生态毒理学C3 PPT课件
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生态毒理学.ppt
课程概述
❖ 基本概念 ❖ 历史沿革 ❖ 发展趋势 ❖ 分支学科 ❖ 研究层次 ❖ 基本方法论
基本概念：有毒物，选择毒性，毒性作用分类
有毒物(toxicant, poison)：在一定条件下，较小剂量即能够对机体产生损害作 用或使机体出现异常反应的外源化学物称为有毒物。毒物与非毒物之间没有 绝对界限。
教学参考资料 (I)
(I) 专著： 《环境毒理学》，孟紫强主编，中国环境科学出版社，2000。 《Environmental Toxicology》, D. A. Wright, P. Welbourn, 2002. 《Principle of Ecotoxicology》, C. H. Walker, 2nd edition, 2001. 《Fundamentals of Ecotoxicology》, M. C. Newman, 1998. 《Ecotoxicology: Ecological Fundamentals, Chemical Exposure and Biological Effects》, G. Schüürman, B. Markert, 1998. 《Ecotoxicology: The Study of Pollutants in Ecosystems》, F. Moriarty, 3rd edition, 1999. 《Ecotoxicology of Organic Contaminants》, E. Bacci, 1994. 《Ecotoxicology in Theory and Practice》, V. E. Forbes and T. L. Forbes, 1994. 《Handbook of Ecotoxicology》, D. J. Hoffman, 1995. 《Handbook of Ecotoxicology》, P. Calow ed., 1993. 《Handbook of Estimation Methods in Ecotoxicology》, S. E. Jørgensen, B. HallingSørensen, 1998. 《英汉毒理学词典》，江泉观，1995。
环境毒理学3PPT幻灯片
2.2.2.1 消化道吸收
消化道( Digestive tract ): 是主要吸收途径，任何部位均有吸收作用，
但主要是胃和小肠。 口腔食道胃肠道
组织
面积（M2)
消化道各组织的吸收面积
口腔
0.02
胃
0.1-0.2
小肠
100
大肠
0.5-1
直肠
0.04-0.07
胃：
人的胃液酸度：PH=1.5-2.5 吸收机理：主要通过简单扩散转运。
特殊生理状况： 如 妊娠期对铅和镉的吸收增强。胃酸分泌随
年纪增长而降低，从而影响化学物的吸收等等。
2.2.2.2 呼吸道吸收
可被吸收的物质： 各种气体、挥发性固体或液体的蒸气、各
种气溶胶、较为细微的颗粒物质。
吸收部位： 呼吸道的各个部分对环境化学物均有不同
程度的吸收，肺是主要吸收器官。
鼻腔气管支气管及其分支肺泡
2.气体的溶解度和分子量： 一般情况下，环境化学物的吸收速度与溶解度
成正比，溶解度越大，越容易被吸收。 非脂溶性物质被吸收时通过膜中的亲水性孔
道，其吸收速度主要受其分子量大小的影响，分 子量大的物质，吸收相对较慢。
脂溶性物质的吸收主要取决于其脂/水分配系 数，分配系数大者，其吸收速度相对较快。
3. 肺的通气量与血流量：肺的通气量和血流量增 加时，气体相对易于被吸收。
贮存库：
血浆蛋白： 环境化学物可与血液中的蛋白质，特别是白蛋白发生
结合。
肝和肾： 存在特殊的结合蛋白，对污染物亲和力高于血浆蛋白。
脂肪组织：脂溶性污染物可蓄积于脂肪组织中。 因脂肪消化而释放进入血浆，引起中毒。
骨骼组织： 骨骼组织中某些成分对环境化学物有特殊亲和力。 F-、Pb、Sr 等可与骨基质结合。
消化道( Digestive tract ): 是主要吸收途径，任何部位均有吸收作用，
但主要是胃和小肠。 口腔食道胃肠道
组织
面积（M2)
消化道各组织的吸收面积
口腔
0.02
胃
0.1-0.2
小肠
100
大肠
0.5-1
直肠
0.04-0.07
胃：
人的胃液酸度：PH=1.5-2.5 吸收机理：主要通过简单扩散转运。
特殊生理状况： 如 妊娠期对铅和镉的吸收增强。胃酸分泌随
年纪增长而降低，从而影响化学物的吸收等等。
2.2.2.2 呼吸道吸收
可被吸收的物质： 各种气体、挥发性固体或液体的蒸气、各
种气溶胶、较为细微的颗粒物质。
吸收部位： 呼吸道的各个部分对环境化学物均有不同
程度的吸收，肺是主要吸收器官。
鼻腔气管支气管及其分支肺泡
2.气体的溶解度和分子量： 一般情况下，环境化学物的吸收速度与溶解度
成正比，溶解度越大，越容易被吸收。 非脂溶性物质被吸收时通过膜中的亲水性孔
道，其吸收速度主要受其分子量大小的影响，分 子量大的物质，吸收相对较慢。
脂溶性物质的吸收主要取决于其脂/水分配系 数，分配系数大者，其吸收速度相对较快。
3. 肺的通气量与血流量：肺的通气量和血流量增 加时，气体相对易于被吸收。
贮存库：
血浆蛋白： 环境化学物可与血液中的蛋白质，特别是白蛋白发生
结合。
肝和肾： 存在特殊的结合蛋白，对污染物亲和力高于血浆蛋白。
脂肪组织：脂溶性污染物可蓄积于脂肪组织中。 因脂肪消化而释放进入血浆，引起中毒。
骨骼组织： 骨骼组织中某些成分对环境化学物有特殊亲和力。 F-、Pb、Sr 等可与骨基质结合。
毒理学基础(全套课件250P)PPT课件
该途径接触的持续时间可依据试验要求而定。毒性 大的接触时间可短些，毒性小的可长些。国内一般 在求LC50时为2小时。
1.3.5.3 经皮肤接触
液态、粉尘态和气态外来化学物均有接触皮 肤的机会。不仅与外露皮肤接触并被吸收， 有的还能穿透衣服经皮肤吸收。
外来化学物经皮肤吸收是指角质层完整的皮 肤，若皮肤破损，化学物经真皮直接吸收， 而与静脉吸收的机制相似。
具体观察指标见P123表6-1。
1.3.7.3 死亡及其时间
观察试验动物接触受试物后的死亡过程有利 于探讨其中毒机制或死因。
在同系化学物中，有些在致死量下表现出动 物先兴奋后抑制，死亡时发生抽搐；而有的 则只引起抑制症状，表现精神萎靡、反应迟 钝，并在抑制状态下慢慢死亡，表明同系物 之间的毒作用有差别。
影响肾功能可使水盐代谢的紊乱而可影响体重。
1.3.7.5 其他指标
根据上述某些指标的阳性结果可进一步扩大观察项目，如测 定体温、心电、脑电等生理学指标或某些生化指标，有利于 深入探讨受试物的毒作用特征。
对死亡动物要取部分组织进行病理解剖学检查，记录各器官 系统肉眼可见的病变；停止观察后也应抽取部分存活的动物 进行病理解剖学检查。
1.3.7.2 中毒症状
在急性毒性试验中，动物的中毒症状及死亡一般出 现在给予受试物24-48小时内，故观察1周即可。
如中毒反应出现较迟，主要在给受试物后48小时-4 天，则观察期也应相应延长至2-4周。特别在4872小时内要仔细观察各剂量组动物的一般反应、临 床表现、死前表现及这些反应出现的时间。
1.3.1 试验动物的选择
原则是所选动物应使试验的结果能反映或预 测人体接触时的反应。要求动物健康，体重 差异不超过10%，试验前应禁食16小时。同 时尽量选用饲养管理方便、成本低的动物。
1.3.5.3 经皮肤接触
液态、粉尘态和气态外来化学物均有接触皮 肤的机会。不仅与外露皮肤接触并被吸收， 有的还能穿透衣服经皮肤吸收。
外来化学物经皮肤吸收是指角质层完整的皮 肤，若皮肤破损，化学物经真皮直接吸收， 而与静脉吸收的机制相似。
具体观察指标见P123表6-1。
1.3.7.3 死亡及其时间
观察试验动物接触受试物后的死亡过程有利 于探讨其中毒机制或死因。
在同系化学物中，有些在致死量下表现出动 物先兴奋后抑制，死亡时发生抽搐；而有的 则只引起抑制症状，表现精神萎靡、反应迟 钝，并在抑制状态下慢慢死亡，表明同系物 之间的毒作用有差别。
影响肾功能可使水盐代谢的紊乱而可影响体重。
1.3.7.5 其他指标
根据上述某些指标的阳性结果可进一步扩大观察项目，如测 定体温、心电、脑电等生理学指标或某些生化指标，有利于 深入探讨受试物的毒作用特征。
对死亡动物要取部分组织进行病理解剖学检查，记录各器官 系统肉眼可见的病变；停止观察后也应抽取部分存活的动物 进行病理解剖学检查。
1.3.7.2 中毒症状
在急性毒性试验中，动物的中毒症状及死亡一般出 现在给予受试物24-48小时内，故观察1周即可。
如中毒反应出现较迟，主要在给受试物后48小时-4 天，则观察期也应相应延长至2-4周。特别在4872小时内要仔细观察各剂量组动物的一般反应、临 床表现、死前表现及这些反应出现的时间。
1.3.1 试验动物的选择
原则是所选动物应使试验的结果能反映或预 测人体接触时的反应。要求动物健康，体重 差异不超过10%，试验前应禁食16小时。同 时尽量选用饲养管理方便、成本低的动物。
第一章生态毒理学绪论ppt课件
23
日本米糠油事件
日本的九州、四国等地区 几十万只鸡突然死亡
• 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
日本的水俣病—甲基汞中毒
《入浴的智子》
日本的骨痛病—铬中毒
2.生态毒理学的研究任务和内容
复杂性
1.阐明环境污染物的生态风险
Paracelsus(1493-1548，瑞士) 化学品低剂量时可以治疗疾病，
但高剂量时就变成了毒物。
1567年，《矿工肺尘病和矿工的其他疾病》发表 ---- 开创职业毒理学研究
暴露剂量与生物效应之间的关系
大 死亡
疾病
暴 露
失代偿状态
亚临床变化
剂 量
代偿状态
生理学反应
可逆状态
体内环境污染物负荷增加 小
污染规模和影响区域的扩大
污染物种类增多、流域或跨国界污染、全球性环境影响
效应的复杂性和长期性
急性毒性、慢性毒性、食物链转移、 “三致”作用 多种生物同时受累
稀释模式
飞返模式
公害病 放射线（核素暴露）等
15
2. 毒理学的历史沿革
经典毒理学
生态毒理学 环境毒理学
• 古代：利用动物毒汁或植物提取物用于狩猎、战争或行刺 。
人口问题 产业规模扩大 资源过度开发 环境污染问题
环境污染 生态破坏
公害病
生态系统破坏
保障社会可持续发展
环境与资源保护
3
核污染、生化和化学武器
4
海洋石油泄漏
石油污染成海洋 生态噩梦
5
海湾战争对当地生态系统的影响
生态环境脆弱带
被代替几率大，竞争程度高 可恢复原状机会小
毒理学基础 PPT课件
第一节 外源化学物在体内的生物转运
四 排泄
经肾脏排泄 经粪便排泄 经肺排泄 其他途径排泄（脑脊液、乳汁、汗液、唾液及毛发 和指甲等） 1 2 3 4
第二节 外源化学物在体内的生物转化
一、生物转化的意义 二、生物转化酶 三、生物转化反应类型 （1）Ⅰ相反应，包括：
氧化反应 原反应 解反应
二、生理毒物动力学模型
第四章 毒作用机制
第一节 毒物的ADME过程与靶器官
一 从接触部位进入血液循环 （一）毒物的吸收 （二）毒物进入体循环前的清除 二 从血液循环进入靶部位 （一）促进毒物分布到靶部位的机制 1 毛细血管内皮的多孔性 2 专一化的膜转运 3 细胞器内的积蓄 4 可逆性细胞内结合
二、对血红蛋白呼吸功能的影响
a高铁血红蛋白 b硫化血红蛋白 c碳氧血红蛋白 d其他因素
对红细胞存活期的影响
第三节 白细胞毒理学
对粒细胞生成的影响 对粒细胞功能的影响 中毒性白血病
第四节 血小板及凝血毒理学
对血小板生成的影响
a特异性血小板减少性紫癜 b血栓性血小板减少性紫癜
毒理学基础
第一部分 毒理学原理 第一章 绪论 第一节 毒理学概述
一、描述毒理学 二、机制毒理学 三、管理毒理学 四、毒理学科学与艺术
第二节 毒理学简史
一、古代与中世纪毒理学 二、启蒙时代毒理学 三、现代毒理学
第三节 毒理学展望
一、从高度综合到高度分化 二、从整体动物实验到替代实验(3R法) 三、从阈剂量到基准剂量 四、从构效关系到定量构效关系 五、从传统毒理学到系统毒理学 六、从危险度评定到危险度管理
第二节 神经系统对外源化学物的毒性反应
一.神经毒物及分类（按理化性质、用途及靶器官分 类） 二.神经系统对外源化学物的毒性反应 1. 结构改变：缺氧性损害、毒物特异性损害 2. 功能改变：在结构和生化改变基础上的感觉、功 能紊乱 3. 行为改变：中枢神经系统综合功能的改变。
生态毒理学2011-VPPT幻灯片
• 毒物的生物效应与毒物的特性、接触剂量和接触时间有关
第三章 结 语
• 毒物进入环境后会通过一系列的物理化学过程，进行分配 扩散和降解转化，最后在不同的环境相中趋于平衡。
• 环境相Environmental phase是质地相对均一、化合物在 其内部的行为也比较一致的，环境的确切组成部分。
• 毒物在环境不同相中的分布可以通过两相分配和逸度定律 进行测定和预测。
• 重要功能物种functionally important species是在 维持生态系统功能方面发挥重要作用的物种。
• 附属物种redundancy是在维持生态系统功能方面作 用不显著的物种。
• 许多生态毒理学的研究都是以单一物种为对象的， 这类方法的主要缺点是其不适于预测化合物对生 态系统的效应和毒害作用。
• 毒物的毒性与其来源无关；不同毒物的急性毒性和慢性毒性并不一致； 各种毒物都具有一定的选择性；毒物都具有剂量效应、生物适应性、 联合效应、构效关系，有时还有明显的蓄积毒性
• 化合物的许多特性影响其与环境的相互作用，可以根据化合物的特性 预测其可能的生态毒性
• 生态毒物可以按生物效应、化学结构和物化性质进行分类。这样可以 根据类似化合物了解特定化合物的生态毒性。
• 干扰和破坏DNA分子的毒物，都具有遗传毒 性。
• 大多数致癌、致变毒物都是强亲电的生物烷化剂和酰化剂， 或者是带有可与DNA分子反应的自由基。
• 有些化合物本身不致癌，但经生物转化后，可致癌。
• 致癌致变毒物导致的大部分DNA分子损伤都可以由细胞修复。 只有修复失败时才产生遗传毒性。
• 致畸剂通过选择性抑制特定类型的组织和细胞，导致畸形或 败育。
• 多功能氧化酶是毒物代谢的重要酶，可以被诱导，不同物种或个 体的活力有明显差异。
第三章 结 语
• 毒物进入环境后会通过一系列的物理化学过程，进行分配 扩散和降解转化，最后在不同的环境相中趋于平衡。
• 环境相Environmental phase是质地相对均一、化合物在 其内部的行为也比较一致的，环境的确切组成部分。
• 毒物在环境不同相中的分布可以通过两相分配和逸度定律 进行测定和预测。
• 重要功能物种functionally important species是在 维持生态系统功能方面发挥重要作用的物种。
• 附属物种redundancy是在维持生态系统功能方面作 用不显著的物种。
• 许多生态毒理学的研究都是以单一物种为对象的， 这类方法的主要缺点是其不适于预测化合物对生 态系统的效应和毒害作用。
• 毒物的毒性与其来源无关；不同毒物的急性毒性和慢性毒性并不一致； 各种毒物都具有一定的选择性；毒物都具有剂量效应、生物适应性、 联合效应、构效关系，有时还有明显的蓄积毒性
• 化合物的许多特性影响其与环境的相互作用，可以根据化合物的特性 预测其可能的生态毒性
• 生态毒物可以按生物效应、化学结构和物化性质进行分类。这样可以 根据类似化合物了解特定化合物的生态毒性。
• 干扰和破坏DNA分子的毒物，都具有遗传毒 性。
• 大多数致癌、致变毒物都是强亲电的生物烷化剂和酰化剂， 或者是带有可与DNA分子反应的自由基。
• 有些化合物本身不致癌，但经生物转化后，可致癌。
• 致癌致变毒物导致的大部分DNA分子损伤都可以由细胞修复。 只有修复失败时才产生遗传毒性。
• 致畸剂通过选择性抑制特定类型的组织和细胞，导致畸形或 败育。
• 多功能氧化酶是毒物代谢的重要酶，可以被诱导，不同物种或个 体的活力有明显差异。
《生态毒理学》课件
03
生态毒理学研究方法
野外研究
野外研究是指在自然环境中对生物进行直接观察和实验的方法，以评估污 染物对生物的影响。
野外研究通常包括对污染物的监测、生物种群和群落的调查以及生态效应 的评估。
野外研究能够提供更接近自然条件下的数据，但实验控制难度较大，且容 易受到其他环境因素的影响。
实验室研究
实验室研究是在人工控制的条件 下，模拟污染物对生物的影响。
无机毒物是指不含碳元素的化 合物，常见的无机毒物包括重 金属、硫化物、氮化物等。
天然毒物
天然毒物是指自然界中存在的 有毒物质，如生物碱、植物毒 素等。
合成毒物
合成毒物是指通过化学合成方 法制备的有毒物质，如农药、
除草剂等。
毒物暴露途径与剂量
01
02
03
暴露途径
生态毒理学中的暴露途径 主要包括吸入、食入、皮 肤接触等。
跨学科合作
生态毒理学需要与生物学、化学、环 境科学等多个学科进行交叉合作，跨 学科合作难度大。
伦理与法规
生态毒理学实验涉及伦理和法规问题 ，需要遵守相关规定和标准。
未来发展方向与趋势
大数据与人工智能应用
多学科交叉融合
利用大数据和人工智能技术，提高数据获 取和处理效率，深入挖掘生态毒理学规律 。
加强生物学、化学、环境科学等学科的交 叉融合，推动生态毒理学研究深入发展。
实验技术创新
生态毒理学应用拓展
开发新的实验技术与方法，提高实验效率 和准确性，降低实验成本。
将生态毒理学研究成果应用于环境保护、 生态修复等领域，推动生态文明建设。
毒理学研究
总结词
重金属对水生生物的毒性影响
详细描述
该研究通过实验室模拟和实地调查，评估了 某河流中重金属污染对水生生物的影响。研 究发现，重金属会对水生生物的生理机能产 生负面影响，如降低繁殖率、生长速度和免 疫力等，严重时可导致生物死亡。
生态毒理学3
农药
拟除虫菊酯为神经毒化合物 结果：使cell内游离钙浓度增高 机制：可能与其抑制Ca2+，Mg2+-
ATPase、CaM和磷酸二酯酶(PEE)的
活性。
四氯化碳
可抑制肝细胞微粒体Ca2+ - ATPase 表现：肝内质网酶活性改变及钙的蓄积。 机制；可产生自由基，攻击Ca2+ -ATPase上 的巯基，使酶活性下降；
基因表达的调节障碍
细胞分裂异常：形成肿瘤，畸胎 细胞凋亡：组织退化，或畸胎 蛋白质合成受损
细胞瞬息活动的调节障碍
特定细胞正常运行的控制是通过作用于膜受体的
信号分子来实现的。
如：Ca2+
，细胞钙稳态失调学说
1.2.1 细胞内钙稳态
在毒理学中，发现细胞损伤和死亡与胞内钙
1.1.3 羟基和氨基
芳香族化合物中引入羟基，分子极性增强，毒性增 强。如苯引入羟基成苯酚后具弱酸性，易与蛋白质 分子的碱性基团结合，与酶蛋白有较强的亲和力， 毒性增大。多羟基的芳香化合物毒性更强。 脂肪烃引入羟基成为醇类，麻醉作用增强，并可损 伤肝脏。 胺具有碱性，易与核酸和蛋白质的酸性基团反应， 易与酶发生作用。胺类化合物活性强弱依次为伯胺 （RNH2）＞ 仲胺（RNHR’）＞叔胺（RNR’R’’）。
1.自由基的来源
最主要的是氧中心自由基 活性氧(reactive
oxygen species,ROS)
包括氧中心自由基(如O2-•，· OH)，和某些 氧的非自由基衍生物，如H2O2、次氯酸， 甚至还包括过氧化物、氢过氧化物和内 源性脂质及外来化合物的环氧代谢物。
自由基的来源与类型
1.自由基来源