环境毒理学-课件

环境毒理学1环境毒理学2第一章绪论环境毒理学3概述环境毒理学属于环境科学的范畴，也是生命科学和毒理学的分支学科。环境毒理学（EnvironmentalToxicology）是利用毒理学方法研究环境，特别是空气、水和土壤中已存或即将进入的化学污染物及其转化产物对生物有机体，尤其是对人体健康的损害作用及其机理的一门科学。环境毒理学4由于环境污染物对人类之外的其他生物种类(包括动物、植物和微生物等)的损害日趋严重，地球上每天有100~300个物种遭灭绝，近50000km2森林被破坏。环境毒理学研究已扩展到环境污染物对各种生物机体及其种群的损害作用规律及防治措施的范围。概述环境毒理学5环境污染物的种类繁多，主要包括三个方面的污染物：物理性污染生物性污染化学性污染概述环境毒理学6物理性污染：指放射性物质的辐射（电离辐射、电磁辐射）、振动、废热及噪声污染等。概述环境毒理学7生物性污染：主要指各种病菌、致病霉菌、病毒、寄生虫卵及生物毒素污染等。概述环境毒理学8化学性污染：是当前危害最为严重的环境污染物，如工业化学品、农用化学品、日用化学品及染料等。例如：汞、镉、砷、氰化物、酚、多氯联苯、化学农药等概述环境毒理学9第二章环境化学物的生物转运与生物转化环境毒理学10概述化学物的吸收、分布和排泄具有类似的机理，均是反复通过生物膜的过程，统称为生物转运（biotransport）。环境毒理学11环境化学物在体内经过一系列生物化学变化并形成其衍生物的过程称为生物转化或代谢转化，所形成的衍生物又称代谢物。第三节生物转化环境毒理学12专题污染物在环境中的迁移和转化环境毒理学13DDT经食物链逐渐放大环境毒理学14不同的概念生物浓缩指生物机体内某种物质的浓度和环境中的浓度相比生物积累是同一生物个体在不同代谢活跃阶段机体内的浓度相比生物放大是同一食物链上不同营养级的生物体内某种物质的浓度相比环境毒理学15第三章环境化学物的毒性作用及其影响因素环境毒理学161．致死剂量（Lethaldose，LD）致死剂量指以机体死亡为观察指标而确定的外源化学物剂量。按照可引起机体死亡率不同而有以下几种致死剂量：（1）绝对致死量（LD100）：指能引起所观察个体全部死亡的最低剂量，或在实验中可引起实验动物全部死亡的最低剂量。环境毒理学171．致死剂量（Lethaldose，LD）（2）半数致死量（LD50），又称致死中量：指引起一群个体50%死亡所需剂量。半数致死浓度（LC50）：即能引起一群个体50%死亡所需的浓度。一般以mg/m3空气和mg/L水来表示。用LC50表示外源化学物经呼吸道与机体接触后产生的毒性作用时，是指使一群动物接触化学物一定时间(2-4小时)后，在一定观察期限内(一般为14天)死亡50%所需浓度。环境毒理学18半数耐受限量（mediantolerancelimit，TLm）：也称半数存活浓度，是指在一定时间内一群水生生物中50%个体能够耐受的某种环境污染物在水中的浓度，单位为mg/L。一般用TLm48表示在一定浓度(mg/L)，经48小时50%的鱼可以耐受，即有50%的鱼死亡。如经96小时，即为TLm96。1．致死剂量（Lethaldose，LD）环境毒理学19（3）最小致死量（MLD或LDmin或LD01）：指在一群个体中仅引起个别死亡的最低剂量，低于此剂量即不能使机体出现死亡。（4）最大耐受量（MTD或LD0）：指在一群个体中不引起死亡的最高剂量。1．致死剂量（Lethaldose，LD）环境毒理学202．半数效应剂量（medianeffectivedose,ED50）半数效应剂量指外源化学物引起机体某项生物效应发生50%改变所需的剂量。例如以某种酶的活性作为效应指标，整体实验可测得抑制酶活性50%时的剂量(ED50)，离体实验可测得抑制该酶活性50%时的化学物浓度，称为半数抑制浓度(medianinhibitionconcentration，IC50)。环境毒理学213．最小有作用剂量（minimaleffectlevel，MEL）最小有作用剂量也称中毒阈剂量或中毒阈值，指外源化学物按一定方式或途径与机体接触时，在一定时间内，使某项灵敏的观察指标开始出现异常变化或机体开始出现损害作用所需的最低剂量。最小有作用浓度则指环境中某种化学物能引起机体开始出现某种损害作用所需的最低浓度。环境毒理学224．最大无作用剂量（maximalno-effectlevel，MNEL）最大无作用剂量又称未观察到作用剂量（NOEL）或称未观察到有害作用的剂量（NOAEL），指外源化学物在一定时间内按一定方式或途径与机体接触后，采用目前最为灵敏的方法和观察指标，未能观察到任何对机体损害作用的最高剂量。对于环境中的外源化学物则称为最大无作用浓度。环境毒理学234．最大无作用剂量（maximalno-effectlevel，MNEL）最大无作用剂量或浓度是根据慢性或亚慢性毒性试验的结果确定的，是评定外源化学物对机体损害的主要依据，也是制定每日容许摄入量(acceptabledailyintake，ADI)和最高容许浓度(maximalallowableconcentration，MAC)的主要依据。环境毒理学244．最大无作用剂量（maximalno-effectlevel，MNEL）ADI是指人类终生每日随同食物、饮水和空气摄入的某一外源化学物不引起任何损害作用的剂量。MAC是指环境中某种外源化学物对人体不造成任何损害作用的浓度。由于人类生活与生产活动的情况不同，同一外源化学物在生活环境和生产环境中的MAC也不相同。环境毒理学25三、环境化学物的联合毒性作用凡两种或两种以上的化学物同时或短期内先后作用于机体所产生的综合毒性作用，称为化学物的联合毒性作用(jointtoxiceffect或combinedtoxiceffect)。多种化学物同时作用于人体时，往往呈现十分复杂的交互作用，影响彼此的吸收、分布、代谢转化与毒性效应。环境毒理学26三、环境化学物的联合毒性作用(一)联合作用的类型根据多种化学物同时作用于机体时所产生的毒性效应，可将化学物的联合作用分为以下几类:相加作用协同作用增强作用拮抗作用联合作用独立作用环境毒理学271．相加作用多种环境化学物同时作用于机体所产生的生物学作用的强度是各自单独作用的总和，此种作用称为相加作用。化学结构相似的化学物或同系物、毒作用靶器官、靶分子相同的化学物以及作用机理类似的化学物同时存在时，往往发生相加作用。如大部分刺激性气体的刺激作用可相加;具有麻醉作用的化合物对机体的作用一般也呈相加作用;两种有机磷农药对胆碱酯酶的抑制作用也常为相加作用。环境毒理学282．协同作用两种或两种以上环境化学物同时作用于机体，所产生生物学作用的强度远远超过各化学物单独作用强度的总和，此种作用称为协同作用。这可能与化合物之间促进吸收、延缓排出、干扰体内代谢过程等作用有关。如马拉硫磷与苯硫磷的协同作用，是由于苯硫磷对促进肝脏降解马拉硫磷的酯酶有抑制作用之故。环境毒理学293．增强作用一种环境化学物本身对机体并无毒性，但能使与其同时进入机体的另一种环境化学物的毒性增强，此种作用称为增强作用或增效作用。例如，异丙醇对肝脏无毒，但与四氯化碳同时进入机体时，可使四氯化碳的毒性大于其单独作用时的毒性。有人将增强作用归于协同作用。环境毒理学304．拮抗作用两种环境化学物同时作用于机体时，其中一种化学物可干扰另一种化学物的生物学作用，或两种化学物相互干扰，使混合物的毒作用强度低于各自单独作用的强度之和，此种作用称为拮抗作用。环境毒理学314．拮抗作用凡能使另一种化学物的生物学作用减弱的化学物称为拮抗物或拮抗剂，毒理学和药理学中所指的解毒剂即属此类。拮抗作用可以有不同的形式：如巴比妥可引起血压下降，如果同时静脉注射血管增压剂正肾上腺素，则产生功能拮抗，使血压下降减小；又如硫代硫酸钠与氰化物混合发生化学反应，生成毒性较小的硫氰酸盐，这是一种化学拮抗；两种化学物同时竞争同一受体，被称为受体拮抗，如氧气对CO中毒的拮抗作用。环境毒理学325．独立作用两种或两种以上的环境化合物作用于机体，各自的作用方式、途径、受体和部位不同，彼此互无影响，仅表现为各自的毒作用，对此称为独立作用。独立作用与相加作用的区别往往很难发现。例如乙醇与氯乙烯的联合作用使肝匀浆脂质过氧化作用增加，呈明确的相加作用。但亚细胞水平的研究发现，乙醇引起线粒体脂质过氧化，而氯乙烯引起微粒体脂质过氧化，彼此无明显影响，应为独立作用。环境毒理学33四、毒性作用的机理外源化学物对组织细胞毒性作用的机理非常复杂，了解化学物的毒性作用机理，无论是对其毒性的全面评价，还是对其毒性作用的有效防治，都是十分重要的。环境毒理学34四、毒性作用的机理（一）干扰正常受体-配体的相互作用受体（receptor）是许多组织细胞的生物大分子，与化学物即配体（ligand）相结合后形成配体-受体复合物，能产生一定的生物学效应。许多环境化学物尤其是某些神经毒物的毒性作用与其干扰正常受体-配体相互作用的能力有关。环境毒理学35（一）干扰正常受体-配体的相互作用例如，有机磷农药中毒是由于有机磷抑制胆碱酯酶的活性，使其失去分解乙酰胆碱的能力，导致乙酰胆碱积聚，后者与毒蕈碱型胆碱能受体（M型受体）和烟碱型胆碱能受体（N型受体）结合，引发毒蕈碱样和烟碱样神经症状。阿托品的解毒作用就在于其能与乙酰胆碱竞争M-受体，阻断乙酯胆碱对M-受体的刺激作用，从而消除毒蕈碱样症状;而阿托品对N-受体无影响，故对烟碱样症状无作用。环境毒理学36（二）细胞膜损伤维持细胞膜的稳定性对机体内的生物转运、信息传递及内环境稳定是非常重要的。某些环境化学物可引起膜成分的改变：如四氯化碳可引起大鼠肝细胞膜磷脂和胆固醇含量下降。有些环境化学物可改变膜脂流动性：如DDT、对硫磷可引起红细胞膜脂流动性降低。环境毒理学37（二）细胞膜损伤有的可影响膜上某些酶的活力：如有机磷化合物可与突触小体膜及红细胞膜上的乙酰胆碱酯酶共价结合。膜通透性的改变，主要也是膜蛋白的改变：如Pb，Hg，Cd等重金属可与膜蛋白的巯基、羰基、磷酸基、咪唑和氨基等作用，改变其结构和稳定性，从而改变膜的通透性。环境毒理学38（三）干扰细胞内钙稳态正常情况下细胞内的钙浓度较低（10-7~10-8mol/L），细胞外浓度较高（10-3mol/L），内外浓度相差103104倍。钙作为细胞的第二信使，在调节细胞内功能方面起着关键性作用。环境化学物可以通过干扰细胞内钙稳态引起细胞损伤和死亡。环境毒理学39（三）干扰细胞内钙稳态各种细胞毒物如硝基酚、醌、过氧化物、醛类、二噁英类、卤化链烷、链烯和Cd3+，Pb2+，Hg2+等重金属离子均能干扰细胞内钙稳态。例如，非生理性地增加细胞内钙浓度可激活磷脂酶而促进膜磷脂分解，引起细胞损伤和死亡。增加细胞内的Ca2+，还可激活非溶酶体蛋白酶而作用于细胞骨架蛋白，引起细胞损伤。使用Ca2+激活蛋白酶的抑制剂可延缓或消除细胞毒作用。Ca2+也能激活某些可引起DNA链断裂和染色质浓缩的核酸内切酶，某些环境化学物可能通过这一途径引起细胞损伤甚至死亡。环境毒理学40（四）干扰细胞能量的产生机体内的能量来源于糖类和脂肪类的生物氧化，所产生的能量以形成三磷酸腺苷（ATP）的形式贮存起来，为各种生命活动提供能量，这种氧化磷酸化过程又称细胞呼吸链。有些环境化学物可干扰糖类氧化，使细胞不能产生ATP。环境毒理学41（四）干扰细胞能量的产生例如，氰化物、硫化氢和氮叠化钠能与细胞色素氧化酶的Fe3+结合，使其不能还原成Fe2+，从而阻碍电子传递，导致呼吸链打断，氧不能被利用，引起细胞内窒息;有的环境化学物如硝基酚类、五氯酚钠、氯化联苯和钒类化学物等可使氧化磷酸化解偶联，导致糖类氧化所产生的能量不能以ATP的形式储存起来。ATP缺乏不仅可使细胞生命活动得不到充足的能量供给，而且还可干扰膜的完整性、离子泵转运和蛋白质的合成，严重的ATP缺乏可导致细胞功能丧失甚至死亡。环境