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也谈毒性(3):大毒与小毒

(2014-10-20 13:05:50) 下一个
毒理学的鼻祖说过:万物皆毒。但这个原理不好操作。等有了定量研究之后,我们才能对毒性有一个比较的了解, 做到两害取其轻。

衡量急性毒性的重要定量指标是 LC50 (或LCt50)。 前者是半数致死量, 即致使半数受试动物死亡的剂量(因为个体差异不同的动物耐受能力不同)。 后者是半数致死浓度 X 暴露时间。 这个用于暴露于气体或蒸汽接触。比如酒精,就有这个指标。

有了LD50, 我们就可以比较很多毒物的相对毒性了。以下的文字/常见物毒性大小的资料来自维基百科。在LD50 数据举例中,本人加入了草甘膦的数据。注意这个LD50 与考试分数一样,只是一个近似。(感谢闽姑关于名词翻译的讨论并纠正本人的误译。)

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[Wikipedia] 半数致死量英语Median Lethal Dose),简称LD50(即Lethal Dose, 50%),在毒理学中是描述有毒物质辐射的毒性的常用指标。按照医学主题词表(MeSH)的定义,LD50是指“能杀死一半试验总体之有害物质、有毒物质或游离辐射的剂量”。这测试最先由J.W. Trevan于1927年发明。[1]

应用惯例[编辑]

LD50的表达方式通常为有毒物质的质量和试验生物体重之比,例如“毫克/千克体重”。由于不可能直接拿人体做毒性测验,因此大多数致死量的数据来自于大鼠小鼠,另外也可能使用仓鼠豚鼠雪貂等实验动物。虽然毒性不一定和体重成正比,但这种表达方式仍有助比较不同物质的相对毒性,以及估计同一物质在不同大小动物之间的毒性剂量。

实际应用举例来说,已知酒精对大鼠的口服LD50是9,900 mg/kg (9.9 g/kg),假设毒性和体重成正比,且酒精对大鼠的毒性等于对人类的毒性,不考虑年龄、性别、耐受度等体质差异,那么对60公斤的成人来说,短时间内口服594 g (757 ml) 的酒精能造成一半的受测试者死亡。

应用半数致死这量度方法有助减少量度极端情况所带来的问题,以及减少所需试验次数;然而这亦代表LD50并非对所有试验生物的致死量:有些可能死于远低于LD50的剂量,有些却能在远高于LD50的剂量下生存。在特殊需要下,研究人员亦可能会量度LD1或LD99等指标(即杀死1%或99%试验总体之剂量)[2]

物质的毒性往往受给予方式影响。一般而言,口服毒性会低于静脉注射的毒性。故此在表达LD50时经常会附带给予方式,例如“LD50 i.v.”代表静脉注射下的LD50

和LD50相关的两种指标,LD50/30和LD50/60,是分别指在没有治疗的情况下,导致受试总体在30天或60天后半数死亡的剂量。这些指标通常用于描述辐射毒性。[3]

限制与缺点[编辑]

作为一个毒性的指标,LD50在一定程度上有其缺点。测试的结果可受很多因素影响,例如实验品的种类,测试样品的基因特点,环境因素及注射方法等。另一大限制是,LD50只用于测试会导致短时间内死亡的急性中毒,却没有计算长期的影响,比如说,某些毒素会长期影响脑部,到一定程度时也可导致死亡。再者,某些毒素对实验白鼠的影响不大,但可能对人类却非常有害。

在测试有毒生物的毒性时,LD50的结果不一定能绝对反映该毒液对人类的全部影响。例如,某些毒蛇专门猎杀老鼠,它们的毒液里演化出特别针对老鼠的毒素,因此它们对鼠类的毒性比较大,但对人则不一定成正比。故此,LD50可导致误解。

其它类似指标[编辑]

另一种毒性指标,LCt50,包含了浓度(C)和暴露时间(t)的描述,通常以"毫克·分钟/立方米"作描述,类似的ICt50则是使半数人员失能的剂量。这两种指标通常作描述化学武器,其毒性亦受呼吸速度和衣着影响。Ct这概念最先由弗里茨·哈伯提出,假设在100 mg/m3下暴露1分钟和10 mg/m3下暴露10分钟是相等的。然而这定律对于一些可以被身体快速分解的物质如氰化氢便不适用;在这种情况下,需要一定的暴露时间才可确定致死量。在环境研究中,LCt亦可用于描述水中的有毒物质。 [4]

对于病原体,亦有一种类似的半数感染量(ID50)的概念,是指在某一给予途径下足以令半数受试群体感染的病原体数量,例如口服1200个病原体/人。因为病原体数量难以量度,感染量亦会以对不同动物的LD50表达。对于生物武器的感染量,亦可以ICt50表达。

数据[编辑]

  • 乙醇对年轻和年老大鼠的口服LD50分别为10.6 g/kg和7.06 g/kg。[5]
  • 烟碱(尼古丁)对大鼠的口服LD50为50 mg/kg。[6]
物质 动物, 途径 半数致死量(LD50 参考文献
大鼠, 口服 >90,000 mg/kg [7]
蔗糖 (Sucrose) 大鼠, 口服 29,700 mg/kg [8]
L-麸酸钠/味精 (Monosodium Glutamate) 大鼠, 口服 16,600 mg/kg [9]
维他命C (Vitamin C) 大鼠, 口服 11,900 mg/kg [10]
乙醇/酒精 (Ethyl Alcohol) 大鼠, 口服 9,900 mg/kg [11]
碳酸钙 (Calcium Carbonate) 大鼠, 口服 6,450 mg/kg [12]
次氯酸钠 (Sodium Hypochlorite) 小鼠, 口服 5,800 mg/kg [13]
甲醇 (Methyl Alcohol) 大鼠, 口服
大鼠, 腹腔注射
大鼠, 静脉注射
5,628 mg/kg
7,529 mg/kg
2,131 mg/kg
[14]
草甘膦 (Glyphosate)
碳酸氢钠
/小苏打 (Sodium Bicarbonate)
大鼠, 口服
大鼠, 口服
〉5000 mg/kg
4,220 mg/kg

[15]
乙酸/醋酸 (Acetic Acid) 大鼠, 口服 3,530 mg/kg [16]
薄荷醇 (Menthol) 大鼠, 口服 3,180 mg/kg [17]
氯化钠/盐 (Sodium Chloride) 大鼠, 口服 3,000 mg/kg [18]
硼酸 (Boric Acid) 大鼠, 口服
大鼠, 皮下注射
大鼠, 静脉注射
2,660 mg/kg
1,400 mg/kg
1,330 mg/kg
[19]
乙酰氨酚 (Acetaminophen) 大鼠, 口服
大鼠, 腹腔注射
2,400 mg/kg
1,205 mg/kg
[20]
维他命A (Vitamin A) 大鼠, 口服 2,000 mg/kg [21]
香草醛 (Vanillin) 大鼠, 口服
大鼠, 腹腔注射
大鼠, 皮下注射
1,580 mg/kg
1,160 mg/kg
1,500 mg/kg
[22]
樟脑 (Camphor) 小鼠, 口服 1,310 mg/kg [23]
吗啡 (Morphine) 大鼠, 口服
大鼠, 腹腔注射
大鼠, 皮下注射
大鼠, 静脉注射
335 mg/kg
160 mg/kg
109 mg/kg
140 mg/kg
[24]
姜辣素 (Gingerol) 小鼠, 口服 250 mg/kg [25]
乙酰水杨酸/阿斯匹灵 (Acetylsalicylic Acid) 大鼠, 口服
大鼠, 腹腔注射
200 mg/kg
340 mg/kg
[26]
咖啡碱 (Caffeine) 大鼠, 口服
大鼠, 静脉注射
大鼠, 皮下注射
192 mg/kg
105 mg/kg
170 mg/kg
[27]
苯巴比妥 (Phenobarbital) 大鼠, 口服 162 mg/kg [28]
辣椒碱 (Capsaicin) 大鼠♂, 口服
大鼠♀, 口服
161 mg/kg
148 mg/kg
[29]
巴拉刈/百草枯 (Paraquat) 小鼠, 口服 120 mg/kg [30]
DDT 大鼠, 口服 100 mg/kg [31]
亚硝酸钠 (Sodium Nitrite) 大鼠, 口服
大鼠, 静脉注射
85 mg/kg
65 mg/kg
[32]
三氧化二砷/砒霜 (Arsenic Trioxide) 小鼠, 口服
小鼠, 皮下注射
小鼠, 静脉注射
31.5 mg/kg
9.8 mg/kg
10.7 mg/kg
[33]
烟碱 (Nicotine) 小鼠, 口服
小鼠, 皮下注射
小鼠, 静脉注射
24 mg/kg
16 mg/kg
7.1 mg/kg
[34][35]
氰化钾 (Potassium Cyanide) 大鼠, 口服
大鼠, 腹腔注射
大鼠, 皮下注射
5 mg/kg
4 mg/kg
9 mg/kg
[36]
秋水仙碱 (Colchicine) 大鼠, 腹腔注射
大鼠, 静脉注射
6.1 mg/kg
1.6 mg/kg
[37]
黄曲毒素 (Aflatoxin B1) 大鼠, 口服
大鼠, 腹腔注射
4.8 mg/kg
6 mg/kg
[38]
番木虌碱 (Strychnine) 大鼠, 口服
大鼠, 腹腔注射
大鼠, 皮下注射
大鼠, 静脉注射
2.35 mg/kg
1.10 mg/kg
1.20 mg/kg
0.582 mg/kg
[39]
白喉毒素 (Diphtheria Toxin) 小鼠, 皮下注射 1.6 mg/kg [40]
河豚毒素 (Tetrodotoxin) 小鼠, 口服
小鼠, 腹腔注射
小鼠, 皮下注射
小鼠, 静脉注射
0.435 mg/kg
0.008 mg/kg
0.008 mg/kg
0.009 mg/kg
[41]
戴奥辛2,3,7,8-四氯二苯并二恶英 (2,3,7,8-TCDD) 大鼠, 口服 0.043 mg/kg [42]
百日咳毒素 (Pertussis Toxin) 小鼠, 腹腔注射 0.015 mg/kg [40]
蓖麻毒素 (Ricin) 小鼠, 静脉注射 0.002 7 mg/kg [40]
太攀蛇毒素 (Taipoxin) 小鼠, 静脉注射 0.002 mg/kg [40]
刺尾鱼毒素 (Maitotoxin) 小鼠, 腹腔注射 0.000 13 mg/kg [43]
肉毒杆菌毒素 (Botulinum Toxin A) 小鼠, 腹腔注射 0.000 001 2 mg/kg [40]
物质 动物, 途径 半数致死浓度 (LC50) 立即威胁生命健康浓度 (IDLH)[44][45] 参考文献
二氟二氯甲烷(Dichlorodifluoromethane) 小鼠, 吸入 760,000 ppm (3,758,348 mg/m³)/ 30分 15,000 ppm (74,178 mg/m³) [46]
一氧化碳 (Carbon Monoxide) 大鼠, 吸入 5,207 ppm (5,965 mg/m³)/ 30分 1,200 ppm (1,375 mg/m³) [47]
三氟化氮 (Nitrogen Trifluoride) 大鼠, 吸入 6,700 ppm (19,456 mg/m³)/ 1时 1,000 ppm (2,904 mg/m³) [48]
1,1,1-三氯乙烷 (Methyl Chloroform) 小鼠, 吸入 3,911 ppm (21,340 mg/m³)/ 2时 700 ppm (3,820 mg/m³) [49]
三氯甲烷/氯仿/哥罗芳 (Chloroform) 大鼠, 吸入 9,617 ppm (46,960 mg/m³)/ 4时 500 ppm (2,441 mg/m³) [50]
四氯化碳 (Carbon Tetrachloride) 大鼠, 吸入 8,000 ppm (50,330 mg/m³)/ 4时 200 ppm (1,258 mg/m³) [51]
二氧化硫 (Sulfur Dioxide) 大鼠, 吸入 2,520 ppm (6,603 mg/m³)/ 1时 100 ppm (262 mg/m³) [52]
氟化氢 (Hydrogen Fluoride) 大鼠, 吸入 1,276 ppm (1,044 mg/m³)/ 1时 30 ppm (24.5 mg/m³) [53]
甲醛 (Formaldehyde) 大鼠, 吸入 815 ppm (1,000 mg/m³)/ 30分 20 ppm (24.5 mg/m³) [54]
二氧化氮 (Nitrogen Dioxide) 大鼠, 吸入 138 ppm (260 mg/m³)/ 30分 20 ppm (37.6 mg/m³) [55]
氯气 (Chlorine) 大鼠, 吸入 293 ppm (850 mg/m³)/ 1时 10 ppm (29.0 mg/m³) [56]
光气 (Phosgene) 大鼠, 吸入 340 ppm (1,375 mg/m³)/ 30分 2 ppm (8.09 mg/m³) [57]
芥子气 (Sulfur Mustard) 大鼠, 吸入 15.4 ppm (100 mg/m³)/ 10分 0.108 ppm (0.7 mg/m³) [58]
沙林 (Sarin) 大鼠, 吸入 26.2 ppm (150 mg/m³)/ 10分 0.017 5 ppm (0.1 mg/m³) [59]
塔崩 (Tabun) 大鼠, 吸入 45.9 ppm (304 mg/m³)/ 10分 0.015 1 ppm (0.1 mg/m³) [60]
环沙林 (Cyclosarin) 大鼠♂, 吸入
大鼠♀, 吸入
50.3 ppm (371 mg/m³)/ 10分
34.3 ppm (253 mg/m³)/ 10分
0.006 79 ppm (0.05 mg/m³) [61]
VX 小鼠, 吸入 0.366-1.19 ppm (4-13 mg/m³)/ 10分 0.000 27 ppm (0.003 mg/m³) [62][63]

争议[编辑]

动物权利组织一直批评以动物进行LD50测试,特别是一些物质可能令动物在长时间痛苦下死去。一些国家如英国已开始禁止口服LD50测试,而经济合作与发展组织(OECD)亦在2001年废除对口服毒性测试的要求。[64][65]

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