學知識，對化學品、生物因子進行修飾，可以具有抗腫瘤等疾病的治療作用，而副作用相對減輕；再者，有些除草劑、滅害劑則正是利用某些物品具有選擇性毒性的特點而研制成功的。

2.內容廣泛

由單純研究環境因素的有害作用機理和安全性評價擴展到研究防護措施。已往的研究側重于描述毒理研究，通過實驗室研究結果對某一化學品作出安全性評價，現在則更偏重于對救治方法、防護措施及裝備研究。

3.對象擴大

由單純研究化學因素對生物體的影響擴展到物理因素和生物因素的作用。已往毒理學主要研究外源化學物對機體的影響機理，現在逐漸擴大到研究物理因素（如輻射、微波、次聲以及冷、熱有害因素）和生物毒素（如動物毒素、細菌毒素、有害基因工程產品等）的影響。

4.層面深入

由單純研究環境因素對整體、器官等水平的影響擴展到分子水平的作用。隨著分子生物學的引入，毒理學進一步揭示了外源化學物的分子結構與生物大分子的關系；并可應用分子探針研究化學物的毒性，使我們有可能觀察到低劑量下的毒性反應；應用酶學、核酸、染色體分析與基因合成技術等研究毒物作用機制。

5.范圍拓展

由單純研究環境因素對神經系統等作用擴展到對精神心理行為的影響。神經科學的發展，也促使了神經毒理與行為毒理的結合。

6.技術提高

技術由單純研究經典毒理學的方法延伸到遺傳、免疫、生態多學科方法技術的引入。隨著與生命科學有關學科（如自由基生物學、生物化學、生物物理學和分子生物學、免疫學、發育生態學、遺傳學等）的發展，新方法進一步引入到毒理學中，使研究手段大大提高。

綜上所述，當前，毒理學發展的主要趨勢是：①與相關學科進一步相互滲透。②毒理學進入分子水平。③形成毒理學的分支學科越來越多、越來越細化。總之，毒理學的發展與其他學科一樣，總是循著由宏觀至微觀，由整體至局部，由綜合至分析，由理論至應用的規律，循環往復地深入發展。

二、毒理學的研究方法

（一）動物模型的選擇

根據研究目的可選用植物、微生物、非哺乳類動物及哺乳類動物。

環境生態毒理學主要對植物和非哺乳類動物群體進行研究，環境生態毒理學研究常常以水蚤為毒性試驗對象，通常將收集到的毒理學資料通過數學和計算機科學的方法編制成生態毒理模型，以預測未來的生態毒理學現象。

1.動物模型選擇的依據

① 動物模型對于一定環境因子的反應盡可能與目標生物的反應相近。

② 具有經濟可行性。

一般的實驗動物有：狗、小鼠、大鼠、家兔、豚鼠、倉鼠。

2.毒理學實驗類型

（1）活體實驗　活體實驗即體內實驗法，也稱整體生物實驗。

按目標生物可能接觸的劑量和途徑使實驗生物在一定時間內接觸環境污染物，然后觀察生物的形態和功能變化。

整體生物實驗不僅可以反映環境污染物的綜合生物學效應，而且可以反映生物整體對環境污染物的各種生物學效應。

按照染毒時間的長短可分為：急性、亞急性（亞慢性）和慢性毒性實驗；按照實驗目的的不同可分為繁殖實驗、蓄積實驗、代謝實驗及“三致實驗”（即致癌變、致畸變和致突變實驗）。

（2）離體實驗　離體實驗即體外實驗法，可利用器官灌流技術，將受試化學物經過血管流經特定的臟器，觀察環境污染物在臟器內的代謝轉化和毒性作用；也可以將某種臟器從體內取出再制成原代游離細胞，進行環境污染物對細胞毒性作用的研究；還可以利用經過在體外多次傳代的細胞株（如HeLa細胞，CHO細胞，V79細胞等）對外來化學物進行一般毒性和特殊毒性研究；采用離心技術，可將細胞器或組分（如內質網，線粒體等）分離純化，研究環境污染物對這些亞細胞組分的毒性作用。

（3）流行病學調查與生物調查

① 采用醫學流行病學的調查方法，根據動物實驗的結果及對環境污染物毒理作用的預測或假設，選用適當的觀察指標，對接觸該環境污染物的人群進行調查，分析環境污染與人群健康損害的關系。

② 環境污染物對動物、植物及微生物群體的損害，也可通過生物調查的方法進行研究。

（二）實驗技術

目前化學技術、生物技術、生物化學技術、分子生物學技術、膜片鉗技術、熒光分光光度法已用于細胞膜結構和功能的研究，自旋共振技術已成為直接測定自由基的工具，通過核磁共振技術可研究生物大分子構象的變化和直接探索環境污染物在動物體內的代謝轉化。

在社會和經濟發展的推動下，隨著生命科學、物理學、化學、數學及其他基礎科學的發展和滲透，環境毒理學的理論和方法也將不斷向前發展。

環境污染物對機體毒作用的評定，主要通過以下幾種動物實驗方法進行。

1.急性毒性試驗

急性毒性試驗的目的是探明環境污染物與機體短時間接觸后所引起的損害作用，找出污染物的作用途徑、劑量與效應的關系，并為進行各種動物實驗提供設計依據。一般用半數致死量、半數致死濃度或半數有效量來表示急性毒作用的程度。

2.亞急性毒性試驗

亞急性毒性試驗主要研究環境污染物反復多次作用于機體引起的損害。通過這種試驗，可以初步估計環境污染物的最大無作用劑量和中毒閾劑量，了解有無蓄積作用，確定作用的靶器官，并為設計慢性毒性試驗提供依據。

3.慢性毒性試驗

慢性毒性試驗用于探查低劑量環境污染物長期作用于機體所引起的損害，確定一種環境污染物對機體的最大無作用劑量和中毒閾劑量，為制定環境衛生標準提供依據。

隨著毒理學的不斷進展，為了探明農藥及其代謝物對機體是否有蓄積毒作用或致畸、致突變、致癌等作用，人們又建立了蓄積試驗、致突變試驗、致畸試驗和致癌試驗等特殊的試驗方法。