环境化学物的毒性作用及影响因素.ppt
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1、第三章第三章 环境化学物的毒环境化学物的毒性作用及其影响因素性作用及其影响因素10/28/20221一、基本概念1.毒物(Toxicant):在一定条件下,较小剂量进入机体就能干扰正常的生化过程或生理功能,引起暂时或永久的病理改变,甚至危及生命的化学物质.2.毒性(toxicity):毒物引起生物体损害的性质和能力。一个物质的“有毒”与“无毒”,毒性的大小是相对的,关键是此种物质与机体接触的量。毒性较高的物质,只要相对较小的剂量,即可对机体造成一定的损害;而毒性较低的物质,需要较大的剂量,才呈现毒性。3.中毒(Toxication):有害物引起生物机体出现功能或器质性改变而出现的疾病状态。10
2、/28/20222毒物及其毒物及其分类分类按毒物用途和分布范围分为:按毒物用途和分布范围分为:工业化学品工业化学品:如生产原料、辅料、中间体等;:如生产原料、辅料、中间体等;食品添加剂食品添加剂:如食用色素、香精、防腐剂等;:如食用色素、香精、防腐剂等;日常化学品日常化学品:化妆品、洗涤用品等;:化妆品、洗涤用品等;农用化学品农用化学品:如化肥、杀虫剂等;:如化肥、杀虫剂等;医用化学品医用化学品:如药物、消杀剂等;:如药物、消杀剂等;环境污染物环境污染物:如废水、废气、废渣中的各种学物质等;:如废水、废气、废渣中的各种学物质等;生物毒素生物毒素:如动物毒素、植物毒素等;:如动物毒素、植物毒素等
3、;军事毒物军事毒物:如芥子气等战争毒素;:如芥子气等战争毒素;放射性物质放射性物质:如放射性核素、天然放射性元素等。:如放射性核素、天然放射性元素等。10/28/202234.4.危险性(危险性(RiskRisk)与危害性与危害性(hazard)(hazard):危险性(危险度):危险性(危险度):在特定接触条件下,对有害物造成损害的可能性大小的定量估计。危害性:危害性:化学物质对人群造成损害的可能性。5.5.剂量剂量(DoseDose):):机体接触的外源化学物的数量。多种表示方法。6.6.效应(效应(Effect)Effect)与反应与反应(Response)(Response)效应:效应
4、:一定剂量的外源化学物与机体接触后所引起的生物学变化。10/28/20224量效应量效应量效应量效应(quantitativequantitativequantitativequantitative effect)effect)effect)effect)观察结果属于观察结果属于观察结果属于观察结果属于计量计量计量计量资料,有强度和性质的差别,资料,有强度和性质的差别,资料,有强度和性质的差别,资料,有强度和性质的差别,以以以以数值数值数值数值表示表示表示表示质效应质效应质效应质效应(quan(quan(quan(quanlitivelitivelitivelitive effect)effe
5、ct)effect)effect)属于计数资料,没有强度的差别,不能以具体的属于计数资料,没有强度的差别,不能以具体的属于计数资料,没有强度的差别,不能以具体的属于计数资料,没有强度的差别,不能以具体的数值表示,只能以数值表示,只能以数值表示,只能以数值表示,只能以“有有有有”或或或或“无无无无”、“异常异常异常异常”或或或或“正常正常正常正常”等资料来表示等资料来表示等资料来表示等资料来表示.10/28/20225反应反应反应反应(response)response)response)response):是指接触一定是指接触一定是指接触一定是指接触一定外源外源外源外源物后,表现某种效物后,表
6、现某种效物后,表现某种效物后,表现某种效应并达到一定强度的个体在群体中所占的比例。一应并达到一定强度的个体在群体中所占的比例。一应并达到一定强度的个体在群体中所占的比例。一应并达到一定强度的个体在群体中所占的比例。一般以百分率或比值表示般以百分率或比值表示般以百分率或比值表示般以百分率或比值表示反应反应反应反应vsvsvsvs效应效应效应效应效应仅涉及个体效应仅涉及个体效应仅涉及个体效应仅涉及个体,即一个人或动物;可以用一定,即一个人或动物;可以用一定,即一个人或动物;可以用一定,即一个人或动物;可以用一定计量单位来表示其强度计量单位来表示其强度计量单位来表示其强度计量单位来表示其强度反应则涉
7、及群体反应则涉及群体反应则涉及群体反应则涉及群体,如一组动物或一群人;其强度,如一组动物或一群人;其强度,如一组动物或一群人;其强度,如一组动物或一群人;其强度用百分率或比值表示,如反应率、用百分率或比值表示,如反应率、用百分率或比值表示,如反应率、用百分率或比值表示,如反应率、死亡率死亡率死亡率死亡率10/28/20226毒理学常用的几个剂量概念毒理学常用的几个剂量概念10/28/20227 致死剂量指以机体死亡为观察指标而确定的致死剂量指以机体死亡为观察指标而确定的致死剂量指以机体死亡为观察指标而确定的致死剂量指以机体死亡为观察指标而确定的外源化学物剂量。按照可引起机体死亡率不同而外源化学
8、物剂量。按照可引起机体死亡率不同而外源化学物剂量。按照可引起机体死亡率不同而外源化学物剂量。按照可引起机体死亡率不同而有以下几种致死剂量:有以下几种致死剂量:有以下几种致死剂量:有以下几种致死剂量:最大耐受量(最大耐受量(最大耐受量(最大耐受量(MTDMTDMTDMTD)最小致死量最小致死量最小致死量最小致死量(MLDMLDMLDMLD)半数致死量(半数致死量(半数致死量(半数致死量(LDLDLDLD50505050)绝对致死量(绝对致死量(绝对致死量(绝对致死量(LDLDLDLD100100100100)(1)(1)致死剂量致死剂量(Lethal doseLethal dose,LDLD)1
9、0/28/20228最大耐受量(最大耐受量(最大耐受量(最大耐受量(MTDMTDMTDMTD)最小致死量最小致死量最小致死量最小致死量(MLDMLDMLDMLD)半数致死量(半数致死量(半数致死量(半数致死量(LDLDLDLD50505050)绝对致死量(绝对致死量(绝对致死量(绝对致死量(LDLDLDLD100100100100)绝对致死量(绝对致死量(LDLD100100)指能引起所观察个体指能引起所观察个体全部死亡的最低剂量,全部死亡的最低剂量,或在实验中可引起实或在实验中可引起实验动物全部死亡的最验动物全部死亡的最低剂量。低剂量。10/28/20229 半数致死量和半数致死浓度半数致死
10、量和半数致死浓度半数致死量和半数致死浓度半数致死量和半数致死浓度 半数致死量(半数致死量(半数致死量(半数致死量(LDLDLDLD50505050)又称致死又称致死又称致死又称致死中量,指引起一群个体中量,指引起一群个体中量,指引起一群个体中量,指引起一群个体50%50%50%50%死亡死亡死亡死亡所需剂量。所需剂量。所需剂量。所需剂量。半数致死浓度(半数致死浓度(半数致死浓度(半数致死浓度(LCLCLCLC50505050),即引),即引),即引),即引起一群个体起一群个体起一群个体起一群个体50%50%50%50%死亡所需的浓度。死亡所需的浓度。死亡所需的浓度。死亡所需的浓度。一般以一般以
11、一般以一般以mg/mmg/mmg/mmg/m3 3 3 3空气和空气和空气和空气和mg/Lmg/Lmg/Lmg/L水来表水来表水来表水来表示。示。示。示。常用以表示常用以表示常用以表示常用以表示急性毒性急性毒性急性毒性急性毒性的大小。的大小。的大小。的大小。LDLDLDLD5050数值越数值越数值越数值越 小,表示外源化学物小,表示外源化学物小,表示外源化学物小,表示外源化学物的毒性越强的毒性越强的毒性越强的毒性越强;反之,反之,反之,反之,LDLDLDLD5050数值越大,数值越大,数值越大,数值越大,则毒性越低则毒性越低则毒性越低则毒性越低 最大耐受量(最大耐受量(最大耐受量(最大耐受量(
12、MTDMTDMTDMTD)最小致死量最小致死量最小致死量最小致死量(MLDMLDMLDMLD)半数致死量(半数致死量(半数致死量(半数致死量(LDLDLDLD50505050)绝对致死量(绝对致死量(绝对致死量(绝对致死量(LDLDLDLD100100100100)10/28/202210毒性分级:毒性分级:LDLD5050:环境化学物毒性评价的重要参数。环境化学物毒性评价的重要参数。毒性等级毒性等级毒性等级毒性等级LDLD5050 mg/kg mg/kg吸收途径:吸收途径:吸收途径:吸收途径:极毒极毒极毒极毒2525白鼠口服白鼠口服白鼠口服白鼠口服5050皮肤接触皮肤接触皮肤接触皮肤接触0.
13、5 mg/l/4hA+BCA+B 苯硫磷苯硫磷(抑制胆碱酯酶活性抑制胆碱酯酶活性)、马拉硫磷、马拉硫磷 10/28/202228化学物化学物化学物化学物A A化化化化学学学学物物物物B B效效效效应应应应B B靶靶器器官官效效效效应应应应C C(3 3)增强作用()增强作用(PotentiationPotentiation):):无毒性物质加强另外一种物质的毒性无毒性物质加强另外一种物质的毒性如异丙醇本身并无肝脏毒性效应,但若同时给如异丙醇本身并无肝脏毒性效应,但若同时给予四氯化碳,就会使四氯化碳的肝毒性大大增强予四氯化碳,就会使四氯化碳的肝毒性大大增强10/28/202229化学物化学物化学
14、物化学物A A效应效应效应效应B B化化化化学学学学物物物物B B效效效效应应应应A A靶靶器器官官效效应应C(4)拮抗作用(Antagonism):MM1+M2 CO与 O2该种作用是许多解毒药物的药理基础10/28/202230化学物化学物A效应效应效应效应B B效效效效应应应应A A化化化化学学学学物物物物B B靶靶B靶靶A(5 5)独立作用)独立作用:10/28/202231毒害作用过程毒害作用过程毒害作用过程毒害作用过程涉及多个步骤:涉及多个步骤:涉及多个步骤:涉及多个步骤:接触接触接触接触吸收吸收吸收吸收转运转运转运转运靶部位靶部位靶部位靶部位分分分分子结构变化,功能子结构变化,功
15、能子结构变化,功能子结构变化,功能紊乱紊乱紊乱紊乱修复修复修复修复修复修复修复修复失调失调失调失调毒性效应。毒性效应。毒性效应。毒性效应。六、毒性作用的机制六、毒性作用的机制10/28/202232 化学毒物产生毒性的可能途径 化学毒物化学毒物化学毒物化学毒物吸收、分布、代谢、排泄吸收、分布、代谢、排泄吸收、分布、代谢、排泄吸收、分布、代谢、排泄与靶分子相互作用与靶分子相互作用与靶分子相互作用与靶分子相互作用细胞功能失调、损伤细胞功能失调、损伤细胞功能失调、损伤细胞功能失调、损伤细胞修复功能失调细胞修复功能失调细胞修复功能失调细胞修复功能失调毒毒毒毒 性性性性终毒物终毒物终毒物终毒物的形成的形
16、成的形成的形成10/28/202233(一一)外源化学物的增毒与终毒物的形成外源化学物的增毒与终毒物的形成(二二)终毒物与靶分子的反应终毒物与靶分子的反应(三三)细胞功能障碍与毒性细胞功能障碍与毒性10/28/202234(一一一一)外源化学物的增毒与终毒物的形成外源化学物的增毒与终毒物的形成外源化学物的增毒与终毒物的形成外源化学物的增毒与终毒物的形成增毒增毒增毒增毒-代谢活化代谢活化代谢活化代谢活化(Metabolic activation):(Metabolic activation):(Metabolic activation):(Metabolic activation):外源化学物外
17、源化学物外源化学物外源化学物在体内经生物转化为终毒物的过程。在体内经生物转化为终毒物的过程。在体内经生物转化为终毒物的过程。在体内经生物转化为终毒物的过程。毒性大于母毒性大于母毒性大于母毒性大于母体毒性体毒性体毒性体毒性 增毒表现形式:增毒表现形式:增毒表现形式:增毒表现形式:1.1.1.1.改变理化性质:乙二醇改变理化性质:乙二醇改变理化性质:乙二醇改变理化性质:乙二醇 羟乙醛、羟乙醛盐、草酸羟乙醛、羟乙醛盐、草酸羟乙醛、羟乙醛盐、草酸羟乙醛、羟乙醛盐、草酸2.2.2.2.更高效率的与酶或受体结合的结构特性和反应性:更高效率的与酶或受体结合的结构特性和反应性:更高效率的与酶或受体结合的结构特
18、性和反应性:更高效率的与酶或受体结合的结构特性和反应性:对硫磷对硫磷对硫磷对硫磷-对氧磷对氧磷对氧磷对氧磷 3.3.3.3.产生亲电物、自由基、亲核物和氧化还原反应物产生亲电物、自由基、亲核物和氧化还原反应物产生亲电物、自由基、亲核物和氧化还原反应物产生亲电物、自由基、亲核物和氧化还原反应物最为多见的情况是增毒使外源化学物如氧和氧化最为多见的情况是增毒使外源化学物如氧和氧化最为多见的情况是增毒使外源化学物如氧和氧化最为多见的情况是增毒使外源化学物如氧和氧化氮(氮(氮(氮(NONONONO)转变为:亲电子、自由基、亲核物、氧)转变为:亲电子、自由基、亲核物、氧)转变为:亲电子、自由基、亲核物、氧
19、)转变为:亲电子、自由基、亲核物、氧化还原性反应物。化还原性反应物。化还原性反应物。化还原性反应物。10/28/202235增毒过程主要是使外源化学物转变为:增毒过程主要是使外源化学物转变为:亲电物(亲电物(electrphiles)自由基自由基(free radicals)亲核物(亲核物(nucleophiles)氧化还原性反应物氧化还原性反应物 (redox-active reductants)10/28/202236亲电子剂的形成亲电子剂亲电子剂亲电子剂亲电子剂是含有一个缺电子原子是含有一个缺电子原子是含有一个缺电子原子是含有一个缺电子原子(带部分或全部正电(带部分或全部正电(带部分或全
20、部正电(带部分或全部正电荷)荷)荷)荷)的分子的分子的分子的分子(有空轨道有空轨道有空轨道有空轨道)。该缺电子原子中的部分或全。该缺电子原子中的部分或全。该缺电子原子中的部分或全。该缺电子原子中的部分或全部阳电荷使其很容易通过共享电子对的方式与亲核剂部阳电荷使其很容易通过共享电子对的方式与亲核剂部阳电荷使其很容易通过共享电子对的方式与亲核剂部阳电荷使其很容易通过共享电子对的方式与亲核剂中富含电子的原子反应。中富含电子的原子反应。中富含电子的原子反应。中富含电子的原子反应。产生方式:产生方式:产生方式:产生方式:化学物在代谢活化时形成非离子亲电子剂。化学物在代谢活化时形成非离子亲电子剂。化学物在
21、代谢活化时形成非离子亲电子剂。化学物在代谢活化时形成非离子亲电子剂。经常是在外源化合物被细胞色素经常是在外源化合物被细胞色素经常是在外源化合物被细胞色素经常是在外源化合物被细胞色素P-450P-450P-450P-450或其他酶氧化或其他酶氧化或其他酶氧化或其他酶氧化成酮类、环氧化物及芳烃氧化物、成酮类、环氧化物及芳烃氧化物、成酮类、环氧化物及芳烃氧化物、成酮类、环氧化物及芳烃氧化物、,-,-,-,-不饱和酮及不饱和酮及不饱和酮及不饱和酮及醛类、醌类或醌亚胺类以及酰基卤等过程中形成的。醛类、醌类或醌亚胺类以及酰基卤等过程中形成的。醛类、醌类或醌亚胺类以及酰基卤等过程中形成的。醛类、醌类或醌亚胺
22、类以及酰基卤等过程中形成的。10/28/202237键异裂键异裂无机离子的氧化与还原无机离子的氧化与还原 Hg HgHg Hg2+2+CrO CrO 4 4 2-2-Cr Cr3+3+常见亲电物常见亲电物正离子,如正离子,如H H+,ClCl+、BrBr+、I I+,等;,等;可接收孤对电子的分子:如可接收孤对电子的分子:如AlClAlCl3 3,FeCl,FeCl3 3,ZnCl,ZnCl2 2羰基碳原子羰基碳原子(C=O)(C=O)等等10/28/202238苯并苯并(a)芘芘benzo(a)pyrene,BaP P-4507,8-环氧苯并环氧苯并(a)芘芘 7,8-二羟二羟-BaP 7,
23、8-二羟基二羟基-9,10-环氧环氧BaP 环氧化物水解环氧化物水解酶酶(终致癌物终致癌物)此亲电子性强的终致癌物和DNA的亲核基团直接发生不可逆的共价结合,引起靶细胞基因突变。10/28/202239自由基形成自由基自由基自由基自由基(free radicalsfree radicalsfree radicalsfree radicals)是独立游离存在的带有不成是独立游离存在的带有不成是独立游离存在的带有不成是独立游离存在的带有不成对电子的分子、原子或离子对电子的分子、原子或离子对电子的分子、原子或离子对电子的分子、原子或离子。自由基主要是由于化。自由基主要是由于化。自由基主要是由于化。自
24、由基主要是由于化合物的共价键发生均裂或电子俘获而产生。合物的共价键发生均裂或电子俘获而产生。合物的共价键发生均裂或电子俘获而产生。合物的共价键发生均裂或电子俘获而产生。CHCHCHCH3 3 3 3:H:H:H:HCHCHCHCH3 3 3 3+H+H+H+H CCl CCl CCl CCl4 4 4 4+e+e+e+e CClCClCClCCl3 3 3 3+Cl+Cl+Cl+Cl-具有极高的反应活性。具有极高的反应活性。具有极高的反应活性。具有极高的反应活性。可攻击核酸、蛋白质、脂质等可攻击核酸、蛋白质、脂质等可攻击核酸、蛋白质、脂质等可攻击核酸、蛋白质、脂质等生物大分子,导致结构和功能的
25、异常,出现癌变、生物大分子,导致结构和功能的异常,出现癌变、生物大分子,导致结构和功能的异常,出现癌变、生物大分子,导致结构和功能的异常,出现癌变、畸变、细胞死亡等。畸变、细胞死亡等。畸变、细胞死亡等。畸变、细胞死亡等。10/28/20224010/28/202241在与生物体有关的自由基中,最主要的是在与生物体有关的自由基中,最主要的是氧中心自由基,这类自由基持续不断地氧中心自由基,这类自由基持续不断地在机体内产生。在机体内产生。活性氧活性氧(reactive oxygen(reactive oxygen species,ROS)species,ROS)包括包括:氧中心自由基:氧中心自由基:
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