(一)器官发生期的胚胎对致畸物最为敏感
具有发育毒性的外来化合物与发育中的胚胎或胎仔接触,可因胚胎或胎仔所处的发育阶段不同而呈现不同的敏感性。有性生殖动物由受精卵发育成为成熟个体的过程,可概括为胚泡形成、着床、器官发生、胎儿发育以及新生儿发育等阶段。着床前的胚胎对胚胎致死作用较为易感,对致畸作用并不如此。在胚胎发育后期和新生儿期,最容易表现的发育毒性是生长迟缓和神经、内分泌以及免疫系统机能的改变。胎仔或胎儿对胚胎致死作用的易感性虽较胚胎为低,但仍有一定数目的死产胎发生。
在致畸作用中,对致畸物最敏感的阶段是器官发生期,一般称为危险期或关键期。在常用试验动物中,自受精日计算,大鼠器官发生期约为9~17天,小鼠器官发生期为7.5~16天,家兔为11~20天。在器官发生期中,致畸物与胚胎接触可能造成形态结构异常,但如在着床前胚泡形成阶段接触致畸物,则往往出现胚胎死亡,畸形极少。大鼠着床前胚泡形成期,自受精日计算,约为3~4天,开始着床日约为5.5~6天;小鼠分别为3~4天和4.5~5天;家兔分别为3~4天和7天。
同一剂量的一种致畸物在敏感期中与胚胎接触,可因胚胎所处发育阶段不同而出现不同的畸形。例如,以20mg/kg体重剂量环磷酰胺在受精后第8~12天期间,每日分别给予小鼠,虽然畸形多出现于前肢趾部,但畸形种类,则可因给予的日期不同而分别为多趾,并趾,缺趾和无趾。如将大量维生素A在受精后第8天给予大鼠,主要出现骨骼畸形;如在第12天给予,则诱发腭裂。同样剂量砷酸钠在小鼠受精第7天和第9天分别给予,前者主要出现脐疝,后者主要为露脑。
发育中的胚胎对致畸作用的敏感期虽然主要在器官发生期,但在此期间,各种不同器官还各有特别敏感的时间。大鼠器官发生期为受精后9~17天,但眼的最敏感期为受孕后9天,心脏和主动脉弓约为9~10天之间,脑约为10天,头与脊椎骨约为11天,腭为12~13天,泌尿生殖器官约为15天。
(二)剂量与效应关系较为复杂
1.剂量效应关系复杂的表现及原因是:
(1)机体在器官形成期间,与具有发育毒性的化合物接触,可以出现畸形,但也可引起胚胎致死。当剂量增加时,毒性作用增强,但二者增强程度并不一定成比例,往往胚胎致死作用增强更较明显,而致畸作用并不如此。由于胚胎死亡增加,畸胎数将因而减少。
(2)某种致畸物可以引起一定的畸形,但在同一条件下,给予更高的剂量,并不出现同一类型畸形。可能由于较高剂量往往造成较为严重的畸形,较低剂量一般引起的轻度畸形,而严重畸形有时可将轻度畸形掩盖。例如一种致畸物在低剂量时,可以诱发多趾,中等剂量时则诱发肢长骨缩短,高剂量时可造成缺肢或无肢。
(3)许多致畸物除具有致畸作用外,还有可能同时出现胚胎死亡和生长迟缓;而且不同表现还可以相互影响,又无一定规律。因此剂量效应关系更为复杂。
2.致畸作用的剂量反应曲线较为陡峭 最大无作用剂量与100%致畸剂量之间距离较小,一般相差1倍,曲线斜率也较大,亦即致畸带较为狭小。往往100%致畸剂量即可出现胚胎死亡,剂量再增加,即引起母体死亡。还有人观察到致畸作用最大无作用剂量与引起100%胚胎死亡的最低剂量仅相差2~3倍。例如剂量为5~10mg/kg体重的环磷酰胺给予受孕小鼠不表现致畸作用,但增加到40mg/kg体重,可引起100%胚胎死亡。
致畸物剂量与反应关系说明在致畸试验中,剂量的选择具有重要意义。因致畸试验主要观察指标为活产胎仔出生时存在的畸形,所以如果胚胎或胎仔大量死亡,则影响对致畸作用的观察,即使受试物有致畸作用,亦将被掩盖,无法被观察到。
3.致畸作用最大无作用剂量问题尚有不同意见:
一般认为机体接触低于致畸阈剂量的致畸物时,先天畸形、胚胎致死和生长迟缓发生率的自然本底质并不增高,表明这一剂量即为最大无作用剂量。但也有人认为致畸作用中的最大无作用剂量问题并无解决,主要是目前对于低剂量致畸物的作用与畸形自然发生率的本底值,尚不能明确区分。