农药毒理学

农药毒理学 马志卿

绪论 1 毒理学的定义 2 农药毒理学的定义及其研究范畴 3 剂量概念的重要性 4 开发新农药的各种途径 5 农药毒理学的研究方法

1 毒理学的定义 毒理学是药物学最早的分支之一。毒理学是影响人类生命的毒剂的科学，也就是说毒理学是关于化学及物理因素对机体有害作用质的方面尤其是量的方面的研究，这些有害作用表现为机体组织结构及功能反映的改变。 “机体”主要是指人、畜等高等动物，“质”主要是指作用机理，也就是指毒物如何作用于有机体，对机体造成的最本质危害的原因；“量”就是剂量，毒理学也可以说是剂量的科学。可以说毒理学属于医学研究的领域，是医药科学的一个分支科学。

毒物的分类 • 工业毒物 • 环境污染物 • 食品中的有毒成分 • 农用化学物 • 嗜好品 • 生物毒素 • 药物 • 军事毒物动物长期摄入三聚氰胺会造成生殖、泌尿系统的损害，膀胱、肾部结石，并可进一步诱发膀胱癌。

重大公共卫生事件 • ㈠中国上海甲肝暴发 • ㈡中国山西朔州毒酒事件 • ㈢中国南京汤山中毒事件 • ㈣中国河北自沟苯中毒事件 • ㈤日本O-157 事件 • ㈥印度博帕尔灾难 • ㈦德法荷比二恶英事件 • ㈧英国疯牛病

㈠上海甲肝暴发 自 1988 年 1 月 19 日起 ,上海市民中突然发生不明原因的发热、呕吐、反食、乏力和黄疸等症状的病例 , 数日内成倍增长 , 截止到当年的 3 月 18 日 ,共发生 29230 例。

㈡山西朔州毒酒事件 1998 年春节前 , 山西文水县一不法分子用甲醇勾兑散装白酒 , 批发给外地个体户。从 1 月 26 日开始 , 先后发现数百名群众饮假酒中毒住院 , 其中近 30 人死亡。

㈢南京汤山中毒事件 2002 年 9 月 14 日 , 南京汤山发生一起特大投毒案。犯罪分子陈正平将所携带的剧毒鼠药 “ 毒鼠强 ”投放到 “ 正武” 面食店食品原料内 , 造成 395 人因食用有毒食品而中毒 , 死亡 42 人。

㈣河北白沟苯中毒事件 2002 年初 , 在河北省高碑店市白沟镇箱包生产加工企业打工的几名外地务工者, 陆续出现了中毒症状 , 并有6 人相继死亡, 后经卫生部门调查确定为苯中毒事件。

㈤日本 O-157 事件 日本 O -157 事件 : 自 1996 年 6 月从日本多所小学发生集体食物中毒事件而发现元凶为 “O-157”大肠杆菌以来 , 日本全国至当年 8 月患者已达 9000 多人。其中 7 人死亡 , 数百人住院治疗。

㈥印度博帕尔灾难 1984 年 12 月 3 日 , 美国的跨国公司联合碳化物公司在印度中央联邦首府博帕尔开办的一家农药厂 , 发生了一起严重的毒气泄漏事故,给当地居民带来巨大的灾难。据报道 , 共有3600多人死于这次事故。

㈦德法荷比二恶英事件 1999年，比利时、荷兰、法国、德国相继发生因二恶英污染导致畜禽类产品及乳制品含高浓度二恶英的事件。二恶英事件使当年比利时损失超过 10 亿欧元。

㈧英国疯牛病 疯牛病在人类中的表现为新型克雅氏症，患者脑部会出现海绵状空洞，导致记忆丧失，身体功能失调，最终神经错乱甚至死亡。 1997年，英国科学家曾经预计，在最糟糕的情况下，可能会有1000万人最终死于新型克雅氏症。2002年这一预计数字降为5万人。 2000年7月，在英国有超过34000个牧场的 17 万多头牛感染了疯牛病。

1 毒理学的定义 毒理学是一门研究化学物质对生物体的毒性反应、严重程度、发生频率和毒性作用机制的科学，也是对毒性作用进行定性和定量评价的科学。毒理学是研究外源性化学物及物理和生物因素对生物有机体的有害作用及其作用机理，预测其对人体和生态环境的危害,为确定安全限值和采取防治措施提供科学依据的一门学科。毒理学与药理学密切相关，目前已发展成为具有一定基础理论和实验手段的独立学科，并逐渐形成了一些新的毒理学分支。

1 毒理学的定义 毒理学的研究目的是为保护生物体的健康或安全提供科学依据的一门学科，因此从学科性质上毒理学属于预防医学，贯穿了预防为主的思想。由于毒理学的研究对象广泛，包括化学因素、物理因素、生物因素，而生物体包括人、动物、植物，因此毒理学与药理学、生理学、病理学、化学、生物化学、生物学有联系；与工业、农业、经济有联系；与法医学、临床医学、生态学及环境保护有联系；可以说，它与地球上生命的整个未来有联系。毒理学在临床医学、药学、环境保护、动物学、优生优育、职业劳动保护和食品卫生等领域中均有广泛用途。

1 毒理学的定义 分类: 研究内容：描述性毒理学、机制性毒理学和管理毒理学(也有称为法规毒理学); 依照标准学科划分为: 法医毒理学、临床毒理学、管理毒理学或法规毒理学、研究毒理学等。应用：食品毒理学、工业毒理学、农药毒理学、军事毒理学、放射毒理学、环境毒理学、生态毒理学等分支。研究对象：昆虫毒理学、兽医毒理学、人体毒理学和植物毒理学; 研究领域：药物毒理学、环境毒理学、食品毒理学、工业毒理学、临床毒理学、法医毒理学、分析毒理学、军事毒理学、管理毒理学、水生毒理学等;

1 毒理学的定义 分类: 研究的靶器官或系统：肝脏毒理学、肾脏毒理学、神经毒理学、生殖毒理学、免疫毒理学、皮肤毒理学、血液毒理学等; 机制研究：细胞毒理学、遗传毒理学、膜毒理学、生化毒理学、分子毒理学; 毒物作用时相或过程：毒代动力学和毒效动力学。更多的毒理学分支:比较毒理学、地理毒理学、急症毒理学、发现毒理学等。

1 毒理学的定义 毒理学分化将更为明显。一方面毒理学的软件部分——管理毒理学仍将是毒理学的研究热点之一，这将从宏观上为化学毒物的管理提供科学依据；另一方面，研究水平越来越精细，从细胞、分子和基因水平研究毒理学问题将是普通的科学工作。上述二方面既分化，又相互渗透和结合，使毒理学的软、硬件结合更为突出。总之，毒理学与人类日常生活和生产劳动关系日益密切，如环境污染、生态环境的恶化、药物的不良反应、食品的安全性、兽药及农药的危害，以及作业环境的有毒物质是世界范围内的严重问题。

1 毒理学的定义 大量新原理与技术广泛应用于毒理学领域，使人们能够从各个方面深入认识各种毒作用的本质及其规律，从而为确定合理的安全接触界限和制定各种有效的防治方法提供坚实的科学依据。生命科学如生物化学、生物物理学、遗传学和分子生物学的新概念、新技术推动了毒理学的发展。

2 农药毒理学的定义及其研究范畴 2.1 定义农药毒理学（医学）是毒理学的一个分支学科，或者说是毒理学的一部分，主要是研究农药对机体的有害作用。机体主要包括人体，有害作用包括农药对人的毒性、对人生命系统的损伤、在人体内的代谢、中毒的诊断和治疗、对家畜家禽及野生动物的影响。农药毒理学（农药学）：研究农药对人体及有害生物的作用，包括其作用方式、作用机理、代谢、选择性原理、抗药性机理、在环境中的行为、对非靶标生物及环境生态的影响等。国内独有！

2 农药毒理学的定义及其研究范畴 2.2 主要研究内容 2.2.1. 生物测定和药效实验生物测定：供试生物对其产生的特定生理反应来判定。剂量与效应的关系性质和大小（毒力）。供试生物不同，测试方法多种，可控条件进行。药效实验：为实际应用提供依据（剂量、方法、时期、时间等），应用技术。提供研究课题：抗药性、选择性、安全性、亚致死效应等。

2 农药毒理学的定义及其研究范畴 2.2 主要研究内容 2.2.2 农药毒性和毒理（狭义）毒性；作用方式、作用机理；选择性原理；安全使用；新农药开发；抗药性机理与治理。 2.2.3 农药环境毒理（1）农药在环境中的物理、化学变化及归趋。（2）残留。对环境和非靶标生物群体的影响

2 农药毒理学的定义及其研究范畴 总之，研究农药毒理学的主要目的是通过研究农药对生物有机体的有害作用，揭示其作用靶标和作用机理，预测其对人体和生态环境的危害，为确定安全限值和采取防治措施提供科学的依据，同时，也为农药的合理使用提供理论依据，为新农药开发提供研究思路。在农药研究、应用的不同阶段均需要毒理学的参与！

2 农药毒理学的定义及其研究范畴 2.3 分支学科 2.3.1 杀虫药剂毒理学和昆虫毒理学杀虫药剂毒理学：以杀虫药剂为主体，论述其在各种生命体上反应的科学，主要阐述杀虫剂的作用机理、在不同的生命体中其代谢途径和毒效作用的差异、以及产生这些差异的原因。杀虫剂毒理学是研究特定有毒化合物本身的科学，而不仅仅研究杀虫剂在特定动物类群（昆虫）上的反应。而昆虫毒理学则包括了这两个方面。

2 农药毒理学的定义及其研究范畴 2.3 分支学科 2.3.2 农药环境毒理学环境毒理学是由许多学科（包括生物化学、生理学、昆虫学和生态学等学科）互相渗透、互相交叉发展产生的。它包含了毒理学的整个领域（农药仅是其中的一部分）。农药环境毒理学则是一门新学科。

2 农药毒理学的定义及其研究范畴 2.3 分支学科 2.3.3 杀菌剂毒理学（1）防病原理；（2）杀菌作用方式；（3）杀菌作用机理。

2 农药毒理学的定义及其研究范畴 2.3 分支学科 2.3.4 除草剂毒理学除草剂毒理学也包括三个方面的内容，即（1）除草原理；（2）除草作用方式；（3）除草作用机理。

3 剂量概念的重要性 化合物的剂量与毒力/毒性的关系是毒理学研究的重点。任何化合物对生物体的致毒效应都与剂量有关！在某种程度上讲，毒理学可以说是剂量的科学。在极高浓度下，大多数化合物都对生物体有毒。

3 剂量概念的重要性 3.1 剂量与活性筛选新农药开发，以剂量大小来衡量其有无活性及有无开发潜力。在经济、实用性允许的剂量下，如果对于靶标害物有致毒效应，我们认为其有活性，可作为农药开发的候选资源。对于候选化合物再进行环境毒理学评价其安全性，当然安全性也是以剂量来衡量的。

3 剂量概念的重要性 3.2 剂量与作用方式和作用机理有关印楝质杀虫剂

3 剂量概念的重要性 3.2 剂量与作用方式和作用机理有关印楝质杀虫剂：10多个目200多种昆虫。忌避及产卵驱避作用：桔蚜、锈赤扁谷盗；产卵驱避,棉铃虫、丝光绿蝇、豆象等。机理：对昆虫产生抑制性刺激, 影响昆虫对栖息或产卵场所的选择, 进而表现为忌避反应。小菜蛾对印楝提取物的产卵忌避反应与触角、前足跗节、产卵器上的化学感器有关, 印楝提取物可减弱跗节化感器对白菜叶提取物的反应。对化感器神经传导的抑制可能是形成昆虫忌避反应的原因。

3 剂量概念的重要性 3.2 剂量与作用方式和作用机理有关印楝质杀虫剂。拒食作用及其机制：200 多种昆虫, 不同种类出现明显拒食效果的印楝素含量阈值为1～50mg/ kg ；作用机制：初生拒食反应机理是对口器化学感受的影响, 已知作用位点为下颚栓锥感器。可以降低感受器上对取食刺激物产生作用的神经受体的敏感性, 抑制引起食欲的神经原的信号发放；也可以作用于厌食性感觉受体, 激活厌食神经原引起厌食反应。有人认为印楝质杀虫剂使昆虫消化道活动下降, 影响消化吸收, 是印楝素次生拒食效应的主要机制。

3 剂量概念的重要性 3.2 剂量与作用方式和作用机理有关印楝质杀虫剂。对昆虫生长发育抑制及其机制：成虫寿命和生殖力下降, 无翅或翅残缺成虫, 幼虫不能完成蜕皮而死亡, 形成畸形蛹, 蜕皮前死亡, 超龄幼虫,等症状。印楝素经注射处理的ED50一般为每克体重1～4μg 。机理：影响昆虫脑神经分泌细胞, 破坏脑激素的合成与释放, 进而影响蜕皮激素和保幼激素滴度, 干扰内分泌调控的生长发育过程和生命活动。

3 剂量概念的重要性 3.2 剂量与作用方式和作用机理有关印楝质杀虫剂。对昆虫生殖的影响及其机制：印楝素(0.125μg/ 雄虫) 美洲脊胸长蝽雄虫失去交配能力，影响雌虫生殖力；,印楝素点滴处理(7.8～12.5ng/ 头)乳草蝽雌虫导致不育。机制: (1) 通过对内分泌的影响, 干扰卵成熟发育的激素调控, 影响卵成熟发育。(2) 抑制细胞分裂, 损伤生殖系统组织, 干扰精子、卵子发生。(3) 影响生殖系统蛋白质、氨基酸及交配因子物质组成与含量。

3 剂量概念的重要性 3.2 剂量与作用方式和作用机理有关印楝质杀虫剂。胃毒作用及其机理：印楝素，小菜蛾的LC50为16.88μg/mL；0.3％印楝素乳油，菜青虫5龄幼虫的胃毒LC50为0.5832mg/L。机制：影响消化酶活性导致消化不良；直接作用于消化道组织, 如可破坏沙漠蝗、飞蝗的消化道组织, 使中肠上皮细胞坏死或出现空穴化, 再生细胞减少, 由此造成消化道功能异常及对酶分泌和营养吸收的干扰。

3 剂量概念的重要性 1、拒食脱氧鬼臼毒素： 2、胃毒 3、生长发育抑制

3 剂量概念的重要性 3.3 剂量与农药的毒力/毒性毒力/毒性：数值－剂量农药的毒力常用致死中浓（LC50）、致死中量（LD50）、致死中时（LT50）、有效中量（ED50）、有效中浓（EC50）等表示。

3 剂量概念的重要性 为什么要以LD50作为衡量毒力大小的标准呢？一个种群中昆虫个体对杀虫剂的耐药性程度的频度分布曲线来看，并非是真正的正态分布，而是一个有一定偏度的近似正态分布（即害虫对毒物耐受力较大的个体较多），即若以毒剂剂量D值作为自变量，死亡率L作为依变量，则累积死亡率与剂量的关系是一条不对称的S型图（图内实线）。

3 剂量概念的重要性 △L/△D式随着D 的变化，死亡率的增长速度，这个速度值由初期的接近零逐渐增大，当L＝50％、D＝D’时达到最大值，随后又逐步减小以至为零。在D的某一位置D’上，L为50％时，△L/△D，即死亡率的增长速度最大（也可解释为此剂量下对毒物起反应的生物个体数理论是最大的，高度抗性和高度敏感的个体数理论上是最少的）。这就是为什么选LD50作为毒力指标的解释，表明LD50为指标时，剂量的变化所引起生物效应的变化速度最大，这个LD50点是不对称S型曲线的拐点，在拐点前死亡率的增长速度是正加速期，之后是负加速期，而拐点的值最有代表性。

3 剂量概念的重要性 农药的毒力曲线一般由直线回归方程来表示，为什么？由于剂量－效应（死亡率）曲线是一条不对称的S形曲线？因为效应的增加并不是与剂量的增加成比例，而是与剂量增加的比例成比例的。也就是说剂量以几何级数增加时，效应则以算术级数增加，这就是生理学上的Weber-Fenchner定律。把剂量转化为对数，则就可以把原来的几何级数增加规律变为算术级数，于是偏正态分布变为正正态分布（一般称正态分布）。使曲线变成为对称的S型曲线（图内虚线）。

3 剂量概念的重要性 在进行毒力测定时，一般只用5—6个不同浓度处理，用这样几个浓度（d）来作一条S形曲线是不够准确的。如果把S形曲线再通过机率转变（Probit trans-formation），即将死亡率（m）转换成机率值P，则Logd与P之间的关系可用直线描述，从而将S形曲线“拉”直。这样，我们就可以用直线回归式表示这条直线了。即：P=bLogD+C，令P=Y bLogd=X 则有Y=X+C。

3 剂量概念的重要性 经机率值转化就成为直线？图中虚线对称的S形曲线乃是正态曲线的积分表达式。它表明，当正态曲线下的复盖面积为1时，从左端X为－∞向右的累加值，横坐标X值（以标准差为单位的值），纵坐标（在正态曲线中所表示的是频率值；在累计S形线中则是面积累计值）。

3 剂量概念的重要性 经机率值转化就成为直线？图可看出，对称的正态曲线的中点X=0，左端为-X，右端为+X，在X=0处正态曲线左、右对称。如果以0为中点，左右各4个标准的范围内，X的曲线面积已经是理论的全部面积的99.9999%以上，误差小到微不足道的程度。这样从-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4的分割方法称为正态等差（N.E.D）。所谓正态等差（normal equivalent deviation）是：正态等差（N.E.D.）＝（变值（X）－平均值（x））/标准差(s)。

3 剂量概念的重要性 假定正态分布曲线所包含的面积代表死亡率，整个面积为100％，投射在底线正态等差点上的各个正态等差就代表不同的死亡率。这样就可以把死亡率的曲线用正态等差来计算，从而化成直线。

3 剂量概念的重要性 如果变值小于平均数，它的正态等差就为负数，大于平均数则为正数。正态等差有正负，计算起来很不方便。于是Bliss提出用几率值来代替正态曲线的正态等差。即以均数改为5，也就是正态等差再加上5，即为几率值。正态等差由－4 — 4相当于几率值的1—9。

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