毒性

毒性（Toxicity）是指化学物质或特定物质的混合物，对生物体造成损害的程度。毒性可指对整个生物体，例如动物、细菌或植物的影响，也可以指对生物体亚结构，例如细胞的影响（即细胞毒性），或是对器官例如肝的影响（肝毒性）。这个字延伸后，可用来隐喻对更大和更复杂的群体（例如家庭单元，甚至是整个社会）的毒性作用。有时这个字在日常使用时，或多或少与“中毒”的意思相同。

毒理学的中心概念是毒剂的作用是由剂量而定。甚至在摄取过多水的时候，也会导致水中毒，而对于毒性强大的物质（例如蛇毒），也会因剂量低过一种程度，而无法发挥毒性作用的情况。因有这种剂量反应关系的存在，有种新的药物毒性指数（Drug Toxicity Index，DTI）在最近被提出，该指数把药物毒性重新定义之后，可用来确定含有肝脏毒性的药物、提供机能方面的见解、预测临床的结果、并具有作为筛选工具的潜力。

毒性具有物种的针对性，因此在做跨物种分析时会碰到问题。而当前在从事研究毒性结果的时候，较新的范式和指标是朝着避开动物试验的方向发展。

## 词源

在古希腊医学文献中，形容词τοξικόν（意为“有毒”）用于描述能够“导致死亡或严重衰弱或表现出感染症状”的物质。该词源于希腊名词τόξον toxon（意为“弧”），指使用弓和毒箭作为武器。

## 毒性类别

有毒物质的类别一般分为四种-化学的、生物的、物理的、和辐射的：

- 化学毒物包括无机物质，例如铅、汞、氢氟酸、氯气，有机化合物（例如甲醇），多数药物和毒素。某些具备较弱放射性的物质（例如铀）也是化学毒物，而放射性较强的物质（例如镭）却不是，其有害作用（辐射中毒）是来自这种物质所产生的游离辐射，而非本身的化学作用所引起。
- 广义而言，会致病的微生物和寄生虫是有毒的，但它们通常被称为病原体，而非有毒物质。病原体的生物毒性可能不易测量，因为“门槛剂量”是单一生物体。理论上，一种病毒、细菌、或是蠕虫，会因繁殖而引起宿主严重的感染。然而，如果宿主有完整的免疫系统时，生物体的毒性与宿主的反击能力处于平衡状态。那么毒性就由这两种关系之间的表现而定。在某些情况下，例如霍乱，疾病主要是由生物体所分泌的非生物物质所引起，而非由生物体本身引起。这种由微生物、植物、或真菌所产生的非生物毒物，通常被称为毒素；如果是由动物所产生者，则被称为毒液。
- 物理毒物是由于物质的物理本质会干扰到生物的生物过程。例如煤灰、石棉纤维、或二氧化硅微粒，吸入之后会有致命的可能。腐蚀性化学品因为会破坏身体组织而具有物理毒性，但它们并非具有直接毒性，而是干扰生物活性后的结果。如果喝下极高数量的水，水会成为一种物理毒物，因为体内的过多的水分，会导致离子的浓度急剧降低。窒息气体可被视为物理毒物，这种惰性气体会取代环境中的氧气而发生作用，他们并非化学有毒气体。
- 如前所述，辐射会对生物产生毒性作用。
- 行为毒性是指对于给定的疾病所提供的治疗药物，会产生不良的作用。这些不良作用可能包括抗胆碱剂作用、α-交感神经阻断剂(Alpha-adrenergic blocker)作用、和多巴胺能作用等。

## 衡量

衡量毒性，可透过它对目标（生物体、器官、组织、或是细胞）发生的作用来达到。因为不同的个体对相同剂量的有毒物质，通常反应的程度会不同，所以经常会用到整个群体的毒性衡量结果，来假设为群体中单一个体的反应程度。半数致死量(简写为LD50)就是其中一种衡量数据。如果没此类的群体数据，则可利用已知的类似有毒物质，或类似生物体的类似接触量做比较和估算。然后，再加上“安全系数”，以抵消数据和评估过程中的不确定性。例如，如果有毒物质的剂量对实验大鼠是安全的，则可假定相同剂量的十分之一对人类而言属于安全，把安全系数10当作是大鼠和人类两种哺乳动物之间的效果差异。如果数据来自鱼类，则会使用安全系数100来表明两种脊索动物（鱼类和哺乳动物）之间较大的差异。同样的，额外的安全系数可用于被认为会对毒性作用更加敏感的个体，例如是在怀孕或罹患某些疾病的情况时。或者，对于某些新合成，且尚未研究过，但被认为与另一种化合物非常相似的化学物质，而给予额外的安全系数10，用于处理可能小得多的效果差异。使用这种方法有明显的相似性，而且在增加安全系数时会刻意的谨慎，这种方法在各式的应用时都有很大的用处。

全面评估致癌物质的毒性时，会涉及到额外的问题，因为尚不确定致癌物质是否有最小剂量的问题，也不确定是否风险会小到无法察觉。另外，或许只要一个细胞转化为癌细胞，就会发挥致癌的作用（癌症发生的“一击”理论）。

对化学混合物毒性的确定，与纯化学品相比更为困难，因为混合物中每种成分都有本身的毒性，并且各成分间会相互作用，可能会把毒性增强，或是减弱。常见的混合物有汽油、吸烟产生的烟雾、和工业废料。碰到超过一种有毒物质的时候，情况会更加复杂，例如污水处理厂发生机械故障后，所排放者，会同时含有化学性和生物性的毒物。

对不同生物系统做特定物质的临床前毒性测试，可显示它们对于各物种、器官、和剂量的毒性作用。物质的毒性可透过（a）研究与物质的意外接触（b）使用细胞/细胞系做In vitro研究（c）在实验动物身上做In vivo研究。毒性测试通常用于检查特定的不良事件，或是特定的病症，例如癌症、心毒性、和皮肤/眼睛不适。毒性测试还有助于计算出未观察到毒性的最高剂量（NOAEL），并有助于临床研究。

## 分类

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要对物质做适当的管制和处理，必须要有正确的分类和标记。分类是透过核准的测试方法或计算来确定，并有政府和科学家设定的临界浓度（例如，未观察到毒性的最高剂量、阈限值、和每日耐受量）。农药是个有完善的毒性分类系统和毒性标签的例子。当前许多国家对测试类型、测试次数、和临界浓度有不同的规定，但是世界各国开始采用全球化学品统一分类和标签制度（GHS）之后，做法已渐趋统一。

GHS着重在三个领域：实体危害（爆炸和烟火）、健康危害、和环境危害。

### 健康危害

物质的各式毒性可能对整个身体或是特定器官产生致命的影响、产生重大/次要损害、或引发癌症。这些是全球对于毒性公认的定义。超出特定定义范围的任何物质都不能归类为那类的有毒物质。

#### 急性毒性

谈论到急性毒性，是着重在口服、经皮、或吸入后的致死作用。作用严重程度则分成五个类别，其中类别1表示最少量的致命性接触，类别5表示最高量的致命性接触。下表列出每个类别的上限。

施用方式｜类别 1｜类别 2｜类别 3｜类别 4｜类别 5

口服: LD50根据身体重量“公克/公斤”衡量｜7｜50｜300｜2 000｜5 000

经皮注射: LD50根据身体重量“公克/公斤”衡量｜50｜200｜1 000｜2 000｜5 000

气态吸入式: LD50根据“百万份率”衡量｜100｜500｜2 500｜20 000｜未定义

蒸汽吸入式: LD50根据“公克/升”衡量｜0.5｜2.0｜10｜20｜未定义

粉尘和雾气式吸入: LD50根据“公克/升”衡量｜0.05｜0.5｜1.0｜5.0｜未定义

附注：未定义的部分与类别5的口服以及经皮给药数量约略相同。

#### 其他接触方式和严重程度

皮肤腐蚀和皮肤不适可透过贴布试验来确定。试验用来检查伤害的严重程度、何时发生及持续多久、是否可逆转、及发生多少受测反应。

皮肤腐蚀的定义是接触的物质在四个小时内从表皮渗人真皮，需要14天的时间来逆转损伤。皮肤不适的定义是损伤在接触后72小时发生，或是接触后14天之内持续不适三天；或是导致发炎，在14天内对测试发生两次反应，皮肤不适的损害的程度比皮肤腐蚀轻微。轻度皮肤不适是指接触后72小时内，或接触后连续三天出现的轻微损伤（程度比皮肤不适轻微）。

#### 其他类别

- 吸入含有呼吸道过敏原的物质会导致呼吸道超敏反应。
- 含有皮肤过敏原的物质在接触之后，会引起皮肤的过敏反应。
- 致癌物质会诱发癌症，或增加罹患癌症的几率。
- 神经毒性是由生物、化学、或物理介质所产生的毒性，会对中枢神经系统和/或周围神经系统的结构或功能产生负面的影响。当与这类物质（特别是神经毒素或神经毒性）接触，神经系统的正常活动会受到改变，而对神经组织造成永久性或可逆转的损害。
- 生殖毒性物质会对父母或其后代的性功能或生育能力造成不利影响。
- 特定器官毒素仅会损害某些特定器官。
- 某些危险的固体或液体，可能会因吸入而引起损害。

### 环境危害

凡对环境会产生不利影响的任何条件、过程、或是状态，均可被定义为环境危害。这些危害可能是物理的，或是化学的，并存于空气、水、和/或土壤之中。这些情况会伤害到生态系统中的人类和其他生物。

#### 常见的环境危害类型

- 水污染：清洁剂、肥料、未处理的生活污水、处方药、农药、除草剂、重金属、多氯联苯
- 土地污染：重金属、除草剂、农药、多氯联苯
- 空气污染：悬浮粒子、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、石棉、对流层臭氧、铅（由飞机燃料、采矿、和工业过程时产生）

美国国家环境保护局（EPA）备有一份必须优先处理的污染物清单。

#### 职业危害

在有些领域的工作人员会有较高接触到某些毒性（如神经毒性）的风险。《爱丽丝梦游仙境》一书中“像帽匠般的疯子”和“疯帽匠”的说法，词源来自早年英国帽匠在生产时使用有毒化学品，而发生的职业危害。对工作场所中接触到化学品的问题，需要工业卫生专业人员做评估，以为预防。

##### 处置医疗废物和处方药所带来的危害

医疗废弃物是有害的生物医疗废弃物的来源。医疗废弃物的产生和处置是重要的工作，尤其是在卫生条件差而且人口众多的国家。医院、诊所、以及其他提供诊断和治疗的场所，都会产生高度危害的废弃物，让人们陷于致命疾病的风险中。相关单位应制定政策，透过妥善处理的规范，来避免感染传播。并应透过沟通方式和教育手段，让社会各阶层意识到这种风险，而把疾病传播风险降至最低。不当的处方药处置会对环境产生负面影响、可能导致意外中毒、也可能打开药物滥用之门。

##### 艺术行业中存有的危害

在几个世纪以来，艺术行业中的工作者一直有毒性危害的问题，他们使用的工具、方法、和材料的毒性并未被充分了解。那些有毒的材料，如铅和镉等，经常被套用在艺术家的油画颜料和色素的名称中，例如“铅白”和“镉红”（请参考镉颜料）。

20世纪的版画家和其他画家开始注意到胶水、涂料介质、颜料、和溶剂中的有毒物质、有毒的技术、和有毒挥发物，但多数都未在标签上标识有毒性。其中一例是使用二甲苯来清洗丝网印刷的丝网。画家开始注意到吸入涂料介质和稀释剂（例如松节油）会危害人体。版画家Keith Howard意识到工作室和车间中的有毒物质，于1998年出版《无毒凹版印刷（Non-Toxic Intaglio Printmaking）》一书，详细介绍十二种创新的凹版印刷技术，包括照相制版、数位成像、丙烯颜料手工制版方法，并介绍一种新的无毒石板印刷技术。

#### 绘制环境危害地图

目前已有许多搜索环境健康地图的工具。像 TOXMAP是美国国家医学图书馆（NLM）辖下的专业信息服务部门掌管的地理信息系统（GIS），这个系统透过美国地图来帮助用户直观浏览由美国国家环境保护局所发布有毒物质释放资料和超级基金计划（对于放置有毒物质地点的监控以及清理的机构）的数据。TOXMAP的经费来自美国联邦政府，而化学和环境健康的资讯来自NLM的毒理学数据网络（TOXNET）、搜索引擎PubMed、以及其他权威来源。

#### 水生毒性

水生毒性测试，用来对鱼类或甲壳类中的主要指标物种，进行环境中某些物质浓度的测试，以确定致命浓度。鱼类接触的时间为96小时，而甲壳类接触的时间为48小时。GHS并未对浓度超过100公克/升的毒性做过定义，但EPA目前把大于100百万分率的浓度定为“实际上无毒”。

接触｜类别 1｜类别 2｜类别 3

急性｜≤ 1.0 公克/升｜≤ 10 公克/升｜≤ 100 公克/升

慢性｜≤ 1.0 公克/升｜≤ 10 公克/升｜≤ 100 公克/升

注释：已设有类别4，作为慢性接触，但仅包含大多数不溶解或没有急性毒性数据的任何有毒物质。

## 影响毒性的因素

物质的毒性受许多不同因素的影响，例如给药途径（施用在皮肤、吞入、吸入、注射）、接触时间（短暂或长时间接触）、接触次数（一段时间内的单剂量或多剂量），毒物物理形态（固体、液体、气体）、个人的遗传组成、个人的整体健康状况、及其他方面。用于描述这些因素的几个名词如下述：

急性接触

接触有毒物质一次，就会导致严重生物伤害或死亡；急性接触的特征是在一天之内。

慢性接触

持续接触毒物一段较长的时间，通常的长度是数个月或是数年；这种接触会产生不可逆转的副作用。

## 外部链接

- 美国有毒物质和疾病登记局
- 整体流出物、水生毒性测试常见问题解答
- 毒物地图（TOXMAP）美国国家医学图书馆的环境健康电子地图
- 毒物搜寻（Toxseek）：毒理学和环境健康领域的元搜索引擎