‘壹’ 环境毒理学的实验方法
环境污染物对机体毒作用的评定,主要是通过以下几种动物实验方法进行的:
急性毒性试验:其目的是探明环境污染物与机体作短时间接触后所引起的损害作用,找出污染物的作用途径、剂量与效应的关系,并为进行各种动物实验提供设计依据。一般用半数致死量、半数致死浓度或半数有效量来表示急性毒作用的程度。
亚急性毒性试验:研究环境污染物反复多次作用于机体引起的损害。通过这种试验,可以初步估计环境污染物的最大无作用剂量和中毒阈剂量,了解有无蓄积作用,确定作用的靶器官,并为设计慢性毒性试验提供依据。
慢性毒性试验:探查低剂量环境污染物长期作用于机体所引起的损害,确定一种环境污染物对机体的最大无作用剂量和中毒阈剂量,为制订环境卫生标准提供依据。
为了探明环境污染物对机体是否有蓄积毒作用,致畸、致突变、致癌等作用,随着毒理学的不断进展,人们又建立了蓄积试验、致突变试验、致畸试验和致癌试验等特殊的试验方法。
环境毒理学的研究主要以动物实验研究为主,观察实验动物通过各种方式和途径,接触不同剂量的环境污染物后出现的各种生物学变化。实验动物一般为哺乳动物,也可利用其他的脊椎动物、昆虫以及微生物和动物细胞株等。
用动物实验来观察环境污染物对机体的毒作用,条件容易控制,结果明确,便于分析,是评定环境污染物毒作用的基本方法。但动物与人毕竟有差异,动物实验的结果,不能直接应用于人。因此,一种环境污染物经过系统的动物毒性试验后,还必须结合环境流行病学对人群的调查研究结果进行综合分析,才能作出比较全面和正确的估价。
随着人类对环境污染物认识的不断深入,环境毒理学将在多个方向发展,其中主要是探讨多种环境污染物同时对机体产生的相加、协同或拮抗等联合作用;深入研究环境污染物在环境中的降解和转化产物以及各种环境污染物在环境因素影响下,相互反应形成的各种转化产物所引起的生物学变化;一步研究致畸作用的机理,完善致突变作用的试验方法,找出致癌作用与致突变作用的确切关系;深入研究环境污染物对动物神经功能、行为表现以及免疫机能的早期敏感指标;深入研究环境污染物的化学结构同它们的毒性作用的性质和强度的密切关系,以便根据化学结构,作出毒性的估计,减少动物毒性试验,并为合成某些低毒化合物提供依据。
半数致死量常用的计算方法有目测概率法、加权直线回归法、图解法和简化寇氏法。
(1)目测概率法:简称目测法或概率单位法。本法是基于前述基本理论而建立起来的。它要求实验设计尽可能不出现死亡率0%及100%,因而其原始数据比较可靠。计算时首先列出在所试验剂量(浓度)下动物的死亡情况,分别计算其死亡率。再以浓度对数作横轴,死亡率的概率单位作纵轴,将各对数值点在方格纸上。
(2)加权直线回归法(Bliss法):本法是在上述目测法的基础上用正态曲线原理进行加权后,计算直线回归方程以求得LD50。这是计算LD50的最精确的方法。但由于计算过程比较复杂,实际应用中常以此来鉴定和比较其他计算方法的正确性。
(3)图解法:此法是在概率图纸上,直接用实验数据作图,求出LD50,不需繁琐的计算过程。所用各种图表的数学原理比较严密,故所得结果也比较精确。本法与加权直线回归法同属于求LD50的两个经典方法。
(4)简化寇氏法:本法比较简便,为一般实验室中的常规方法。实验设计时除要符合前述总的要求外,药物反应0%和100%组也可用。但由于0%和100%的变动范围大,会引进误差,这是寇氏法的不正确的所在。本法首先计算出各组死亡率,再用公式logLD50=xm-i(Σp-0.5)计算出LD50的对数值,经查反对数值后即得。
为了避免不必要的误差,要求最大剂量组在100%~80%间,最小组在20%~0%之间,此时改用logLD50=xm-1/2i∑(pi+pi+1)公式。式中xm为最大剂量的对数,i为相邻剂量的比值的对数,Σp为各组死亡率总和,(pi+pi+1)为相邻两组死亡率之和。