第三节 毒性参数与安全限值

一、毒性参数

为了定量地描述或比较外源化学物的毒性及其剂量－反应（效应）关系，规定或提出了毒性参数的各种概念及其毒理学试验方法。实际上，毒性参数的测定是毒理学试验剂量－反应关系研究的重要内容之一，目前毒性参数主要通过整体动物试验和细胞（或器官、组织）毒性试验获得，包括毒性上限参数、毒性下限参数和毒性特征参数。

（一）毒性上限参数

毒性上限参数是在急性毒性试验中以死亡为观察效应终点的各项毒性参数。常见的是各种致死剂量。致死剂量或浓度（lethal dose or concentration，LD或LC）是指在急性毒性试验中外源化学物引起受试实验动物死亡的剂量或浓度，是评价各种外源化学物毒性和危险性的一类重要参数。

1.绝对致死剂量或浓度（absolute lethal dose or concentration，LD₁₀₀或LC₁₀₀）

绝对致死剂量或浓度指引起一组受试实验动物全部死亡的最低剂量或浓度。但由于一个群体中，不同个体之间对外源化学物的耐受性存在差异，个别个体耐受性过高，可因此造成100%死亡的剂量显著增加。因此，该参数变异性较大，不适用于不同化学物的毒性比较。所以，对不同外源化学物的毒性进行比较时，通常不用LD₁₀₀而采用半数致死剂量（LD₅₀）。LD₅₀受个体耐受程度差异的影响较小，较为稳定。

2.半数致死剂量或浓度（median lethal dose or concentration，LD₅₀或LC₅₀）

半数致死剂量或浓度指引起一组受试实验动物半数死亡的剂量或浓度。它是一个经过统计处理计算得到的数值，常用以表示和比较急性毒性的大小。LD₅₀数值越小，表示外源化学物的毒性越强，反之LD₅₀数值越大，则毒性越低。环境毒理学中，与LD₅₀概念相似的毒性参数还有半数耐受限量（median tolerance limit，TLm），常用于表示一种外源化学物对某种水生生物的急性毒性，即一群水生生物（例如鱼类）中50%个体在一定时间（通常为48h）内可以耐受（不死亡）的某种外源化学物在水中的浓度（mg/L），一般用TLm₄₈表示。

LD₅₀为生物学参数，受多种因素影响。对于同一种外源化学物，不同种属动物的敏感性不同，如异氰酸甲酯对大鼠LD₅₀为69mg/kg，对小鼠则为120mg/kg。接触途径不同也影响LD₅₀，如内吸磷对大鼠经口染毒LD₅₀为2.5mg/kg，经皮染毒LD₅₀为8.2mg/kg。因此，在表示LD₅₀时，必须注明动物种属和接触途径。对于某些外源化学物，同种不同性别动物的敏感性不同。如有机磷农药马拉硫磷和甲基对硫磷对雄性动物毒性大，而对硫磷和苯硫磷对雌性动物毒性大。对于这样的外源化学物，还应标明不同性别动物的LD₅₀。此外，实验室环境、喂饲条件、染毒时间、受试物浓度、溶剂性质、实验者操作技术的熟练程度等均可对LD₅₀产生影响。在计算LD₅₀时，还应注明95%可信区间，以lg^－1（lgLD₅₀± 1.96×）来表示其可信区间，为标准差。

经呼吸道接触外源化学物的剂量问题具有一定的特殊性。机体经呼吸道接触的外源化学物，真正能进入体内的数量受很多因素的影响，例如吸入物质的浓度、理化性质、接触时间长短和接触时机体呼吸的频率以及通气量等。这些因素使真正经呼吸道进入机体内环境的外源化学物剂量不易精确掌握。所以通常采用呼吸环境中外源化学物浓度（c）和机体在此种环境中呼吸持续时间（t）的乘积（ct）来表示。在实际工作中，可将时间固定不变，而只改变外源化学物的浓度。这样就可用LC₅₀来表示外源化学物经呼吸道暴露的毒作用，即能使一群动物在接触外源化学物一定时间（一般固定为2～4h）后，在一定观察期限内（一般为14d）死亡50%所需的浓度。

目前，LD₅₀的使用最为常见和普遍。近年来，由于LD₅₀值仅给出急性中毒死亡信息，且受诸多因素如实验动物种属、实验条件等的影响，对LD₅₀的使用有许多异议。寻求新的、更好的参数或寻找更合适的检测试验方法已是面临的新问题。

3.最小致死剂量或浓度（maximum lethal dose or concentration，MLD，LD₀₁，LD_min或MLC，LC₀₁，LC_min）

最小致死剂量或浓度指一组受试实验动物中，仅引起个别动物死亡的最小剂量或浓度。低于此剂量即不能使动物出现死亡，该值易受受试动物中个别动物敏感性大小的影响。

4.最大非致死剂量或浓度（maximum tolerance dose or concentration，MTD，LD₀或MTC，LC₀）

最大非致死剂量或浓度又称最大耐受剂量或浓度，指一组受试实验动物中，不引起动物死亡的最大剂量或浓度。接触此剂量的个体可以出现严重的毒作用，但不发生死亡。

（二）毒性下限参数

毒性下限参数是指在毒性试验中以“最轻微毒作用”为观察效应终点的各项毒性参数，在毒理学研究工作中，研究机体接触外源化学物后所产生的各种变化，如生理生化改变、神经系统和免疫系统的变化等，都是在非致死条件下进行的。因此，一般常以观察到有害作用的最低水平、未观察到有害作用的水平等作为毒作用的评价参数，这些参数可以从急性、亚慢性和慢性毒性试验中得到。

1.观察到有害作用的最低水平（lowest observed adverse effect level，LOAEL）

观察到有害作用的最低水平有时也称最小有作用水平（minimal effect level，MEL），指在一定时间内，一种外源化学物按一定方式与机体接触，使某项灵敏的观察指标开始出现异常变化或使机体开始出现损害作用所需的最低剂量或浓度。此种有害的生物学改变应具有统计学意义和生物学意义。

2.未观察到有害作用的水平（no observed adverse effect level，NOAEL）

未观察到有害作用的水平有时也称最大无作用水平（maximal no－effect level，MNEL），指在一定的暴露条件下，用现代的检测方法和最灵敏的观察指标不能发现外源化学物对机体任何损害作用的最高剂量。

3.阈剂量（threshold dose）

阈剂量亦称为阈值，指外源化学物引起极个别的实验动物出现最轻微的损害作用所需的最小剂量或浓度。该值可以从急性、亚慢性、慢性毒理学试验获得，分别称为急性阈剂量、亚慢性阈剂量、慢性阈剂量。

理论上阈剂量的概念具有重要价值，但是在实际毒性试验工作中，受限于动物剂量分组、动物数量、较大的组间距以及有限的检测技术等问题，几乎不可能得到阈剂量，实际得到的可能是LOAEL。因此，阈值的应用受到了制约。

4.基准剂量（benchmark dose，BMD）

基准剂量指外源化学物导致少量个体（如5%）出现特定损害作用的剂量的95%可信区间下限值。实际上，通过毒理学试验得到的LOAEL或/和NOAEL存在的不足之处日益引人关注，即LOAEL受试验分组、剂量选择、组距大小等影响很大。BMD参数通过整体实验设计（梯度剂量分组）经统计学处理求得，参数概括了剂量－反应关系的较多信息（如实验组数、实验动物数、组间距大小、观察值的离散度等），所以具有较好的稳定性、准确性和科学性。

（三）毒性特征描述参数

1.毒作用带

毒作用带（toxic effect zone）是表示化学物质毒作用特点的参数，通常是指阈剂量作用下限与致死毒作用上限之间的距离，是一种根据毒性和毒性作用特点综合评价外来化学物危险性的常用指标，又分为急性毒作用带与慢性毒作用带。

急性毒作用带（acute toxic effect zone，Z_ac）为半数致死剂量与急性阈剂量的比值，如式（2－1）所示。

Z_ac值小，说明化学物质从产生轻微损害到导致急性死亡的剂量范围窄，引起死亡的危险性大；反之，则说明引起急性中毒死亡的危险性小。

慢性毒作用带（chronic toxic effect zone，Z_ch）为急性阈剂量与慢性阈剂量的比值，如式（2－2）所示。

Z_ch值大，说明Lim_ac与Lim_ch之间的剂量范围大，由轻微的慢性毒效应到较为明显的急性中毒之间剂量范围宽，易被忽视，故发生慢性中毒的危险性大；反之，则说明发生慢性中毒的危险性小。

2.蓄积系数

蓄积系数（accumulation coefficient）是指机体出现相同的生物学效应时，多次接触外源化学物所需的累积剂量与一次性接触所需剂量的比值，如式（2－3）所示。

经常以动物死亡一半为效应指标，如式（2－4）所示。

根据蓄积系数大小，可将蓄积毒性分为明显蓄积（1～3）、中等蓄积（3～5）和轻度蓄积（5～）。采用蓄积系数评价化学物的蓄积毒性也存在应用局限性，如对于具有免疫毒性的物质不适用；不能判断化学毒物的蓄积是物质蓄积还是功能蓄积；如果以死亡为指标，用LD₅₀表示生物效应，则可能漏检某些指标。

3.暴露指数与安全指数

对于药物之外的化学品的风险评估已引入安全指数和暴露指数的概念。暴露指数和安全指数的概念以人群“暴露量”估计值为中心，定性地反映人群化学物暴露的风险。

暴露指数（margin of exposure，MOE）也称暴露范围，是指动物实验中获得的未观察到有毒作用剂量（NOAEL）与人群“暴露量”估计值的比值，可表示为MOE＝NOAEL/人群暴露量。MOE大，发生有害作用危险性小。

安全指数（margin of safety，MOS）也称安全范围，是人群“暴露量”估计值与安全限值的比值，可表示为MOS＝人群暴露量/安全限值。安全限值可以是参考剂量等。MOS大，发生有害作用危险性大。

安全指数和暴露指数的概念以人群“暴露量”估计值为中心，定性地反映人群暴露的危险性。安全指数、暴露指数和毒作用范围相结合，可以比较全面反映化学物毒作用特点和与人群暴露的关系。

二、安全限值

安全限值指为保护人群健康，对生活和生产环境和各种介质（空气、土壤、水、食品等）中与人群身体健康有关的各种因素所规定的浓度和暴露时间的限制性量值，在低于此种浓度和暴露时间内，根据现有知识，不会观察到任何直接和/或间接的有害作用。它是国家颁布的卫生法规的重要组成部分，是政府管理部门对人类生活和生产环境实施卫生监督和管理的依据，是提出防治要求、评价改进措施和效果的准则，对于保护人民健康和保障环境质量具有重要的意义。

（一）安全性

安全性（safety）是指在规定条件下化学物暴露对人体和人群不引起健康有害作用的实际确定性。也可认为，安全性即是在一定接触水平下，伴随的危险度很低，或其危险度水平在社会所能接受的范围之内的相对安全概念。其目的是最大限度保护人类的健康。

（二）风险度

风险度（risk）又称为危险性或危险度，系指在具体的暴露条件下，某一种因素对机体、系统或（亚）人群产生有害作用的概率。相对于安全性，风险度是毒理学评价研究中提出的重要的新概念。安全性强调“不产生”健康危害的条件与规定，而风险度着力于研究特定条件下“产生”健康危害的可能性。

（三）每日允许摄入量

每日允许摄入量（acceptable daily intake，ADI）是指允许正常成人每日由外环境摄入体内的特定化学物的总量。在此剂量下，终生每日摄入该化学物不会对人体造成任何可测量出的健康危害，单位用mg/（kg·d）表示，适用于食品及与食品有关的化学物。

（四）参考剂量

参考剂量（reference dose，RfD）是由美国环境保护局（EPA）首先提出，用于非致癌物质的危险度评价。RfD为环境介质（空气、水、土壤、食品等）中化学物的日平均接触剂量的估计值。人群（包括敏感亚群）在终生接触该剂量水平化学物的条件下，预期一生中发生非致癌或非致突变有害效应的危险度可低至不能检出的程度。对毒效应无可确定阈值的外源化学物，根据定义，在零以上的任何剂量，都存在某种程度的危险度。这样，就不能利用安全限值的概念，只能引入实际安全剂量（virtual safety dose，VSD）的概念。化学致癌物的VSD指低于该剂量能以99%可信限水平使超额癌症发生率低于10^－6，即100万人中癌症超额发生低于一人。

（李艳博）