半數致死量

在毒理學中，半数致死量（）簡稱LD50（即致死剂量，lethal dose，50%的缩写）、LC50（致死浓度，lethal concentration，50%）或LCt50（致死浓度毒性，lethal concentration toxic，50%），是衡量有毒物质或輻射等特定物质致死剂量的与指标。按照醫學主題詞表（MeSH）的定義，LD50是指“能殺死一半試驗總體之有害物質、有毒物質或游離輻射的劑量”。這測試最先由J.W. Trevan於1927年提出。

應用慣例
LD50的表達方式通常為有毒物質的質量和試驗生物體重之比，例如「毫克／千克體重」。由於不可能直接拿人體做毒性測驗，因此大多數致死量的數據來自於大鼠和小鼠，另外也可能使用倉鼠、豚鼠、兔、雪貂、貓、犬、猴、豬、馬、蛙、魚、鳥等實驗動物。雖然毒性不一定和體重成正比，但這種表達方式仍有助比較不同物質的相對毒性，以及估計同一物質在不同大小動物之間的毒性劑量。

舉例來說，已知酒精對大鼠的口服LD50是9,900 mg/kg (9.9 g/kg)，假設毒性和體重成正比，且酒精對大鼠的毒性等同於對人類的毒性，在不考慮年齡、性別、耐受度等個別體質差異的情況下，那麼對60公斤的成人來說，短時間內口服594 g (757 ml) 的酒精能造成一半的受測試者死亡。

應用半數致死這量度方法有助減少量度極端情況所帶來的問題，以及減少所需試驗次數；然而這亦代表LD50並非對所有試驗生物的致死量：有些可能死於遠低於LD50的劑量，有些卻能在遠高於LD50的劑量下生存。在特殊需要下，研究人員亦可能會量度LD1或LD99等指標（即殺死1%或99%試驗總體之劑量）。

物質的毒性往往受給予方式影響。一般而言，口服毒性會低於靜脈注射的毒性。故此在表達LD50時經常會附帶給予方式，例如“LD50 i.v.”代表靜脈注射下的LD50。

和LD50相關的兩種指標，LD50/30和LD50/60，是分別指在沒有治療的情況下，導致受試總體在30天或60天後半數死亡的劑量。這些指標通常用於描述輻射毒性。

限制與缺點

作為一個毒性的指標，LD50在一定程度上有其缺點。測試的結果可受很多因素影響，例如實驗品的種類，測試樣品的基因特點，環境因素及注射方法等。另一大限制是，LD50-{只}-用於測試會導致短時間內死亡的急性中毒，卻沒有計算長期的影響，比如說，某些毒素會長期影響腦部，到一定程度時也可導致死亡。再者，某些毒素對實驗白鼠的影響不大，但可能對人類卻非常有害。

在測試有毒生物的毒性時，LD50的結果不一定能絕對反映該毒液對人類的全部影響。例如，某些毒蛇專門獵殺老鼠，它們的毒液裡演化出特別針對老鼠的毒素，因此它們對鼠類的毒性比較大，但對人則不一定成正比。故此，LD50可導致誤解。

其它類似指標
另一種毒性指標，LCt50，包含了濃度(C)和暴露時間(t)的描述，通常以＂毫克·分鐘／立方米＂作描述，類似的ICt50</font>則是使半數人員失能的劑量。這兩種指標通常作描述化學武器，其毒性亦受呼吸速度和衣著影響。Ct這概念最先由弗里茨·哈伯提出，假設在100 mg/m3下暴露1分鐘和10 mg/m3下暴露10分鐘是相等的。然而這定律對於一些可以被身體快速分解的物質如氰化氫便不適用；在這種情況下，需要一定的暴露時間才可確定致死量。在環境研究中，LCt亦可用於描述水中的有毒物質。 

對於病原體，亦有一種類似的半數感染量（ID50）的概念，是指在某一給予途徑下足以令半數受試群體感染的病原體數量，例如口服1200個病原體／人。因為病原體數量難以量度，感染量亦會以對不同動物的LD50表達。對於生物武器的感染量，亦可以ICt50表達。

對於化療藥物，化療指數（CI）是評價化療藥物安全性的指標。一般以動物半數致死量（LD50）和治療感染動物的半數有效量（ED50）的比值表示，即CI＝LD50/ED50；化療指數愈大，表明藥物毒性愈小，相對較安全，但並非絕對安全，如化療指數高的青黴素可致過敏性休克。

數據
 乙醇對年輕和年老大鼠的口服LD50分別為10.6 g/kg和7.06 g/kg。
 菸鹼（尼古丁）對大鼠的口服LD50為50 mg/kg。

 物質 動物, 途徑 半數致死量（LD50） 參考文獻 水 大鼠, 口服 >90,000 mg/kg  蔗糖 (Sucrose) 大鼠, 口服 29,700 mg/kg p.2478 L-麩酸鈉／味精 (Monosodium Glutamate) 大鼠, 口服 16,600 mg/kg p.2573 維他命C (Vitamin C) 大鼠, 口服 11,900 mg/kg p.310 乙醇／酒精 (Ethyl Alcohol) 大鼠, 口服 9,900 mg/kg p.385 碳酸鈣 (Calcium Carbonate) 大鼠, 口服 6,450 mg/kg p.635 次氯酸鈉 (Sodium Hypochlorite) 小鼠, 口服 5,800 mg/kg p.2971 碳酸氫鈉／小蘇打 (Sodium Bicarbonate) 大鼠, 口服 4,220 mg/kg p.2413 乙酸／醋酸 (Acetic Acid) 大鼠, 口服 3,530 mg/kg  薄荷醇 (Menthol) 大鼠, 口服 3,180 mg/kg p.2108 氯化鈉／鹽 (Sodium Chloride) 大鼠, 口服 3,000 mg/kg p.3238 硼酸 (Boric Acid) 大鼠, 口服大鼠, 皮下注射大鼠, 靜脈注射 2,660 mg/kg1,400 mg/kg1,330 mg/kg p.536 乙醯氨酚 (Acetaminophen) 大鼠, 口服大鼠, 腹腔注射 2,400 mg/kg1,205 mg/kg p.1994 維他命A (Vitamin A) 大鼠, 口服 2,000 mg/kg  香草醛 (Vanillin) 大鼠, 口服大鼠, 腹腔注射大鼠, 皮下注射 1,580 mg/kg1,160 mg/kg1,500 mg/kg  p.3364 樟腦 (Camphor) 小鼠, 口服 1,310 mg/kg p.641 可可鹼 (Theobromine) 大鼠, 口服狗, 口服 950 mg/kg300 mg/kg IARC. Monographs on the Evaluation of the Carcinogenic Risk of Chemicals to Humans. Geneva: World Health Organization, International Agency for Research on Cancer. p. V51 428 (1991) 嗎啡 (Morphine) 大鼠, 口服大鼠, 腹腔注射大鼠, 皮下注射大鼠, 靜脈注射 335 mg/kg160 mg/kg109 mg/kg140 mg/kg p.2576 乙醯水楊酸／阿斯匹靈 (Acetylsalicylic Acid) 大鼠, 口服大鼠, 腹腔注射 200 mg/kg340 mg/kg p.57 咖啡鹼 (Caffeine) 大鼠, 口服大鼠, 靜脈注射大鼠, 皮下注射 192 mg/kg105 mg/kg170 mg/kg p.666 苯巴比妥 (Phenobarbital) 大鼠, 口服 162 mg/kg  辣椒鹼 (Capsaicin) 大鼠♂, 口服大鼠♀, 口服 161 mg/kg148 mg/kg  巴拉刈／百草枯 (Paraquat) 小鼠, 口服 120 mg/kg p.2819 DDT 大鼠, 口服 100 mg/kg  亞硝酸鈉 (Sodium Nitrite) 大鼠, 口服大鼠, 靜脈注射 85 mg/kg65 mg/kg p.3266 三氧化二砷／砒霜 (Arsenic Trioxide) 小鼠, 口服小鼠, 皮下注射小鼠, 靜脈注射 31.5 mg/kg9.8 mg/kg10.7 mg/kg p.278 菸鹼 (Nicotine) 小鼠, 口服小鼠, 皮下注射小鼠, 靜脈注射 24 mg/kg16 mg/kg7.1 mg/kg  氰化鉀 (Potassium Cyanide) 大鼠, 口服大鼠, 腹腔注射大鼠, 皮下注射 5 mg/kg4 mg/kg9 mg/kg p.2758 秋水仙鹼 (Colchicine) 大鼠, 腹腔注射大鼠, 靜脈注射 6.1 mg/kg1.6 mg/kg  黃麴毒素 (Aflatoxin B1) 大鼠, 口服大鼠, 腹腔注射 4.8 mg/kg6 mg/kg  p.89 番木虌鹼 (Strychnine) 大鼠, 口服大鼠, 腹腔注射大鼠, 皮下注射大鼠, 靜脈注射 2.35 mg/kg1.10 mg/kg1.20 mg/kg0.582 mg/kg p.3025 白喉毒素 (Diphtheria Toxin) 小鼠, 皮下注射 1.6 mg/kg Behring, E., and A. Kitashima. 1901. Über die Verminderung und Steigerung der ererbten Giftempfindlichkeit. Berliner klinische Wochenschrift. 38:157-163. 河豚毒素 (Tetrodotoxin) 小鼠, 口服小鼠, 腹腔注射小鼠, 皮下注射小鼠, 靜脈注射 0.435 mg/kg0.008 mg/kg0.008 mg/kg0.009 mg/kg p.1827 2,3,7,8-四氯二苯并二恶英／戴奧辛 (2,3,7,8-TCDD) 大鼠, 口服 0.043 mg/kg  p.305 百日咳毒素 (Pertussis Toxin) 小鼠, 腹腔注射 0.015 mg/kg Onoue, K., M. Kitagawa, and Y. Yamamura. 1963. Isolation of highly potent toxin from Bordetella pertussis. J. Bacteriol. 80:648-655. VX 大鼠, 口服小鼠, 皮下注射 0.012 mg/kg0.022 mg/kg Marrs TC, Maynard, RL, Sidell FR, eds; Chemical Warfare Agents. Toxicology and Treatment 2nd ed. p.197 (2007) 蓖麻毒素 (Ricin) 小鼠, 靜脈注射 0.002 7 mg/kg Fodstad, Ø., J. V. Johannessen, L. Schjerven, and A. Pihl. 1979. Toxicity of abrin and ricin in mice and dogs. J. Toxicol. Environ. Health 5:1073-1084. 太攀蛇毒素 (Taipoxin) 小鼠, 靜脈注射 0.002 mg/kg  Eaker, D., J. Halpert, J. Fohlman, and E. Karlsson. 1976. Structural nature of presynaptic neurotoxins from the venoms of the Australian Tiger snake Notechia scutatus scutatus and the Taipan Oxyuranus scutellatus scutellatus, p. 27-45. In A. Ohsaka, K. Hayashii, and Y. Sawai, (ed.), Animal, plant and microbial toxins, vol. 2. Chemistry, pharmacology, immunology. Plenum Press, New York. 箭毒蛙毒素 (Batrachotoxin) 小鼠, 腹腔注射小鼠, 皮下注射 0.002 mg/kg0.002 mg/kg Shindelman J, Mosher HS, Fuhrman FA. Atelopidtoxin from the Panamanian frog, Atelopus zeteki. Toxicon. 1969 Dec;7(4):315-9.Daly J, Witkop B. Batrachotoxin, an extremely active cardio- and neurotoxin from the Colombian arrow poison frog Phyllobates aurotaenia. Clin Toxicol. 1971 Sep;4(3):331-42. 刺尾魚毒素 (Maitotoxin) 小鼠, 腹腔注射 0.000 13 mg/kg   破傷風梭菌毒素 (Tetanospasmin) 小鼠, 腹腔注射 0.000 001 mg/kg Holmes, M. J.,and W. L. Ryan. 1970. Amino acid analysis and molecular weight determination of tetanus toxin. Infect. Immun. 3:133-140. 肉毒杆菌毒素 (Botulinum Toxin A) 小鼠, 腹腔注射 0.000 001 2 mg/kg Lamanna, C., O. E. McElroy, and H. W. Eklund. 1946. The purification and crystallization of Clostridium botulinum Type A toxin. Science 103:613-614.
 物質 動物, 途徑 半數致死濃度 (LC50) 參考文獻 立即威脅生命健康濃度 (IDLH) 二氟二氯甲烷 (Dichlorodifluoromethane) 小鼠, 吸入 760,000 ppm (3,758,348 mg/m³)/ 30分 Paulet G (1976). Les fluorocarbones en question. J Eur Toxicol (Supplement) 9:385-407 (in French). 15,000 ppm (74,178 mg/m³) 一氧化碳 (Carbon Monoxide) 大鼠, 吸入 5,207 ppm (5,965 mg/m³)/ 30分 Hartzell GE, Priest DN, Switzer WG (1985). Modeling of toxicological effects of fire gases. II. Mathematical modeling of intoxication of rats by combined carbon monoxide and hydrogen cyanide. J Fire Sci 3:115-128. 1,200 ppm (1,375 mg/m³) 三氟化氮 (Nitrogen Trifluoride) 大鼠, 吸入 6,700 ppm (19,456 mg/m³)/ 1時 Vernot EH, Haun CC, MacEwen JD, Egan GF (1973). Acute inhalation toxicology and proposed emergency exposure limits of nitrogen trifluoride. Toxicol Appl Pharmacol 26:1-13. 1,000 ppm (2,904 mg/m³) 1,1,1-三氯乙烷 (Methyl Chloroform) 小鼠, 吸入 3,911 ppm (21,340 mg/m³)/ 2時 AIHA, Toxicology Committee (1964). Emergency exposure limits. Am Ind Hyg Assoc J 25:578-586. 700 ppm (3,820 mg/m³) 三氯甲烷／氯仿／哥羅芳 (Chloroform) 大鼠, 吸入 9,617 ppm (46,960 mg/m³)/ 4時 Lehmann KB, Flury F, eds. (1943). Toxicology and hygiene of industrial solvents. Translated by E. King and H.F. Smyth, Jr. Baltimore, MD: Williams & Wilkins Company, p. 141. 500 ppm (2,441 mg/m³) 四氯化碳 (Carbon Tetrachloride) 大鼠, 吸入 8,000 ppm (50,330 mg/m³)/ 4時 NPIRI (1974). Raw materials data handbook, physical and chemical properties, fire hazard and health hazard data. Vol. 1. Organic solvents. Bethlehem, PA: National Printing Ink Research Institute, p. 16. 200 ppm (1,258 mg/m³) 二氧化硫 (Sulfur Dioxide) 大鼠, 吸入 2,520 ppm (6,603 mg/m³)/ 1時 Kinkead ER, Einhaus RL (1984). Acute toxicity of thionyl chloride vapor for rats. Wright-Patterson Air Force Base, OH: Air Force Systems Command, Air Force Aerospace Medical Division, Aerospace Medical Research Laboratory, Technical Report AFAMRL-TR-84-069. 100 ppm (262 mg/m³) 氟化氫 (Hydrogen Fluoride) 大鼠, 吸入 1,276 ppm (1,044 mg/m³)/ 1時 Darmer KI Jr, Haun CC, MacEwen JD [1972]. The acute inhalation toxicology of chlorine pentafluoride. Am Ind Hyg Assoc J 33:661-668. 30 ppm (24.5 mg/m³) 甲醛 (Formaldehyde) 大鼠, 吸入 815 ppm (1,000 mg/m³)/ 30分 Skog E (1950). A toxicological investigation of lower aliphatic aldehydes. I. Toxicity of formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde and butyraldehyde; as well as acrolein and crotonaldehyde. Acta Pharmacol Toxicol 6(4):299-318. 20 ppm (24.5 mg/m³) 二氧化氮 (Nitrogen Dioxide) 大鼠, 吸入 138 ppm (260 mg/m³)/ 30分 Gray E LeB, Patton FM, Goldberg SB, Kaplan E (1954). Toxicity of the oxides of nitrogen. II. Acute inhalation toxicity of nitrogen dioxide, red fuming nitric acid, and white fuming nitric acid. AMA Arch Ind Hyg Occup Med 10:418-422. 20 ppm (37.6 mg/m³) 氯氣 (Chlorine) 大鼠, 吸入 293 ppm (850 mg/m³)/ 1時 Back KC, Thomas AA, MacEwen JD (1972). Reclassification of materials listed as transportation health hazards. Wright-Patterson Air Force Base, OH: 6570th Aerospace Medical Research Laboratory, Report no. TSA-20-72-3, pp. A-182 to A-183. 10 ppm (29.0 mg/m³) 光氣 (Phosgene) 大鼠, 吸入 340 ppm (1,375 mg/m³)/ 30分 NDRC (1946). Summary technical report of division 9, NDRC. Vol 1. Chemical warfare agents and related chemical problems. Parts I-II. Washington, DC: National Defence Research Committee, pp. 1-385. 2 ppm (8.09 mg/m³) 芥子氣 (Sulfur Mustard) 大鼠, 吸入 15.4 ppm (100 mg/m³)/ 10分 IPCS; Poisons Information Monograph 354. Mustard Gas. (September 1996) 0.108 ppm (0.7 mg/m³) 沙林 (Sarin) 大鼠, 吸入 26.2 ppm (150 mg/m³)/ 10分 Marrs TC, Maynard, RL, Sidell FR, eds; Chemical Warfare Agents. Toxicology and Treatment 2nd ed. p.208 (2007) 0.017 5 ppm (0.1 mg/m³) 塔崩 (Tabun) 大鼠, 吸入 45.9 ppm (304 mg/m³)/ 10分  0.015 1 ppm (0.1 mg/m³) 環沙林 (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 Anthony JS et al. Inhalation toxicity of Cyclosarin (GF) vapor in rats as a function of exposure concentration and duration: potency comparison to sarin (GB). Inhal Toxicol 16 (2): 103-11 (2004) 0.006 79 ppm (0.05 mg/m³) VX 小鼠, 吸入 0.366-1.19 ppm (4–13 mg/m³)/ 10分  DA (Department of the Army). 1974. Chemical agent data sheets, vol. 1. Edgewood Arsenal Special Report, EO-SR-74001. U.S. Department of the Army, Edgewood Arsenal, Aberdeen Proving Ground, MD.Dacre, J.C. 1984. Toxicology of some anticholinesterases used as chemical warfare agents—a review. Pp. 415–426. in: Cholinesterases: Fundamental and Applied Aspects, M.Brzin, E.A.Barnard, and D.Sket, eds. New York: Walter de Gruyter. 0.000 27 ppm (0.003 mg/m³)

毒物表
半数致死量LD50值的范围非常大。肉毒杆菌毒素作为已知毒性最强的物质，其LD50值为1纳克/千克，而最无毒的物质水的LD50值为90克/千克以上。这相差约千亿分之一或11个数量级。与所有相差很多数量级的测量值一样，建议采用对数的观点。著名的例子是用里氏标尺来表示地震强度，或者用pH值来衡量水溶液的酸性或碱性。在这种情况下，可以考虑使用LD50值的负十进制对数，其标准单位为每公斤体重的公斤。

- logLD50对数（公斤/公斤）=值

找到的無因次量可以输入到毒物表中。水作为最重要的物质，在以这种方式获得的毒素表中，其值为1。

爭議
動物權利組織一直批評以動物進行LD50測試，特別是一些物質可能令動物在長時間痛苦下死去。一些國家如英國已開始禁止口服LD50測試，而經濟合作與發展組織（OECD）亦在2001年廢除對口服毒性測試的要求。Test Guideline 401, Trends in Pharmacological Sciences, vol 22, February 22, 2001

相關條目
致死量
可靠安全係數
半數中毒量

參考資料

外部連結
 Canadian Centre for Occupational Health and Safety


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