第一章 绪论与新兴的环境毒理科学

环境毒理学EnvironmentalToxicology主要参考杂志和书目参考杂志：1、卫生毒理学杂志2、卫生研究3、中国公共卫生4、中国地方病学杂志5、中国地方病防治杂志6、环境科学7、环境科学学报8、中华预防医学杂志参考书目：1、《环境毒理学》，李建政，化学工业出版社2、《环境毒理学》，孔志明，南京大学出版社3、《环境毒理学》，孟紫强，高等教育出版社4、《生态毒理学原理与方法》，孟紫强，科学出版社5、《环境污染与人体健康》，石碧清，中国环境科学出版社环境毒理学的基本概念、机理，并重点介绍了土壤环境毒理学、水环境毒理学、大气污染毒理学等环境毒理学的分支学科，以及毒理学研究常见的一些实验方法。

《环境毒理学》教学内容本课程内容与重点以介质为分类依据

大气环境毒理学

水环境毒理学

土壤环境毒理学环境毒理学有机架构以环境污染物为分类依据

重金属毒理学溶剂（石油）毒理学

农药毒理学环境激素毒理学环境电离（电磁）辐射毒理学环境毒理学学科结构环境毒理学理论

环境毒理学实验

环境毒理学应用环境毒理学理论

毒性与影响因素一般毒性与评价特殊毒性与评价安全与健康评价环境毒理学学习安排计划第一讲、绪论与新兴的环境毒理科学第二讲、污染物的环境生态行为第三讲、化学污染物的毒性作用第四讲、物理性污染的毒性效应第五讲、土壤环境毒理学第六讲、水环境毒理学第七讲、大气污染毒理学第八讲、环境毒理学常用研究方法第九讲、环境化学物的生态风险评价第一章

绪论与新兴的环境毒理科学第一节环境毒理学概述

第二节环境毒理学研究对象、任务与内容第三节环境毒理学的研究方法第四节环境毒理学发展与应用

第五节环境毒理学展望第一节环境毒理学概述一、毒理学（Toxicology）毒理学：是研究物理、化学和生物因素，特别是化学因素对生物机体的损害作用及其机理的科学。环境毒理学：属于环境科学的范畴，也是生命科学和毒理学的分支学科。环境毒理学：运用毒理学研究方法研究环境污染物，特别是化学污染物对生物有机体，尤其是对人体的损害作用及其机理的科学。生态毒理学毒理学的分支学科，着重研究自然的和人造的污染物对动物（包括人）、植物、微生物的整个生态系统的毒效应；

生态毒理学是研究各种有毒有害因素，特别是环境污染物对人类之外其他生物种类包括动物、植物和微生物等的损害作用规律及防治措施的科学。环境毒理学与生态毒理学的区别区别点环境毒理学生态毒理学主要研究内容对人体健康的影响对生态系统健康的胁迫实验方法基于动物实验的观察结果进行推论或对病人进行实验观察以及流行病学调查直接采用相应的植物、动物和微生物进行实验与观测主要任务阐明环境毒物对人体健康的影响及其机理揭示环境毒物对生态系统及其不同组分的毒害效应及其机理学科归属环境、医学生态学环境生态毒理学生态毒理学环境毒理学核心为非人类生物，扩展到人类核心为环境污染物对人的影响，扩展到动植物

环境生态毒理学应用毒理学的观点和方法，研究环境污染物对非人类生物乃至生态系统及其组成种群影响规律的一门科学。

环境生态毒理学主要研究对象不仅包括生物个体的变化，而且包括生物群体的改变；不仅研究环境化学污染物（简称环境化学物）对某一种群的损害，而且研究环境化学物对生态系统的影响。

毒物：可进入生物机体，具有累积效应，干扰机体生理平衡，导致其组织、器官或生理过程受到不良影响的外源性物质。（Toxin：毒素，生物产生（venom:毒液）；Poison：毒药，人工合成药物，有目的性；Toxicant：有毒物质，广义，不一定有目的性；pollutant,chemicals,contaminant,toxicsubstance）外源性化学物（Xenobiotics）：是一类“外来生物活性物质”，又称外来化学物，以区别于代谢过程中形成的产物和中间产物——内源化学物。临床毒理学营养毒理学环境毒理学职业毒理学医药学诊断化学病理学营养学食品学分析化学环境科学生态学环境化学生理学病理学生物化学免疫学遗传学其它职业医学

毒理学毒理学、环境毒理学与其它基础科学的联系毒理学是典型的综合科学：化学原料提取合成使用排放生物吸收分布伤害毒性调控污染源风险管理归趋风险评价效应自然的生物与非生物转化人畜排泄物暴露环境毒理学的基本组成第二节环境毒理学研究对象、任务

与内容由于环境污染物对人类之外的其他生物种类（包括动物、植物和微生物等）的损害日趋严重，地球上每天有100~300个物种遭灭绝，近50000km2森林被破坏。环境毒理学研究已扩展到环境污染物对各种生物机体及其种群的损害作用规律及防治措施的范围。研究外源化学物对生物体损害作用及其机制的科学。环境污染物的种类繁多，主要包括三个方面的污染物：物理性污染生物性污染化学性污染

一、环境毒理学的研究对象——游离辐射

——电磁辐射

——噪声污染

——振动污染

——温度（废热）

……物理性污染：游离辐射——种类背景辐射来源：宇宙射线、土壤岩石、人体内的放射性同位素医用辐射来源：诊断用X光机，核子医学、肿瘤照射职业上的暴露：非破坏性仪器检测、行李监测、核电厂操作、核武试爆、研究用仪器——游离辐射产生的问题急性暴露可引起皮肤、肠胃、造血系统异常，甚至死亡长期低剂量辐射会破坏染色体或引起基因突变。非游离辐射

——紫外线来源：阳光、焊接、杀菌可引起皮肤红肿、灼伤及皮肤癌焊接工可患角结膜炎及白内障

——红外线来源：具温度的物体可引起皮肤及眼角膜等的热伤害

——微波可引起白内障及生殖系统危害

——低频率电磁波温度

——温度过低会造成体温降低、冻疮甚至死亡

——温度过高热痉挛热衰竭热中风目前存在的城市热岛效应城市热岛效应示意图噪音突发性噪音持续性噪音振动局部性振动全身性振动异常气压气压的变动可引起健康危害生物性污染：——细菌

——病毒

——生物毒素各种生物毒素颜色鲜艳有疣有环有托不被虫咬毒蝇伞墨汁鬼伞豹斑毒伞白毒伞（极毒）化学性污染（外源性化学物）：——农药——食品中的有毒成分——药物——化妆品及洗涤剂——金属——刺激性和窒息性气体——天然毒素——其他毒物农药有机磷酸酯类农药：磷酸酯类（敌敌畏、敌百虫）、硫代和二硫代磷酸酯（乐果、对硫磷）、磷酰胺和硫代磷酰胺（甲胺磷、焦磷酸酯）。甲脒类农药：杀螨剂、杀虫剂、杀真菌剂、除草剂、杀线虫剂等。拟除虫菊酯类农药氨基甲酸酯类农药：西维因、呋喃丹、异丙威、禾大壮。其它农药：鞣化过程抑制剂、GABA受体抑制剂、细胞分裂抑制剂。各种食品添加剂防腐剂：硼酸、甲酸、水杨酸、二碳酸酯、丙酸酯、苯甲酸、苯甲酸钠、山梨酸、对羟基苯甲酸酯。杀菌剂抗氧化剂食用色素发色剂和漂白剂：亚硝酸钠、硝酸钠。香精香料调味剂：谷氨酸钠、糖精药物——药物与毒物的差别主要在于剂量的差异。化妆品与洗涤剂——化妆品：造成经皮吸收的一般性危害；对皮肤产生原发刺激；产生过敏性接触性皮炎；导致光敏性皮肤损害；一些有害物质具有诱变性和致癌性。——合成洗涤剂重金属——列在EPA优先污染物表中的金属有12种：砷、铍、镉、铬、铜、铅、汞、镍、硒、银、铊及锌。有机溶剂有机实验常用食品中的有毒成份——毒物的概念是相对的，任何化学物超过一定的剂量即成为毒物。军事毒物化学武器（chemicalweapon）是化学战剂、化学弹药及其施放器材的合称。化学战剂（chemicalwarfareagents，CWA）或简称毒剂：军事对抗中用以杀伤对方有生力量、牵制和扰乱对方军事行动的有毒物质的统称。化学弹药（chemicalmunitions）：装填有CWA的弹药，合称为化学弹药。

化学武器大规模使用始于第一次世界大战。使用的毒剂有氯气、光气、双光气、二苯氯胂、氢氰酸、芥子气等多达40余种，毒剂用量达12万吨，伤亡人数约130万，占战争伤亡总人数的4.6％。第二次世界大战全面爆发前，意大利侵略阿比西尼亚时首次使用芥子气和光气。哈伯法固氮法的发明者德国科学家哈伯，在研发毒气炮弹的时候，得出著名哈伯定理，即暴露于低浓度毒气氛围所导致的毒性同高浓度毒气短时间暴露的毒性之间存在的某种联系（半经验公式）。2005年5月1日，越南胡志明市，4岁的NguyenXuanMinh。美国在越战中将包括橙剂(AgentOrange)在内的脱叶剂广泛用于军事目的，导致越南出现很多残疾儿童。二、环境毒理学的研究任务主要任务：研究环境污染物对人体的损害作用及其机理，探索环境污染物对人类健康损害的早期检测指标和生物标记，从而为制定环境卫生标准和防治环境污染对人体健康的危害提供理论依据和措施。2.最终任务：保护地球生物圈内包括人类在内的各种生物的生存和持续健康的发展。三、环境毒理学的研究内容环境毒理学的概念、理论和方法；环境化合物在生物体内的吸收、分布、转化和排除规律，及对生物体的一般毒性作用与机理；环境化学物及其转化产物对生物体的致突变、致癌变、致畸变等特殊毒性作用与机理；环境污染物的毒性评定方法，包括急性、亚急性和慢性毒性试验，代谢试验，蓄积试验，繁殖试验、迟发神经毒试验，以及各项致突变试验、致癌试验及致畸变试验等；各种环境污染物对生物体损害作用的早发现、早防治的理论、方法和措施。四、环境毒理学的研究目标研究环境污染物对人体健康的可能危害及其剂量—反应关系，进行毒性和安全性评价。毒性试验采用在现实中不可能有的高浓度、大剂量、强制性给予剂量，不存在绝对安全的物质。任何物质、不加限制就可能是毒物。发现毒性并不是研究目的，而弄清不能出现毒性的条件，例如推算最大无作用量，才具有真正的价值。从这一点上讲，环境毒理学的研究和安全学的研究有着密切联系。仅就毒理学本身而言，不能进行利益—危险的评价，但提供关于生物体健康危险度的资料是毒理学的任务。

阐明环境污染物毒作用机理及影响其毒作用的各种因素，探索环境污染物对生物体健康损害的早期检测指标。

——早预防、早发现、早治疗。为制定环境标准、环境卫生标准，为预防、治疗环境污染物中毒提供科学依据。第三节环境毒理学的研究方法1.整体试验：在整体动物中进行的体内实验；2.体外试验：在植物、微生物、动物（非哺乳动物和哺乳动物）进行器官、组织、细胞、亚细胞、分子水平的试验。3.调查研究：以已有试验结果、已有知识为基础，采用医学流行病学的调查方法（1）整体试验也称体内动物实验。一般采用的实验动物有大鼠、小鼠、家兔、豚鼠、仓鼠、狗、猴等哺乳类动物，根据研究目的也可采用鸟类、昆虫、鱼类及其他水生生物等。整体动物实验不仅可以反映环境污染物的综合生物学效应，而且可以反映在动物整体状态下环境污染物的各种生物学效应。按照染毒时间的长短可分为急性、亚急性（亚慢性）和慢性毒性实验；按照实验目的的不同可分为繁殖试验、蓄积试验、代谢试验及“三致”试验（致癌变、致畸变和致突变试验）。动物模型选择的依据：（1）动物模型对于一定环境因子的反应尽可能与目标生物的反应相近。（2）具有经济可行性。实验动物（laboratoryanimal）：指经人工培育，对其携带微生物实行控制，遗传背景明确，来源清楚，可用于科学研究的动物。狗小鼠大鼠兔豚鼠仓鼠印度芥菜-Se遏蓝菜-CdAs长萼堇菜-Zn实验动物和人对外源化学物的反应敏感性不同，有时甚至存在着质的差别；高剂量向低剂量外推的不确定性；小数量实验动物到大量人群外推的不确定性；4成年健康动物向年老体弱及患病个体外推的不确定性。实验动物毒理学实验外推到人群接触安全性时存在的不确定性1化学物在实验动物产生的作用，可以外推于人。基本假设①人是最敏感的动物物种；②人和实验动物的生物学过程与体重（或体表面积）相关。

实验动物必须暴露于高剂量，这是发现对人潜在危害的必需的和可靠的方法。

成年的健康(雄性和雌性未孕)实验动物和人可能的暴露途径基本一致。环境毒理学试验基本原则（2）体外试验可采用器官灌流技术，将受试化学物经过血管流经特定的脏器，观察环境污染物在脏器内的代谢转化和毒性作用也可以将某个脏器从体内取出再制成原代游离细胞，进行环境污染物对细胞毒性作用的研究。还可以利用在体外经过多次传代的细胞株，例如，HeLa细胞、CHO细胞、V79细胞等对外来化学物进行一般毒性和特殊毒性研究。采用离心技术，可将细胞器或其组分，例如，内质网、线粒体等分离纯化，研究环境污染物对这些亚细胞组分的毒性作用。

典型细胞株HeLa细胞:子宫颈癌细胞，用作癌症研究，不限次分裂，用来研究细胞信号转导，由正常子宫颈细胞被一种人类乳突状瘤病毒转型成癌细胞；CHO细胞:中国仓鼠卵巢细胞，生物工程广泛使用的细胞，用于疾病治疗预防；V79:中国仓鼠肺细胞；动物试验体内试验体外试验一般毒性

试验特殊毒性试验微生物试验哺乳动物试验急性毒性亚急性毒性亚慢性毒性慢性毒性致突变致癌致畸致突变器官水平组织水平细胞水平亚细胞水平分子水平目的？毒性评价毒性评价为了评价一种化学物质对生物的潜在危害，需要建立化学暴露与生物个体及群体损害的可重复验证的定量关系。

剂量-反应

毒性生物测试

将有代表性的生物群体在一定时间内暴露于一系列的化学物质浓度中，然后记录反应情况或终点。急性毒性生物测试亚急性（慢性）毒性生物测试人体观察(HumanToxicology)临床毒理学

通过中毒事故的处理和治疗人体志愿者试验：低浓度、短时间、轻度、可逆（3）流行病学调查与生物调查采用医学流行病学的调查方法，根据动物试验的结果及对环境污染物毒理作用的预测或假设，选用适当的观察指标，对接触该环境污染物的人群进行调查，分析环境污染与人群健康损害的关系。环境污染物对动物、植物及微生物群体的损害，也可通过生物调查的方法进行研究。实验技术或手段：不同学科：

化学的生物的生物化学的分子生物学的不同水平：器官水平细胞水平亚细胞水平分子水平致癌作用（DNA损伤、致突变作用）遗传毒性测试、染色体研究、受体

研究方法流行病学研究受控的临床研究毒理学体内试验毒理学体外试验优点·真实的暴露条件·规定的限定暴露条件·易于控制暴露条件·影响因素少，易于控·在各化学物之间发生相·在人群中测定反应·能测定多种效应制互作用·对某组人群(如哮喘)·能评价宿主特征的作用·可进行某些深入的研·测定在人群的作用的研究是有力的(如：性别、年龄、遗究(如：机制，代谢)·表示全部的人敏感性·能测定效应的强度传特征等和其他调控因·人力物力花费较少素饮食等)·能评价机制缺点·耗资、耗时多·耗资多·动物暴露与人暴露相关·不能全面反映毒作用·多为回顾性，无健康·较低浓度和较短时的不确定性不能作为毒性评价和保护间的暴露·受控的饲养条件与人的危险性评价的最后依·难以确定暴露，有混杂·限于较少量的人群实际情况不一致据暴露问题(一般<50)·暴露的浓度和时间的模·难以观察慢性毒作用·可检测的危险性增加必·限于暂时、微小、式显著地不同于人群的需达到2倍以上可逆的效应暴露·测定指标较粗(发病率，·一般不适于研究最死亡率)敏感的人群

毒理学研究方法的优缺点第四节环境毒理学发展与应用

发展历程及其趋势1、经典毒理学生态毒理学环境毒理学2、发展趋势经典毒理学，主要考虑有毒物质对个体水平的毒效应，而且多集中在人类。生态毒理学，“毒理学的分支学科，着重研究自然的和人造的污染物对动物（包括人）、植物、微生物的整个生态系统的毒效应。”

1）研究毒物是如何流入环境的，以及它们的迁移转化方式。2）研究生物体可能暴露在什么样的和多大剂量的毒物下。环境毒理学，集经典毒理学和生态毒理学，……随着社会和政治关注、分析检测技术的进步而发展萌芽5000前(3000-2000B.C)有文字记载约3500年历史1500B.C古埃及医书中已记载Pb(铅)、Cu(铜)、As(砷)等有毒物质我国明朝初的《本草纲目》等也记载了有关毒物。如砒石、钩吻、乌头、番木鳖等一、古代与中世纪毒理学主要反映在两个方面1.

在实践中逐渐积累了用天然毒物治疗疾病和

解救中毒的经验；2.

被识别和发现的各种自然毒物也被用于狩猎、战争冲突和谋杀。毒芹木著中国古代著名毒药(图)断肠草

鹤顶红

信石

见血封喉

乌头

产业革命前由于社会上中毒、误服——法医毒理学化学药物的合成——药物毒理学毒理学试验研究始于16世纪，由Paracelsus

奠定基础产业革命后(19世纪)职业中毒——工业毒理学二、启蒙时代毒理学瑞典科学家Paracelsus