环境化学生物体内污染物质的运动过程及毒性

第五章 生物体内污染物质的运动过程及毒性,重点掌握：污染物质在生物体内的迁移转化过程及相互作用，涉及机体对污染物质的吸收、分布、转化、排泄等过程；掌握生物富集、放大和积累的概念；掌握毒物的毒性、联合作用；了解毒物致突变、致癌及抑制酶活性等作用。,第一节物质通过生物膜的方式,一、物质通过生物膜的方式物质通过生物膜的方式主要有五大类：1.膜孔滤过2.被动扩散3.被动易化扩散4.主动转运5.胞饮和胞吞,生物膜的结构,第二节污染物质在机体内的转运,一、吸收 吸收是污染物质从机体外通过各种途径通透体膜进入血液的过程。 吸收途径主要是机体的消化管、呼吸道和皮肤。,其中尤以消化管为主要，消化管的主要吸收部位是小肠和胃，主要通过被动扩散被消化管吸收，主动转运较少，污染物浓度越高，小肠吸收越快，血液流速对机体对污染物的吸收有一定的影响。,呼吸道是吸收大气污染的主要途径，主要吸收部位是肺泡，气态污染物通过被动扩散和滤过方式，分别迅速进入肺泡和毛细管膜进入血液，固体颗粒吸入呼吸道后表面沉积。,皮肤吸收是接触污染物质通过被动扩散相继通过皮肤的表皮及真皮，再滤过真皮中毛细血管壁膜进入血液。,第二节污染物质在机体内的转运,二、分布 分布指污染物质被吸收后或其代谢转化物质形成后，由血液转送至机体各组织，与组织成分结合，从组织返回血液，再反复等过程。,三、排泄 排泄是污染物质及其代谢物质向机体外的转运过程。主要排泄器官有肾、肝胆、肠、肺、外分泌腺等，尤以肾和肝胆为主。,四、蓄积 蓄积指机体长期接触某污染物，若吸收超过排泄及其代谢转化，则会出现该污染物在体内逐增的现象，称为生物蓄积。,第三节污染物质的生物富集、放大和积累,一、生物富集 生物富集是指生物通过非吞食方式，从周围环境(水、土壤、大气)蓄积某种元素或难降解的物质，使其在机体内浓度超过周围环境中浓度的现象。 生物富集用生物浓缩系数(BCF)表示，即：BCF=cb/ce,第三节污染物质的生物富集、放大和积累,有关影响因素： 在物质性质方面的主要影响因素是降解性、脂溶性和水溶性。一般，降解性小、脂溶性高、水溶性低的物质，生物浓缩系数高；反之，则低。 在生物特征方面的影响因素有生物种类、大小、性别、器官、生物发育阶段等。 在环境条件方面的影响因素包括温度、盐度、水硬度、pH值、氧含量和光照状况等。,第三节污染物质的生物富集、放大和积累,有机物质在辛醇 水两相分配系数的对数(lgKow)与其在水生生物体中浓缩系数的对数(lgBCF)之间有良好的线性正相关关系。其通式为：,第三节污染物质的生物富集、放大和积累,二、生物放大 生物放大是指在同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内的浓度随营养级数提高而增大的现象。生物放大的程度也用生物浓缩系数表示。,第三节污染物质的生物富集、放大和积累,三、生物积累 生物放大或生物富集是属于生物积累的一种情况。所谓生物积累，就是生物从周围环境(水、土壤、大气)和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。 生物积累也用生物浓缩系数表示。 生物积累的物质浓度是生物放大和生物富集得到的浓度值和。,第五节 污染物质的毒性,一、毒物 毒物是进入生物机体后能使体液和组织发生生物化学的变化，干扰或破坏机体的正常生理功能，并引起暂时性或持久性的病理损害，甚至危及生命的物质。,根据作用性质，毒物可分为刺激性、腐蚀性、窒息性、致突变、致癌、致畸、致敏的毒物等。,第五节 污染物质的毒性,二、毒物的毒性 影响毒物毒性的因素 ： 有毒物的化学结构及理化性质； 毒物所处的基体因素(如基体的组成、性质等)； 机体暴露于毒物的状况(如毒物剂量，浓度，机体暴露的持续时间、频率、总时间、机体暴露的部位及途径等)； 生物因素(如生物种属差异、年龄、体重、性别、遗传及免疫情况、营养及健康状况等)； 生物所处的环境(如温度、湿度、气压、季节及昼夜节律的变化、光照、噪声等)。,第五节 污染物质的毒性,毒理学把毒物剂量（浓度）与引起个体生物学的变化，如脑电、心电、血象、免疫功能、酶活性等的变化称为效应； 把引起群体的变化，如肿瘤或其他损害的发生率、死亡率等变化成为反应。,第五节 污染物质的毒性,物剂量关系到毒物毒作用的快慢。根据剂量大小所引起毒作用快慢的不同，将毒作用分为急性、慢性和亚急（亚慢）性三种。急性毒作用一般用半数有效剂量（ED50）或半数有效浓度（EC50）来表示。ED50 和EC50分别是毒物引起一群受试生物的半数产生统一毒作用所需的毒物剂量和毒物浓度。半数有效剂量或半数有效浓度，若以死亡率作为毒作用的观察指标，则称为半数致死剂量（LD50）或半数致死浓度（LC50）。,第五节 污染物质的毒性,第五节 污染物质的毒性,慢性毒作用以阈剂量（浓度）或最高允许剂量（浓度）来表示。阈剂量是指在长期暴露毒物下，会引起机体受损害的最低剂量（浓度）。最高允许剂量（浓度）长期暴露在毒物下，不引起机体受损害的最高剂量（浓度）。阈剂量（浓度）或最高允许剂量（浓度）越小，毒性越大。,第五节 污染物质的毒性,三、毒物的联合作用 两种或两种以上的毒物，同时作用于机体所产生的综合毒性称为毒物的联合作用。毒物联合作用通常分为四类：,1. 协同作用： 指联合作用的毒性，大于其中各个毒物成分单独作用毒性的总和。 2. 相加作用 指联合作用的毒性，等于其中各毒物成分单独作用毒性的总和，即其中各毒物成分之间均可按比例取代另一毒物成分，而混合物毒性均无改变。,3. 独立作用即独立作用的毒性低于相加作用，但高于其中单项毒物的毒性。4. 拮抗作用 指联合作用的毒性，小于其中各毒物成分单独作用毒性的总和。,第五节 污染物质的毒性,四、毒作用的过程 自机体暴露于某一毒物至其出现毒性，一般要经过以下三个过程： 过程1，毒物被机体吸收进入体液后，经分布、代谢转化，并有某一程度的排泄。 过程2，毒物或活性代谢产物与其受体进行原发反应，使受体改性，随后引起生物化学效应。 过程3，接着引起一系列病理生理的继发反应。出现在整体条件下可观察到的毒作用的生理和(或)行为的反应，即致毒症状。,第五节 污染物质的毒性,五、毒作用的生物化学机制1酶活性的抑制 酶在构成机体生命基础的生化过程中起着重大的作用。毒物进入机体后，一方面在酶催化下进行代谢转化；另一方面也可干扰酶的正常作用，包括酶的活性、数量等，从而有可能导致机体的损害。在干扰酶的作用中最常见的是对酶活性的抑制。 三种方式： 其一是有些有机化合物与酶的共价结合。 其二是有些重金属离子与含巯基的酶强烈结合。 其三是某些金属取代金属酶中的不同金属。,第五节 污染物质的毒性,2致突变作用 致突变作用是指生物细胞内DNA改变，引起的遗传特性突变的作用。这一突变可以传至后代。 具有致突变作用的污染物质称为致突变物。 致突变作用分为基因突变和染色体突变两类。,第五节 污染物质的毒性,基因突变 基因突变是指DNA中碱基对的排列顺序发生改变。它包含碱基对的转换、颠换、插入和缺失四种类型。 染色体畸变 细胞内染色体是一种复杂的核蛋白结构，主要成分是DNA。在染色体上排列着很多基因。若其改变只限于基因范围，就是上述的基因突变。而若涉及整个染色体，呈现染色体结构成数目的改变，则称为染色体畸变。,第五节 污染物质的毒性,3致癌作用 致癌是体细胞不受控制的生长。能在动物和人体中引起致癌的物质称为致癌物。致癌物根据性质可分为化学(性)致癌物、物理性致癌物(如x射线、放射性核素氡)和生物性致癌物(如某些致癌病毒)。,第五节 污染物质的毒性,化学致癌物的分类方法很多。按照对人和动物致癌作用的不同，可分为确证致癌物、可疑致癌物和潜在致癌物。 确证致癌物是经人群流行病调查和动物实验均已确定有致癌作用的化学物质。 可疑致癌物是已确定对试验动物有致癌作用，而对人致癌性证据尚不充分的化学物质。 潜在致癌物是对试验动物致癌，但无任何资料表明对人有致癌作用的化学物质。,第五节 污染物质的毒性,化学致癌物根据作用机理，可分为遗传毒性致癌物和非遗传毒性致癌物。 遗传毒性致癌物细分为：直接致癌物和间接致癌物（前致癌物）。 非遗传毒性致癌物分为：促癌物、助致癌物和固体致癌物，,第五节 污染物质的毒性,化学致癌物的致癌机制非常复杂，仍在研讨之中。关于遗传毒性致癌物的致癌机制，一般认为有两个阶段： 第一是引发阶段，即致癌物与DNA反应，引起基因突变，导致遗传密码改变。 第二是促长阶段，主要