幼年大鼠毒死蜱经口暴露的生理毒代动力学/毒效学(PBTK/TD)模型研究

摘要

目的：
　　(1)本研究旨在建立一个毒死蜱(CPF)经口暴露的生理毒代动力学及毒效学(PBTK/TD)模型，其参数可以反映幼年大鼠年龄相关的差异性。
　　(2)结合PBTK/TD模型结果，进行幼年大鼠毒死蜱经口急性/重复暴露的毒代动力学及毒效学研究。
　　(3)探索PBTK/TD模型应用的方法，思考模型进一步的研究方向;为建立儿童毒死蜱PBTK/TD模型提供经验;为儿童有机磷农药的膳食暴露风险评估提供新方法。
　　方法：
　　(1)收集数据资料拟合大鼠体重、肝脏/大脑脏器系数的年龄相关函数;利用异速生长估算公式拟合大鼠细胞色素P450(CYP450)、对氧磷酶1(PON1)和脂肪族酯酶参数的体重相关函数;确定模型结构和参数;编写模型程序;对模型参数进行灵敏度分析，优化调整参数后进行模型的验证和评价。
　　(2)进行21日龄SD大鼠毒死蜱急性灌胃实验，染毒剂量为0、12.5、25.0和50.0 mg/kg;在染毒后第1、3、6、12和24h股动脉取血，颈椎脱臼处死，分离肝脏、大脑皮质，测定肝脏CPF、血清CPF和血清3，5，6-三氯-2-吡啶(TCP)浓度，测定血清和大脑皮质乙酰胆碱酯酶(ACHE)活力;同时收集各实验组动物第12和24 h累积尿液，测定尿液TCP排出量。
　　(3)进行21日龄SD大鼠毒死蜱重复10天灌胃实验，染毒剂量为0、1.0、2.5、5.0、10.0和15.0 mg/kg/d;分别在初次染毒后第3、6、10和11天股动脉取血，颈椎脱臼处死，分离肝脏、大脑皮质，测定血清CPF和TCP浓度、血清和皮质的AChE活力;同时分别收集各实验组动物第3、6和11天的累积尿液，测定尿液TCP排出量;评估内、外暴露量与毒效应间的定量关系。
　　(4)在本研究PBTK/TD模型中输入基准剂量法要求的动物实验暴露条件，计算剂量反应关系，求解幼年大鼠基准效应（AChE活力下降10％）的对应剂量;修改模型参数，以江苏省城乡7～12岁儿童的每日毒死蜱膳食暴露量最大值作为模型的输入值，预测毒死蜱连续暴露2个月时儿童的血清CPF和TCP浓度、血清和大脑皮质AChE活力。
　　结果：
　　(1)模型应用的体重生长曲线函数方程为:BW=0.347×(1-0.782×e-0.024×Age)3，肝脏和大脑脏器系数的年龄相关函数较好地拟合了所收集的数据。模型对动物实验的拟合和验证结果较好，但在拟合其他文献数据时会出现高估或低估的现象。
　　(2)急性染毒实验结果:在急性经口染毒后第1～2 h幼年大鼠肝脏CPF含量达最大值，随着剂量的增加，峰值越来越大;相同剂量下，肝脏CPF含量会随着时间的延长逐渐减少。相同时间点，血清CPF和TCP浓度随剂量的增加而增加;各剂量组，随着时间的延长，血清CPF和TCP的浓度先上升后下降，峰值出现在染毒后第3h。第24h尿液TCP累积排出量均显著大于第12h的尿液TCP累积排出量，剂量越大，各个时间点的尿液TCP累积排出量也越大。染毒后第1～6 h内血清AChE活力迅速下降到最低值，然后随时间缓慢上升。在各时间点上，染毒剂量越大，血清AChE活力越低。由低到高三个剂量组的血清AChE活力百分比的最低值分别为17％、11％和7％，出现在染毒后第6h。大脑皮质AChE活力在染毒后第1～12 h内下降到最低值，然后随时间缓慢恢复，由低到高三个剂量组的大脑皮质AChE活力百分比的最低值分别为18％、8％和2％。在各个时间点上，大脑皮质AChE活力均随染毒剂量增加而降低。
　　(3)重复染毒10天实验结果:每次染毒后24 h内血清CPF和TCP浓度随时间的延长先上升后下降，在10天内呈周期性变化（以24 h为周期）。同一时间点，染毒剂量越大，血清CPF和TCP浓度越高。在10天染毒期间，血清和大脑皮质AChE活力随时间同样周期性地先下降后上升（以24 h为周期），血清和皮质AChE活力均随着染毒剂量的增加而减小;而在第11天（停止染毒后第1天）血清和皮质的AChE活力显著恢复。重复染毒剂量与血清、大脑皮质AChE活力百分比存在明显的剂量反应关系。随着重复染毒剂量的增加，幼年大鼠在染毒期间出现的血清、大脑皮质AChE活力最低值也随之降低。
　　(4)仿真基准剂量动物实验的结果:血清AChE基准效应的对应剂量为1.92 mg/kg/d，利用最低值计算的对应剂量为0.22 mg/kg/d，;大脑皮质AChE基准效应的对应剂量为0.74mg/kg/d，利用最低值计算的对应剂量为0.34 mg/kg/d。江苏省7岁城乡儿童预测结果:模型预测的内暴露水平很低，CPF浓度低于10-3μmol/L，TCP低于0.5μmol/L，农村儿童内暴露水平高于城市儿童;农村儿童比城市儿童面临更大的AChE抑制，但是抑制程度在10-3％以下，远低于基准效应的水平。
　　结论：
　　(1)本研究所建立的幼年大鼠毒死蜱经口暴露PBTK/TD模型结构和参数设计是合理的，可以反映年龄差异性，具备一定的外推能力，适用于个体平均水平的预测，但仍需要进一步改进。
　　(2)经口暴露的毒死蜱可以在幼年大鼠体内迅速被吸收代谢;幼年大鼠的CPF代谢能力较弱，对毒死蜱的毒性可能更敏感。幼年大鼠大脑皮质AChE活力恢复的速度比血清AChE慢。
　　(3)在重复染毒时，毒代动力学与毒效学指标均在染毒期间呈周期性变化，幼年大鼠的CPF代谢能力以及AChE活力水平会随年龄的增加而增强。毒死蜱持续暴露会使血清和大脑皮质AChE维持在一定的抑制水平，直到暴露停止才会恢复。毒死蜱重复暴露时存在明显剂量反应关系，PBTK/TD模型可以定量地将内暴露剂量、外暴露剂量与毒效应三者联系在一起。
　　(4)幼年大鼠毒死蜱经口暴露PBTK/TD模型拥有巨大的发展前景，它可以用于计算剂量反应关系，结合BMD方法计算临界效应的对应剂量，在风险评估中发挥作用;还可以用于评估某暴露水平下儿童的毒效应情况，分析经口途径对整体暴露水平的贡献度，为儿童有机磷农药风险评估提供了新方法，为公共卫生决策提供科学依据。

目录

声明

摘要

主要缩略词表

前言

第一章 幼年大鼠毒死蜱经口暴露PBTK/TD模型的建立与验证

1．1 方法

1．1．1 模型构建的步骤

1．1．2 模型的结构

1．1．3 质量守恒微分方程组

1．1．4 模型软件

1．1．5 模型参数及其年龄相关函数拟合

1．1．6 模型参数的灵敏度分析

1．1．7 模型参数的优化与调整

1．1．8 模型的验证

1．2 结果

1．2．1 参数年龄相关函数拟合结果

1．2．2 参数优化和灵敏度分析结果

1．2．3 模型拟合与验证结果

1．3 讨论

1．4 小结

第二章 幼年大鼠毒死蜱经口急性暴露的毒代动力学及毒效学研究

2．1 材料与方法

2．1．1 材料与设备

2．1．2 实验动物

2．1．3 剂量分组与染毒方法

2．1．4 样本采集与保存

2．1．5 指标测定方法

2．1．6 统计学方法

2．2 结果

2．2．1 毒物代谢动力学结果

2．2．2 毒物代谢效应学结果

2．3 讨论

2．4 小结

第三章 幼年大鼠毒死蜱经口重复暴露的毒代动力学及毒效学研究

3．1 材料与方法

3．1．1 材料与设备

3．1．2 实验动物

3．1．3 剂量分组与染毒方法

3．1．4 样本采集与保存

3．1．5 指标测定方法

3．1．6 统计方法

3．2 结果

3．2．1 一般情况

3．2．2 毒物代谢动力学结果

3．2．3 毒物代谢效应学结果

3．2．4 剂量与毒效应关系分析结果

3．3 讨论

3．4 小结

第四章 幼年大鼠毒死蜱经口暴露PBTK/TD模型的应用探索

4．1 方法

4．1．1 仿真动物实验计算基准效应剂量

4．1．2 预测江苏省儿童毒死蜱膳食暴露的内暴露剂量与毒效应情况

4．2 结果

4．2．1 仿真动物实验计算基准效应剂量的结果

4．2．2 江苏省儿童毒死蜱膳食暴露的内暴露剂量与毒效应情况的预测结果

4．3 讨论

4．4 小结

综述：生物监测数据在有机磷农药暴露评估中的应用

参考文献

作者简介

硕士在读期间发表论文情况

致谢