阈值及其在法医毒物学领域的应用探讨

向平，卓先义，吴何坚，沈敏

（司法鉴定科学研究院上海市法医学重点实验室上海市司法鉴定专业技术服务平台，上海200063）

阈值（cut-off）又称临界值（threshold），是指一个效应能够产生的最低值或最高值。阈值概念在各领域均有应用并赋予特定含义，在临床诊断、检验中，作为判断特定疾病、状态等的指标[1]；毒理学上为一种物质使机体开始发生效应的剂量或浓度，即低于阈值时不发生，而达到阈值时效应将发生[2]；反兴奋剂领域，确认运动员体内含有违禁物质[3]；食品安全领域，界定农残超标[4]；生态环境领域，确认大气、土地、动植物等承受污染物的最高限制[5]；职业健康与安全领域，规定工作场所生产环境的劳动卫生标准[6]。

2004年5 月，国家质量监督检验检疫总局发布国家标准《车辆驾驶人员血液、呼气酒精含量阈值与检验》（GB19522-2004），在我国法医毒物学领域第一次涉及阈值。2017年5月18日，由公安部发布的行业标准《车辆驾驶人员体内毒品含量阈值与检验》（GA1333-2017）实施。事实上，摄毒鉴定中免疫分析、尿液、头发等的实验室检测都会涉及阈值概念，通过设定阈值可减少实验室间鉴定事项（案件）差异，规范结果的一致性。

在法医毒物学领域，阈值通常是作为被测量物存在或不存在的界限的量值，结果高于阈值判断为阳性而低于阈值判断为阴性[7]，然而不同状况下其含义有所不同，正确理解、科学应用这些阈值尤为重要。本文就法医毒物学领域所涉阈值的形式、设定、作用以及应用进行综述，并结合毒物学实验室的操作实践进行讨论。

1 阈值的形式与设定

法医毒物学领域所涉阈值存在多种形式，有的是分析测定方法的最低检测浓度，有的为产生毒性或危险的浓度，可以是区分内源性与外源性物质的临界浓度，也可以为行政法规规定的浓度。

1.1 方法的最低检测限（LOD）

方法最低检出限为合理地确定某分析物存在的最低浓度，换言之，是基于仪器、分析方法，能够从背景信号中区分出分析物的最低浓度，是在设定可信度下能够区分有无、阳性确认的最低浓度。

对于色质联用分析法，LOD可以通过空白样品或最低浓度附近的样品测定值的标准偏差以及最低浓度附近标准曲线的斜率算出[8]。或者用信噪比（S/N）来表示标准偏差，在空白样品分析的基础上，选取分析物峰附近的一段基线为参照，仪器可自动计算选定色谱峰的信噪比，以S/N 3时的样品最低浓度为LOD。

对于免疫分析法[9]，通常在测定大量正常空白样本的同时，测定大量阳性样本，如测定值为正态分布，则根据u检验的特点，以单侧99.5%的可信限确定阴性和阳性的测定值，再综合考虑假阳性和假阴性率，取假阳性和假阴性发生率最低，且能区别抗原转化至抗体出现点的值作为阈值。

1.2 方法的最低定量限（LLOQ或LOQ）

最低定量限是指在保证具有一定的准确度和精密度前提下，分析方法能够测定出分析物的最低浓度。该临界值是基于现有技术，同时要保证分析结果的可靠性、有效性，避免假阳性结果。LLOQ通常和LOD采用相同的方法，在同一过程中确定，但必须验证并具有一定准确度和精密度。

1.3 内源性与外源性物质鉴别的界定值

对于人体自身可分泌产生的物质如药物辅助犯罪案件中常用的γ-羟基丁酸（简称GHB）、反兴奋剂领域的蛋白同化激素，阳性结果必须判断物质来源，是内源性产生还是外源性摄入。只有通过考察正常人体内的GHB生理水平，建立相应的判断阈值，才能有效区分。目前建议的血液和尿液中GHB阈值分别为30 μg/mL和10 μg/mL[10]，低于此数值，就无法确定是内源性的还是由于服用GHB后快速代谢的结果；而高于此值，可判定其摄取过GHB或相关物质。

1.4 行业规定阈值

国家法规或行业为规范某类型案件而共同设定的筛选和确认分析临界值，案件类型包括摄毒鉴定、毒驾、毛发中滥用物质分析、反兴奋剂等。该阈值的设定由多个实验室、协会成员等共同研究制定，主要考虑因素如下：

（1）仪器因素：方法的重复性是否可满足日常分析工作，阈值太低，许多实验室可能难以操作，也不能进行批次间有效质控。

（2）法规要求：如美国滥用物质和精神健康服务管理局（SAMHSA）和检测实验室质量管理规定[11]，实验室应有在40%阈值浓度时进行定量分析的能力，这一规定是要求实验室在阈值点时定性定量分析能满足精密度和准确度要求，而将阈值设在LOD时将不能满足这一规定。

（3）科学和保护考虑：为防止环境污染、被动接触等造成的假阳性结果往往需要提高阈值，以区分主动吸食。但降低与提高阈值是一相互平衡，太高的阈值则会排除低剂量或偶尔接触的吸毒者。

SAMHSA针对摄毒鉴定，对尿液、毛发中各类毒品分析的初筛、确认均规定阈值，尿液阈值见表1。

我国新公布的《车辆驾驶人员体内毒品含量阈值与检验》标准是在毒驾零容忍法规前提下，依据实验室已有的研究成果、实际案件积累、分析技术能力、国内外文献资料等基础上制定。

表1 SAMHSA制定的尿液中滥用物质筛选和确证分析阈值

1.5 作用最低值（Lower effect limit）

作用最低值为可观察到有害反应的最低浓度，存在着剂量-反应关系。例如酒驾阈值，血液中乙醇浓度的最低作用限一般为0.2 mg/mL，该浓度为影响驾驶能力的最低值，低于此值对驾车人的驾车能力无明显损害。

1.6 危险临界值（Risk thresholds）

危险临界值指因接触某种水平的化学毒物而造成机体损伤、发生疾病，甚至死亡的预期概率。对于酒精，血液中乙醇浓度的危险临界值一般为0.5 mg/mL，而药物对驾驶能力损伤的危险临界值则为能够明显损伤驾驶能力、增大事故风险的血液浓度。欧洲毒品和毒瘾监测中心（EMCDDA）进行多年协作研究，在实际发生案件统计数据基础上，公布了一些精神活性物质相对酒精的危险临界值[11]（表2）。

表2 毒驾相关精神活性物质的血液中危险临界值

2 阈值的作用

阈值的设定可控制、规范法医毒物学鉴定的过程和结果。由于不同实验室采用的分析方法不同，检测灵敏度不同，因此只有设定同一阈值，根据阈值评判阳性与阴性结果，才能确保鉴定结果的科学性。如果检材中浓度低于阈值，即使按照实验室检出限检出该药物，也视为阴性结果。通过不同案件类型中阈值的设定，不仅可更科学、准确地判定结果，而且可降低因实验室间方法灵敏度等差异造成鉴定结果不一致的风险。

阈值的设定可直接控制假阳性和假阴性率。如对于摄毒鉴定，理想的阈值设定应足够低，以能辨识出绝大部分的滥用者，另一方面又需足够高，以减少环境污染、被动吸食等的影响，例如被检测人处于他人吸食毒品的环境中，可能被动吸食含有滥用物质的烟雾、粉尘等。所以，阈值的设定是一个平衡，既要辨识出绝大部分的滥用者，又不能对在滥用环境中未主动吸食者造成误判[12]。摄毒鉴定中设定的阈值相对其他案件类型是最高的，目的是尽可能避免假阳性。而对于毒驾，特别是法规为零容忍毒驾的国家，阈值设定较低，以尽量减少假阴性结果。例如，德国驾照再次申领所涉分析中，降低阈值后，THC-COOH、吗啡、苯二氮卓类和苯丙胺的检出阳性率分别提高1.61、2.33、3.33和7倍[13]。

阈值的设定可为行政执法提供保障。特定的阈值服务于特定案件类型，阈值经行政部门批准、发布后成为共同遵守的规则，执法部门依据建立在阈值基础上的鉴定结果进行判罚。因此，阈值设定的科学性对于顺利、有效的执法至关重要。例如毒驾案件中，执法部门的目的是防范道路上驾驶员驾车能力损伤的行为，如果阈值设定过低，嫌疑人员将大幅增加，而其中有一部分驾驶员虽然体内存在滥用物质，但并不影响驾车能力，如此明显增加了执法成本。

阈值的设定可区分主动吸食与被动污染[14]。国外有很多含有罂粟籽的食品，我国也有许多商贩在火锅、麻辣烫类、卤制品中违法添加罂粟壳，其食用者的尿液中可检出吗啡阳性。在吸食大麻的环境中容易被动污染，但其尿液中四氢大麻酚代谢物四氢大麻酸小于40 ng/mL。食用古柯茶或某些出自南美可能含有可卡因成分的饮料；使用性药或者可能接触了沾有毒品的钞票，而使尿液中出现苯甲酰爱康宁。事实上，这些使用方式可致其尿中目标物阳性，但远低于规定的阈值。

但是，采用阈值不能解决所有问题。如果食用大麻籽油或大麻籽点心，则尿液中四氢大麻酸浓度可高于200 ng/mL[15]。区分使用含有阿片酊或可待因的止咳药与海洛因吸毒仍是一个难题。台湾的Liu等[16]进行志愿者试验，发现服用止咳药片或糖浆后，尿液中吗啡浓度一般小于4 000 ng/mL，但根据吗啡与可待因的浓度比无法区分服用止咳药还是滥用海洛因。

3 阈值的应用领域

在法医毒物学的鉴定实践中，很多情况下需要使用阈值，这些阈值大多为浓度值，作为目标物存在或不存在的界限值。国际上已有很多行业标准阈值，如美国SAMHSA制定的头发、口腔液、汗液和尿液中滥用物质筛选和确证分析的阈值；EMCDDA建议酒驾、毒驾的分析阈值；毛发分析协会（the Society of Hair Testing，SOHT）关于滥用物质毛发分析的阈值；澳大利亚关于毒驾的分析阈值（AS4760-2006）等，而我国目前则少有共同认可、遵守的阈值规定。

3.1 摄毒鉴定

摄毒鉴定是运用科学技术手段对涉嫌吸毒的人员进行生物医学检测，为认定吸毒行为提供科学依据的活动。根据《中华人民共和国禁毒法》规定，摄毒鉴定分析目标物包括鸦片、海洛因、甲基苯丙胺（冰毒）、吗啡、大麻、可卡因，以及国家规定管制的其他能够使人形成瘾癖的麻醉药品和精神药品。摄毒鉴定的检测样本为被检测人员的尿液、血液或者毛发等生物样本。

摄毒鉴定通常包括免疫筛选和色质确认两个步骤，美国SAMHSA发布有各生物检材筛选和确证阈值（表1）。德国法化学协会（the Society of Forensic and Toxicological Chemistry，GTFCh）也设定有关于药物滥用的各项阈值。

我国的摄毒鉴定不仅是公安机关的任务，社会各领域对摄毒鉴定的需求也越趋增长，如交通运输航空、航海、铁路等部门工作人员、食品加工人员、建筑工人、军人、警察、金融人才、移民人员、民事案件中儿童监护人、医院抢救病人等都可能涉及摄毒鉴定。若摄毒鉴定结果不科学、不可靠，则可能导致被检测人被强制戒毒、被解雇、被禁赛，或延误急诊抢救，或民事案件中被剥夺孩子抚养权等，故摄毒鉴定过程和结果的科学、规范和可靠至关重要。

3.2 酒驾毒驾

“酒驾”是指饮酒后驾驶机动车的行为。目前，我国《车辆驾驶人员血液、呼气酒精含量阈值与检验》（GB19522-2010）标准中规定，饮酒驾车和醉酒驾车的血液酒精含量阈值分别为20 mg/100 mL和80 mg/100 mL。

“毒驾”是指吸食毒品后驾驶机动车的行为。国外的英文表述为“drugged driving”，“drug and drive”或者“driving under the influence of drugs（DUID）”。一般是指“在药物影响下驾驶”，即在使用除酒精之外的毒品或其他药物后驾驶机动车的行为。大多数国家对“毒驾”普遍“零容忍“，检测目标物主要是指非法滥用物质，分别就血液、口腔液和尿液等生物检材设定阈值。

3.3 酒精滥用

酗酒涵盖了“酒精滥用”及“酒精依赖”，因过度使用酒精而无法自我节制，导致认知上、行为上、身体上、社会功能或人际关系上的障碍或损伤。故酒精滥用鉴定在刑事责任能力、驾照申请、民事案件和临床治疗方面都有着应用价值。

乙醇代谢物乙基葡萄糖醛酸苷（ethyl glucuronide，EtG）和脂肪酸乙酯（fatty acid ethyl esters，FAEEs）是目前研究的比较多且研究学者们达成共识的饮酒标志物[17]。头发中EtG和FAEEs可用于评价长期饮酒，区分不饮酒、社交性饮酒和酒精滥用，表3总结了现有文献中乙醇代谢物的推荐阈值[18]。

4 阈值的发展变化

阈值的设定受现行法律法规、国家治理要求、科技发展水平和行业实验室现状等因素影响，因而阈值将随社会发展和科技发展而变化。

同一案件类型，阈值的标准可能不同。如毛发中滥用物质分析，SAMHSA、SOHT、欧洲的标准规定有所不同（表4）。

不同案件类型，阈值的标准不同。如同样为尿液中滥用物质分析，摄毒鉴定和毒驾的阈值不同，毒驾的阈值浓度更低；同样为毛发中滥用物质分析，摄毒鉴定和驾照再次申领事项的阈值不同，驾照再次申领事项的阈值浓度更低（表5）。

阈值同样随着仪器分析技术的提高而发生变化。人们熟知的色质分析由GC-MS时期进入LCMS/MS时代，精神活性物质的检测灵敏度大大提高。行业制定的阈值也在变化，以德国驾照再次申领事项为例[21]，阈值越来越低（表6～7）。

表3 乙醇代谢物的推荐cut-off值

表4 不同组织建议的毛发中滥用物质判断阈值（ng/mg）

表5 不同案件的滥用物质判断阈值

表6 德国驾照再次申领事项中尿液中阈值的变化（ng/mL）

表7 德国毒驾中血液中阈值的变化（ng/mL）

5 实验室检测方法

建立可靠的分析方法是检测实验室结果质量保证的关键。分析方法使用前必须对其科学性、可靠性和有效性作出评价，生物样品分析方法的验证内容包括选择性、线性、准确度、精密度、最低检测限、最低定量限、稳定性和提取回收率。应用LC-MS分析时，还应包括基质效应。

应用阈值时，至少要保证分析方法的最低定量限不高于阈值，这样才能保证检测结果的准确性、可靠性。国际兴奋剂检测中心领域的文件中推荐[22]，分析方法线性范围应在50%阈值浓度到至少200%阈值。质量控制和批处理配置上，质控样品的添加浓度最好为阈值浓度或接近阈值浓度。所以，在有阈值的情况下，实验室检测程序较无阈值时要求更高。无阈值要求的，一般筛选和确认的批处理样品包括一个空白样品、一个含有目标物的质控样品，而有阈值时，则一般筛选和确认的批处理样品包括一个空白样品、多个含有目标物的质控样品应有充足的质控样品以确保当目标物浓度接近阈值时可鉴别出阳性样品和阴性样品。

实验室建立方法还要评估检测结果的扩展不确定度，还应定期检测质控样品，并记录所得数值，绘制质控图。

6 鉴定报告

实验室按照适用方法测定后得到结果，在有阈值的情况下如何出具结果，目前我国还不统一，比较混乱。

分析结果的阴性阳性与检出未检出属于不同的概念，依据不同。阴性与阳性都是在一定方法条件下、一个阈值、决定限（Decision limit）下界定，而检出与未检出一般是根据方法检出限。我国司法鉴定实验室的认证、认可已全面开展，作为检测实验室，进行测量不确定度评估已经势在必行。

在有阈值规定时，判断结果阳性时必须要保证所检测到的目标物浓度高于阈值。目前，最严谨、科学的评判还需要一决定限。在置信水平为95%时，样品中目标物的浓度超过了规定的阈值水平，此时确定为阳性结果，这个数值称之为确定阳性结果的决定限[22]（图1）。这样才能保证检测结果的可靠性。

图1 区分阳性与阴性结果的决定限

决定限的计算可采用阈值加上包含概率＞95%的扩展不确定度U95%，公式为：

包含因子k为1.645（呈正态分布时95%包含区间）；Uc Max为最大合成标准不确定度，是实验室在含量接近阈值浓度，报告某个物质的测量结果时应达到的测量不确定度最低要求。例如尿液中吗啡，如果阈值为1μg/mL，UcMax为0.15μg/mL，那么决定限应为1.3 μg/mL。

实验室也可根据自己建立方法的偏差确定决定限，一般为高于阈值30%（2SD）为限定值。例如，如果法规阈值为10 ng/mL，则报告检出时需＞13 ng/mL；如果法规阈值为25 ng/mL，则报告检出时需＞32.5ng/mL。

当发现检材中量值结果超过阈值，但小于限定值，也可以报告（例如在检测报告的意见解释栏提供该信息），但无论实验室报告的测量不确定度水平如何，都不是一个阳性结果。如果分析物为内源性物质，如体内GHB时，则不需要考虑限定值，因为在统计基础值、阈值时已考虑不确定度。

阴性结果时一般表述为未检出，然后加注＜最低检出限值或阈值。阳性结果根据案件类型、委托方要求，一般分两种情况：一种直接给出定量结果数值，数值一般不超过三位有效数字，可在浓度单位上调整，如1 234.5 ng/mL应表述为1.2 μg/mL；0.006 mg/mL应为6 μg/mL；0.0789 μg/mL应为78.9 ng/mL。另一种有法规颁布的阈值时，考虑方法不确定度后确定阳性结果。

7 结论

阈值是鉴别阳性结果和阴性结果的临界值，其形式、设定以及应用有其发展过程。阈值可规范法医毒物学鉴定，可控制鉴定结果的科学性和一致性，可为行政执法提供技术保障。我国的法医毒物学实验室，使用阈值进行检测和评价尚处于起步阶段，需要一个不断理解、规范和完善的过程。

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