第五篇化学物质的生物效应

1第五篇生物体内污染物质的运动过程与毒性化学物质的生物效应：综合运用化学、生物、医学三方面的理论和方法(1)研究化学污染物造成的生物效应，如致畸、致突变、致癌的生物化学机理(2)化学物质的结构与毒性的相关性(3)多种污染物毒性的协同和拮抗作用的化学机理(4)污染物食物链作用的生物化学过程2第五篇生物体内污染物质的运动过程与毒性教学要求主要介绍污染物质与生物机体之间的相互作用，涉及机体对污染物质的吸收、分布、转化、排泄等过程和污染物质对机体毒性两方面的内容。(1)掌握污染物质的生物富集、放大和积累。(2)了解耗氧和有毒有机污染物质的微生物降解；(3)了解毒物的毒性、联合作用和致突变、致癌及抑制酶活性等作用。(4)了解有毒有机污染物质生物转化的类型。3第一章污染物质在机体内的积累与转化污染物质在机体内的运动过程包括吸收、分布、排泄和生物转化。吸收、分布和排泄称为转运，排泄与生物转化称为消除。吸收吸收是污染物质从机体外，通过各种途径通透体膜进入血液的过程。吸收途径主要是机体的消化管、呼吸道和皮肤。消化管是吸收污染物质最主要的途径。消化管的主要吸收部位在小肠，其次是胃。4第一章污染物质在机体内的积累与转化呼吸管是吸收大气污染物的主要途径。其主要吸收部位是肺泡。吸收的气态和液态气溶胶污染物质，可以被动扩散和滤过方式，分别迅速通过肺泡和毛细血管膜进入血液。固态气溶胶和粉尘污染物质吸进呼吸道后，可在气管、支气管及肺泡表面沉积。皮肤吸收是不少污染物质进入机体的途径。5第一章污染物质在机体内的积累与转化分布分布是指污染物质被吸收后或其代谢转化物质形成后，由血液转送至机体各组织;与组织成分结合；从组织返回血液以及再反复等过程。在污染物质的分布过程中，污染物质的转运以被动扩散为主。脂溶性污染物质易于通过生物膜，组织血流速度是分布的限速因素。6第一章污染物质在机体内的积累与转化排泄排泄是污染物质及其代谢物质向机体外的转运过程。排泄器官有肾、肝胆、肠、肺、外分泌腺等，而以肾和肝胆为主。肾排泄是污染物质通过肾随尿而排出的过程。肾排泄是污染物质的一个主要排泄途径。污染物质的另一个重要排泄途径，是肝胆系统的胆汁排泄。胆汁排泄是指主要由消化管及其他途径吸收的污染物质，经血液到达肝脏后，以原物或其代谢物和胆汁一起分泌至十二指肠，经小肠至大肠内，再排出体外的过程。7第一章污染物质在机体内的积累与转化蓄积机体长期接触某污染物质，若吸收超过排泄及其代谢转化，则会出现该污染物质在体内逐增的现象，称为生物蓄积。蓄积量是吸收、分布、代谢转化和排泄各量的代数和。机体的主要蓄积部位是血浆蛋白、脂肪组织和骨酪。污染物质常与血浆蛋白结合而蓄积。蓄积部位中的污染物质，常同血浆中游离型污染物质保持相对稳定的平衡。8第二章物质通过生物膜的方式生物膜的结构9第二章物质通过生物膜的方式物质通过生物膜的方式膜孔滤过直径小于膜孔的水溶性物质，可借助膜两侧静水压及渗透压经膜孔滤过。被动扩散脂溶性物质从高浓度侧向低浓度侧。即顺浓度梯度扩散通过有类脂层屏障的生物膜。10第二章物质通过生物膜的方式被动易化扩散物质在高浓度侧与膜上特异性蛋白质载体结合，通过生物膜，至低浓度侧解离出原物质称为被动易化扩散。主动转运在需消耗一定的代谢能量下，物质可在低浓度侧与膜上高浓度特异性蛋白载体结合，通过生物膜，至高浓度侧解离出原物质称为主动转运。胞吞和胞饮少数物质与膜上某种蛋白质有特殊亲和力，当其与膜接触后，可改变这部分膜的表面张力，引起膜的外包或内陷而被包围进入膜内，固体物质的这一转运称为胞吞，而液态物质的这一转运称为胞饮。11第三章污染物质的生物富集、放大和积累生物富集生物富集是指生物通过非吞食方式，从周围环境(水、土壤、大气)蓄积某种元素或难降解的物质，使其在机体内浓度超过周围环境中浓度的现象。生物富集用生物浓缩系数表示，即：BCF=Cb/Ce式中：BCF：生物浓缩系数Cb：某种元素或难降解物质在机体中的浓度;Ce：某种元素或难降解物质在机体周围环境中的浓度。12第三章污染物质的生物富集、放大和积累生物放大生物放大是指在同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内的浓度随营养级数提高而增大的现象。生物放大的程度也用生物浓缩系数表示。生物积累生物积累是生物从周围环境(水、土壤、大气)和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。生物积累也用生物浓缩系数表示。13第四章污染物质的生物转化物质在生物作用下经受的化学变化，称为生物转化或代谢(转化)。微生物可以催化转化或降解有机污染物。在生物化学反应中，氧化反应是重要的一类。其次是催化还原反应.酶也可以催化水解反应.14第四章污染物质的生物转化水环境中微生物的类群在水环境中，微生物可以分成细菌、真菌和藻三类。细菌的分类自养生物和异养生物好氧细菌及厌氧细菌15第四章污染物质的生物转化生物转化中的酶酶是一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成分的、具有催化活性的生物催化剂。酶的种类有2103多种。酶分为胞外酶和胞内酶两大类。根据催化反应类型:氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶、合成酶。按照成分分为:单成分酶和双成分酶两大类16第四章污染物质的生物转化耗氧有机污染物质的微生物降解有毒有机污染物质生物转化氮、硫的微生物转化重金属元素的微生物转化17第五章污染物质的毒性毒物毒物是进入生物机体后能使体液和组织发生生物化学的变化，干扰或破坏机体的正常生理功能，并引起暂时性或持久性的病理损害，甚至危及生命的物质。按作用于机体的主要部位可分为作用于神经系统、造血系统、心血管系统、呼吸系统、肝、肾、眼、皮肤的毒物等。根据作用性质，毒物可分为刺激性、腐蚀性、窒息性、致突变、致癌、致畸、致敏的毒物等。18第五章污染物质的毒性毒物的毒性影响毒物毒性的因素：(1)毒物的化学结构及理化性质；(2)毒物所处的基体因素(如基体的组成、性质等)；(3)机体暴露于毒物的状况(如毒物剂量，浓度，机体暴露的持续时间、频率、总时间、机体暴露的部位及途径等)；(4)生物因素(如生物种属差异、年龄、体重、性别、遗传及免疫情况、营养及健康状况等)；(5)生物所处的环境(如温度、湿度、气压、季节及昼夜节律的变化、光照、噪声等)。19第五章污染物质的毒性毒理学把毒物剂量(浓度)与引起个体生物学的变化，如脑电、心电、血象、免疫功能、酶活性等的变化称为效应；把引起群体的变化，如肿瘤或其他损害的发生率、死亡率等变化称为反应。毒物剂量(浓度)与反(效)应变化之间的关系，称为剂量-反(效)应关系。根据剂量(浓度)大小所引起毒作用快慢的不同，将毒作用分为急性、慢性和亚急(或亚慢)性三种。20第五章污染物质的毒性急性毒作用一般以半数有效剂量(ED50)或半数有效浓度(EC50)来表示。ED50和EC50分别是毒物引起一群受试生物的半数产生同一毒作用所需的毒物剂量和毒物浓度。ED50或EC50数值越小，受试物质的毒性越高，反之，则毒性越低。半数有效剂量或半数有效浓度，若以死亡率作为毒作用的观察指标，则称为半数致死剂量(LD50)或半数致死浓度(LC50)。21第五章污染物质的毒性22第五章污染物质的毒性慢性毒作用以阈剂量(浓度)或最高允许剂量(浓度)来表示。阈剂量(浓度)是指在长期暴露毒物下，会引起机体受损害的最低剂量(浓度)。最高允许剂量(浓度)是指长期暴露在毒物下，不引起机体受损害的最高剂量(浓度)。23第五章污染物质的毒性毒物的联合作用协同作用相加作用独立作用拮抗作用24第五章污染物质的毒性毒作用的过程(1)毒物被机体吸收进入体液后，经分布、代谢转化，并有一定程度的排泄。(2)毒物或活性代谢产物与其受体进行原发反应，使受体改性，随后引起生物化学效应。(3)一系列病理生理的继发反应，出现在整体条件下可观察到的毒作用的生理和(或)行为的反应，即致毒症状。25第五章污染物质的毒性毒作用的生物化学机制酶活性的抑制毒物进入机体后，一方面在酶催化下进行代谢转化；另一方面也可干扰酶的正常作用，包括酶的活性、数量等，从而有可能导致机体的损害。干扰酶的作用:对酶活性的抑制。有些重金属离子与含巯基的酶强烈结合。某些金属取代金属酶中的不同金属。26第五章污染物质的毒性致突变作用致突变作用是指生物细胞内DNA改变，引起的遗传特性突变的作用。具有致突变作用的污染物质称为致突变物。致突变作用分为基因突变和染色体突变两类。致癌作用致癌是体细胞不受控制的生长。能在动物和人体中引起致癌的物质称为致癌物。致癌物根据性质可分为化学(性)致癌物、物理性致癌物(如x-射线、放射性核素氨)和生物性致癌物(如某些致癌病毒)。27第五章污染物质的毒性致畸作用人或动物在胚胎发育过程中由于各种原因所形成的形态结构异常，称为先天性畸形或畸胎。遗传因素、物理因素(如电离辐射)、化学因素、生物因素(如某些病毒)，母体营养缺乏或内分泌障碍等都可引起先天性畸形，并称为致畸作用。