การทดสอบความเป็นพิษเฉียบพลันและค่า LD50

การทดสอบความเป็นพิษเฉียบพลันเป็นการระบุลักษณะผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ที่เกิดขึ้นจากการสัมผัสสารเพียงครั้งเดียว หรือจากการสัมผัสหลายครั้งภายในระยะเวลาอันสั้น (ตามธรรมเนียมคือไม่เกิน 24 ชั่วโมง) ค่าเมตริกแบบคลาสสิกคือ LD50 ซึ่งเป็นปริมาณที่คาดว่าจะทำให้สัตว์ทดลองเสียชีวิตครึ่งหนึ่งของประชากรทดสอบ แม้ว่าแนวทางปฏิบัติร่วมสมัยส่วนใหญ่จะเปลี่ยนจากการสร้างค่า LD50 ที่แม่นยำ ไปสู่วิธีการที่ใช้สัตว์ทดลองน้อยลงมากก็ตาม

Definition

การทดสอบความเป็นพิษเฉียบพลันคือการประเมินผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ที่เกิดขึ้นหลังจากการสัมผัสสารเพียงครั้งเดียวหรือในระยะเวลาสั้นๆ; LD50 (median lethal dose) คือปริมาณที่ประมาณการทางสถิติที่คาดว่าจะทำให้ประชากรที่สัมผัสเสียชีวิต 50% ซึ่งในอดีตใช้เพื่อแสดงถึงความรุนแรงของความเป็นพิษเฉียบพลันถึงแก่ชีวิต

Scope

เนื้อหานี้ครอบคลุมแนวคิดและประวัติของ LD50 การเปลี่ยนจากการออกแบบที่เน้นการเสียชีวิตไปสู่ขั้นตอนต่างๆ เช่น วิธีขึ้น-ลง (up-and-down) และวิธีปริมาณคงที่ (fixed-dose) การใช้ข้อมูลความเป็นพิษเฉียบพลันในการจำแนกความเป็นอันตราย และข้อจำกัดของการทดสอบการสัมผัสเพียงครั้งเดียว เนื้อหานี้เป็นหัวข้อทางระเบียบวิธีวิจัยและไม่ได้ให้ระเบียบวิธีทดสอบ เกณฑ์การสัมผัส หรือแนวทางการจัดการพิษสำหรับสารเฉพาะเจาะจง

Core questions

• ผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ รวมถึงการเสียชีวิต เกิดขึ้นหลังจากสัมผัสสารเพียงครั้งเดียวหรือในระยะเวลาสั้นๆ อย่างไร?
• ปริมาณสารระดับใดที่บ่งชี้ถึงการเริ่มต้นของความเป็นพิษเฉียบพลันที่รุนแรง?
• จะประมาณความรุนแรงของความเป็นพิษเฉียบพลันได้อย่างไร โดยลดการใช้สัตว์ทดลองและความทุกข์ทรมานให้น้อยที่สุด?
• ผลการทดสอบความเป็นพิษเฉียบพลันนำไปสู่การจำแนกความเป็นอันตรายและการติดฉลากได้อย่างไร?

Key concepts

• ปริมาณสารที่ทำให้สัตว์ทดลองเสียชีวิตครึ่งหนึ่ง (LD50)
• เส้นโค้งการตอบสนองต่อปริมาณสารและความชัน
• วิธีขึ้น-ลง (Up-and-down procedure)
• วิธีปริมาณคงที่ (Fixed-dose procedure)
• วิธีจำแนกความเป็นพิษเฉียบพลัน (Acute toxic class method)
• ช่องทางการสัมผัส (ทางปาก, ทางผิวหนัง, การสูดดม)
• การจำแนกความเป็นอันตราย (หมวดหมู่ GHS)

Mechanisms

การทดสอบความเป็นพิษเฉียบพลันจะให้สัตว์ทดลองสัมผัสสารเพียงครั้งเดียวและสังเกตผลกระทบที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาที่กำหนด ในแนวทางแบบคลาสสิก จะมีการให้ปริมาณสารที่แตกต่างกันแก่กลุ่มสัตว์ทดลอง และสัดส่วนของสัตว์ที่ตอบสนองจะถูกนำมาปรับให้เข้ากับแบบจำลองการตอบสนองต่อปริมาณสาร เพื่อประมาณค่า LD50 และความชันของเส้นโค้ง ตามที่ Trevan ได้กำหนดไว้ การออกแบบตามลำดับแบบสมัยใหม่ เช่น วิธีขึ้น-ลง จะปรับปริมาณสารสำหรับสัตว์แต่ละตัวที่ตามมาโดยอิงจากผลลัพธ์ก่อนหน้า ซึ่งจะทำให้ได้ค่าประมาณของความรุนแรงของความเป็นพิษถึงแก่ชีวิตโดยใช้สัตว์ทดลองน้อยลงอย่างเห็นได้ชัด วิธีปริมาณคงที่และวิธีจำแนกความเป็นพิษเฉียบพลันก็ใช้ระดับปริมาณสารที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและสัญญาณที่ไม่ถึงแก่ชีวิตเพื่อกำหนดประเภทความเป็นอันตราย แทนที่จะเป็นค่า LD50 ที่แม่นยำ

Clinical relevance

ข้อมูลความเป็นพิษเฉียบพลันใช้ในการจำแนกความเป็นอันตราย การติดฉลาก และข้อมูลการจัดการสารเคมีและผลิตภัณฑ์ยาอย่างปลอดภัย และยังอธิบายถึงประเภทของผลกระทบที่การสัมผัสปริมาณมากเพียงครั้งเดียวสามารถก่อให้เกิดได้ เนื้อหานี้อธิบายถึงวิธีการสร้างข้อมูลดังกล่าวและเป็นเพียงการบรรยายเท่านั้น ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการจัดการการสัมผัสหรือการเป็นพิษในแต่ละบุคคล

Evidence & guidelines

การทดสอบความเป็นพิษเฉียบพลันทางปากอยู่ภายใต้แนวทางการทดสอบของ OECD ที่สอดคล้องกัน ซึ่งรวมถึงวิธีขึ้น-ลง (TG 425), วิธีปริมาณคงที่ (TG 420) และวิธีจำแนกความเป็นพิษเฉียบพลัน (TG 423) ซึ่งทั้งหมดนี้ได้เข้ามาแทนที่การทดสอบ LD50 แบบเดิม (อดีต TG 401) เป็นส่วนใหญ่ ผลลัพธ์จะถูกนำไปจัดหมวดหมู่ความเป็นอันตรายที่สอดคล้องกันในระดับสากลภายใต้ระบบการจำแนกและการติดฉลากสารเคมีที่เป็นระบบเดียวกันทั่วโลก (GHS) แนวทางเหล่านี้ได้รับการปรับปรุงเป็นระยะ และแนวโน้มคือการออกแบบที่ลดจำนวนสัตว์ทดลองและการพึ่งพาการเสียชีวิตเป็นจุดสิ้นสุด

History

LD50 ถูกนำเสนอโดย J. W. Trevan ในปี 1927 เพื่อเป็นวิธีในการหาปริมาณความแปรปรวนโดยธรรมชาติของการตอบสนองทางชีวภาพต่อปริมาณสารพิษ และกลายเป็นมาตรฐานในการแสดงความรุนแรงของความเป็นพิษเฉียบพลันถึงแก่ชีวิตตลอดศตวรรษที่ 20 การวิพากษ์วิจารณ์ทางวิทยาศาสตร์และจริยธรรมที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับการทดสอบที่เน้นการเสียชีวิตของสัตว์ได้ผลักดันให้เกิดการพัฒนาการออกแบบตามลำดับและปริมาณคงที่ที่ได้รับการปรับปรุงในช่วงทศวรรษ 1980 และหลังจากนั้น ซึ่งเป็นตัวอย่างโดยวิธีขึ้น-ลงของ Bruce และสิ้นสุดลงด้วยการยกเลิกแนวทาง LD50 แบบเดิมเพื่อสนับสนุนวิธีการที่ใช้สัตว์ทดลองน้อยลง

Debates

ค่า LD50 ที่แม่นยำเป็นจุดสิ้นสุดการกำกับดูแลที่มีความหมายหรือไม่?

นักวิจารณ์โต้แย้งว่าตัวเลขการเสียชีวิตเพียงตัวเดียวมีความแปรปรวนสูงระหว่างห้องปฏิบัติการและชนิดพันธุ์ และให้ข้อมูลเชิงกลไกเพียงเล็กน้อย ซึ่งกระตุ้นให้มีการแทนที่ด้วยวิธีการที่เน้นการจำแนกประเภท; หมวดหมู่ที่ได้นั้นหยาบกว่าแต่ใช้สัตว์ทดลองน้อยลงมาก

Key figures

• John William Trevan
• Robert D. Bruce
• Thomas Hartung

Seminal works

• trevan-1927
• bruce-1985
• oecd-tg425-2022

Frequently asked questions

ปัจจุบันยังมีการวัดค่า LD50 อยู่หรือไม่?

ปัจจุบันเป้าหมายไม่ค่อยได้อยู่ที่ค่า LD50 ที่แม่นยำแล้ว แนวทางปฏิบัติปัจจุบันใช้วิธีการออกแบบตามลำดับหรือปริมาณคงที่ที่ประมาณหมวดหมู่ความเป็นอันตรายโดยใช้สัตว์ทดลองน้อยลงมาก และแนวทางการทดสอบ LD50 แบบเดิมได้ถูกยกเลิกไปแล้ว

เหตุใดความเป็นพิษเฉียบพลันจึงแสดงเป็นหน่วยต่อน้ำหนักตัว?

ปริมาณสารจะแสดงเป็นปริมาณต่อน้ำหนักตัว (เช่น มิลลิกรัม/กิโลกรัม) เพื่อให้สามารถเปรียบเทียบความรุนแรงของพิษระหว่างสัตว์และชนิดพันธุ์ที่มีขนาดต่างกันได้ นี่เป็นธรรมเนียมของการทดสอบ ไม่ใช่คำแนะนำสำหรับระดับการสัมผัสใดๆ