环境毒理学.ppt

2019、9,环境毒理学,主要参考杂志和参考书,参考杂志： 1、卫生毒理学杂志 2、卫生研究 3、中国公共卫生 4、中国地方病学杂志 5、中国地方病防治杂志 6、环境科学 7、环境科学学报 8、中华预防医学杂志,参考书,1、环境毒理学 惠秀娟 化学工业出版社 2、生态.环境知识读本 王豪 生态的恶化与环境治理 第二版 化学工业出版社 3、生活环境中有害因素防护丛书 常元勋 环境中有害因素与人体健康 化学工业出版社 第二版 4、以人为本与生命多样化 蔡永海 漫谈环境与自然生态哲学 黑龙江出版社,5、环境污染与生物变异 孙胜龙 化学工业出版社 6、污染生态学 王焕校 高等教育出版社 7、人类环境系统及可持续性 陈静生等 商务印书馆,第一章 绪论,1.1 概论 一、学科性质：环境毒理学是人类研究探索环境压力因素对生命系统影响的一门分支学科。它利用毒理学方法研究环境污染物，特别是空气、水和土壤中已存在的或即将进入的有毒物质及其在环境中的转化产物对生物有机体，尤其是人体的损害作用及其机理的科学。 环境工程学 环境化学 生命科学 生物个体（人体） 环境科学 环境生物学 环境毒理学 生物群体 损伤作用及防治对策 环境经济学 毒理学 生态系统 环境毒理学 整个生物社会（特定环境下） 全世界每天：100-300个物种灭绝 约50000Km2森林被破坏 发展 已扩展到环境污染物对各种生物有机体及其种群的损害作用及 防治措施的范围。,环境污染物种类多 物理：微小气候（生活环境中的温度、湿度、风速和热辐射等因素） 噪声、振动、辐射等 化学物：现估计化学物有1000多万种 ，进入社会：6-7万种，每年新投入 使用500-1000种。如工业、农用、日用化学品及染料。 内源化学物 化学物 外源化学物（外来化学物） 环境化学污染物：简称环境化学物 生物学：细菌、病毒、真菌等微生物和寄生虫 见图 环境污染物的直接毒害和间接毒害问题 二、关于其起源： 1.一种观点认为环境毒理学是自20世纪60年代初期始。 2.认为早在19世纪初就已开始。,二、学科定义及其应用,研究毒物对非人类环境的影响的学科； 两种观点 （植物和动物） 研究毒物人类的影响的学科；,三、学习本课程的意义,化学物管理不当的污染事故和惨案 1、日本的水俣病 2、伦敦的“雾都”事件 3、1984年印度博帕尔农药厂的异氰酸甲酯泄漏事故：数万人中毒，2000多人丧生 化学工业史上最大的悲剧 发展中国家：50万人遭受化学物的危害， 其中有5000人死亡,细菌 种群变异 饮用水 病毒 微生物 人体：霍乱、痢疾和甲型病毒性肝炎等 真菌 水质污染 食物 空气 人体：呼吸道传染病、肺结核、非典型肺炎等,环境毒理学几个基本概念： 1、最高可接受毒性浓度（maximum acceptable toxic concerntration, MATC) 特指实验期间观察到的不致于对水生生物造成有害影响的最高浓度； 2、预测环境浓度（ predicted environmental concertration, PEC):根据环境转运资料，预测计算的受试物释放到环境后可能发生或存在的浓度。,四、环境毒理学的研究对象： 是对各种生物性质和对人体产生危害的环境污染物，包括人类的生产和生活活动所产生的物理性、化学性及生物性污染物。 环境化学物 五、环境毒理学的主要任务： 1.主要任务：研究环境污染物对人体的损害作用及其机理，探索环境污染物对人类健康损害的早期检测指标和生物标记，从而为制定环境卫生标准和防治环境污染对人体健康的危害提供理论依据和措施。 2.最终任务：保护地球生物圈内包括人类在内的各种生物的生存和持续健康的发展。,六、环境毒理学研究的主要内容：,1.环境毒理学的基本概念、理论和方法。 2.环境污染物及其在环境中的降解和转化产物与机体相互作用的一般规律。 3.毒物化学结构和毒性以及影响毒作用的各种有关因素。 4.环境污染物及其转化产物对人体的致突变、致癌变、致畸变等的特殊毒性作用与机理。 5.环境污染物的毒性评定方法。 6.各种污染物对人体损害作用的早发现、早防治的理论和措施。,七、环境毒理学的研究方法： 研究方法随着研究对象和目的的不同而异。 器官 1.体外试验 细胞 分子（环境应答基因或环境易感基因） 2.体内试验：急性、亚急性（亚慢性）和慢性试验 3.流行病学调查人群调查 4、现代化学分析方法:PCR技术、DNA序列分析、免疫组化方法 分子杂交技术等 八、环境毒理学的应用： 1.鉴定新旧化学物的毒性以及对环境和生态的影响。 2.污染物处理。 3.工业和民用设施的施工和排放许可。 4.自然资源和管理,九、环境毒理学主要进展 急性致死：环境污染物剂量（水生生物） 慢性毒性实验 ：繁殖力、摄食能力、行为等（大小鼠） 生态受体的DNA和分子结构（现代分子生物学）,第二章 环境化学物的生物转运与生物转化,2.1 生物转运 细胞的结构和功能 细胞是人体和其它生物体的基本构造单位。 见图1 一、生物膜结构与功能 生物膜结构见图2 1、生物膜 物质转运 能量转换 物质代谢 起重要作用 细胞识别 信息传递 氰化钾+线粒体内膜细胞色素C氧化酶 2、化学物质的毒性作用与生物膜有关 有机磷+半嵌入在质膜的Ach酯酶 某些环境化学物+受体,二、环境化学物通过生物膜的方式,（一）被动转运：顺着浓度差，不需能量 浓度 简单扩散 脂/水分配系数 解离度：“成反比” 弱酸类：易于透过生物膜 pH值 弱碱类：与上相反 滤过：比较膜孔与化学物的直径,（二）特殊转运,1、主动转运： 载体 逆浓度差，需要能量 载体对化学物有一定的选择性 载体有一定的容量 相似化学物间有竞争性抑制 2、易化扩散：不易溶于脂质的化学物 顺浓度差 需载体 如葡萄糖的转运 3、入胞作用：分子较大 均是简单扩散方式 三、吸收 饮水 胃：弱有机酸较易吸收 生物膜 消化道 食物 小肠：弱有机碱较易吸收 环境化学物 血液 自然 影响因素 酶和菌类、 胃肠道本身的因素 环境化学物的溶解度和分散度 呼吸道：不经肝脏的生物转化直接进入人体循环分布全身,肺 分压差和气/血分配系数 溶解度和相对分子量 通气量/血流量比值 颗粒物大小 3、皮肤：通透性较弱，但一些化学污染物还是能透过 角质层 ：分子量 300 表皮 连接角质层：脂溶性物质能通过 基膜： 透过速度、相对分子量 脂水分配系数、 角质层厚度：不同种属动物不同 方式：简单扩散 影响因素 温度 角质层损伤因子：农药中加DMSO 乳突毛细管 血液 毛囊 汗腺 皮脂腺 真皮：电解质和一些金属：汞,四、分布与贮存,（一）分布 1、概念 p.12 分布不均匀； 2、特点 在各组织器官中 （无毒性作用）贮存 游离（毒性作用） 动态平衡 大部分+血浆蛋白质； 起始浓度与血液 供应有关； 器官 最终与化学物与 组织 的 亲和力有关；,3、分布不均匀的原因 毛细血管内皮细胞间连接紧密； （1）血脑屏障 组成 ：CNS内毛细血管被星状胶质细胞包围； 间液中protein很低； （2）胎盘屏障 （3）皮肤 （二）化学物的贮存 靶组织或靶器官 形式：非共价结合 血红蛋白 结合力不同，竞争 化学物贮存库 肝：配体蛋白 肾 金属巯蛋白+锌、镉 脂肪组织；+脂溶性环境有机化合物 骨骼组织；氟 OH-,氟骨症 铅（90%）、锶 钙 ，骨肉瘤等,毒物体内贮存的毒理学意义 对急性中毒有保护作用 具有慢性致毒的潜在危害 五、排泄 肾：尿液 肝：胆汁 肠道：粪：DDT，铅等 其他途径各种液体 （一）经肾随尿排泄（图3、图4） 肾脏的排泄功能有： （1）排除机体的大部分代谢尾产物以及进入体内的异物； （2）排出过剩的电解质。,排泄机理,相互联系的三环节（图5 ）： 肾小球 肾小管 被动滤过 重吸收 主动转运（排泌、分泌） 1、肾小球被动滤过 肾小球上有分子大小的选择性滤过膜（7-10nm) 分子大小： 以相对分子量 180(如葡萄糖） 自由通过 重吸收 为60000为界限 60000 不能通过 排出 2、肾小管重吸收 对化学物的排泄起重要作用。 肾小管上皮细胞：葡萄糖、Aa、有机酸类等（主动转运）； 部位 亲水性孔道：水分、氯化物等； （易损害）近曲小管：未解离的脂溶性外源化合物 尿液酸性有利于碱性毒物的解离和排出； 化合物解离度与尿液pH值有关 尿液碱性有利于酸性毒物的解离和排出； 应用价值,3、肾小管排泄,方式：主动转运 部位：近曲小管 有机阴离子转运系统：对氨基马尿酸 机理： 有机阳离子转运系统 （初生婴儿对环境化学物敏感，为什么？） （二）经肝脏随胆汁泄 生物转化 粪便 环境化学物 门静脉 肝脏 小肠 重吸收再利用 +胆汁 肠肝循环 毒性增强 应用实例：治疗水误病（甲基汞），常服阻止重吸收的药物,（三）其他排泄途径 肺：乙醚，CO等； 乳汁：有机氯杀虫剂等； 指甲和毛发：重金属等； 粪便 1.2 毒物动力学 线性：V浓度 非线性 动力学 生理性毒理 基本概念： (1)室：假设机体由一个或多个室组成。在室内，外来化学物 的浓度随时间而变化。 （2）一线速率过程。 dc/dt=-kec dc/dt:化学物浓度随时间的变化率； ke:速度常数； c : 体内化合物浓度。,（三）主要参数,1、生物半衰期：指化学物在体内减少一半所需要的时间，单位为min 或h。t1/2=0.693/ ke 2、血浓度-时间曲线下面积（AUC）：指对血液中化学物浓度与时间作图，其曲线下的面积，单位为ug.min.mL-1，反映对毒物的吸收量。 AUC可用梯形法、重量法或积分法等求出。 一室模型的积分法公式： AUC=c0/ke ， c0代表时血液中化学物浓度。 3、表观分布容积(Vd)：指外来化学物在体内达到动态平衡时体内毒物的总量与血中毒物浓度的比值，表示毒物以血毒物浓度计算应占有的体液容积，用于推测毒物在体内分布范围的大小，单位：L, mL/kg或L/kg 公式： Vd=D/ c0或Vd=D0/ c0 D0代表静脉注射毒物量。,4、消除速率常数（ ke ）：表示单位时间内毒物从体内消除的量与体内的量之比。 ke=(dD/dt)/D ke 的单位为时间（h-1)的倒数， ke 越大，毒物消除越快。 5、清除率（CL）：指单位时间内从体内清除的表观分布容积，即单位时间血液中毒物的清除量。 CL=D/AUC或 CL=Vd. ke 单位：L/h或L/(h.kg-1) 二、一室模型（单室模型） 1、概念：将机体视作一个系统，按动力学特点分成若干部分，每个部分称为室。 2、 ka ke 3 c=c0- ke t Inc=Inc0- ke t,室,（三）二室模型,1、概念 2、ka k12 k10 k21 k12代表化学物从I室向II室的分布常数； k21代表化学物从 II室向I室的反分布常数； k10代表化学物自I室清除的速率常数。 （一）静注二室模型 （二）非静脉注射二室模型,I中心室,II周边室,. 生物转化,1、概念 毒性下降 两重性 毒性上升 2、特点 复杂性 多种转化途径 多样性 多种代谢产物 连续性 3、场所：主要是肝脏 一、反应类型 氧化 还原 极性基团，易溶于水（第一相反应） 水解 结合 （第二相反应） 场所 特点 MFOS催化的氧化反应 肝细胞内质网 需要一个O2参与； （一）氧化 多酶系统参与； 非MFOS催化的氧化反应 产物增加一个O； 与“二致”有关；,1、MFOS催化的氧化反应,2、非MFOS催化的氧化反应,场所：肝细胞线粒体和胞液； 主要是具醇、醛、酮功能基团的外源化学物的氧化反应； 参与的酶有：醇脱氢酶 醛脱氢酶 胺氧化酶 3、共氧化反应 机体内：花生四烯酸 氧化 PGG2氧化物酶PGH2 共氧化反应 外源化学物 细胞突变或癌变 DNA+亲电子化合物 （二）还原反应：发生的条件 场所 类型,（三）水解反应,实质：化学物+H2O 特点：广泛性、多数有解毒降毒作用， 少量有致癌活化作用。 主要的酶：酯酶、酰胺酶 分类：4类 其中水解脱卤反应：DDT DDT-脱氯化氢酶 DDE DDD 环氧化物的水化反应：致癌活化作用,（四）结合反应,概念； 第一相反应 羟 外源化学物 羧 基（极性基团）+（极性基团）内源化学物 直接 氨 水溶性、极性 易排 环氧 结合反应 脂溶性 难排体外 （如酸类或醇类） 需转移酶、辅酶； 特点：需能量； 内、外源化学物均需活化； 对毒性影响的双重性； 主要在肝脏、肾脏等 。,二、影响生物转化的因素 多种因素对催化生物转化过程的各种酶类的功能和活力产生影响 物种和个体差异 物种差异 代谢酶的种类不同； N-羟化酶 N-2-乙酰氨基芴（AFF） 可结合硫酸的 硫酸酯（致癌） 大、小鼠和狗 + 豚鼠 - 代谢酶的活力不同。 个体差异：代谢酶的活力在各个体中不同 如芳烃羟化酶 经生物转化解毒或降毒的多数外源化合物，转化V 毒性 饮食营养状况 蛋白质缺乏 如六六六，DDT，黄曲霉素等 本身无毒性，经生物转化才有毒性的，酶活力 毒性 多不饱各脂肪酸不足或过多，影响肝细胞色素P-450单加氧化酶 ，从而影响 维生素与酶活力关系复杂 外源化合物氧化速度 无机盐,年龄、性别等生理因素 初 生 年龄 肝微粒体酶 经代谢转化毒性 的外源化学物 未成年 毒性 老 年 经代谢转化毒性 的外源化学物，未成年 毒性 老 年 性别 经代谢转化毒性 的外源化学物 ，其毒性：雌性雄性 经代谢转化毒性 的外源化学物 ，其毒性：雌性雄性 激素 昼夜节律 代谢饱和状态 特异抑制 代谢酶的抑制 竞争抑制 诱导 概念 细胞色素P-450氧化酶的主要 巴比妥类化合物 诱导物 多环芳烃类化合物 多氯联苯类化合物,代谢饱和状态： 是指机体吸收毒物后，随毒物在体内的浓度增高，单位时间内代谢酶对毒物催化代谢形成的产物量也随之增高：但当毒物量达到一定浓度时，其代谢过程所需的基质可能被耗尽或者参与代谢酶的催化能力不能满足其需要，单位时间内的代谢产物量不再隋之增高，这种代谢途径被饱和的现象称谓代谢饱和（mentabolic saturation）。,图1 细胞显微结构,图2 单位膜（液态镶嵌模型）,图3、人体的泌尿排泄系统,图4、肾脏的结构,图5、排泄的机理,第三章 环境化学物的毒性作用及其影响因素,3.1 毒性作用 一、基本概念 1.毒物：是指进入人体后能够使体液和组织发生生物化学变化，干扰破坏机体的正常生理机能，并引起暂时性或永久性的病理损害，甚至危及生命的物质。 2.中毒：指生物体受到某种化学物质的作用引起功能或器质性改变后出现的疾病状态。可分三类。 3.毒性：指有毒物质接触或进入机体后，能引起生物体损害的性质和能力。毒性与剂量有关。 4.危险度（risk) 归因危险度：概率 相对危险度：比值 可接受的危险度 危害性(hazard)：定性，指化学物对机体产生危害的可能性。,5.剂量：一般指给予机体的或机体接触的外源物质的数量（含义较广）。是决定外源化学物质对机体造成损害作用的最主要因素。常用单位：mg/kg体重、mg/m3（空气）、 mg/L（水）。 二、毒理学常用的几个剂量参数 致死剂量（LD）绝对致死量(LD100) 半数致死量(LD50)： mg/m3 和mg/L 染毒期：2-4h 致死中量、半数致死浓度 (LC50) 观察期：14天 半数耐受限量(TLm): TL48:48小时。 mg/L 最小致死量(MLD或LDmin 或LD01 )：个别死亡 最大耐受量(mMTD或LD0)：不引起死亡。 半数效应剂量：机体内某项生理或生化指标为效应。如IC50 最小有作用剂量：相对性,最小有作用剂量（MEL） ADI 最大无作用剂量（浓度）（MNEL）MAC 效应 反应:死亡 发病 率来表示 反应 肿瘤发生 直线 ：少见 剂量效应关系 曲线 抛物线 剂量反应关系 S形曲线,3.2 毒作用类型,毒作用可根据不同的方式进行分类。按作用特点的时间与空间，可将毒作用分为下列几种类型： 局部作用 全身作用：损伤不均匀 可逆：肝脏 不可逆作用：神经系统 速发（即刻） 迟发作用；多见 再接触反应； 变态反应（过敏性反应）；三大特点 不呈典型的“S”曲线； 特异体质反应（特异性反应）； 也是有害的毒性反应。,3.3 环境化合物的联合毒性作用,（一）联合作用的类型 1.相加作用 2.协同作用：机制 3.增强作用 4.拮（相抗）作用：受体和配置拮抗 5.独立作用 （二）联合作用类型的评定 1.联合作用的系数法 2.等效应的线图法,1、联合作用系数法,联合作用系数（K）=混合物的预期LD50/混合物实测LD50 1/混合物的预期LD50=a/A的LD50 +b/B的LD50 +c/C的LD50 A,B,N分别代表混合物中的各化合物; a,b,n分别为各化合物在混合物中所占的质量比例, a+b+ +n=1; 表3-1 联合作用系数（K）与联合作用类型,不足之处:有人 测定LD50实验时,其剂量-死亡率之间并不一定是直线关系; 例如 由小鼠染毒实验测得化学物A 的LD50为0.3mg/L,化学物B的 LD50为0.4mg/L,它们的混合物的实测LD50为0.28mg/L, 并知该混合物中,化学物A 的质量比例2/3,化学物B 的质量比例1/3, 试评定该混合物的作用类型. 解： 由1/混合物的预期LD50=a/A的LD50 +b/B的LD50 +c/C的LD50得 1/混合物的预期LD50=2/31/ 0.3+ 1/3 1/ 0.4 混合物的预期LD50=0.33, 0.33/0.28=1.17,是相加作用。,3.4 毒作用机制的研究,干扰正常受体-配体的相互作用：有机磷农药、甲基汞等。 大鼠肝细胞膜磷脂和胆固醇 ：四氯化碳； 红细胞膜流动性 ：DDT等； 细胞膜损伤 肝细胞线粒体膜脂流动性 ：乙醇； 膜蛋白结构和稳定性改变：Pb等重金属+膜蛋白的一些基团。 干扰细胞内钙稳态； 干扰细胞能量的产生： 细胞色素氧化酶Fe3+ +氰化物、硫化氢等, 受阻 Fe2+ 最终细胞内窒息 自由基学说（free radical action theory)与脂质过氧化,与生物大分子的结合：共价与非共价 共价结合学说（coralcnt bindery theory) 碱基 烷基硫酸酯类 DNA 核糖 + N-亚硝酸化合物 脱氧核糖 环状烷化物 1. 与核酸结合 磷酸 卤代亚硝基脲类 RNA 2. 与蛋白质及酶的结合 3 .毒物与脂质的结合 选择性致死 非致死性遗传改变,第二节 影响毒性作用的因素,一、环境化学物的结构与性质 同系物的碳原子数: 烃基: 分子饱和度:不饱和键 毒性 卤素取代:毒性 羟基:毒性 酸基:毒性 脂基:毒性 胺基:毒性 构型,结构与毒性,物理性质与毒性,二、机体（宿主）状况 种属和个体差异 性别与激素 年龄 营养和健康状况 生物节律,三、接触条件 1、接触途径：静脉注射呼吸道腹腔注射肌肉注射经口经皮 2、溶剂和助溶剂 3、毒物浓度：一般相同剂量下溶液越稀，毒性越强 容积：一次性灌胃，一般为1% 2%体重， 3% V注射：鼠类0.5mL,较大动物2mL. 4、交叉接触 四、环境因素的影响 1.气温 2.气温:36度时毒性最大,26度时毒性最小. 3.气压,第四章 环境化学物的一般毒性及其评价,一般毒性 急性 亚慢性 慢性 毒性 蓄积 局部 特殊毒性 致癌作用 致突变作用 生殖毒性 发育毒性,4.1 化学物毒性评价的实验基础,一、实验动物的选择 对外源化学物的毒性反应及代谢特点与人类接近； （一）物种的选择 原则 自然寿命不太长； 易于饲养和实验操作； 经济并容易获得。 皮肤局部刺激作用 致敏作用,二、品系选择（按动物的基因纯合度分类）,进行毒理学实验选实验动物的原则： 适宜的品系； 固定同一品系（对某种环境化学毒理学实验 的系列研究）。 (三）微生物控制的选择 真实性 目的：为确保实验结果的“五个性” 可靠性 我国将实验动物分为4种 可比性 可重复性 科学性 无菌（GF） 悉生（GN） 无特定病原体（SPF） 动物 清洁（CL）：最低限度疾病动物,（四）个体选择,急性 亚慢性和慢性 年龄 成年 年幼或初断乳 实际操作中可根据体重来判断 性别：一般选择两种性别 生理状态：未孕动物； 雌雄分笼饲养。 健康状况：做一些检查。 二、常用的染毒方法 注意点 （优） 缺点 灌胃：从口至剑突下 灌胃前禁食；剂量要准确 工作量大 ；伤及食道 经口染毒 误入气管 吞咽胶囊：直达咽部 剂量准确，适合不合 迫使咽下 “口味”的食物 畏饲 受试物5% 经呼吸道 静式吸入染毒 设备简单、操作方便 动式吸入染毒 设备复杂、操作不方便 经皮肤：适合于皮肤刺激和致敏试验 去除染毒部位的被毛。,4.2 急性毒性及其评价方法,一、概念:“一次性”接触或者24小时内 主要目的: 确定化学物的致死剂量; 评价化学物对机体的急性毒性的大小; 毒效应的特征和剂量-反应(效应)关系; 根据LD50进行急性毒性分级； 为亚慢性、慢性及其他毒理试验染毒剂量的设计和观察指标 的选择提供论据，为毒作用机制研究提供线索。 二、评价方法 （一）经典方法 设一定数量剂量组 试验 组间有适当的剂量间距 动物死亡的剂量反应关系 求得LD50,实验动物：大、小鼠，n=10,大动物n=6，7天后 随机分组，雌雄各半。 染毒剂量设计：先查阅文献，受试物的类似物的LD50或LC50 （常规方法） 预试验 ：以三倍之差的三个剂量组， n=3 求动物全活、全死剂量 试验 ： 全活、全死剂量之间设5 6个剂量组， 组间距按1.2 1.5等比级数设计 选用适当的染毒方式,观察14天内的动物死亡情况 做病理学解剖,包括死亡的、濒死的和部分存活的 计算 LD50或LC50,LD50计算 霍恩氏法； 简化寇氏法：平均致死量法 条件：各组n相同； 各剂量呈等比数列； 死亡率呈正态分布； 最低剂量死亡率80%. 中间剂量接近LD50 公式：见P.72-74 如表4-4:按公式计算得: 直线回归法: 其他方法 固定剂量法 急性毒性分级法 上、下移动法,三、急性毒性分级 主要依据： LD50 有局限性 各国各国际组织的分级标准还未统一 注：毒作用带= LD50/急性毒性最小有作用剂量 此值愈小，引起死亡的危险性愈大。 4.3 亚慢性和慢性毒性及其评价方法 一、亚慢性和慢性毒性概念 二、亚慢性目的 分析毒作用特征、靶器官、慢性毒性的阈剂量或NOAEL； 为慢性毒性研究选择剂量及筛选观察指标提供依据。 慢性毒性试验 确定LOAEL和NOAEL； （一）实验动物 染毒时间 动物选择 n 亚慢性 1-3个月 啮齿类(大鼠)或非啮齿类(狗) 两性5-6周龄或4-6月龄 20或4-6 慢性毒性 6个月-2年或终生 初断乳 40或8 （二）染毒途径 三大常用染毒途径 （三）染毒期限：3个月，恢复期：2个月,（四）剂量分组 一般设 3个剂量组、剂量组距2倍 1个阴性（溶剂）对照组 急性毒性 亚慢性毒性试验最高剂量组 阈剂量、LD50的1/20-1/5 亚慢性毒效应 最高剂量组： NOAEL或其的1/5-1/2； 慢性毒性试验 中剂量组： NOAEL的1/50-1/10； 低剂量组： NOAEL的1/100。,（五）观察指标,中毒症状 体重：称重1次/周 食物利用率 检查时间 血液学 （狗等大动物）染毒前2次以上检查，异常则弃之 实验室检查 尿液 实验期间每1-2个月 血液生化 染毒结束及恢复期结束 试验过程中，濒死动物：及时检查 病理及病理组织学 试验结束 恢复期结束 慢性实验：试验中间（如每6个月）,系统解剖 脏器系数：脏器比值，某个脏器质量与体重的比值，常以100g或1g体重来计； 一般称脏器湿重； 可能是该脏器充血、水肿、增生或肿瘤所致； 可能是坏死或萎缩等； 组织病理学检查：对照和高剂量组 特异性指标 （六）结果分析 4.4 皮肤局部毒性作用及其评价方法 (一)皮肤刺激试验 每天涂抹1次; 连续14天; 每次涂抹后观察24小时; 皮肤的反应(红斑和水肿). (二)皮肤变态反应试验(自学),第五章 环境化学物的特殊毒性及其评价,5.1 环境化学物的致突变性及其评价 一、引言 突变 自发突变 诱发突变 环境致突变作用或环境诱变作用：物理、化学、生物因素 化学诱变剂 直接诱变剂； 间接诱变剂。 研究历史：1927：X射线 1942：芥子气 1940年左右：形成概念 上世纪60年代中期：遗传毒理学作为分支学科定型 1950-1960：认识危害,二、遗传损伤的类型,无义突变 转换 错义突变 碱基置换 颠换 同义突变 基因突变 移码突变：常导致致死性突变 整码突变 片段突变：缺失、重复、重组及重排等 断裂剂 染色单体型畸变：拟紫外线断裂剂 染色体突变 (染色体畸变) 染色体型畸变,G1(G0) 紫外线断裂剂 S G2 放射断裂剂 M,染色体畸变类型 裂隙 断裂 断片和缺失 微小体 无着丝点环（断片）： 环状染色体 不稳定，引起细胞死亡 双着丝点染色体 稳定性畸变：通过细胞分裂可传递 倒位 易位：平衡易位 插入和重复 辐射体,非整倍体：单体和三体 基因组突变 整倍体：三倍体、四倍体 三、致突变作用机理 基因突变 靶：DNA 染色体突变 非整倍体 靶：有丝分裂或减数分裂器，如纺锤丝等 整倍体,（一）DNA损伤与突变,在DNA合成期（S期） 例子 结果 碱基类似物的取代：与天然碱基竞争取代 5-BrU与T相似 T:A C:G 而掺入DNA分子中 酮式 烯醇式 DNA 芳香族化合物+亲核中心 与DNA共价结合成加合物(aduct):亲电子化学物+DNA 烷化剂:提供甲基或乙基 改变碱基的结构 大分子嵌入DNA链,(二)非整倍体及整倍体的诱发其机制可能为“三个影响”,(三)DNA损伤的修复与突变 功能 特点 光修复:紫外线所致 简单,有特异性,无误修复 直接修复 的嘧啶二聚体 与生物进化有关 生物体DNA O6-甲基 损伤修复系统 鸟嘌呤修复 :修复在O6上的甲基 具诱导性 核苷酸 切除修复:主要修复途径 碱基切除 类型多, 无误修复 错配碱基 易误修复(SOS修复):常引入错误的碱基 耐受机制 复制后修复:多见于复制时产生裂隙的DNA损伤 提高突变率,四、突变的不良后果,癌变 体细胞突变的不良后果 致畸 动脉粥性硬化和衰老 致死性突变 生殖细胞突变的不良后果 可遗传的突变 多阶段学说：体细胞突变 癌变的学说 癌基因学说：原癌基因 基因突变等 活化为癌基因 肿瘤抑制基因的失活 五、致突变作用的评价 基因突变； 分类 染色体损伤； 非整倍体； 其他反映DNA损伤。,五、致突变作用的评价,基于表型改变来检测基因改变； （一）致突变试验的分类 小的缺失及通过细胞学的方法观察大 染色体损伤； 直接测定或间接测定DNA损伤。 （二）常用的致突变试验（自学） 8种试验（见P95-102） （三）致突变试验在预测致癌性及遗传危害中的价值 目的 研究外源化学物引起人类的突变并通过生殖细胞传递给后代的可能性 外源化学物潜在致癌的预测 致突变试验 遗传毒性致癌物 ： 外源化学物：非遗传毒性非致癌物： 适合 遗传毒性非致癌物： 假阳性 非遗传毒性致癌物： 假阴性 致癌性评价时应将致突变试验与其他致癌评价方法相结合。,判断哺乳动物性细胞致突变物的标准体内试验 小鼠特异座位试验：检测哺乳动物性细胞的基因突变:检测哺乳动物性细胞 基因突变。 小鼠可遗传易位试验：检测受试物引起雄性小鼠生殖细胞染色体相互是易 位的作用：检测受试物引起雄性小鼠生殖细胞染色 体相互易位作用。 上述2种试验n过大、费时又费钱，故使用不广泛。 一般利用短期致突变试验 环境因素对哺乳动物性细胞的致突变性及其遗传危害进行预测 体细胞的诱变性检测：部分试验结果阳性 生殖细胞诱变性检测。 遗传流行病学研究：最直接可靠的方法，但不足点很多 体内生殖细胞的致突变试验：目前的主要的评价外源化学物的遗传危害的方法,权重 预测可遗传的效应的权重 体内体外 生殖细胞体细胞 一般认为 真核原核 哺乳非哺乳 体内外源化学物原型及其代谢产物含量 DNA加合物 诱变剂的接触标志 蛋白质加合物等 DNA损伤 染色体畸变 微核 致突变作用的效应指标 SCE等 细胞基因突变 精子畸形 外源化学物代谢酶的多态性 人群流行病学研究的敏感性指标 DNA损伤修复酶的多态性,(四)致突变试验的组合应用,原则 有四条P.104 美国EPA毒物处1986年提出了“三阶段”的试验方案; 我国农药安全性毒理学评价程序致突变试验的要求是“3+2”方案。 六、环境基因组计划 目的； 基因多态性（出现频率大于1%的等位基因）概念； 研究内容； 涉及的与环境相关的疾病 种类数：10 ； 确定进行多态性研究的候选基因 基因数：200； 分四阶段进行；,5.2 环境化学物的致癌作用及其评价,一、环境致癌与化学致癌:2个“80%” 研究历史：100多年 化学致癌作用； 化学致癌物； 二、化学致癌的机制 引发阶段: 引发剂 多阶段 促长阶段: 促长剂 完全致癌物 进展阶段: 进展剂 化学致癌的遗传机制学说 癌基因: 癌基因; 肿瘤抑制基因; 化学致癌的非遗传机制学说,三、环境化学致癌物的分类,按致癌作用机制分 直接致癌物：亲电子剂，如烷基和芳香环氧化物等 遗传毒性致癌物 间接致癌物：多环芳烃类化合物、黄曲霉素B1等 无机致癌物：放射性无机元素等 非遗传毒性致癌物 促长剂：雌激素等 激素调控剂 细胞毒剂：氯仿等 过氧化物酶体增殖剂：降血脂药安妥明等 免疫抑制剂：环孢素A等 固态物质：石棉等 助癌剂：,（二）按致癌作用证据分类（885种，至2019年12月止）,1类 对人的致癌性证据充分、 88种 对人的致癌性证据尚不充分但对实验动物的证据充分 2类 2A：人很可能致癌的化合物、混合物和接触环境。64种 2B：人可能致癌的化合物、混合物和接触环境。236种 3类 对人的致癌性尚不能确定。496种 4类 可能对人类不致癌。1种,四、环境化学物致癌物的评价,哺乳动物致癌试验 动物及品系选择 n 实验动物 刚断乳 Fischer 344大鼠,2种物种 雌雄各50 B6C3F1小鼠 高剂量组( MTD) 剂量设置:3个受试物剂量组 中剂量组 低剂量组:不产生任何毒性 1个阴性对照组 染毒途径:3种 试验期限:小鼠和仓鼠18个月以上,大鼠24个月以上 观察指标: 结果分析 判断标准有“4条”P.117,5.3环境化学物的生殖发育毒性及其评价,一、生殖毒性及评价 （一）对雄性生殖系统的毒害作用（雄性生殖器官图） 对睾丸生精细胞的影响：棉酚 精子不同发育阶段(人精子图) CS2 对内分泌功能的影响：铅 对性功能和生殖功能的影响：一些重金属和锰等。 （二）对雌性生殖系统的损害作用（雌性生殖器官图） 对卵细胞的影响：辐射和 CS2(卵巢和卵泡图示) 对内分泌功能的影响：苯及其同系物、有机氯农药等,人卵巢和卵泡图示,（三）生殖毒性及评定,1、生殖毒性 2、生殖毒性作用的评定 原则：性成熟大鼠 设4组 高剂量组死亡率不超过10% n=雌雄各16-20或雌性16-20，雄性减半 试验方法 三代两窝生殖试验法 两代一窝生殖试验法 观察指标 “4个率”,二、发育毒性及评价,胚胎毒性 母体毒性 发育毒性及其评价 致畸试验 动物选择：大鼠、小鼠和家兔 剂量分组：设2个对照组（阴性和阳性对照组） 动物交配处理：准确掌握受孕日 胎仔检查 结果评定“三个率” 致畸作用的机理“7种”,第六章 环境化学物的安全性和健康危险度评价,6.1环境化学物的安全性评价 一、基本概念 安全 安全性 实际安全剂量 安全性评价 二、安全性评价内容 准备工作 亚慢性毒性 慢性毒性 程序：急性毒性 致突变 （90天） 致癌 致畸 生殖 代谢,（三）安全性评价试验的选用原则,我国的工业化学品毒性鉴定规范规定的“8条原则” （四）安全性评价结果评价时应注意的问题 考考虑多方面的影响因素； 种属差异：动物试验结果 人类：高浓度 低浓度外推； 尽可能收集受试化学物对人体毒作用的资料。 三、国内外的化学物安全评价法规简介。 6.2 环境健康危险度评价 一、发展历史 1930S 1950S 1960S 提出可接受 健康危险度评价 致癌物有无阈值 浓度的概念 的安全系数法首次提出 及其危险度评价 1970S 1980S 1990S 利用模型预测得 环境健康危险度 分析四步模式的完善推广 癌的超额危险度 评价的分析四步 的可能上限 模式,二、环境健康危险度评价的基本步骤,（一）危害鉴定：属于定性的危险度评价； 重点能给出最低的NOAEL； 流行病学和长期动物实验等资料。 剂量-反应评定 非致癌和非致突变物 用NOAEL法推导出参考 的剂量-反应评定 剂量或可接受的日摄入量 致癌和致突变物 通过some模型外推低剂量 的剂量-反应评定 范围内的剂量-反应关系，并 由此推算其超额危险度 1、非致癌物的剂量反应评定 采用不确定系数法 可接受的安全水平（ASL）（RfD、VSD、ADI、 MAC、EPT-H等） 美EPA的定义； RfD 推导分2步：收集选择、得出关键效应及其NOAEL或LOAEL并除以相 应的不确定系数； 公式RfD= NOAEL或LOAEL/UF UF一般取10 。,2、致癌物的剂量-反应评定,选适合的资料； 利用高剂向低剂量的外推模型推导低剂量暴露下可能的危险度估计值； 将由动物实验资料得出的危险度估计值转换为人的相应值； 人群流行病学的资料。 单位危险度 致癌物的危险度估计值 环境浓度值 等方式 个体危险度 人群危险度 斜率系数的概念（又称致癌强度系数） 体表面积成正比于（体重）2/3。,（三）暴露评价,意义 暴露的开始时间和持续时间； 测量内暴露剂量和生物有效剂量； 其他参考数据。 要根据其土壤中的浓度、挥发 来源于土壤的 的V 、与大气混合的C及实 污染物经呼吸道入体内 挥发性污染物: 际的暴露高度来推算 土壤一些非 直径a或=10um可进入; 挥发性污染物：呼吸率; 肺泡对污染物的吸收程度; 污染物经消化道的吸收量应考虑的因素: 污染物经皮肤的吸收量应考虑的因素:,(四)危险特征分析,1、对前三阶段的结果进行综合分析； 致癌危险度=1-e(-CDISF) 2、危险度分析 HI=E1/RfD1+ E2/RfD2+若HI1,可认为有一定的危险度 存在 3、评定结果的书面总结。EED与RfD的比较; MOE=NOAEL/EED; 终生得癌的超额危险度:10-410-6,三、环境健康危险度评价的新课题,（一）对低剂量暴露生物效应（BELLE）的解释 有hormesis现象的化学物 B型 ：“低促高抑” 的生物作用剂量-反应曲线 U型：“低降害高增害” 故提出了今后环境健康危险度评价中应注意的“4点” （二）NOAEL法的改进：用BMD法推导RfD （三）几童的健康危险度评价 （四）基因与环境的相互作用对环境健康危险度评价的影响 主要因素是：人群中个体差异 遗传多态性 环境基因组学,第七章 大气环境毒理学,7.1概述 一、大气污染毒理学和大气污染的概念； 二、大气污染来源 天然污染源：火山爆发、病毒、植物花粉等； 人为污染源：工业企业、生活炉灶、交通工具。 煤烟型（煤炭型、还原型、伦敦型）：以煤烟尘和SO2为主 石油型（氧化型、洛杉矶型） 混合型 三、一次污染和二次污染 四、室内空气污染严重的原因：3条 P.155-156,7.2 大气污染物毒性作用,一、大气污染对健康影响特征； 侵入途径：呼吸、消化道和皮肤 危害部位：呼吸道、眼睛、皮肤 低浓度、长时间作用和慢性毒害 多种污染物同时存在 接触人群广泛、易感性差异较大 二、大气污染对健康的影响 急性中毒 地理气象因素的变化； 生产事故排放、废气处理设备发生故障：30多起 慢性中毒和慢性疾患 刺激性污染物的毒理作用： 非刺激性污染物的毒理作用：,对免疫功能的影响：儿童唾液溶菌酶活性 致癌作用：大气污染与肺癌密切相关。 7.3 有害气体的毒性作用及其机理（人呼吸器官图） SO2 部位:主要是鼻腔和上呼吸道黏膜; 吸收 存在形式: SO32- HSO3- 它们易于+Hb 低浓度时不以游 离态存在; 分布:气管,肺,肺门淋巴结,食管;肝,肾,脾等器官; 排泄: SO32- 氧化 H2SO4及其盐类; 亚硫酸氧化酶 肝脏、心和肺 线粒体 生化转化： SO32- 氧化 H2SO4及其盐类; 亚硫酸氧化酶浓度低时 +pro、多肽等 R-S-SO3- +DNA的胞嘧啶 脱氨，尿嘧啶,毒作用,动物呼吸道 短期接触 气管和支气管反射性收缩，分泌物 （以24小时为界） 局部炎症反应，甚至死亡； 长期接触：上述症状恶化，靶器官炎症加重，死亡。 人体呼吸道：机制基本同上 直接：代谢衍生物在体内自氧化 超氧阴离子自 致突变和致癌作用 基 细胞及其遗传物质受损。有证据支持； 间接：对其他一些致癌物的致癌性有促进作用； 酶活性及多种脏器的损伤 对机体的其他作用 与颗粒物的联合作用：产生3个效应 到达肺部较敏感的部位； 毒作用增大； 变态反应源。,对植物的影响 酸雨的形成及危害：三大危害 二、氮氧化物 来源：广泛 排放标准： 吸收:主要是下呼吸道和肺的深部; NO2+H2O 亚硝酸和硝酸及其盐类 亚硝酸根 血液 全身损伤 硝酸根 NO2：刺激、腐蚀、致癌 三、CO O2分压高 Hb+O2 Hb02 + O2分压高 CO HbC0：煤气中毒：高压线氧治疗 这也是CO毒作用机制。,（二）臭氧及其光化学烟雾成分的毒性（自学,7.4 大气颗粒物的作用及机理 1、大气颗粒物的来源:自然源和人为源 主要成分:SiO2、重金属等. 形态：颗径越小，其免疫毒性和肺毒性越大 2、大气颗粒物原主要毒作用； 对呼吸道黏膜的刺激和腐蚀作用，呼吸道发病率 ； 对肺细胞的腐蚀和损伤：主要产生刺激、腐蚀、破坏作用 肺毒性顺序：燃煤烟尘城市颗粒物地面扬尘; 诱发心血管病:颗径为0.01-5um的危害最大,引发慢性阻塞性 肺部疾病 严重后果; 免疫毒性:免疫功能下降.,3、