环境毒理学C2

生态毒理学第二章基本概念与基础理论第一节毒性评价一、毒物暴露与不良效应1.毒物暴露（toxicexposure）：所涉及的环境毒物的剂量或浓度以及与处于风险中的生物机体相互作用时间的函数。也用“作用强度”表示。剂量：在陆地脊椎动物的毒性生物测试中，通过向生物体注射一定量的化学物，从而精确地限定剂量。在一些环境（生态）毒理学的研究中，剂量指的是在暴露环境中（如空气、水或沉积物）化学物浓度和总暴露时间的乘积。毒性剂量的概念：在不同情况下对有毒化学品剂量的测定或评价方法化学品的量可以是指注入到受试生物体组织细胞/细胞间隙的量（如对治疗药物的临床前期试验）。化学品可以作为控制日常饮食总量中的一部分（如治疗药物的剂量/食品添加剂/农药的试验）。化学品可以通过皮肤测试膏药的形式，一次性的给予（如试验治疗药物、化妆品）。被摄取的化学品可以从靶组织中进行分析，也可以分析替代的组织或是与受体组织和部位有联系的排出产物：血液、尿液、头发等（如工厂的暴露研究、农药和治疗药剂的试验）。毒性剂量的概念：在不同情况下对有毒化学品剂量的测定或评价方法对于小的生物体，可以用整体含量来量度，尽管物质在组织中是如何分配的重要信息不是很清楚（如骨骼中的化学组成可能与软组织有很大的不同，可能会造成误解）。剂量可以根据产物的暴露浓度和暴露时间来推断。这样的估计在大型植物测试中很重要，因为毒物是气态的，不会产生生物积累（也用ppm·hr表示）。在水生生物测试中也很常见。致死体内含量（临界体内残留）是通过死亡时间计算的。这可能和实验室的生物测试有关，或者是野外中毒的结果。第一节毒性评价2.不良效应（adverseeffect）,也称毒性效应（toxiceffect）：随着对环境毒物或潜在有毒物质的暴露而产生异常的、令人不快的或有害的生物学变化。非正常（统计学意义）－死亡；可逆－不可逆；效应（个体）－反应（群体、比例）对毒物的反应不同生物组织水平毒性效应关系阴影区域代表不确定的范围。例如，在将亚细胞水平或生理的变化与生物个体的存活相联系的时候就出现了困难，另外在从生物个体的效应向种群和群落水平外推的过程中也存在着困难。细胞-组织-个体-种群-群落第一节毒性评价二、生物学毒性与生态学毒性1.生物学毒性（biologicaltoxicity）：生物体由于毒物的作用在毒理学上产生不良症状的程度或状况，属于毒理学中的一个基本概念。2.生态学毒性（ecologicaltoxicity）：生态系统由于污染物质的作用产生不良效应的程度，属于生态效应的一种表现形式。3.急性毒性（acutetoxicity）：在较短的时间内，通常小于24小时内，毒性突然发作，中毒症状也立即显示。4.慢性毒性（chronictoxicity）：毒物导致的生物体病症持续时间很长，而且连续，为慢性毒性。局部（急性、可逆）－系统（慢性、不可逆、生态效应）即时（急性）－延时（慢性、生态效应）三、表示毒性的指标1.阈剂量（thresholddose)：用已知最敏感的生态指标或用现代检测技术测出该毒物能引起受试生物产生不良效应或生理生化异常反应时的最小剂量。2.半致死剂量（medianlethaldose）：在设定的实验条件（时间）下，污染物暴露于一个群体的生物，而导致其50%的死亡率出现时，在统计学上推导所得的期望剂量。用LD50表示。3.半致死浓度（medianlethalconcentration）:一个与半致死剂量相对应的概念，有时采用这一概念代替半致死剂量。在定量水平上，它是指在生物急性毒性试验中，使受试生物半数死亡的毒物浓度。由于环境毒物的致死效应与受试生物暴露时间有密切关系，用LC50来表示。4.半效应剂量（medianeffectivedose）:在实验系统中或在某一生态系统中50%的试验生物或某一生物种群表现出可观察到的有效反应或不良效应时污染物的剂量，用ED50表示。毒性分类基于急性LD50值的毒性分类*类别LD50（mg/kg体重，大鼠口服）极毒的25有毒的25-200有害的200-2000环境毒物或污染物的毒性分类及举例分类LD50（mg/kg）环境毒物举例轻度毒性500-5000乙酰水杨酸(阿斯匹林)、香草醛(香兰素)、食盐中度毒性50-500镇静安眠药、咖啡因、尼古丁高度毒性1-50氰酸钠、维生素D、对硫磷超（剧）毒性0.01-1.0阿托品、神经毒素、二噁英生物毒素0.01肉毒杆菌毒素、蓖麻毒素四、半致死浓度（剂量）的毒理学含义由于统计学的理由，我们最感兴趣的是反应曲线的中间部分，尤其是测试群体的死亡率为50％的点。如果通过该点作一条垂线与曲线相交，这时所对应的横坐标就称为LC50（半致死浓度）。这个浓度表示在t时刻使受试生物50％死亡的浓度。同时，它表示作为试验群体所代表的无限大种群有50％死亡率时的估计浓度。四、半致死浓度（剂量）的毒理学含义以化学物浓度的对数为x轴，以死亡百分率概率单位为y轴作图（因此使用试验化学物浓度的对数值）。通过增加5以取消负数（图2.3）的办法修改为概率单位。典型的曲线包括6个概率单位，形成一条理论死亡率不超过0或者100％的死亡率曲线。四、半致死浓度（剂量）的毒理学含义虽然A和B的LC50值都是10μg/L，但A的斜率比较大则说明这种物质的毒性更大，但是在环境毒理学中，我们关注较多的是低浓度（即小于LC50）时的毒效应。曲线左半部表示当浓度为LC50的一半（5μg/L）时，化学物质A的致死率小于1％，而B仍然高达20％。四、半致死浓度（剂量）的毒理学含义同一组剂量—反应数据的两种不同表示法。A：不同毒物浓度时，致死率与暴露时间的关系。B：固定时间间隔的条件下，致死率和毒物浓度关系。四、半致死浓度（剂量）的毒理学含义当暴露时间超过某一段时间后再延长，LC50值不会发生变化。达到50％致死率的时间所对应的毒物浓度被标出，这个时间被称为半致死时间。当曲线渐渐趋向时间轴，与时间轴平行时对应的浓度被认为是阈值、初始（incipent）LC50或称初始致死水平。五、其它毒性相关概念1.最大允许浓度（maximumallowableconcentration）：慢性试验中环境毒物对试验生物无影响的最高浓度和有影响的最低浓度之间的阈浓度，有时也称最高容许浓度，2.临界浓度(criticalconcentration)：毒性试验中观察到的第一个不良反应时污染物的浓度。3.临界浓度范围(criticalconcentrationrange)：生物毒性测试中，某一环境毒物使试验的生物在48小时内全部成活的最高浓度和24小时内全部死亡的最低浓度之间的范围。4.（职业）临界限制值：工人每天暴露8小时、每周暴露5天，在其一生的工作中不产生不良效应的污染物最高浓度，也即（职业）最高允许浓度。五、其它毒性相关概念5.无作用浓度（noeffectlevel）指在一定的时间内，生态系统中暴露于环境毒物的生物种群还没有产生不良反应时该污染物的浓度范围，或者说，是指使受试生物能够保持良好状态的环境毒物的浓度。有时，也称非可观察的效应水平（NOEL，noobservableeffectlevel）。6.安全极限（MarginofSafety）是指无效应或最低效应剂量和致死剂量之间的剂量范围，可以用LD50/ED50的比值表示。非（亚）致死效应是其中一个能够反映安全极限的毒理学概念，指的是不至于导致死亡的其它不良效应。7.无损害作用（Non-adverseEffect）也是一个与安全极限有关的概念。无损害作用的特点是不引起生物体形态、生长、发育的改变；所引起的生物学变化是可逆的，当毒物停止接触后，不能检测出生物体维持体内稳定（Homeostasis）能力的降低，也不能使生物体对其他环境因素不利影响的易感性增强。第二节毒性生物测试一、急性毒性生物测试：最常用，记录48h或96h的累积死亡率。在水生生物试验中，生物体在整个测试过程中处于相同的环境，被称为静态试验。动态试验是用一个定量的装置连续注入一系列浓度的化学物质。化学物质的吸收、降解、蒸发和吸附到容器表面都可能会引起被测化学物质在暴露介质中的减少，因此动态试验可以更好地保持化学物质浓度的恒定，并阻止受试生物体产生废物的积累。一个折中的方法是静态－更新（半静态）试验，需要定期补充一定量或所有的试验介质。第二节毒性生物测试二、亚急性（慢性）毒性测试：用来描述浓度低于急性LC50的毒效应。致死率仍作为测试终点指标，但暴露时间比96小时更长，也常常使用慢性毒性。但是在许多教材中，“慢性”通常专指亚致死的生物测试，包括阶段性的测试终点指标例如生化活性、生殖力或生长水平。大多数亚致死因素的测试都包括与生产力相关的参数，如生长和繁殖。急性和慢性分别应用在致死性和亚致死性终点指标的测试中，但二者之间在时间长短上的区分越来越模糊。慢性试验最初是用来分析生物体的整个生命周期或生命周期的重要阶段，但是，现在大多数已被短期的试验所取代，有时持续时间不超过几周。三、急性毒性和慢性毒性的关系ACR=急性LC50／MATC对于相似的物种，用急性LC50除以ACR可以评价慢性毒性。该比值越大越说明该化学物质不适合由急性毒性确定它的慢性毒性，表明短期和长期毒作用是两种不同的机理。四、蓄积毒性与BCF1.蓄积毒性作用（CumulativeToxicityAction）：当低于中毒剂量的环境毒物或外来化合物反复多次地与生物体持续接触，经一定时间后使生物体出现明显的中毒表现。1）剂量蓄积:环境毒物或污染物不断进入机体内，其吸收量大于排出量，使其在体内的量逐渐积累增多。2）功能蓄积:不断进入生物体内的环境毒物，有时用分析方法不能检测出体内毒物蓄积，但生物体在毒物反复作用下受的功能逐渐累积加重，最后导致中毒。四、蓄积毒性与BCF2.BCF（Bioconcentrationfactor）：即生物富集系数，也称生物浓缩因子，是指平衡时生物组织（干重）中积累的环境毒物的浓度（Ct）和溶解在环境中的环境毒物的平均浓度（Ce）之比。影响因素：脂溶性脂肪含量稳定性/代谢能力生物可利用性/环境因素生物有效性（生物可利用性）四、蓄积毒性与BCF3.生物放大(BM)概念：体内/食物内特点:间接吸收生物学过程达到平衡时间长，有波动。与年龄、脂肪量有关4.生物积累(BA)概念：体内后期/体内前期（浓缩+放大）特点：不同动物，比例不同五、统计分析统计学在环境毒理学中有两个重要作用，一个是在假设检验的过程中（以预测的置信水平来决定两种群间的不同），另一种可被定义为在本质上的预测（如，确定化学—生物相互作用的结果），经常包括一种或多种自变量对一个或多个效应的影响（因变量）。第三节基本原理一、环境毒物的剂量-效应关系原理所表现的作用与环境毒物或污染物剂量之间的关系。内剂量：环境毒物及其代谢产物在生物体作用部位的浓度或剂量，通常不易测定。外剂量：环境毒物暴露或者给予的剂量。1．剂量-效应关系的类型1）定量个体剂量－效应关系2）定性群体剂量－反应关系2．剂量-效应关系的理论根据1）观察到的反应应该完全来自目标污染物的作用2）反应的数量维度直接与剂量维度有关3）正确观察与测定实验生物对毒物或污染物的反应是可能的二、毒性兴奋效应原理毒物兴奋效应是低水平的毒性试剂对生物体的刺激作用。可表述为与对照值相比，生理或生化适应性的增强，但随着毒物暴露水平的提高会被抑制效应所替代。毒物兴奋效应的机理可用两种方法加以解释：1。低浓度水平是生物的必需元素，但当毒性较高时，就会产生毒作用；2。毒物兴奋效应只是在生物体的耐受范围内，通过对抑制性挑战的解毒机制所产生的短暂的过矫正（overcorrective）现象。三、受体－配体原理受体被定义为是机体的正常组分，能与毒物（外来配体）相互作用，并产生毒性和损伤。通常情况下，受体是蛋白质，也可能是核酸或脂质。实际的毒性作用可能只是被吸收的一小部分毒物作用在受体上引起的。四、环境毒物的结构－活性相关原理1．化学结构功能团与毒性的关系1）脂溶性2）空间构相（光学构相）3）分