有沒有低濃度和高濃度無毒,但中等濃度有毒的物質?

為了防止誤答,

新開了鏡像問題:有沒有低濃度和高濃度有毒,但中等濃度無毒的物質?


謝科普,很完備的介紹了。@KellyWeaver

本著大千世界,無奇不有思想。

經過仔細查找文獻(路上隨便按手機)。

我還真找到一個,雙酚A, Bisphenol A。

Nature NewsComments

Toxicology: The learning curve

雙酚A(bisphenol A),廣泛存在於塑料奶瓶之中,被廣泛研究後發現有致癌性。但隨後研究表明其這類對內分泌系統起作用的物質,在高劑量時抑制癌症生長。

在細胞生長實驗中,我們要顧慮到細胞數目不同是由細胞分裂與細胞凋亡同時決定。凋亡就是所謂的的細胞毒性(Cytotoxicity),很多生長因子都同時影響兩個。當生長大於凋亡,腫瘤就會生長,當凋亡大於生長,腫瘤就會被治療。這只是對於單一現象,而人體又複雜千萬倍。存在毒性,尤其是影響內分泌Endocrine功能的致毒物,超過某閾值後誘發二級反應來反抗毒性的可能。

翻譯:中等劑量BPA長出了最大的腫瘤,因為中等濃度誘發癌細胞生長,但濃度過高又會誘發細胞凋亡。

這個研究有一定局限性,也沒有考慮到全身的效果,只做動物實驗。但至少在癌症小鼠模型中,其符合「低濃度和高濃度無毒,但中等濃度有毒的物質」。

要做實驗了,有時間細讀一下文章,但凡事無絕對。


更新:

@我演戈多 的答案中已經提到了,前沿的毒理學研究已經發現了一些毒作用不按照傳統的單調遞增模式隨劑量增加而逐漸增強的例子,其中雙酚A的致癌性在小鼠中出現了高濃度下與對照組差不多的水平,因此符合題主的要求。

右邊三條non-monotonic的就是「非單調」的曲線,也即劑量反應曲線不是單調遞增的

請大家移步他的答案:我演戈多:有沒有低濃度和高濃度無毒,但中等濃度有毒的物質?

目前我用的教材里還沒有加入這些內容,這也刷新了我的認知,非常感謝指正。下面的原答案大家就只看看定義部分吧。


關注這個問題幾天了,我嘗試寫一個結構好些的答案供諸位參考吧。各位同行請不吝斧正!

商業轉載請聯繫我取得授權,知乎日報除外。

太長不看版結論:

  • 物質的毒性是化學結構決定的固有性質,不隨劑量的大小而改變,因此它們毒性的分級也不會因劑量而異,也就是說,1g裝的微毒農藥的毒性是「微毒」,100g裝的微毒農藥還是「微毒」。劑量能改變的是毒作用的強度。如果一次性全部喝下,100g微毒農藥的毒作用會比1克這種農藥強很多。
  • 能吃死人的物質,按照吃出問題的情況隨吃的劑量變化的特點,大體可以分成兩類:第一類最常見,是「吃得越多撲街風險越大,吃得越少越安全」,以苯、鉛這類外源化學物為主;第二類則常見於營養素和礦物質等,是「吃得太少、太多,都會出問題,吃合適才剛剛好」。也就是說,少吃的後果還不一定,往多了吃肯定會出問題。
  • 但是,嚴格來講,第二類那些吃太少也會出的問題,並不是物質的「毒性」引起的。它只是機體對這種物質的需求無法滿足導致的缺乏症而已,和物質本身沒什麼關係。如果非要說有,唯一的關係只能是——這物質吃的還不夠多。

討論之前:一些需要釐清的定義

  • 定義毒物

毒物是指「在較低的劑量下可以導致生物體損傷的物質」[1]。「在較低的劑量下」並不意味著非要只能是一小捻那麼點。目前全球通用的全球化學品統一分類和標籤制度(GHS)認為急性毒性「無毒」的標準是LD50大於5000mg/kg體重[2]。這是什麼概念?如果你體重50kg,那這可就是要一次性大吃整整半斤啊。

  • 定義毒性

毒性是指「物質引起生物體有害作用的固有能力」[1]。這個概念,必須注意「固有能力」四個字。它意味著,如果要說某現象是一個物質的毒性導致的,那麼這個現象必須是毒物自己的化學結構決定的鍋。

在這裡,個人認為一個時常被人誤當作「毒性」的例子就是維生素和微量元素缺乏時產生的各類缺乏症。

一套DRIs中,營養素各攝入量下缺乏/過量風險的展示。黃色高亮部分是有患缺乏症風險的攝入量。RDA相當於我國的推薦攝入量RNI。

這樣的缺乏症並非是維生素和微量元素本身的毒性引起的,而是它們的數量不足這個缺乏的現狀引起機體內環境穩態失衡引起的疾病。因此,如果說這是維生素和微量元素的毒性造成的毒作用,個人覺得是不合適的。這就好比,雙十一快遞公司老闆就算因為有顧客兩周收不到快遞被總公司罰款,也只會怪快遞實在太多送不過來,他不會覺得是他手下的快遞員全都有毒啊。。。

另外,「毒性」作為固有能力,是不隨著劑量的改變而改變的,單個分子對單個靶點的作用能是啥樣,是化學結構早就定好的了。因此,它們毒性的分級也不會因劑量而異。也就是說,1克微毒的農藥是「微毒」,一斤微毒的農藥還是「微毒」。

大家常說的那個隨著劑量增加而不斷加重的所謂「毒性」,在學術上嚴謹地說,其實應該叫做「毒作用」。

毒作用影響的因素很多,不僅僅是攝入劑量,毒物自身的性質、毒物的劑型和攝入方式、攝入毒物的人、攝入的環境、還有哪些物質一起被攝入,這些都會有影響。70%的酒精殺滅細菌的效果比100%的酒精更好,也是受到細菌本身生理因素的影響。

為什麼毒物不太可能吃得越多反而毒作用越弱

(此部分更新:這裡的猜測僅適用於經典的毒物,而最新的研究已經發現,對於內分泌干擾物,它們的劑量反應曲線很可能不是單調遞增的,背後的機制可能和大劑量下內分泌環境被干擾引起的繼發生理反應有關。)

前提鋪墊完,現在可以討論正題了。為什麼就不存在一個少吃多吃都沒問題,只在特定中等區間裡面有毒的物質呢?這是因為,在低劑量下毒作用小還能說是很正常的,但高劑量下毒作用再次變小就不太可能了。

會問出這個問題,其實主要是不了解為什麼毒物會使人中毒。

人之所以會被毒死,是因為毒物在體內通過對其靶點進行一些化學反應,干擾了我們正常的生理活動,才進而產生了損傷。

比如說,有機磷農藥敵敵畏的主要毒作用機制就是結合人體的乙醯膽鹼酯酶AchE。AchE正常情況下的工作是保證乙醯膽鹼當完信使就被水解掉,不再反覆傳信;可想而知,如果AchE不正常工作,乙醯膽鹼就會不停給下一個細胞傳遞大量多餘信息,神經系統的這一節基本上就是被乙醯膽鹼這一波DDoS給整得停擺了。

AchE在人體內的數量以億萬計,而每一個AchE都可供敵敵畏分子結合,因此進入人體的敵敵畏越多,被整得不思工作的AchE就越多,人體神經系統癱瘓的就越嚴重。並且,由於人並不會等到所有的AchE都被結合了才死,而是比如只要控制呼吸肌的神經癱了就有風險會死,這往往使得毒物在佔滿所有可供結合的酶之前就把人搞撲街了。因此,在把人弄死之前,我們大多都能看到毒物的毒作用隨劑量增加而增強。

而且,敵敵畏這種可以經皮、經呼吸道吸收的,在毒物中還算幸運的了,因為可以直接打進血液循環,這就相當於直接拿到了全身各處的入場券;而經口服吸收的毒物,剛被腸子一吸收,就直接被送進肝臟,等著肝臟通過I相反應和II相反應給收拾一頓,完了才能入血。

大家都知道,肝臟擅長解毒,因此,很多毒物在量不夠的時候,直接就被肝臟的各路酶系催化的I、II相反應改變了化學結構,瞬間毒性減低一大半,然後就只能等著被腎臟排出去了。對於這類毒物而言,吃得多肯定意味著更強的毒作用潛能,因為這意味著可能有更多的同類順利逃脫肝臟代謝酶系的制裁,能到達靶器官發揮毒性作用的自然也就更多了,搞出的動靜自然也就越大了。

(備註:肝臟的解毒不是萬能的,肝臟的這些反應也不總是在解毒。當毒物攝入量超過肝臟的解毒能力時,它們就會在我們的體內表現出毒作用;此外,有些毒物更是必須要被肝臟這麼收拾一通才能活化成真正有毒性的形式去作妖。這個以後有空再講吧。)

劑量反應曲線的常見類型

1. 安全劑量以下安全,往上開始顯現毒效應

這種曲線是最為常見的一種,而且曲線也不一定是圖中的S形曲線,視終點指標選擇的不同(如不看死亡,而是看腹瀉、咳嗽之類的某個具體的毒作用),還可能是直線或其他單調遞增的曲線類型。

這類毒物之所以能夠有一個少量吃也沒事的安全劑量,往往要感謝肝臟的解毒、腎臟的排泄和人體自身的損傷修復能力。代表性的物質很多,絕大部分已知的毒物大體上看都是這樣,比如苯、鉛等等。

2. 無法確定安全劑量型

由於Staffa等的原文已經沒有可以看到的資源,這裡轉引了《Low Dose Exposures in the Environment: Dose-Effect Relations and Risk Evaluation》一書中重新印刷的插圖。

這張圖顯示的是1979年的「百萬小鼠試驗」(Mega-mouse project)的部分試驗結果。這項試驗用了24192隻BALB/c小鼠,大概是人類歷史上最大規模的致癌動物試驗了。但由於多種原因,精確確定致癌的閾值的努力仍然失敗了。

這樣的曲線,可能的原因主要是致突變物的毒作用機制一部分基於「運氣」。換句話說,運氣差到極點的時候,一個分子也致突變;狗屎運好點的時候,吃下幾萬個分子也一個突變都沒有。

對於這樣的毒物,管理毒理學通常根據毒物使用的現狀、人群暴露的現狀、毒作用的類型和毒作用隨劑量增加而變嚴重的程度等因素綜合考慮,確定是否需要完全禁用,以及如果不禁用,一個可接受的接觸限值是多少。之前我在我的專欄文章《零安全劑量的毒物,怎麼就不能談劑量了?》提到過,這裡不再多言了。

這類曲線的代表物質是環磷醯胺、黃曲霉素等損傷遺傳物質的毒物。

3. 先下降,再上升型

截圖來自《Toxicology rethinks its central belief》[3]一文,縱軸單位截圖沒辦法截進來,是:每個動物的腫瘤數。注意此圖只是一個理論模式圖,數字大小並非一一對應真實情況。

這樣的曲線,就是前面各位答主在答案中提到的毒物興奮效應會帶來的劑量反應曲線。它前面先降低再升高的情況,目前認為可能的原因是毒物破壞機體正常平衡穩態後,刺激機體產生應激調節糾正的過程出現「矯枉過正」的狀態,由抑制轉為興奮[4],但具體產生的原因仍然有待進一步研究以闡明。

能畫出這樣的曲線的一個有名的代表是低劑量的電離輻射。因為有一些研究發現,在極低劑量下電離輻射會對生物體造成什麼影響,不再是像高劑量下那樣可以簡單地預測的了[5]。事實上,在這裡列出的毒物興奮效應僅僅是讓這些結果變得無法預測的原因之一,其他原因還包括生物的自適應和對電離輻射的耐受等等[6]。

總結

毒物在低劑量下究竟會以怎樣的模式表現它的毒作用,目前科研領域仍然有一些迷霧還沒有被完全撥開;不過,當濃度超過出現毒作用需要的閾值,達到「高劑量」之後,往上基本就是一路「越來越毒」,這點幾乎沒有什麼疑問了。

因此,題主想像的只有在一個特定玄學劑量範圍內才會吃出問題、吃超量反而沒事的物質,在現階段(~2017)暫時是不存在的。目前已知的毒物,除開極低劑量下的表現之外,理論上毒作用都應當隨著濃度/劑量上升而增強。

如果一個毒物在某個劑量下已經可以確認無毒,那麼更低的劑量應該沒有理由重新表現出毒性;更低的攝入劑量下機體出現的缺乏症由於發生機制無關其毒性,不應被歸為其毒性造成的毒作用的一部分。

參考文獻

[1] 王心如. 毒理學基礎(第六版) [M]. 北京: 人民衛生出版社, 2014.

[2] GHS (Rev.7) (2017)

[3] CALABRESE E J, BALDWIN L A. Toxicology rethinks its central belief [J]. Nature, 2003, 421(6924): 691-2.

[4] CALABRESE E J. Hormetic mechanisms [J]. Critical reviews in toxicology, 2013, 43(7): 580-606.

[5] MOTHERSILL C, SEYMOUR C. Implications for human and environmental health of low doses of ionising radiation [J]. Journal of environmental radioactivity, 2014, 133(5-9).

[6] TANG F R, LOKE W K. Molecular mechanisms of low dose ionizing radiation-induced hormesis, adaptive responses, radioresistance, bystander effects, and genomic instability [J]. International Journal of Radiation Biology, 2015, 91(1): 13-27.


醫用消毒酒精都是75%的(其他濃度也有,但並不用於消毒),過高濃度的酒精會在細菌表面形成一層保護膜,阻止其進入細菌體內,難以將細菌徹底殺死。若酒精濃度過低,雖可進入細菌,但不能將其體內的蛋白質凝固,同樣也不能將細菌徹底殺死。
不知道這個是不是符合題主的要求。

環境氧分壓過低會使機體缺氧甚至呼吸衰竭(知友 @飛fei 提醒說這不算低濃度毒性作用,我覺得也對,不過過低氧濃度確實嚴重干擾大腦能量代謝,抑制呼吸中樞甚至造成大腦不可逆性損傷,所以就不刪了),氧療時長時間吸入氧分壓過高氧氣或純氧則會引起組織、細胞損害,造成氧中毒。
人體內環境的穩態,各組分如水鹽,酸鹼,激素等基本都符合高低濃度毒性作用。


人民幣


氫氣吧。含量2%-80%的時候都是易燃易爆,濃度較低以及較純的時候都還是相對穩定的。


我又要在我並不擅長的毒理學領域大放厥詞了。

一、題主想要的可能是毒理學中,劑量效應關係為U形曲線的物質:

對維持正常生理功能所需要的物質,如某些維生素和必需微量元素等,劑量-效應關係曲線的形狀可呈U形。

此類物質劑量極低時表現營養缺乏的有害效應;隨著劑量的增加,有害效應逐漸減弱以至消失,機體達到自穩狀態。但是,當劑量達到某一閾值後又會引起有害效應,並且隨劑量繼續增大而加劇,低高有害中無害。

二、以前聽老師講過一個毒理學概念——毒物興奮效應。

比如酒精,少喝點對心血管什麼的還有好處,喝多了就是風險大於收益,風險(或者說毒性)呈典型的「J「型曲線,符合題主所要求的低高有毒中無毒的。


樓上各位都沒有搞清楚毒理學基本概念和本質機理。

結論是沒有。

從根本反應機制上來講,任何一種物質,肯定是量越多,反應越多。

誤解1:

很多人舉的酒精的例子並不恰當,比如70%酒精殺菌效果最好,但並不代表100%的酒精毒性小。酒精濃度越高,反應的時候越容易使蛋白變性,只是蛋白變性太快,反而阻止了酒精的進入。注意只是阻止進入,不是說不反應。

誤解2:

很多人舉的維生素的例子也不恰當,維生素的攝入量不能太高也不能太低,這正好說明了高濃度的毒性是大於中等濃度。中等濃度無毒低濃度更無毒,不知道他們怎麼得出低高有毒性中等無毒性的。這些人混淆了「對人有益」和「對人有毒」的概念。不能達到有益的程度,不代表有毒。這點已經屬於強詞奪理以及段子範疇了。別以為舉個維生素或者礦物質就是科學,吃飯還是這樣呢。吃少了營養不良,吃多了營養過剩。這屬於強行拉扯上跟毒理學的關係。你能說飯高劑量毒性大中劑量毒性小。

誤解3:

還有人認為物質的毒性是一定的,只與物質的本質有關,與濃度等的無關。這也是誤解。這種情況指的是比較不同物質的毒性大小時的概念,對於同一個物質,研究劑量反應關係是非常重要的。

誤解4:

其實還涉及另一個概念,就是最終表現出來的效應。比如按照很多人的理論,拿棍子用大力一棍子把他打昏了,跟打他100棍皮開肉綻比,100棍慘不忍睹毫無人性的毒性更大。

誤解5:

評論區有人拿稀硫酸潑鐵算怎麼回事。就算稀硫酸潑鐵對鐵的腐蝕性大,你能得出結論稀硫酸毒性大於濃硫酸?那新聞里硫酸潑臉潑胖達的時候為啥都用濃硫酸。該同學請注意一下毒理學的討論範疇,毒理學是研究外源性化學物及物理和生物因素對生物有機體的有害作用及其作用機理。


感情


有毒無毒是人們按照想要的效果來劃分的,一種藥物的效應是隨著劑量不斷變化的。

藥理毒理不分家,一種藥物的量效曲線大都是這樣的:

圖片出自網路

下面這個牽強的反例算不算回答了這個問題?

乙醇溶液在低濃度下起不到消毒作用,在過高濃度下使微生物表面蛋白快速變性失活反而不能繼續滲透也不能很好地發揮效用,常用的75%乙醇溶液消毒效果最好。


就在身邊,酒精

低了,可以大喝
高了殺菌效果差
不高不低53度的害死人


我是做食品的,這個題目勾起了我的回憶。
先給大家普及一個知識,所謂的菌落總數,就是把25克的待檢測物質放入225毫升的無菌生理鹽水裡稀釋。這個混合溶液,我們稱之為10的-1次。取這個溶液1毫升,倒入九毫升的無菌生理鹽水裡 ,這個我們稱為-2次,同樣操作也能製成-3次。再把三個溶液各取一毫升倒入平板,放入培養箱,四十八小時後平板上就會長出菌斑,然後數菌斑就可以了。
由於三個平板里的溶液是遞增關係,所以三個平板里菌斑數往往也是十倍遞增(就是-1次里100個,-2次里10個,-3次里一個)
但這種情況也會有意外,-2次星星點點,-1和-3次一片空白。
第一次碰到這種情況我是cnmb的,這到底是什麼操作@_@
後來經歷的多了才明白,出現這種情況說明食品本身含有某種抑菌成分,其效力之強甚至在十倍稀釋,甚至百倍稀釋下都能發揮抑菌作用。
弄明白這一點,相關食品我就再也沒吃過。


莫非是 碘,
少了甲狀腺腫大
多了甲亢(也是腫大)


硫酸對於碳鋼。
低濃度的硫酸酸性弱,不會對碳鋼產生明顯的腐蝕。
高濃度的硫酸會讓碳鋼表面鈍化,也不會產生進一步腐蝕。
而中濃度的硫酸會讓碳鋼快速腐蝕生成氫氣。


硫酸銅能湊個熱鬧
中等毒 原因也很明顯:重金屬鹽嘛
低濃度下沒什麼問題,人體也是需要一定的銅元素的,世界衛生組織提出每天每公斤體重的銅需要量嬰幼兒為80μg,較大的兒童為40μg,成人為30μg。
而大量攝入硫酸銅的話會刺激胃腸導致嘔吐以排出大部分硫酸銅。
中等濃度下嘛。。。就開始危害人體了


咱們時髦的話里,不是總說對什麼什麼中毒嗎。

其實大部分人的興趣愛好符合答主的條件。

比如我對攝影中毒(並沒有)。
淺嘗輒止,陶冶情操,增加知識。無毒
深入研究,成為大神,成為職業。無毒,還有益。最次最次你家裡人有了專屬攝影師呀。

而高不成低不就,就有毒了。沒玩出什麼名堂,卻氪金傷財。

許多其他愛好也是一樣的道理。


雞湯?


可燃氣體都是高濃度和低濃度都不會爆炸,但是在中間的爆炸區間就可以爆炸了。。


藥理毒理不分家
沒有乾貨,隨便想想,大部分營養物質,低了也不算有毒,高了才算有害,感覺不太符合, 。。
想到一個有趣的,蔗糖鐵
臨床經常有醫生濃度開低了,我退回醫囑被質疑,為什麼濃度低了不行呢?就是不行啊,一百毫升至少一隻,可多不可少,濃度宜高不宜低,還必須用鹽水


有一種物質,很少和很多無毒,只有不多不少的時候毒性最大。它就是:錢。
你想想啊,窮人的金錢濃度很低,他沒啥門路來錢,也省了瞎操心,落得一個窮樂。
富人,你比如說傑克馬,他錢多,金錢濃度高得能把人齁死。錢能解決的問題對他都不是問題,他也挺樂呵。拍個小電影,想把誰打趴下誰就得趴下,唱歌再難聽也可以跟歌星對歌,能不樂呵嗎?
被錢毒害最深的是誰呢?金錢濃度處於中間階段的中產啊!這幫人逼格比窮人高,但為了維持逼格,特別是讓孩子們守住逼格、別一不小心掉進窮人堆里,他們自個苦哈哈的像頭驢,日子就像驢粉蛋子一樣——表面光鮮。
瞅瞅,瞅瞅,都瞅仔細了:中間濃度最大的毒性物質就是這金錢了,誰要是中了毒, @秋天 ,幫你解毒是我第一個微小的目標。


氧氣貌似是


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