毒性

毒性
どくろと骨は毒性を表す一般的なシンボルです。

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度合いのことです。^{[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）や肝臓などの臓器（肝毒性）など、生物の下部構造への影響を指すこともあります。日常的にこの言葉は中毒とほぼ同義である場合もあります。

毒物学の中心的な概念は、毒物の影響は用量依存的であるということです。水でさえも、過剰に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高い物質であっても、それ以下の用量では毒性効果が検出されません。毒性は種に特異的であるため、種間分析は困難です。新しいパラダイムと測定基準は、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ように進化しています。 ^[2]

古代ギリシャの医学文献では、形容詞τoξικόν（「有毒」を意味する）は、「死や重度の衰弱を引き起こしたり、感染の症状を引き起こしたりする」能力を持つ物質を説明するために使用されていました。^{[3]この単語は、弓や}毒矢を武器として使用することに言及したギリシャ語の名詞τόξον toxon（「弓」を意味する）に由来しています。^[3]

英語圏のアメリカ文化では、毒性を表す比喩的な用法がいくつか採用されており、有害な人間関係や性格特性を説明するときによく使われます（例：「有害な男らしさ」）。^[4]

人類は、毒性を認識しているだけでなく、それを道具として利用してきた歴史が深く根付いている。南アフリカの洞窟から出土した骨の矢を研究している考古学者は、72,000年から80,000年前の古い骨の矢のいくつかは、殺傷力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高いと指摘している。^[5]科学機器の制限により具体的に証明することは難しいが、考古学者は、毒矢を作る習慣は旧石器時代から文化の中で広まっていたと仮説を立てている。^{[6] [7]}南アフリカのサン族は、毒のある甲虫と植物由来の抽出物から複雑な混合物を形成する知識基盤を持ち、数ヶ月から1年以上保存可能な矢じり製品を生み出すことで、現代までこの習慣を維持することに成功した。^[8]

一般的に毒性には、化学的、生物学的、物理的、放射性、行動的の 5 つの種類があります。

病原微生物や寄生虫は広い意味で有毒であるが、一般的には毒物ではなく病原体と呼ばれている。病原体の生物学的毒性は、閾値用量が単一の生物である可能性があるため、測定が困難な場合がある。理論的には、1つのウイルス、細菌、または虫が繁殖して重篤な感染症を引き起こす可能性がある。宿主の免疫系が損なわれていない場合、生物の固有の毒性は宿主の反応によってバランスが取られ、有効な毒性はその組み合わせになる。コレラ毒素などの一部のケースでは、病気は主に生物自体ではなく、生物が分泌する無生物物質によって引き起こされる。このような無生物の生物学的毒素は、微生物、植物、または真菌によって生成される場合は一般に毒素と呼ばれ、動物によって生成される場合は毒液と呼ばれる。

物理的毒物とは、その物理的性質により、生物学的プロセスを妨げる物質です。例としては、石炭の粉塵、アスベスト繊維、または微細な二酸化ケイ素が挙げられ、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がありますが、生物学的活動に直接干渉しない限り、直接有毒ではありません。水は、体内の水分が多すぎると重要なイオンの濃度が劇的に低下するため、非常に大量に摂取すると物理的毒物として作用する可能性があります。窒息性ガスは、環境中の酸素を置換することによって作用するため、物理的毒物と見なすことができますが、化学的に有毒なガスではなく、不活性ガスです。

放射線は生物に毒性の影響を及ぼす可能性がある。^[9]

行動毒性とは、特定の疾患に対して臨床的に適応となる治療レベルの薬剤の望ましくない作用を指します（DiMascio、Soltys、Shader、1970）。これらの望ましくない作用には、抗コリン作用、α遮断作用、ドーパミン作用などがあります。^[10]

毒性は、対象（生物、器官、組織、または細胞）に対する影響によって測定できます。通常、個人は毒性物質の同じ投与量に対して異なるレベルの反応を示すため、集団レベルの毒性測定がしばしば使用され、これは集団内の特定の個人の結果の確率を関連付けます。そのような測定の 1 つが LD 50_です。そのようなデータが存在しない場合は、既知の同様の毒性物質との比較、または同様の生物における同様の曝露との比較によって推定が行われます。次に、データと評価プロセスの不確実性を考慮するために「安全係数」が追加されます。たとえば、毒性物質の投与量が実験用ラットにとって安全である場合、その投与量の 10 分の 1 は人間にとっても安全であると想定し、2 種類の哺乳類の種間差異を考慮するために安全係数 10 を許容します。データが魚類からのものである場合、2 つの脊索動物クラス（魚類と哺乳類）間のより大きな差異を考慮するために係数 100 を使用する場合があります。同様に、妊娠中や特定の病気など、毒性の影響を受けやすいと考えられる人に対しては、追加の保護係数が使用される場合があります。または、別の化合物と効果が非常に似ていると考えられる、新しく合成され、これまで研究されていない化学物質には、おそらくはるかに小さい可能性のある効果の違いを考慮して、追加の保護係数 10 を割り当てることができます。このアプローチは非常に近似していますが、このような保護係数は意図的に非常に保守的であり、この方法はさまざまな用途で有用であることがわかっています。

発がん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あるかどうか、またはリスクが小さすぎて見えないだけかどうかが確実ではないため、追加の問題が伴います。さらに、1 つの細胞ががん細胞に変化するだけで、完全な影響が生じる可能性があります (「ワン ヒット」理論)。

化学混合物の毒性を判定するのは、純粋な化学物質よりも困難です。各成分が独自の毒性を示し、成分が相互作用して効果が増強または減少する可能性があるためです。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。さらに複雑になるのは、化学剤と生物剤の両方を含む、機能不全の下水処理場からの排出物など、複数の種類の毒性物質が存在する状況です。

さまざまな生物系に対する前臨床毒性試験により、試験対象製品の種、臓器、用量固有の毒性効果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/細胞株を使用した in vitro 研究、(c) 実験動物に対する in vivo 曝露によって観察できます。毒性試験は主に、がん、心毒性、皮膚/眼の刺激など、特定の有害事象や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) の計算にも役立ち、臨床試験にも役立ちます。^[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、ラベルが貼られなければなりません。分類は承認された試験方法や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（無毒性量、閾値、許容一日摂取量など）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、多くの国が試験の種類、試験数、カットオフレベルに関して異なる規制を設けていますが、世界調和システム^{[12] [13]}の実施により、これらの国々の統一が始まっています。

世界的な分類では、物理的危険性（爆発と花火）^[14] 、健康被害^[15]、環境被害^[16]の3つの領域を検討しています。

物質が全身に致命的、特定の臓器に致命的、重大/軽微な損傷、またはがんを引き起こす可能性のある毒性の種類。これらは毒性に関する世界的に受け入れられている定義です。^[15]定義から外れるものは、そのタイプの毒物として分類することはできません。

急性毒性は、経口、経皮、吸入による暴露後の致死的影響について調べます。毒性は 5 つの重症度カテゴリーに分かれており、カテゴリー 1 では致死的となる暴露量が最も少なく、カテゴリー 5 では致死的となる暴露量が最も多くなります。以下の表は、各カテゴリーの上限を示しています。

注: 未定義の値は、経口投与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。^{[引用が必要]}

皮膚の腐食と刺激は、アレルギー性炎症パッチテストに似た皮膚パッチテスト分析によって判定されます。このテストでは、損傷の重症度、損傷が発生した時期と持続期間、回復可能かどうか、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 時間以内に表皮から真皮に浸透し、14 日以内に損傷が回復しないものでなければなりません。皮膚刺激は、次の場合に腐食よりも軽度の損傷を示します: 損傷が塗布後 72 時間以内に発生する、または 14 日間の期間内に塗布後 3 日間連続して発生する、または2 人の被験者で 14 日間続く炎症を引き起こす。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度の損傷 (刺激よりも軽度) です。

重度の眼の損傷には、 21 日以内に完全に回復しない組織の損傷または視力の低下が含まれます。眼の刺激には、21 日以内に完全に回復しない眼の変化が含まれます。

• 呼吸器感作物質は、その物質を吸入すると呼吸の過敏症を引き起こします。
• 皮膚感作物質は、皮膚に塗布するとアレルギー反応を引き起こします。
• 発がん物質はがんを誘発したり、がんが発生する可能性を高めます。
• 神経毒性は、生物学的、化学的、または物理的因子が中枢神経系および/または末梢神経系の構造または機能に悪影響を及ぼす毒性の一形態です。神経毒性は、物質、具体的には神経毒または神経毒性物質への曝露によって神経系の正常な活動が変化し、神経組織に永久的または可逆的な損傷を引き起こす場合に発生します。
• 生殖毒性物質は、親または子孫の性機能または生殖能力に悪影響を及ぼします。
• 特定標的臓器毒素は特定の臓器のみに損傷を与えます。
• 吸引性有害物質とは、吸入することで損傷を引き起こす可能性のある固体または液体のことです。

環境ハザードとは、環境に悪影響を与えるあらゆる条件、プロセス、または状態として定義できます。これらのハザードは物理的または化学的であり、空気、水、および/または土壌に存在します。これらの条件は、人間や生態系内の他の生物に多大な害を及ぼす可能性があります。

• 水：洗剤、肥料、未処理下水、処方薬、殺虫剤、除草剤、重金属、PCB
• 土壌：重金属、除草剤、殺虫剤、PCB
• 大気：粒子状物質、一酸化炭素、二酸化硫黄、二酸化窒素、アスベスト、地上オゾン、鉛（航空機燃料、鉱業、工業プロセスから）^[17]

EPAは検査と規制の対象となる優先汚染物質のリストを維持している。^[18]

様々な職業の労働者は、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リスクにさらされている可能性がある。^{[19] 「帽子屋のように気が狂っている」という表現や『}不思議の国のアリス 』の「マッド・ハッター」という表現は、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屋の既知の職業毒性に由来している。職場環境での化学物質への曝露は、産業衛生専門家による評価が必要となる場合がある。^[20]

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ましたが、その道具、方法、材料の毒性が必ずしも十分に認識されていたわけではありません。鉛やカドミウムなどの有毒元素は、芸術家の油絵の具や顔料の名前によく取り入れられていました。たとえば、「鉛白」や「カドミウム赤」などです。

20世紀の版画家やその他の芸術家たちは、接着剤、画材、顔料、溶剤に含まれる有毒物質、有毒な技法、有毒な煙に気づき始めましたが、その多くはラベルに毒性について何も記載されていませんでした。一例として、シルクスクリーンの洗浄にキシロールを使用することが挙げられます。画家たちは、テレピン油などの画材やシンナーを吸い込む危険性に気づき始めました。スタジオや作業場の有毒物質に気づいた版画家のキース・ハワードは、1998年に『Non-Toxic Intaglio Printmaking』を出版し、写真エッチング、デジタルイメージング、アクリルレジストの手作業によるエッチング法、新しい無毒のリトグラフ法の導入など、12の革新的な凹版印刷技法を詳しく説明しました。^[21]

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^[22]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とスーパーファンドプログラムのデータを視覚的に探索できるようにします。TOXMAPは、米国連邦政府が資金を提供するリソースです。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） ^[23]とPubMed、およびその他の信頼できる情報源から 取得されます。

水生毒性試験では、魚類や甲殻類などの主要指標種を環境中の特定濃度の物質にさらし、致死レベルを判定します。魚類は96時間、甲殻類は48時間さらされます。GHSでは100 mg/Lを超える毒性は定義されていませんが、EPAは現在、100 ppmを超える濃度では水生毒性を「実質的に無毒」としています。^[24]

注: カテゴリ 4 は慢性暴露に対して設定されていますが、ほとんどが不溶性の毒性物質、または急性毒性のデータがない毒性物質のみが含まれています。

物質の毒性は、投与経路（毒物が皮膚に塗布されるか、摂取されるか、吸入されるか、注射されるか）、曝露時間（短時間か長期間か）、曝露回数（単回投与か長期間にわたる複数回投与か）、毒物の物理的形態（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、分圧はガス分率として特定の濃度で増加する）、個人の遺伝子構成、個人の全体的な健康状態など、さまざまな要因によって左右されます。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含めました。

急性暴露

有毒物質への単回暴露により、重篤な生物学的危害または死亡に至る可能性があります。急性暴露は通常、1 日以上継続しないことが特徴です。

慢性的な暴露

数か月または数年にわたる長期間にわたって継続的に毒性物質にさらされると、取り返しのつかない副作用を引き起こす可能性があります。

用量反応概念の限界を考慮して、新しい抽象薬物毒性指数（DTI）が最近提案されました。^[25] DTIは薬物毒性を再定義し、肝毒性薬物を特定し、メカニズムの洞察を提供し、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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• 毒性物質・疾病登録局
• 全排水、水生毒性試験に関するよくある質問 2021-04-14 にWayback Machineでアーカイブされました
• TOXMAP 2019-12-15にWayback Machineでアーカイブ米国国立医学図書館の環境衛生電子マップ
• Toxseek: 毒物学と環境衛生に関するメタ検索エンジン