半數致死量
半數致死量（英語：），簡稱LD50（即Lethal Dose, 50%），在毒理學中是描述有毒物質或輻射的毒性的常用指標。按照醫學主題詞表（MeSH）的定義，LD50是指“能殺死一半試驗總體之有害物質、有毒物質或游離輻射的劑量”。這測試最先由J.W. Trevan於1927年提出。[1]
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LD50的表達方式通常為有毒物質的質量和試驗生物體重之比，例如「毫克／千克體重」。由於不可能直接拿人體做毒性測驗，因此大多數致死量的數據來自於大鼠和小鼠，另外也可能使用倉鼠、豚鼠、兔、雪貂、貓、犬、猴、豬、馬、蛙、魚、鳥等實驗動物。雖然毒性不一定和體重成正比，但這種表達方式仍有助比較不同物質的相對毒性，以及估計同一物質在不同大小動物之間的毒性劑量。
舉例來說，已知酒精對大鼠的口服LD50是9,900 mg/kg (9.9 g/kg)，假設毒性和體重成正比，且酒精對大鼠的毒性等同於對人類的毒性，在不考慮年齡、性別、耐受度等個別體質差異的情況下，那麼對60公斤的成人來說，短時間內口服594 g (757 ml) 的酒精能造成一半的受測試者死亡。
應用半數致死這量度方法有助減少量度極端情況所帶來的問題，以及減少所需試驗次數；然而這亦代表LD50並非對所有試驗生物的致死量：有些可能死於遠低於LD50的劑量，有些卻能在遠高於LD50的劑量下生存。在特殊需要下，研究人員亦可能會量度LD1或LD99等指標（即殺死1%或99%試驗總體之劑量）[2]。
物質的毒性往往受給予方式影響。一般而言，口服毒性會低於靜脈注射的毒性。故此在表達LD50時經常會附帶給予方式，例如“LD50 i.v.”代表靜脈注射下的LD50。
和LD50相關的兩種指標，LD50/30和LD50/60，是分別指在沒有治療的情況下，導致受試總體在30天或60天後半數死亡的劑量。這些指標通常用於描述輻射毒性。[3]
限制與缺點
作為一個毒性的指標，LD50在一定程度上有其缺點。測試的結果可受很多因素影響，例如實驗品的種類，測試樣品的基因特點，環境因素及注射方法等。另一大限制是，LD50用於測試會導致短時間內死亡的急性中毒，卻沒有計算長期的影響，比如說，某些毒素會長期影響腦部，到一定程度時也可導致死亡。再者，某些毒素對實驗白鼠的影響不大，但可能對人類卻非常有害。
在測試有毒生物的毒性時，LD50的結果不一定能絕對反映該毒液對人類的全部影響。例如，某些毒蛇專門獵殺老鼠，它們的毒液裡演化出特別針對老鼠的毒素，因此它們對鼠類的毒性比較大，但對人則不一定成正比。故此，LD50可導致誤解。
其它類似指標
另一種毒性指標，LCt50，包含了濃度(C)和暴露時間(t)的描述，通常以＂毫克·分鐘／立方米＂作描述，類似的ICt50則是使半數人員失能的劑量。這兩種指標通常作描述化學武器，其毒性亦受呼吸速度和衣著影響。Ct這概念最先由弗里茨·哈伯提出，假設在100 mg/m3下暴露1分鐘和10 mg/m3下暴露10分鐘是相等的。然而這定律對於一些可以被身體快速分解的物質如氰化氫便不適用；在這種情況下，需要一定的暴露時間才可確定致死量。在環境研究中，LCt亦可用於描述水中的有毒物質。 [4]
對於病原體，亦有一種類似的半數感染量（ID50）的概念，是指在某一給予途徑下足以令半數受試群體感染的病原體數量，例如口服1200個病原體／人。因為病原體數量難以量度，感染量亦會以對不同動物的LD50表達。對於生物武器的感染量，亦可以ICt50表達。
對於化療藥物，化療指數（CI）是評價化療藥物安全性的指標。一般以動物半數致死量（LD50）和治療感染動物的半數有效量（ED50）的比值表示，即CI＝LD50/ED50；化療指數愈大，表明藥物毒性愈小，相對較安全，但並非絕對安全，如化療指數高的青黴素可致過敏性休克。
數據
| 物質 | 動物, 途徑 | 半數致死量（LD50） | 參考文獻 |
|---|---|---|---|
| 水 | 大鼠, 口服 | >90,000 mg/kg | [7] |
| 蔗糖 (Sucrose) | 大鼠, 口服 | 29,700 mg/kg | [8]p.2478 |
| L-麩酸鈉／味精 (Monosodium Glutamate) | 大鼠, 口服 | 16,600 mg/kg | [9]p.2573 |
| 維他命C (Vitamin C) | 大鼠, 口服 | 11,900 mg/kg | [9]p.310 |
| 乙醇／酒精 (Ethyl Alcohol) | 大鼠, 口服 | 9,900 mg/kg | [10]p.385 |
| 碳酸鈣 (Calcium Carbonate) | 大鼠, 口服 | 6,450 mg/kg | [11]p.635 |
| 次氯酸鈉 (Sodium Hypochlorite) | 小鼠, 口服 | 5,800 mg/kg | [11]p.2971 |
| 碳酸氫鈉／小蘇打 (Sodium Bicarbonate) | 大鼠, 口服 | 4,220 mg/kg | [8]p.2413 |
| 乙酸／醋酸 (Acetic Acid) | 大鼠, 口服 | 3,530 mg/kg | [12] |
| 薄荷醇 (Menthol) | 大鼠, 口服 | 3,180 mg/kg | [11]p.2108 |
| 氯化鈉／鹽 (Sodium Chloride) | 大鼠, 口服 | 3,000 mg/kg | [9]p.3238 |
| 硼酸 (Boric Acid) | 大鼠, 口服 大鼠, 皮下注射 大鼠, 靜脈注射 |
2,660 mg/kg 1,400 mg/kg 1,330 mg/kg |
[9]p.536 |
| 乙醯氨酚 (Acetaminophen) | 大鼠, 口服 大鼠, 腹腔注射 |
2,400 mg/kg 1,205 mg/kg |
[9]p.1994 |
| 維他命A (Vitamin A) | 大鼠, 口服 | 2,000 mg/kg | [13] |
| 香草醛 (Vanillin) | 大鼠, 口服 大鼠, 腹腔注射 大鼠, 皮下注射 |
1,580 mg/kg 1,160 mg/kg 1,500 mg/kg |
[11]p.3364 |
| 樟腦 (Camphor) | 小鼠, 口服 | 1,310 mg/kg | [11]p.641 |
| 可可鹼 (Theobromine) | 大鼠, 口服 狗, 口服 |
950 mg/kg 300 mg/kg |
[14] |
| 嗎啡 (Morphine) | 大鼠, 口服 大鼠, 腹腔注射 大鼠, 皮下注射 大鼠, 靜脈注射 |
335 mg/kg 160 mg/kg 109 mg/kg 140 mg/kg |
[9]p.2576 |
| 乙醯水楊酸／阿斯匹靈 (Acetylsalicylic Acid) | 大鼠, 口服 大鼠, 腹腔注射 |
200 mg/kg 340 mg/kg |
[9]p.57 |
| 咖啡鹼 (Caffeine) | 大鼠, 口服 大鼠, 靜脈注射 大鼠, 皮下注射 |
192 mg/kg 105 mg/kg 170 mg/kg |
[9]p.666 |
| 苯巴比妥 (Phenobarbital) | 大鼠, 口服 | 162 mg/kg | [15] |
| 辣椒鹼 (Capsaicin) | 大鼠♂, 口服 大鼠♀, 口服 |
161 mg/kg 148 mg/kg |
[16] |
| 巴拉刈／百草枯 (Paraquat) | 小鼠, 口服 | 120 mg/kg | [9]p.2819 |
| DDT | 大鼠, 口服 | 100 mg/kg | [17] |
| 亞硝酸鈉 (Sodium Nitrite) | 大鼠, 口服 大鼠, 靜脈注射 |
85 mg/kg 65 mg/kg |
[9]p.3266 |
| 三氧化二砷／砒霜 (Arsenic Trioxide) | 小鼠, 口服 小鼠, 皮下注射 小鼠, 靜脈注射 |
31.5 mg/kg 9.8 mg/kg 10.7 mg/kg |
[11]p.278 |
| 菸鹼 (Nicotine) | 小鼠, 口服 小鼠, 皮下注射 小鼠, 靜脈注射 |
24 mg/kg 16 mg/kg 7.1 mg/kg |
[18][19] |
| 氰化鉀 (Potassium Cyanide) | 大鼠, 口服 大鼠, 腹腔注射 大鼠, 皮下注射 |
5 mg/kg 4 mg/kg 9 mg/kg |
[11]p.2758 |
| 秋水仙鹼 (Colchicine) | 大鼠, 腹腔注射 大鼠, 靜脈注射 |
6.1 mg/kg 1.6 mg/kg |
[20] |
| 黃麴毒素 (Aflatoxin B1) | 大鼠, 口服 大鼠, 腹腔注射 |
4.8 mg/kg 6 mg/kg |
[9]p.89 |
| 番木虌鹼 (Strychnine) | 大鼠, 口服 大鼠, 腹腔注射 大鼠, 皮下注射 大鼠, 靜脈注射 |
2.35 mg/kg 1.10 mg/kg 1.20 mg/kg 0.582 mg/kg |
[11]p.3025 |
| 白喉毒素 (Diphtheria Toxin) | 小鼠, 皮下注射 | 1.6 mg/kg | [21][22] |
| 河豚毒素 (Tetrodotoxin) | 小鼠, 口服 小鼠, 腹腔注射 小鼠, 皮下注射 小鼠, 靜脈注射 |
0.435 mg/kg 0.008 mg/kg 0.008 mg/kg 0.009 mg/kg |
[9]p.1827 |
| 2,3,7,8-四氯二苯并二恶英／戴奧辛 (2,3,7,8-TCDD) | 大鼠, 口服 | 0.043 mg/kg | [10]p.305 |
| 百日咳毒素 (Pertussis Toxin) | 小鼠, 腹腔注射 | 0.015 mg/kg | [21][23] |
| VX | 大鼠, 口服 小鼠, 皮下注射 |
0.012 mg/kg 0.022 mg/kg |
[24] |
| 蓖麻毒素 (Ricin) | 小鼠, 靜脈注射 | 0.002 7 mg/kg | [21][25] |
| 太攀蛇毒素 (Taipoxin) | 小鼠, 靜脈注射 | 0.002 mg/kg | [21][26] |
| 箭毒蛙毒素 (Batrachotoxin) | 小鼠, 腹腔注射 小鼠, 皮下注射 |
0.002 mg/kg 0.002 mg/kg |
[27][28] |
| 刺尾魚毒素 (Maitotoxin) | 小鼠, 腹腔注射 | 0.000 13 mg/kg | [29] |
| 破傷風梭菌毒素 (Tetanospasmin) | 小鼠, 腹腔注射 | 0.000 001 mg/kg | [21][30] |
| 肉毒杆菌毒素 (Botulinum Toxin A) | 小鼠, 腹腔注射 | 0.000 001 2 mg/kg | [21][31] |
| 物質 | 動物, 途徑 | 半數致死濃度 (LC50) | 參考文獻 | 立即威脅生命健康濃度 (IDLH)[32][33] |
|---|---|---|---|---|
| 二氟二氯甲烷 (Dichlorodifluoromethane) | 小鼠, 吸入 | 760,000 ppm (3,758,348 mg/m³)/ 30分 | [34] | 15,000 ppm (74,178 mg/m³) |
| 一氧化碳 (Carbon Monoxide) | 大鼠, 吸入 | 5,207 ppm (5,965 mg/m³)/ 30分 | [35] | 1,200 ppm (1,375 mg/m³) |
| 三氟化氮 (Nitrogen Trifluoride) | 大鼠, 吸入 | 6,700 ppm (19,456 mg/m³)/ 1時 | [36] | 1,000 ppm (2,904 mg/m³) |
| 1,1,1-三氯乙烷 (Methyl Chloroform) | 小鼠, 吸入 | 3,911 ppm (21,340 mg/m³)/ 2時 | [37] | 700 ppm (3,820 mg/m³) |
| 三氯甲烷／氯仿／哥羅芳 (Chloroform) | 大鼠, 吸入 | 9,617 ppm (46,960 mg/m³)/ 4時 | [38] | 500 ppm (2,441 mg/m³) |
| 四氯化碳 (Carbon Tetrachloride) | 大鼠, 吸入 | 8,000 ppm (50,330 mg/m³)/ 4時 | [39] | 200 ppm (1,258 mg/m³) |
| 二氧化硫 (Sulfur Dioxide) | 大鼠, 吸入 | 2,520 ppm (6,603 mg/m³)/ 1時 | [40] | 100 ppm (262 mg/m³) |
| 氟化氫 (Hydrogen Fluoride) | 大鼠, 吸入 | 1,276 ppm (1,044 mg/m³)/ 1時 | [41] | 30 ppm (24.5 mg/m³) |
| 甲醛 (Formaldehyde) | 大鼠, 吸入 | 815 ppm (1,000 mg/m³)/ 30分 | [42] | 20 ppm (24.5 mg/m³) |
| 二氧化氮 (Nitrogen Dioxide) | 大鼠, 吸入 | 138 ppm (260 mg/m³)/ 30分 | [43] | 20 ppm (37.6 mg/m³) |
| 氯氣 (Chlorine) | 大鼠, 吸入 | 293 ppm (850 mg/m³)/ 1時 | [44] | 10 ppm (29.0 mg/m³) |
| 光氣 (Phosgene) | 大鼠, 吸入 | 340 ppm (1,375 mg/m³)/ 30分 | [45] | 2 ppm (8.09 mg/m³) |
| 芥子氣 (Sulfur Mustard) | 大鼠, 吸入 | 15.4 ppm (100 mg/m³)/ 10分 | [46] | 0.108 ppm (0.7 mg/m³) |
| 沙林 (Sarin) | 大鼠, 吸入 | 26.2 ppm (150 mg/m³)/ 10分 | [47] | 0.017 5 ppm (0.1 mg/m³) |
| 塔崩 (Tabun) | 大鼠, 吸入 | 45.9 ppm (304 mg/m³)/ 10分 | [47] | 0.015 1 ppm (0.1 mg/m³) |
| 環沙林 (Cyclosarin) | 大鼠♂, 吸入 大鼠♀, 吸入 |
50.3 ppm (371 mg/m³)/ 10分 34.3 ppm (253 mg/m³)/ 10分 |
[48] | 0.006 79 ppm (0.05 mg/m³) |
| VX | 小鼠, 吸入 | 0.366-1.19 ppm (4-13 mg/m³)/ 10分 | [49][50] | 0.000 27 ppm (0.003 mg/m³) |
毒物表
半数致死量LD50值的范围非常大。肉毒杆菌毒素作为已知毒性最强的物质，其LD50值为1纳克/千克，而最无毒的物质水的LD50值为90克/千克以上。这相差约千亿分之一或11个数量级。与所有相差很多数量级的测量值一样，建议采用对数的观点。著名的例子是用里氏标尺来表示地震强度，或者用pH值来衡量水溶液的酸性或碱性。在这种情况下，可以考虑使用LD50值的负十进制对数，其标准单位为每公斤体重的公斤。[51]
- - logLD50对数（公斤/公斤）=值
找到的無因次量可以输入到毒物表中。水作为最重要的物质，在以这种方式获得的毒素表中，其值为1。
爭議
動物權利組織一直批評以動物進行LD50測試，特別是一些物質可能令動物在長時間痛苦下死去。一些國家如英國已開始禁止口服LD50測試，而經濟合作與發展組織（OECD）亦在2001年廢除對口服毒性測試的要求。[52][53]
參考資料
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