1、环境毒理学 environmental toxicology,总学时:30 学分:2 开卷考试,国外专业期刊,Toxicology Letter 毒理学快报Archives of Toxicology 毒理学文献Mutation Research 突变研究Toxicological Science 毒物科学Environmental Health Perspectives 环境健康展望 toxicological and environmental chemistry 毒物与环境化学,致癌.致畸.致突变生态毒理学报 环境科学生态学报应用生态学报卫生毒理学杂志 工业安全与环保 环境与职业医学 国
2、外医学卫生学分册,国内相关期刊,参考书籍,（1）李建政主编. 环境毒理学. 北京: 化学工业出版社,2010 （2）孟紫强主编. 生态毒理学原理与方法. 北京: 科学出版社, 2006 （3）孔志明主编. 环境毒理学. 第3版. 南京: 南京大学出版社, 2006（4）美赖特(Wright, D. A.), 加韦尔伯恩(Welbourn, P.)编著. 环境毒理学. 朱琳主译. 北京: 高等教育出版社, 2007（5） 周启星, 孔繁翔, 朱琳主编. 生态毒理学. 北京: 科学出版社, 2004,讲授内容,第1章 绪论 1.1 环境毒理学的概念、研究对象及研究内容 1.2 环境毒理学的产生与发
3、展 1.3 环境毒理学常用研究方法第2章 污染物的环境生态行为 2.1 污染物在环境中的迁移和转化 2.2 外源化学物在生物体内的转运 2.3 外源化学物的生物转化 2.4 外源化学物的生物蓄积与放大 2.5 外源化学物代谢动力学,第3章 化学污染物的毒性作用 3.1 基本概念 3.2 外源化学物的毒性效应 3.3 外源化学物的毒性作用机理 3.4 影响毒性作用的因素 第4章 物理性污染的毒性效应 4.1 电离辐射的生物效应 4.2 光辐射的的生物效应 4.3 电磁辐射的生物效应 4.4 超声波的生物效应,第5章 土壤环境毒理学 5.1 土壤环境与土壤污染 5.2 土壤污染物的环境行为 5.3
4、 土壤污染的生物毒性效应 5.4 土壤典型污染物的危害重金属 第6章 水环境毒理学 6.1 水体污染与水体自净 6.2 污染物在水体中的环境行为 6.3 水体污染对生物及人体的毒性效应 6.4 石油污染海洋水体,第7章 大气污染毒理学 7.1 大气污染与大气自净作用 7.2 大气污染物的环境行为 7.3 大气污染的生态毒性学效应 7.4 典型大气污染物的毒性,第1章 绪论,1.1 环境毒理学的概念、研究对象及研究内容,1.1.1 环境毒理学的概念,毒理学(toxicology)：,Toxic拉丁语 toxious(1655),古希腊词toxikon(毒物),toxon(弓箭),logy 古希腊
5、词 logos(描写),毒理学是描述毒物的学科，也有人译为毒物学,环境毒理学（environmental toxicology）： 是研究环境污染物，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。 环境毒理学利用毒理学方法研究环境污染物，特别是空气、水和土壤中已存在的或即将进入的有毒化学物质及其在环境中的转化产物对生物有机体，尤其是对人体的损害作用及其机理的科学。,环境毒理学是人类研究探索环境压力因素对生命系统影响的一门分支科学。 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重要分支学科。,主要是环境污染物（environmental pollutant） 即对各
6、种生物，特别是对人体产生危害的各种环境污染物，包括物理性污染物、化学性污染物、生物性污染物，其中，化学污染物为主要研究对象。 物理性污染物：辐射、超声波、噪声等； 化学性污染物：重金属、有机染料、农用化学品、化妆品及洗涤剂等； 生物性污染物；细菌、病毒、生物毒素等。,1.1.2 研究对象,外源化学物 (xenobiotics) ： 也称为环境化学污染物/外来化学物。 是指由于人类的生产和生活活动人为地进入环境的化学物质，它们大多不是正常人体所需要的组成成分，但可由一定环节和途径与人体接触并进入人体，且产生一定的生物学作用，是一类“外来的”生物活性物质。 如：农用化学品，工业化学品，日用化学品，
7、药物等。,研究对象的扩展：,(1) 必需化学物过量摄入引起的毒性效应：维生素、微量元素、脂肪、蛋白质、糖等的过量摄取。(2) 物理因素与外源化学物联合作用于机体的毒性作用。,1. 外源化学物对人体健康的直接损害； 2. 间接损害：外源化学物对人类生存环境的影响，如氟氯烃对臭氧层的破坏形成臭氧空洞，致使长波紫外线射向地表，使皮肤癌患者增加。,1.1.3 研究范围,1.1.4 研究内容,1) 环境毒理学的基本概念、理论和方法；,2) 污染物的环境生态行为，包括环境污染物在环境中的分布、迁移和储留，在生命体内的吸收、分布、转化和排泄，及对人体和其他生物的一般毒性作用与机理；,3) 环境污染物的化学结
8、构和毒性作用之间的关系，影响环境污染物毒性作用的各种有关因素；,4) 环境污染物及其转化产物对人体的致突变、致癌变、致畸变等的特殊毒性作用与机理；,5) 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，蓄积试验，致突变、致畸变、致癌变试验等；,6) 各种污染物对人体损害作用的早发现、早防治的理论和措施。,1.2 环境毒理学的产生与发展,汉朝刘安所著淮南子修务训中记载： 神农乃始教民，尝百草之滋味，一日而遇七十毒,1.2.1 毒理学溯源,汉末神农本草经中： 共记载了365种药物，并将药物按其功用分为上品、中品和下品三类，上品药是指无毒，可以久服的药物，中品药是指防治一般疾病的药物，下品
9、药指有毒的药物，不可久服。,明朝本草纲目中： 有关于铅危害的描述：“铅生山穴之间，其气毒人，若连月不出，则皮肤萎黄，腹胀不能食，多致病而死。”,古希腊医生Dioscorrides（公元50-100年）把毒物分成植物毒素、动物毒素和金属毒物三大类，并尝试用催吐药来治疗中毒，用腐蚀剂和杯吸法来治疗毒蛇咬伤。,瑞士医生Paracelsus（1499-1541）对近代毒理学的产生和发展做出了杰出贡献，主要包括： 提出了毒物是化学物的概念； 提出了检测生物体对化学物的反应需进行实验观察和研究的科学方法； 强调了治疗作用和毒性作用的区别； 提出了“所有物质都是毒物，没有物质不是毒物，唯一的区别是它们的剂量
10、”的学术观点。,All substances are poisons, there is none which is not a poison. The right dose differentiates a poison and remedy. No substance is a poison by itself. It is the dose that makes a substance a poison. Parcelsus,所有物质都是毒物，没有不是毒物的物质，唯有剂量使之区分为毒物还是药物。 物质本身不是并非毒物，主要是剂量才使一个物质变成毒物。,18世纪西班牙化学家和生理学家Mat
11、tien Orifila（1787-1853）是现代毒理学的奠基人，他提出了毒理学的定义，并把当时认为有毒的物质用数千只狗进行试验，系统地观察了化学物质和生物体间的关系，以及将这些化学品从体内排除和用解毒药处理的机制。 生理学家Claude Bernard（1813-1878）开创了利用动物受控实验以探索毒作用机制的实验室研究方法。,1.2.2 现代毒理学的产生与发展,现代毒理学的分支学科,按照知识结构：理论毒理学、实验毒理学,从生物学角度：昆虫毒理学、动物毒理学、植物毒理学、微生物毒理学等,从应用领域和行业角度：环境毒理学、地理毒理学、工业毒理学、农业毒理学、食品毒理学、药物毒理学、放射毒理
12、学等,1) 环境污染及其危害推动了环境毒理学的诞生,1.2.3 环境毒理学的产生与发展,2) 环境运动及社会管理推动了环境毒理学的发展,生物学家Rachel Carson在1962年发表的寂静的春天是振兴毒理学研究的一部伟大著作。 随后环境运动逐渐兴起，许多环保组织开始建立并迅速发展，它们在环境保护与毒理学方面的积极工作，使得“生态学”和“毒理学”这些术语众所周知。 上世纪60年代至70年代，大多数发达国家成立了环境立法机构，在保护环境方面做出不懈的努力，有效避免了毒物的有害效应，推动了环境毒理学的发展。,3) 新技术的渗透与应用为环境毒理学的发展不断注入新动力,随着生命科学和分析化学的飞速发
13、展，生物化学、分子生物学、放射生物学、近代物理学及近代化学等学科的理论和研究技术向毒理学领域不断渗透，大大加速了化学物对生物体损害作用规律和机制的研究，使毒理学从描述毒作用现象为主的科学发展成为多学科交叉的、以揭示毒作用本质为主的现代毒理学，促进了环境毒理学的发展 。,1.3 环境毒理学常用研究方法,流行病学调查临床观察动物实验,动物试验,整体动物试验 (in vivo),体外试验 (in vitro),一般毒性试验,特殊毒性试验,急性毒性亚慢性毒性慢性毒性,致突变致癌致畸,器官水平组织水平细胞水平亚细胞水平分子水平,致突变,微生物试验,哺乳动物试验,体内实验： 也称整体动物实验。按人体可能接
14、触的剂量和途径使实验动物在一定时间内接触环境污染物，然后观察动物出现的形态和功能的变化。,体外实验： 又分为器官水平、组织水平、细胞水平、亚细胞水平、分子水平试验。 器官水平：利用器官灌流技术，将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。 细胞水平：将某种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。采用离心技术，将细胞器或组分分离纯化，研究环境污染物对这些亚细胞组分的毒性作用。,环境毒理学实验常采用温血动物进行，如小鼠、大鼠、家兔等，有时也用猴、狗、猫等。,1.3.1 实验动物准备,小鼠,大鼠,豚鼠,1.3.1.1 实验动物（labor
15、atory animal）,1.种属选择,1) 利用动物与人类某些机能、代谢、结构及疾病特点的相似性选择实验动物。在可能的情况下，应尽量选择在结构、功能、代谢等方面与人类相近的动物。2) 尽量选择易于获得、最经济和最易饲养管理的实验动物。,不同实验动物对同一毒物的毒性反应不一致,苯:对兔作用可引起白细胞减少及造血器官发育不全; 对狗作用则是白细胞增多及脾脏和淋巴结增殖。,苯胺及其衍生物:对狗作用产生变性血红蛋白； 对小鼠作用则完全不产生。,根据实验要求选择合适的实验动物,研究气体、蒸气对粘膜的刺激作用：猫研究毒物对皮肤的局部作用：豚鼠或兔 研究过敏性反应：豚鼠 观察致呕吐作用的实验研究：狗、猫
16、研究物质的致癌作用：小鼠和大鼠研究慢性中毒损害实质性脏器的毒物：小鼠,年龄、体重： 选择适龄动物，一般选用成年动物；在同一批实验中，要尽量使选用动物的体重一致。 性别： 实验若对动物性别无特殊要求，则宜选用雌雄各半。,2.个体选择,生理状态： 通常不宜采用处于特殊生理状态的动物，但研究毒物对生殖功能和后代影响的特定实验除外。 健康状况： 体型丰满，发育正常，被毛浓密有光泽且紧贴身体，眼睛明亮活泼，行动迅速，反应灵敏，食欲良好。,常用的麻醉剂分为挥发性和非挥发性两类。挥发性麻醉剂常用乙醚。 开放法是用脱脂棉浸湿乙醚后，放在小烧杯中，置于动物口鼻部，或将乙醚滴在口罩上，让其吸入； 封闭法是将实验动
17、物置于一密闭容器中，该容器中预先放置浸饱过乙醚的棉团，乙醚挥发后使动物吸入而致麻醉。非挥发性麻醉药有乌拉坦、巴比妥钠、戊巴比妥钠、苯巴比妥钠、硫贲妥钠等。,3.实验动物麻醉,在配制染毒用的毒物时，亦须了解该毒物的物理常数。 如比重、溶解度、蒸气压、挥发度、沸点、熔点、凝点、旋光度、折光率、油/水分配系数、水/气分配系数等。 它们与毒作用均有一定关系。,1.3.1.2 毒物准备,1.3.2 常用染毒技术,常用的染毒方法为吸入染毒、经口染毒和经皮肤染毒，气管注入、注射等途径，有时根据实验的特殊要求或毒物的特性，也采用皮下或组织内埋藏、滴眼等染毒方式。 动物染毒途尽可能与相关人群接触环境毒物的实际情
18、况相似，同时还必须外源化学物的理化性质进行选择。,经口染毒法,适合毒物：不挥发性液体、固态毒物 方式：灌胃、喂饲、滴入、吞咽。灌胃法：液体物质可/不经稀释直接灌胃，固态毒物可制成各种剂型灌入胃内。喂饲法：毒物和食物混在一起做成毒饵喂给动物，水溶性毒物可加入饮水使动物自然摄取。,经口滴入： 将有毒液体直接滴入动物口腔。滴入的毒物应送至咽部，让动物自行吞咽下去。 经口吞咽： 将毒物按照一定剂量，事先装在药用胶囊内，直接送至动物口腔，为避免胶囊被动物咬碎或吐出，应将胶囊直接送至咽部，便于吞入。,吸入染毒法,动式和静式吸入染毒法： 是将动物整体放入染毒容器中。面罩染毒法： 可以有效地避免动物经皮肤吸收
19、的可能性，是观察毒物吸收、分布、转化规律等常用的吸入染毒法。,染毒柜,气管注入染毒法,经喉插入法：将吸入注射器内的毒物，经喉头、声门插入气管内染毒。大鼠、豚鼠多采用这种染毒方式。气管穿刺法：经皮肤刺入气管内注射毒物，常用于兔、狗、猴等动物。暴露气管穿刺法：需要切开皮肤，分离肌肉，暴露气管，对气管穿刺染毒。,经皮肤或粘膜染毒法,斑贴实验：将1cm2纱布沾上受试物后，紧贴于动物去毛部位，放置1224h后解开，观察皮肤反应。兔耳实验：将家兔两耳去毛，一耳涂毒物液体，以另一耳做对照。2 h后将涂有毒物的耳朵洗净，观察皮肤温度和颜色，损害程度，恢复时间等。大、小鼠浸尾实验：将鼠尾的3/4浸入装有受试物的
20、试管中，浸泡时间一般26 h，浸尾时应防止受试物的蒸汽被动物吸收。结膜囊实验：常用兔、豚鼠做实验动物，实验时将一滴受试液体滴入受试动物一侧眼结膜囊内，另一侧作为对照，观察对粘膜的局部作用。,注射染毒法,方式： 腹腔注射、肌肉注射、静脉注射、皮下注射和皮内注射等。腹腔注射：狗、猫、兔等较大动物肌肉注射：小动物常在大腿内侧肌肉注射，家兔还可在颈椎或腰椎旁侧的肌肉注射，猫和狗等大动物常在臀部肌肉注射。,动物的毒理学实验资料能够直接外推到人群吗？,1 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；2 高剂量向低剂量外推存在不确定性；3 小数量实验动物到大量人群外推存在不确定性；4 成年健康动物向年老体弱及患病个体外推存在不确定性；5.实验过程中存在不确定因素。,完整的研究方法： 将实验室研究与人群流行病学调查有机地结合起来，用微观研究进行毒性筛选、机理探讨，并为宏观研究提供观察指标；而宏观研究则为微观研究提供选题方向，并进行验证。,
