一、基本概念
??????? （一）毒物及分類
??????? 毒物（poison，toxicant）通常包括以下4個方面的特點：①外來性，引起突發中毒事件的原因均為外來物；②此外來物要作用于人群或個體，通過特定的方式與人體接觸，經消化道、呼吸道、皮膚等途徑進入人體，并其量達到一定水平；③此物質（或其代謝產物）在體內直接影響人體代謝過程；④要有健康影響的后果，如造成機體暫時或永久的氣質性或功能性異常。
??????? 一般在醫學上，將生物（包括動物、植物、細菌和真菌等）體內形成、可損害其他生物體的物質稱為生物毒素，簡稱毒素，以區別由人工合成的物質類毒素。
??????? 物質有毒或無毒是相對的，并不存在絕對的界限。任何一種物質在一定條件下可能是有毒的，而在另一條件下則對人的健康是安全無毒的。著名瑞士毒理學家Paracelsus曾說：“物質只有在一定的劑量下才具有毒性”，“毒物與藥物的區別僅在于劑量”。
??????? 從毒物危害控制角度看，也有按其用途和分布范圍分為工業化學品、食品添加劑、日用化學品、農用化學品、醫用化學品、環境污染物、生物毒素和軍事毒物等。
??????? 按急性毒性大小分為劇毒、高度、中等毒、低毒、微毒。
??????? （二）毒性及其分級
??????? 毒性（toxicity）通常是指某種毒物能夠造成機體損害的能力，是物質本身固有的特性。一種毒物對機體的損害能力越大，其毒性越高。在實驗條件下，毒性是指實驗物引起實驗動物某種毒效應所需的劑量（濃度）。物質毒性大小，通常可用劑量-反應關系表示。引起實驗動物某種反應（效應）所需的劑量愈小，則毒作用愈大；反之亦然。毒性高的毒物物質以較小劑量即可引起機體損害，毒性低的物質毒物則需大劑量方可呈現毒性作用。除劑量外，接觸條件也影響毒物物質的毒性及其效應，包括接觸途徑、接觸時間、速率、頻率等。
??????? 表示毒性常用指標有：
??????? 1.致死劑量
??????? ⑴絕對致死劑量（LD100）：指毒物引起受試對象全部死亡所需要的最低劑量。如再降低劑量，即有存活者。由于絕對致死劑量可隨實驗動物品種、敏感性、動物數量不同而發生變化，故難以在實驗中得到重復的結果。一般不用絕對致死劑量來衡量外來化合物急性毒性的大小。
??????? ⑵最小致死劑量（MLD或LD01）：指毒物引起受試對象中的個別成員出現死亡的劑量。從理論上講，低于此劑量即不能引起死亡。
??????? ⑶最大耐受劑量（MTD或LD0）：指毒物不引起受試對象出現死亡的最高劑量。若高于該劑量即可出現死亡。
??????? ⑷半數致死劑量（LD50）：指毒物引起一半受試對象出現死亡所需要的劑量，又稱致死中量。LD50是評價毒物急性毒性大小最重要的參數，也是對不同毒物進行急性毒性分級的基礎標準。與LD50概念相似的毒性參數，還有半數致死濃度（LC50），即在動物急性毒性試驗中，使受試動物半數死亡的毒物濃度。
??????? 上述LD0和LD100常作為急性毒性試驗中選擇劑量范圍的依據。
??????? 2.最低有害作用劑量
??????? ⑴閾劑量（threshold dose）：指毒物引起受試對象中的少數個體出現某種最輕微的異常改變所需要的最低劑量。在此劑量下的任何劑量都不應產生損害作用，故又稱最小有作用劑量。但實際上，能否觀察到毒物造成的損害作用在很大程度上收到所選用的判定指標及檢測技術靈敏性和精確性的限制。另外，受試對象的數量對此也有影響。閾劑量分為急性和慢性兩種：急性閾劑量為與毒物一次接觸所得；慢性閾劑量則為長期反復多次接觸所得。
??????? ⑵觀察到損害作用的最低劑量（lowest observed adverse effect level，LOAEL）：是指在規定的暴露條件下，通過實驗和觀察，一種物質引起機體形態、功能、生長、發育或壽命某種有害改變的最低劑量或濃度。LOAEL是通過實驗和觀察得到的，是有害作用，應具有統計學意義和生物學意義。
??????? 3.最大無害作用劑量
??????? ⑴最大無作用劑量（maximal no-effect level，MNEL）：指物質在一定時間內，按一定方式與機體接觸，用現代的檢測方法和最靈敏的觀察指標不能發現任何損害作用，的最高劑量。與閾劑量相似，損害作用能否檢出主要與檢測方法及樣本大小有關。
??????? ⑵未觀察到損害作用劑量（no observed adverse effect，NOAEL）：指在規定的暴露條件下，通過實驗和觀察，與適當的對照機體比較，一種物質不引起機體任何作用的最高劑量或濃度。它是毒理學的一個重要參數，在制訂物質的安全限值時起著重要作用。
??????? 對于同一種物質，在使用不同種屬動物、染毒方法、接觸時間和觀察指標時，往往會有不同的LOAEL和NOAEL。因此，在表示這兩個毒性參數時應注明具體實驗條件。
??????? （三）毒性試驗
??????? 1.急性毒性實驗? 急性毒性（acute toxicity）是指機體（人或實驗動物）一次或24小時內多次接觸外來物之后所引起的中毒效應，甚至引起死亡。急性毒性試驗是指一次或24小時內多次染毒的試驗，是毒性研究的第一步。要求采用嚙齒類或非嚙齒類兩種動物。通常為小鼠或大鼠采用經口、吸入或經皮染毒途徑。急性毒性試驗主要測定半數致死劑量（濃度），觀察急性中毒表現，經皮膚吸收能力以及對皮膚、黏膜和眼有無局部刺激作用等，以提供受試物質的急性毒性資料，確定毒作用方式、中毒反應，并為亞急性和慢性毒性試驗的觀察指標及劑量分組提供參考。
??????? 2.亞急性毒性試驗? 亞急性毒性（sub chronic toxicity）指染毒期不長（一般為3個月）或接觸毒物時間不長（數十天乃至數月），對機體引起功能和（或）結構的損害。亞急性毒性是介于急性毒性與慢性毒性之間一種毒性表現，有時也難以劃定明確的界限。亞慢性毒性試驗以毒物連續反復的染毒、比較充分而適當的接觸時間、較大的劑量范圍和較深入的檢測，可以觀察受試物在實驗動物體內所產生的生物學效應，獲得較豐富的毒理學信息，且為慢性試驗尋找接觸劑量及觀察指標。
??????? 3.慢性毒性試驗? 慢性毒性（chronic toxicity）指實驗動物或人長期（甚至終身）反復接觸外源物質所產生的毒性效應。時間一般為2年。慢性毒性試驗研究劑量-反應關系，確定長期接觸造成的有害作用的最低劑量和未造成有害作用的劑量，為制定人類接觸時的安全限量標準以及危險度評價提供毒理學依據，同時觀察毒效應譜、毒作用特點和毒作用靶器官以及毒作用的可逆性，為毒性機制研究和將毒性研究結果外推到人提供依據。
??????? （四）毒作用及其分類
??????? 物質的毒作用（toxic effect）是其本身或代謝產物在作用部位達到一定數量并停留一定時間，與組織大分子成分互相作用的結果。毒作用又稱為毒效應，是化學物質對機體所致的不良或有害生物學改變，故又可稱為不良效應、損傷作用或損害作用。化學物質的毒作用可根據其特點、發生的時間和部位，按不同的方法進行分類：
??????? 1.速發與遲發作用? 速發作用（immediate effect）指機體與化學物質接觸后在短時間內出現的毒效應。遲發作用（delayed effect）指機體接觸化學物質后，中毒癥狀缺如或雖有中毒癥狀但似已恢復，經過一定時間間隔才表現出來的毒效應。致癌物的潛伏期往往很長，從機體與之初次接觸到出現腫瘤有時需要20-30年時間，又稱為遠期作用。
??????? 2.局部與全身作用? 局部作用（local effect）指發生在毒物與機體直接接觸部位處的損傷作用。全身作用（systemic effect）指毒物經血液循環到達機體內其他組織器官引起的毒效應。大多數毒物引起全身作用。如鉛吸收后，可引起血液、神經、消化、生殖等多系統病變。某些毒物兼有這兩種作用。如四乙基鉛在接觸部位對皮膚有損害作用，吸收后分布到全身，對中樞系統以及肝、腎等實質性臟器發揮其毒性。某些嚴重的局部作用也可間接引起全身作用，如嚴重的酸灼傷后，可引起未接觸到酸的腎臟損害。
??????? 3.可逆與不可逆作用? 可逆作用（reversible effect）指停止接觸毒物后，造成的損傷可以逐漸恢復。常見于接觸化學物質的劑量較低、接觸時間較短、損傷較輕時。不可逆作用（irreversible effect）是指停止接觸毒物后，損傷不能恢復，甚至進一步發展加重。物質的毒作用是否可逆取決于被損傷組織的修復能力。如對于肝臟這樣的再生能力強的器官，多數損傷是可逆的；而對于神經組織這樣再生能力很差的組織，則損傷多為不可逆的。
??????? 4.過敏反應（allergic reaction）? 也稱Ⅰ型變態反應。該反應與一般的毒性反應不同。首先，某些作為半抗原的物質（致敏原）與機體接觸后，與內源性蛋白結合為抗原并激發抗體產生，稱為致敏；當再次與該物質或結構類似物質接觸時，引發抗原抗體反應，產生典型的過敏反應表現。物質所致的過敏性反應在低劑量下即可發生，難以觀察到劑量-反應關系。損害表現多種多樣，輕者僅有皮膚癥狀，重者可致休克，甚至死亡。
??????? 5.特異體質反應（idiosyncratic reaction）? 系由于遺傳因素所致的對某些物質的反應異常。如肌肉松弛劑琥珀酰膽堿正常時可被血漿中的擬膽堿酯酶迅速分解，故作用時間很短。而某些病人又去該酶基因中的個別單核苷酸發生了改變，使之缺乏分解該藥物的能力。當被給予標準劑量的琥珀酰膽堿時，呈現持續性的肌肉松弛，甚至窒息。再如，先天缺乏NADH-細胞色素b5還原酶活力的患者，對亞硝酸鹽類等可致高鐵血紅蛋白血癥的化學物質異常敏感。原因是該酶基因中的127密碼子發生了突變，致使原來的絲氨酸為脯氨酸所取代，故喪失了活性。
??????? （五）靶器官及生物標志
??????? 毒物被吸收后可隨血流分不到全身各個組織器官，但其直接發揮毒作用的部位往往只限于一個或幾個組織器官，這樣的組織器官稱為靶器官（target organ）。許多毒物有特定的靶器官，另有一些則作用于同一個或幾個靶器官，這在結構與理化性質近似的同系物或同類物中更為多見。如鹵代烴都可以引起肝臟損傷；苯系物則均可通過血-腦脊液屏障而作用于中樞神經系統。另外，在同一靶器官產生相同毒效應的毒物，其作用機制可能不同。如苯胺和一氧化碳均可作用于紅細胞影響其輸送氧的功能，但前者是使血紅蛋白中的Fe2+氧化為Fe3+，形成高鐵血紅蛋白，而后者是直接與血紅蛋白結合為碳氧血紅蛋白，兩者之間表現出作用機制的差異。組織器官稱為毒物的靶器官是多種因素作用的結果。機體對于毒物的處置過程、物質本身的結構與理化性質、組織器官的組織結構與生理功能、代謝酶的活化狀態、毒物或其代謝產物與生物大分子如核酸、酶、受體、蛋白質間相互作用的能力等都可以明顯的影響物質對于特定組織器官的毒作用。
??????? 生物標志（biomarker）又可稱為生物學標記或生物標志物，是指針對通過生物學屏障進入組織或體液的毒物機體代謝產物，以及它們所引起的生物學效應而采用的檢測指標，可分為接觸生物標志、效應生物標志和易感性生物標志三類。
??????? 1.接觸生物標志（biomarker of exposure）? 是對各種組織、體液或排泄物中存在的毒物及其代謝產物，或它們與內源性物質作用的反應產物的測定值，可提供有關毒物暴露的信息。接觸生物標志又分為體內劑量標志和生物效應劑量標志。體內劑量標志可以反應機體中特定物質及其代謝物的含量，及內劑量或靶劑量。如檢測人體的某些生物材料如血液、尿液、頭發中的鉛、汞、鎘等重金屬含量可以準確判斷其機體暴露水平。生物效應劑量標志可以反映物質及其代謝產物與某些組織細胞或靶分子相互作用所形成的反應物含量。這些加合物的形成往往預示著毒效應的起始，而加合物的數量則決定了毒效應的強度。故生物效應劑量標志的使用有助于準確地建立劑量-反應關系。