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毒性とは、化学物質または特定の物質の混合物が生物に損傷を与える程度のことです。[ 1 ]毒性は、動物、細菌、植物などの生物全体への影響だけでなく、細胞（細胞毒性）や肝臓（肝毒性）などの生物のサブ構造への影響も指します。日常的な使用では、この言葉は中毒とほぼ同義語として使われることもあります。
毒性学の中心的な概念は、毒性物質の影響は用量依存的であるということです。水でさえ、過剰摂取すると水中毒を引き起こす可能性がありますが、ヘビ毒のような非常に毒性の強い物質であっても、検出可能な毒性影響がない用量が存在します。毒性は種特異的であるため、種間分析は問題があります。毒性エンドポイントの概念を維持しながら、動物実験を回避するための新しいパラダイムと指標が進化しています。 [ 2 ]
古代ギリシャの医学文献では、形容詞τοξικόν (「有毒な」という意味) は、「死や深刻な衰弱を引き起こしたり、感染症の症状を示したりする」能力のある物質を表すのに使われていました。[ 3 ]この言葉は、武器として弓と毒矢が使われていたことに由来するギリシャ語の名詞 τόξον toxon (「弧」という意味)から来ています。 [ 3 ]
人類は毒性を認識するだけでなく、それを道具として利用するという深い歴史を持っています。南アフリカの洞窟から出土した骨製の矢を研究している考古学者は、72,000年から80,000年前の矢の中には、致死性を高めるために特別に調合された毒に浸されていた可能性があると指摘しています。[ 4 ]科学機器の限界により具体的に証明することは困難ですが、考古学者は、毒矢を作る習慣は旧石器時代という早い時期から文化に広く普及していたと推測しています。[ 5 ] [ 6 ]南アフリカのサン族は、毒のある甲虫や植物由来の抽出物から複雑な混合物を作る知識基盤を持ち、この習慣を現代まで維持し、数ヶ月から1年以上保存可能な矢じり製品を作り出しています。[ 7 ]
一般的に、毒性には化学的毒性、生物学的毒性、物理的毒性、放射性毒性、行動的毒性の5種類がある。
病原性微生物や寄生虫は広義には毒性を持つが、一般的には毒性物質ではなく病原体と呼ばれる。病原体の生物学的毒性は、閾値量が単一の生物である場合もあるため、測定が難しい。理論的には、1つのウイルス、細菌、または寄生虫が増殖して深刻な感染症を引き起こす可能性がある。宿主の免疫系が正常であれば、生物本来の毒性は宿主の反応によって相殺され、実際の毒性は両者の組み合わせとなる。コレラ毒素のように、病気は生物自体ではなく、生物が分泌する非生物物質によって主に引き起こされる場合もある。このような非生物の生物学的毒性物質は、微生物、植物、または真菌によって産生される場合は一般的に毒素と呼ばれ、動物によって産生される場合は毒液と呼ばれる。
物理的毒性物質とは、その物理的性質により生物学的プロセスを阻害する物質のことです。例としては、石炭粉塵、アスベスト繊維、微細な二酸化ケイ素などが挙げられ、これらはすべて吸入すると最終的に死に至る可能性があります。腐食性化学物質は組織を破壊するため物理的毒性を持ちますが、生物学的活動に直接干渉しない限り直接的な毒性はありません。水は、体内に水分が多すぎると生命維持に必要なイオンの濃度が劇的に低下するため、極めて大量に摂取すると物理的毒性物質として作用することがあります。窒息性ガスは、環境中の酸素を置換することで作用するため物理的毒性物質とみなされますが、化学的に毒性のあるガスではなく、不活性ガスです。
放射線は生物に毒性の影響を与える可能性がある。[ 8 ]
行動毒性とは、特定の疾患に対して臨床的に適応される治療レベルの薬剤の望ましくない作用を指します。[ 9 ]これらの望ましくない作用には、抗コリン作用、αアドレナリン遮断作用、ドーパミン作用などが含まれます。[ 10 ]
毒性は、標的（生物、臓器、組織、細胞）への影響によって測定できます。通常、同じ量の毒性物質に対して個体によって反応が異なるため、集団レベルの毒性指標がよく用いられます。これは、集団内の特定の個体における結果の確率を関連付けるものです。そのような指標の一つがLD50です。このようなデータが存在しない場合は、既知の類似の毒性物質や類似の生物における類似の曝露との比較によって推定されます。次に、データや評価プロセスの不確実性を考慮するために「安全係数」が加えられます。例えば、毒性物質の投与量が実験用ラットにとって安全であれば、その10分の1の投与量が人間にとって安全であると想定し、2種類の哺乳類間の種間差を考慮するために安全係数を10とします。データが魚類から得られたものである場合は、2種類の脊索動物（魚類と哺乳類）間のより大きな差を考慮するために係数を100とします。同様に、妊娠中や特定の疾患を持つ人など、毒性の影響を受けやすいと考えられる人には、追加の保護係数を適用することができます。また、新たに合成され、これまで研究されていない化学物質で、他の化合物と効果が非常に似ていると考えられるものには、おそらくはるかに小さい効果の差を考慮して、10の追加保護係数を割り当てることができます。この方法は非常に近似的なものですが、このような保護係数は意図的に非常に保守的な値に設定されており、この方法は幅広い用途で有用であることがわかっています。
発がん性物質の毒性のあらゆる側面を評価するには、発がん物質に最小有効量が存在するかどうか、あるいはリスクが小さすぎて検出できないだけなのかが不明確であるため、さらなる問題が生じる。さらに、たった1つの細胞ががん細胞に変化するだけで、完全な影響が現れる可能性もある（「一撃」理論）。
化学物質混合物の毒性を判断することは、純粋な化学物質よりも困難です。なぜなら、各成分がそれぞれ独自の毒性を示し、成分同士が相互作用して影響を増強または減弱させる可能性があるからです。一般的な混合物には、ガソリン、タバコの煙、産業廃棄物などがあります。さらに複雑なのは、化学物質と生物剤の両方を含む、複数の種類の毒性物質が存在する状況です。例えば、下水処理施設の故障による排出などが挙げられます。
さまざまな生物系に対する前臨床毒性試験では、治験薬の種特異的、臓器特異的、用量特異的な毒性影響が明らかになります。物質の毒性は、（a）物質への偶発的な曝露の研究、（b）細胞／細胞株を用いたin vitro試験、（c）実験動物へのin vivo曝露によって観察できます。毒性試験は、主に癌、心毒性、皮膚／眼刺激などの特定の有害事象または特定のエンドポイントを調べるために使用されます。毒性試験は、無毒性量（NOAEL）用量の計算にも役立ち、臨床研究にも役立ちます。[ 11 ]
物質が適切に規制され、取り扱われるためには、適切に分類され、ラベル付けされなければなりません。分類は、承認された試験方法または計算によって決定され、政府や科学者によって設定されたカットオフレベル（例えば、無有害影響レベル、閾値限界値、許容一日摂取量）が決定されています。農薬は、確立された毒性クラスシステムと毒性ラベルの例です。現在、多くの国では、試験の種類、試験の数、カットオフレベルに関して異なる規制がありますが、世界調和システム[ 12 ] [ 13 ]の導入により、これらの国々の統一が始まっています。
グローバル分類では、物理的危険（爆発や花火）、健康被害、環境被害の3つの領域を考慮しています。[ 14 ]
毒性の種類には、物質が全身に致死的な影響を与える場合、特定の臓器に致死的な影響を与える場合、重度または軽度の損傷を引き起こす場合、あるいは癌を引き起こす場合などがあります。これらは毒性の定義として世界的に認められています。この定義から外れるものは、その種類の毒性物質として分類することはできません。
急性毒性は、経口、経皮、または吸入による曝露後の致死的な影響を評価するものです。毒性の程度に応じて5つのカテゴリーに分類され、カテゴリー1は致死量が最も少なく、カテゴリー5は致死量が最も多いという特徴があります。以下の表は、各カテゴリーの上限値を示しています。
注：未定義の値は、経口および経皮投与のカテゴリー5の値とほぼ同等であると予想されます。[ 15 ]
皮膚の腐食や刺激は、アレルギー性炎症パッチテストと同様の皮膚パッチテスト分析によって判定されます。この分析では、損傷の程度、損傷が発生した時期と持続期間、回復可能性、および影響を受けた被験者の数などが調べられます。
物質による皮膚腐食は、塗布後4時間以内に表皮を貫通して真皮に浸透し、14日以内に損傷が回復しないことが条件となります。皮膚刺激は、塗布後72時間以内に損傷が発生した場合、または14日間の期間内に塗布後3日間連続して損傷が発生した場合、あるいは2名の被験者において14日間続く炎症を引き起こした場合、腐食よりも軽度の損傷を示します。軽度の皮膚刺激は、塗布後72時間以内または塗布後3日間連続して発生する軽微な損傷（刺激よりも軽度）です。
重度の眼損傷とは、組織の損傷や視力低下など、21日経過しても完全に回復しない状態を指します。眼の炎症とは、眼に生じる変化で、21日以内に完全に回復する状態を指します。
環境ハザードとは、環境に悪影響を及ぼすあらゆる状態、過程、または状況を指します。これらのハザードは物理的または化学的なものであり、空気、水、土壌などに存在する可能性があります。これらの状況は、人間や生態系内の他の生物に甚大な被害をもたらす可能性があります。
EPAは、検査と規制の優先汚染物質リストを維持している。[ 17 ]
さまざまな職業の労働者は、神経毒性を含むいくつかの種類の毒性に対してより高いレベルのリスクにさらされている可能性があります。[ 18 ] 「帽子屋のように狂っている」という表現や、アリス・イン・ワンダーランドの「マッドハッター」は、帽子の形を整えるために有毒な化学物質を使用していた帽子職人の職業性毒性に由来しています。職場環境における化学物質への曝露は、産業衛生専門家による評価の対象となる場合があります。[ 19 ]
芸術における危険性は、何世紀にもわたって芸術家にとって問題となってきた。道具や技法、材料の毒性が常に十分に認識されていたわけではなかったにもかかわらずである。鉛やカドミウムをはじめとする有毒元素は、しばしば油絵具や顔料の名前に用いられ、「鉛白」や「カドミウム赤」といった名称が付けられた。
20世紀の版画家やその他の芸術家は、接着剤、絵具用メディウム、顔料、溶剤に含まれる有毒物質、有毒な技法、有毒ガスに気づき始めました。これらの多くは、ラベルに毒性に関する表示がありませんでした。例えば、シルクスクリーンの洗浄にキシレンが使用されていました。画家たちは、テレピン油などの絵具用メディウムやシンナーを吸い込む危険性に気づき始めました。スタジオや工房の有毒物質に気付き、1998年に版画家のキース・ハワードは『Non-Toxic Intaglio Printmaking』を出版し、フォトエッチング、デジタルイメージング、アクリルレジスト手彫り技法、無毒リトグラフの新技法など、 12の革新的な凹版印刷技法を詳細に解説しました。[ 20 ]
環境保健マッピングツールは数多く存在します。TOXMAPは、米国国立医学図書館（NLM）の専門情報サービス部門[ 21 ]が提供する地理情報システム（GIS）で、米国の地図を使用して、米国環境保護庁（EPA）の有害物質排出目録およびスーパーファンドプログラムのデータをユーザーが視覚的に探索できるように支援します。TOXMAPは米国連邦政府の資金提供を受けているリソースです。TOXMAPの化学物質および環境保健情報は、NLMの毒性データネットワーク（TOXNET）[ 22 ]およびPubMed、その他の信頼できる情報源から取得されています。
水生毒性試験では、主要な指標種である魚類または甲殻類を環境中の特定の濃度の物質に曝露し、致死レベルを決定します。魚類は96時間、甲殻類は48時間曝露されます。GHSは100 mg/Lを超える毒性を定義していませんが、EPAは現在、100 ppmを超える濃度で水生毒性を「実質的に無毒」としています。[ 23 ]
注：カテゴリー4は慢性曝露のために設けられていますが、これは主に不溶性の毒性物質、または急性毒性に関するデータがない物質を単純に含んでいます。
物質の毒性は、投与経路（皮膚への塗布、経口摂取、吸入、注射など）、曝露時間（短時間の曝露か長期曝露か）、曝露回数（単回投与か複数回投与か）、毒性物質の形態（固体、液体、気体）、物質の濃度、気体の場合は分圧（周囲圧力が高い場合、一定濃度における分圧は気体の割合として増加する）、個人の遺伝的構成、個人の全体的な健康状態など、さまざまな要因によって影響を受ける可能性があります。これらの要因を説明するために使用される用語のいくつかをここに示します。
用量反応概念の限界を考慮して、最近、新しい抽象的薬物毒性指数（DTI）が提案されました。[ 24 ] DTIは薬物毒性を再定義し、肝毒性のある薬物を特定し、メカニズムに関する洞察を提供し、臨床結果を予測し、スクリーニングツールとしての可能性を秘めています。
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