第4章物理性污染毒理学(请单击右键下载)-PowerPo

厦门大学嘉庚学院Page1DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering黄明强[e-mail]厦门大学嘉庚学院Page2DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering第五章物理性污染的毒性效应一、紫外辐射的生物效应五、超声波的生物效应四、电磁辐射的生物效应三、电离辐射的生物效应二、红外辐射的生物效应六、噪声的生物效应厦门大学嘉庚学院Page3DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering一紫外辐射的生物效应•波长范围在200~400nm的电磁波称为紫外辐射（ultravioletradiation，UV)。•自然界中紫外线见于太阳辐射，另外在生产环境中，凡物体温度达1200度以上时辐射光中均可产生紫外线，如生产环境中的电弧焊，气焊，电炉炼钢等均可产生紫外辐射。厦门大学嘉庚学院Page4DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering一紫外辐射的生物效应•按波长范围可分为：①UV-A波段320nm~400nm没有生物学效应但能增强UV-B的效应。②UV-B波段280nm~320nm对生物体极端有害。③UV-C波段200nm~280nm部分被臭氧吸收，没有辐射作用。厦门大学嘉庚学院Page5DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering一紫外辐射的生物效应对皮肤的损伤•红斑效应:紫外线照射皮肤后3～6小时,皮肤先出现短暂的通透性增高,然后再出现持久的血管通透性增高和血管扩张而使皮肤出现红斑。厦门大学嘉庚学院Page6DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering一紫外辐射的生物效应对皮肤的损伤•黑斑效应紫外辐射透入皮肤深部，那里存在的准黑色素物质被氧化形成黑色素，使皮肤变黑。黑化通常限于光照部位，边界清晰。•造成色素沉着的有效波段在UV-A波段，其峰值在365纳米附近。厦门大学嘉庚学院Page7DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering一紫外辐射的生物效应1角膜•眼球的最外层角膜，对UV吸收的最敏感波长为285nm，波长小于290nm的UV对角膜和其周围的结膜损伤最为严重，生产环境中发生的急性角膜、结膜炎（电光性眼炎），多为辐射UV-B和UV-C引起。对眼睛的损伤厦门大学嘉庚学院Page8DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering一紫外辐射的生物效应对眼睛的危害2晶状体•UV对晶状体的损伤是长期的慢性蓄积作用结果。致盲的重要原因，是由太阳光辐射尤其是UV辐射所致晶状体混浊的结果。293~297nm是导致白内障多发的危险波段。厦门大学嘉庚学院Page9DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering一紫外辐射的生物效应对生物大分子的损伤1.DNA紫外线照射可使同一条链上相邻的两个嘧啶碱基以共价键形成：•环丁烷嘧啶二聚体(cyclobutanepyrimidinedimers,CPD)如：TT二聚体。厦门大学嘉庚学院Page10DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering一紫外辐射的生物效应对生物大分子的损伤•DNA分子一旦形成二聚体，双链间的氢键和双螺旋结构就会受到破坏，从而阻碍了DNA复制、转录进而影响蛋白质的生物功能。•人皮肤因受紫外线照射而形成二聚体的频率可达每小时5×104/细胞，但只局限在皮肤中，因为紫外线不能穿透皮肤。但微生物受紫外线照射后，就会影响其生存。紫外线照射还能引起DNA链断裂等损伤。厦门大学嘉庚学院Page11DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering一紫外辐射的生物效应对生物大分子的损伤2.蛋白质蛋白质空间结构的破坏和氨基酸残基的氧化，从而使蛋白质（特别是酶）钝化。它还可以引起脂质的过氧化，从而导致生物膜系统的损伤。•芳香族氨基酸对240nm的光辐射有强烈的吸收作用，例如：色氨酸被紫外辐射降解会诱导产生02一和H202。活性氧自由基可直接修饰蛋白质，引起蛋白质分子内或分子间发生交联和断裂。厦门大学嘉庚学院Page12DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering•波长介于0.75μm-1000μm之间的电磁辐射,通常按波长划分为四个区:名称英文缩写波长范围/μm近红外NIR0.75-3中红外MIR3-6远红外FIR6-5极远红外XIR15-1000二红外辐射的生物效应厦门大学嘉庚学院Page13DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering二红外辐射的生物效应对眼睛的损伤波长伤害7500～13000埃对眼角膜的透过率较高，可造成眼底视网膜的伤害。尤其是11000埃附近的红外线,可使眼的前部介质（角膜晶体等）不受损害而直接造成眼底视网膜烧伤。14000埃能量绝大部分被角膜和眼内液所吸收，透不到虹膜（只是13000埃以下的红外线才能透到虹膜，造成虹膜伤害。）19000埃几乎全部被角膜吸收，会造成角膜烧伤（混浊、白斑）。厦门大学嘉庚学院Page14DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering二红外辐射的生物效应对眼睛的损伤•长期暴露于红外线可能引起白内障，其原因可能是红外线直接作用于晶状体，或者红外线作用于房水和虹膜并使其发热，然后使晶状体受到影响。它还可能诱发结膜炎和干眼病。厦门大学嘉庚学院Page15DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering二红外辐射的生物效应对皮肤的损伤红外辐射效应包括灼伤、小动脉系统的血管舒张增加以及色素沉积逐渐加深。足够强度的红外线照射皮肤时，可出现红外线红斑，停止照射不久红斑即消失。大剂量红外线多次照射皮肤时，可产生褐色大理石样的色素沉着，这与热作用加强了血管壁基底细胞层中黑色素细胞的色素形成有关。厦门大学嘉庚学院Page16DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering二红外辐射的生物效应其他伤害1.呼吸道损伤2.神经损伤3.雄性生殖损伤4.免疫损伤5.遗传损伤厦门大学嘉庚学院Page17DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering三电离辐射的生物效应电离辐射凡作用于物质能使其发生电离现象的辐射，称电离辐射，它是由不带电荷的光子组成，具有波的特性和穿透能力。其种类很多，高速带电粒子有α粒子、β粒子、质子，不带电粒子有中子以及X射线、γ射线。厦门大学嘉庚学院Page18DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering三电离辐射的生物效应电离辐射电离辐射来自自然界的宇宙线及地壳岩石层的铀等放射性元素，也可来自各种人工辐射源，如医疗照射、核动力生产等。CT机诊断X线机厦门大学嘉庚学院Page19DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering①外照射②内照射externalexposure:位于人体之外的辐射源(radiationsource)对人体造成的辐射照射。特点：脱离或远离辐射源，辐射作用即停止；当辐射源距离人体有足够远的距离时，可造成对人体较均匀的全身照射;辐射源靠近人体，则主要造成局部照射。internalexposure:放射性核素进入人体造成的辐射照射。源器官(sourceorgan)：辐射源沉积的器官。靶器官：受到从源器官发出的辐射照射的器官。特点：内照射对机体的辐射作用，一直要持续到放射性核素排出体外，或经10个半衰期以上的蜕变，才可忽略不计。电离辐射作用方式厦门大学嘉庚学院Page20DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering③体表沾染：内、外照射④复合照射：放射复合烧伤、放射复合创伤。指放射性核素沾染于人体表面(皮肤或粘膜)。体表可以是完整的，也可以是有创伤的。沾染的放射性核素对受沾染的局部构成外照射源，还可以经过体表吸收进入血液而构成内照射。指上述一种以上作用方式作用于人体，也可以是一种或一种以上上述作用方式与其他类型非放射性损伤复合作用于人体，如放射复合烧伤、放射复合创伤等。电离辐射作用方式厦门大学嘉庚学院Page21DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering三电离辐射的生物效应损伤效应慢性照射慢性照射在长时间内断断续续的暴露在低水平剂量的辐射环境下。慢性照射产生的作用，只有在照射后的一段时间后，才可能被察觉。这种作用包括:DNA变异；诱癌；良性肿瘤；白内障；皮肤癌；先天性缺陷...急性照射急性照射是在很短的时间内受到大剂量的照射。大剂量的照射一般由事故或是特别的医疗过程。在大多数情况下，大剂量的急性受照能引起立即损伤，并产生慢性损伤。对于人体，大剂量能引起急性放射病,如大面积出血，细菌感染，贫血，内分泌失调...后期效应可能引起白内障，癌症，DNA变异...极端剂量能在很短的时间内导致死亡。急性放射病分型类型剂量(Gy)主要临床表现主要病理变化治疗预后骨髓型1-出血、感染骨髓抑制、空虚对症治疗、骨髓移植可治愈、有死亡肠型10-高烧、腹泻电解质失衡肠上皮细胞分裂停止，上皮细胞脱落对症治疗、姑息治疗部分可治愈，死亡率高心血管型25-循环衰竭症状、死于心源性休克心脏和全身血管广泛性损伤姑息治疗死亡率高脑型50震颤、惊厥运动失调脑炎、脑水肿、血管炎、小脑颗粒细胞变性等姑息治疗死亡厦门大学嘉庚学院Page23DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering三电离辐射的生物效应生物效应机理a.电离辐射的能量转移b.DNA损伤（分子水平）厦门大学嘉庚学院Page24DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering间期死亡间期死亡增殖死亡增殖死亡增殖死亡增殖死亡间期死亡间期死亡增殖死亡增殖死亡间期死亡间期死亡间期死亡间期死亡功能障碍功能障碍结构改变结构改变增殖死亡增殖死亡•c.细胞水平损伤三电离辐射的生物效应生物效应机理厦门大学嘉庚学院Page25DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineeringd.细胞变异（modification)异常细胞克隆异常细胞克隆细胞转化细胞转化癌症癌症transformationtransformationcancercancer变异变异三电离辐射的生物效应生物效应机理厦门大学嘉庚学院Page26DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineeringe.细胞凋亡(apoptosis)变异细胞的程序性死亡（programmeddeath）镜下表现：胞核浓缩、断裂凋亡小体机理：P53基因激活自我致死程序是变异细胞免于患癌的重要机制三电离辐射的生物效应生物效应机理厦门大学嘉庚学院Page27DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering分子水平细胞死亡细胞变异体细胞生殖细胞体细胞生殖细胞功能障碍不孕肿瘤遗传效应确定性效应多细胞死亡导致随机性效应单一细胞变异导致DNA损伤细胞水平临床症状效应三电离辐射的生物效应生物效应机理厦门大学嘉庚学院Page28DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering四电磁辐射的生物效应•电磁辐射(electromagneticradia