慢性全身毒性试验：评估长期化学物质暴露的安全性
慢性全身毒性试验是毒理学研究的核心支柱之一，旨在评估实验动物在较长时间内（通常为28天至90天）重复暴露于某种化学物质（如药物、农药、工业化学品、添加剂等）后，可能产生的系统性有害效应。它为评估人类长期接触这些物质的风险提供至关重要的科学依据。
一、试验目的
- 识别靶器官： 确定化学物质在长期暴露后主要损害哪些器官或系统（如肝脏、肾脏、神经系统、血液系统、生殖系统等）。
- 建立剂量-反应关系： 揭示毒性效应的严重程度和发生率如何随着暴露剂量的增加而变化，寻找无明显有害效应水平（NOAEL）和最低可见有害效应水平（LOAEL）。
- 评估毒性特征： 详细描述产生的毒性类型（如炎症、坏死、增生、功能异常等）及其发生发展过程。
- 预测长期健康风险： 为评估人类在环境或职业中长期接触该物质可能面临的健康风险提供数据支持。
- 支持安全评估与法规决策： 为药品注册、化学品管理、食品安全标准制定等提供关键的安全性数据基础。
二、试验设计要点
- 受试物： 明确受试化学物质的来源、纯度、理化性质、配制溶剂和给药浓度。
- 测试系统：
- 物种选择： 通常使用两种哺乳动物，一种是啮齿类（首选大鼠），另一种是非啮齿类（首选犬或小型猪）。特殊情况下也可使用非人类灵长类动物。选择应基于代谢、毒理反应与人类的相关性。
- 动物数量与分组： 每个剂量组和对照组需有足够数量的动物（通常啮齿类每组10-20只/性别，非啮齿类每组3-8只/性别）。需包含雌雄两性动物，以评估性别差异。
- 动物管理： 动物来源于合格的供应商，在标准化的清洁级或SPF级环境中饲养。提供适宜的温度、湿度、光照周期、通风和标准饲料/饮水。设置适应期（通常至少5-7天）。
- 剂量设计：
- 剂量水平： 通常设置至少三个剂量组和一个溶剂/赋形剂对照组。有时还包括一个空白对照组（如给药操作本身可能产生影响时）。
- 剂量选择依据： 基于急性毒性数据、短期重复剂量毒性研究（如28天研究）、药效学/药理学数据和目标暴露水平（如预期的人体暴露量）。高剂量应能产生明显的毒性效应（但不导致大量动物过早死亡），中剂量应能观察到较轻或中等毒性，低剂量应旨在接近或低于预期的无明显有害效应水平（NOAEL）。
- 限度剂量： 对于毒性较低的受试物，法规（如OECD指南）可能设定一个上限剂量（如1000 mg/kg体重/天），若此剂量下未观察到毒性，则无需再设更高剂量。
- 给药途径：
- 应尽可能模拟人类预期的主要暴露途径（如口服-灌胃或掺饲给药、吸入、皮肤涂抹、静脉注射等）。
- 给药频率通常为每日一次，每周7天（或根据试验方案和化合物性质调整为5天/周）。
- 试验周期：
- 最常见的周期是28天（亚急性）和90天（亚慢性）。
- 更长的研究（如6个月、1年甚至2年）归类于长期或慢性毒性/致癌性试验范畴。
三、观察指标与检测
- 临床观察：
- 每日至少两次： 观察动物的外观、行为活动、精神状态、分泌物、排泄物、呼吸状况等，记录任何异常体征（如嗜睡、呼吸困难、震颤、皮肤病变、眼部异常等）。
- 每周至少一次： 详细记录体重和摄食量（有时也记录饮水量）。
- 血液学： 通常在给药末期进行采血分析。
- 指标包括：红细胞计数（RBC）、血红蛋白（HGB）、血细胞比容（HCT）、平均红细胞体积（MCV）、平均红细胞血红蛋白含量（MCH）、平均红细胞血红蛋白浓度（MCHC）、白细胞总数及分类计数（WBC & Diff）、血小板计数（PLT）、凝血功能指标（如PT, APTT）。
- 临床生化： 与血液学同时进行，分析血清或血浆。
- 指标包括：电解质（钠、钾、氯、钙、磷），糖代谢（血糖），脂代谢（总胆固醇、甘油三酯），蛋白质代谢（总蛋白、白蛋白、球蛋白、白球比），肝脏功能（丙氨酸氨基转移酶ALT、天冬氨酸氨基转移酶AST、碱性磷酸酶ALP、γ-谷氨酰转移酶GGT、总胆红素、胆汁酸），肾脏功能（尿素氮BUN、肌酐CRE），有时还包括心肌酶（如肌酸激酶CK）。
- 尿液分析： （通常适用于非啮齿类或特定研究）
- 指标包括：外观、体积、比重、pH值、蛋白质、葡萄糖、酮体、潜血、胆红素、尿胆原、沉渣镜检（细胞、管型、结晶）。
- 眼科检查： 通常在给药前和给药末期进行（尤其非啮齿类）。
- 病理学检查（核心）：
- 大体解剖： 试验结束时对所有动物进行安乐死并系统解剖。仔细检查体表、体腔、器官位置、大小、形状、颜色、质地，记录所有肉眼可见的异常（如肿块、器官肿大/萎缩、充血、出血、粘连）。
- 脏器称重： 称量关键器官（脑、心、肝、脾、肺、肾、肾上腺、胸腺、睾丸、附睾、子宫、卵巢等）的绝对重量，并计算脏器系数（脏器重量/动物体重）。
- 组织病理学：
- 固定与取材： 将器官和组织块（通常包括所有肉眼异常组织及一套标准清单的组织器官）固定在福尔马林等固定液中。
- 制片与染色： 石蜡包埋、切片、苏木精-伊红（H&E）染色。
- 镜检： 由经验丰富的兽医病理学家对所有高剂量组、对照组动物以及大体解剖或显微镜下发现异常的中低剂量组动物的组织切片进行盲法镜检。描述任何病变的性质、分布、严重程度（半定量分级）。重点检查所有给药组动物的靶器官（根据前期研究或本次研究发现的线索）及常见易损器官。
四、结果分析与报告
- 数据整合： 系统整理所有观察指标（临床体征、体重、摄食量、血液学、临床生化、尿液、脏器重量、病理结果）的数据。
- 统计分析： 采用适当的统计学方法（如方差分析ANOVA， Dunnett’s test等）比较各剂量组与对照组数据的差异显著性（通常设定p<0.05为有统计学差异）。需结合生物学意义进行解读。
- 毒性表征：
- 识别受试物引起的毒性效应谱。
- 确定主要的靶器官或系统。
- 描述效应的性质（可逆/不可逆）、严重程度、发生率和进展过程。
- 评估是否存在性别差异。
- 确定NOAEL和LOAEL：
- 无明显有害效应水平（NOAEL）： 指在该试验中未观察到任何统计学显著性和/或生物学意义的有害效应的最高剂量水平。
- 最低可见有害效应水平（LOAEL）： 指在该试验中观察到统计学显著性和/或生物学意义的有害效应的最低剂量水平。
- 这两个值是风险评估中推导安全限值（如每日允许摄入量ADI、参考剂量RfD）的关键依据。
- 撰写报告： 形成全面、详实、客观的试验报告，包括试验目的、材料与方法、结果（文字描述、表格、图表、组织病理学图片）、讨论（结果解释、与历史对照比较、对人类风险评估的意义）、结论、原始数据和签名页。报告需遵循良好实验室规范（GLP）的要求（如适用）。
五、伦理与局限性
- 动物福利： 试验必须遵循严格的动物保护和伦理原则（如3R原则：替代Replacement、减少Reduction、优化Refinement），获得伦理委员会批准。需设定人道终点，避免动物遭受不必要的痛苦。
- 局限性：
- 物种外推： 动物实验结果向人类外推存在不确定性（代谢、生理差异）。
- 高剂量外推： 试验通常使用远高于人类实际暴露水平的剂量，低剂量外推需谨慎。
- 时间限制： 即使是90天试验，也不能完全模拟人类可能持续数十年的暴露场景。
- 群体异质性： 试验动物通常是健康的近交系，不能完全代表人类群体的多样性（年龄、健康状况、遗传背景）。
结论
慢性全身毒性试验是评估化学物质在重复暴露条件下安全性的不可或缺的工具。它通过系统性地观察临床体征、检测生理生化指标、进行全面的病理学检查，识别靶器官，建立剂量-反应关系，并最终确定关键的安全阈值（NOAEL/LOAEL）。其结果对于保护人类健康、制定安全标准和进行科学的监管决策具有重大意义。然而，在解释和应用其结果时，必须充分认识到其固有的局限性，并结合其他毒理学和临床数据进行综合评估。严谨的设计、规范的操作、客观的分析和伦理的实践是确保试验结果科学可靠的基础。