定义:“在一定条件下,以较小剂量进入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称为毒性物质(poison)”
“化学物质”
化学物质是一种笼统的说法,维基百科上对于化学物质的解释是在化学上对于物质的另一种称法,由次可见,世界上所有的物质都能称之为化学物质。虽然我们通常所说的毒性作用是由于化学物质经过机体细胞的代谢过程,也就是通过一些列化学反应而导致机体出现损伤。可是,化学物质对人的伤害却不一定是仅仅通过“化学”的方式。从事某些特殊工作的工人会长期吸入游离二氧化硅和石棉纤维等生产性粉尘,他们的肺部常常会出现纤维化的病变,也就是我们熟知的尘肺。虽然这类疾病的发病机制还没有完全搞清楚,但科学家普遍认为尘肺是由于由于长期吸入细小尘粒,超过了气管和肺部的清除作用,导致尘粒或纤维在肺部沉积。这些物质沉积在肺部,会接触到肺部的细胞。细胞表面是一个脆弱的脂质膜,在尘粒和纤维的机械刺激下,细胞会受到损伤,继而释放多种物质导致炎症发生,长期的炎症会导致肺部出现纤维化,甚至引发恶性肿瘤。所以尘肺的发生过程,一部分是由于尘粒和纤维对于肺部细胞的机械刺激产生,而不是通过化学反应过程。
“在一定条件下”
在随后的研究中,科学家发现反应停具有极强的致畸性,由于实验动物和人体的差别以及实验设计的问题,这一毒性作用在药物上市前的毒理学评价中并没有被发现。据估计,从反应停上市到退市的4年里,共在全世界多个国家导致上万名海豹儿的出生,是人类药物使用历史上的一场灾难,给人们带来了惨痛的教训,并促使药物审批制度的进一步完善。
这种现象在药理学和毒理学上都很常见,被称为化学物的联合作用。化学物的联合作用机制非常复杂,研究难度也比较大。一般来说,按照联合作用方式的不同,可以分为非交互作用和交互作用两类。非交互作用中,两种或多种化学物质对人体的作用方式和结果可能相同,于是会出现作用效果累加;化学物独立发挥不同的毒性作用,也可能会分别造成不同的损伤。交互作用中,两种或多种化学物作用的结果有可能大于或小于各毒性物质单独对机体的作用效果,于是会出现协同或拮抗作用;有时一种化学物对机体并没有伤害,但与另一种化学物同时使用的时候会出现明显的毒性作用,此时会出现作用效果的加强作用,比如上述头孢类抗生素和酒精联合使用的例子。所以,在药物的说明书上都会标明“药物相互作用”和“注意事项”,在同时服用多种药物的时候,一定要认真阅读说明书和遵照医嘱,不能自己随便搭配,以防止削减药效或出现严重的不良反应。
“较小剂量”和“进入机体”
按照通常的认识,在出现同样严重症状的情况下,接触到的化学物质的剂量越少,则表明它的毒性越大;或者在接触到同样剂量的化学物质下,出现症状越严重,则表明毒性越大。在实验室里,科学家通常以第一种方式来评价化学物质的急性毒性强度,评价过程都是在实验动物上进行,较常用的是小鼠,大鼠和兔子。中毒症状的严重程度是一个很难观察的指标,比如腹痛和头晕,这些症状的严重程度在实验动物身上很难进行界定,而症状和剂量两个变量必须固定一个,测定另一个才有意义。“死亡”是急性毒性最严重的症状,同时也是一个容易观察和界定的后果,在真正的毒理学评价中,科学家常常使用“半数致死量(LD50)”来进行化学物质急性毒性强度的分级。
另外,生物体接触外源化学物质途径是有差别的,一般来说工业化学毒物多以呼吸道和经过皮肤接触;食品和水以消化道摄入为主;农药以呼吸,消化道和皮肤接触为主;而药物则可能会通过皮肤外用、口服、肌肉注射、静脉注射和鼻腔吸入等不同的方式。不同接触途径对于化学物质的毒性作用影响非常大,这主要是因为化学物质进入血液循环到达作用靶器官的速度和过程的差别。比如经口吃下去的东西往往经过小肠吸收,通过小肠吸收的化学物质会通过一条静脉首先到达肝脏,而肝脏是人体最大的代谢器官,肝脏内有多种代谢酶负责化学物质的解毒作用,这会使得最终进入血液循环的化学物质的毒性降低和剂量减少;存在于空气中的化学物质会通过呼吸道进入肺部,肺部是进行血液二氧化碳和氧气交换的器官,由于肺泡表面积非常大,吸入肺部的化学物质会迅速通过肺部的血液进入心脏,并被心脏泵往全身;通过静脉注射的化学物质则会直接进入血液循环,使得化学物质迅速到达全身各个器官。我们可以将不同的接触方式以化学物质的吸收速率进行排序,一般是静脉注射>吸入>肌肉注射>腹腔注射>皮下注射>经口消化道>经皮肤。所以,在测定化学物质半数致死量的时候,一定要区分接触方式。
对于化学物质的毒性进行评价非常重要,它是进行安全限量制定的重要参考依据。比如我们看到某一种化学物质的每日容许摄入量(ADI)是0.001毫克每千克体重(0.001mg/kg),那意味着一个体重为60千克的健康成年人每天摄入不大于0.06毫克该化学物质是安全的。化学物质的安全限量通常是通过实验得到的,由于不同研究数据之间存在差异,不同个体之间对于化学物质的易感性也不同,为了保险起见,要给这个数值加上一个安全系数,最终得到的安全限量要远小于机体对于该化学物质的代谢能力,所以一般不会导致蓄积和出现毒性作用。
安全限值对我们的健康非常重要,比如食物加工过程中需要使用的合法添加剂中会含有一些有毒化学物质;食品原料中含有或者加工过程中也会难以避免的混入一些有毒化学物质,此时需要设定相应的限值以保证食品的安全性。不过,不能仅以毒性大小和安全限值来评判食品中含有的化学物质,对于一些非法添加剂,比如三聚氰胺,即便毒性不高,也不能允许其加入到食品中使用。
“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”
然而,不管怎么区分,化学物质对机体的损害作用最终都体现在整体功能的影响上,所以研究化学物质的毒性作用时,应该从局部到整体进行综合评价。
结语
人类生活在地球上,会不断接触到各种各样的化学物质,好在人体内拥有多种代谢酶,才使得我们能够健康的生活下去。科学家一直在进行化学物质的毒理学和药理学研究,随着研究的深入,人们对于化学物质和生命体的相互作用机制越来越了解,原本有害的毒性物质也有可能成为非常有效的治疗药物来帮助人类攻克疾病。