环境毒理学讲义.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,环境毒理学,环境毒理学,第一章,绪 论,2,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,（,Environmental Toxicology）,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。,3,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,50000,km,2,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,4,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,5,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,6,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,7,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,8,第二章,环境化学物的生物转运与生物转化,9,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）。,10,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,11,DDT经食物链逐渐放大,13,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,14,第三章,环境化学物的毒性作用及其影响因素,15,1致死剂量（Lethal dose，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（LD,100,）：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。,16,1致死剂量（Lethal dose，LD）,（2）半数致死量（LD,50,），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（LC,50,）：即能引起一群个体50%死亡所需的浓度。一般以mg/m,3,空气和mg/L水来表示。,用,LC,50,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。,17,半数耐受限量（median tolerance limit，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,TLm,48,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TLm,96,。,1致死剂量（Lethal dose，LD）,18,（3）最小致死量（MLD或LDmin或LD,01,）：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（Lethal dose，LD）,19,2半数效应剂量（median effective dose,ED,50,）,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(ED,50,)，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(median inhibition concentration，IC,50,),。,20,3最小有作用剂量（minimal effect level，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。,21,4最大无作用剂量,（,maximal no-effect level，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。,22,4最大无作用剂量,（,maximal no-effect level，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,(acceptable daily intake，ADI)和,最高容许浓度,(maximal allowable concentration，MAC)的主要依据。,23,4最大无作用剂量,（,maximal no-effect level，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。,24,三、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,(joint toxic effect或combined toxic effect)。,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。,25,三、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,26,1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。,27,2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。,28,3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。,29,4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,。,30,4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。,31,5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。,32,四、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。,33,四、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,。,34,（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。,35,（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。,36,（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。,37,（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,-8,mol/L），细胞外浓度较高（10,-3,mol/L），内外浓度相差10,3,10,4,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。,38,（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Cd,3+,，Pb,2+,，Hg,2+,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Ca,2+,，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Ca,2+,激活蛋白酶的抑制剂可延缓或消除细胞毒作用。Ca,2+,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。,39,（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。,40,（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Fe,3+,结合，使其不能还原成Fe,2+,，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。,41,（五）自由基与脂质过氧化,自由基（free radical）是指具有奇数电子的分子，或者化合物的共价键发生均裂而产生具有奇数电子的产物。,有些环境化学物本身具有自由基性质如NO,2,；有的环境化学物化学性质活泼，与多不饱和脂肪酸作用后可形成自由基，如O,3,、单线态氧（,O,2,）；有的化合物可经代谢形成自由基，,自由基可引起脂质过氧化作用，还可攻击核酸,。,42,（六）与生物大分子结合,环境化学物与生物大分子结合可分非共价结合和共价结合。共价结合可改变核酸、蛋白质和酶及脂质等生物大分子结构与功能，引起一系列生物学变化。,43,（六）与生物大分子结合,1、核酸,直接与DNA结合的烷化剂很少，大多是以其活性代谢物与DNA结合。烷化剂是带有烷化功能基团的化合物，常见的烷化剂可分为4类：烷基硫酸酯类(如甲基磺酸甲酯)、N-亚硝基化合物(如二甲基亚硝胺)、环状烷化剂(如氮芥与硫芥)及卤代亚硝基脲类如1，3-双（2-氯乙基)-1-亚硝基脲。核酸的碱基、核糖或脱氧核糖和磷酸均可能受到这类化合物及其代谢产物的攻击，其中,对碱基的攻击最具毒理学意义,。,44,2、蛋白质和酶,许多环境化学物可与酶或蛋白质的活性部位结合而显示毒性作用。例如，溴苯的代谢产物溴苯环氧化物可与肝细胞蛋白质共价结合而引起肝细胞坏死;一氧化碳与血红蛋白中的Fe,2+,和细胞色素a,3,中的Fe,3+,紧密结合，使组织缺氧;许多有毒金属如铅、汞、镉、砷等可与酶或蛋白质的巯基结合，使之失去活力而产生毒性。,许多重要的细胞酶分子中的还原型巯基(一SH)往往是其活性中心。外源化学物的亲电子代谢产物不仅可引起脂质过氧化，还可与细胞内其他亲核部分如谷胱甘肽(GSH)、蛋白质和酶的巯基结合，当GSH耗竭时，可导致蛋白质巯基氧化形成二硫化物键，使酶活性丧失。,（六）与生物大分子结合,45,3、脂质,脂质过氧化,是导致细胞损伤和死亡的关键步骤。,外源化学物可通过生物转化形成有活性的亲电子中间产物，通常为自由基。,核酸、蛋白质和脂质均是自由基攻击的主要目标。,自由基还可导致膜多不饱和脂肪酸过氧化，使膜的完整性丧失甚至膜破裂，产生一系列病理反应，甚至组织坏死。,（六）与生物大分子结合,46,（七）选择性细胞致死,有些外源化学物对某种组织器官的细胞有选择性致死毒性。,例如，高剂量锰能引起大脑基底神经节多巴胺细胞的选择性损伤和致死作用;丙硫脲嘧啶可选择性地积聚在甲状腺，并破坏甲状腺细胞;,止吐药反应停,可引起胚胎早期肢芽细胞死亡，使出生的婴儿缺失腿和臂。,47,（八）非致死性遗传改变,某些环境化学物可干扰DNA复制和修复，引起DNA损伤和染色体异常，这些毒性作用虽然不一定引起细胞死亡，但对体细胞可诱发细胞突变和癌变，对生殖细胞可遗传于下代，有的还可产生遗传性疾病，甚至畸胎。,48,第二节 影响毒性作用的因素,环境化学物对机体毒性作用的性质和强度受到很多因素的影响，主要包括,环境化学物的结构与性质、机体状况、染毒条件和环境因素,等。,49,第二节 影响毒性作用的因素,一、环境化学物的结构与性质,（一）结构与毒性,研究外源化学物的结构与毒性之间的关系，有助于通过比较来预测新化合物的生物活性、作用机理和安全限量范围。,50,第二节 影响毒性作用的因素,然而，对化学物构效关系的研究尚处在发展阶段，目前仅找到一些,有限的规律,，举例如下。,例如：同系物的碳原子数、烃基、分子饱和度、卤素取代、羟基、酸基和酯基、胺基、构型及有机磷化合物结构与毒性。,51,（一）结构与毒性,1、同系物的碳原子数,在烷烃中，甲烷和乙烷是惰性气体;从丙烷至庚烷，随碳原子数增加，其麻醉作用增强;庚烷以后的烷烃由于水溶性过小，麻醉作用反而减小。丁醇、戊醇的毒性较乙醇、丙醇大;甲醇在体内可转化成甲醛和甲酸，故其毒性反而比乙醇大。,52,（一）结构与毒性,2、烃基,在非烃类化合物分子中引入烃基可使化合物脂溶性增高，易于透过生物膜，从而毒性增强。但是，烃基结构也可增加毒物分子的空间位阻，从而使毒性增加或减小。,53,3、分子饱和度,分子中不饱和键增多可使化学物活性增大，毒性增强。如丙烯醛对眼结膜的刺激作用大于丙醛，丁烯醛大于丁醛。,（一）结构与毒性,54,4、卤素取代,卤旋元素有强烈的吸电子效应，在化学物分子结构中增加卤素，可使分子极性增加，更易与酶系统结合，从而毒性增强。,例如，氯化甲烷对肝脏的毒性依次为CCl,4,CHCl,3,CH,2,Cl,2,CH,3,Cl CH,4,，其麻醉作用依次为CHCl,3,CH,2,Cl,2,CH,3,Cl CH,4,。,（一）结构与毒性,55,5、羟基,芳香族化合物中引入羟基，分子极性增强，毒性增加。如苯中引入羟基成为苯酚，后者具弱酸性，易与蛋白质中的碱性基团结合，与酶蛋白有较强的亲和力，毒性增大。多羟基的芳香族化合物毒性更高。脂肪烃引入羟基(成为醇类)后，麻醉作用增强，并可损伤肝脏。,（一）结构与毒性,56,6、酸基和酯基,酸基一般指羧基(COOH)和磺酸基(SO,3,H)，引入分子中时，水溶性和电离度增高，脂溶性降低，难以吸收和转运，毒性降低。如苯甲酸的毒性较苯低，人工合成染料中引入磺酸基也可降低其毒性。酸基经酯化后，电离度降低、脂溶性增高，使吸收率增加，毒性增大。,（一）结构与毒性,57,7、胺基,胺具碱性，易与核酸、蛋白质的酸性基团起反应，易与酶发生作用。胺类化合物的毒性大小顺序为：伯胺(RNH,2,)仲胺(RNHR)叔胺(RNRR)。,（一）结构与毒性,58,8、构型,机体内的酶对化学物质的构型有高度特异性。当环境化学物为不对称分子时，酶只能作用于一种构型。,(1)同分异构体：,化学物的同分异构体的毒性不同，一般对位邻位间位，如二甲苯、硝基酚、氯酚等。,(2)旋光异构体：,由于受体或酶一般只能与一种旋光异构体结合而产生生物效应，故同一化学物的不同旋光异构体的毒性不同。一般L-异构体易与酶、受体结合，具生物活性，D-异构体则反之。例如L-吗啡对机体有作用，而D-吗啡对机体无作用。,（一）结构与毒性,59,（二）物理性质与毒性,环境化学物的物理性质（如,分子量、熔点、折射率,等）对其毒性均有影响，其中主要有以下几点。,60,（二）物理性质与毒性,1脂水分配系数,即化合物在脂（油）相和水相的溶解达到平衡时的平衡常数，称为脂（油）水分配系数。,它直接影响化合物的吸收、分布、转运、代谢和排泄，与其毒性密切相关一般脂溶性高的毒物易于被吸收且不易被排泄，在体内停留时间长，毒性较大。如机体对氯化高汞的吸收率为2%，醋酸汞50%，苯基汞50%-80%，甲基汞90%以上，后者脂溶性高，易进入神经系统，因而毒性较大。,61,（二）物理性质与毒性,1脂水分配系数,化合物的毒性还与其在水溶液中的,绝对溶解度,有关。一般有毒化学物在水中，特别是在体液中的溶解度愈大，毒性愈强。,62,2、电离度,即化合物的pKa,。对于弱酸或弱碱性有机化合物，在体内内环境pH条件下，其电离度愈低，非离子型比率越高，越易被吸收而发挥毒效应；反之，离子型的比率越高，化合物虽易溶于水，但较难被吸收而易随尿排出，因此毒性的发挥受到影响。二）物理性质与毒性,63,3、挥发度和蒸气压,有些液态毒物在常温下容易挥发形成蒸气，易通过呼吸道和皮肤进入机体，如汽油、四氯化碳、二硫化碳等。有些液态毒物的LD,50,相近，即绝对毒性相当，但由于各自的挥发度不同，所以实际毒性(即相对毒性)可相差很大。,（二）物理性质与毒性,64,3、挥发度和蒸气压,如苯与苯乙烯的LC,50,均为45mg/L，绝对毒性相同；但是，苯乙烯的挥发度仅为苯的1/11，所以苯乙烯在空气中不易挥发形成高浓度气体，比苯的实际危害小。,将物质的挥发度估计在内的毒性称为相对毒性。,相对毒性指数,更能反映液态毒物经呼吸道吸收的危害程度。,（二）物理性质与毒性,65,4、分散度,粉尘、烟、雾,等固体物质的毒性与分散度有关。颗粒愈小，分散度愈大，生物活性愈强，愈易进入呼吸道深部。由口摄入的固态化学物质的分散度也影响其被消化道的吸收率，从而影响其毒性。,（二）物理性质与毒性,66,5、纯度,工业化学品中往往混有溶剂、剩余的原料、原料中的杂质、合成的副产品等；商品中往往还含有赋形剂和添加剂等。,这些杂质有可能影响、增强、甚至改变原化合物的毒性作用，有的杂质毒性比原化合物的毒性还要大。例如，除草剂2,4,5-T的致畸性主要是由于其所含的杂质四氯二苯二恶英(TCDD)所致。,（二）物理性质与毒性,67,二、机体（宿主）状况,机体对环境化学物的感受性和耐受性，与其,种属、年龄性别、营养和健康状况,等有关。,68,（一）种属和个体差异,不同种属的动物和同种动物中的不同个体之间对同一毒物的感受性有差异，其原因主要是由于毒物在体内的代谢差异（如代谢酶）所致。,如食草动物因为长期接触氰化物而产生了适应酶，使其对氰化物的解毒能力较人、狗等杂食动物强。,69,（一）种属和个体差异,化学物致畸作用的种属差异可能与胎盘屏障的转运情况不同有关。,又如反应停剂量高达4000mg/kg时，对大、小鼠几乎无致畸作用，对兔、猴、狒狒也只有某个品系才能引起畸胎；而0.5-1.0mg/kg的剂量即对人有致畸作用。,70,（一）种属和个体差异,因此，在进行化合物毒性研究时，应多用几种动物，一般至少用两种以上，且其中一种应为非啮齿类动物。,同一种群的不同个体对毒物的反应也有差异。在动物试验时应尽可能选择条件一致的动物，以减少个体差异的影响。,71,（二）性别与激素,性别对化学物毒性的影响主要见于成年动物。一般来说雌、雄两性动物对毒物的感受性相似，但是动物对一些类型的化合物则出现性别差异，特别是大鼠。,如雌性大鼠对有机磷化合物(如甲基谷硫磷和对硫磷)、有机氯化合物(如艾氏剂和七氯)及巴比妥酸盐类一般较雄性敏感；但氯仿对小鼠的毒性却是雄性比雌性敏感，当雄性小鼠去势处理后就失去了性别敏感差别，若再给予去势雄性小鼠雄性激素，则性别敏感又将显现；铅和乙醇对雄性大鼠的毒性也较对雌性大鼠的毒性大。72,性别差异主要与,性激素,有关。雄性激素能促进细胞色素P-450的活力，故,外源化学物在雄性体内易于代谢和降解,。,雄性大鼠将DDT转化为DDE的能力较雌性强。雄性大鼠的葡萄糖醛酸结合反应能力也较雌性为高。孕激素能抑制肝微粒体酶的氧化作用和葡萄糖醛酸的结合作用，故怀孕可增加小鼠对某些毒物(如农药和一些金属)的敏感性。,综上所述，在实际生活和工作中，应特别注意,老年、儿童、妇女以及病人,等易感人群对有毒化学物的防护。,（二）性别与激素,73,（三）年龄,新生和幼年动物通常对毒物较成年动物敏感,，对多数毒物，估计要敏感1.510倍。动物发育的不同阶段，某些组织器官和酶系等的发育并不相同。新生动物中枢神经系统（CNS）发育还不完全，故对CNS的兴奋剂敏感性较差，而对抑制剂则较敏感。如CNS兴奋剂有机氯杀虫剂DDT和狄氏剂对新生大鼠的LD,50,值分别为成年大鼠的20倍和2-10倍。,新生动物的膜通透性（包括血脑屏障）较强,，因此对甲基汞等脂溶性神经毒物的毒性反应较大。,74,（三）年龄,新生动物体内某些毒物代谢酶缺乏,，如大鼠出生后30天其葡萄糖醛酸基转移酶才能达到成年水平;人出生后8周龄肝微粒体混合功能氧化酶才能达到成人水平。,因此，凡经代谢转化后毒性增加的化学物，对新生和幼年动物的毒性较对成年动物低。如八甲磷需在体内羟化后才具有毒性，以35mg/kg的剂量给初生大鼠灌胃不会引起死亡，但以相同剂量给成年大鼠灌胃则导致100%死亡；反之，凡在体内可迅速代谢失活的化合物，对新生和幼年动物的毒性就可能较大。如对硫磷在体内可迅速代谢失活，因此其对幼年大鼠的毒性较成年大鼠为强。,75,（四）营养与健康,营养不足或失调将影响化学物的毒性作用,。蛋白质缺乏将引起酶蛋白合成减少及酶活性降低，使毒物代谢减慢，机体对多数毒物的解毒能力降低，毒物毒性增加。如喂以低蛋白饲料的大鼠对各种农药的敏感性提高了2-26倍，如六六六、对硫磷的毒性增强。,膳食中蛋白质不足可使细胞色素P-450与NADPH-细胞色素P-450还原酶活性下降,，导致苯并芘、苯胺在体内的氧化反应减弱。对于少数生物转化后毒性增大的化学物(如四氯化碳、二甲基亚硝胺等)，采用低蛋白饲料可降低其对肝脏的毒性和致死作用。,76,（四）营养与健康,缺乏维生素A、C或E使微粒体混合功能氧化酶活性下降，但维生素B,1,缺乏则相反,。维生素A缺乏还可提高呼吸道对致癌物的敏感性。,健康状况也可影响化学物的毒性作用,，如患肝病使机体解毒能力下降而化学物毒性增加；慢性支气管炎和肺气肿患者易发生刺激性气体中毒，且后果较严重，如1952年的伦敦烟雾事件中80%的死亡者患有心、肺病。,77,（五）生物节律,生物节律即生物钟，是长期生命进化过程中形成的生物的基本特征,，故化学物的毒性与其进入机体发挥作用的时间有关。,例如，给小鼠腹腔注射相同剂量的乙醇，发现下午16:00和20:00死亡率最高;给大鼠相同剂量的苯丙胺，清晨3:00死亡率为78%，而上午8:00仅为7%。不仅在一日内的不同时间化学物的毒性不同，而且季节变化也会影响化学物的毒性。,78,三、接触条件,（一）接触途径,（二）溶剂,（三）毒物浓度与容积,（四）交叉接触,79,（一）接触途径,接触化学物的途径不同，则化学物吸收、分布和首先到达的组织器官不同，对其代谢转化、毒性反应的性质和程度也有影响。,各种接触途径中以,静脉注射吸收最快,，其它途径的吸收速度一般依次为：呼吸道腹腔注射肌肉注射经口经皮。吸入接触与静脉注射的吸收速率相近。,如农药久效磷小鼠腹腔注射与经口吸收毒性基本一致，其LD,50,分别为5.37mg/kg和5.46mg/kg。,80,（二）溶剂,染毒时往往要将毒物用溶剂溶解或稀释，有时还要用助溶剂。有的溶剂和助溶剂可改变化合物的理化性质和生物活性。因此，选用的溶剂和助溶剂应是无毒的、与受试毒物无反应、且制成的溶液应稳定。,常用的溶剂有水(蒸馏水)、生理盐水、植物油(玉米油、葵花子油、橄榄油)、二甲基亚砜等。,常用的助溶剂有吐温-80(Tween-80)，这是一种非离子型表面活性剂，具有亲水性基团和亲脂性基团，可使水溶性化合物溶于油中，使脂溶性化合物溶于水中。但吐温-80对某些化合物的吸收有影响，且有一定毒性。,81,（二）溶剂,溶剂选择不当，可加速或减缓毒物的吸收、排泄而影响其毒性,。,例如，DDT的油溶液对大鼠的LD,50,为150mg/kg，而DDT水溶液的LD,50,则为500mg/kg，这是因为油能促进DDT的吸收所致，但用油量过大会导致腹泻而影响吸收。,82,（三）毒物浓度与容积,一般在同等剂量情况下，浓溶液较稀溶液毒性强。,如氰化钾和氰化钠，以1.25%水溶液对20只小鼠灌胃分别引起9只与2只死亡，而5%水溶液，虽剂量如前，但在20只小鼠中分别死亡19只与13只。,染毒容积对毒性也有影响。在动物实验中，一次灌胃容积一般为体重的1%-2%，不应超过3%;静脉注射的容积对鼠类不能超过0.5mL，较大动物不能超过2mL。,83,（四交叉接触,毒物经呼吸道接触时，应保护皮肤，防止气态毒物经皮肤吸收。对易挥发化合物经皮涂布接触时，应将涂布处密封起来，以防其蒸气经呼吸道吸收或动物舔食涂布部位，引起经消化道吸收。,84,四、环境因素,许多环境因素可影响环境化学物的毒性作用，如,气温、气压、昼夜或季节节律及其它物理因素（如噪声）、化学因素（联合作用）,等。,这里仅简单介绍气象因素。,85,四、环境因素,1、气温,气温升高可使机体毛细血管扩张，血液循环加快，呼吸加速，经皮和经呼吸道吸收的环境化学物吸收速度加快。,高温多汗时氯化钠随汗液排出增多，胃液分泌减少，胃酸减少，从而影响胃肠吸收。此外，排汗增多则尿量减少，使经肾随尿排出的毒物在体内滞留时间延长，毒作用增强。有人比较了不同温度下58种化学物对大鼠的LD,50,，结果发现，有55种在36的高温环境中毒性最大，26时毒性最小。,86,2、气湿,高气湿(尤其伴随高气温时)能使环境化学物经皮吸收的速度加快。,气湿增大，汗液蒸发困难，皮肤表面的水合作用加强，水溶性强的环境化学物可溶于皮肤表面的水膜而被吸收;同时也延长了化学物与皮肤的接触时间，使吸收量增加。此外，在高湿环境下，某些化学物如HCl、HF、H,2,S的刺激作用增大;某些毒物还可改变形态，如SO,2,，可转化为SO,3,和H,2,SO,4,，使毒性增大。,四、环境因素,87,3、气压,气压可引起某些化学物毒性作用的变化,。如在高原低气压下士的宁的毒性降低，而氨基丙苯毒性增强。,四、环境因素,88,4、太阳光,某些环境化学物（如大气中的氮氧化物和醛类）在强烈的日光的照射下，可转化为毒性更强的,光化学烟雾,等。,四、环境因素,89,第四章,环境化学物的,一般毒性,及其评价,90,概 述,一般毒性,是与特殊毒性相对而言的，主要包括,急性毒性、亚慢性毒性和慢性毒性、蓄积毒性及局部毒性,等。,特殊毒性,则主要指,致癌作用、致突变作用、生殖和发育毒性,等。,91,概 述,一般毒性研究,是认识化学品毒性的基础，是化学品安全性评价和危险性评价的重要组成部分。,92,本章目录,第一节 化学物毒性评价的实验基础,第二节 急性毒性及其评价方法,第三节 亚慢性、慢性毒性及其评价方法,第四节 皮肤局部毒作用及其评价方法,93,第一节,化学物毒性评价的实验基础,94,第一节 化学物毒性评价的实验基础,毒理学研究的,主要手段是动物实验,，即借助于动物模型模拟人体接触环境化学品的各种条件，观察实验动物的毒性反应，再,外推到人,。,95,第一节 化学物毒性评价的实验基础,毒理学实验分为,体内试验（in vivo test）和体外试验（in vitro test）,，可采用,整体动物、动物器官、组织及细胞,等进行。,96,第一节 化学物毒性评价的实验基础,一般毒性试验多为,以实验动物为模型的体内试验,。,本节主要介绍毒理学研究中实验动物的选择和常用的染毒方法,。,97,一、实验动物的选择,实验动物（laboratory animal）,是指经人工培育，对其携带微生物实行控制，遗传背景明确，来源清楚，可用于科学研究的动物。,在毒理学研究中，选择合适的实验动物对于获得准确、可靠的研究结果具有重要的意义。,98,（一）物种（species）选择,环境化学物的,毒作用性质和受试动物毒性反应的程度因物种的不同而异,。,因此，需恰当地选择实验动物的物种，以正确评价化学物对人体的毒作用。,99,（一）物种（species）选择,实验动物物种选择的,基本原则,：,选择对外源化学物的毒性反应及代谢特点与人类接近的物种；,选择自然寿命不太长的物种；,选择易于饲养和实验操作的物种；,选择经济并易于获得的物种。,100,（一）物种（species）选择,毒理学实验常用的动物有,大鼠、小鼠、豚鼠、家兔、狗,等，每一种动物都有其各自的特点及优缺点。,实际上很难有一种动物能完全符合以上的选择原则，需要依据,研究目的及条件,进行选择。,101,（一）物种（species）选择,皮肤局部刺激作用研究多用家兔或豚鼠,致敏作用研究的首选动物为豚鼠,致畸作用研究常用大鼠、小鼠和家兔,致癌实验常用大鼠和小鼠,迟发神经毒性试验常用母鸡等,102,（一）物种（species）选择,在对化学物进行毒性评定时，常要选用,两个物种,的动物进行毒性试验，以评价毒性反应的物种差异。,103,（二）品系（strain）选择,品系,指用计划交配的方法获得的,起源于共同祖先,的一群动物。,同一品系的动物具有,共同的遗传来源、相似的外貌特征、独特的生物学特性及稳定的遗传性能,。,104,（二）品系（strain）选择,按遗传学控制（即按,动物的基因纯合度,）分类，实验动物可分为,近交系动物、突变系动物、杂交群动物及封闭群动物,。,105,1、近交系动物(inbred strain animal),指采用连续20代以上兄妹交配或亲子交配而培育的纯品系动物。,近交系动物在遗传上达到了高度一致，理论上其基因纯合度可达98.6%99.8%。,（二）品系（strain）选择,106,1、近交系动物(inbred strain animal),由于个体间差异很小，所以在实验时，各组仅需少量动物，且结果易于重复和定量比较。,另外，近交系动物组织相容性一致，适用于涉及组织或肿瘤移植的实验。,津白、津白、615、BALB/c、C3H、C57BL/6小鼠,等均属这类动物。,（二）品系（strain）选择,107,2、突变系动物(mutant strain animal),动物在生长繁殖过程中，通过,自然突变或人工定向突变,的办法，使其某基因发生突变并丧失原有的正常功能。,这种突变的基因,可以世代相传并保持遗传基因特性,的品系动物，称为突变系动物。,（二）品系（strain）选择,108,2、突变系动物(mutant strain animal),突变系动物成为许多研究领域的,重要模型,。,如,无胸腺裸鼠,由于免疫系统存在缺陷而可以接受人类多种癌细胞的移植，在免疫毒理学、化学致癌作用等研究中得到应用。,（二）品系（strain）选择,109,3、杂交群动物(hybrid animal),指,两个不同近交系之间,有目的地进行交配所产生的第一代动物，亦称杂交一代动物。,（二）品系（strain）选择,110,3、杂交群动物(hybrid animal),杂交群动物具有两系双亲所有的遗传特性，子代个体是杂种，但杂合的程度一致，具有与纯种动物局部相同的遗传均质性，个体差异小；,具备杂交优势，生命力强；,无近亲衰退现象；,但其只能供实验用，不能继续繁殖育种，因为在子二代时，会发生遗传性状的分离。,（二）品系（strain）选择,111,4、封闭群动物(closed colony animal),指在5年以上不从外部引进新血缘，仅由同一品系的动物在固定场所保存繁殖的动物群。,可分为起源于近交系和不起源于近交系两类,，二者都不进行兄妹交配，避免亲子、表兄妹、伯侄间交配，以保持遗传差异性。,（二）品系（strain）选择,112,4、封闭群动物(closed colony animal),封闭群动物个体间具有一定程度的遗传学差异。,昆明种小鼠、NIH小鼠、LACA小鼠、Wistar大鼠、SD大鼠、青紫蓝兔、新西兰兔等均属这类动物。,（二）品系（strain）选择,113,不同品系的实验动物,对外源化学物的毒性反应可能会有差别，所以进行毒理学研究时要选择适宜的品系。,（二）品系（strain）选择,114,对某种外源化学物毒理学系列研究,应固定使用同一品系的动物,，以求研究结果的,稳定性,。,（二）品系（strain）选择,115,（三）微生物控制的选择,通常在动物体内及体表均存在着大量的,微生物和寄生虫,，为确保实验结果的真实性、可靠性和增加可比性、可重复性及科学性，应对实验动物携带的微生物进行控制。,116,（三）微生物控制的选择,根据对动物微生物控制的净化水平，我国将实验动物分为,无菌动物、悉生动物、无特定病原体动物和清洁动物,。,117,1、无菌动物(germ free animal，GF),指体内外均无任何微生物和寄生虫的动物。,无菌动物是经人工剖腹产净化培育出来的。,（三）微生物控制的选择,118,2、悉生动物(gnotobiotic animal，GN),又称已知菌动物，指体内带有已知微生物的动物，是经人工有计划地将已知菌投入动物体内。,悉生动物比无菌动物生命力强。,有些化学物质的毒性作用与肠道细菌的代谢产物有关，用含肠道菌的悉生动物进行试验比用无菌动物可得到更真实的毒性反应结果。,（三）微生物控制的选择,119,3、无