毒性
毒性
髑髏と骨が交差したマーク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）などの生物の下部構造への影響も指します。日常的な用法では、この言葉は中毒とほぼ同義語として使われることがあります。

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、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。一方、ヘビ毒のような非常に毒性の高い物質であっても、ある用量以下では毒性効果が検出されません。毒性は種特異的であるため、種間分析は困難です。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 ]

語源

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」可能性のある物質を表すために使われていました。[ 3 ]この言葉は、弓や毒矢を武器として使用することに由来するギリシャ語の名詞τόξον toxon（「弓」という意味）に由来しています。[ 3 ]

歴史

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。南アフリカの洞窟で発見された骨の矢を研究している考古学者たちは、72,000年から80,000年前の骨の矢の中には、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高いと指摘している。[ 4 ]科学機器の制限により具体的な証明は難しいものの、考古学者たちは、毒矢を作る習慣が旧石器時代から文化の中で広く行われていたと仮説を立てている。[ 5 ] [ 6 ]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作り、数ヶ月から1年以上保存可能な矢じり製品を作る知識基盤を持ち、現代までこの習慣を維持することに成功した。[ 7 ]

種類

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毒性があるが、一般的には毒物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、または虫が増殖して深刻な感染症を引き起こす可能性がある。宿主が完全な免疫系を持っている場合、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。場合によっては、例えばコレラ毒素のように、病気は主に生物自体ではなく、生物が分泌する非生物物質によって引き起こされる。このような非生物生物学的毒素は、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です。例としては、石炭の粉塵、アスベスト繊維、微細二酸化ケイ素などが挙げられ、いずれも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有しますが、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、体内に過剰な水分が存在す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性物質として作用する可能性があります。窒息性ガスは、環境中の酸素と置き換わ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、化学的に有毒なガスではなく、不活性なガスです。

放射線は生物に毒性の影響を及ぼす可能性がある。[ 8 ]

行動毒性とは、特定の疾患に対して臨床的に適応となる薬剤の、本質的に治療レベルの投与によって生じる望ましくない作用を指します（DiMascio, Soltys and 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含まれます。[ 9 ]

測定

毒性は、標的（生物、臓器、組織、または細胞）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も個体によって反応レベルが異なるため、集団レベルの毒性指標がしばしば用いられます。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にLD 50があります。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、または類似の生物における類似の曝露量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における不確実性を考慮するために「安全係数」が加算されます。例えば、ある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10分の1の投与量はヒトにとっても安全であると仮定し、2種の哺乳類間の種間差異を考慮して安全係数10を許容します。データが魚類からのものであれば、2つの脊索動物（魚類と哺乳類）間のより大きな差異を考慮して安全係数100を使用するかもしれません。同様に、妊娠中や特定の疾患を患っているなど、毒性作用の影響を受けやすいと考えられる個人には、追加の保護係数を適用することができます。あるいは、新しく合成され、これまで研究されていない化学物質で、他の化合物と作用が非常に類似していると考えられるものには、おそらくはるかに小さいであろう作用の差を考慮して、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になっており、この方法は幅広い用途で有用であることが分かっています。

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存在するのか、あるいはリスクが小さすぎて目に見えないのかといった、さらなる問題が伴います。さらに、たった一つの細胞ががん細胞に変化するだけで、最大の効果を発揮する可能性もあります（「ワンヒット」理論）。

化学物質混合物の毒性を判断するのは、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、相互作用によって影響が強まったり弱まったりする可能性があるからです。一般的な混合物としては、ガソリン、タバコの煙、産業廃棄物などが挙げられます。さらに複雑なのは、複数の種類の毒性物質が存在する状況です。例えば、機能不全に陥った下水処理場からの排出物のように、化学兵器と生物兵器の両方が混在する状況です。

様々な生物系を用いた前臨床毒性試験は、被験物質の種、臓器、および用量特異的な毒性作用を明らかにします。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) 実験動物を用いた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／眼刺激など、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）の算出にも役立ち、臨床試験にも役立ちます。[ 10 ]

分類

有毒化学物質の 国際ピクトグラム。

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、ラベル表示さ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（例えば、無有害作用量、閾値、耐容一日摂取量）が決定されます。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[ 11 ] [ 12 ]の導入により、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（爆発および花火）、健康危険、環境危険の3 つの領域を考慮します。

健康被害

物質が全身への致死、特定の臓器への致死、重篤／軽微な損傷、あるいは発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認められた定義です。定義から外れるものは、その種類の毒物として分類することはできません。

急性毒性

急性毒性は、経口、経皮、または吸入による曝露後の致死的影響について評価します。毒性の程度は5つのカテゴリーに分けられており、カテゴリー1では最も少ない曝露量で致死的となり、カテゴリー5では最も多い曝露量で致死的となります。以下の表は、各カテゴリーの上限値を示しています。

投与方法 カテゴリー1 カテゴリー2 カテゴリー3 カテゴリー4 カテゴリー5
経口：体重1kg当たりのLD50（mg ）7 50 300 2000 5000
経皮：体重1kgあたりmgで測定された LD5050 200 1000 2000 5000
ガス吸入：LC 50（ppmVで測定）100 500 2500 2万 未定義
蒸気吸入：LC 50（mg/Lで測定） 0.5 2.0 10 20 未定義
粉塵およびミストの吸入：LC 50（mg/Lで測定） 0.05 0.5 1.0 5.0 未定義

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。

その他の曝露方法と重症度

皮膚腐食性と刺激性は、アレルギー性炎症パッチテストに類似した皮膚パッチテスト分析によって判定されます。この検査では、損傷の重症度、損傷の発生時期と持続期間、回復性の有無、そして影響を受けた被験者の数を調べます。

物質による皮膚腐食は、塗布後4時間以内に表皮を透過して真皮に浸透し、かつ14日以内に損傷を回復させないことが条件となります。皮膚刺激は、以下の条件を満たす場合、腐食よりも軽度の損傷とみなされます。損傷が塗布後72時間以内に発生する場合、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場合、または2名の被験者において14日間持続する炎症を引き起こす場合。軽度の皮膚刺激とは、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）を指します 。

重篤な眼の損傷とは、組織の損傷や視力の低下を伴い、21日以内に完全に回復しない状態を指します。眼刺激とは、眼の変化を伴い、21日以内に完全に回復しない状態を指します。

その他のカテゴリー

環境ハザード

環境ハザードとは、環境に悪影響を及ぼすあらゆる状態、プロセス、または状況と定義できます。これらのハザードは物理的または化学的であり、空気、水、土壌などに存在する可能性があります。これらの状態は、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。

一般的な環境ハザードの種類

  • 水：洗剤、肥料、生下水、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、工業プロセス由来）[ 13 ]

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。[ 14 ]

職業上の危険

様々な職業に従事する労働者は、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る可能性があります。[ 15 ] 「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』に登場する「マッド・ハッター」は、帽子の形を整えるために有毒化学物質を使用していた帽子職人の職業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が必要となる場合があります。[ 16 ]

中小企業にとっての危険性
医療廃棄物と処方箋の廃棄による危険性
芸術における危険性

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。しかし、彼らの道具、技法、材料の毒性は必ずしも十分に認識されていませんでした。鉛やカドミウムをはじめとする有毒元素は、しばしば「鉛白」や「カドミウムレッド」のように、油絵の具や顔料の名称に組み込まれていました。

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ハンドエッチング法、新しい無毒のリトグラフ法など、 12の革新的な凹版印刷技法を詳しく説明しました。[ 17 ]

環境ハザードのマッピング

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[ 18 ]が提供する地理情報システム（GIS）で、米国の地図を用いて、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する上で役立ちます。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）[ 19 ]や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

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、その環境中に存在する特定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では100 mg/Lを超える濃度の毒性は定義されていませんが、EPAは現在、100 ppmを超える濃度で水生毒性を「実質的に無毒」としています。[ 20 ]

暴露 カテゴリー1 カテゴリー2 カテゴリー3
急性 ≤ 1.0 mg/L ≤ 10 mg/L ≤ 100 mg/L
慢性 ≤ 1.0 mg/L ≤ 10 mg/L ≤ 100 mg/L

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。

毒性に影響を与える要因

物質の毒性は、投与経路（毒物が皮膚に塗布されるか、経口摂取されるか、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（単回投与か複数回投与か）、毒物の物理的形状（固体、液体、気体）、物質の濃度、そして気体の場合は分圧（周囲圧力が高い場合、分圧はガス分率に応じて一定濃度で増加する）、個人の遺伝子構成、個人の健康状態など、様々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示します。

急性暴露
毒性物質への単回の曝露により、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。急性曝露は通常、1 日を超えて継続しないものとして特徴付けられます。
慢性暴露
数か月または数年にわたる長期間にわたって毒性物質に継続的にさらされると、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。

用量反応フレームワークの代替案

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。[ 21 ] DTIは薬物毒性を再定義し、肝毒性薬物を識別し、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。

参照

参考文献

  1. ^ 「毒性の定義」 2023年7月30日。2017年9月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年2月19日閲覧。
  2. ^ 「毒性エンドポイントと試験」 AltTox.org。2018年10月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年2月25日閲覧。
  3. ^ a b Laios, Konstantinos; Michaleas, Spyros N.; Tsoucalas, Gregory; Papalampros, Alexandros; Androutsos, George (2021). 「Toxic（毒性）という用語の古代ギリシャ語の語源」 . Toxicology Reports . 8 : 977–979 . Bibcode : 2021ToxR....8..977L . doi : 10.1016/j.toxrep.2021.04.010 . PMC 8122150. PMID 34026561 .  
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