环境毒理学课件-第1章

第一章第一章 绪论绪论环境（环境（EnvironmentEnvironment）是指特定主体周围的所有生物因子和是指特定主体周围的所有生物因子和非生物因子非生物因子对某一特定的生物个体或群体来说，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）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、微和所有生物成分（如植物、动物、微生物等）生物等）人和自然环境关系密切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自然环境是人类和其它一切生命赖以生存和发展的基础存和发展的基础人体血液、肌肉以及各器官的化学元素人体血液、肌肉以及各器官的化学元素含量，与地壳岩石含量，与地壳岩石 、空气、海水、河水、空气、海水、河水、岩石、土壤、蔬菜、肉类中化学元素的岩石、土壤、蔬菜、肉类中化学元素的含量具有相关性，表明：含量具有相关性，表明：p人是环境的产物人是环境的产物p人体的物质与环境中的物质进行着交换人体的物质与环境中的物质进行着交换 人类的环境人类的环境 q自然环境自然环境 包括大气圈、水圈、土地岩石圈和包括大气圈、水圈、土地岩石圈和 生生物圈物圈 q生活环境生活环境 包括人类为从事生活活动而建立起的居包括人类为从事生活活动而建立起的居住环境、公共场所等住环境、公共场所等 第一节第一节 环境毒理学的产生及其在环境环境毒理学的产生及其在环境科学中的地位科学中的地位环境问题的由来环境问题的由来q人类早期农业生产对环境的破坏人类早期农业生产对环境的破坏q产业革命使污染事件不断发生产业革命使污染事件不断发生q第二次世界大战环境问题更为严重第二次世界大战环境问题更为严重q2020世纪世纪6060年代，人类生存环境日趋恶年代，人类生存环境日趋恶化化世界八大著名公害事件世界八大著名公害事件p比利时马斯河谷事件比利时马斯河谷事件 p美国落衫叽烟雾事件美国落衫叽烟雾事件p美国多诺拉事件美国多诺拉事件p英国伦敦烟雾事件英国伦敦烟雾事件p日本水俣病事件日本水俣病事件p日本四日市废气事件日本四日市废气事件p日本的爱知糠油事件日本的爱知糠油事件p日本富山的痛痛病事件日本富山的痛痛病事件近年来世界瞩目的公害有近年来世界瞩目的公害有7 7次次1、意大利塞维索化学污染事故意大利塞维索化学污染事故19761976年年7 7月月1010日意大利北部塞维索地区的一家农药厂爆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美国三里岛核电站泄露事故 这次事故发生在这次事故发生在19791979年年3 3月月2828日，直接经济损失达日，直接经济损失达1010多多亿美元亿美元3、墨西哥的液化气爆炸事故、墨西哥的液化气爆炸事故 1984 1984年年1111月月1919日，墨西哥国家石油公司所属的液化气供日，墨西哥国家石油公司所属的液化气供应中心发生爆炸，死亡应中心发生爆炸，死亡10001000多人，伤多人，伤400400多人，多人，3 3万多人万多人无家可归无家可归4、印度博帕尔农药泄漏事故、印度博帕尔农药泄漏事故19841984年年1212月月3 3日，美国联合碳化物公司设在博帕尔市的农药日，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，受害人数厂的剧毒化学品异氰酸甲酯罐爆裂外泄，受害人数2020万，万，死亡死亡20002000人以上人以上 5、原苏联切尔诺贝利核电站泄露事故原苏联切尔诺贝利核电站泄露事故19861986年年4 4月月2626日位于基辅地区的切尔诺贝利核电站四号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，死亡疏散，伤数百人，死亡3131人人6、莱茵河污染事故、莱茵河污染事故 1986 1986年年1111月月1 1日，瑞士巴塞赞德兹化学公司的仓库起火，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，造成西欧使大量有毒化学品随灭火用水流进莱茵河，造成西欧1010年来最大的污染事故年来最大的污染事故7、海湾战争造成的环境污染、海湾战争造成的环境污染 1990 1990年底爆发的海湾战争历时年底爆发的海湾战争历时4242天，期间油井大火昼天，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、相互人与自然环境是相互依存、相互影响、对立统一的整体影响、对立统一的整体p人与环境不断进行着物质、能量和信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息的交换，使机体与周围环境之间保持着动态平衡持着动态平衡 p人类活动造成的环境问题，其中很大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，而且也严重威业生产的进一步发展，而且也严重威胁到人类自身的生存胁到人类自身的生存 毒理学的发展历史毒理学的发展历史q人类很早就对有毒的物质进行研究人类很早就对有毒的物质进行研究q 在古代中国医学书籍中，就有很多对动物在古代中国医学书籍中，就有很多对动物的描述和认识的描述和认识q随着社会生产的发展，人类使用和接触到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、研究毒物的科学门古老的、研究毒物的科学毒理学在研毒理学在研究内容和方法上有了极大的发展究内容和方法上有了极大的发展 环境化学污染p化学物已达3500万种p日常使用也不下67万种 p每年约有5001000种新化学物投入使用 研究毒物的科学研究毒物的科学毒理学毒理学 q按照研究的对象，可划分为：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、军事毒物毒理学等学、食品毒理学、军事毒物毒理学等q按照毒物作用于机体的性质可分为：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、分子理学、免疫毒理学、行为毒理学、分子毒理学等毒理学等 环境毒理学产生原因p环境污染对人体健康危害的教训p其他学科的发展的促进作用环境毒理学环境毒理学（Environmental ToxicologyEnvironmental Toxicology）是是利用毒理学方法研究环境，特别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化产物，对人体健康的有害影响及其作用规律的一门科学其作用规律的一门科学，环境环境毒理毒理学学属于环境科学的范畴，也是生物属于环境科学的范畴，也是生物科学和科学和毒理学毒理学的分支科学的分支科学生态毒理学生态毒理学p它是环境毒理学的一部分，也是生态学的分它是环境毒理学的一部分，也是生态学的分支科学支科学p它主要研究对象不是生物个体的变化，而是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一种群的损害，而且研究对生态平衡的破p它一方面要研究环境污染物进入机体后产生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所导致的间接毒害作用第二节第二节 环境毒理学的研究对象、主要环境毒理学的研究对象、主要任务和内容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是对各种生物特别是对人体产生危害的各种环境污染物（的各种环境污染物（Environmental Environmental pollutantpollutant），包括物理性、化学性，包括物理性、化学性及生物性及生物性污染物，环境化学污染物污染物，环境化学污染物为主要研究对象为主要研究对象环境污染对健康影响的特点环境污染对健康影响的特点p涉及面广，接触污染人口多，包括老弱病残，涉及面广，接触污染人口多，包括老弱病残，甚至胎儿甚至胎儿p低剂量、长时间作用低剂量、长时间作用p多途径进入人体多途径进入人体p多种因素同时存在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与其它毒理学分支明显不同的特色造成环境污染的原因造成环境污染的原因主要包括三个方面主要包括三个方面化学化学指向环境直接排放有害的产物，例如汞、镉、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、化学农药等等砷、氰化物、酚、多氯联苯、化学农药等等 物理物理指放射性物质的辐射、振动、噪声、废热等指放射性物质的辐射、振动、噪声、废热等生物生物指各种病菌、致病霉菌、病毒、寄生虫卵等指各种病菌、致病霉菌、病毒、寄生虫卵等外来化学物质外来化学物质（xenobbioticsxenobbiotics，称称XBXB）并非人体组成成分，也不是人体所需的营养并非人体组成成分，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，使机体受到损害一定的生物学变化，使机体受到损害，又称又称外源化学物，以区别于机体内代谢过程中形外源化学物，以区别于机体内代谢过程中形成的产物和中间产物成的产物和中间产物内源化学物内源化学物环境毒理学的任务环境毒理学的任务p对环境污染物进行毒理学评价p环境监测和人群健康影响研究p制订环境卫生基准和多介质环境目标值p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 p急性毒性试验 p亚急性毒性试验 p慢性毒性试验 p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p安全性评价通常是在毒性评价的基础上，结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评价，再通过安全系数法将结果外推到人p为保证新化学物质进入环境后不会对人类健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、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使用量、污染物的含量限制在某一“安全安全”水平的建议，供管理部门作为决策的依据水平的建议，供管理部门作为决策的依据 环境监测环境监测v传统方法的化学分析方法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直接测定环境介质中的污染物含量v生物监测生物监测 现场监测现场监测 环境样品的生物测试环境样品的生物测试 人群监测人群监测 生物监测受到人们格外重视生物监测受到人们格外重视 q污染物常常同时存在于空气、水、食物等中，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于机体的吸收量q机体对环境化学物的吸收剂量除取决于该物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（如脂质的理化性质（如脂/水分配系数等）外，还水分配系数等）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、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污染物对人群健康影响研究 q建立生物材料（如血对环液、尿、建立生物材料（如血对环液、尿、粪、呼出气、毛发、指甲等）的监测粪、呼出气、毛发、指甲等）的监测指标指标q建立直接反映健康是否受到损害的建立直接反映健康是否受到损害的早期指标早期指标生物标志（生物标志（biological biological maarkermaarker）环境卫生基准环境卫生基准 毒理学研究资料毒理学研究资料是是制订最高容许浓制订最高容许浓度度(AMCAMC)的主要参考依据的主要参考依据制订有害物质制订有害物质AMCAMC较完整的毒性试验较完整的毒性试验包括包括急性毒性、亚慢性毒性、代急性毒性、亚慢性毒性、代谢情况、慢性毒性及特殊毒性等谢情况、慢性毒性及特殊毒性等多介质环境目标值多介质环境目标值(multimedia multimedia environmental goalsenvironmental goals，MEG MEG)指指化化学学物物质质或或其其降降解解物物质质在在环环境境介介质质(空空气气、水水、土土壤壤)中中的的含含量量及及排排放放的的限限定定量量。预预计计化化学学物物质质的的量量在在不不超超过过MEGMEG时时，不不会会对周围人群及生态系统产生有害影响对周围人群及生态系统产生有害影响美美国国EPAEPA已已公公布布的的MEGMEG有有600600种种，并并已已在在美美国环境影响评价中广泛使用国环境影响评价中广泛使用制订制订MEGMEG的基础是环境毒理学研究资料的基础是环境毒理学研究资料环境病因研究环境病因研究 通过三方面提供资料通过三方面提供资料q实验动物研究q毒物的分析q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化学物质可以多种方式引起人体疾病 p接接触触某某一一特特殊殊化化学学物物质质直直接接引引起起，如如水水俣俣病病，是由于暴露于甲基汞而引起的是由于暴露于甲基汞而引起的p接接触触某某一一化化学学物物仅仅是是某某病病发发展展的的几几个个因因素素之之一一，即即多多因因果果关关系系的的一一部部分分，如如痛痛痛痛病病是是由由于于镉镉毒毒性性与与几几种种因因素素结结合合引引起起的的一一种种复复杂杂病病因性疾病因性疾病 p化化学学物物的的暴暴露露可可能能加加重重或或诱诱发发某某一一已已患患的的疾疾病病，如如呼呼吸吸道道疾疾病病患患者者暴暴露露于于氮氮氧氧化化物物可可诱诱发其发作或症状加重发其发作或症状加重 发病机理研究发病机理研究指指毒毒物物或或其其代代谢谢产产物物在在靶靶器器官官中中与与靶靶分分子子的的相相互互作作用用，以以及及这这种种相相互互作作用用所所引引发发的的一一系系列列生生物物化化学学或或生生物物物物理理反反应应，最最终终在在效效应应器器官官导导致致病理生理的研究病理生理的研究环环境境毒毒理理学学方方法法是是探探讨讨发发病病机机理理的的重要手段之一重要手段之一 环境毒理学的任务归纳为：环境毒理学的任务归纳为：p研究环境污染物及其在环境中的降解和转化产物，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对机体造成的损害和作用机理p探索环境污染物对人体健康损害的早期观察指标，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体后最初出现的生物学变化p定量评定有毒环境污染物对机体的影响，确定其剂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提供依据环境毒理学的主要研究内容环境毒理学的主要研究内容p毒理学的一般概念毒理学的一般概念p环境污染物的毒性评定方法环境污染物的毒性评定方法p各种重要的环境污染物和有害物理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因素对机体的危害及其作用机理 第三节第三节 环境毒理学的研究方法环境毒理学的研究方法 环境毒理学的研究方法环境毒理学的研究方法q实验室研究实验室研究(动物试验动物试验)整体实验整体实验 体外试验：体外试验：器官水平、细胞水平、器官水平、细胞水平、亚细胞水平和分子水平亚细胞水平和分子水平 q人群流行病学调查人群流行病学调查 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动物实验须与环境流行病学相结合 u用动物实验来观察环境污染物对机体的毒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，便于分作用，条件容易控制，结果明确，便于分析析u动物实验评定环境污染物毒作用的基本方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。出比较全面和正确的估价。第四节第四节 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及其发展趋势环境毒理学的实际应用环境毒理学的实际应用1 1、实验室研究、实验室研究p一是对新的化学物质进入市场前，按照化学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物质毒理学评价程序所规定的实验对其毒性进行鉴定进行鉴定p二是对采集的环境样品进行生物测试二是对采集的环境样品进行生物测试2 2、现场环境的生物监测、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利用遗传毒理试验对环境的监测 1 1、收集生活环境或生产现场中各类样品或直接在现场、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传毒性试验2 2、样品收集之后，有的可直接进行生物检测，有的需、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高检测的阳性率3 3、对所测试的结果进行综合评价，为制订容许该污染、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物排放到环境中去的最高量数值提供一定的科学依据4 4、为了全面评价环境质量，近年来还发展到人体监测、为了全面评价环境质量，近年来还发展到人体监测 1 1、高剂量的动物模型将逐渐向人体细胞或组、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更科学地指示因果关系2 2、模拟自然环境中多个环境污染物同时存在、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时联合作用机制3 3、深入研究环境污染物在环境中的降解和转、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下，相互反应形成的各种转化产物所引起的生物学变化生物学变化 环境毒理学的发展趋势环境毒理学的发展趋势4 4、加强环境致癌、致畸、致突变的研究、加强环境致癌、致畸、致突变的研究5 5、环境污染物的化学结构同它们的毒性作用的、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，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减少动物毒性试验，并为合成某些低毒化合物提供依据物提供依据 6 6、大量新技术和新方法的应用将使毒理学研究、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。水平更加深入。生物标志物应用p生物标志物研究是分子生态毒理学的科学生物标志物研究是分子生态毒理学的科学前沿前沿p生物标志物的应用不仅可提供个体生物标志物的应用不仅可提供个体“内接内接触量触量”或或“有效接触量有效接触量”的精确定量数据，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现代分子生物学技术在毒理机制研究中的应用 p单细胞凝胶电泳技术单细胞凝胶电泳技术 p荧光原位杂交荧光原位杂交 pPCR-SSCPPCR-SSCP技术技术 p变性梯度凝胶电泳变性梯度凝胶电泳p化学错配碱基裂解法化学错配碱基裂解法 p裂解酶切片段长度多态性分析裂解酶切片段长度多态性分析p变性变性-高压液相色谱高压液相色谱p连接酶链式反应连接酶链式反应p毒理基因芯片毒理基因芯片