第三节　毒理学的发展及研究方法概述

一、毒理学的发展

（一）毒理学的发展历史

1.毒理学的萌发阶段

古代人把动物毒汁或植物提取物用于狩猎、行刺或战争。到中世纪古罗马、古希腊、古埃及的文献中有关于有毒植物和金属毒物等的记载。我国的《神农本草经》，收集了大量的动植物用于人的疾病的防治。15世纪瑞士医学家Paracelsus提出“药物与毒物的区别在于剂量”，此期是毒理学的萌发阶段。

2.经典毒理学形成与发展

到近代18世纪下半叶，西班牙人Orfiia对当时认为有毒的物质用狗做实验加以验证，成为实验毒理学的先例。在之后的100多年内，人类应用各种基础学科，提出了各种假说并进行测试，初步形成了毒理学的理论，经典毒理学得到发展。

3.现代毒理学的快速发展

环境污染出现的直接或间接的中毒事故，促进了现代毒理学的快速发展。随着社会发展的需要，形成了许多独立的毒理学科，如军事卫生毒理学（military hygienic toxicology）。这是一门研究军事毒物及相关环境因素对机体的有害作用、作用机理及为促进部队指战员健康提出防治措施的科学。军事卫生毒理学来源于毒理学，是毒理学的一个重要分支。

（二）毒理学间的关系和研究方向

1.经典毒理学

经典毒理学（classical toxicology）是研究化学物质的测定、事故、特性、效应和调节的中毒有害作用机理和保护作用的一门科学。主要研究内容是外源性化学物的有害作用及机理。基本上包括两个方面：其一，毒性的质和量的评价（或评定）。质的评价是指引起有害作用的能力，而量的评定是毒物的剂量效应关系等。其二，研究在一定条件下的作用机理。

2.现代毒理学

现代毒理学（modern toxicology）是研究环境物理、化学和生物因素对生物体毒作用性质、量化机理和防治措施的一门科学。包括毒性作用机制、毒素和毒性测定、化学物质毒性分级、各种应用毒理学（如军事毒理学、卫生毒理学和机制毒理学），为制定法规、申报药品和保健食品提供必备的权威性研究资料及环境因素的危险性评价。比如，环境污染物、食品、食品资源、食品添加剂、劳动和军事环境中接触的各种形式的环境因素，以及特殊环境下的不利影响。军用战剂、核素、微波、激光、次声等物理因素和生物因素，如细菌毒素、动物毒素、植物毒素、病毒、有害基因活性产品等对机体的有害作用和防治措施等都是现代毒理学的重要研究内容。现代社会中，人们也利用毒理学知识，根据毒物具有选择性毒性研制开发抗肿瘤、灭害除草等药物。

3.军事毒理学

军事毒理学（military toxico1ogy）是利用毒理学的概念和方法，从预防医学角度，研究军队平战时环境因素和军事作业中外源化学物特别是化学武器的有害作用及机理、防治和急救措施的科学。它主要研究卫生学范畴的外源化学物和生物物理因素的有害作用、机理和防治措施，属于毒理学的一个分支，与卫生毒理学的研究内容在军事环境因素上有交叉。

4.卫生毒理学

卫生毒理学（hygienic toxicology）是从卫生学角度，利用毒理学的概念和方法，研究人类生产和生活可能接触的环境因素（理化和生物因素）对机体的生物学作用，特别是毒性损害作用及其机理和防治措施的科学，为工业毒理学、环境毒理学、食品毒理学的统称。卫生毒理学又称预防毒理学，属于预防医学的范畴，也是毒理学的一个分支学科。毒理学是从医学角度研究化学物质对生物机体损害作用的科学。

（三）毒理学的发展趋势

1.目的延伸

由单纯研究环境因素的有害作用机理到利用其毒性防治疾病和除草灭害。已往毒理学研究的目的主要是对有害因素包括机理作出评价。而今，则利用毒理学知识，对化学品、生物因子进行修饰，可以具有抗肿瘤等疾病的治疗作用，而副作用相对减轻；再者，有些除草剂、灭害剂则正是利用某些物品具有选择性毒性的特点而研制成功的。

2.内容广泛

由单纯研究环境因素的有害作用机理和安全性评价扩展到研究防护措施。已往的研究侧重于描述毒理研究，通过实验室研究结果对某一化学品作出安全性评价，现在则更偏重于对救治方法、防护措施及装备研究。

3.对象扩大

由单纯研究化学因素对生物体的影响扩展到物理因素和生物因素的作用。已往毒理学主要研究外源化学物对机体的影响机理，现在逐渐扩大到研究物理因素（如辐射、微波、次声以及冷、热有害因素）和生物毒素（如动物毒素、细菌毒素、有害基因工程产品等）的影响。

4.层面深入

由单纯研究环境因素对整体、器官等水平的影响扩展到分子水平的作用。随着分子生物学的引入，毒理学进一步揭示了外源化学物的分子结构与生物大分子的关系；并可应用分子探针研究化学物的毒性，使我们有可能观察到低剂量下的毒性反应；应用酶学、核酸、染色体分析与基因合成技术等研究毒物作用机制。

5.范围拓展

由单纯研究环境因素对神经系统等作用扩展到对精神心理行为的影响。神经科学的发展，也促使了神经毒理与行为毒理的结合。

6.技术提高

技术由单纯研究经典毒理学的方法延伸到遗传、免疫、生态多学科方法技术的引入。随着与生命科学有关学科（如自由基生物学、生物化学、生物物理学和分子生物学、免疫学、发育生态学、遗传学等）的发展，新方法进一步引入到毒理学中，使研究手段大大提高。

综上所述，当前，毒理学发展的主要趋势是：①与相关学科进一步相互渗透。②毒理学进入分子水平。③形成毒理学的分支学科越来越多、越来越细化。总之，毒理学的发展与其他学科一样，总是循着由宏观至微观，由整体至局部，由综合至分析，由理论至应用的规律，循环往复地深入发展。

二、毒理学的研究方法

（一）动物模型的选择

根据研究目的可选用植物、微生物、非哺乳类动物及哺乳类动物。

环境生态毒理学主要对植物和非哺乳类动物群体进行研究，环境生态毒理学研究常常以水蚤为毒性试验对象，通常将收集到的毒理学资料通过数学和计算机科学的方法编制成生态毒理模型，以预测未来的生态毒理学现象。

1.动物模型选择的依据

① 动物模型对于一定环境因子的反应尽可能与目标生物的反应相近。

② 具有经济可行性。

一般的实验动物有：狗、小鼠、大鼠、家兔、豚鼠、仓鼠。

2.毒理学实验类型

（1）活体实验　活体实验即体内实验法，也称整体生物实验。

按目标生物可能接触的剂量和途径使实验生物在一定时间内接触环境污染物，然后观察生物的形态和功能变化。

整体生物实验不仅可以反映环境污染物的综合生物学效应，而且可以反映生物整体对环境污染物的各种生物学效应。

按照染毒时间的长短可分为：急性、亚急性（亚慢性）和慢性毒性实验；按照实验目的的不同可分为繁殖实验、蓄积实验、代谢实验及“三致实验”（即致癌变、致畸变和致突变实验）。

（2）离体实验　离体实验即体外实验法，可利用器官灌流技术，将受试化学物经过血管流经特定的脏器，观察环境污染物在脏器内的代谢转化和毒性作用；也可以将某种脏器从体内取出再制成原代游离细胞，进行环境污染物对细胞毒性作用的研究；还可以利用经过在体外多次传代的细胞株（如HeLa细胞，CHO细胞，V79细胞等）对外来化学物进行一般毒性和特殊毒性研究；采用离心技术，可将细胞器或组分（如内质网，线粒体等）分离纯化，研究环境污染物对这些亚细胞组分的毒性作用。

（3）流行病学调查与生物调查

① 采用医学流行病学的调查方法，根据动物实验的结果及对环境污染物毒理作用的预测或假设，选用适当的观察指标，对接触该环境污染物的人群进行调查，分析环境污染与人群健康损害的关系。

② 环境污染物对动物、植物及微生物群体的损害，也可通过生物调查的方法进行研究。

（二）实验技术

目前化学技术、生物技术、生物化学技术、分子生物学技术、膜片钳技术、荧光分光光度法已用于细胞膜结构和功能的研究，自旋共振技术已成为直接测定自由基的工具，通过核磁共振技术可研究生物大分子构象的变化和直接探索环境污染物在动物体内的代谢转化。

在社会和经济发展的推动下，随着生命科学、物理学、化学、数学及其他基础科学的发展和渗透，环境毒理学的理论和方法也将不断向前发展。

环境污染物对机体毒作用的评定，主要通过以下几种动物实验方法进行。

1.急性毒性试验

急性毒性试验的目的是探明环境污染物与机体短时间接触后所引起的损害作用，找出污染物的作用途径、剂量与效应的关系，并为进行各种动物实验提供设计依据。一般用半数致死量、半数致死浓度或半数有效量来表示急性毒作用的程度。

2.亚急性毒性试验

亚急性毒性试验主要研究环境污染物反复多次作用于机体引起的损害。通过这种试验，可以初步估计环境污染物的最大无作用剂量和中毒阈剂量，了解有无蓄积作用，确定作用的靶器官，并为设计慢性毒性试验提供依据。

3.慢性毒性试验

慢性毒性试验用于探查低剂量环境污染物长期作用于机体所引起的损害，确定一种环境污染物对机体的最大无作用剂量和中毒阈剂量，为制定环境卫生标准提供依据。

随着毒理学的不断进展，为了探明农药及其代谢物对机体是否有蓄积毒作用或致畸、致突变、致癌等作用，人们又建立了蓄积试验、致突变试验、致畸试验和致癌试验等特殊的试验方法。