生物急性毒性试验：评估化学物质短期风险的基石
1. 定义与目的
生物急性毒性试验旨在评估化学物质（包括工业化学品、农药、药品、日用化工品及环境污染物等）在短时间内（通常指24小时至14天内）经单次或多次高剂量暴露后，对生物体（主要是实验动物）产生的有害效应，乃至导致死亡的能力。其核心目标是：
- 确定危害性质： 识别受试物是否具有急性毒性及其特征（如神经毒性、呼吸抑制等）。
- 量化毒性强度： 通常以半数致死剂量（LD50，经口、经皮）或半数致死浓度（LC50，吸入）作为关键指标，衡量毒性大小。
- 提供安全基准： 为化学品危险性分类、标签、制定职业暴露限值和环境安全浓度提供基础数据。
- 指导后续研究： 为亚慢性、慢性毒性试验及生态毒理学研究的剂量设计提供依据。
2. 基本原理
该试验基于剂量-反应关系原理。当生物体暴露于足够高剂量的化学物质时，其生理功能会受到干扰或破坏，表现出中毒症状，严重时导致死亡。通过设置一系列递增的剂量组，观察并记录各组生物体的反应（包括死亡率），利用统计学方法即可计算出LD50/LC50等参数，量化该物质的急性毒性强度。
3. 常用试验方法
- 受试生物：
- 哺乳动物： 最常用大鼠、小鼠，有时使用兔、狗等。选择健康、成年、未生育的标准化实验动物，体重相近。
- 非哺乳动物： 鱼类（如斑马鱼、青鳉鱼）、溞类（大型溞）、藻类、鸟类等，常用于生态毒理学评估。
- 暴露途径： 根据化学物质的潜在接触方式和用途确定。
- 经口（灌胃或喂饲）： 模拟误食或消化道摄入。
- 经皮（局部涂抹）： 模拟皮肤接触。
- 吸入（静式或动式染毒）： 模拟呼吸道吸入。
- 注射（腹腔、静脉等）： 主要用于药物研究或特殊目的。
- 剂量设计与分组：
- 通常在预试验（剂量范围确定试验）基础上，设定5-7个几何级数递增的剂量组。
- 每个剂量组使用足够数量的动物（如啮齿类通常每组5-10只，OECD指南推荐至少5只/性别/组）。
- 设置溶剂/赋形剂对照组（与处理组相同的暴露方式，但不含受试物）或空白对照组。
- 观察期与指标：
- 观察期： 一般为14天（OECD标准），重点观察染毒后24-72小时内的反应。若14天内动物持续死亡，观察期可能延长。
- 观察指标至关重要：
- 死亡率： 记录死亡时间和数量，计算LD50/LC50的核心数据。
- 中毒体征： 详细记录出现的中毒症状（如活动状态、行为异常、震颤、痉挛、流涎、呼吸困难、腹泻、皮毛竖立、眼部变化等）及其发生时间、严重程度和持续时间。
- 体重变化： 定期称重，体重下降是中毒的重要非特异性指标。
- 大体病理学检查： 试验结束时或动物濒死时进行剖检，观察主要脏器（心、肝、脾、肺、肾、脑、胃肠道等）有无肉眼可见的病理性改变（如充血、出血、水肿、坏死、萎缩等）。
- LD50/LC50计算： 使用统计学方法（如Bliss法、概率单位法、寇氏法、移动平均法等）计算引起50%受试动物死亡的剂量或浓度及其95%置信区间。LD50值越小（或LC50值越低），物质的急性毒性越强。
4. 结果解读与应用
- 毒性分级： 根据计算得到的LD50/LC50值及观察到的中毒症状，参照全球化学品统一分类和标签制度（GHS）或其他国家标准（如中国《化学品分类和标签规范》）对化学品进行急性毒性危害类别划分（如1类（剧毒）至5类（微毒）或不分类）。
- 制定安全限值： LD50/LC50数据是推导参考剂量（RfD）、参考浓度（RfC）、职业接触限值（OELs）和预测无效应浓度（PNEC）的重要起点。
- 风险评估： 是化学品健康风险评估和环境风险评估的起点数据之一。
- 产品注册与监管： 是农药、兽药、医药、化妆品、新化学物质等产品上市前必须提交的关键安全性数据之一。
- 事故应急： 为化学品泄漏或中毒事故的诊断、急救和治疗提供重要依据。
- 环境监测与保护： 水生生物急性毒性试验（如鱼类LC50、溞类EC50）是评价废水排放安全性或化学品对水体生态系统潜在风险的核心方法。
5. 伦理考量与动物福利原则
急性毒性试验，特别是涉及哺乳动物的试验，因其可能导致动物痛苦甚至死亡而受到伦理关注。国际社会普遍接受并强制推行“3R原则”：
- 替代（Replacement）： 优先考虑使用非动物方法（如计算机模型QSAR、体外细胞/组织培养试验等）替代动物试验。
- 减少（Reduction）： 在必须使用动物时，通过优化试验设计（如阶梯法、固定剂量法）使用最少的动物数量获得科学有效的数据。
- 优化（Refinement）： 改进试验技术和管理，尽一切可能减轻动物的疼痛、痛苦或不适，并改善其福利（如提供合适的环境富集、使用人道终点尽早安乐死等）。
各国管理机构（如OECD、EPA、ECHA、中国NMPA/MEE）都要求试验必须在获得动物伦理委员会批准后，在符合良好实验室规范（GLP）的机构中进行，严格遵守动物福利法规。
6. 发展趋势与替代方法
鉴于伦理压力和科学进步，发展非动物测试方法来减少、优化并最终替代传统的哺乳动物急性毒性试验是主要趋势：
- 体外方法： 利用细胞系（如Balb/c 3T3成纤维细胞中性红摄取试验）、重建皮肤模型、器官芯片等预测全身毒性终点。
- 体外-体内外推（IVIVE）： 结合体外毒性和代谢数据，利用生理药代动力学模型预测体内剂量。
- 基于组学的方法： 毒理基因组学/蛋白质学/代谢组学寻找急性毒性的生物标志物。
- 计算毒理学（QSAR）： 利用化学结构与活性关系模型预测未知化合物的毒性。
- 改进的体内方法： 如上下法（减少动物用量）、固定剂量法（避免濒死测试）、急性毒性分类试验（OECD TG 423, 425, 436）等，显著减少动物使用和痛苦。
结论：
生物急性毒性试验仍然是化学品安全评估中不可或缺的基础环节之一。它提供了物质短期危害性的关键信息，为保护人类健康和环境安全提供了科学依据。然而，传统的动物试验方法面临着日益严格的伦理审视和技术挑战。随着“3R原则”的深入贯彻和非动物替代方法（NAMs）的快速发展，急性毒性评估正向着更加人道、高效、精准的方向不断革新。在可预见的未来，灵活应用传统方法与新兴替代方法，将是解决化学品急性毒性测试需求的必然选择。
参考文献（示例格式，不含出版商）：
- 经济合作与发展组织（OECD）化学品测试指南（如TG 420, 423, 425, 436, 402, 403等）。
- 全球化学品统一分类和标签制度（GHS）（最新修订版）。
- Russell, W. M. S., & Burch, R. L. (1959). The Principles of Humane Experimental Technique.
- United States Environmental Protection Agency (US EPA) Health Effects Test Guidelines (Series 870).
- 中国国家标准《化学品毒性鉴定技术规范》及《化学品分类和标签规范》系列标准。
- 相关毒理学教科书及期刊文献（如Annual Review of Pharmacology and Toxicology, Critical Reviews in Toxicology, Regulatory Toxicology and Pharmacology等）。