生态毒理学 第一章 环境和有毒物质

环境: 指某一特定生物体或生物群体外围的空间
以及各种生物的和非生物的因素
环境主体 分 类 环境性质
人类环境 生物环境
自然环境 半自然 环境 社会环境
宇宙环境 地球环境
区域环境
微环境
内环境
分子环境
环境范围
环境污染
当物理、化学和生物因素进入大气、水、土 壤环境,而且其数量、浓度和持续时间超过了 环境的自净能力,以致影响生态平衡和人体健 康,此时的环境状态即被称为环境污染
巯基易与金属离子生成巯醇 盐，脂溶性增高，渗透力增 强，比醇更易于渗入生物组 织而产生毒害效应。最易与 带双键的化合物进行加成作 用，因此其具很高的生物活 性
胺基具有碱性易与核酸或蛋 白质的酸性基团起反应，极 易与体内的酶发生作用。脂 溶性增高，渗透力增强，胺 基在生物体内可形成NH4+， 易与生物组织中带负电荷的 部位作用，干扰体内代谢
功能蓄积
毒物蓄积作用:某种
污染物不能及时被个 体排除,或吸收速率大 于排除速率,使其不断 积累,由低浓度蓄积成 具毒性效应的高剂量, 导致出现中毒症状
物质蓄积
生物富集效应
生物富集效应(bioaccumulation):污染物从环 境中包括水、空气和固相物质等所有来源,向 生物体内,或者在某些情况下在生物体表的净 积累
中毒：机体受到某种化学物质的作用而 引起功能性的病变 不良效应：随着对环境毒物或潜在有毒物 质的暴露而产生异常的令人不快的或有害 的生物学变化（ 中毒,死亡） 危险度：在一定暴露条件下引起机体某种 不良效应发生的概率,或指某种物质在具体 的接触条件下,对机体造成损害可能性的定 量估计
生
急性毒性：在极短的时间内(<24h)毒性突 然发作,中毒症状也立即显示 慢性毒性：毒物导致生物机体病症持续 时间很长而且连续 不可逆毒性:个体停止接触污染物后,其 毒性作用继续存在损伤甚至进一步加重 可逆毒性:个体停止接触污染物后,其毒 性作用可逐渐消退
定义
生态系统
组成
非生物环境 结构
在一定空间 中栖居的所 有的生物与 环境之间所 形成的不断 进行物质循 环和能量流 动的统一整 体
生产者
消费者 分解者
形态结构
营养结构
食物链：在生态系统中由食性关系所 建立的各种生物之间的营养联系，所 形成一系列营养者与消费者之间连锁 的关系
食物网：由多条食物链连接所形成的 复杂食物网
不同胺基的毒性大小
伯胺 >仲胺 >叔胺
羧基与磺酸基被脂化后，电 离度降低，脂溶性增高，吸 收力增强，生物毒性增高
光学异构与毒性的关系
酶对光学异构体具有明显 的特异性
光学异构体具有明显的毒性差 异，通常，左旋异构体对生物 机体的作用较大，右旋体往往 无作用。
结构-活性的相关性 （SAR）
环境毒物的结构不仅指化学上的结构 本身，其物理化学特性、量子化学特 性和立体化学特性都应被考虑。 环境毒物的水溶性越大，毒性会增强 环境毒物的脂溶性越大，毒性也会变大 环境毒物的带电性也影响毒性变化
器质性病变 :在疾病过程中出 现的脏器或组织的病理形态学 变化。包括肉眼可观察到的病 理形态学改变、光学显微镜下 见到的组织学病变以及电子显 微镜下所见到的亚细胞病变等。 器质性病变多伴有所累及组织 或器官的功能改变，如肝硬变 常伴有肝功能障碍。但有一些 器质构病变因种种原因（如早 期、机体代偿等）而无明显的 功能障碍，如血管瘤、皮肤脂 肪瘤等。
1854年，俄国毒理学家Polikan最 先对物质的化学结构与其生物活性 之间的关系进行研究
化学结构功能团与毒性的关系 有机毒物不同的功能团 羟基、烃基、巯基、胺基、羧基 芳香族引入羟基后，毒性因极性增 强而增加，羟基越多，毒性越大， 多羟基芳香族环境毒物的生物毒性 很大
环境毒物含有烃基结构，脂 溶性较高，渗透力增强，毒 性增大。烃基结构可增加分 子空间位阻，影响毒性和其 在环境中的持久性
敏感度 构造 吸收代谢能力 分布\排泄作用 内分泌状态 生殖角色与行为 成熟度 器官功能退化 对幼年个体的发育毒性 疾病\病菌的感染等
交互作用 毒 物 自 身 因 素 物理特性 化学特性
接触方式
剂量
拮抗作用 相加作用 协同作用 溶解性 状态 蒸气压等 结构式 化学反应性 腐蚀性 pH Kow 极性等 吸入 食入 皮肤接触 注射 剂量决定毒性
半效应浓度:指在实 验系统中或在某一 生态系统中50%的 实验生物或生物种 群表现出可观察到 的有效反应或不良 效应时污染物的剂 量（ED50）
影响毒物效应的因素
气候条件 光照时间 活动时间 温度 气压 季节和昼夜节律 生长密度
环 境 因 素
物理因素
社会心理
心理压力
物种 生 物 因 素 性别 年龄 健康状况
毒性：指能引起机体损害的性质和能力 毒物暴露：所涉及的环境毒物的数量或浓度 以及与处于风险中的生物机体相互作用时间 的函数 生物毒性：生物体由于毒物的作用在毒理 学上产生不良症状的程度或状况,是毒理学 的一个基本概念 生态毒性：生物系统由于污染物质的作用产 生不良效应的程度,是生态效应的一种表现形 式
环境因子
指特定生物体之外围所有的生物因子和非生 物因子
生态因子
环境中对生物生长、发育、生殖、行为及分 布有直接或间接影响的环境要素
气候因子
非生物因子
土壤因子 地形因子 植物因子 动物因子
分 类
生物因子
人为因子
生态因子作用特征
综合作用
主导因子作用
直接和间接作用
阶段性作用 不可替代和补偿作用
限制性作用
生物浓缩 (bioconcentration)
污染物从水中,向生 物体内,或者在某些 情况下在生物体表 的净积累
生物富集系数 (bioconcentration /bioaccumulation factor BCF/BAF ） （ biota-sediment accumulation factor ） BSAF 平衡态时生物个体中积累的环境污染物 的浓度Ct与其溶解在环境中的平均浓度 的比值Ce
环境的功 能特性
整体性 有限性 不可逆性 隐显性 持续反应性 灾害放大性
环境效应
自然过程或人类的生产和生活活动 会对环境造成污染和破坏，从而导致环 境系统的结构和功能发生变化，称为环 境效应。
按环境变化的性质划分，可分为
环境物理效应 环境化学效应 环境生物效应
由物理作用引起的环境效应，比如噪声、 地面沉降、热岛效应、温室效应等。 在各种环境因素影响下，物质间发生 化学反应产生的环境效应，如酸雨、 湖泊和土壤的酸化、臭氧层破坏、光 化学烟雾、地下水污染。
环境因素变化导致生态系统变异而产 生的后果。如大型水利工程可能破坏 水生生物的回游途径并影响它们的繁 殖、大量工业废水排放对水生生物的 毒性效应。
环境污染物对生物体的性质和强度通常是生物体、 化学物及环境条件三者相互作用的结果
生物种、种群与群落
生物种：形态相似的个体的集合概念
种群：在一定空间中同种个体的组合， 是物种在自然界存在的基本单位 群落：在特定空间内，由一定的生物种 类组成的具有一定的外貌和形态结构与 营养结构，并具有特定功能的生物集合 体。是生态系统的结构单元
★ 环境毒物的剂量-效应关系原理 ★环境毒物的结构-活性相关原理 ★毒物作用的多层次效应原理 ★毒物生态动力学原理 ★环境毒物的生态适应性原理
★复合污染物的联合效应理论
★环境毒物的剂量-效应关系原理
内剂量：指环境毒物及其代谢产物在生物 体作用部位的浓度或剂量
剂量
定 量
定 性
外剂量：指环境毒物暴露或者给予的剂量 量效应：具有程度上差别的各种生物学效 应 质效应：在程度上无明显差别但效应性质 不同
第一章 环境和有毒物质
主要内容
环境的基本概念、主要特点与分类 有毒物质的基本概念、主要特点与 分类 有毒物质的结构、性质与效应的基 本原理
《中华人民共和国环境保护法》把 环境定义为：“影响人类生存和发展
的各种天然的和经过人工改造的自然 因素的总体，包括大气、水、海洋、 土地、矿藏、森林、草原、野生生物、 自然保护区、风景名胜、城市和乡村 等。”
剂量:指环境毒物被用于生物机体而 能发挥一定作用的分量
致死剂量：指经过短暂高强度的暴露后所导 致的死亡（绝对致死剂量、非致死剂量、半 数致死剂量、最小致死剂量、最大耐受剂量）
个体有效剂量( IED )：杀死某个体所需的最 小剂量或浓度, IED是该个体的特有属性 无损害作用：指毒物所引起的生物学变化是 可逆的,当停止暴露后,不能检测出生物个体维 持体内稳定能力的降低,也不能使生物体对其 他环境因素不利影响的易感性增强。
环境毒物的定量结构-活性相关
反映污染物数量、不同性质和生态效 应以及不同降解途径的降解能力等各 种各样的参数和信息的定量描述
定量结构-活性相关原理主要 研究即将进入环境的新型化合 物对生态系统与人体健康所构 成的生态效应与其分子化学结 构之间的因果关系和量变规律
定量结构-活性相关原理假定:
每种混合物的亚结构都对其性质有 特殊的影响因此相似化合物(具有相 同的官能团)对于靶生物体或受体具 相似的作用方式，常用一元或多元 回归将一个或多个代表结构的物化 参数与被研究的化学物质特性联系 起来
因毒性只是个相对概念,其LD50值与生物种类、 环境条件均有关。不同的应用目标,毒性分级也 不同
蓄积毒性作用:环境污染物毒性作用累积增大 的现象
物质 蓄积 慢性和亚慢性毒性
功能 蓄积
评估环境污染 毒性作用的指 标之一
蓄积毒性作用包括损伤蓄积作用和毒物蓄积作用 损伤蓄积作用:由于
低浓度污染物反复不 断对靶器官或靶细胞 产生毒性效应,随着时 间延长损伤程度加剧 直至出现中毒症状
生态系统基本功能
生物 生产