環(huán)境化學(xué)生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性

1、第五章 生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性,重點掌握：污染物質(zhì)在生物體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)化過程及相互作用，涉及機體對污染物質(zhì)的吸收、分布、轉(zhuǎn)化、排泄等過程；掌握生物富集、放大和積累的概念；掌握毒物的毒性、聯(lián)合作用；了解毒物致突變、致癌及抑制酶活性等作用。,第一節(jié)物質(zhì)通過生物膜的方式,一、物質(zhì)通過生物膜的方式物質(zhì)通過生物膜的方式主要有五大類：1.膜孔濾過2.被動擴散3.被動易化擴散4.主動轉(zhuǎn)運5.胞飲和胞吞,,,生物膜的結(jié)構(gòu),第二節(jié)污

2、染物質(zhì)在機體內(nèi)的轉(zhuǎn)運,一、吸收 吸收是污染物質(zhì)從機體外通過各種途徑通透體膜進入血液的過程。 吸收途徑主要是機體的消化管、呼吸道和皮膚。,其中尤以消化管為主要，消化管的主要吸收部位是小腸和胃，主要通過被動擴散被消化管吸收，主動轉(zhuǎn)運較少，污染物濃度越高，小腸吸收越快，血液流速對機體對污染物的吸收有一定的影響。,呼吸道是吸收大氣污染的主要途徑，主要吸收部位是肺泡，氣態(tài)污染物通過被動擴散和濾過方式，分

3、別迅速進入肺泡和毛細管膜進入血液，固體顆粒吸入呼吸道后表面沉積。,皮膚吸收是接觸污染物質(zhì)通過被動擴散相繼通過皮膚的表皮及真皮，再濾過真皮中毛細血管壁膜進入血液。,第二節(jié)污染物質(zhì)在機體內(nèi)的轉(zhuǎn)運,二、分布 分布指污染物質(zhì)被吸收后或其代謝轉(zhuǎn)化物質(zhì)形成后，由血液轉(zhuǎn)送至機體各組織，與組織成分結(jié)合，從組織返回血液，再反復(fù)等過程。,三、排泄 排泄是污染物質(zhì)及其代謝物質(zhì)向機體外的轉(zhuǎn)運過程。主要排泄器官有腎、肝膽、腸、

4、肺、外分泌腺等，尤以腎和肝膽為主。,四、蓄積 蓄積指機體長期接觸某污染物，若吸收超過排泄及其代謝轉(zhuǎn)化，則會出現(xiàn)該污染物在體內(nèi)逐增的現(xiàn)象，稱為生物蓄積。,第三節(jié)污染物質(zhì)的生物富集、放大和積累,一、生物富集 生物富集是指生物通過非吞食方式，從周圍環(huán)境(水、土壤、大氣)蓄積某種元素或難降解的物質(zhì)，使其在機體內(nèi)濃度超過周圍環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。 生物富集用生物濃縮系數(shù)(BCF)表

5、示，即：BCF=cb/ce,第三節(jié)污染物質(zhì)的生物富集、放大和積累,有關(guān)影響因素： 在物質(zhì)性質(zhì)方面的主要影響因素是降解性、脂溶性和水溶性。一般，降解性小、脂溶性高、水溶性低的物質(zhì)，生物濃縮系數(shù)高；反之，則低。 在生物特征方面的影響因素有生物種類、大小、性別、器官、生物發(fā)育階段等。 在環(huán)境條件方面的影響因素包括溫度、鹽度、水硬度、pH值、氧含量和光照狀況等。,第三節(jié)污染物質(zhì)的生物富集、放大和積累,有機物質(zhì)在辛醇 —水兩相分配系

6、數(shù)的對數(shù)(lgKow)與其在水生生物體中濃縮系數(shù)的對數(shù)(lgBCF)之間有良好的線性正相關(guān)關(guān)系。其通式為：,,第三節(jié)污染物質(zhì)的生物富集、放大和積累,二、生物放大 生物放大是指在同一食物鏈上的高營養(yǎng)級生物，通過吞食低營養(yǎng)級生物蓄積某種元素或難降解物質(zhì)，使其在機體內(nèi)的濃度隨營養(yǎng)級數(shù)提高而增大的現(xiàn)象。生物放大的程度也用生物濃縮系數(shù)表示。,第三節(jié)污染物質(zhì)的生物富集、放大和積累,三、生物積累 生物放大或生物富集是屬于生物積累的一種情況。所

7、謂生物積累，就是生物從周圍環(huán)境(水、土壤、大氣)和食物鏈蓄積某種元素或難降解物質(zhì)，使其在機體中的濃度超過周圍環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。 生物積累也用生物濃縮系數(shù)表示。 生物積累的物質(zhì)濃度是生物放大和生物富集得到的濃度值和。,第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性,一、毒物 毒物是進入生物機體后能使體液和組織發(fā)生生物化學(xué)的變化，干擾或破壞機體的正常生理功能，并引起暫時性或持久性的病理損害，甚至危及生命的物質(zhì)。,根據(jù)作用性質(zhì)，毒物可分為刺激性

8、、腐蝕性、窒息性、致突變、致癌、致畸、致敏的毒物等。,,,第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性,二、毒物的毒性 影響毒物毒性的因素 ： 有毒物的化學(xué)結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)； 毒物所處的基體因素(如基體的組成、性質(zhì)等)； 機體暴露于毒物的狀況(如毒物劑量，濃度，機體暴露的持續(xù)時間、頻率、總時間、機體暴露的部位及途徑等)； 生物因素(如生物種屬差異、年齡、體重、性別、遺傳及免疫情況、營養(yǎng)及健康狀況等)； 生物所處的環(huán)境(如溫度、濕

9、度、氣壓、季節(jié)及晝夜節(jié)律的變化、光照、噪聲等)。,第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性,毒理學(xué)把毒物劑量（濃度）與引起個體生物學(xué)的變化，如腦電、心電、血象、免疫功能、酶活性等的變化稱為效應(yīng)； 把引起群體的變化，如腫瘤或其他損害的發(fā)生率、死亡率等變化成為反應(yīng)。,第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性,物劑量關(guān)系到毒物毒作用的快慢。根據(jù)劑量大小所引起毒作用快慢的不同，將毒作用分為急性、慢性和亞急（亞慢）性三種。急性毒作用一般用半數(shù)

10、有效劑量（ED50）或半數(shù)有效濃度（EC50）來表示。ED50 和EC50分別是毒物引起一群受試生物的半數(shù)產(chǎn)生統(tǒng)一毒作用所需的毒物劑量和毒物濃度。半數(shù)有效劑量或半數(shù)有效濃度，若以死亡率作為毒作用的觀察指標，則稱為半數(shù)致死劑量（LD50）或半數(shù)致死濃度（LC50）。,,第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性,,第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性,慢性毒作用以閾劑量（濃度）或最高允許劑量（濃度）來表示。閾劑量是指在長期暴露毒物下，會引起機體受損害的最

11、低劑量（濃度）。最高允許劑量（濃度）長期暴露在毒物下，不引起機體受損害的最高劑量（濃度）。閾劑量（濃度）或最高允許劑量（濃度）越小，毒性越大。,,第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性,三、毒物的聯(lián)合作用 兩種或兩種以上的毒物，同時作用于機體所產(chǎn)生的綜合毒性稱為毒物的聯(lián)合作用。毒物聯(lián)合作用通常分為四類：,1. 協(xié)同作用： 指聯(lián)合作用的毒性，大于其中各個毒物成分單獨作用毒性的總和。 2. 相加作用 指聯(lián)合作

12、用的毒性，等于其中各毒物成分單獨作用毒性的總和，即其中各毒物成分之間均可按比例取代另一毒物成分，而混合物毒性均無改變。,3.  獨立作用即獨立作用的毒性低于相加作用，但高于其中單項毒物的毒性。4.  拮抗作用 指聯(lián)合作用的毒性，小于其中各毒物成分單獨作用毒性的總和。,第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性,四、毒作用的過程 自機體暴露于某一毒物至其出現(xiàn)毒性，一般要經(jīng)過以下三個過程： 過程1，毒物被機

13、體吸收進入體液后，經(jīng)分布、代謝轉(zhuǎn)化，并有某一程度的排泄。 過程2，毒物或活性代謝產(chǎn)物與其受體進行原發(fā)反應(yīng)，使受體改性，隨后引起生物化學(xué)效應(yīng)。 過程3，接著引起一系列病理生理的繼發(fā)反應(yīng)。出現(xiàn)在整體條件下可觀察到的毒作用的生理和(或)行為的反應(yīng)，即致毒癥狀。,第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性,五、毒作用的生物化學(xué)機制1．酶活性的抑制 酶在構(gòu)成機體生命基礎(chǔ)的生化過程中起著重大的作用。毒物進入機體后，一方面在酶催化下進行代謝

14、轉(zhuǎn)化；另一方面也可干擾酶的正常作用，包括酶的活性、數(shù)量等，從而有可能導(dǎo)致機體的損害。在干擾酶的作用中最常見的是對酶活性的抑制。 三種方式： 其一是有些有機化合物與酶的共價結(jié)合。 其二是有些重金屬離子與含巰基的酶強烈結(jié)合。 其三是某些金屬取代金屬酶中的不同金屬。,第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性,2．致突變作用 致突變作用是指生物細胞內(nèi)DNA改變，引起的遺傳特性突變的作用。這一突變可以傳至后代。 具有致突變

15、作用的污染物質(zhì)稱為致突變物。 致突變作用分為基因突變和染色體突變兩類。,第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性,基因突變 基因突變是指DNA中堿基對的排列順序發(fā)生改變。它包含堿基對的轉(zhuǎn)換、顛換、插入和缺失四種類型。 染色體畸變 細胞內(nèi)染色體是一種復(fù)雜的核蛋白結(jié)構(gòu)，主要成分是DNA。在染色體上排列著很多基因。若其改變只限于基因范圍，就是上述的基因突變。而若涉及整個染色體，呈現(xiàn)染色體結(jié)構(gòu)成數(shù)目的改變，則稱為染色體

16、畸變。,第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性,3．致癌作用 致癌是體細胞不受控制的生長。能在動物和人體中引起致癌的物質(zhì)稱為致癌物。致癌物根據(jù)性質(zhì)可分為化學(xué)(性)致癌物、物理性致癌物(如x—射線、放射性核素氡)和生物性致癌物(如某些致癌病毒)。,第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性,化學(xué)致癌物的分類方法很多。按照對人和動物致癌作用的不同，可分為確證致癌物、可疑致癌物和潛在致癌物。 確證致癌物是經(jīng)人群流行病調(diào)查和動物實驗均已確定有致癌作

17、用的化學(xué)物質(zhì)。 可疑致癌物是已確定對試驗動物有致癌作用，而對人致癌性證據(jù)尚不充分的化學(xué)物質(zhì)。 潛在致癌物是對試驗動物致癌，但無任何資料表明對人有致癌作用的化學(xué)物質(zhì)。,第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性,化學(xué)致癌物根據(jù)作用機理，可分為遺傳毒性致癌物和非遺傳毒性致癌物。 遺傳毒性致癌物細分為：直接致癌物和間接致癌物（前致癌物）。 非遺傳毒性致癌物分為：促癌物、助致癌物和固體致癌物，,第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性,化學(xué)致癌物的致

18、癌機制非常復(fù)雜，仍在研討之中。關(guān)于遺傳毒性致癌物的致癌機制，一般認為有兩個階段： 第一是引發(fā)階段，即致癌物與DNA反應(yīng)，引起基因突變，導(dǎo)致遺傳密碼改變。 第二是促長階段，主要是突變細胞改變了遺傳信息的表達，增殖成為腫瘤，其中惡性腫瘤還會向機體其他部位擴展。,第五節(jié) 污染物質(zhì)的毒性,4．致畸作用 人或動物在胚胎發(fā)育過程中內(nèi)于各種原因所形成的形態(tài)結(jié)構(gòu)異常，稱為先天性畸形或畸胎。 遺傳因素、物理因素(如電離輻射)、化學(xué)