剂量-反应（效应）关系

剂量-反应关系和剂量-效应关系两词一般通用，均指化学物(或物理、生物因素)作用于生物体时的剂量与引起的某种生物效应的强度或发生率之间的相关情况。在毒理学上，近年曾对两词的含义加以区分，以“效应”表示某种生物效应所表现的强度，以“反应”表示某种效应在一个群体实验动物或所调查人群中的发生率或反应率。
在毒理学研究中，剂量-反应（效应）关系是评价化学物毒性和确定安全接触水平的基本依据。因此，探讨并测定此种关系，是实验室毒性试验和环境污染物影响健康时进行调查研究的基本内容之一。药理学研究在阐明和比较药物产生治疗作用及毒作用的剂量范围时，亦需测定剂量-反应（效应）关系。
剂量 理论上应指作用部位存在的毒物（或是代谢物）浓度，特称为内剂量，但实际上难以测定； 所以通常指化学物的进入或给予量，一般用单位体重毫克数(mg/kg)表示其给予（进入）量。当一种化学物经不同途径(经口、皮肤、呼吸道、注射等)给药时，其吸收系数（进入量与吸收入血液量的比值）和吸收速率各不相同。因此，在说明剂量时，必须说明给予的途径。接触环境污染物时，根据它存在于空气、食品、水等介质中的浓度 (分别为mg/m3、mg/kg或ppm、mg/1) ，乘以进入体内的介质总量，来估算剂量。但在经口摄入时，要考虑吸收系数； 经呼吸道吸入时，除了考虑吸收系数外，还要考虑通气量。不同的物质有不同的吸收系数，可在实验室内测定。通气量则与个体的体力活动强度有关。在生产现场调查中，一般取8小时的通气量为10m³，吸收系数可采用1.0(假设其经呼吸道吸收率为100%)。在研究具有体内蓄积作用的毒物时，可根据生物体吸收毒物后在器官、组织或血液中测得的浓度，来估计接触水平。对于在体内迅速代谢与排泄的毒物，则可测定该毒物或其代谢产物的排出量以推测接触水平。
效应 效应亦称作用。生物效应大多具有性质及强度的差别，可用其测量值表示。例如有机磷酸酯抑制胆碱酯酶的程度，可用酶活力单位的测定值来表示。这类效应称为量效应。此外，有些效应本身无程度差别，如死亡、致癌等，仅能以“有或无”表示，这类称为质效应，可用于个体或群体。如用于群体，质效应表示其反应率与作用剂量之间的关系，如半数致死量 (LD50)即是。如量效应以其一定值作为界限时，也可视为质效应的指标，例如转氨酶活力“超过”及“不超过”100单位（正常值），用以探讨其剂量-反应关系。
化学物对个体所引起生物效应的强度，取决于给予的剂量，但形成这种剂量-效应关系，需有以下条件为前提：
❶作用部位具有一种或一种以上分子或受体，可与外源性化学物相互作用而产生效应。
❷效应的产生及其程度，与化学物在作用部位的浓度有关，亦即与受体总数中与化学物相结合的部分成正比关系。
❸作用部位的化学物浓度，又与给予剂量有关，而与受体结合的化学物仅占此剂量的小部分。但是，只有用体外实验，才能获得比较理想的剂量-效应关系。而在生物体内，常受多种因素的干扰，特别是在机体反馈系统的各种调节机理参与下，使这种关系更为复杂，而且使个体间的差异更为明显。所以要用群体进行这种观察，并将结果用统计学方法处理后表示。
剂量-反应（效应）曲线 通过毒理学研究所阐明的剂量-反应（效应）关系，通常可用剂量-反应 （效应）曲线来表示，主要有三种类型（见图）。
(1) 直线关系(a): 剂量改变与效应的强度或反应率的改变成正比，这种类型在生物效应中是少见的。只是在简单离体实验中，在一定剂量范围内，较有可能显示这种线性关系。

剂量-反应曲线三种类型

(2) 对数曲线关系(b): 通常存在于剂量-效应关系中，是一条先锐后钝的曲线，类似数学上的对数曲线，亦有称之抛物线曲线。因为它是对数曲线，所以只要将剂量换算成对数剂量就可转换成一条直线。
(3) S状曲线关系(c):当群体中的全部个体对一化学物的敏感性的变异呈对称的正态频数分布时，剂量与反应率的关系成S状曲线。这种类型较易出现于一些质效应（这些效应常在剂量增大到一定阈值时方出现），但在生物效应中仍属少见现象。而毒理学中常见的为长尾的不对称S状曲线关系。这表示剂量加大过程中，效应的强度或反应率的改变呈偏态分布。由于剂量愈大，生物体的改变愈复杂，干扰因素愈多，而且体内自稳机理对效应的调整机制也愈趋明显； 又由于群体中存在一些较能耐受的个体，因此反应率在后半阶段的升高，愈来愈需要更大幅度地提高剂量。
因为在毒理实验中，每个剂量组出现的反应频数，都包括了在低剂量时也能出现的那部分反应。所以，实际上一切剂量组（除了下限剂量组）的反应频数都是反应的累计频数。实验结果直接按反应累计频数与剂量的关系作图时，常态分布的反应频数呈S状曲线，偏态分布的反应频数呈长尾的S状曲线。
在第二、三种类型的剂量-反应（效应）曲线上，可以见到在反应率达50%上下的这段范围内，剂量的改变最易引起反应的明显改变，亦即剂量与反应的关系相对较恒定，因此常用引起50%反应率的剂量，来表示与效应(半数有效量，ED₅₀) 、毒性(半数中毒量，TD₅₀)致死 (半数致死量，LD50)等的定量关系。在曲线两头的反应率，如5%或95%，对剂量的改变，就不如50%反应率这样敏感，因此毒理学中采用后者作为表示剂量-反应关系的常用参数。
如将上述的非直线关系用各种转换法化为直线，就可按直线方程式更准确地计算出这些参数。曲线转换为直线的常用方法为：
❶将剂量从自然数坐标换为对数坐标，不对称的S状曲线即可转换成对称的S状曲线，即形成所谓对数正态分布。
❷再将反应率(%)换为概率（机率）单位，使对称的S状曲线进一步转换成直线（下图）。

不对称S状曲线 (曲线α，剂量用自然数坐标)转换为对称的S状曲线(曲线b，剂量改用对数坐标)
对称的S状曲线 (曲线b，反应率用%)转换为直线 (直线c，反应率改用机率单位)

以下图为例，可以说明某化学物的治疗作用、毒性作用，致死作用三条剂量-反应曲线，一经化为直线(ED、TD、LD)，即由此获得各自剂量中值(ED50、TD50、LD50)的指标。该化学物的ED₅₀和LD₅₀是它的不同生物效应的指标。从图可见到其治疗系数(TD50/ED50)的TD₅₀高于ED₅₀的10倍以上，表明该化学物用于治疗的安全性较大。但就群体中可能存在对毒作用的高敏感个体，而对治疗作用低敏感个体来说，为保护他们在治疗过程中不致中毒，应采用安全系数(TD5/ED95，必要时甚至按TD₁/ED₉₉)来衡量其安全性。

某化学物的三项剂量反应曲线

时间-效应曲线 时间-效应曲线可反映一定剂量所产生的生物效应在一定时间里的动态变化。急性效应的强度变化通常与该物质在血浆中的浓度变化相平行。因此，时间-效应曲线在一定程度上反映了时间-血浆浓度曲线。