环境毒理学绪论

1、生生 态态 毒毒 理理 学学环境毒理学环境毒理学朱琳朱琳 主译，主译，高等教育出版社高等教育出版社，2007年年1月月生态毒理学生态毒理学周启星周启星 孔繁孔繁翔翔 朱琳朱琳 主编，主编，科学出版社科学出版社，2004年年9月月生态毒理学原理生态毒理学原理赵园赵园 王王太平太平 译，译，化学工业出版社化学工业出版社，2007年年1月月第一章第一章 绪论绪论一、毒物与毒理学一、毒物与毒理学1. 毒物毒物“Everything is a poison it is only the dose that makes it not a poison.”（Paracelsus，瑞士，瑞士，14931541

2、）v Toxin：毒素，生物产生：毒素，生物产生 （venom: 毒液）毒液）v Poison：毒药，人工合成药物，有目的性：毒药，人工合成药物，有目的性v Toxicant：有毒物质，广义，不一定有目的性：有毒物质，广义，不一定有目的性v Xenobiotics：异生质，外源物，非自然界产生：异生质，外源物，非自然界产生pollutant, chemicals, contaminant, tainted matter, toxic substance第一章第一章 绪论绪论一、毒物与毒理学一、毒物与毒理学v 剂量：实际进入到生物体内的量。剂量：实际进入到生物体内的量。单位：单位：mg/kg体重

3、，有时也用体重，有时也用mg/L（体液的体积，（体液的体积，如血液）如血液）v 浓度：暴露环境中的量。浓度：暴露环境中的量。单位：单位：mg/L、mg/m3（水或空气的体积），（水或空气的体积），mg/kg（固体介质的重量，如土壤）（固体介质的重量，如土壤）第一章第一章 绪论绪论一些潜在有害物质的急性半致死剂量（一些潜在有害物质的急性半致死剂量（LD50） 化学物质化学物质作用目标作用目标/生物生物LD50（mg/kg体重，口服）体重，口服）硫酸钠锆硫酸钠锆大鼠大鼠10000乙醇乙醇人人7000氯化钠氯化钠人人3000硝酸锆硝酸锆大鼠大鼠2500硫酸铜硫酸铜人人1500酒石酸锑酒石酸锑大鼠大鼠

4、800钼酸铵钼酸铵大鼠大鼠680酒石酸锑酒石酸锑兔兔115DDT人人100尼古丁尼古丁人人60硫酸铊硫酸铊大鼠大鼠25硒酸钠硒酸钠兔兔3.5海豚毒素海豚毒素人人0.02二二噁噁英英人人0.02第一章第一章 绪论绪论毒物分类通常采用的一些方法毒物分类通常采用的一些方法 分类分类范畴范畴物理状态物理状态气体、液体、固体、尘气体、液体、固体、尘用途用途农药、溶剂、添加剂农药、溶剂、添加剂化学结构化学结构芳香胺类、脂肪族类、乙二醇芳香胺类、脂肪族类、乙二醇一般作用一般作用大气污染物、慢性毒物、工业毒品大气污染物、慢性毒物、工业毒品效应效应致癌物质、致突变物质、致畸物质致癌物质、致突变物质、致畸物质目标

5、器官目标器官神经毒素、肝毒素、肾毒素神经毒素、肝毒素、肾毒素作用机制作用机制刺激剂、抑制剂、阻碍剂刺激剂、抑制剂、阻碍剂毒作用潜力毒作用潜力轻度毒性物质、中度毒性物质、超毒性物质轻度毒性物质、中度毒性物质、超毒性物质标签需要标签需要氧化剂、酸、爆炸物质氧化剂、酸、爆炸物质一般分类一般分类塑料、有机化学品、重金属塑料、有机化学品、重金属第一章第一章 绪论绪论2. 毒理学及其发展毒理学及其发展2.1 古代毒理学古代毒理学打猎、医药、中毒、解毒、炼丹术打猎、医药、中毒、解毒、炼丹术2.2 现代毒理学现代毒理学1713：Bernadino Ramazzini（意大利医生）的经典（意大利医生）的经典作品

6、作品工人的疾病工人的疾病系统阐述了职业暴露风险许多系统阐述了职业暴露风险许多方面的问题。方面的问题。 1815：Mattien Orfila（西班牙医生），他探讨了许（西班牙医生），他探讨了许多今天仍然被认为是较为准确无误的毒理学问题，多今天仍然被认为是较为准确无误的毒理学问题，包括体内存在的化学品与观测到的中毒症状之间的包括体内存在的化学品与观测到的中毒症状之间的关系，以及这些化学品从体内排除的机制。关系，以及这些化学品从体内排除的机制。 第一章第一章 绪论绪论19世纪上半叶：生理学家世纪上半叶：生理学家Claude Bernard开创了利开创了利用动物受控实验来探索毒作用过程的实验室研究方

7、用动物受控实验来探索毒作用过程的实验室研究方法。法。1924年，年，Carperter的几篇论文第一次揭示了酸矿废的几篇论文第一次揭示了酸矿废水中微量金属对鱼的影响。水中微量金属对鱼的影响。1944年，年，Anderson建立了以甲壳纲动物大型蚤做为建立了以甲壳纲动物大型蚤做为标准试验生物的方法。标准试验生物的方法。1951年，年，Doudoroff和他的同事建立了用鱼做毒性标和他的同事建立了用鱼做毒性标准测试的方法。准测试的方法。 第一章第一章 绪论绪论二、环境毒物与生态毒理效应二、环境毒物与生态毒理效应1. 环境污染与环境毒物环境污染与环境毒物 1.1 大气污染：酸性气体、有机毒物、次生污

8、大气污染：酸性气体、有机毒物、次生污染物染物 1.2 水体污染：重金属、农药、有机废物、石水体污染：重金属、农药、有机废物、石油、放射性物质、生物性物质、无机毒物油、放射性物质、生物性物质、无机毒物（N、P） 1.3 土壤污染：重金属、石油烃、痕量有机毒土壤污染：重金属、石油烃、痕量有机毒物、化工产品、富营养废弃物、放射性核物、化工产品、富营养废弃物、放射性核素、致病生物素、致病生物第一章第一章 绪论绪论2. 生态毒理效应生态毒理效应 2.1 大气污染：植物、陆生动物；土壤微生物、水生大气污染：植物、陆生动物；土壤微生物、水生生物生物 2.2 水体污染：直接毒害、间接危害（富营养化、水体污染：

9、直接毒害、间接危害（富营养化、pH、缺氧）、缺氧） 2.3 土壤污染：直接、间接（土壤特性、生态结构）土壤污染：直接、间接（土壤特性、生态结构）3. 人体健康影响人体健康影响 3.1 呼吸、皮肤接触呼吸、皮肤接触 3.2 饮水饮水 3.3 饮食、食物链转移饮食、食物链转移几种污染物的人体健康效应几种污染物的人体健康效应 污染物污染物 人体健康效应人体健康效应铅铅不育，流产，死产，神经错乱，神经衰弱，腹部不适，便泌、贫血，记忆力低下不育，流产，死产，神经错乱，神经衰弱，腹部不适，便泌、贫血，记忆力低下砷砷呼吸道皮癌；淋巴瘤；白血病；皮肤癌；肝血管瘤呼吸道皮癌；淋巴瘤；白血病；皮肤癌；肝血管瘤镉镉

10、呼吸道皮癌；前列腺癌呼吸道皮癌；前列腺癌H2S恶臭难闻，恶心、呕吐，影响人体呼吸、血液循环、内分泌、消化和神经系统，昏迷，中毒恶臭难闻，恶心、呕吐，影响人体呼吸、血液循环、内分泌、消化和神经系统，昏迷，中毒死亡死亡NOx闻到有异味，支气管炎、气管炎，肺水肿、肺气肿，呼吸困难，直至死亡闻到有异味，支气管炎、气管炎，肺水肿、肺气肿，呼吸困难，直至死亡SO2视程减少，流泪，眼睛有炎症。闻到有异味，胸闷，呼吸道有炎症，呼吸困难，肺水肿，迅视程减少，流泪，眼睛有炎症。闻到有异味，胸闷，呼吸道有炎症，呼吸困难，肺水肿，迅速窒息死亡速窒息死亡粉粉 尘尘伤害眼睛，视程减少，慢性气管炎、幼儿气喘病和尘肺，死亡率

11、增加，能见度降低，交通事伤害眼睛，视程减少，慢性气管炎、幼儿气喘病和尘肺，死亡率增加，能见度降低，交通事故增多故增多光化学烟雾光化学烟雾眼睛红痛，视力减弱，头疼、胸痛、全身疼痛，麻痹，肺水肿，严重的在眼睛红痛，视力减弱，头疼、胸痛、全身疼痛，麻痹，肺水肿，严重的在1小时内死亡小时内死亡CmHn皮肤和肝脏损害，致癌死亡皮肤和肝脏损害，致癌死亡CO头晕、头疼，贫血、心肌损伤，中枢神经麻痹、呼吸困难，严重的在头晕、头疼，贫血、心肌损伤，中枢神经麻痹、呼吸困难，严重的在1小时内死亡小时内死亡氟和氟化氢氟和氟化氢强烈刺激眼睛、鼻腔和呼吸道，引起气管炎，肺水肿、氟骨症和斑釉齿，强烈刺激眼睛、鼻腔和呼吸道，

12、引起气管炎，肺水肿、氟骨症和斑釉齿，Cl2和和HCl刺激眼睛、上呼吸道，严重时引起中毒性肺水肿刺激眼睛、上呼吸道，严重时引起中毒性肺水肿铬铬皮肤病；消化道或呼吸道皮癌皮肤病；消化道或呼吸道皮癌苯苯对血造成不良影响，白血病对血造成不良影响，白血病二溴氯丙烷二溴氯丙烷精子数量减少，不育症精子数量减少，不育症氯乙烯氯乙烯血管肉瘤，肝癌血管肉瘤，肝癌石棉石棉肺癌肺癌多氯联苯多氯联苯氯痤疮氯痤疮三、生态毒理学的基本框架三、生态毒理学的基本框架v1. 基本框架基本框架生态生态毒理学毒理学个 体 生 态 毒个 体 生 态 毒性为中心性为中心人体健康核心人体健康核心论论生态健康核心生态健康核心论论系 统 生

13、态 毒系 统 生 态 毒性为重点性为重点?三、生态毒理学的基本框架三、生态毒理学的基本框架v2. 基本内涵基本内涵v（1）认为生态毒理学不仅应该包括人体健康效应认为生态毒理学不仅应该包括人体健康效应的研究，即探讨各种环境毒物是如何影响人体健康的研究，即探讨各种环境毒物是如何影响人体健康的，并关注其中机理的探索的，并关注其中机理的探索，并且强调了解环境毒，并且强调了解环境毒物对植物、动物和微生物的影响和机理，其本质是物对植物、动物和微生物的影响和机理，其本质是为了更好地理解环境毒物对人体健康和人类可持续为了更好地理解环境毒物对人体健康和人类可持续发展的影响，即所谓人体健康核心论；发展的影响，即所

14、谓人体健康核心论；v（2）认为生态毒理学一般是指关于环境毒物对生）认为生态毒理学一般是指关于环境毒物对生态受体的影响及其机理的研究，完全反对涉及人体态受体的影响及其机理的研究，完全反对涉及人体健康效应问题的探讨，把环境毒物对人体作用特点健康效应问题的探讨，把环境毒物对人体作用特点的研究以及其临床表现、病变转归、诊断指标和治的研究以及其临床表现、病变转归、诊断指标和治疗效果的观察，都归为环境医学的研究内容；疗效果的观察，都归为环境医学的研究内容；三、生态毒理学的基本框架三、生态毒理学的基本框架v（3）着重对污染条件下生物个体的不良反应）着重对污染条件下生物个体的不良反应及其动力学进行观察和研究；

15、及其动力学进行观察和研究；v（4）由于生态学研究的实质是环境与生物相）由于生态学研究的实质是环境与生物相互关系的阐述，强调生态毒理学应该着重研互关系的阐述，强调生态毒理学应该着重研究毒物对生态系统的影响，而不应看重对单究毒物对生态系统的影响，而不应看重对单个生物个体健康的影响。个生物个体健康的影响。三、生态毒理学的基本框架三、生态毒理学的基本框架v3. 学科定义学科定义生态毒理学是研究有毒、有害物质以及各种不良生态因子对生生态毒理学是研究有毒、有害物质以及各种不良生态因子对生命系统产生毒性效应以及生命系统反馈解毒与适应进化及其命系统产生毒性效应以及生命系统反馈解毒与适应进化及其机理与调控的一门

16、综合性科学机理与调控的一门综合性科学。可见，生态毒理学主要研究已知或可疑有害物质特别是环境中可见，生态毒理学主要研究已知或可疑有害物质特别是环境中的污染物质对生态系统产生的影响和机理，包括对植物、动的污染物质对生态系统产生的影响和机理，包括对植物、动物和微生物个体健康、种群或群落以及生态系统可持续发展物和微生物个体健康、种群或群落以及生态系统可持续发展构成的危害作用及其微观机理。构成的危害作用及其微观机理。以上关于生态毒理学的学科定义与内涵，一是强调污染环境与以上关于生态毒理学的学科定义与内涵，一是强调污染环境与生命系统的生命系统的相互作用相互作用关系，二是围绕关系，二是围绕生态系统生态系统水

17、平上的毒理水平上的毒理效应开展研究，三是重视效应开展研究，三是重视分子分子水平上的生态毒理过程的探索。水平上的生态毒理过程的探索。 三、生态毒理学的基本框架三、生态毒理学的基本框架v4. 生态毒理学的形成与发展生态毒理学的形成与发展许多环境毒理学家和生态毒理学家的书都认为许多环境毒理学家和生态毒理学家的书都认为Rachel Carson的的寂静的春天寂静的春天（1962）是唤起公众对人造毒物给）是唤起公众对人造毒物给人类和环境所造成潜在危害的意识的里程碑。人类和环境所造成潜在危害的意识的里程碑。Ashby认为认为寂寂静的春天静的春天成为了成为了“公众意识的发动机公众意识的发动机”，这不仅仅对过

18、去，这不仅仅对过去，而且对现在仍然有意义。正如而且对现在仍然有意义。正如Rodricks（1992）所说的那样，）所说的那样，寂静的春天寂静的春天“使现代社会对环境中的化学物与其他物质的使现代社会对环境中的化学物与其他物质的综合作用感到害怕，同时也成全了毒理学的新发展综合作用感到害怕，同时也成全了毒理学的新发展”。有一点。有一点是肯定的，那就是扎实的学术研究及相关对环境中毒物研究和是肯定的，那就是扎实的学术研究及相关对环境中毒物研究和寂静的春天寂静的春天发表是同步的。发表是同步的。三、生态毒理学的基本框架三、生态毒理学的基本框架1969年年Truhaut开创了生态毒理学。生态毒理学将开创了生态

19、毒理学。生态毒理学将毒理学研究从个体层次提升到群体层次，着重研究化毒理学研究从个体层次提升到群体层次，着重研究化学品和放射物对生物的毒效应。学品和放射物对生物的毒效应。Truhaut对生态毒理对生态毒理学的定义是学的定义是“毒理学的分支学科，着重研究自然的和毒理学的分支学科，着重研究自然的和人造的污染物对动物（包括人）、植物、微生物的整人造的污染物对动物（包括人）、植物、微生物的整个生态系统的毒效应。个生态系统的毒效应。” 三、生态毒理学的基本框架三、生态毒理学的基本框架vButler（1978）引用）引用Truhaut（1975）关于生态毒）关于生态毒理学与经典毒理学区别的观点。认为在生态毒

20、理学领理学与经典毒理学区别的观点。认为在生态毒理学领域，环境污染物最终效应的评估必须涉及下列域，环境污染物最终效应的评估必须涉及下列4个方个方面：面：1. 被释放到环境中；被释放到环境中；2. 无论有无化学形态改变都进入生物体；无论有无化学形态改变都进入生物体；3. 暴露于一个或多个靶器官；暴露于一个或多个靶器官；4. 发生个体、种群、群落的反应。发生个体、种群、群落的反应。 三、生态毒理学的基本框架三、生态毒理学的基本框架5. 生态毒理学的分支学科生态毒理学的分支学科生态生态毒理学毒理学 植物生态毒理学植物生态毒理学 动物生态毒理学动物生态毒理学 微生物生态毒理学微生物生态毒理学 分子生态毒

21、理学分子生态毒理学 大气生态毒理学大气生态毒理学 水生生态毒理学水生生态毒理学 陆生生态毒理学陆生生态毒理学 理论生态毒理学理论生态毒理学 实验生态毒理学实验生态毒理学 应用生态毒理学应用生态毒理学 工业生态毒理学工业生态毒理学 农业生态毒理学农业生态毒理学 矿区生态毒理学矿区生态毒理学 城镇生态毒理学城镇生态毒理学三、生态毒理学的基本框架三、生态毒理学的基本框架6. 相关学科相关学科v 环境毒理学环境毒理学：利用毒理学方法，研究环境污染物对人体健康利用毒理学方法，研究环境污染物对人体健康的影响及其机理的学科。它是环境医学的一个组成部分，也是的影响及其机理的学科。它是环境医学的一个组成部分，也

22、是毒理学的一个分支。毒理学的一个分支。 环境毒理学主要研究环境污染物及其在环境中的降解和转化环境毒理学主要研究环境污染物及其在环境中的降解和转化产物在体内的吸收、分布、排泄等生物转运过程和代谢转化等产物在体内的吸收、分布、排泄等生物转运过程和代谢转化等生物转化过程，阐明环境污染物对人体毒作用的发生、发展和生物转化过程，阐明环境污染物对人体毒作用的发生、发展和消除的各种条件和机理。相应地，这一学科的主要任务包括：消除的各种条件和机理。相应地，这一学科的主要任务包括：研究环境污染物及其在环境中的降解和转化产物对机体造成研究环境污染物及其在环境中的降解和转化产物对机体造成的损害和作用机理；探索环境污

23、染物对人体健康损害的早期的损害和作用机理；探索环境污染物对人体健康损害的早期观察指标，即用最灵敏的探测手段，找出环境污染物作用于机观察指标，即用最灵敏的探测手段，找出环境污染物作用于机体后最初出现的生物学变化，以便及早发现并设法排除；定体后最初出现的生物学变化，以便及早发现并设法排除；定量评定有毒环境污染物对机体的影响，确定其剂量与效应或剂量评定有毒环境污染物对机体的影响，确定其剂量与效应或剂量反应关系，为制定环境卫生标准提供依据。量反应关系，为制定环境卫生标准提供依据。 三、生态毒理学的基本框架三、生态毒理学的基本框架6. 相关学科相关学科环境毒理学与生态毒理学的区别环境毒理学与生态毒理学的

24、区别区别点区别点环境毒理学环境毒理学生态毒理学生态毒理学主要研究内容主要研究内容对人体健康的影响对人体健康的影响对生态系统健康的胁迫对生态系统健康的胁迫实验方法实验方法基于动物实验的观察结果基于动物实验的观察结果进行推论或对病人进行实进行推论或对病人进行实验观察验观察直接采用相应的植物、动直接采用相应的植物、动物和微生物进行实验与观物和微生物进行实验与观测测主要任务主要任务阐明环境毒物对人体健康阐明环境毒物对人体健康的影响及其机理的影响及其机理揭示环境毒物对生态系统揭示环境毒物对生态系统及其不同组分的毒害效应及其不同组分的毒害效应及其机理及其机理学科归属学科归属医学医学生态学生态学三、生态毒理

25、学的基本框架三、生态毒理学的基本框架6. 相关学科相关学科v 毒理生态学毒理生态学：毒理生态学与生态毒理学都是生态学：毒理生态学与生态毒理学都是生态学与现代毒理学相互交叉和融合而形成的新兴边缘学科。与现代毒理学相互交叉和融合而形成的新兴边缘学科。顾名思义，前者派生于生态学，更多地采用生态学原顾名思义，前者派生于生态学，更多地采用生态学原理来研究、阐明环境毒物对生态系统及其组分的影响理来研究、阐明环境毒物对生态系统及其组分的影响及其机理，属于生态学的分支学科；后者则偏重于毒及其机理，属于生态学的分支学科；后者则偏重于毒理学问题的研究，应该偏向归为现代毒理学的范畴。理学问题的研究，应该偏向归为现代

26、毒理学的范畴。 四、生态（环境）毒理学的社会学领域四、生态（环境）毒理学的社会学领域1. 环境运动：环境运动：v 环境毒理学发展是伴随着社会和政治关注的。从这环境毒理学发展是伴随着社会和政治关注的。从这一点上看，社会和政治成为科学方法的补充，进而成一点上看，社会和政治成为科学方法的补充，进而成为其中的一部分，或者说社会和政治与是否与科学一为其中的一部分，或者说社会和政治与是否与科学一样客观是不重要的。从历史文献和政治运动主义中很样客观是不重要的。从历史文献和政治运动主义中很容易理解所谓的环境运动是深入于社会和政治活动中容易理解所谓的环境运动是深入于社会和政治活动中的。这一趋势从的。这一趋势从2

27、020世纪世纪6060年代中后期延续到现在，其年代中后期延续到现在，其目的是保护被人类活动破坏了的环境。目的是保护被人类活动破坏了的环境。 v 科学家和环境保护者间是可以互惠互利的。有证据科学家和环境保护者间是可以互惠互利的。有证据表明：一方面社会和政治的关注刺激了对环境问题的表明：一方面社会和政治的关注刺激了对环境问题的科学研究；另一方面，科学研究的成果推动了环境保科学研究；另一方面，科学研究的成果推动了环境保护事业的发展。护事业的发展。 四、生态（环境）毒理学的社会学领域四、生态（环境）毒理学的社会学领域2. 管理：管理：v 对环境退化的一般性认识始于对环境退化的一般性认识始于2020世纪

28、世纪6060年代，并在年代，并在7070年代得年代得到较快发展，环境问题受到公众的关注，很大程度源于环境运到较快发展，环境问题受到公众的关注，很大程度源于环境运动的成功，它作为一种破坏形式与人类的经济行为联系在了一动的成功，它作为一种破坏形式与人类的经济行为联系在了一起。起。（区域性管理）（区域性管理）v 到到2020世纪世纪8080年代，许多局部污染源和点源都已被发现并得到年代，许多局部污染源和点源都已被发现并得到控制。随着人们对污染成因和影响的深入理解，以及其带动的控制。随着人们对污染成因和影响的深入理解，以及其带动的工程和分析化学技术的提高，许多污染严重的点源向大气和水工程和分析化学技术的提高，许多污染严重的点源向大气和水体中的排放已经受到相关法规、法令和排污许可等的制约。体中的排放已经受到相关法规、法令和排污许可等的制约。（国家层面管理）（国家层面管理） v 在过去的二、三十年中，国与国之间缔结关于环境保护方面在过去的二、三十年中，国与国之间缔结关于环境保护方面的友好条约已经成为一种趋势。的友好条约已经成为一种趋势。（国际化管理）（国际化管理） 五、生态毒理学研究发展方向五、生态毒理学研究发展方向 （1）深入探讨多种环境毒物作用于机体或生态系统）深入探讨多种环境毒物作用于机体或生态系统的复合污染生态毒理效应及其机理，发展联合效应理的复合污染生态毒理效应及其机