环境毒理学(精品文档)VIP

绪论

环境毒理学环境（Environment）是指特定主体周围的所有生物因子和非生物因子对某一特定的生物个体或群体来说，环境就是指这种生物个体或群体周围的非生物因素（如空气、水及土壤等）和所有生物成分（如植物、动物、微生物等）

人和自然环境关系密切

自然环境是人类和其它一切生命赖以生存和发展的基础人体血液、肌肉以及各器官的化学元素含量，与地壳岩石、空气、海水、河水、岩石、土壤、蔬菜、肉类中化学元素的含量具有相关性，表明：人是环境的产物人体的物质与环境中的物质进行着交换人类的环境

自然环境

包括大气圈、水圈、土地岩石圈和生物圈

生活环境

包括人类为从事生活活动而建立起的居住环境、公共场所等第一节

环境毒理学的产生及其在环境科学中的地位

环境问题的由来人类早期农业生产对环境的破坏产业革命使污染事件不断发生第二次世界大战环境问题更为严重20世纪60年代，人类生存环境日趋恶化世界八大著名公害事件比利时马斯河谷事件美国落衫叽烟雾事件美国多诺拉事件英国伦敦烟雾事件日本水俣病事件日本四日市废气事件日本的爱知糠油事件日本富山的痛痛病事件

近年来世界瞩目的公害有7次1、意大利塞维索化学污染事故

1976年7月10日意大利北部塞维索地区的一家农药厂爆炸，导致剧毒化学品二恶英的污染，使许多人中毒，附近居民被迫迁走，几年内当地畸形儿的出生率大为增加2美国三里岛核电站泄露事故这次事故发生在1979年3月28日，直接经济损失达10多亿美元3、墨西哥的液化气爆炸事故1984年11月19日，墨西哥国家石油公司所属的液化气供应中心发生爆炸，死亡1000多人，伤400多人，3万多人无家可归4、印度博帕尔农药泄漏事故1984年12月3日，美国联合碳化物公司设在博帕尔市的农药厂的剧毒化学品异氰酸甲酯罐爆裂外泄，受害人数20万，死亡2000人以上

5、原苏联切尔诺贝利核电站泄露事故

1986年4月26日位于基辅地区的切尔诺贝利核电站四号反应堆爆炸，造成重大放射性污染，周围十多万居民被疏散，伤数百人，死亡31人6、莱茵河污染事故1986年11月1日，瑞士巴塞赞德兹化学公司的仓库起火，使大量有毒化学品随灭火用水流进莱茵河，造成西欧10年来最大的污染事故7、海湾战争造成的环境污染1990年底爆发的海湾战争历时42天，期间油井大火昼夜燃烧，是迄今历史上最大的石油火灾及海洋石油污染事故，也是人类历史上最严重的一次环境污染，其污染程度超过切尔诺贝利核电站发生的核泄漏事故。这次战争所造成的环境污染是灾难性的，已给世界带来了影响

人与自然环境是相互依存、相互影响、对立统一的整体人与环境不断进行着物质、能量和信息的交换，使机体与周围环境之间保持着动态平衡人类活动造成的环境问题，其中很大一部分是污染问题，不仅有碍于工农业生产的进一步发展，而且也严重威胁到人类自身的生存

毒理学的发展历史人类很早就对有毒的物质进行研究在古代中国医学书籍中，就有很多对动物的描述和认识随着社会生产的发展，人类使用和接触到的化学物质的种类越来越多，这些使得这门古老的、研究毒物的科学—毒理学在研究内容和方法上有了极大的发展环境化学污染化学物已达3500万种日常使用也不下6～7万种

每年约有500～1000种新化学物投入使用

研究毒物的科学—毒理学

按照研究的对象，可划分为：

药物毒理学、工业毒理学、环境毒理学、食品毒理学、军事毒物毒理学等按照毒物作用于机体的性质可分为：生化毒理学、遗传毒理学、生殖与发育毒理学、免疫毒理学、行为毒理学、分子毒理学等环境毒理学产生原因环境污染对人体健康危害的教训其他学科的发展的促进作用环境毒理学

（EnvironmentalToxicology）

是利用毒理学方法研究环境，特别是空气、水和土壤中已存或即将进入的毒化学物质及其在环境中的转化产物，对人体健康的有害影响及其作用规律的一门科学，环境毒理学属于环境科学的范畴，也是生物科学和毒理学的分支科学生态毒理学它是环境毒理学的一部分，也是生态学的分支科学它主要研究对象不是生物个体的变化，而是生物群体的改变；不仅研究环境污染物对某一种群的损害，而且研究对生态平衡的破它一方面要研究环境污染物进入机体后产生的毒害作用甚至死亡的直接毒害作用，另一方面也要研究环境污染物引起生态平衡紊乱所导致的间接毒害作用第二节

环境毒理学的研究对象、主要任务和内容

生命与环境和谐适应关系破坏自然现象、自然灾害、人为活动，使局部环境某些元素过量或不足使人群或生物出现各种各样病变

环境毒理学的研究对象

是对各种生物特别是对人体产生危害的各种环境污染物（Environmentalpollutant），包括物理性、化学性及生物性污染物，环境化学污染物为主要研究对象环境污染对健康影响的特点涉及面广，接触污染人口多，包括老弱病残，甚至胎儿低剂量、长时间作用多途径进入人体多种因素同时存在环境污染的这些特点使环境毒理学研究形成了与其它毒理学分支明显不同的特色造成环境污染的原因

主要包括三个方面化学指向环境直接排放有害的产物，例如汞、镉、砷、氰化物、酚、多氯联苯、化学农药等等

物理指放射性物质的辐射、振动、噪声、废热等生物指各种病菌、致病霉菌、病毒、寄生虫卵等外来化学物质

（xenobbiotics，称XB）

并非人体组成成分，也不是人体所需的营养素，而且也不是维持正常生理功能所必需的物质，它们可以由外界环境通过一定的环节和途径与机体接触并进入机体，在体内引起一定的生物学变化，使机体受到损害，又称外源化学物，以区别于机体内代谢过程中形成的产物和中间产物—内源化学物环境毒理学的任务对环境污染物进行毒理学评价环境监测和人群健康影响研究制订环境卫生基准和多介质环境目标值阐明环境病因和发病机理对环境污染物进行毒理学评价毒性评价安全性或危险度评价环境污染物对机体毒作用的评定

主要是通过以下几种动物实验方法进行的

急性毒性试验亚急性毒性试验慢性毒性试验蓄积试验、致突变试验、致畸试验和致癌试验安全性或危险度评价

安全性评价通常是在毒性评价的基础上，结合流行病学资料、环境监测资料等进行综合评价，再通过安全系数法将结果外推到人为保证新化学物质进入环境后不会对人类健康和生态环境造成损害，提出该化学物是否可投入生产、使用、排放或将化学物排放量、使用量、污染物的含量限制在某一“安全”水平的建议，供管理部门作为决策的依据环境监测

传统方法的化学分析方法

直接测定环境介质中的污染物含量生物监测

现场监测环境样品的生物测试人群监测

生物监测受到人们格外重视

污染物常常同时存在于空气、水、食物等中，因而可通过多种途径进入机体，即使是单一途径进入机体，污染物的摄入量也不一定等于机体的吸收量机体对环境化学物的吸收剂量除取决于该物质的理化性质（如脂/水分配系数等）外，还与其在体内的分布、转化、排泄等动力学过程有关，而这些过程又与个体的健康状况、遗传背景、劳动负荷等因素有关污染物对人群健康影响研究

建立生物材料（如血对环液、尿、粪、呼出气、毛发、指甲等）的监测指标建立直接反映健康是否受到损害的早期指标—生物标志（biologicalmaarker）

环境卫生基准

毒理学研究资料是制订最高容许浓度(AMC)的主要参考依据制订有害物质AMC较完整的毒性试验包括∶急性毒性、亚慢性毒性、代谢情况、慢性毒性及特殊毒性等

多介质环境目标值(multimediaenvironmentalgoals，MEG)

指化学物质或其降解物质在环境介质(空气、水、土壤)中的含量及排放的限定量。预计化学物质的量在不超过MEG时，不会对周围人群及生态系统产生有害影响美国EPA已公布的MEG有600种，并已在美国环境影响评价中广泛使用制订MEG的基础是环境毒理学研究资料环境病因研究

通过三方面提供资料实验动物研究毒物的分析毒物信息数据系统接触化学物质可以多种方式引起人体疾病

接触某一特殊化学物质直接引起，如水俣病，是由于暴露于甲基汞而引起的接触某一化学物仅是某病发展的几个因素之一，即多因果关系的一部分，如痛痛病是由于镉毒性与几种因素结合引起的一种复杂病因性疾病化学物的暴露可能加重或诱发某一已患的疾病，如呼吸道疾病患者暴露于氮氧化物可诱发其发作或症状加重发病机理研究

指毒物或其代谢产物在靶器官中与靶分子的相互作用，以及这种相互作用所引发的一系列生物化学或生物物理反应，最终在效应器官导致病理生理的研究环境毒理学方法是探讨发病机理的重要手段之一环境毒理学的任务归纳为：

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体后最初出现的生物学变化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一反应关系，为制定环境卫生标准提供依据环境毒理学的主要研究内容

毒理学的一般概念环境污染物的毒性评定方法各种重要的环境污染物和有害物理因素对机体的危害及其作用机理

第三节

环境毒理学的研究方法

环境毒理学的研究方法实验室研究(动物试验)

整体实验

体外试验：器官水平、细胞水平、亚细胞水平和分子水平人群流行病学调查

环境毒理学的研究主要以动物实验研究为主

实验动物一般为哺乳动物，也可利用其他的脊椎动物、昆虫以及微生物和动物细胞株等观察实验动物通过各种方式和途径，接触不同剂量的环境污染物后出现的各种生物学变化动物实验须与环境流行病学相结合

用动物实验来观察环境污染物对机体的毒作用，条件容易控制，结果明确，便于分析动物实验评定环境污染物毒作用的基本方法。但动物与人毕竟有差异，动物实验的结果，不能直接应用于人因此，一种环境污染物经过系统的动物毒性试验后，还必须结合环境流行病学对人群的调查研究结果进行综合分析，才能作出比较全面和正确的估价。第四节

环境毒理学的实际应用及其发展趋势

环境毒理学的实际应用1、实验室研究一是对新的化学物质进入市场前，按照化学物质毒理学评价程序所规定的实验对其毒性进行鉴定二是对采集的环境样品进行生物测试2、现场环境的生物监测通常采用的生物是当地产植物、水生脊髓动物和无脊髓动物、小的陆生哺乳动物等利用遗传毒理试验对环境的监测

1、收集生活环境或生产现场中各类样品或直接在现场各采样点上，进行体内和体外的各种短期或中期的遗传毒性试验2、样品收集之后，有的可直接进行生物检测，有的需经必要的预处理，然后再进行生物检测，这有利于提高检测的阳性率3、对所测试的结果进行综合评价，为制订容许该污染物排放到环境中去的最高量数值提供一定的科学依据4、为了全面评价环境质量，近年来还发展到人体监测

环境毒理学的发展趋势

1、高剂量的动物模型将逐渐向人体细胞或组织培养的研究模型方向发展，使毒理学可以更科学地指示因果关系2、模拟自然环境中多个环境污染物同时存在时联合作用机制3、深入研究环境污染物在环境中的降解和转化产物以及各种环境污染物在环境因素影响下，相互反应形成的各种转化产物所引起的生物学变化

4、加强环境致癌、致畸、致突变的研究5、环境污染物的化学结构同它们的毒性作用的性质和强度有密切关系，应深入研究，找出规律，以便根据化学结构，作出毒性的估计，减少动物毒性试验，并为合成某些低毒化合物提供依据

6、大量新技术和新方法的应用将使毒理学研究水平更加深入。生物标志物应用生物标志物研究是分子生态毒理学的科学前沿生物标志物的应用不仅可提供个体“内接触量”或“有效接触量”的精确定量数据，而且还可提供许多化学物质结构与毒性之间的关系及毒物代谢动力学方面的信息在毒理学研究中倍受重视现代分子生物学技术在毒理机制研究中的应用

单细胞凝胶电泳技术

荧光原位杂交

PCR-SSCP技术

变性梯度凝胶电泳化学错配碱基裂解法

裂解酶切片段长度多态性分析变性-高压液相色谱连接酶链式反应毒理基因芯片

污染物在环境中的迁移和转化

第一节概述

环境中的污染物

有害气体(SO2、NOx、CO等）重金属（汞、镉、铅等）有机化合物（有机磷农药、有机氯农药、高分子化合物等）放射性污染（放射性废气、废水、废渣）

污染物进入环境途径人类活动过程中无意释放，如交通事故和火灾废物的排放，如工业废水、废气和固体废物排放人类活动过程中故意的应用，如杀虫剂的应用污染物在环境中的迁移和转化

当污染物从它的发生源进入环境介质后，不会固定在某一位置，由于自身物理化学性质的决定和各种环境因素的影响，会在空间位置或形态特征等方面发生一系列复杂的变化。污染物在环境中发生的各种变化过程称之为污染物的迁移和转化（transportandtransformationofpollutants）。环境污染物分类按受污染物影响的环境要素：可分为大气污染物、水体污染物、土壤污染物等按污染物的形态：可分为气体污染物、液体污染物和固体废物按对人类社会活动的不同功能产生的污染物：可分为工业污染物、农业污染物、交通运输污染物和生活污染物按污染物的性质：可分为化学污染物、物理污染物和生物污染物

污染物的迁移和转化污染物在环境中的迁移和转化过程往往是相互依赖和伴随进行的一个复杂的连续过程迁移和转化可同时发生，也可能一前一后交替进行，这因污染物的性质及环境因素而不同迁移为转化提供了环境条件，而转化又为迁移提供了新的理化特征等物质基础，两者既有别，又相互联系污染物迁移常伴随形态的转化第二节污染物在环境中的迁移地球环境系统分为四个圈层

大气圈水圈土壤圈生物圈

污染物的迁移类型

机械性迁移物理—化学性迁移生物性迁移

污染物的迁移的环境毒理学意义

有人曾在南极企鹅的肝脏和脂肪组织中检出约0.1ppm的有机氯农药DDT及其代谢产物DDE。究其原因，证明是DDT在扩散作用下进入环境中，通过风、洋流和水生生物的作用迁移到了无人居住的极地大气中的化学污染物

含硫燃料燃烧后产生污染气体S02燃烧过程中，空气中N2和02通过链式反应等复杂过程产生各种氮氧化物(以NOx表示)未经燃烧而散逸的燃料粉末或石油细粒燃烧不完全，产生CO等中间产物燃料使用过程中加入添加剂，如汽油中加入铅有机物，作为内燃机汽缸的抗震剂，经燃烧后，铅化合物进人大气机械性迁移

气的机械性迁移作用水的机械性迁移作用重力的机械性迁移作用大气圈的结构对流层(troposphere)平流层(stratosphere)中间层(mesosphere)热层(thermosphere)

平流层的特点

气温随高度升高而降低空气的垂直对流运动强烈空气密度大天气现象复杂多变平流层的特点在平流层的下层(12～20km)，随高度的增加，气温不变或变化很小平流层内由于上热下冷，空气垂直对流运动很小，只能随地球自转而产生平流运动该层的空气比对流层的空气稀薄得多，水气、尘埃的含量极少，很少出现天气现象，大气透明度好气的机械性迁移作用排放到大气中的污染物在迁移过程中受到各种因素的影响，主要有空气的机械运动，如风力和气流由于天气形势和地理地势造成的逆温现象污染物本身的特性等逆温现象近地面逆温辐射逆温平流逆温海岸逆温地形逆温自由大气逆温乱流逆温下沉逆温锋面逆温辐射逆温近地面的逆温以辐射逆温为主它是因强烈辐射而冷却降温而形成扩散

污染物在大气中的扩散取决于风、湍流、浓度梯度等因素风可使污染物向下风向扩散湍流可使污染物向各方向扩散浓度梯度可使污染物发生质量扩散

其中风和湍流起主导作用水的机械性迁移作用指污染物在水中自由扩散和被水流搬运的过程。水流能把降水淋溶的污染物搬运到江、河、湖泊和地下水中，并最终汇入大海污染物在水中的机械性迁移受到水文条件、气候条件、水中悬浮物、排放浓度等等因素的影响与制约水体中的主要化学污染物质

有害金属，如As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn等有害阴离子，如CN-、F-、Cl-、Br-、S2-、SO42-等过量营养物质，如NH4+、NO2-、NO3-、PO4-等有机物，如酚、醛、农药、表面活性剂、多氯联苯、脂肪酸、有机卤化物等放射性物质，如90Sr、144Ce232Th、238U等核元素重力的机械性迁移作用

指污染物在重力作用下发生的迁移作用如环境中吸附了污染物的气溶胶、颗粒物、悬浮物等以重力沉降的方式在环境中的迁移如空气中的飘尘和水中不溶解物因重力作用而沉降到地面、水面和水底等物理—化学性迁移无机污染物溶解—沉淀作用氧化—还原作用水解作用络合或螯合作用吸附—解吸作用有机污染物

除上述作用外，还有通过化学分解光化学分解生物化学分解重金属在水环境中的物理化学迁移

沉淀作用吸附作用络合作用氧化还原作用

沉淀作用

重金属在水中可经过水解反应生成氢氧化物，也可以同相应的阴离子生成硫化物或碳酸盐。这些化合物的溶度积都很小，容易生成沉淀物。沉淀作用的结果，使重金属污染物在水体中的扩散速度和范围受到限制，从水质自净方面看这是有利的，但大量重金属沉积于排污口附近的底泥中，当环境条件发生变化时有可能重新释放出来，成为二次污染源吸附作用

天然水体中的悬浮物和底泥中含有丰富的无机胶体和有机胶体。由于胶体有巨大的比表面、表面能和带大量的电荷，因此能够强烈地吸附各种分子和离子。无机胶体主要包括各种粘土矿物和各种水合金属氧化物，其吸附作用主要分为表面吸附、离子交换吸附和专属吸附。有机胶体主要是腐殖质。胶体的吸附作用对重金属离子在水环境中的迁移有重大影响，是使许多重金属从不饱和的溶液中转入固相的最主要途径络合作用

天然水体中存在着许多天然和人工合成的无机与有机配位体，它们能与重金属离子形成稳定度不同的络合物和螯合物。无机配位体主要有Cl-、OH-、CO32-、SO42-、HCO3-、F-、S2-等。有机配位体是腐殖质。腐殖质能起络合作用的是各种含氧官能团，如－COOH、－OH、－C＝O、－NH2等。各种无机、有机配位体与重金属生成的络合物和螯合物可使重金属在水中的溶解度增大，导致沉积物中重金属的重新释放。重金属的次生污染在很大程度上与此有关氧化还原作用

氧化还原作用在天然水体中有较重要的地位。由于氧化还原作用的结果，使得重金属在不同条件下的水体中以不同的价态存在，而价态不同，其活性与毒性也不同生物迁移（biologictransport）

生物迁移是指污染物通过有机体的吸收、新陈代谢、生育、死亡等生理过程实现的迁移。是一种非常复杂的迁移形式，与各生物种属的生理、生化、变异作用有关。某些生物体对环境污染物有选择吸收和积累作用，某些生物体对环境污染物有降解能力。生物性迁移类型

生物浓缩（bioconcentrtio）生物积累（bioaccumulation）生物放大（biomagnification）

不同的概念

生物浓缩指生物机体内某种物质的浓度和环境中的浓度相比，又称为生物富集（biologicalenrichment)。

生物积累是同一生物个体在不同代谢活跃阶段机体内的浓度相比生物放大是同一食物链上不同营养级的生物体内某种物质的浓度相比

食物链生物通过食物链对某些污染物(如重金属和稳定的有毒有机物质)的放大积累作用是生物迁移的一种表现形式根据其表现形式，可将生物迁移分为生物浓缩、生物积累和生物放大三种类型食物链与食物网

中国有句谚语：“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃泥球。”生态系统中的生物通过这种吃与被吃的关系构成一条链条，叫做食物链

生态系统中，生物成分之间的取食关系是很复杂的。同一种植物会被不同的动物吃掉，同一种动物也不只吃一种食物。各生物成分之间在取食关系上存在着错综复杂的联系，各种食物链相互交错，相互联结，形成网状结构，称为食物网。食物网是生态系统中普遍而又复杂的现象。能量的流动，物质的迁移、转化，就是通过食物链或食物网进行的食物链的三种类型

按照生物之间的相互关系，食物链主要有以下三种类型∶

一类是捕食性食物链二是寄生性食物链三是腐生性食物链

捕食性食物链

以植物为基础，由植物到小动物，再到大动物，

后者可以捕食前者:

青草→蝗虫→蛙→蛇→鹰，

就属于这种类型

寄生性食物链

以大动物为基础，由小动物寄生在大动物身上:

鸟类→跳蚤→原生动物→细菌→过滤性毒，

就属于这种类型

腐生性食物链

也称分解链，在死的动植物残体上，从繁殖细菌、真菌及某些土壤动物开始:

植物残体→蚯蚓→线虫类→节肢动物，

就属于这种类型

营养级

食物链上的每一个环节，叫营养级任何一种生物都属于一定的营养级。任何食物链上，后一种动物只能吃食、同化前一种动物所能提供能量的一部分，并通过新陈代谢等又消耗一部分能量。后一种生物最终只能贮藏从前一种生物中摄取能量的5-20%。这就是说，能量沿着食物链的营养级逐级流动，不断减少。一般食物链中的营养级不会多于五个食物链对维护生态平衡的作用

食物链上的各种生物相互影响，相互制约，一环扣一环。如果某一环节发生故障，链条就失去整体性，生态系统就会发生紊乱人类的各种活动会把废弃物排入环境。人们也毫无觉察地通过食物链而把有害物质摄入体内

癌症就选择这条途径暗自潜伏起来据美国癌症研究中心调查发现,美国的淡水鱼已患癌症的约有300多种，在鱼体的任何部位都能观察到癌

食物链

生态系统中，一种生物被另一种生物吞食，后者再被第三种生物吞食，彼此形成一个以食物联接起来的链锁关系能量的流动，物质的迁移和转化，都通过食物链或食物网进行食物链对环境中物质的转移和蓄积有重要影响食物链浓缩系数

指生物体内某种元素或难分解的化合物的浓度同它所生存的环境中该物质的浓度的比值影响生物浓度系数的因素有∶不同物质与元素的影响同一物质不同结构的影响生物不同器官的影响生物不同发育阶段及生理特性的影响物质或元素的不同价态在介质中的溶解度的影响各种环境因素的影响

生态系统的组成

生态系统由生产者、消费者、分解者和非生命物质(无机界)四部分组成。生态系统的各组成部分有分工，也有协作生产者为消费者和分解者直接或间接地提供食消费者把生产者的数量控制在非生物环境所能承载的范围内生产者和消费者的残体、排泄物最终被分解者分解成无机物，供植物重新利用正是生产者、消费者、分解者和非生物环境之间的协调、统一，使生态系统能够不停地发挥作用

生产者指绿色植物，也包括单细胞的藻类和能把无机物转化为有机物的一些细菌绿色植物的叶片中含有叶绿素，能进行光合作用，把太阳能转化为化学能，把无机物转化为有机物，供给自身生长发育的需要，并且成为地球上一切生物和人类食物和能量的来源。因此，绿色植物是生态系统的生产者

消费者

主要是指动物。它们不能直接利用外界能量和无机物制造有机物，而以消耗生产者为生。可分为一级消费者、二级消费者和三级消费者这些消费者是在生态系统中的一个极重要的环节。它对整个生态系统的自动调节能力，尤其是对生产者的过度生长、繁殖起着控制作用

消费者级别一级消费者∶草食动物以植物作为直接食物二级消费者∶如蝗虫、蚱蜢等，以草食动物为食物的肉食动物三级消费者∶以肉食动物作为食物的动物，如蛇、猫头鹰等分解者

是指具有分解能力的各种微生物，也包括一些低等原生动物，如土壤线虫、鞭毛虫等。分解者是生态系统的“清工”，它们把动植物的尸体分解成简单的无机物，归还给非生物环境没有分解者，死亡的有机体就会堆积起来，使营养物质不能在生物与非生物之间循环，最终使生态系统成为无水之源

DDT经食物链逐渐放大

某些难降解的有机物也能在生物体内富集。姜·威尔（W.G.M.Well）等在美国长岛沼泽地中进行了水生生物采集研究，该地为了灭蚊，至1974年止已喷撒DDT二十年，他们测定该沼泽地的水中含有0.00005ppm的DDT，水中浮游生物含DDT为0.04ppm，比水中增加800倍，食取浮游生物的小鲦鱼体内含DDT为0.94ppm，又增加23倍，而以食取这种小鲦鱼为生的海鸥，在它组织中含DDT为75.5ppm，又增加380.3倍，整个食物链把DDT浓度提高了1.5×106倍！2，3，7，8-TCDD的一些生物浓度系数（KBCF)生物暴露时间（天）KBCF

藻302000-18600浮萍301200-5000蜗牛301400-47100水蚤307800-48000蚊鱼31000-63300鲇鱼62000-27900人们曾经认为，有机化合物在水生生物体内的富集，主要是通过食物链方式进行营养迁移，或生物放大作用进行的。1971年，Hamelink等人通过实验发现，疏水性化合物被鱼体组织的吸收，主要是通过水和血液中脂肪层两相之间的平衡交换方式进行的。其他的研究者后来的实验也证实了这一结论的正确性。他们并明确指出，有机化合物的生物积累和富集主要是通过分配作用进入水生有机体内的脂肪中的，这个结论的提出，对研究有机化合物在环境中的迁移转化，有重要的意义。影响生物浓缩系数的因素

不同物质与元素的影响

金枪鱼：

在相同条件下，浓缩系数不同∶铜，100；镁，0.3

褐藻：钼，11；铅，70000同一物质不同结构的影响

小鼠∶乙体六六六>丙体六六六生物不同器官的影响

脂肪多的比脂肪少的生物浓缩系数高生物不同发育阶段及生理特性的影响如植物成熟叶>植物的幼叶物质或元素的不同价态在介质中的溶解度的影响各种环境因素的影响

如光照、温度、湿度、pH、风速、水流方向及水流速度等等影响污染物迁移的因素污染物自身的物理化学性质

外界环境的物理化学条件区域自然地理条件的影响污染物自身的物理化学性质

共价键健合的污染物（H2S、CH4等），易进行气迁移离子键健合的污染物（如NaCl、Na2SO4等）易进行水迁移低价离子的水迁移能力大于高价离子的迁移能力，如Na2>Ca++>Al+++；Cl-->SO--4>PO---4外界环境的物理化学条件

环境中的酸度和碱度对污染物的迁移的影响环境的氧化还原条件对污染物迁移的影响环境中存在的有机或无机配位体对迁移的影响区域自然地理条件的影响

区域自然地理条件，如气候、地形、水文、土壤等对污染物的迁移有很大影响其中气候条件对污染物迁移的影响最为明显第三节

污染物在环境中的转化

污染物转化的类型化学转化以光化学、氧化还原和络合、水解等作用最为常见生物转化是污染物通过生物的吸收和代谢作用而发生变化。污染物的转化（transformationofpollutants

）

污染物在环境中通过物理的、化学的或生物的作用，改变形态或转变为另一种物质的过程污染物在环境中的转化在大气中的转化水体中的转化在土壤中的转化

在大气中的转化

在大气中，污染物转化以光化学氧化、催化氧化反应为主大气中氮氧化物、碳氢化合物等气体污染物（一次污染物）通过光化学氧化作用生成臭氧、过氧乙酰硝酸酯（PAN）及其他类似的氧化性物质（统称为光化学氧化剂）气体污染物SO2经光化学作用或催化氧化作用后，转化为硫酸或硫酸盐DDT在大气中受日光辐射很易光解为DDE和DDD水体中的转化

在水体中，污染物转化主要通过氧化还原、水解、络合和生物降解等作用

环境中的重金属在一定的氧化还原条件下，很容易发生接收电子或失去电子的过程，而出现价态的变化，其结果不仅是化学性质（如毒性）发生变化，而且迁移能力也会发生变化。环境中的三价铬和六价铬，三价砷和五价砷就是比较突出的例子汞污染水体后，可沉积在淤泥中，淤泥中某些细菌生长繁殖过程中可释放出甲烷，在酶的催化作转化成毒性更强的甲基汞和二甲基汞，这种形成汞的用下，淤泥中的汞可生物转化作用，称为汞的生物甲基化作用在土壤中的转化

污染物在土壤中的转化及其行为，取决于污染物和土壤的物理化学性质土壤的pH值、湿度、温度、通气、离子交换的能力和微生物的种类等，是污染物转化的依存条件许多有机物通过微生物作用分解转化为其它衍生物或CO2和水等无害物

土壤的氧化或还原条件控制污染物的转化状况和存在状态

水田土壤中缺乏空气，一般都处于还原状态：在水田还原条件下，例如，砷为三价（As3+，毒性大）旱地土壤因通气性较好，一般都处于氧化状态。砷在旱地氧化条件下砷则为五价（As5+）分解农药的微生物

极毛杆菌属

三氯醋酸、2，4-D、灭草隆、五氯酚、百草枯、敌草快、二硝甲酚棒状杆菌属

2，4-D、百草枯芽孢杆菌属茅草枯、灭草隆节核细菌属

三氯醋酸、茅草枯、2，4-D、2，4，5-T、敌稗、二硝甲酚黄杆菌属

茅草枯、2，4-D、2，4-D丁酸、柳芽丹诺卡氏菌属

茅草枯、2，4-D、2，4-DB、敌稗木霉属

三氯醋酸、茅草枯、毒莠定

环境污染物在体内的生物转运

和生物转化

生物转运和生物转化存在于空气、土壤、水和食物中的各种环境污染物，通过各种途径和方式与机体接触后，其在体内的全过程包括吸收、分布、代谢和排泄吸收、分布和排泄，使外来化合物在体内发生位移，统称为生物转运（biotransport）代谢过程则由于使污染物发生化学结构和性质的改变，从而转变成新的衍生物（即代谢产物），故称之为生物转化（biotransformation）化学毒物对机体的毒性作用

取决于两个因素化学毒物的固有毒性和接触量化学毒物或其活性代谢产物到达作用部位的效率（与化学毒物在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程有关）毒物代谢动力学以定量的概念研究外来化合物在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程的动态变化，称为毒物代谢动力（toxicokinetic）通过这一过程的研究，可了解外来化合物在体内被吸收的程度、贮留于何器官组织、停留时间的长短、代谢转化产物的性质、以及由体内排泄的速度和途径等对阐明其在体内可能引起的损害作用具有重要的意义第一节

污染物的吸收、分布与排泄生物转运过程的机理

生物膜是一种可塑的、具有流动性的、脂质与蛋白镶嵌的双层结构生物膜在结构上有三个特点与外源化学物转运密切相关生物膜双层结构的主要成分为各种脂质（磷脂、糖脂、胆固醇），其溶点低于正常体温，在正常情况下维持生物膜为可流动的液体状态。这种脂质成分对于水溶性化学物具有屏障作用镶嵌在脂质中的蛋白成分可以起到载体和特殊通道作用，使某些水溶性化学物得以通过生物膜生物膜上分布有很多直径为2A-4A的微孔，它们是某些水溶性小分子化学物的通道。

生物膜功能保护功能转运功能信息传递能量转换免疫功能化合物通过生物膜的机理

化合物进入机体内需要通过一系列生物膜才能进入细胞不同化合物通过生物膜的机理有区别，但一般有4种机理被动扩散生物膜上孔隙的滤过特殊转运（栽体转运）膜动转运被动扩散

又称简单扩散（simpledifussion），简单扩散过程可受下列因素的影响生物膜两侧的浓度差外源化学物在脂质中的溶解度外源化学物的电离状态生物膜两侧的浓度差

浓度差越大，扩散越快如氧的气体分子由肺泡及毛细血管进入血液和CO2由血液进入肺泡细胞的过程，主要靠浓度差起作用外源化学物在脂质中的溶解度

溶解度可用脂/水分配系数表示，即一种物质在脂相和水相的分配已达到平衡状态时的分配率比值称为脂/水分配系数脂/水分配系数越大，越容易在脂肪中溶解，也越易透过生物膜。但由于生物膜中还含有水相，在生物转运过程中，外源化学物既要透过脂相，也要透过水相，因此脂水分配系数在1左右者，更易进行简单扩散外源化学物的电离状态

化合物分子在水溶液中分解成为带电荷离子的过程称为电离离子型的化合物不易透过生物膜的脂质结构区。影响化合物电离状态的因素：本身的电离常数（电离部分与未电离部分平衡时的常数）所在溶液的pH（弱酸性化学物在酸性介质中非离子型多，在碱性介质中离子型多；弱碱性化学物在酸性介质中离子型多，而在碱性介质中非离子型多）滤过（filtration）

滤过是水溶性物质随同水分子经生物膜的孔状结构而透过生物膜的过程凡分子大小和电荷与膜上孔状结构相适应的溶质皆可滤过转运，转运的动力为生物膜两侧的流体静压梯度差和渗透压差此种孔状结构为亲水性孔道，不同组织生物膜孔道的直径不同。肾小球的孔道直径较大，约为70nm，分子量为60,000以上的蛋白质分子不能透过，较小的分子皆可透过。肠道上皮细胞和肥大细胞膜上孔道直径较小，约为0.4nm，分子量小于200的化合物方可以通过。一般细胞孔道直径在4nm以下，所以除水分子可以通过外，有些无机离子和有机离子等外源化学物，亦可滤过特殊转运

主动转运（activetransport）促进扩散，又称为载体扩散，或易化扩散（facilitateddiffusion）特殊转运的特点被转运的毒物必须与生物膜组成成分发生可逆性结合，并形成复合物。参加复合物形成的生物膜组成成分（载体），将被转运的毒物在生物膜内侧和外侧之间摆动，籍此使被转运的化合物由膜的一侧移向另一侧，然后将转运的化学物质释放出来，完成了化学物通过生物膜的过程，载体本身又回到膜的原来一侧，继续与另一分子形成复合物主动转运（activetransport）

化学物伴随能量的消耗由低浓度处向高浓度处转运以透过生物膜的过程称主动转运许多外源化学物的代谢产物经由肾脏和肝脏排出，主要是借助主动转运。机体需要的某些营养物质，例如某些糖类、氨基酸、核酸和无机盐等由肠道吸收进入血液的过程，必须通过主动转运逆浓度

主动转运的特点需要载体转运量有极限性选择性透过转运机理相同时，可发生竞争性需要消耗能量易化扩散

促进扩散的特点是需要载体，顺浓度梯度由高浓度向低浓度，而且不需要细胞供给能量的扩散性转运葡萄糖、某些氨基酸、甘油、嘌呤碱等亲水化合物，由于不溶于脂肪，不能借助简单扩散进转运，所以可在具有特定载体和顺浓度梯度的情况下进行转运

一一（易化扩散）膜动转运

膜动转运可分为胞吞作用（endocytosis）和胞吐作用（exocy-tosis）胞吞作用是将细胞表面的颗粒物转运入细胞的过程。胞吐作用是将颗粒物由细胞内运出的过程。胞吞和胞吐是两种方向相反的过程在胞吞作用中如果被摄入的物质为固体则称为吞噬(phagocytosis),如为液体则为胞饮(pinocytosis)。入侵机体细胞的细菌、病毒、死亡的细菌、组织碎片、铁蛋白、偶氮色素都可通过吞噬作用被细胞清除。所以胞吞和胞吐作用对体内外源化学物或异物的清除转运具有重要意义毒物透过生物膜的形式

毒物究竞以何种形式由血液进入各组织细胞中，须视它们自己理化特点和结构以及各组织的细胞膜特性，多数毒物属被动转运，有一部分与生物必需的营养物、代谢物相类似特性的毒物则多属特殊透过转运范畴吸收

毒物在多种因素影响下，自接触部位透过体内生物膜进入血液循环的过程从环境污染角度看，水和食物链污染物，主要由口腔、胃粘膜和肠上皮细胞吸收；生产性废物和大气污染物，经肺吸入和皮肤接触为主外源化学物的吸收

一般情况下，毒物的吸收途径主要是胃肠道，呼吸道和皮肤，但在毒理学实验中，有时也利用皮下注射，静脉注射，肌肉注射和腹腔注射等方法，使毒物被吸收呼吸道吸收

经呼吸道吸收的外源化学物主要有：各种气体、可挥发性固体或液体的蒸气、各种气溶胶以及较为细微的颗粒物质等

气体与蒸气主要通过简单扩散被吸收

经呼吸道吸收的特点

经肺吸收的,外源化学物可直接经肺静脉进入全身血液循环,并在全身组织器官分布,不经生物转化，避免了肝脏代谢毒性的消除作用，故毒性可能较强肺易于吸收毒物的解剖和生理特点肺泡数量多肺泡壁很薄，肺泡与肺泡之间的毛细血管极为丰富，吸收过程可迅速完成空气在肺泡中流速慢肺泡对脂溶性、水溶性分子及离不皆有高度通透性污染物经肺泡的吸收不同形态化学物经呼吸道吸收气态毒物

1、毒物的浓度(气体在肺泡气与血浆中的浓度差)2、毒物由血液分布到其他组织的速度和排泄的快慢

3、气体的分子量及在水中的溶解度

气溶胶粒度气体在肺泡气与血浆中的浓度差

气体的吸收是一个动态平衡的过程，即该气体由肺泡进入血液的速度等于由血液进入各组织细胞的速度时的状态平衡状态下，该气体在血液中的浓度(mg/l)与其在肺泡气中的浓度(mg/l)之比，称为血／气分配系数，每种气体的分配系数为一常数。例如氯仿为15,苯为6.85血／气分配系数越大，在血液中溶解度越高，越易被吸收，反之亦然颗粒物、气溶胶的吸收和沉积

各种外来化合物与细菌、病毒以及植物花粉和孢子等皆可形成固体气溶胶气溶胶和颗粒物进入呼吸道后将在呼吸道中沉积或储留，少数水溶性较高的物质可通过简单扩散进入血液，大部分颗粒可随同气流到达终末细支气管和肺泡内，沉积、附着于细胞表面，对机体造成一定的损害经胃肠道吸收

胃肠道吸收是外源化学物进入机体重要途径，消化道任何部位都有吸收作用，但小肠是主要吸收部位经胃肠道吸收的方式

简单扩散滤过主动转运胞吞作用淋巴管吸收

简单扩散

是外源化学物在胃肠道吸收的主要方式分子量小的(200以下)，脂溶性大的(油水分配系数大)，极性低的(解离度小)化学物较易通过生物膜被吸收滤过

小肠粘膜细胞膜上有直径0.4nm左右的亲水性孔道，分子量100左右，直径小于亲水性孔道的小分子，可随同水分子一起滤过而被吸收例如，经口摄入的铅盐10%,锰盐4%,镉盐1.5%和铬盐1%可被胃肠道吸收主动转运

机体需要的某些营养物质如糖类、氨基酸、核酸、无机盐可由肠道通过主动转运逆浓度梯度被吸收少数外源化学物，由于其化学结构或性质与体内所需的营养物质非常相似，也能通过主动转运进入机体例如铅可利用钙的运载系统，铊、钴和锰可利用铁的运载系统；抗癌药５-氟尿嘧啶（5-FU）和５-溴尿嘧啶可利用小肠上皮细胞上的嘧啶运载系统淋巴管吸收

脂肪经肠道吸收后，与磷脂和蛋白质一起形成乳糜微粒，经胞吐作用进入细胞外空间，通过淋巴管直接进入全身静脉血流某些脂溶性外源化学物也可沿这一途径被淋巴管吸收例如苯并(a)芘［benzo(a)pyrene］、３-甲基胆蒽(3-methylcholan-threne)和顺二甲氨基芴(cis-dimethylaminostilbene)以及DDT都式通过这种方式吸收的。

影响胃肠道吸收的因素

外源化学物的性质机体方面的影响胃肠蠕动情况胃肠道充盈程度胃肠道酸碱度胃肠道同时存在的食物和外源化学物某些特殊生理状况

外源化学物的性质

一般说来，固体物质且在胃肠中溶解度较低者，吸收差脂溶性物质较水溶性物质易被吸收同一种固体物质，分散度越大，与胃肠道上皮细胞接触面积越大，吸收越容易解离状态的物质不能借助简单扩散透过胃肠粘膜而被吸收或吸收速度极慢胃肠蠕动情况

蠕动较强，则外源化学物在胃肠内停留时间较短，吸收较少反之，蠕动减弱，停留时间延长，有利于吸收

胃肠道充盈程度

胃肠内容物较多时，吸收减慢反之，空腹或饥饿状态下容易吸收

胃肠道酸碱度

化学物的解离程度除取决于物质本身的解离常数（pk）外，还与其所处介质的pH有关胃液的酸度较高（pH=0.9-1.5）,弱有机酸类多以未解离的分子状态存在，所以在胃中易被吸收小肠内酸碱度已趋向于弱碱性或中(pH=6.6-7.6),弱有机碱类在小肠内主要是非解离状态，也容易通过简单扩散而被吸收由于小肠粘膜的吸收面积很大，故既使是弱酸性药物在小肠内也有一定数量的吸收

苯甲酸和苯胺在胃肠道的解离和吸收

胃肠道同时存在的食物和外源化学物

同时存在的食物和外源化学物也可影响吸收过程，例如钙离子可降低镉和铅的吸收，而低钙膳食可增强铅和镉的毒性作用，也与铅镉的吸收增加有关脂肪可使胃的排空速度降低，因此可延长外源化学物在胃中停留时间，促进吸收

DDT和多氯联苯类化学物可抑制生物膜上Na+-K+-ATP酶,致肠道上皮细胞对钠离子的吸收减少

某些特殊生理状况

特殊生理状况对外源化学物的吸收有影响，如

妊娠和授乳期对铅和镉的吸收增强胃酸分泌随年龄增长而降低，可影响弱酸或弱碱性物质的吸收经皮肤的吸收

经皮肤吸收是外源化学物由外界进入皮肤并经血管和淋巴管进入血液和淋巴液的过程皮肤的通透性不高，但当皮肤与外源化学物接触时，外源化学物也可透过皮肤而被吸收，例如氯仿可透过完整健康的皮肤引起肝损害，有机磷杀虫剂和汞的化学物可经皮肤吸收，引起中毒以至死亡

外源化学物经皮肤简单扩散方式的吸收

主要通过表皮或皮肤附件如汗腺管，皮脂腺和毛囊吸收，分为两个阶段

第一阶段为穿透角质层的屏障作用，但速度较慢

第二阶段为吸收阶段，须经过颗粒层、棘细胞层、生发层和真皮，各层细胞都富有孔状结构，不具屏障功能，外源化学物极易透过，然后通过真皮中大量毛细血管和毛细淋巴管而进入全身循环

经皮肤吸收的影响因素毒物本身的分子结构动物种系和性别的影响身体不同部位的差异表皮屏障的完整性与否外界气象条件和劳动强度其它途径吸收

化学毒物通常经上述三种途径吸收但在毒理学动物实验中有时也采用腹腔、皮下、肌肉和静脉注射进行染毒静脉注射可使化学毒物直接进入血液，分布到全身。静脉注射因腹腔面积大、血流供应充沛而吸收化学毒物很快，并首先经门脉循环进入肝脏，然后到达其它器官。皮下或肌肉注射时吸收较慢，但可直接进入体循环外来化合物的分布

外来化合物通过吸收进入血液和体液后随血流和淋巴液分散到全身各组织的过程称为分布外来化合物在体内并不均匀地分布到各组织，不同化学物在体内分布也不一样化学物在体内各组织的分布与该组织的血流量、亲和力以及其它因素有关研究化学物在体内的分布规律及归宿，有利于了解化学物的亲和组织、靶器官和贮存库分布及再分布

外源化学物被吸收后，首先向血流量大的器官分布，血液供应愈丰富的器官，外源化学物分布也愈多随着时间的延长，按照外源化学物与器官的亲合力大小，选则性的分布在某些器官，此为再分布过程经过再分布后，在毒理学上比较有意义的部位包括：代谢转化部位，靶部位、排泄部位及贮存库影响外源化学物分布的因素

外源化学物通过生物膜进入组织中的速度，主要受扩散率的制约，而与器官血液供应量关系不大若外源化学物通过膜的扩散速度较快而完全，进入组织的速度主要受器官血液灌流率的影响，血液愈丰富，灌流愈大的器官，外源化学物分布也越多一般而言，扩散率影响和限制水溶性化学物的分布，器官灌流率则控制脂溶性物质的分布。除受上述因素影响外，还和外源化学物与该器官组织的亲合力及代谢速度有关外来化合物的贮存

有的部位化学物含量很高，但未显示明显的毒作用，称为贮存库。主要有下列几种白浆蛋白肝脏和肾脏脂肪组织骨骼组织化学物在体内的贮存具有双重意义

一方面对急性中毒具有保护作用，因可减少到达毒作用部位的毒物量另一方面可能成为一种在体内提供毒物的来源，具有潜在的危害

外源化学物在分布过程中的屏障

某些组织器官具有阻止或减缓外源化学物进入组织器官的生理功能，即屏障作用在毒理学中较为重要的屏障有皮肤屏障、血脑屏障和胎盘屏障

外来化合物的排泄外来化合物的排泄

排泄是外源化学物及其代谢产物由机体向外转运的过程，是机体物质代谢过程中最后一个重要环节，主要途径经肾脏排泄经肝胆排泄经呼吸道排出其它排泄途径

经肾脏排泄

经肾随同尿液排出的化学物的数量超过其它各种途径排出的总和肾脏排泄

肾脏是外来化合物及代谢产物排泄的主要器官，其排泄机理是肾小球被动滤过肾小管的重吸收主动转运（分泌）

肾小球被动滤过

肾脏约接收输出量的25%，其中约有20%的游离型化学毒物由血浆水携带进入肾小球滤液肾小球毛细血管有较大的膜孔（4×10-9m），并有滤过压，因此除与大分子蛋白结合的化学毒物外，几乎所有分子量<69000的化学物均可通过肾小球滤过而到达肾小管

肾小管重吸收

肾小球滤液所含的很多重要的机体内源性化学物（如葡萄糖、氨基酸）由载体转运方式重吸收。由于原尿中水被重吸收，脂溶性化学毒物的浓度增高，可经被动扩散从肾小管回到血液中尿呈酸时，有利于碱性毒物的解离和排出，呈碱性时则酸性化学毒物较易排出。如以氯化铵处理可降低尿pH，碳酸氢钠处理可升高尿pH。如苯巴比妥中毒患者，可服用碳酸氢钠使尿液呈碱性而促进其排出肾小管的主动转运（分泌）

某些有机阴离子和有机阳离子毒物可通过两种不同机制进行分泌，使毒物由近曲肾小管细胞一侧血中主动分泌到尿中与蛋白质结合的毒物，如果结合是可逆的也可通过分泌排入尿中。例如，对氨基马尿酸盐就是通过有机酸转运系统排入尿中的不少胺类化学物在生理pH条件下呈阳离子状态，可通过有机碱主动转运系统排出新生儿肾功能发育不全，对外来化合物不能迅速排出，故其毒性反应比成人大经肝胆排泄

经肠道吸收的外来化合物在进入全身循环之前，首先流经肝脏，此时肝脏一方面可阻止它们在体内的其它部位分布，另一方面可将经代谢转化的产物，由肝细胞直接排泄入胆汁。非经消化道吸收的毒物，由血循环进入肝脏经肝胆系统排入肠内经肝胆排泄主要通过主动转运经肝胆排泄

大分子物质经胆道排泄，有些外源化学物几乎完全通过胆道分泌而排出体外如果胆道分泌功能发生障碍，某些外源化学物由于无法排泄，毒性大大增强。己烯雌酚就是一个明显的例子，以LD50为指标，己烯雌酚对于胆管结扎的大鼠的毒性比未结扎者高150倍经胆道分泌至肠道的外源化学物或其代谢产物，除可随粪便排出体外，还可经肠道菌丛水解或代谢，重新以游离形式被吸收进入门静脉，即肝肠循环经呼吸道排出

在体内未分解的气态毒物及挥发性液态外源化学物均可经呼吸道排出经呼吸道排出主要通过简单扩散的方法排出方式为通过细胞膜被动扩散，其速度取决于肺泡壁两侧外源化学物的分压差。血／气分配系数较小者排出较快，血／气分配系数较大的排出较慢氯仿等溶解度高的液体，因为通气量有限和易在脂肪组织蓄积，所以排出很慢；而乙醚为挥发性溶剂，增加肺通气量可促进排出。其它排泄途径

除了以上的排泄途径以外，外源化学物还可经

乳汁、唾液、汗液、泪液及胃肠道等排泄

其它排泄途径脑脊液主要通过主动转运将脂溶性毒物排出体外乳汁(已报道多达40种以上)毒物可经乳汁由母体传人子代，也可经牛奶进人体内。脂溶性毒物经扩散由血浆进入乳腺脂肪中，在哺乳时进入乳汁，例如：DDT、多氯联苯等主要通过乳汁排出，其他如钙、铅等也可经乳汁排出唾液腺、汗腺非电离性的脂溶性物质通过扩散形式可由汗液和唾液排出体外，经唾液排出的物质可以经吞咽作用被胃肠道吸收某些重金属如铅、汞、锰可在毛发和指甲内富集，且含量与其吸收量呈一定比例，故可用毛发中化学物浓度作为吸收或接触指标

第二节污染物的生物转化

Bioaccumulation/Biotransformation

/BiodegradationManythingscanhappentochemicalbetweenreleasetoenvironmentandarrivalatthebiologicalsiteofactionBioaccumulation–increaseinconcentrationofchemicalintissuerelativetoconcentrationinenvironmentMorelikelyinlipidsoluble/lipophilicsBiotransformation–chemicalchangeintoxicantcausedbybiologicaltissueMaydecrease[usually]orincreasetoxicityBiodegradation

–breakdownofaxenobioticintoasimplerchemicalformCouldbetheresultofbiotransformationAllaboveprocessesdependentonsitespecificconditionssodirectionanddegreehardtopredict生物转化

外源化学物通过不同途径被吸收进入体内后，将发生一系列化学变化并形成一些分解产物或衍生物，此种过程称为生物转化(biotransformation）或代谢转化代谢反应过程

分为两相，氧化、还原和水解为Ⅰ相反应，与某些内源性物质结合过程为Ⅱ相反应通过Ⅰ相反应，使化学毒物的分子暴露或增加功能基团（如─OH、─SH、─NH2、─COOH等），使之水溶性增高并成为适合于Ⅱ相反应的底物再通过Ⅱ相反应，生成易于从机体内排泄的水溶性结合产物氧化反应

微粒体酶氧化反应

脂肪族羟化、芳香族羟化、环氧化、（N-、O-、S-）脱烷基、脱氨基、S-氧化、脱硫、氧化脱卤反应等非微粒体酶氧化反应微粒体混合功能氧化酶（MFOS）

许多外来化合物进入机体后，几乎都能被微粒体的氧化酶所催化，产生各种氧化代谢物该酶系主要存在于肝细胞内质网中，是镶嵌在细胞滑面内质网膜上的一簇MFOS催化的氧化反应的特点是反应中需要一个氧分子，其中一个氧分子被还原成水，另一个氧分子与底物结合，即被氧化的作用物上加上一个氧分子，故该酶又称为微粒体加氧酶反应式

MFOS是由多种酶构成的多酶系统

MFO是镶嵌在细胞滑面内质网膜上的一簇酶。基本组成包括：血红素蛋白类，主要是细胞色素P-450，细胞色素b5；这两种酶蛋白都含有铁卟啉环结构，铁卟啉环中的铁可进行Fe++，

Fe+++的可逆性转变，故具有电子转移功能黄素蛋白类，主要是还原型辅酶Ⅱ（NADPH）-细胞色素P-450还原酶（fp）、还原型辅酶Ⅰ（NADH）-细胞色素b5还原酶以及环氧化物水化酶等混合功能氧化酶系统（MPO）对外来化合物氧化催化作用示意图

1、氧化型细胞色素P-450(Fe3+)首先与RH结合形成-种复合物；

2、再在NADPH-细胞色素P-450还原酶的作用下，由NADPH提供一个电子使其转变为还原型细胞色素P-450(Fe2+)复合物；

3、此复合物和一个分子氧结合形成含氧复合物

4、Fe2+O2复合物再加上一个质子(H+)和由NADPH-细胞色素P-450还原酶或由细胞色素b5提供的第二个电子，转变成Fe2+OOH复合物；

5、第二个质子的加入使Fe2+OOH复合物裂解，形成水和(Fe0)3+复合物；

6、(Fe0)3+复合物将氧原子转移到底物，生成ROH，并提供一个电子，使其中的O2活化，活化氧；

7、释放ROH产物，此时P-450(Fe2+)变为P-450(Fe3+)，可再次参与氧化过程。芳香族羟化α-萘胺α-羟基-β-萘胺苯苯胺1-萘基-N-甲基氨基甲酸酯

N-羟化反应N-羟化反应

邻氨基苯（解毒）N-羟氨基苯（高铁血红蛋白形成剂）毒性与羟化部位密切相关

α-羟基-β-萘胺（不致癌）β-萘胺-N-氧化物（可能致癌）脂肪族羟化

即脂肪族侧链末端的第一个碳原子或第二个碳原子被氧化。例如，农药八甲磷（OMPA）在体内转化成N-羟甲基OMPA（羟甲基八甲磷），其毒性增强，使抑制胆碱酯酶的能力增加10倍毒性增强O-脱烷基反应

甲基对硫磷一甲基对硫磷（毒性降低）N-脱烷基反应自由甲基（能使核酸烷基化）----突变和致癌重氮甲烷甲基亚硝胺二甲基亚硝胺S-脱烷基反应

与N-脱烷基反应相类似，S-原子上的烷基被氧化脱去，生成对应的醛环氧化反应

氯乙烯

脱硫反应

对硫磷对氧磷（毒性增加）S-氧化反应

凡化合物分子结构中，含有硫醚键（-C-S-C-）的有机硫化合物，在MFO的催化下，发生S-氧化反应，转化成亚砜型或砜型衍生物

如内吸磷的硫氧化反应，产物亚砜型内吸磷和砜型内吸磷，毒性比母体化合物高5～10倍金属脱烷基反应

毒性增加非微粒体酶氧化反应

还原反应

强氧化性游离基（引起肝脂质过氧化或肝坏死）醛还原

酮醛水解反应

农药氟乙酰胺水解生成氟乙酸毒性更大

结合反应

与葡萄糖醛酸结合与谷胱甘肽结合乙酰化作用硫酸结合氨基酸结合甲基化作用与葡萄糖醛酸结合

葡萄糖醛酸结合是最重要的结合反应葡萄糖醛酸的主要来源是糖代谢过程中生成的尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG），UDPG被再氧化生成尿苷二磷酸葡萄糖醛酸（UDPGA），在葡萄糖醛酸转移酶（GT）的作用下，与各种外来化合物及其代谢产物的羧基、氨基、巯基结合，形成葡萄糖醛酸结合物，其水溶性增高，易于排出体外硫酸结合

3，-磷酸腺苷-5，-磷酰硫酸硫酸酯（硫酸结合物）参与结合的硫酸必须先与ATP作用活化成为PAPS，在硫酸转移酶的作用下，与醇、酚及胺类结合生成硫酸酯

PAPS乙酰化作用

带有氨基的化合物如未能氧化脱氨，则可发生乙酰化作用在N-乙酰转移酶的作用下，将乙酰基（乙酰辅酶A为供体，而乙酰辅酶A由糖、脂肪和蛋白质分解产生）转移到芳香胺类、酰肼类（如异烟肼、2-氨基笏、4-氨基联苯、2-萘胺等）乙酰化是芳香胺类、酰肼类等外来化合物的重要生物转化途经。肝脏是N-乙酰化作用的主要器官氨基酸结合

与谷胱甘肽结合

在谷胱甘肽-S转移酶（GST，存在于胞浆中，肾和肝活性较高）的作用下，能与许多外来化合物结合，及其代谢产物，如环氧化物、硝基化合物等结合，形成亲水性产物而易于排出

甲基化作用

甲基化反应由S-腺嘌呤蛋氨酸（SAM）供给甲基甲基化反应可分为N-，O-，S-甲基化

某些金属和类金属如铅、汞、砷和硒，在某些情况下可进行甲基化

生物转化的特点代谢反应连续性

反应类型多样性解毒和致毒的双重性饱和性

代谢反应连续性

是指一种物质的生物转化需要经过几种连续反应，产生几种产物如乙酰水杨酸，先被水解成水杨酸，然后与葡萄糖醛酸或甘氨酸结合，分别生成葡萄糖醛酸苷和甘氨酰水杨酸反应类型多样性

是指同一种物质可发生多种反应如苯甲酸，既可与甘氨酸结合生成马尿酸，又可与葡萄糖醛酸结合生成苯甲酰葡萄糖醛酸苷。

解毒和致毒的双重性

是指一种物质通过肝脏转化后，其毒性大多变小，但个别也可增强。一些致癌物质最初本无致癌活性，但通过生物转化后则成为致癌物生物转化的毒理学意义

生物转化是外源化学物进入机体后，其存在形式可能会发生各种变化，活性也会发生改变，其中有些毒性增强，有些毒性减弱。因此，生物转化对于判定其对机体的影响有重要作用通过对生物转化作用的研究，可以探求外源化合物活性基因、活性分子的重要规律，为防治其对机体损伤有重要意义通过对外源化学物在机体的生物转化过程的研究，有利于探求其损伤机制，作用的靶器官、靶组织、靶细胞乃至靶分子外源化合物经过生物转化会形成新的代谢间产物、终产物，存在于血液和组织中，或被排出体外，可为中毒诊断，程度判断，治疗效果评价提供有意义的生物学材料影响生物转化的因素种属差异和个体差异外来化合物对酶的抑制和诱导生理因素代谢饱和状态

环境污染物的毒作用及其影响因素

第一节

环境污染物的毒作用

ToxicologyWhatistoxicology?Thestudyoftheeffectsofpoisons.Poisonoussubstancesareproducedbyplants,animals,orbacteria.

Phytotoxins Zootoxins Bacteriotoxins

Toxicant-thespecificpoisonouschemical.

Xenobiotic-man-madesubstanceand/orproducedbybutnotnormallyfoundinthebody.毒物的概念

在一定条件下，以较小剂量给予机体时，能与生物体相互作用，引起生物体功能或器质性损伤的化学物质，或剂量虽微，但累积到一定的量，就能干扰或破坏机体的正常生理功能，引起暂时或持久性的病理变化，甚至危及生命的化合物，称为毒物（toxicant）.毒物与非毒物之间并没有绝对的界限，使二者之间发生互变的重要条件是剂量.毒物的分类毒物的种类按其用途及分布范围可分为：工业毒物环境污染物食品中有害成分农用化合物嗜好品、化妆品、其他日用品中的有害成分生物毒素医用药物军事毒物放射性同位素VariableEnvironmentsWater(1°) calledAirenvironmentalmedia3.Soil环境毒物

各种有毒、有害化学物质通过不同途径进入空气、水源、土壤以及公共场所等生活环境中，通常就称为环境毒物（environmentaltoxicant）IntroductionToxicologyisarguablytheoldestscientificdiscipline,astheearliesthumanshadtorecognizewhichplantsweresafetoeat.Mostexposureofhumanstochemicalsisvianaturallyoccurringcompoundsconsumedfromfoodplants.Humansareexposedtochemicalsbothinadvertentlyanddeliberately.南京汤山中毒事件(9.14事件)：2002年9月13日晚11时许，南京市江宁区汤山镇经营“菊红”面食店的陈正平潜入“正武”面食店，将所携带的剧毒鼠药“毒鼠强”投放到该店食品原料内2002年9月14日造成395人因食用有毒食品而中毒，经医院抢救无效死亡42人YouKnow?92%ofallpoisoningshappenathome.Thehouseholdproductsimplicatedinmostpoisoningsare:cleaningsolutions,fuels,medicines,andothermaterialssuchasglueandcosmetics.Certainanimalssecreteaxenobiotic

poisoncalledvenom,usuallyinjectedwithabiteo