生態(tài)毒理學(xué)11的學(xué)習(xí)教案

生態(tài)毒理學(xué)11的學(xué)習(xí)教案第1頁/共44頁16種典型PAHs(I)中文

英文簡寫

分子式

結(jié)構(gòu)式

環(huán)數(shù)

致癌性

萘NaphthaleneNapC10H82

苊烯AcenaphthyleneAnyC12H83

苊AcenaphtheneAneC12H103

芴FluoreneFleC13H103

菲PhenanthrenePheC14H103

第2頁/共44頁蒽AnthraceneAntC14H103

熒蒽FluorantheneFlaC16H104助癌芘PyrenePyrC16H104

苯并[a]蒽Benzo[a]anthraceneBaaC18H104強(qiáng)致癌16種典型PAHs(II)第3頁/共44頁屈ChryseneChrC18H104弱致癌苯并[b]熒蒽Benzo[b]fluorantheneBbfC20H125強(qiáng)致癌苯并[k]熒蒽Benzo[k]fluorantheneBkfC20H125強(qiáng)致癌苯并[a]芘Benzo[a]pyreneBapC20H125特強(qiáng)致癌16種典型PAHs(III)第4頁/共44頁茚并[123-cd]芘Indeno[123-cd]pyreneI1pC22H126特強(qiáng)致癌二苯并[a,h]蒽Dibenz[ah]anthraceneDaaC22H145特強(qiáng)致癌苯并[ghi]二萘嵌苯Benzo[ghi]peryleneBpeC22H126助癌16種典型PAHs(IV)第5頁/共44頁多環(huán)芳烴的致癌作用和機(jī)理部分具有高致癌活性的非取代PAHs

苯并芘[a]；二苯并屈[b,def]；二苯并屈[def,p]；苯并戊芬[rst]；萘并屈[1,2,3,4－def]。部分具有高致癌活性的取代PAHs

如：單取代苯并蒽[a]；二甲基苯并蒽[a]。K區(qū)理論

兩個(gè)反應(yīng)中心，即K區(qū)(電子密度大，雙鍵性質(zhì))和L區(qū)；灣區(qū)理論

形成類似海灣形狀的結(jié)構(gòu)區(qū)域。雙區(qū)理論

我國學(xué)者戴乾圜提出，PAHs分子顯示致癌活性的必要和充分條件是分子中存在兩個(gè)親電活性區(qū)域。影響多環(huán)芳烴致癌性的因素

(1)

激素

(2)

維生素：維生素A和維生素E；

(3)

微量元素。苯并芘[a]K區(qū)灣區(qū)L區(qū)712第6頁/共44頁致癌物的代謝活化P450P450鳥嘌呤正碳離子7,8－羥基－9,10－環(huán)氧苯并芘[a]最終致癌物7,8－環(huán)氧苯并芘[a]7,8－環(huán)氧苯并芘[a]硫化乙?；咸烟侨┧峄疦－羥基－2－乙酰氨基芴N(yùn)－羥基－2－乙酰氨基芴二相結(jié)合物最終致癌物細(xì)胞色素細(xì)胞色素(I)(II)(III)第7頁/共44頁代表性鹵代芳香族化合物的異構(gòu)體數(shù)目鹵素?cái)?shù)苯系氧雜環(huán)系呋喃系二苯系1124323101612341428244322384251142846611016427－24248－11129－－－310－－－1總數(shù)1375135200(1)

有機(jī)鹵化物隨鹵化程度增加，水溶性降低；(2)

持久性和親脂性是生物濃縮性能的主要決定因素，而水溶性和揮發(fā)性是有機(jī)污染物在生態(tài)環(huán)境中遷移的主要決定因素；(3)

非常相似的鹵代芳香族化合物，即使位置異構(gòu)之間的細(xì)微差別，也會對其生態(tài)布局、生物濃縮和生物活性等產(chǎn)生深刻的影響。第8頁/共44頁多氯聯(lián)苯PCBs(氯代芳烴化合物)通常以合成方式生成還可以由下述方式生成

(1)芳基過氧化物，重氮鹽，苯肼和其它芳基化合物的 芳香化；

(2)芳香化縮合反應(yīng)；

(3)氯和聯(lián)苯系列化合物加成；

(4)脫羧作用；

(5)脫氯反應(yīng)。多氯聯(lián)苯的生成方式第9頁/共44頁相關(guān)二環(huán)芳香族化合物的結(jié)構(gòu)2,2’,3,4’－四氯聯(lián)苯2,2’,5,5’－四氯聯(lián)苯2,3’,4,5－四氯聯(lián)苯舉例：四氯聯(lián)苯同系物1’12’3’4’5’6’23456聯(lián)苯分子上氯的取代位置生成PCBs聯(lián)苯二苯并呋喃二苯并二氧六環(huán)第10頁/共44頁P(yáng)CBs生物地球化學(xué)循環(huán)的基本過程大氣分室PCB使用工廠(變壓器熱交換液)河流(水，泥，魚類)人耕地土壤鳥類農(nóng)作物家畜海洋分室海水浮游生物魚類，貝類沉積物第11頁/共44頁多氯聯(lián)苯PCBs對各種動物的效應(yīng)肝效應(yīng)肝腫大，膽管發(fā)育不全，大范圍或局部壞死，脂類積聚過多導(dǎo)致退化，單加氧酶和其它酶被誘導(dǎo)，三磷酸腺苷酶活性降低，脂溶性纖維素耗盡，紫質(zhì)癥腸胃效應(yīng)胃粘膜發(fā)育不全或營養(yǎng)過剩，潰瘍或壞死，腸粘膜增生和被入侵，發(fā)育不全，出血，壞死呼吸系統(tǒng)慢性支氣管炎，慢性咳嗽神經(jīng)系統(tǒng)兒茶酚胺數(shù)量改變，損壞行為性反應(yīng)，后天發(fā)展不足，受壓抑的爆發(fā)行為，危急情況下的呆木皮膚綠痤瘡，水腫，脫發(fā)抗毒性脾，淋巴、胸腺組織退化，循環(huán)淋巴細(xì)胞退化，受壓制的抗體反應(yīng)，對病毒的高度敏感性，體內(nèi)殺傷細(xì)胞被遏制內(nèi)分泌系統(tǒng)循環(huán)類固醇數(shù)量改變，雌性激素、抗雌性激素、抗雄性激素的效應(yīng)，乳漿孕酮的數(shù)量減少，腎上腺皮層增長，甲狀腺病變，循環(huán)甲狀腺變化繁殖發(fā)情期增長，里比多(libido)減少，毒性在子宮內(nèi)對胚胎和胎兒的效應(yīng)致癌作用有促癌作用，對一些致癌劑有協(xié)同或拮抗作用第12頁/共44頁

鹵代芳香族混合物相應(yīng)的受體是Ah受體(芳基烴受體)，其作用之一是與外來異物結(jié)合后，強(qiáng)烈誘導(dǎo)芳香族碳?xì)浠衔镅趸傅幕钚浴?/p>

這些化合物毒性的重要特征是：

(1)

是母體化合物本身的毒性，而不是其代謝產(chǎn)物；

(2)

毒性是通過與細(xì)胞液(Ah)受體的結(jié)合而被調(diào)節(jié)；

(3)

一種同系物具有單獨(dú)產(chǎn)生有毒反應(yīng)的能力，說明其 也具備產(chǎn)生整體癥狀的潛力。第13頁/共44頁2,3,7,8－四氯代二苯并二氧六環(huán)的強(qiáng)毒性和組織病理學(xué)變化

猴荷蘭豬牛鼠倉鼠口服LD50(ug/kg)<701NR22M5000增生或發(fā)育遲緩胃++0+00腸+NRNRNR++泌尿系統(tǒng)++++++0NR膽++NR+NRNR牙槽NRNRNR++NR皮膚++NR+0NR發(fā)育不全、萎縮、壞死胸腺+++++骨髓++NRNRNR睪丸+++NRNR其它癥狀肝臟+0NR+++水腫+0NR0+NR=無文獻(xiàn)報(bào)道；0=未觀察到；+=觀察到；++=觀察到且較嚴(yán)重；M=雄性；F=雌性。第14頁/共44頁多氯聯(lián)苯PCBs對水生生物的生殖效應(yīng)第15頁/共44頁多氯聯(lián)苯PCBs對陸生哺乳動物的生殖效應(yīng)第16頁/共44頁黃曲霉素及其致癌作用(I)黃曲霉毒素的分子結(jié)構(gòu)B1B2G1G2M1M2第17頁/共44頁黃曲霉素及其致癌作用(II)黃曲霉毒素B12,3－環(huán)氧黃曲霉毒素黃曲霉毒素是間接致癌物，在體內(nèi)經(jīng)混和功能氧化酶作用，形成2,3－環(huán)氧黃曲霉毒素；然后其環(huán)氧環(huán)狀結(jié)構(gòu)開環(huán)，在2位上形成正碳離子，并與細(xì)胞核酸鳥嘌呤的N－7結(jié)合，引起DNA突變。+第18頁/共44頁其它化學(xué)致癌物(I)芳香族氨基和硝基化合物

(1)

芳香族氨基化合物 主要污染源為染料、塑料、藥品、農(nóng)藥、橡膠、離子交換樹脂、食用色素、食品抗氧化劑等。

致毒作用形式

(1)

氧化血紅蛋白，形成高鐵血紅蛋白，損害中樞神經(jīng) 系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)；

(2)

溶血作用，引發(fā)溶血性貧血；

(3)

損害腎臟和膀胱；

(4)

致癌作用，如聯(lián)苯胺，4－氨基苯胺，萘胺和4－氨 基聯(lián)苯引發(fā)職業(yè)性膀胱癌。

(2)

芳香族硝基化合物 主要污染源為染料、炸藥、農(nóng)藥、醫(yī)藥、塑料、涂料等。一般硝基越多，毒性越強(qiáng)。第19頁/共44頁

致毒作用形式

(1)

形成高鐵血紅蛋白和溶血作用；

(2)

損害肝臟；

(3)

致突變和致癌變，如2－硝基萘，乙硝基聯(lián)苯的致 癌性，2,4－二硝基萘和2,4,5－三硝基甲苯致突變性。亞硝胺類化合物 最強(qiáng)的致癌化合物為：二甲基亞硝胺和二乙基亞硝胺混合功能氧化酶－R’－CHO+H+(接下頁)第20頁/共44頁其它化學(xué)致癌物(II)O6－甲基鳥嘌呤N7－甲基鳥嘌呤鳥嘌呤自由甲基脫烷基CH3第21頁/共44頁內(nèi)分泌干擾素?cái)M雌激素毒物

(A)外源性擬雌激素類藥物

如己烯雌酚。還包括：

(1)植物性擬雌激素，如黃酮類物質(zhì)；

(2)

具雌激素活性的合成化合物，如PCBs。

(B)抗雄激素類毒物 如：除草劑vinclozolin，對位,對位－二氯二苯二氯乙烯(p,p’－DDE)；

(C)其它具內(nèi)分泌活性的毒物

二惡英類物質(zhì)如TCDD，酞酸鹽或酯類(鄰苯二甲酸鹽或酯)。第22頁/共44頁(1)17－雌二醇(2)雙酚A(3)2,4,5－T(4)p－壬基酚(5)二(2－乙基己基)鄰苯二甲酸酯(6)o,p－DDT(7)3－甲基膽蒽環(huán)境雌激素舉例－結(jié)構(gòu)式環(huán)境雌激素舉例第23頁/共44頁內(nèi)分泌干擾素影響野生生物生殖和存活的機(jī)制(1)暴露于潛在的環(huán)境試劑外因的性激素破壞者(如外雌激素)天然內(nèi)分泌干擾素(如環(huán)境脅迫)非內(nèi)分泌因素(如營養(yǎng)缺乏)(2)主要的分子和生化響應(yīng)VTG合成和血液荷爾蒙水平改變神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)效應(yīng)(如皮質(zhì)類固醇產(chǎn)物)無法合成基本酶或荷爾蒙(3)次級行為和形態(tài)的效應(yīng)結(jié)合體質(zhì)量降低，影響配偶行為的二級性特征改變免疫抑制，結(jié)合體質(zhì)量降低等削弱發(fā)育和存活，變形或性成熟延遲(4)個(gè)體生殖效應(yīng)削弱個(gè)體動物的生殖成功率(降低生殖力，胚胎－幼體生存能力等下降)(5)種群效應(yīng)生殖輸出低于保持種群存活的臨界水平(6)生態(tài)系統(tǒng)效應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)變化施加影響的途徑：1.

模仿內(nèi)生荷爾蒙效應(yīng)；2.

拮抗內(nèi)生荷爾蒙效應(yīng)；3.

改變正常荷爾蒙合成 和代謝模式；4.

改變荷爾蒙受體水平。第24頁/共44頁二惡英dioxin族化合物成員的結(jié)構(gòu)2,7－二氯(DCDD)2,3,7,8－四氯(TCDD)1,2,3,6,7,8－六氯(HexaCDD)1,2,3,4,6,7,8－七氯(HeptaCDD)八氯(OCDD)2,4,7,9－四溴(TBDD)1,6－二甲基(DMDD)第25頁/共44頁二惡英某些毒理性質(zhì)第26頁/共44頁多氯代二惡英PCDD同系物和異構(gòu)體特性具有相對穩(wěn)定的芳香環(huán)；許多異構(gòu)體具有類似的毒性；兩環(huán)以上的鹵素含量增加，可增加其在環(huán)境中的穩(wěn)定性、親脂性、熱穩(wěn)定性以及對酸、堿、氧化劑和還原劑的抵抗力；因上述性質(zhì)，環(huán)境中多氯代二惡英(PCDD)廣泛存在；目前，正在研究多溴代、多氟代類二惡英類污染物。第27頁/共44頁環(huán)境中制藥/藥用過程水環(huán)境徑流直接在田間排放或通過施肥家畜寄生蟲控制處理抗細(xì)菌治療，促進(jìn)生長獸醫(yī)使用水生養(yǎng)殖(如抗生素)人體攝入/排出地下水？活性污泥散布活性污泥處理廠活性污泥和土地填埋中過量藥物的散布人類藥物使用第28頁/共44頁釋放進(jìn)入大氣中的放射性物質(zhì)及人體循環(huán)大氣分室放射性物質(zhì)作物與植物土壤分室動物分室奶肉人直接輻射吸收吸入沉積沉降攝取直接輻射攝取攝取第29頁/共44頁釋放進(jìn)入陸地及水分室中的放射性物質(zhì)及人體循環(huán)放射性污染物土壤分室地表或地下水放射性污染物砂和沉積物水生植物水生動物灌溉水土壤陸地植物陸地動物奶肉人釣魚和運(yùn)動用具直接輻射吸入攝取攝取攝取第30頁/共44頁生物圈某些天然放射性核素的濃度及半衰期分室核素射線類型平均濃度(10－12居里/g或m3)半衰期(年)土壤87Rb7.254.81010238U，1.654.5109230Th，3.888.0104海洋238U，1.04.510987Pb2.84.81010大氣3H0.512.26222Rn1003.825天第31頁/共44頁某些食物中的放射活性食物最大放射活性(pCi/100g)巴西堅(jiān)果1400谷類60茶40肝和腎15面粉14花生和花生黃油12巧克力8餅干2牛奶(煉乳)1~2魚1~2奶酪和蛋0.9蔬菜0.7肉0.5水果0.1第32頁/共44頁人為活動釋放進(jìn)入大氣和水分室中的放射性核素分室核素射線類型半衰期(年)累積庫存量(Ci)大氣

(來自核武器實(shí)驗(yàn)，至1973)85Kr，111.310690Sr，282.1107135Cs，2.01064.7102大氣

(來自核電站與加工廠，1975~2000)129I，1.61071.2104水

(來自核電站與加工廠，1975~2000)134Cs，2.12.1102137Cs，301.9103第33頁/共44頁放射生物學(xué)中常用的輻射量和單位單位或劑量符號應(yīng)用貝可BqSI放射性活度，1Bq=蛻變/秒，1Bq=2.710－11Ci居里Ci放射性活度，1Ci=3.71010dps，1Ci=3.71010Bq戈瑞Gy吸收劑量的SI單位，1Gy=100Rad=1J(焦耳)/kg拉德Rad吸收劑量單位，1Rad=0.01Gy雷姆Rem劑量當(dāng)量單位RadQ其它修飾因子(1Rem=0.01Sv)希沃特Sv劑量當(dāng)量SI單位，1Sv=100Rem傳能線密度LET通過每單位的能量沉積eV/m，一般地，LET數(shù)值愈大，生物效應(yīng)愈大相對生物效應(yīng)RBE用于放射生物學(xué)中，來自同樣劑量參照照射的同等效應(yīng)品質(zhì)因子Q輻射生物學(xué)上的效應(yīng)電子伏特eV能量單位，1eV=1.610－9J第34頁/共44頁某些放射性核素的生物學(xué)半衰期第35頁/共44頁人體中放射性物質(zhì)的庫存和日攝入通量第36頁/共44頁生物對放射性輻射急性致死的順序 哺乳動物>鳥類>高等植物>魚類>兩棲動物>爬行動物>甲殼動物>昆蟲>苔蘚、地衣、藻類>細(xì)菌>原生動物>軟體動物>病毒生物體受到電離輻射后，使很多生物活性物質(zhì)，尤其是生物大分子受到損傷，其中最重要的是細(xì)胞核中的DNA

電離輻射對生物活性物質(zhì)的作用主要有兩條途徑：

(1)

釋放的反射性粒子直接作用，通過電離和激發(fā)使其 受到損傷；

(2)

與細(xì)胞中其它原子或分子，特別是水分子作用產(chǎn)生 自由基，作用于生物大分子，使其受到損傷。

損傷作用取決于：

(1)吸收劑量(輻射照射后生物器官的能量沉積)；電離輻射的生物效應(yīng)第37頁/共44頁 (2)輻射種類 不同種類和不同能量的帶電粒子在其穿行徑跡上的電離程度不同，常用傳能線密度LET(LineEnergyTransfer)表示。此外，電離輻射的生物效應(yīng)還因照射