環(huán)境毒理學

1、環(huán)境毒理學 environmental toxicology,總學時:30 學分:2 開卷考試,國外專業(yè)期刊,Toxicology Letter 毒理學快報Archives of Toxicology 毒理學文獻Mutation Research 突變研究Toxicological Science 毒物科學Environmental Health Perspectives 環(huán)境健

2、康展望 toxicological and environmental chemistry 毒物與環(huán)境化學,致癌.致畸.致突變生態(tài)毒理學報 環(huán)境科學生態(tài)學報應用生態(tài)學報衛(wèi)生毒理學雜志 工業(yè)安全與環(huán)保 環(huán)境與職業(yè)醫(yī)學 國外醫(yī)學衛(wèi)生學分冊,國內(nèi)相關期刊,參考書籍,（1）李建政主編. 環(huán)境毒理學. 北京: 化學工業(yè)出版社,2010 （2）孟紫強主編. 生態(tài)毒理學原理與方法. 北京: 科學出版社, 2006 （3）孔

3、志明主編. 環(huán)境毒理學. 第3版. 南京: 南京大學出版社, 2006（4）[美]賴特(Wright, D. A.), [加]韋爾伯恩(Welbourn, P.)編著. 環(huán)境毒理學. 朱琳主譯. 北京: 高等教育出版社, 2007（5） 周啟星, 孔繁翔, 朱琳主編. 生態(tài)毒理學. 北京: 科學出版社, 2004,講授內(nèi)容,第1章 緒論 1.1 環(huán)境毒理學的概念、研究對象及研究內(nèi)容 1.2 環(huán)境毒理學的產(chǎn)生與發(fā)展

4、 1.3 環(huán)境毒理學常用研究方法第2章 污染物的環(huán)境生態(tài)行為 2.1 污染物在環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)化 2.2 外源化學物在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運 2.3 外源化學物的生物轉(zhuǎn)化 2.4 外源化學物的生物蓄積與放大 2.5 外源化學物代謝動力學,第3章 化學污染物的毒性作用 3.1 基本概念 3.2 外源化學物的毒性效應 3.3 外源化學物的毒性作用機理

5、3.4 影響毒性作用的因素 第4章 物理性污染的毒性效應 4.1 電離輻射的生物效應 4.2 光輻射的的生物效應 4.3 電磁輻射的生物效應 4.4 超聲波的生物效應,第5章 土壤環(huán)境毒理學 5.1 土壤環(huán)境與土壤污染 5.2 土壤污染物的環(huán)境行為 5.3 土壤污染的生物毒性效應 5.4 土壤典型污染物的危害—重金屬 第6章 水環(huán)境毒理學 6.1 水體污染

6、與水體自凈 6.2 污染物在水體中的環(huán)境行為 6.3 水體污染對生物及人體的毒性效應 6.4 石油污染海洋水體,第7章 大氣污染毒理學 7.1 大氣污染與大氣自凈作用 7.2 大氣污染物的環(huán)境行為 7.3 大氣污染的生態(tài)毒性學效應 7.4 典型大氣污染物的毒性,第1章 緒論,1.1 環(huán)境毒理學的概念、研究對象及研究內(nèi)容,1.1.1 環(huán)境毒理學的概念,毒理學(toxicology)：

7、,Toxic——拉丁語 toxious(1655),古希臘詞toxikon(毒物),toxon(弓箭),logy ——古希臘詞 logos(描寫),,,毒理學是描述毒物的學科，也有人譯為毒物學,環(huán)境毒理學（environmental toxicology）： 是研究環(huán)境污染物，特別是化學污染物對生物有機體，尤其是對人體的損害作用及其機理的科學。 環(huán)境毒理學利用毒

8、理學方法研究環(huán)境污染物，特別是空氣、水和土壤中已存在的或即將進入的有毒化學物質(zhì)及其在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物對生物有機體，尤其是對人體的損害作用及其機理的科學。,環(huán)境毒理學是人類研究探索環(huán)境壓力因素對生命系統(tǒng)影響的一門分支科學。 環(huán)境毒理學屬于環(huán)境科學的范疇，也是生命科學和毒理學的重要分支學科。,主要是環(huán)境污染物（environmental pollutant） 即對各種生物，特別是對人體產(chǎn)生

9、危害的各種環(huán)境污染物，包括物理性污染物、化學性污染物、生物性污染物，其中，化學污染物為主要研究對象。 物理性污染物：輻射、超聲波、噪聲等； 化學性污染物：重金屬、有機染料、農(nóng)用化學品、化妝品及洗滌劑等； 生物性污染物；細菌、病毒、生物毒素等。,1.1.2 研究對象,外源化學物 (xenobiotics) ： 也稱為環(huán)境化學污染物//外來化學物。

10、 是指由于人類的生產(chǎn)和生活活動人為地進入環(huán)境的化學物質(zhì)，它們大多不是正常人體所需要的組成成分，但可由一定環(huán)節(jié)和途徑與人體接觸并進入人體，且產(chǎn)生一定的生物學作用，是一類“外來的”生物活性物質(zhì)。 如：農(nóng)用化學品，工業(yè)化學品，日用化學品，藥物等。,研究對象的擴展：,(1) 必需化學物過量攝入引起的毒性效應：維生素、微量元素、脂肪、蛋白質(zhì)、糖等的過量攝取。(2) 物理因素與外源化學物聯(lián)合作用于機體的毒性作用。,1.

11、外源化學物對人體健康的直接損害； 2. 間接損害：外源化學物對人類生存環(huán)境的影響，如氟氯烴對臭氧層的破壞形成臭氧空洞，致使長波紫外線射向地表，使皮膚癌患者增加。,1.1.3 研究范圍,1.1.4 研究內(nèi)容,1) 環(huán)境毒理學的基本概念、理論和方法；,2) 污染物的環(huán)境生態(tài)行為，包括環(huán)境污染物在環(huán)境中的分布、遷移和儲留，在生命體內(nèi)的吸收、分布、轉(zhuǎn)化和排泄，及對人體和其他生物的一般毒性作用與機理；,3)

12、 環(huán)境污染物的化學結(jié)構(gòu)和毒性作用之間的關系，影響環(huán)境污染物毒性作用的各種有關因素；,4) 環(huán)境污染物及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物對人體的致突變、致癌變、致畸變等的特殊毒性作用與機理；,5) 環(huán)境污染物的毒性評定方法，包括急性、亞急性和慢性毒性試驗，蓄積試驗，致突變、致畸變、致癌變試驗等；,6) 各種污染物對人體損害作用的早發(fā)現(xiàn)、早防治的理論和措施。,1.2 環(huán)境毒理學的產(chǎn)生與發(fā)展,漢朝劉安所著《淮南子·修務訓》中記載： 神農(nóng)乃

13、始教民，嘗百草之滋味，一日而遇七十毒,1.2.1 毒理學溯源,漢末《神農(nóng)本草經(jīng)》中： 共記載了365種藥物，并將藥物按其功用分為上品、中品和下品三類，上品藥是指無毒，可以久服的藥物，中品藥是指防治一般疾病的藥物，下品藥指有毒的藥物，不可久服。,明朝《本草綱目》中： 有關于鉛危害的描述：“鉛生山穴之間，其氣毒人，若連月不出，則皮膚萎黃，腹脹不能食，多致病而死。”,古希臘醫(yī)生Dioscorrides（公元50-100年）把毒

14、物分成植物毒素、動物毒素和金屬毒物三大類，并嘗試用催吐藥來治療中毒，用腐蝕劑和杯吸法來治療毒蛇咬傷。,瑞士醫(yī)生Paracelsus（1499-1541）對近代毒理學的產(chǎn)生和發(fā)展做出了杰出貢獻，主要包括： ①提出了毒物是化學物的概念； ②提出了檢測生物體對化學物的反應需進行實驗觀察和研究的科學方法； ③強調(diào)了治療作用和毒性作用的區(qū)別； ④提出了“所有物質(zhì)都是毒物，沒有物質(zhì)不是毒物，唯一的區(qū)別是它們的劑量”的

15、學術觀點。,All substances are poisons, there is none which is not a poison. The right dose differentiates a poison and remedy. No substance is a poison by itself. It is the dose that makes a substance a poison.

16、 —— Parcelsus,所有物質(zhì)都是毒物，沒有不是毒物的物質(zhì)，唯有劑量使之區(qū)分為毒物還是藥物。 物質(zhì)本身不是并非毒物，主要是劑量才使一個物質(zhì)變成毒物。,18世紀西班牙化學家和生理學家Mattien Orifila（1787-1853）是現(xiàn)代毒理學的奠基人，他提出了毒理學的定義，并把當時認為有毒的物質(zhì)用數(shù)千只狗進行試驗，系統(tǒng)地觀察了化學物質(zhì)和生物體間的關系，以及將這

17、些化學品從體內(nèi)排除和用解毒藥處理的機制。 生理學家Claude Bernard（1813-1878）開創(chuàng)了利用動物受控實驗以探索毒作用機制的實驗室研究方法。,1.2.2 現(xiàn)代毒理學的產(chǎn)生與發(fā)展,現(xiàn)代毒理學的分支學科,按照知識結(jié)構(gòu)：理論毒理學、實驗毒理學,從生物學角度：昆蟲毒理學、動物毒理學、植物毒理學、微生物毒理學等,從應用領域和行業(yè)角度：環(huán)境毒理學、地理毒理學、工業(yè)毒理學、農(nóng)業(yè)毒理學、食品毒理學、藥物毒理學、放射毒理

18、學等,1) 環(huán)境污染及其危害推動了環(huán)境毒理學的誕生,1.2.3 環(huán)境毒理學的產(chǎn)生與發(fā)展,2) 環(huán)境運動及社會管理推動了環(huán)境毒理學的發(fā)展,生物學家Rachel Carson在1962年發(fā)表的《寂靜的春天》是振興毒理學研究的一部偉大著作。 隨后環(huán)境運動逐漸興起，許多環(huán)保組織開始建立并迅速發(fā)展，它們在環(huán)境保護與毒理學方面的積極工作，使得“生態(tài)學”和“毒理學”這些術語眾所周知。 上世紀60年代至70年代，大多數(shù)發(fā)達國家成

19、立了環(huán)境立法機構(gòu)，在保護環(huán)境方面做出不懈的努力，有效避免了毒物的有害效應，推動了環(huán)境毒理學的發(fā)展。,3) 新技術的滲透與應用為環(huán)境毒理學的發(fā)展不斷注入新動力,隨著生命科學和分析化學的飛速發(fā)展，生物化學、分子生物學、放射生物學、近代物理學及近代化學等學科的理論和研究技術向毒理學領域不斷滲透，大大加速了化學物對生物體損害作用規(guī)律和機制的研究，使毒理學從描述毒作用現(xiàn)象為主的科學發(fā)展成為多學科交叉的、以揭示毒作用本質(zhì)為主的現(xiàn)代毒理學，促進了環(huán)境

20、毒理學的發(fā)展 。,1.3 環(huán)境毒理學常用研究方法,流行病學調(diào)查臨床觀察動物實驗,動物試驗,整體動物試驗 (in vivo),體外試驗 (in vitro),一般毒性試驗,特殊毒性試驗,急性毒性亞慢性毒性慢性毒性,致突變致癌致畸,器官水平組織水平細胞水平亞細胞水平分子水平,,,,,,,,,,,,,致突變,,微生物試驗,哺乳動物試驗,體內(nèi)實驗： 也稱整體動物實驗。按人體可能接觸的劑量和途徑

21、使實驗動物在一定時間內(nèi)接觸環(huán)境污染物，然后觀察動物出現(xiàn)的形態(tài)和功能的變化。,體外實驗： 又分為器官水平、組織水平、細胞水平、亞細胞水平、分子水平試驗。 器官水平：利用器官灌流技術，將化學物經(jīng)過血管流經(jīng)特定的臟器，觀察環(huán)境污染物在臟器內(nèi)的代謝轉(zhuǎn)化和毒性作用。 細胞水平：將某種臟器從體內(nèi)取出再制成原代游離細胞，進行環(huán)境污染物對細胞毒性作用的研究。采用離心技術，將細胞器或組分分離純化，研究環(huán)境污染物對

22、這些亞細胞組分的毒性作用。,環(huán)境毒理學實驗常采用溫血動物進行，如小鼠、大鼠、家兔等，有時也用猴、狗、貓等。,1.3.1 實驗動物準備,小鼠,大鼠,豚鼠,1.3.1.1 實驗動物（laboratory animal）,1.種屬選擇,1) 利用動物與人類某些機能、代謝、結(jié)構(gòu)及疾病特點的相似性選擇實驗動物。在可能的情況下，應盡量選擇在結(jié)構(gòu)、功能、代謝等方面與人類相近的動物。2) 盡量選擇易于獲得、最經(jīng)濟和最易飼養(yǎng)管理的實驗動物。,不同

23、實驗動物對同一毒物的毒性反應不一致,苯:對兔作用可引起白細胞減少及造血器官發(fā)育不全; 對狗作用則是白細胞增多及脾臟和淋巴結(jié)增殖。,苯胺及其衍生物:對狗作用產(chǎn)生變性血紅蛋白； 對小鼠作用則完全不產(chǎn)生。,根據(jù)實驗要求選擇合適的實驗動物,研究氣體、蒸氣對粘膜的刺激作用：貓研究毒物對皮膚的局部作用：豚鼠或兔 研究過敏性反應：豚鼠 觀察致嘔吐作用的實驗研究：狗、貓研究物質(zhì)的致癌作用：小鼠和大鼠研究慢性中毒損害實質(zhì)性臟

24、器的毒物：小鼠,年齡、體重： 選擇適齡動物，一般選用成年動物；在同一批實驗中，要盡量使選用動物的體重一致。 性別： 實驗若對動物性別無特殊要求，則宜選用雌雄各半。,2.個體選擇,生理狀態(tài)： 通常不宜采用處于特殊生理狀態(tài)的動物，但研究毒物對生殖功能和后代影響的特定實驗除外。 健康狀況： 體型豐滿，發(fā)育正常，被毛濃密有光澤且緊貼身體，眼睛明亮活潑，行動迅速，反應靈敏，食欲良好。,常用的麻醉劑分為揮

25、發(fā)性和非揮發(fā)性兩類。揮發(fā)性麻醉劑常用乙醚。 開放法是用脫脂棉浸濕乙醚后，放在小燒杯中，置于動物口鼻部，或?qū)⒁颐训卧诳谡稚?，讓其吸入?封閉法是將實驗動物置于一密閉容器中，該容器中預先放置浸飽過乙醚的棉團，乙醚揮發(fā)后使動物吸入而致麻醉。非揮發(fā)性麻醉藥有烏拉坦、巴比妥鈉、戊巴比妥鈉、苯巴比妥鈉、硫賁妥鈉等。,3.實驗動物麻醉,在配制染毒用的毒物時，亦須了解該毒物的物理常數(shù)。 如比重、溶解度、蒸氣壓、

26、揮發(fā)度、沸點、熔點、凝點、旋光度、折光率、油/水分配系數(shù)、水/氣分配系數(shù)等。 它們與毒作用均有一定關系。,1.3.1.2 毒物準備,1.3.2 常用染毒技術,常用的染毒方法為吸入染毒、經(jīng)口染毒和經(jīng)皮膚染毒，氣管注入、注射等途徑，有時根據(jù)實驗的特殊要求或毒物的特性，也采用皮下或組織內(nèi)埋藏、滴眼等染毒方式。 動物染毒途盡可能與相關人群接觸環(huán)境毒物的實際情況相似，同時還必須外源化學物的理化性質(zhì)進行選擇。,經(jīng)口染毒法,

27、適合毒物：不揮發(fā)性液體、固態(tài)毒物 方式：灌胃、喂飼、滴入、吞咽。灌胃法：液體物質(zhì)可/不經(jīng)稀釋直接灌胃，固態(tài)毒物可制成各種劑型灌入胃內(nèi)。喂飼法：毒物和食物混在一起做成毒餌喂給動物，水溶性毒物可加入飲水使動物自然攝取。,經(jīng)口滴入： 將有毒液體直接滴入動物口腔。滴入的毒物應送至咽部，讓動物自行吞咽下去。 經(jīng)口吞咽： 將毒物按照一定劑量，事先裝在藥用膠囊內(nèi)，直接送至動物口腔，為避免膠囊被動物咬碎或吐出，應將膠

28、囊直接送至咽部，便于吞入。,吸入染毒法,動式和靜式吸入染毒法： 是將動物整體放入染毒容器中。面罩染毒法： 可以有效地避免動物經(jīng)皮膚吸收的可能性，是觀察毒物吸收、分布、轉(zhuǎn)化規(guī)律等常用的吸入染毒法。,,,,,染毒柜,氣管注入染毒法,經(jīng)喉插入法：將吸入注射器內(nèi)的毒物，經(jīng)喉頭、聲門插入氣管內(nèi)染毒。大鼠、豚鼠多采用這種染毒方式。氣管穿刺法：經(jīng)皮膚刺入氣管內(nèi)注射毒物，常用于兔、狗、猴等動物。暴露氣管穿刺法：需要切開皮膚，

29、分離肌肉，暴露氣管，對氣管穿刺染毒。,經(jīng)皮膚或粘膜染毒法,①斑貼實驗：將1cm2紗布沾上受試物后，緊貼于動物去毛部位，放置12～24h后解開，觀察皮膚反應。②兔耳實驗：將家兔兩耳去毛，一耳涂毒物液體，以另一耳做對照。2 h后將涂有毒物的耳朵洗凈，觀察皮膚溫度和顏色，損害程度，恢復時間等。③大、小鼠浸尾實驗：將鼠尾的3/4浸入裝有受試物的試管中，浸泡時間一般2～6 h，浸尾時應防止受試物的蒸汽被動物吸收。④結(jié)膜囊實驗：常用兔、豚

30、鼠做實驗動物，實驗時將一滴受試液體滴入受試動物一側(cè)眼結(jié)膜囊內(nèi)，另一側(cè)作為對照，觀察對粘膜的局部作用。,注射染毒法,方式： 腹腔注射、肌肉注射、靜脈注射、皮下注射和皮內(nèi)注射等。腹腔注射：狗、貓、兔等較大動物肌肉注射：小動物常在大腿內(nèi)側(cè)肌肉注射，家兔還可在頸椎或腰椎旁側(cè)的肌肉注射，貓和狗等大動物常在臀部肌肉注射。,動物的毒理學實驗資料能夠直接外推到人群嗎？,1 實驗動物和人對外源化學物的反應敏感性不同，有時甚至存在著質(zhì)的差別；