环境和有毒物质

关于环境和有毒物质环境的基本概念、主要特点与分类有毒物质的基本概念、主要特点与分类有毒物质的结构、性质与效应的基本原理主要内容第2页,共86页，2024年2月25日，星期天

《中华人民共和国环境保护法》把环境定义为：“影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然保护区、风景名胜、城市和乡村等。”

第3页,共86页，2024年2月25日，星期天环境:

指某一特定生物体或生物群体外围的空间以及各种生物的和非生物的因素分类人类环境生物环境环境主体环境性质自然环境半自然环境社会环境宇宙环境地球环境

区域环境

微环境

内环境

分子环境环境范围第4页,共86页，2024年2月25日，星期天环境污染环境因子

指特定生物体之外围所有的生物因子和非生物因子当物理、化学和生物因素进入大气、水、土壤环境,而且其数量、浓度和持续时间超过了环境的自净能力,以致影响生态平衡和人体健康,此时的环境状态即被称为环境污染第5页,共86页，2024年2月25日，星期天

生态因子环境中对生物生长、发育、生殖、行为及分布有直接或间接影响的环境要素分类非生物因子生物因子气候因子土壤因子地形因子植物因子动物因子人为因子第6页,共86页，2024年2月25日，星期天生态因子作用特征直接和间接作用主导因子作用阶段性作用限制性作用综合作用不可替代和补偿作用第7页,共86页，2024年2月25日，星期天环境的功能特性

整体性

有限性

不可逆性

隐显性

持续反应性

灾害放大性第8页,共86页，2024年2月25日，星期天环境效应

自然过程或人类的生产和生活活动会对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能发生变化，称为环境效应。第9页,共86页，2024年2月25日，星期天环境物理效应由物理作用引起的环境效应，比如噪声、地面沉降、热岛效应、温室效应等。

环境化学效应在各种环境因素影响下，物质间发生化学反应产生的环境效应，如酸雨、湖泊和土壤的酸化、臭氧层破坏、光化学烟雾、地下水污染。

环境生物效应环境因素变化导致生态系统变异而产生的后果。如大型水利工程可能破坏水生生物的回游途径并影响它们的繁殖、大量工业废水排放对水生生物的毒性效应。按环境变化的性质划分，可分为

环境污染物对生物体的性质和强度通常是生物体、化学物及环境条件三者相互作用的结果第10页,共86页，2024年2月25日，星期天生物种、种群与群落生物种：形态相似的个体的集合概念种群：在一定空间中同种个体的组合，是物种在自然界存在的基本单位群落：在特定空间内，由一定的生物种类组成的具有一定的外貌和形态结构与营养结构，并具有特定功能的生物集合体。是生态系统的结构单元第11页,共86页，2024年2月25日，星期天生态系统定义在一定空间中栖居的所有的生物与环境之间所形成的不断进行物质循环和能量流动的统一整体组成非生物环境生产者消费者分解者结构形态结构营养结构第12页,共86页，2024年2月25日，星期天食物链：在生态系统中由食性关系所建立的各种生物之间的营养联系，所形成一系列营养者与消费者之间连锁的关系食物网：由多条食物链连接所形成的复杂食物网第13页,共86页，2024年2月25日，星期天生态系统基本功能生物生产能量流动物质循环信息传递生态系统基本特征功能性区域性开放性动态性稳定性生态平衡分类NP=GP-R第14页,共86页，2024年2月25日，星期天有毒物质的基本概念、主要特点与分类第15页,共86页，2024年2月25日，星期天毒物：指在一定条件下,以较小剂量就能引起生物机体功能性或器质性损伤的化学物质。Toxin,poison,toxicant,venom,xenobiotic的区别？第16页,共86页，2024年2月25日，星期天

器质性病变

:在疾病过程中出现的脏器或组织的病理形态学变化。包括肉眼可观察到的病理形态学改变、光学显微镜下见到的组织学病变以及电子显微镜下所见到的亚细胞病变等。器质性病变多伴有所累及组织或器官的功能改变，如肝硬变常伴有肝功能障碍。但有一些器质构病变因种种原因（如早期、机体代偿等）而无明显的功能障碍，如血管瘤、皮肤脂肪瘤等。第17页,共86页，2024年2月25日，星期天毒物暴露：所涉及的环境毒物的数量或浓度以及与处于风险中的生物机体相互作用时间的函数生物毒性：生物体由于毒物的作用在毒理学上产生不良症状的程度或状况,是毒理学的一个基本概念生态毒性：生物系统由于污染物质的作用产生不良效应的程度,是生态效应的一种表现形式毒性：指能引起机体损害的性质和能力第18页,共86页，2024年2月25日，星期天中毒：机体受到某种化学物质的作用而引起功能性的病变不良效应：随着对环境毒物或潜在有毒物质的暴露而产生异常的令人不快的或有害的生物学变化（中毒,死亡）危险度：在一定暴露条件下引起机体某种不良效应发生的概率,或指某种物质在具体的接触条件下,对机体造成损害可能性的定量估计第19页,共86页，2024年2月25日，星期天生物毒性分类急性毒性：在极短的时间内(<24h)毒性突然发作,中毒症状也立即显示慢性毒性：毒物导致生物机体病症持续时间很长而且连续不可逆毒性:个体停止接触污染物后,其毒性作用继续存在损伤甚至进一步加重可逆毒性:个体停止接触污染物后,其毒性作用可逐渐消退第20页,共86页，2024年2月25日，星期天延时毒性：生物体或生态系统中产生毒性需要很长的时间甚至在环境毒物暴露若干年后才出现症状即时毒性：当暴露于环境毒物后,不良效应和症状在几分钟甚至几秒内迅速出现生物毒性分类系统毒性：不良效应扩散至远离环境毒物开始暴露的位点局部毒性：中毒症状仅局限于环境毒物开始暴露的位点第21页,共86页，2024年2月25日，星期天剂量:指环境毒物被用于生物机体而能发挥一定作用的分量第22页,共86页，2024年2月25日，星期天无损害作用：指毒物所引起的生物学变化是可逆的,当停止暴露后,不能检测出生物个体维持体内稳定能力的降低,也不能使生物体对其他环境因素不利影响的易感性增强。致死剂量：指经过短暂高强度的暴露后所导致的死亡（绝对致死剂量、非致死剂量、半数致死剂量、最小致死剂量、最大耐受剂量）个体有效剂量(IED)：杀死某个体所需的最小剂量或浓度,IED是该个体的特有属性第23页,共86页，2024年2月25日，星期天最大允许浓度：指慢性毒性实验中环境毒物对受试对象无影响的最高浓度和有影响的最低浓度之间的阈浓度无作用浓度：指在一定时间内,生态系统中暴露于环境毒物的生物种群没有产生不良反应时的该污染物的浓度范围,或指受试生物能够保持良好状态的环境毒物的浓度范围第24页,共86页，2024年2月25日，星期天临界浓度范围：指生物毒性测试中,某一环境毒物导致受试生物在48h全部成活的最高浓度和24h全部死亡的最低浓度之间的范围临界浓度：指毒性实验中观察到的第一个不良反应时污染物的浓度第25页,共86页，2024年2月25日，星期天半数致死剂量:指在设定的实验条件下,当单一污染物暴露于一个种群的生物,导致其50%的死亡率出现时,在统计学上推导所得的期望剂量（LD50）第26页,共86页，2024年2月25日，星期天半效应浓度:指在实验系统中或在某一生态系统中50%的实验生物或生物种群表现出可观察到的有效反应或不良效应时污染物的剂量（ED50）半数致死浓度:与半数致死剂量相对应的概念有时替代后者.在定量水平上,它指在生物急性毒性实验中,使受试生物半数的毒物浓度（LC50）第27页,共86页，2024年2月25日，星期天第28页,共86页，2024年2月25日，星期天第29页,共86页，2024年2月25日，星期天环境因素影响毒物效应的因素物理因素社会心理气候条件光照时间温度气压活动时间生长密度心理压力季节和昼夜节律第30页,共86页，2024年2月25日，星期天生物因素物种性别年龄健康状况敏感度构造吸收代谢能力分布\排泄作用内分泌状态生殖角色与行为成熟度器官功能退化疾病\病菌的感染等对幼年个体的发育毒性第31页,共86页，2024年2月25日，星期天毒物自身因素交互作用物理特性化学特性接触方式剂量拮抗作用相加作用协同作用溶解性状态蒸气压等结构式化学反应性腐蚀性pHKow极性等吸入食入皮肤接触注射剂量决定毒性第32页,共86页，2024年2月25日，星期天因毒性只是个相对概念,其LD50值与生物种类、环境条件均有关。不同的应用目标,毒性分级也不同第33页,共86页，2024年2月25日，星期天蓄积毒性作用:环境污染物毒性作用累积增大的现象物质蓄积功能蓄积慢性和亚慢性毒性评估环境污染毒性作用的指标之一第34页,共86页，2024年2月25日，星期天损伤蓄积作用:由于低浓度污染物反复不断对靶器官或靶细胞产生毒性效应,随着时间延长损伤程度加剧直至出现中毒症状毒物蓄积作用:某种污染物不能及时被个体排除,或吸收速率大于排除速率,使其不断积累,由低浓度蓄积成具毒性效应的高剂量,导致出现中毒症状生物富集效应蓄积毒性作用包括损伤蓄积作用和毒物蓄积作用物质蓄积功能蓄积第35页,共86页，2024年2月25日，星期天生物富集效应(bioaccumulation):污染物从环境中包括水、空气和固相物质等所有来源,向生物体内,或者在某些情况下在生物体表的净积累第36页,共86页，2024年2月25日，星期天生物浓缩(bioconcentration)污染物从水中,向生物体内,或者在某些情况下在生物体表的净积累第37页,共86页，2024年2月25日，星期天生物富集系数(bioconcentration/bioaccumulationfactorBCF/BAF）（biota-sedimentaccumulationfactor）BSAF平衡态时生物个体中积累的环境污染物的浓度Ct与其溶解在环境中的平均浓度的比值Ce第38页,共86页，2024年2月25日，星期天有毒物质的结构与性质、效应的基本原理第39页,共86页，2024年2月25日，星期天主要的环境毒物金属与类金属

铝砷镉铬铜铅汞镍硒锌有机化合物物氯代烃、多环芳烃、二恶英第40页,共86页，2024年2月25日，星期天有机化合物PAHPCBPBBCFCTCPPCPCHCL3(POPs)

二垩英有机磷杀虫剂芳香族除草剂第41页,共86页，2024年2月25日，星期天致癌致畸致突变环境激素效应第42页,共86页，2024年2月25日，星期天有毒物质的结构与性质、效应的基本原理第43页,共86页，2024年2月25日，星期天★

环境毒物的剂量-效应关系原理★环境毒物的结构-活性相关原理★毒物作用的多层次效应原理★毒物生态动力学原理★环境毒物的生态适应性原理★复合污染物的联合效应理论第44页,共86页，2024年2月25日，星期天★环境毒物的剂量-效应关系原理剂量内剂量：指环境毒物及其代谢产物在生物体作用部位的浓度或剂量外剂量：指环境毒物暴露或者给予的剂量效应生物体所发生的生物学改变质效应：在程度上无明显差别但效应性质不同量效应：具有程度上差别的各种生物学效应定量定性第45页,共86页，2024年2月25日，星期天剂量-效应关系定量个体剂量-效应关系定性群体剂量-效应关系第46页,共86页，2024年2月25日，星期天剂量-效应关系的理论依据2.反应的数量维度直接与剂量维度有关1.观察到的反应应该完全来自目标污染物的作用3.正确观察与测定实验生物对毒物或污染物反应是可能的第47页,共86页，2024年2月25日，星期天剂量-效应曲线及类型第48页,共86页，2024年2月25日，星期天第49页,共86页，2024年2月25日，星期天剂量-效应曲线及类型第50页,共86页，2024年2月25日，星期天第51页,共86页，2024年2月25日，星期天第52页,共86页，2024年2月25日，星期天生命必需物质的剂量-反应关系第53页,共86页，2024年2月25日，星期天★环境毒物的结构-活性相关原理化学结构功能团与毒性的关系光学异构与毒性的关系结构-活性的相关性环境毒物的定量结构-活性相关性第54页,共86页，2024年2月25日，星期天各种环境毒物的毒性与其结构具有密切的关系，在一定的条件下，环境毒物的化学结构决定毒物在机体内可能参与和干扰的生理生化过程，对毒物毒性大小和作用特点具很大的影响1854年，俄国毒理学家Polikan最先对物质的化学结构与其生物活性之间的关系进行研究第55页,共86页，2024年2月25日，星期天有机毒物不同的功能团羟基、烃基、巯基、胺基、羧基芳香族引入羟基后，毒性因极性增强而增加，羟基越多，毒性越大，多羟基芳香族环境毒物的生物毒性很大化学结构功能团与毒性的关系第56页,共86页，2024年2月25日，星期天环境毒物含有烃基结构，脂溶性较高，渗透力增强，毒性增大。烃基结构可增加分子空间位阻，影响毒性和其在环境中的持久性第57页,共86页，2024年2月25日，星期天巯基易与金属离子生成巯醇盐，脂溶性增高，渗透力增强，比醇更易于渗入生物组织而产生毒害效应。最易与带双键的化合物进行加成作用，因此其具很高的生物活性第58页,共86页，2024年2月25日，星期天胺基具有碱性易与核酸或蛋白质的酸性基团起反应，极易与体内的酶发生作用。脂溶性增高，渗透力增强，胺基在生物体内可形成NH4+，易与生物组织中带负电荷的部位作用，干扰体内代谢不同胺基的毒性大小伯胺>仲胺>叔胺第59页,共86页，2024年2月25日，星期天羧基与磺酸基被脂化后，电离度降低，脂溶性增高，吸收力增强，生物毒性增高酶对光学异构体具有明显的特异性光学异构与毒性的关系第60页,共86页，2024年2月25日，星期天光学异构体具有明显的毒性差异，通常，左旋异构体对生物机体的作用较大，右旋体往往无作用。结构-活性的相关性（SAR）第61页,共86页，2024年2月25日，星期天环境毒物的结构不仅指化学上的结构本身，其物理化学特性、量子化学特性和立体化学特性都应被考虑。环境毒物的水溶性越大，毒性会增强环境毒物的脂溶性越大，毒性也会变大环境毒物的带电性也影响毒性变化第62页,共86页，2024年2月25日，星期天反映污染物数量、不同性质和生态效应以及不同降解途径的降解能力等各种各样的参数和信息的定量描述环境毒物的定量结构-活性相关第63页,共86页，2024年2月25日，星期天定量结构-活性相关原理主要研究即将进入环境的新型化合物对生态系统与人体健康所构成的生态效应与其分子化学结构之间的因果关系和量变规律第64页,共86页，2024年2月25日，星期天定量结构-活性相关原理假定:每种混合物的亚结构都对其性质有特殊的影响因此相似化合物(具有相同的官能团)对于靶生物体或受体具相似的作用方式，常用一元或多元回归将一个或多个代表结构的物化参数与被研究的化学物质特性联系起来目前QSAR方法已经用于检测新的工业、制药和农业上的化学物质第65页,共86页，2024年2月25日，星期天第66页,共86页，2024年2月25日，星期天毒物作用的多层次效应原理第67页,共86页，2024年2月25日，星期天第68页,共86页，2024年2月25日，星期天第69页,共86页，2024年2月25日，星期天毒物生态动力学原理第70页,共86页，2024年2月25日，星期天第71页,共86页，2024年2月25日，星期天毒物与受体位置的相互反应与毒性效应的系列诱导，被称为毒物动力学作用。第72页,共86页，2024年2月25日，星期天毒物化学动力学阶段的反应，被称为毒物生物动力学阶段的反应，被称为分子、离子或胶体形式存在的毒物与特定受体的交互作用并产生毒性效应第73页,共86页，2024年2月25日，星期天环境毒物的生态适应性原理第74页,共86页，2024年2月25日，星期天回避反应抗性与耐性耐受指标与半数耐受限度第75页,共86页，2024年2月25日，星期天回避反应抗性与耐性生物体抵御环境导致不良效应的能力即为生物抗性包括天然的和获得性的；而生物体所具有的生理生化特性保护机制，以避免或减轻环境毒物危害的能力即耐性，又被称为生理学抗性耐受指标半数耐受限度第76页,共86页，2024年2月25日，星期天复合污染物的联合效应理论第77页,共86页，2024年2月25日，星期天复合污染物

污染物以各种混合形式暴露于水体、土壤、大气等各种环境介质中，发生交互作用，可对人体和环境带来威胁的污染物混合体毒物浓度组合关系的支配作用在单因子污染胁迫下，环境毒物对生物体的毒害效应，取决于其本身的理化性质，但暴露浓度水平的影响极为重要；在多元复合污染条件下，除污染物的理化性质本身的作用外，污染物的组合浓度起到了致关重要的作用第78页,共86页，2024年2月25日，星期天复合污染物的作用类型增强作用：一种在暴露浓度或剂量下本身无毒的化学物质，提高了混合物中另一种化学物质的毒性，就发生了

相加作用：指测出的混合物效应是预期的单个毒物效应的简单相加协同作用：指观