有机溶剂苯在体内代谢后20%～30%转化成酚，而酚具有很强的细胞毒性，其最小致死量为6～13g。我们在试管中可以见到酚能够使蛋白质发生变性，其发生原理可能与酚的化学特性有关。根据酚分子结构的化学特性，它可以破坏有机化合物的二硫键（-S-S-）结构。二硫键具有维持酶以及蛋白质分子空间结构的作用，因此，酚可以导致酶与蛋白质发生变性，而酶的失活与蛋白变性将有可能引起细胞损伤、生理与代谢功能损害以及细胞死亡。
临床上，单纯的酚中毒可引起器官功能损害与功能衰竭，严重的急性酚中毒病人可出现肝功能衰竭、肾衰竭、心力衰竭、循环衰竭、肺损害、溶血以及脑组织损害等。酚在肝脏进一步氧化产生氢醌以及具有自由基负离子结构的化合物半醌。自由基可引起生物膜的脂质过氧化，从而造成细胞功能损害与死亡。氢醌可以与DNA共价结合，造成染色体功能异常。氢醌还可以在肝外一些组织细胞内进一步氧化，形成苯醌。苯醌则可以直接与脱氧核苷酸结合，导致染色体损害。
从急性吸入性苯中毒死亡病例的尸体病理检查发现：死者除了与含苯空气直接接触的呼吸道黏膜发生严重淤血与出血，以及出现肺泡自溶与局灶性肺不张，同时还存在着其他非接触部位器官细胞的严重损害。这些现象有：脑神经细胞水肿、脑胶质细胞出现空泡；心肌纤维广泛断裂、间质水肿；肝细胞肿胀；肾小球肿大淤血、肾小管自溶等。所以，吞服有机磷农药中毒病人所发生的与细胞损伤相关的酶学改变以及器官功能衰竭等现象不仅与有机磷化合物的毒性有关，还有可能与有机溶剂的细胞毒性有密切的因果关系。
不仅苯与甲苯具有亲脂毒性，而且它们的代谢产物也存在细胞毒性，而苯代谢产物的毒性比甲苯代谢产物的毒性大。因此，如果根据呼吸运动功能急性损害的严重程度来判断有机溶剂的毒性，这两种亲脂化合物引起急性呼吸衰竭的毒性有可能差别不是特别明显。但是，由这两种化合物及其体内代谢产物的细胞毒性所产生的中毒现象严重程度差别就很明显。由于对有机磷农药的细胞毒性没有特效的治疗药物与治疗措施，这一问题的存在可能会导致苯含量高的有机磷农药比苯含量低的同品种有机磷农药，或比不含苯的半数致死量接近的不同品种有机磷农药，具有更高的病死率。
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