环境毒理学的研究内容、目标与方法

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1、第一章绪论 一 概述二 环境毒理学的研究内容与目标三 环境毒理学的研究方法四 环境毒理学的发展趋势 一 概述 1 什么是环境毒理学 环境毒理学是研究环境污染物 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 不仅要研究环境污染物对生物个体的损害作用 而且要研究对生物群体 生态系统 甚至特定环境下的整个生物社会的损害作用及其防治对策 2 环境毒理学的研究对象 物理性污染 生物性污染 化学性污染 物理性污染 电离辐射 电磁辐射 噪声污染 振动污染 温度等等 游离辐射 种类背景辐射来源 宇宙射线 土壤岩石 人体内的放射性同位素医用辐射来源 诊断用X光机 核子医学 肿瘤照射职业上的

2、暴露 非破坏性仪器检测 行李监测 核电厂操作 核武试爆 研究用仪器 游离辐射产生的问题急性暴露可引起皮肤 肠胃 造血系统异常 甚至死亡长期低剂量辐射会破坏染色体或引起基因突变 非游离辐射 紫外线来源 阳光 焊接 杀菌可引起皮肤红肿 灼伤及皮肤癌焊接工可患角结膜炎及白内障 红外线来源 具温度的物体可引起皮肤及眼角膜等的热伤害 微波可引起白内障及生殖系统危害 低频率电磁波 温度 温度过低会造成体温降低 冻疮甚至死亡 温度过高热痉挛热衰竭热中风 噪音突发性噪音持续性噪音振动局部性振动全身性振动异常气压气压的变动可引起健康危害 生物性污染 细菌 病毒 生物毒素 化学性污染 农药 食品中的有毒成分 药物

3、 化妆品及洗涤剂 金属 刺激性和窒息性气体 天然毒素 其他毒物 外源性化学物 在所研究的生物体内 正常情况下不会产生的化合物 即使在生物体内天然存在 也是以非生理途径或非生理量进入生物体内的化合物 内源性化合物 在一定条件下 对于生物体及人类都显示有害作用 污染物 由于人类活动进入环境 使环境正常组成和性质发生改变 直接或间接有害于人类的物质 侧重于环境 生态系统 外源性化学物 侧重于生物个体 外界物质对生物个体产生的危害 毒物 是一个相对的术语 在某种给予途径及剂量条件下 任何一种化合物都可显示有害作用 农药 有机磷酸酯类农药 磷酸酯类 敌敌畏 敌百虫 硫代和二硫代磷酸酯 乐果 对硫磷 磷酰

4、胺和硫代磷酰胺 甲胺磷 焦磷酸酯 甲脒类农药 杀螨剂 杀虫剂 杀真菌剂 除草剂 杀线虫剂等 拟除虫菊酯类农药 氨基甲酸酯类农药 西维因 呋喃丹 异丙威 禾大壮 其它农药 鞣化过程抑制剂 GABA受体抑制剂 细胞分裂抑制剂 EPA优先污染物表中有20种农药 各种食品添加剂 防腐剂 硼酸 甲酸 水杨酸 二碳酸酯 丙酸酯 苯甲酸 苯甲酸钠 山梨酸 对羟基苯甲酸酯 杀菌剂 抗氧化剂 食用色素 发色剂和漂白剂 亚硝酸钠 硝酸钠 香精香料 调味剂 谷氨酸钠 糖精 药物 药物与毒物的差别主要在于剂量的差异 化妆品与洗涤剂 化妆品 造成经皮吸收的一般性危害 对皮肤产生原发刺激 产生过敏性接触性皮炎 导致光敏性

5、皮肤损害 一些有害物质具有诱变性和致癌性 合成洗涤剂 金属 列在EPA优先污染物表中的金属有12种 砷 铍 镉 铬 铜 铅 汞 镊 硒 银 铊及锌 有机溶剂 食品中的有毒成份 毒物的概念是相对的 任何化学物超过一定的剂量即成为毒物 维生素A缺乏 夜盲症维生素A过量 维生素D的中毒剂量低于维生素A 给婴幼儿服用更应注意 各种生物毒素 Deathcap 墨汁鬼伞 毒蝇伞 豹斑毒伞 臭黄菇 褐鳞小伞 白毒伞 极毒 鳞柄白毒伞 毒伞 军事毒物化学武器 chemicalweapon 是化学战剂 化学弹药及其施放器材的合称 化学战剂 chemicalwarfareagents CWA 或简称毒剂 军事对抗

6、中用以杀伤对方有生力量 牵制和扰乱对方军事行动的有毒物质的统称 化学弹药 chemicalmunitions 装填有CWA的弹药 合称为化学弹药 化学武器大规模使用始于第一次世界大战 WW 使用的毒剂有氯气 光气 双光气 二苯氯胂 氢氰酸 芥子气等多达40余种 毒剂用量达12万吨 伤亡人数约130万 占战争伤亡总人数的4 6 第二次世界大战全面爆发前 意大利侵略阿比西尼亚时首次使用芥子气和光气 仅在1936年的1 4月间 中毒伤亡即达到1 5万人 占作战伤亡人数的1 3 第二次世界大战 WW 期间在欧洲战场 交战双方都加强了化学战的准备 化学武器贮备达到了很高水平 各大国除加速生产和贮备原有毒

7、剂及其弹药外 并加强了新毒剂的研制 其中 取得实质性进展的则是神经性毒剂 在亚洲战场 日本对我国多次使用了化学武器 造成大量人员伤亡 2005年5月1日 越南胡志明市 4岁的NguyenXuanMinh 美国在越战中将包括橙剂 AgentOrange 在内的脱叶剂广泛用于军事目的 导致越南出现很多残疾儿童 嗜好品 3 环境病 由于人为活动 使地球上的化学元素 特别是有毒元素暴露 转移 富集到人身上 致使人得病 今天 地球上每天平均灭绝27种生物 有400万人患上环境病 癌症心血管疾病慢性呼吸系统疾病地方病职业病 环境因子诱发癌症的证据 移民的癌症发生率 移民至美国的阿尔及利亚人 黑人 癌症发生

8、率与当地的美国白人比较接近 与阿尔及利亚有很大差距 居住在同一地区的人 不同时期所患癌症的情形发生了变化 澳洲人在1950 1975年间 胃癌死亡率减少了53 肺癌死亡率增加了146 美国 日本 爱尔兰 新西兰等地具有相同的趋势 职业病 1972年 美国费城 二氯甲醚 肺癌 氯乙烯 聚氯乙烯 PVC 橡胶工厂 聚氯乙烯收成槽 肝血管瘤 19世纪末 德国和瑞士的染料工业 芳香胺 膀胱癌 发病率达三 四成 英国 美国人在1929 1932年间 制造染料的ICI公司的工人八成以上患膀胱癌 1952年才停止苯胺的制造 1967年才停止联苯胺的制造 ICI公司于1942年将1 8 的芳香胺加在某种药品中

9、 以Nonox S的商品名卖给各橡胶公司做抗氧化剂用 结果使得部分橡胶工人患膀胱癌 危险物质的转移 危险生产方式的转移 污染产业的转移等等 一些病例 呼吸系统环境病 急性支气管炎 肺炎 肺水肿 职业性气喘 尘肺 矽肺 石棉肺 煤工尘肺 石墨尘肺 炭黑尘肺 滑石尘肺 水泥尘肺 云母尘肺 陶工尘肺 铝尘肺 电焊工尘肺及铸工尘肺 外因性过敏性肺泡炎等等 矽肺病 是因吸入大量粉尘在肺部板结 促使肺功能逐步衰竭 最后致人死亡 根据肺部的板结程度 这种病分为三期 随着病情加重 患者会并发肺气肿 心力衰竭等症状 国家卫生部报告表明 自上世纪五十年代以来 中国有14万多人死于职业尘肺病 目前全国已累计报告尘肺

10、病人58万多例 每年新增约1万例 以上各数据均居世界首位 2001年12月 湖南省湘永煤矿职工64岁的刘外珠在病房里用迷茫的眼神观望自己肺部的X光片 他现已是矽肺三期 隶属湖南省白沙煤电集团的湘永实业公司 十几年中 有18人死于矽肺病 这里是矽肺病的重灾区之一 陕西陈耳金矿32名尘肺民工状告矿方索赔1274万2002 2 广西横县近百名矽肺病人 等死 2005 7 2003年 贵州省遵义市湄潭 风冈 务川等县赴福建省仙游县东湖村石英厂打工的上百位农民感染矽肺病 19人相继死亡 河南省商城县朱裴店村60多岁的刘心祥老人已在几年时间里失去了3个儿子 他们去世时没有一个超过40岁 2004年 紫云县

11、百名到广西打工回乡的农民中 40多人染上矽肺病 数人死亡 江西省吉安市永丰县的吴小华 厥红莲 吴小富 吴光泉等4人 2003年8月曾结伴去浙江温岭市横峰镇上洋林村顺风特鞋厂从事制鞋刷胶和扎帮工作 1个多月后 4人均出现不同程度的中毒症状 半年之后病情加重 丧失劳动能力的他们只能带着病魔回家 2004年1月 吴小富 吴光泉因深度中毒抢救无效相继身亡 癌症 肺癌 皮肤癌 膀胱癌 肝癌等 对后代的影响 米糠油事件 女性育龄患者的孩子 头胎多为流产 畸形 黑体婴 鬼齿 行为异常 智力不足 废电缆燃烧产生的污染气体导致无脑儿 畸形儿的出生 黑脚病上个世纪中叶 泰国西南部的广大地区爆发 黑脚病 发病者先是

12、脚部皮肤发黑 后发烂 最后坏死 得病者100 死亡 到80年代中期 泰国西南部一些地区的成年人100 都患有 黑脚病 严重影响了劳动力 大规模开矿造成地质中砷大量暴露 经水冲刷携带 沉积在水田中 长期浸泡农民的双脚所致 日本的骨痛病 日本的水俣病 古罗马的铅中毒 平均年龄只有25岁 很多贵族妇女不能生育 流产的也很多 婴儿的夭折率很高 而且出生的孩子普遍智力低下 这三个原因导致了帝国的突然消亡 4 毒理学的历史沿革 古代 利用动物毒汁或植物提取物用于狩猎 战争或行刺 中世纪 古罗马 古希腊 古埃及的文献中关于有毒植物和金属毒物等的记载 我国的 神农尝百草 萌发 15世纪瑞士医学家Paracel

13、sus提出 药物与毒物的区别在于剂量 近代 18世纪下半叶 西班牙人Orfiia对当时认为有毒的物质用狗做实验加以验证 成为实验毒理学的先例 之后的100多年 应用各种基础学科 提出了各种假说并进行测试 初步形成了毒理学的理论 经典毒理学开始发展 环境污染出现的直接或间接的中毒事故 促进了现代毒理学的快速发展 二 环境毒理学的内容与目标 环境毒理学研究的三个层次环境毒理学的研究内容环境毒理学的研究目标 1 环境毒理学研究的三个层次 对个体的损害作用及其机理 对种群的损害作用及防治措施 对生态系统的影响与防护环境生态毒理学 环境生态毒理学不是生物个体的变化 而是生物群体的改变 不仅研究环境化学物

14、对某一种群的损害 而且研究环境化学物对生态系统的影响 环境毒理学的一部分 也是环境生态学的分支学科 2 环境毒理学的内容 环境毒理学的概念 理论和方法 环境化学物在生物体内的吸收 分布 转化和排除规律 及对生物体的一般毒性作用与机理 环境化学物及其转化产物对生物体的致突变 致癌变 致畸变等特殊毒性作用与机理 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 代谢试验 蓄积试验 繁殖试验 迟发神经毒试验 以及各项致突变试验 致癌试验及致畸变试验等 各种环境污染物对生物体损害作用的早发现 早防治的理论 方法和措施 3 环境毒理学的研究目标 研究环境污染物对人体健康的可能危害及其剂量 反应关

15、系 进行毒性和安全性评价 毒性试验采用在现实中不可能有的高浓度 大剂量 强制性给予剂量 不存在绝对安全的物质 任何物质 不加限制就可能是毒物 发现毒性并不是研究目的 而弄清不能出现毒性的条件 例如推算最大无作用量 才具有真正的价值 从这一点上讲 环境毒理学的研究和安全学的研究有着密切联系 仅就毒理学本身而言 不能进行利益 危险的评价 但提供关于生物体健康危险度的资料是毒理学的任务 阐明环境污染物毒作用机理及影响其毒作用的各种因素 探索环境污染物对生物体健康损害的早期检测指标 早预防 早发现 早治疗 为制定环境标准 环境卫生标准 为预防 治疗环境污染物中毒提供科学依据 三 环境毒理学的研究方法

16、1 动物模型的选择根据研究目的可选用植物 微生物 非哺乳类动物及哺乳类动物 环境生态毒理学研究上主要对植物和非哺乳类动物群体进行研究 在环境生态毒理学上常常选用水溞做毒性试验 也常常将收集到的毒理学资料通过数学和计算机科学的方法编制生态毒理模型 以预测未来的生态毒理学现象 动物模型选择的依据 1 动物模型对于一定环境因子的反应尽可能与目标生物的反应相近 2 具有经济可行性 一般的实验动物有 狗 小鼠 大鼠 家兔 豚鼠 仓鼠 2 毒理学实验类型 1 在体实验即体内实验法 也称整体生物实验 按目标生物可能接触的剂量和途径使实验生物在一定时间内接触环境污染物 然后观察生物出现的形态和功能的变化 整体生物实验不仅可以反映环境污染物的综合生物学效应 而且可以反映在生物整体状态下环境污染物的各种生物学效应 按照染毒时间的长短可分为 急性 亚急性 亚慢性 和慢性毒性实验 按照实验目的的不同可分为繁殖实验 蓄积实验 代谢实验及 三致实验 即致癌变 致畸变和致突变实验 2 离体实验即体外实验法 可利用器官灌流技术 将受试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 也可以将某