环境毒理学(董国日)08-1大气污染物的环境毒理学.ppt

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1、第九章第九章 大气污染物的环境毒理学大气污染物的环境毒理学二次污染物的毒性往往比一次污染物大二次污染物的毒性往往比一次污染物大第一节第一节 颗粒物颗粒物粒径：粒径：0.001100m降尘：降尘：粒径粒径10m飘尘：飘尘：粒径粒径10m悬浮颗粒物：悬浮颗粒物：粒径粒径100m可吸入颗粒物：可吸入颗粒物：粒径粒径10m一一.污染来源污染来源自然来源：自然来源：数量较大数量较大人为来源：人为来源：毒性、危害较大毒性、危害较大二二.理化性质理化性质燃煤排放：燃煤排放：灰褐色、球形、平滑，表面含灰褐色、球形、平滑，表面含A1、Si、Fe、S等等燃油排放燃油排放：黑色、不平，表面含：黑色、不平，表面含Pb

2、、V、Si、S等等冶金工业排放：冶金工业排放：红褐色、金属光泽、不规则，含红褐色、金属光泽、不规则，含Fe、Al、Mn等等建筑工业排放：建筑工业排放：灰色、形态多样，含灰色、形态多样，含Ca等等颗粒物沉降：颗粒物沉降：100m49h1m1998d0.4m120140d0.1m510y呼吸道呼吸道鼻咽鼻咽气管支气管气管支气管肺泡肺泡 颗粒物在肺泡区沉积的百分率：颗粒物在肺泡区沉积的百分率：10m05m253.5m502.5m752m100成分复杂、很强的吸附性成分复杂、很强的吸附性（很多有害物质的载体）（很多有害物质的载体）Pb、Cd、Ni、Mn、V、Br、Zn、多环芳烃等，主要、多环芳烃等，主

3、要吸附在吸附在小于小于2m颗粒物上颗粒物上沉积在肺泡区的沉积在肺泡区的Pb，吸收率达，吸收率达70%三三.体内代谢过程体内代谢过程保护结构保护结构鼻腔阻留鼻腔阻留气管、支气管粘膜粘附气管、支气管粘膜粘附纤毛细胞清扫纤毛细胞清扫 粒径粒径15m的粒子在支气管各部沉积的粒子在支气管各部沉积 粒径粒径lm的粒子大部分能到达肺泡沉积的粒子大部分能到达肺泡沉积 到达肺泡的飘尘可被吞噬细胞吞噬到达肺泡的飘尘可被吞噬细胞吞噬飘尘在支气管树内的运输速度：飘尘在支气管树内的运输速度：1020mm/分分支气管树内的飘尘支气管树内的飘尘90%在在1h内排到咽部内排到咽部肺泡内的飘尘或含尘细胞：肺泡内的飘尘或含尘细胞

4、：咳出或咽入消化道咳出或咽入消化道进入肺间质进入肺间质淋巴系统淋巴系统随血液输送随血液输送肺部长期沉积肺部长期沉积纤维状粉尘不易被吞噬纤维状粉尘不易被吞噬很难清除很难清除四四.毒作用及其机理毒作用及其机理1.对呼吸系统的损害对呼吸系统的损害慢性支气管炎、支气管哮喘、肺炎、肺慢性支气管炎、支气管哮喘、肺炎、肺气肿、肺水肿、纤维组织增生等气肿、肺水肿、纤维组织增生等粒径粒径0.015m的颗粒物危害最大的颗粒物危害最大，引，引起起慢性阻塞性肺部疾病慢性阻塞性肺部疾病2.诱发心血管病、肺癌等诱发心血管病、肺癌等 低氧血症低氧血症 肺性高血压、肺心病肺性高血压、肺心病 肺癌肺癌 刺激皮肤和眼睛、引起机体

5、免疫功能下降刺激皮肤和眼睛、引起机体免疫功能下降第二节第二节 二氧化硫二氧化硫CO、SO2、碳氢化合物、颗粒物、碳氢化合物、颗粒物、NOX中中SO2约占约占15%一一.理化特性理化特性中等毒性中等毒性在干燥清洁大气中（停留在干燥清洁大气中（停留12个星期）：个星期）：SO2光化学过程光化学过程SO3H2OH2SO4在潮湿、含有杂质的大气中（在潮湿、含有杂质的大气中（1h）：）：SO2H2OH2SO3Fe、MnH2SO4SO3的毒性较的毒性较SO2大大10倍左右倍左右二二.污染来源污染来源含含S燃料的燃烧（占燃料的燃烧（占70%）含含S矿物的开采、冶炼矿物的开采、冶炼含含S原料的加工、生产过程原

6、料的加工、生产过程SO2：大气对流层中平均浓度约：大气对流层中平均浓度约0.6g/m3城市上空浓度约城市上空浓度约0.053.00mg/m3三三.体内代谢过程体内代谢过程1.吸收吸收4090%被鼻腔和上呼吸道粘膜吸收被鼻腔和上呼吸道粘膜吸收吸附于颗粒物表面吸附于颗粒物表面的的SO2可进入呼吸道深部可进入呼吸道深部2.分布分布血液中：血液中：与蛋白质结合与蛋白质结合气管、肺、肺门淋巴结气管、肺、肺门淋巴结和和食道食道中中含量最高含量最高，其次为其次为肝肝、肾肾、脾脾等等3.转化和排泄转化和排泄肝脏最多肝脏最多SO2SO3=亚硫酸氧化酶亚硫酸氧化酶SO4=随尿排出随尿排出钼：亚硫酸氧化酶活性中心元

7、素钼：亚硫酸氧化酶活性中心元素试验动物（低钼食物或抗钼剂钨）试验动物（低钼食物或抗钼剂钨）正常动物正常动物2350ppmSO2活活1h活活3h四四.毒作用及其机理毒作用及其机理1.对呼吸道的刺激作用对呼吸道的刺激作用1mg/m3：嗅觉感知：嗅觉感知4mg/m3：上呼吸道刺激症状：上呼吸道刺激症状50mg/m3，短期：高危人群出现超额死亡，短期：高危人群出现超额死亡300mg/m3：急性支气管炎、喉头水肿、声带痉挛、：急性支气管炎、喉头水肿、声带痉挛、自发性气胸、纵膈气胸，甚至死亡自发性气胸、纵膈气胸，甚至死亡1000mg/m3：立即危及生命立即危及生命吸入低浓度吸入低浓度SO2：气管和支气管收

8、缩、呼吸道阻力增加气管和支气管收缩、呼吸道阻力增加肺功能受损肺功能受损影响呼吸道纤毛运动和粘液的分泌影响呼吸道纤毛运动和粘液的分泌 短期吸入低浓度短期吸入低浓度SO2：促进清除作用促进清除作用长期吸入低浓度长期吸入低浓度SO2：抑制清除作用抑制清除作用SO2平均浓度平均浓度0.28mg/m3慢性支气管炎患病率慢性支气管炎患病率 吸入高浓度吸入高浓度SO2：急性支气管炎、肺水肿急性支气管炎、肺水肿 吸入极高浓度吸入极高浓度SO2：窒息死亡窒息死亡对对SO2的敏感性与的敏感性与个体个体、呼吸途径呼吸途径、活动程度活动程度等有关等有关2.对感觉器官和反射功能的影响对感觉器官和反射功能的影响眼结膜、嗅

9、觉细胞、大脑皮质眼结膜、嗅觉细胞、大脑皮质0.9mg/m3SO2：脑电波阻断、光敏感度增加，：脑电波阻断、光敏感度增加，暗适应抑制暗适应抑制3.对代谢功能的影响对代谢功能的影响4.致突变作用致突变作用尿嘧啶、胞嘧啶尿嘧啶、胞嘧啶SO3=磺酸类产物磺酸类产物自由基自由基SO3、O25.SO2与颗粒物的联合作用与颗粒物的联合作用硫酸的刺激、腐蚀作用比硫酸的刺激、腐蚀作用比SO2大大420倍倍随颗粒物进入肺部的随颗粒物进入肺部的SO2：随血液分布全身各个器官随血液分布全身各个器官沉积在肺泡产生刺激和腐蚀作用沉积在肺泡产生刺激和腐蚀作用第三节第三节 一氧化碳一氧化碳一一.理化特性理化特性大气中停留：大

10、气中停留：23年年二二.污染来源污染来源含含C物质不完全燃烧产生物质不完全燃烧产生汽车废气：汽车废气：CO47%近地面大气近地面大气CO天然背景值：天然背景值：0.125mg/m3三三.体内代谢过程体内代谢过程1.吸收吸收与血红蛋白结合与血红蛋白结合碳氧血红蛋白（碳氧血红蛋白（CO-Hb）CO与血红蛋白的与血红蛋白的亲和力：亲和力：比比O2大大200300倍倍 CO-Hb解离速度：解离速度：O2-Hb的的1/3600 CO-Hb抑制抑制O2-Hb的正常解离的正常解离低氧血症低氧血症CO-Hb浓度是空气中浓度是空气中CO浓度浓度、接触时间接触时间的函数的函数CO的吸收遵循的吸收遵循气体弥散规律气

11、体弥散规律2.分布分布溶于血浆溶于血浆（少数）（少数）与血红蛋白结合与血红蛋白结合（大部分）（大部分）与肌红蛋白、细胞色素氧化酶等结合与肌红蛋白、细胞色素氧化酶等结合3.排泄排泄经肺排出经肺排出CO-Hb半减期：半减期：128409分钟，平均分钟，平均320分钟分钟CO的半减期与环境中氧分压呈反比的半减期与环境中氧分压呈反比吸入一个大气压的纯氧，半减期：吸入一个大气压的纯氧，半减期：80分钟分钟CO消除速度：消除速度：雌性雄性雌性雄性四四.毒作用及其机理毒作用及其机理对机体内呼吸的窒息作用对机体内呼吸的窒息作用HbCO%=CO0.858t0.63/197CO：空气中：空气中CO浓度（浓度（mg

12、/m3）t：接触时间（分钟）：接触时间（分钟）CO-Hb浓度浓度5%：视觉敏感度降低，行为、工作能：视觉敏感度降低，行为、工作能力受影响力受影响7%：轻度头痛：轻度头痛12%：中度头痛、眩晕：中度头痛、眩晕25%：严重头痛、眩晕：严重头痛、眩晕4560%：恶心呕吐、意识模糊、昏迷：恶心呕吐、意识模糊、昏迷90%：死亡：死亡1.对神经系统的影响对神经系统的影响CO-Hb浓度浓度2%：时间辨别能力发生障碍：时间辨别能力发生障碍3%：警觉性降低：警觉性降低5%：光敏感度降低：光敏感度降低吸入高浓度吸入高浓度CO：脑缺氧、脑水肿、脑血循脑缺氧、脑水肿、脑血循环障碍环障碍猴子：猴子：0.2%CO212分

13、钟，分钟，5天后出现天后出现迟发性迟发性神经系统损害神经系统损害 CO影响神经递质影响神经递质（去甲肾上腺素、多巴（去甲肾上腺素、多巴胺、胺、5-羟色胺等）羟色胺等）的含量及代谢的含量及代谢2.对心血管系统的影响对心血管系统的影响20003000ppmCOCO-Hb2030%心瓣膜病发病率心瓣膜病发病率35.5%兔：兔：225mg/m3CO，2周，周，CO-Hb1618%心肌退行性改变心肌退行性改变大鼠：大鼠：3375mg/m3CO，15分钟分钟窦性心动过速、血压下降、体温下降窦性心动过速、血压下降、体温下降心脏功能改变心脏功能改变外周血管系统扩张外周血管系统扩张血管中类脂质沉积量增加血管中类

14、脂质沉积量增加加重心血管病患者的症状加重心血管病患者的症状3.对代谢功能的影响对代谢功能的影响 CO与细胞色素与细胞色素P450结合结合降低微粒体混降低微粒体混合功能氧化酶的活力合功能氧化酶的活力 CO与细胞色素与细胞色素a3结合结合影响生物氧化过影响生物氧化过程程 CO影响某些代谢酶类活性影响某些代谢酶类活性CO协助苯并芘致癌协助苯并芘致癌4.CO对胚胎的影响对胚胎的影响胎儿胎儿CO-Hb的半减期比母体长的半减期比母体长妊娠大鼠：妊娠大鼠：187.5mg/m3CO仔鼠学习、仔鼠学习、记忆功能受损记忆功能受损5.CO的慢性毒作用的慢性毒作用第四节第四节 氮氧化物氮氧化物NO、NO2N2O、N2

15、O3、N2O4、N2O5等等一一.理化特性理化特性N2O（笑气）（笑气）N2O3、N2O4、N2O5：易分解为：易分解为NO、NO2NOO2、O3NO2NO2光、光、O2NO+O3二二.污染来源污染来源自然来源：自然来源：雷电、森林火灾、火山爆发、雷电、森林火灾、火山爆发、硝酸盐还原硝酸盐还原人为来源：人为来源：燃料燃烧、汽车废气、某些生燃料燃烧、汽车废气、某些生产过程产过程室内污染来源：炉灶、吸烟室内污染来源：炉灶、吸烟陆地环境自然本底值：陆地环境自然本底值：5ppb三三.体内代谢过程体内代谢过程经上呼吸道进入血液（少）经上呼吸道进入血液（少）全身全身侵入肺深部侵入肺深部HNO2、HNO3肺

16、部损害肺部损害吸收入血吸收入血NO2-、NO3-从尿排出从尿排出经肺随呼气排出经肺随呼气排出四四.毒作用及其机理毒作用及其机理1.NONONO-HbNO2-、NO3-从尿排出从尿排出NO与血红蛋白的亲合力：与血红蛋白的亲合力：CO的的1400倍倍O2的的30万倍万倍高浓度高浓度NO高铁血红蛋白高铁血红蛋白 NO2毒性：毒性：NO的的45倍倍健康男性呼吸道阻力增加：健康男性呼吸道阻力增加：NO20ppmNO21.62ppm可引起中枢神经系统损害、呼吸道损害可引起中枢神经系统损害、呼吸道损害2.NO213ppm：嗅到：嗅到5ppm：呼吸道阻力增加：呼吸道阻力增加13ppm：对上呼吸道明显刺激：对上

17、呼吸道明显刺激100150ppm：喉头水肿、呼吸困难、紫绀、：喉头水肿、呼吸困难、紫绀、（3060分钟）分钟）窒息致死窒息致死肺部损害为主：肺部损害为主：剧烈的刺激与腐蚀作用剧烈的刺激与腐蚀作用肾、肝、心脏等的损伤肾、肝、心脏等的损伤（1）肺功能降低）肺功能降低呈现剂量呈现剂量效应关系效应关系呼吸道疾病患者对呼吸道疾病患者对NO2尤为敏感尤为敏感健康者：健康者：1.0ppm2h，肺功能指标正常，肺功能指标正常2.5ppm2h，气道阻力增加，气道阻力增加慢性支气管炎患者：慢性支气管炎患者：1.62.0ppm15分，分，气道阻力增加气道阻力增加哮喘患者：哮喘患者：0.1ppm15分，气道狭窄作分，

18、气道狭窄作用增强用增强机理机理直接腐蚀直接腐蚀肺组织细胞的脂质过氧化肺组织细胞的脂质过氧化肺胶原纤维变形肺胶原纤维变形（2）呼吸器官形态改变）呼吸器官形态改变纤毛脱落，粘膜变性、坏死、脱落，细纤毛脱落，粘膜变性、坏死、脱落，细支气管及肺泡上皮细胞增生、分泌亢支气管及肺泡上皮细胞增生、分泌亢进，肺泡壁肿胀、肺泡腔扩大、肺气进，肺泡壁肿胀、肺泡腔扩大、肺气肿等肿等（3）生化指标异常）生化指标异常大鼠：大鼠：1.0、2.3ppmNO24天，谷胱甘肽天，谷胱甘肽过氧化物酶过氧化物酶 6.2ppmNO2，谷胱甘肽还原酶、，谷胱甘肽还原酶、NADPH、葡萄糖、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶 豚鼠：豚鼠：

19、15ppmNO210星期，星期，40ppmNO24.5小时，小时，脾肾耗氧量脾肾耗氧量，乳酸脱氢酶、醛缩酶，乳酸脱氢酶、醛缩酶（4）对全身的危害作用）对全身的危害作用致死作用致死作用大鼠、小鼠、豚鼠、家兔、狗：大鼠、小鼠、豚鼠、家兔、狗：致死阈致死阈浓度浓度为为4050ppm免疫抑制作用免疫抑制作用未接种过疫苗的小鼠：未接种过疫苗的小鼠：0.5ppmNO23个月，每天个月，每天1小时小时2.0ppm中和抗体、中和抗体、IgA IgM、IgG1、IgG2 NO2浓度波动更容易影响免疫功能浓度波动更容易影响免疫功能小鼠：小鼠：2.0ppmNO2约约10个月，未见影响个月，未见影响0.5ppmNO2

20、3个月，每天个月，每天1小时小时2.0ppm中和抗体中和抗体，免疫球蛋白浓度改变，免疫球蛋白浓度改变机理机理中和抗体产生能力中和抗体产生能力 呼吸道纤毛排除异物能力呼吸道纤毛排除异物能力 肺泡吞噬细胞的吞噬能力肺泡吞噬细胞的吞噬能力 干扰素产生能力干扰素产生能力 血液性状改变（血细胞、血红蛋白等）血液性状改变（血细胞、血红蛋白等）低铁血红蛋白低铁血红蛋白高铁血红蛋白高铁血红蛋白缺氧缺氧长期接触长期接触26ppmNO2的工人：慢性肺部疾患、的工人：慢性肺部疾患、血液性状的改变血液性状的改变血液性状改变较多发生于接触高浓度血液性状改变较多发生于接触高浓度NO2的情况的情况大鼠：大鼠：0.05ppmNO290天天，未见血液性状改变，未见血液性状改变家兔：家兔：NO21.330ppm2h/d,15周、周、17周周红细胞数红细胞数、白细胞数、白细胞数