【正文】 環(huán)境毒理學(xué)第一章 環(huán)境毒理學(xué)概述一、毒理學(xué)(Toxicology)毒理學(xué)：是研究物理、化學(xué)和生物因素，特別是化學(xué)因素對(duì)生物機(jī)體的損害作用及其機(jī)理的科學(xué)。 環(huán)境毒理學(xué):研究環(huán)境污染物，特別是化學(xué)污染物對(duì)生物有機(jī)體，尤其是對(duì)人體的損害作用及其機(jī)理的科學(xué)。由于環(huán)境污染物對(duì)人類之外其他生物種類包括動(dòng)物、植物和微生物等的損害作用更加嚴(yán)重。環(huán)境毒理學(xué)研究已擴(kuò)展到環(huán)境污染物對(duì)各種生物機(jī)體及其種群的損害作用規(guī)律及防治措施的范圍。環(huán)境生態(tài)毒理學(xué)：應(yīng)用毒理學(xué)的觀點(diǎn)和方法，從環(huán)境生態(tài)學(xué)角度研究環(huán)境污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及其組成種群的影響規(guī)律的一門科學(xué)。環(huán)境生態(tài)毒理學(xué)是應(yīng)用毒理學(xué)的觀點(diǎn)和方法，從環(huán)境生態(tài)學(xué)角度研究環(huán)境污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及其組成種群影響規(guī)律的一門科學(xué)。是環(huán)境毒理學(xué)的一部分，也是環(huán)境生態(tài)學(xué)的分支學(xué)科。 環(huán)境生態(tài)毒理學(xué)主要研究對(duì)象不是生物個(gè)體的變化，而是生物群體的改變；不僅研究環(huán)境化學(xué)物對(duì)某一種群的損害，而且研究環(huán)境化學(xué)物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。 毒物：進(jìn)入生物機(jī)體的外源性物質(zhì)，累積到一定程度后，可以達(dá)到干擾機(jī)體生理平衡，導(dǎo)致其組織、器官或生理過程受到不良影響的程度。外源性化學(xué)物(Xenobiotics): 是一類“外來生物活性物質(zhì)”，又可稱為外來化學(xué)物，以區(qū)別于機(jī)體內(nèi)代謝過程中形成的產(chǎn)物和中間產(chǎn)物——內(nèi)源化學(xué)物。超過800萬種，常用65725種。工、商業(yè)應(yīng)用；化妝品；食品添加劑；農(nóng)藥；藥品等。環(huán)境化學(xué)污染物通常簡稱為環(huán)境化學(xué)物,是由于人類的生產(chǎn)活動(dòng)和生活活動(dòng)人為地進(jìn)入環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)，它們屬于外源化學(xué)物的范疇。 二、毒理學(xué)發(fā)展簡史早在遠(yuǎn)古時(shí)代，人們對(duì)一些動(dòng)植物的有毒作用就已有認(rèn)識(shí)。1550 BC已有文獻(xiàn)記載。在16世紀(jì)，瑞士著名醫(yī)生Paracelsus提出有毒物的劑量反應(yīng)。 “Everything is a poison…it is only the dose that makes it not a poison”18世紀(jì)西班牙化學(xué)家和生理學(xué)家Bonaventura Orfila:現(xiàn)代毒理學(xué)的奠基人。 組織和體液中的毒物的化學(xué)分析鑒別 試驗(yàn)動(dòng)物的系統(tǒng)應(yīng)用毒理學(xué)在19世紀(jì)得到快速發(fā)展。 三、毒理學(xué)的分類按工作任務(wù)范圍分： 工作毒理學(xué)； 環(huán)境毒理學(xué)； 生態(tài)毒理學(xué)； 法醫(yī)毒理學(xué)；臨床毒理學(xué)。按外源性化合物的類型分： 食品毒理學(xué)； 金屬毒理學(xué)； 藥物毒理學(xué)； 放射毒理學(xué)。按研究手段分： 分子毒理學(xué)； 細(xì)胞毒理學(xué)； 組織毒理學(xué)；遺傳毒理學(xué)；免疫毒理學(xué)。四、環(huán)境污染物(一) 環(huán)境污染物的種類1．化學(xué)類：主要的有：重金屬；有機(jī)染料；農(nóng)用化學(xué)品；食品中毒素 添加劑等；醫(yī)用、日用污染物目前日益受到重視的環(huán)境類激素(內(nèi)分秘干擾物)可分3類：外源性雌激素、外源性雄激素、擬甲狀腺激素，特別是前者的作用更引起人們的關(guān)注。它可降低精子數(shù)，減少精液量，引發(fā)生殖發(fā)育異常．促發(fā)一些與激素有關(guān)的腫瘤如睪丸癌、乳腺癌等，從而引發(fā)環(huán)境雌性化，如多氧聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、二 口惡 英等。國際癌癥研究所(IARC)到1995年為止，已出版了6O多卷專集，共評(píng)述了800多種化學(xué)物質(zhì)，按其致癌程度，已確證人類致癌物或生產(chǎn)方式約有600種，如黃曲霉素、砷、石棉、聯(lián)苯胺等。但當(dāng)前人類所接觸到的化學(xué)物質(zhì)數(shù)以l0萬計(jì)，而對(duì)其中絕太部分物質(zhì)的致癌性仍缺乏了解?？梢娊窈笕蝿?wù)的艱巨性。2．物理類：主要有：濫用醫(yī)源電離輻射x、υ射線，CT等等；環(huán)境電離輻射：如氡及其子體，建材中的放射性物質(zhì)；環(huán)境中紫外線的強(qiáng)化；激光與電磁輻射場(chǎng)等。輻射作為環(huán)境誘變劑，可誘發(fā)畸胎效應(yīng)，如日本原爆幸存者胎內(nèi)(妊娠8～15周)受到照射，可發(fā)生嚴(yán)重智力障礙，IQ值下降、小頭癥等。這是由于受精卵至器官形成期對(duì)輻射敏感而發(fā)生畸形。輻射誘發(fā)癌癥包括白血病和實(shí)體癌。輻射致癌研究的歷史較久，1945年在日本原子彈爆炸后，對(duì)1O余萬幸存者進(jìn)行終生觀察，發(fā)現(xiàn)最主要醫(yī)學(xué)后果是癌癥發(fā)生。3 生物類：細(xì)菌、病毒等，以病毒為主，這些病毒誘發(fā)腫瘤亦為主要后果。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有150泉種病毒可誘發(fā)腫瘤．腫瘤病毒中有DNA病毒、RNA病毒。腫瘤是環(huán)境因素、遺傳因素和機(jī)能因素相互作用所致的多因素作用、多階段發(fā)病和多基因參與的疾病。其中環(huán)境因素占腫瘤病因?qū)W中的85％ 以上 我國人口死因中，城市中占首位，每年死亡人數(shù)160萬，造成社會(huì)負(fù)擔(dān)在200億以上。(二)環(huán)境污染對(duì)機(jī)體作用的特點(diǎn)接觸劑量?。簞┝凯h(huán)境污染對(duì)人類造成的影響，大多數(shù)是小劑量長期暴露，污染面廣，污染對(duì)健康的影響難以準(zhǔn)確識(shí)別。長時(shí)間內(nèi)反復(fù)接觸甚至終生接觸：既有急性效應(yīng)(大量一次性攝入)，但多數(shù)為遠(yuǎn)后效應(yīng)，其中以隨機(jī)性效應(yīng)中的致突、致癌為主，需要大人群、長時(shí)期的、通過流行病學(xué)的觀察、分析才能確認(rèn)，因此技術(shù)難度大。多種污染物同時(shí)作用于機(jī)體：存在相加、拮抗、協(xié)同等聯(lián)合作用接觸人群的易感性差異較大：接觸的人群既有青少年、成年，又有老幼病弱(三)環(huán)境污染物與機(jī)體的交互作用人的疾病／健康狀態(tài)在本質(zhì)上是由環(huán)境暴露、個(gè)體遺傳易感性、個(gè)體的衰老過程，通過復(fù)雜的相互作用而決定的。編碼功能蛋白：適應(yīng)或代償環(huán)境因素的不利影響細(xì)胞基因組信息傳遞通路環(huán)境因子錯(cuò)誤應(yīng)答：周期調(diào)控失常環(huán)境毒物對(duì)細(xì)胞及大分子的直接或間接作用和損害的信息，可通過信息傳遞通路傳遞給細(xì)胞基因組，后者通過編碼各種功能蛋白對(duì)環(huán)境因子所造成的應(yīng)激做出應(yīng)答，以適應(yīng)或代償環(huán)境因素對(duì)細(xì)胞或機(jī)體不利影響，使細(xì)胞得以恢復(fù)。因這種適應(yīng)是有限的，如負(fù)荷越過限度，細(xì)胞即會(huì)由代償進(jìn)入不正常失代償狀態(tài)，引起細(xì)胞損傷或死亡；另一途徑，細(xì)胞也可做出錯(cuò)誤應(yīng)答，導(dǎo)致周期調(diào)控失常，異常增殖，永生化，產(chǎn)生腫瘤或?qū)е录?xì)胞損傷壞死。五、環(huán)境毒理學(xué)的研究對(duì)象、任務(wù)和內(nèi)容研究對(duì)象：對(duì)各種生物特別是對(duì)人體產(chǎn)生危害的各種環(huán)境污染物，包括物理性、化學(xué)性及生物性污染物，其中以環(huán)境化學(xué)物為主要研究對(duì)象。 環(huán)境污染物的種類繁多 ：| 物理性污染 :電離輻射、電磁輻射及噪聲污染等； | 生物性污染 :細(xì)菌、病毒及生物毒素污染等 。| 化學(xué)污染物 :如工業(yè)化學(xué)品、農(nóng)用化學(xué)品、日用化學(xué)品及染料等。 研究內(nèi)容和任務(wù)：(1)研究環(huán)境毒物與機(jī)體相互作用的一般規(guī)律:包括毒物接觸機(jī)體后的吸收、分布、代謝轉(zhuǎn)化、排泄等過程和毒作用機(jī)理，探求其對(duì)肌體健康損害的早期反應(yīng)指標(biāo)(即用最靈敏的探測(cè)手段，找出環(huán)境污染物作用于機(jī)體后最初出現(xiàn)的生物學(xué)變化，以便及早發(fā)現(xiàn)并設(shè)法排除)，預(yù)測(cè)其對(duì)健康的潛在危害，以便及早防治(2)研究環(huán)境毒物對(duì)機(jī)體影響的作用條件及其影響因素：除主要通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)外，還應(yīng)結(jié)臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，以觀察環(huán)境毒物在環(huán)境中的濃度、分布、變遷、侵入方式、接觸時(shí)間以及其他作用條件對(duì)肌體反應(yīng)的影響。(3)研究環(huán)境毒物及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的毒性和評(píng)定方法：主要包括各種毒性試驗(yàn)， 測(cè)定其急性、蓄積性、亞急性、亞慢性、慢性毒性和“三致性”， 及多種有毒物質(zhì)共存時(shí)的聯(lián)合毒性。從劑量—反應(yīng)關(guān)系中得出對(duì)肌體作用的相對(duì)安全界限(最大無作用水平)，為制定環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。作用和意義：：毒性鑒定、危險(xiǎn)度評(píng)估。174。保護(hù)地球生物圈包括人類在內(nèi)的各種生物的生存和持續(xù)發(fā)展環(huán)境毒理學(xué)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用：目前，環(huán)境毒理學(xué)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用．主要可分為以下兩類：1 直接用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，以評(píng)價(jià)環(huán)境污染狀況有的國際組織推薦用紫露草四分體微核試驗(yàn)、紫露草雄蕊毛突變實(shí)驗(yàn)、蠶豆根尖細(xì)胞有絲分裂染色體畸變?cè)囼?yàn)建立全球性的生物監(jiān)測(cè)網(wǎng)以監(jiān)測(cè)大氣和水體的污染。這些方法經(jīng)濟(jì)、簡便、快速、測(cè)試結(jié)果有效可靠，更重要的是可直接用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。國外現(xiàn)已分別或聯(lián)合使用這些方法對(duì)機(jī)場(chǎng)、停車場(chǎng)、學(xué)校、田間、城市煙霧區(qū)、高速公路收費(fèi)處、垃圾場(chǎng)、水庫、水井及某些工作處的各種氣態(tài)和液態(tài)污染物進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。這些監(jiān)測(cè)為環(huán)境污染狀況提供了有說服力的科學(xué)依據(jù)，有的已引起管理部門的重視2 環(huán)境樣品的生物測(cè)試收集空氣、水和固體廢棄物等環(huán)境樣品進(jìn)行生物測(cè)試，以了解環(huán)境是否受污染。1986年，我國在北京、上海、天津、青島等20個(gè)城市執(zhí)行生物監(jiān)測(cè)。至今，生物監(jiān)測(cè)在我國各級(jí)環(huán)境監(jiān)測(cè)站中尚未很好地開展，影響了環(huán)境監(jiān)測(cè)的深入發(fā)展。比如現(xiàn)在死魚污染糾紛較多，環(huán)保部門往往測(cè)定化學(xué)需氧量、溶解氧、重金屬等項(xiàng)目，有時(shí)這些項(xiàng)目都不超標(biāo)卻造成了死魚事故，數(shù)據(jù)不能直接說明事故原因，給糾紛的處理帶來一定困難 如果能夠開展生物監(jiān)測(cè)，進(jìn)行魚類毒性試驗(yàn)，找出某種毒物或工業(yè)廢水對(duì)魚類半致死濃度與安全濃度，則將給糾紛的處理提供更科學(xué)的依據(jù)。環(huán)境樣品的生物測(cè)試方法很多．可以說現(xiàn)行毒理學(xué)的各種方法包括整體動(dòng)物、體外培養(yǎng)細(xì)胞和器官等都可用于測(cè)試，測(cè)試的重點(diǎn)包括一般毒性、免疫毒性、“三致性”、生殖和發(fā)育毒性或其他特異器官的毒性等。目前多采用遺傳毒理學(xué)方法進(jìn)行測(cè)試。報(bào)道最多的有Ames試驗(yàn)、人體外周血淋巴細(xì)胞SCE和染色體畸變分析、小鼠骨髓微核試驗(yàn)和染色體畸變分析、果蠅伴性隱性致死試驗(yàn)等。我國不少地區(qū)都對(duì)水源水和飲用水的致突變性進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和研究。如上海市“飲水與健康”協(xié)作組發(fā)現(xiàn)黃浦江中有機(jī)物含量達(dá)700種。由于水中有機(jī)物常以混合方式聯(lián)合作用于人體．而致癌物與致突變物之間存在高度相關(guān)性．故可通過監(jiān)測(cè)水中混合有機(jī)物致突變性來評(píng)價(jià)其致癌危險(xiǎn)性。六、環(huán)境毒理學(xué)的研究方法試驗(yàn)材料：根據(jù)研究目的可選用植物、微生物、非哺乳類動(dòng)物及哺乳類動(dòng)物。 環(huán)境生態(tài)毒理學(xué)研究上主要對(duì)植物和非哺乳類動(dòng)物群體進(jìn)行研究，在環(huán)境生態(tài)毒理學(xué)上常常選用水溞做毒性試驗(yàn)，也常常將收集到的毒理學(xué)資料通過數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的方法編制生態(tài)毒理模型，以預(yù)測(cè)未來的生態(tài)毒理學(xué)現(xiàn)象。 在研究環(huán)境污染物對(duì)動(dòng)物，尤其是對(duì)人體的生物學(xué)作用時(shí)，常以哺乳類動(dòng)物為主要研究材料進(jìn)行體內(nèi)研究和體外實(shí)驗(yàn)。 研究方法:1. 體內(nèi)實(shí)驗(yàn)法：多在整體動(dòng)物進(jìn)行，也稱整體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。z按人體可能接觸的劑量和途徑使實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在一定時(shí)間內(nèi)接觸環(huán)境污染物，然后觀察動(dòng)物出現(xiàn)的形態(tài)和功能的變化。整體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)不僅可以反映環(huán)境污染物的綜合生物學(xué)效應(yīng)，而且可以反映在動(dòng)物整體狀態(tài)下環(huán)境污染物的各種生物學(xué)效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物（laboratory animal）：指經(jīng)人工培育，對(duì)其攜帶微生物實(shí)行控制，遺傳背景明確，來源清楚，可用于科學(xué)研究的動(dòng)物。一般的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有:狗、小鼠 、大鼠、家兔、豚鼠、倉鼠。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)資料外推到人群接觸的安全性時(shí)的不確定性1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和人對(duì)外源化學(xué)物的反應(yīng)敏感性不同，有時(shí)甚至存在著質(zhì)的差別2 高劑量向低劑量外推的不確定性3 小數(shù)量實(shí)驗(yàn)動(dòng)物到大量人群外推的不確定性4 成年健康動(dòng)物向年老體弱及患病個(gè)體外推的不確定性描述毒理學(xué)試驗(yàn)的基本原則1 化學(xué)物在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物產(chǎn)生的作用，可以外推于人?；炯僭O(shè) ①人是最敏感的動(dòng)物物種；②人和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生物學(xué)過程與體重 (或體表面積)相關(guān)。2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物必須暴露于高劑量，這是發(fā)現(xiàn)對(duì)人潛在危害的必需的和可靠的方法。3 成年的健康(雄性和雌性未孕)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和人可能的暴露途徑基本一致。按照染毒時(shí)間的長短可分為：急性毒性試驗(yàn)(acute toxicity)，一次或24小時(shí)；亞急性毒性試驗(yàn)(subacute toxicity)，1530天；亞慢性毒性試驗(yàn)(subchronic toxicity)，13個(gè)月；慢性毒性試驗(yàn)(chronic toxicity)，6個(gè)月2年，低劑量反復(fù)染毒按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡牟煌煞譃椋悍敝硨?shí)驗(yàn)、蓄積實(shí)驗(yàn)、代謝實(shí)驗(yàn)及“三致實(shí)驗(yàn)”（即致癌變、致畸變和致突變實(shí)驗(yàn)）。 z ：植物、微生物、動(dòng)物體外試驗(yàn)（器官、組織、細(xì)胞、亞細(xì)胞、分子水平試驗(yàn)）；可利用器官灌流技術(shù)，將受試化學(xué)物經(jīng)過血管流經(jīng)特定的臟器，觀察環(huán)境污染物在臟器內(nèi)的代謝轉(zhuǎn)化和毒性作用。也可以將某種臟器從體內(nèi)取出再制成原代游離細(xì)胞，進(jìn)行環(huán)境污染物對(duì)細(xì)胞毒性作用的研究。 還可以利用經(jīng)過在體外多次傳代的細(xì)胞株，例如HeLa細(xì)胞、CHO細(xì)胞、V79細(xì)胞等對(duì)外來化學(xué)物進(jìn)行一般毒性和特殊毒性研究。采用離心技術(shù)，可將細(xì)胞器或組分，例如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體等分離純化，研究環(huán)境污染物對(duì)這些亞細(xì)胞組分的毒性作用。z ：以已有試驗(yàn)結(jié)果、已有知識(shí)為基礎(chǔ)，采用醫(yī)學(xué)流行病學(xué)的調(diào)查方法?近代環(huán)境毒理學(xué)還將生物化學(xué)和分子生物學(xué)的最新技術(shù)引用到實(shí)驗(yàn)研究中； 將有關(guān)酶、核酸、蛋白質(zhì)的理論和方法滲透到環(huán)境毒理學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域； ?PCR基因擴(kuò)增、DNA序列分析、以及單克隆抗體技術(shù)等分子生物學(xué)的概念和方法已成為環(huán)境毒理學(xué)研究的重要工具，形成了環(huán)境生化與分子毒理學(xué)分支。?近年來，隨著人類基因組、小鼠基因組及水稻基因組的測(cè)定和完成，隨著各種動(dòng)、植物基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究進(jìn)展，環(huán)境基因組學(xué)、環(huán)境蛋白質(zhì)組學(xué)及環(huán)境酶學(xué)正在興起。在不久的將來，這些研究領(lǐng)域的迅速發(fā)展，將使環(huán)境毒理學(xué)的面貌為之一新。 毒理學(xué)研究方法的優(yōu)缺點(diǎn)研究方法 流行病學(xué)研究 受控的臨床研究 毒理學(xué)體內(nèi)試驗(yàn) 毒理學(xué)體外試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn) 真實(shí)的暴露條件 規(guī)定的限定暴露條件 易于控制暴露條件 影響因素少，易于控 在各化學(xué)物之間發(fā)生相 在人群中測(cè)定反應(yīng) 能測(cè)定多種效應(yīng) 制 互作用 對(duì)某組人群(如哮喘) 能評(píng)價(jià)宿主特征的作用 可進(jìn)行某些深入的研 測(cè)定在人群的作用 的研究是有力的 (如：性別、年齡、遺 究(如：機(jī)制，代謝) 表示全部的人敏感性 能測(cè)定效應(yīng)的強(qiáng)度 傳特征等和其他調(diào)控因