生态毒理学-(12)课件

1、溶剂苯对几种动物的急性和慢性毒性动物种属急性毒性慢性毒性浓度 (g/dm3)时间反应浓度 (g/cm3)时间反应猫753 h深度麻醉501.5 h深度麻醉兔1221444 min轻度麻醉10几天至几周白细胞减少, 淋巴细胞百分比相对增加7 min瞳孔反射消失630125天造血系统利用放射性铁障碍36 min死亡0.28243天血象改变, 肾损伤, 肾小管变性豚鼠505 min侧卧0.2832天血象改变, 肾小管损伤26.530 min运动失调3530 min瘫痪193天血象改变, 肾、骨髓和睾丸损害大鼠47.815 min5min后瘫痪, 13min后反射消失, 停止呼吸后3.5min后恢复3

2、.1920 h/天，7天白细胞减少, 肝局部坏死, 体重减轻1.4720 h/天，7天同上0.28204天白细胞减少, 脾肿大小鼠152 h震颤, 侧卧102 h兴奋后迟钝, 运动失调52 h轻度兴奋动物和植物毒素动物毒素的特性动物毒素是由分子量不同的物质组成的混合物，包括数目不同的多聚肽、酶和胺类等，被包括在特定的软组织中：(1)磷脂酶A是广泛分布于毒液中的一种酶，具有分解细胞膜、解偶联氧化磷酸化、抑制呼吸的作用，还可刺激组氨酸、血清素和细胞分裂素的释放；(2)蛇毒中常见的L氨基酸氧化酶能激活组织肽酶，引起低血压、心血管异常；(3)透明质酸酶可使组织液化协助毒素扩散；(4)为数众多的蛋白酶存

3、在于受损伤组织中造成出血；(5)其它成分包括各种抗血凝剂、脂类、糖苷和甲酸。动物毒素通常分为两类：(1) 被动性分泌毒素，随摄食进入体内；(2) 主动性分泌毒素，通过叮咬进入体内。植物毒素的化学成分(1) 酚类化合物(2) 生氰化合物(3) 生物碱(4) 萜类化合物(5) 其它有毒化合物如特异性脂肪酸、毒性蛋白、酶、多肽和氨基酸等化学致癌物分类一、遗传毒性致癌物二、非遗传毒性致癌物直接致癌物(多为合成有机物，化学结构不需代谢活化即具有亲电活性)促癌剂 (如PCBs、TCDD)前致癌物(需代谢活化才具有致癌活性，分为天然和人工两大类，人工类如PAHs，天然如黄曲霉素)细胞毒素(如氮川三乙酸NTA

4、)无机化学物(放射性元素，金属镍和钛)激素(如雌激素己烯雌酚DES)免疫抑制剂(如硫唑嘌呤)固态物质(如石棉)过氧物酶体增生剂(如降血脂药物安妥明)致癌过程中启动、促进和恶性进展阶段的形态学和生物学特征启动阶段促进阶段恶性进展阶段不可逆，启动的“干细胞”在形态学上与正常细胞相同在基因和细胞水平上均可逆不可逆，在形态学上呈恶性肿瘤的细胞核型和组织结构对外源性化学物和其它化学元素极其敏感促进细胞的生存依赖与不断接触促进剂，对年龄、饮食、激素等很敏感转变的细胞增殖自发性(内源性)启动细胞内源性促进剂可能有“自发性”促进作用在早期阶段对生长环境因素可能很敏感需要细胞分裂来“固定”启动，剂量反应可能检测

5、不出可检测出剂量反应关系和最大作用剂量在该阶段，良性或恶性细胞均可观察到启动剂的相对强度依赖于在一段促进阶段后癌前病变的细胞数量促进剂的相对强度通过检测启动的细胞生长速度来衡量促恶性进展剂使促进的细胞进入该阶段多阶段致癌作用模型突变后果示意图DNA损伤修复效率体细胞突变生殖细胞突变良性肿瘤恶性转化细胞衰老已分化胚胎细胞受损未分化胚胎细胞发育及分化障碍显性致死隐性致死存活突变动脉硬化癌变老化未知疾病功能或结构畸形流产与死胎胚胎综合症生育能力障碍遗传性疾病基因负荷致突变与致癌变的关系直接致癌物间接致癌物(前致癌物)体外或体内代谢活化形成亲电子化合物与内源性核酸或外源性肿瘤病毒相互作用与细胞核中核酸

6、相互作用诱导突变DNA损伤修复正常细胞其它未阐明的机制病毒转化能力表达恶性转化和肿瘤引发促长剂和助癌物等因素的间接作用免疫监护、细胞增生及恶性细胞表达等多步骤发展成为肿瘤细胞克隆能确诊的肿瘤全球关系尺度上持久性有机污染物的迁移性污染物分类(按氯原子数目、环数或杀虫剂类型划分)相对迁移性分类快速沉降和滞留在来源附近倾向于在中纬度地区沉降和富集倾向于在极地地区沉降和富集全球范围内分布和沉积氯苯5至6个氯0至4个氯多氯联苯PCBs8至9个氯4至8个氯5至6个氯0至1个氯PCDDsa和PCDFsa4至8个氯2至4个氯1至4个氯多环芳烃PAHs大于4环4环0至1个氯2环有机氯灭蚁灵mirex多氯代莰烯3

7、环杀虫剂DDT, DDE, 氯丹HCBsa, HCCHsa, 狄氏剂污染物性质logKOAb 108至106至8 6PLc 0TCd 3010至3050至10 50注释：a 多氯代二苯p二恶英PCDD或呋喃PCDF，六氯苯HCBs，六氯环己烷HCCHs；b KOA是辛醇与空气间的分配系数，用于衡量亲脂性；c PL是过冷液体蒸气压(Pa)，是化合物挥发性的测度。特定地，它是为熔解热而校正或调整的的液体蒸气压，即摩尔化合物从固相转变为液相所需的热量。用途是在特定温度下表达具有较宽熔化温度变化范围的有机化合物的液体蒸气压；d TC浓缩温度，化合物从气相向非气相浓缩或分配的温度。化合物联合作用化学物相

8、互作用方式分为独立作用(independent effect)同时存在的污染物以不同作用方式产生效应，各自的作用方式、途径、受体和部位不同，彼此互不影响，仅表现各自的毒性。例如乙醇和氯乙烯的联合作用使肝匀浆脂质过氧化作用增加，呈明确的相加作用，而在亚细胞水平研究时，乙醇引发线粒体脂质过氧化，氯乙烯引发微粒体脂质过氧化，彼此无影响，可视为独立作用；协同作用(synergistic effect)总效应远大于各污染物单独作用的总和。可能与化学物之间促进吸收、延缓排出、干扰体内代谢过程有关，如马拉硫磷和苯硫磷的协同作用；相加作用(addition)总效应等于各污染物单独作用效应的总和。化学结构相似或

9、同系物和毒性作用靶器官、靶分子相同，作用机理相似的化学物同时存在时，往往发生相加作用，如大部分刺激性气体的刺激作用呈相加作用；加强作用(potentiation)一种化学物本身对机体并无毒性，但能够使与其同时进入机体的另一种化学物的毒性增强。例如异丙醇对肝脏无毒，但与四氯化碳同时进入机体，可使四氯化碳的毒性大于其单独作用。有人将加强作用归并为协同作用；拮抗作用 (antagonistic effect)总效应小于污染物单独作用效应的总和。两种化学物同时作用于机体时，一种干扰另一种的生物学作用，或两种相互干扰，使混合物的毒性强度低于各自单独作用的强度之和。拮抗作用具有不同的形式：(1) 功能性拮

10、抗两种化学物对同一生理功能产生截然相反的作用，使该生理功能仍能维持平衡 (如巴比妥引发血压下降，同时注射血管增压剂正肾上腺素，减少血压下降)；(2) 化学拮抗两种化学物之间的化学反应 (如硫代硫酸盐与氰化物混合生成毒性较小的硫氰酸盐)；(3) 受体竞争拮抗两种化学物结合于同一受体，可产生受体性拮抗作用 (化学物同时竞争同一受体，如氧气对CO中毒的拮抗作用)；(4) 配置拮抗一种化学物改变另一化学物的吸收、代谢、分布和排泄 (例如微粒体诱导剂和抑制剂改变化学物的代谢而降低毒性)。化学物联合作用对健康影响，尤其是对免疫系统、生殖功能和致癌潜在危险的评价；用于实验设计和分析化学物联合作用的可行性模型

11、；化学物联合作用引起的健康危害的早期检测方法；常见的金属之间、溶剂之间和杀虫剂之间的联合作用；阐明多种化学物在体内代谢和排泄过程；流行病学调查研究，包括短期高浓度联合暴露，化学物与吸烟、饮酒的联合作用以及职业性化学物接触与药物的联合效应；反映化学物联合作用综合性指标的研究，包括神经行为反应、内分泌系统紊乱、能量代谢等的改变；化学物联合毒性的发生机理；化学物联合毒性的卫生标准。化合物联合作用研究的方向及内容联合作用的评价联合作用的定量评价大体分为两大类(1) 利用一定的概率公式和剂量反应关系进行分析；(2) 采用各种理论模型和作图法进行评价。常用的计算混合化合物LD50的方法常用比较预期LD50

12、和实测LD50的方法来判断两种或多种化学物联合作用的类型。程序如下：(1) 分别测定A、B两个化学物的LD50；(2) 将A、B两个化合物按等毒性比例混合；(3) 测定A、B化合物的LD50：1/化合物预期LD50 = a/A的LD50 + b/B的LD50 + + n/N的LD50a, b, n分别为化学物A, B N在混合物中所占的重量比例，a+b+n = 1。指数拮抗作用相加作用加强作用Smyth, MF 2.70Keplinger, ML 1.75相似作用相异作用非相互作用简单相似(浓度相加)独立的(反应相加)相互作用复杂相似依存的根据混合物预期LD50值与实测LD50值的比率判断联合

13、作用的类型，判断标准如下表(上半部)化学混合物作用模型相似作用是指化学物作用点位和方式相同相互作用包括一种化学物对另一种化学物的动力学、作用点位的改变或者当其中一种或两种为独立非活性时，化学物联合作用效应所产生的影响。根据类似于剂量响应模型中的灵敏度分布，浓度相加模型对局量子(quantal)响应进行公式化。如果一组化学物仅在强度(力量)上有差异，则死亡率或其它局量子响应可以模型化为：Y = a + blog(C1 + r2C2 + + rnCn)Y是混合物响应的概率单位(正规偏差值)，Ci是化学物i的浓度，ri是化学物i相对于化学物1的(强度)力量，a和b分别为拟合的截距和斜率参数。对于效应

14、的特定水平，如LC50，浓度相加可简化为：(Ci/LC50,i) = 1其中，比例Ci/LC50,i称为毒性单位。具有相同作用模式的化学物预期会遵从这一模式。此外，由于许多化学物的混合物近似符合这一模型，浓度相加通常被视为化学物联合毒性作用的名义上的情况。浓度相加模式(concentration addition model)或相似联合作用模式基本原理：组成混合物的各化学物质，尽管各自毒性不同，但对生物的作用性质或方式是相似的，从而一毒物产生的毒性可以被一定量的另一毒物所替代。当毒物的有效浓度以相同的单位(如毒性单位)表示时，混合物的有效浓度为各毒物有效浓度之和。作用模式：(a) 相加作用(a

15、ddition)混合物的反应落在正方形对角线上，表示混合物毒性等于分别致毒时的毒性之和；(b) 协同作用(synergism)混合物毒性高于各自单独致毒时的毒性之和，落于正方形对角线下方。协同作用大于相加联合作用(addition joint)，高于相加相互作用(additive interaction)，高于相加协同作用(additive synergism)；(c) 小于相加联合作用(less than additive joint action)反应落在对角线上方正方形内。各自毒性单位小于1，联合作用大于1个毒性单位。又称低于相加联合作用；(d) 拮抗作用(antagonism)混合物的

16、毒性落在正方形之外，联合毒性低于分别致毒的毒性，两种有毒物各自毒性均大于1个毒性单位。反应相加模式(或称无关联合作用模式，independent joint action model)浓度相加和反应相加复合模式(combination of concentration addition and response addition)反应/响应相加模式(response addition model)假定化学物作用的模式和点位是不同的，化学物没有相互作用。因此，单独有机体一般是因相对化学物浓度最为灵敏的化学物效应而死。即对于两种化学物有：P(C1+C2) = P(C1) + P(C2) P(C1)

17、 P(C2)这里P(Ci)是对给定浓度Ci的局量子响应的概率。上式反映的是简单的独立事件的联合概率，因此，多种化学物联合作用的公式可类似推导。(a) 如果两种化学物单独作用效应的概率比较小，或者如果概率假定为完全负相关(即有机体对一种化学物为最小耐受而对另一种为最大耐受， = 1)，则概率乘积会降低，单一化学物响应的概率可简单相加；(b) 另一极端的反应相加情况是化学物灵敏度完全正相关( = 1)，即所有有机体死于最具毒性的化学物，而其它化学物则没有贡献。(c) 此外，为确定对化学物的测试结果是否符合这一模型，概率单位(正规偏差值)或其它合适的剂量响应函数F(Ci)可用于拟合每一化学物的剂量响

18、应数据，并确定混合物测试数据的响应相加模型的拟合度：P(C1+C2) = F1(C1) + F2(C2) F1(C1) F2(C2)在描述模型中，单打击(onehit)模型和线性剂量响应函数对于浓度相加和反应相加模型可给出相同的结果。联合作用的理论模型及其评价方法理论模型主要分为两大类：(1) 随机模型；(2) 决定模型。在生态毒理学研究中，主要采用决定模型，包括：(a) 半定量等效线图模型、(b) 生物学效应模型、(c) 药物动力学模型、(d) 组分相乘和半数效量模型。等效线图模型 (isobole graphic procedure)用于确定两个因子相互作用时观察到的效应与预期效应之间的偏

19、差。(1) 对于两个化学物的剂量响应关系可以用双变量图表示；若两化学物又有多种剂量，则理论上可用三变量的三维座标曲面表示，但较为繁琐。为此，可选择在一特定剂量下的响应作为标准，如死亡率或生长抑制，将三变量转化为双变量，即等效线图法。等效线图曲线上的点代表两个化学物剂量的组合，并且是等效应的，即以直角坐标系统表达两化学物联合作用等效应时的剂量。等效线图表现的是同等效应线，传统的解释是落入标示为加强作用区域或拮抗作用区域的等效线指示化学物之间具有相互作用。目前，尚无标准的生物计量模型来拟合这些情形。等效线分为单侧和双侧两种：(a) 单侧等效线：常用于两种化学物中仅有一种具有活性的情况，等效线与座标

20、只有一个交点；(b) 双侧等效线：常用于两种化学物都具有活性效应的情况，等效线与座标有两个交点。单侧效应等效线图I独立作用；II加强作用；III拮抗作用；IVB对A的阻滞作用。图中交叉点处为A的50%致死剂量。A 剂量B 剂量IIIIIIIV50% 致死剂量A(a) 如果化学物B对化学物A无作用，则等效线与纵坐标剂量B平行，即曲线I；(b) 化学物A与B为加强作用时，B能使产生同等效应(如50%死亡率)的剂量A减少，即曲线II；(c) 化学物A与B为拮抗作用时，B的存在将使产生同等效应的A的剂量增加，即曲线III。双侧效应等效线图IVIIIIIIA 剂量B 剂量50 %死亡率点I独立作用；II

21、相加作用；III加强作用；IV拮抗作用。50 %死亡率点(a) 当化学物A与B为独立作用时，有两条等效线分别与横纵座标平行，如曲线I；(b) 两条等效线可在一点相交，此点处化学物A与B引发同等效应，如50%死亡率；(c) 曲线II、III和IV分别代表化学物A与B的相加作用、加强作用和拮抗作用。(2) 应用等效线图法可以测定两化学物联合作用的比值(joint action ratio)，即所谓联合作用强度。方法：当A、B两化学物联合作用时，由相加作用线向等效线作一交叉线至零点，且与等效线垂直，两线相交于M点。联合作用比值：R = 0N/0M (参见图示)。加强作用时，R 1相加作用时，R =

22、1拮抗作用时，0 R 1(3) 用等效线图法可区分剂量/浓度相加与反应相加：剂量/浓度相加和响应相加的等效线可以不一样；若已知剂量/浓度相加的等效线为一直线，而对于响应相加曲线的形状和定位，目前尚无一致的意见。无论是剂量相加还是响应相加都部分取决于剂量反应关系的曲线特征。对于指数曲线或S型曲线函数，首先需判断能否经数学转换为线性函数形式，若可以，则可以得到转换形式的相加结果。例如，肿瘤化疗药物的剂量与化疗后存活细胞数的对数为线性关系，A与B两种药物剂量相加的预期效应是分别使用两药物后存活细胞数的对数之和，即：Log10EAB = Log10EA + Log10EBE为细胞存活数。加强作用时联合作用比值的测定Z1Z20MN相加作用ABAMB为等效线，比值R = 0N/0M拮抗作用时联合作用比值的测定ABC比值R = 0N/0MMNZ1Z20(4) 等效线图法的主要缺点需要详细的实验资料，如系列混合物的准确剂量和特定反应的数据。应用实例：另一方面，在农药毒理学研究中常用等效线图，因为可以利用大量昆虫进行实验，数据较为充分。(5) 反应(或效应、响应)相加是基于耐受分布理论生物总体中每一个体对混合物中各毒物都有一定耐受性，仅当毒物浓度超过耐受剂量时才出现反应。其假设是混合物中各毒物的作用机理不同，生物反应取决于个体