06 第四章 环境污染物的毒性及其影响因素

营养元素的剂量-反应关系
12 10 4.0
重度 中度 轻度 极轻度
龋 齿 数
8 6 4 2 0 0.1 1.0 水中氟浓度(ppm)
斑 釉 2.0 齿 指 1.0 数
0.0
3.0
10.0
饮水中氟浓度与龋齿数、斑釉齿指数的关系
4.3 毒性作用的机理
4.3.1 干扰正常受体-配体的相互作用
受体(receptor)是组织 细胞的生物大分子，激 素或金属离子与配体 (ligand)相结合，形成配 体–受体复合物，引起 毒性效应。 环境污染物尤其是神经毒物和内分泌干扰物，通过 干扰正常受体–配体相互作用，引起毒性。
吸收速度：呼吸道>腹腔注射>肌内注射>经口>经皮
4.4.3 影响毒性的非生物因素
接触途径

溶剂
毒物浓度 与容积
交叉接触

溶剂和助溶剂可改变受试物的理化性质 和生物活性。 应选用的溶剂和助溶剂应是无毒的、与 受试毒物无反应、且制成的溶液应稳定。
4.4.3 影响毒性的非生物因素
接触途径
溶剂
毒物浓度 与容积

4.3.2 细胞膜损伤
引起膜组成成份改变 细胞膜流动性改变
引起细胞膜酶活性改变
通过膜蛋白变性，引起细胞膜通透性变化
4.3.2 细胞膜损伤
心肌细胞膜通透性改变与其毒性
心脏毒素
毒性
4.3.3 干扰细胞内钙稳态
细胞
内 10-7~10-8 mol/L 外 10-3 mol/L
Ca2+
与CAM结合 cAMP作用 激活PKC 离子通道开放

酸基一般指羧基（-COOH）和磺酸基（-SO3H）,引入 分子脂溶性降低，难以吸收和转运，毒性降低
毒性：苯 > 苯甲酸
e.g.
苯

苯甲酸
酸基经酯化后，脂溶性增高，使吸收速率在增加， 毒性增大
4.4.1 环境化学物的结构与性质 ⑺ 胺基

胺具碱性，易于核酸、蛋白质的酸性基团反应，易与 酶发生作用
e.g.
4.4.2 影响毒性的生物因素
水生生物测试表明，对于化学污染 物，节肢动物一般比鱼类更敏感， 鱼类比两栖幼体类更敏感
种属和个体差异 性别与激素 年龄 营养与健康状况
生物节律
影响机体对环境化学 物的敏感性和耐受性
4.4.3 影响毒性的非生物因素
接触途径

溶剂
毒物浓度 与容积
交叉接触
与其体内吸收、分布、首先到达的组织 器官有关，并与代谢转化、毒性反应的 性质和程度也有影响。

e.g.
肝脏毒性：CCl4>CHCl3>CH2Cl2>CH3Cl 麻醉作用：CHCl3>CH2Cl2>CH3Cl> CH4
4.4.1 环境化学物的结构与性质 ⑸ 羟基

-OH
芳香族化合物中引入羟基，分子极性增强，毒 性增加 e.g.
毒性：苯酚 > 苯
苯酚
苯
4.4.1 环境化学物的结构与性质 ⑹ 酸基和酯基
脂溶性增高，易于透过生物膜，从而毒性增强

使毒性增加或减小
4.4.1 环境化学物的结构与性质
⑶ 分子饱和度
分子中不饱和键增多可使化学物活性增大，毒 性增强 e.g.

对眼角膜的刺激作用：丙烯醛>丙醛 丁烯醛>丁醛
丙烯醛
丙醛
丁烯醛
丁醛
4.4.1 环境化学物的结构与性质 ⑷ 卤素取代
化学分子结构式中增加卤素，可使分子极性增 加，更易与酶系统结合，从而毒性增强
神经转导 肌肉收缩 细胞分化和增值 细胞分泌
4.3.3 干扰细胞内钙稳态
硝基酚、醌、过氧化物、醛类、二恶英、卤化链烷、链 烯和Cd2+、Pb2+、Hg2+等重金属离子均能干扰细胞内钙稳 态, 从而引起细胞损伤或死亡。
4.3.4 干扰细胞能量代谢
代谢酶
生殖与发育
4.3.5 自由基与脂质过氧化
⒈蛋白变性 ⒉细胞膜流动性 ⒊酶活性 ⒋细胞肿胀和溶解 ⒌致突变，染色体断裂 ⒍致畸胎
联 合 作 用
协同作用
增强作用
拮抗作用 独立作用
(一) 联合毒性作用类型
相加作用：化学结构相似、靶器官和靶分子相同、
作用机理类似的多种环境化学物，同时作用于机体所 产生的生物学作用的总强度是各自单独作用的总和。
e.g.
丙稀腈、乙腈 大部分刺激性气体的刺激
M=M1+M2
具有麻痹作用的化合物对机体的刺激 两种有机磷农药对胆碱酯酶的抑制作用
M=M1+M2 （1-M1）
乙醇引起线粒体脂质过氧化，而氯乙烯 引起微粒体脂质过氧化，彼此无明显影响
(二) 联合作用类型评价方法
1. 联合作用系数法
联合作用系数(K)=
混合物的预期LD50
混合物实测LD50
混合物的预期LD50值的计算公式：
a，b ‥‥ n，分别为各化合物在混合物中所占的质量比例
K值 <0.4 拮抗作用 0.4-2.5 相加作用 >2.5 协同作用
4.4.1 环境化学物的结构与性质
⑴ 同系物的碳原子数
碳氢化合物（烷、醇、酮等）：



当碳原子数在2~7之间时： 随C数的增加毒性增加 超过一定限度(7 ~9个)后： 随C数的增加毒性下降 当碳原子数相同时： 直链的>支链的；成环的>不成环的
4.4.1 环境化学物的结构与性质 ⑵ 烃基

在非烃类化合物分子中引入烃基，可使化合物 烃基结构也可增加毒物分子的空间位阻，从而

4.3.1 干扰正常受体-配体的相互作用
肉毒杆菌毒素的毒作用机理
肉毒毒素特异性地与胆碱 能神经末梢突触前膜的表面受 体相结合，经吸附性胞饮而内 转进入细胞内(internalization)。 阻止递质囊泡不能与突触前膜 融合，完全抑制胆碱能神经介 质—乙酰胆碱的释放。

Ca2+
乙酰胆碱释放被抑制，使胆 碱能神经失去信号传导生理功 能。尤其是神经–肌肉接头部 位，直接导致呼吸肌麻痹。
4.4.1 环境化学物的结构与性质 ⑼ 有机磷化合物的结构与毒性
R’(O百度文库 Y(O,S)
P
R’’(O)
X

R’、R’’为烷基，烷基的碳原子数愈多，毒性愈强 Y为氧时较为硫时的毒性大 X为酸根时，毒性大小：强酸根>弱酸根


4.4.1 环境化学物的结构与性质 理化性质与毒性
1.脂/水分配系数
化合物在脂（油）相和水相的溶解 达到平衡时的平衡常数，称为 脂（油）/水分配系数。 2.电离度 3.挥发度和蒸气压 4.分散度 5.纯度
绝对致死量 半数致死量 最小致死量 最大耐受量
（LD100） （LD50） （MLD） （MTD）
半数致死量（LD50）又称致死中量， 指引起一群个体50%死亡所需剂量 （mg/kg)或浓度（LC50）（mg/m3和 mg/L）。

2.半数效应剂量
最大无作用 急性毒作 致死剂量 半数效应 最小有作用 （LD） 剂量(ED50) 剂量(MEL) 剂量(MNEL ) 用带(Zac) 半数效应剂量(ED50)指外源化学物在一定 的时间内按一定的方式与机体接触，引起机 体某项生物效应发生50%改变所需的剂量。
自由基
自由基性质环境毒物
环境毒物与多不饱和 脂肪酸的作用产物
毒物代谢物
4.3.6 与生物大分子结合
•细胞毒性和死亡
•过敏反应
蛋白质
•致癌作用 •抑制酶活性
环境毒物及 代谢产物
共价结合
•细胞毒性
核酸
•影响DNA-蛋白 质相互作用
•致突变作用
加合物
•激活癌基因
4.3.7选择性细胞致死和非致死性遗传改变
(一) 联合毒性作用类型
协同作用：两种以上环境化学物同时作用于机体，所
产生毒性作用强度超过各化学物单独作用强度的总和。 与促进吸收、延迟排出、干扰体内代谢过程有关。
e.g.
马拉硫磷、苯硫磷
M>M1+M2
由于苯硫磷对促进肝脏降解 马拉硫磷的酯酶有抑制作用
(一) 联合毒性作用类型
增强作用：

一种环境化学物本身对机体并无毒性 ，但能使
交叉接触

一般在同等剂量情况下，浓溶液较稀溶 液毒作用强。
4.4.3 影响毒性的非生物因素
接触途径
溶剂
毒物浓度 与容积
交叉接触
毒物经呼吸道接触时，应保护皮肤，防 止气态毒物经皮肤吸收。对易挥发化合物 经皮涂布染毒时，应将涂布处密封起来， 防止经呼吸道吸收或动物舔食涂布部位引 起经消化道吸收。

4.4.3 影响毒性的非生物因素
同时进入机体的另一种环境污染物的毒性增强。 无毒化合物通过影响另一种化合物的代谢活化、 吸收和排除有关。

e.g.
异丙醇、四氯化碳 异丙醇对肝脏无毒，当与四氯化碳 同时进入机体时，可使四氯化碳毒 性大于单独作用时毒性
(一) 联合毒性作用类型
拮抗作用：两种环境化学物同时作用于机体时，
其中一种化学物可干扰另一种化学物的生物学作 用，或两种化学物相互干扰，使混合物的毒作用 强度低于各自单独作用的强度之和。
e.g.
胰岛素、胰高血糖素
硫代硫酸钠、氰化物
M<M1+M2
——功能拮抗
——化学拮抗
两种物质混合发生化学反应， 生成毒性较小的硫氰酸盐
(一) 联合毒性作用类型
独立作用：两种或两种以上的环境化合物作用于
机体，各自的作用方式、途径、受体和靶器官不 同，彼此互不影响，仅表现为各自的毒作用。
e.g.
乙醇、氯乙烯
胺类化合物的毒性大小： 伯胺（RNH2） > 仲胺（RNHR’） > 叔胺（RNR’R’’）
4.4.1 环境化学物的结构与性质 ⑻ 构型

同分异构体：一般 对位>邻位>间位
旋光异构：由于受体或酶一般只能与一种旋光 异构体结合而产生生物效应，故同一化合物的 不同旋光异构体的毒性不同 e.g.

L-异构体易与酶、受体结合，具有生物活性， D-异构体则反之
生态毒理学 Ecotoxicology
第四章
环境污染物的毒性作用及其 影响因素
主讲教师：刘 薇 大连理工大学 环境学院
环境污染物的毒性作用及其影响因素
Paracelsus(16世纪)
What is there that is not poison? All things are poison and nothing (is) without poison. Solely the dose determines that a thing is not a poison.
(二) 联合作用类型评价方法 2.等效应线图法
甲化学物（mg/kg）
上限
at 拮抗作用 ad 相加作用 s y 协同作用
乙化学物（mg/kg）
上 限 LD50 下限
LD50
下限

本法只能评定两个化合物的联合作用，其原理是在试验条件和接触途径 相同情况下分别求出受试的甲、乙两种化合物的LD50及其95%可信限
慢，分为急性中毒、亚慢(急)性中毒和慢性中毒。 根据毒作用强度和性质判定环境污染物的毒
性大小。
4.2、毒理学常用的剂量概念
1．致死剂量（Lethal dose，LD）
2．半数效应剂量（ED50） 3．最小有作用剂量（MEL）
4．最大无作用剂量（MNEL）
5．急性毒作用带(Zac)
1.半数致死剂量LD50或浓度LC50
4.1、基本概念
1. 毒物 (Toxicant)
按一定条件接触后，以较小的剂量作用机体 就能引起生理、生化功能或正常组织结构的器质 性病理改变，甚至引起死亡的化学物质。
2. 毒性 (Toxicity）
化学物质能引起机体损害的性质和能力。
4.1、基本概念
3.中毒（toxication）
外源性化学物质引起机体病理性功能改变或 器质性病变的现象。 根据污染物的暴露特点和中毒发生发展的快
气温
环境因素
气压
pH和碱度
酸性较强（pH<5）条件下，氢离子会对水生生物产生危害； pH也会影响溶液中亲脂性那部分金属形态的生物可利用性
盐度
盐度对痕量金属在生物相中富集的影响会受到生物因素 和化学因素的影响
硬度
硬度会影响有机表面活性剂的毒性，降低金属的毒性
4.4.4 环境化学物的联合毒性作用
两种或两种以上的化学物同时或短期内先后作 用于机体所产生的综合毒性作用，称为化学物的联 合毒性作用。 相加作用
对组织器官的细胞有选择性致死毒性
体细胞 DNA损伤和 染色体异常 生殖细胞
细胞突变和癌变 遗传性疾病
致畸作用
4.4 影响毒性作用的因素
4.4.1 环境化学物的结构与性质 结构与毒性
研究外源化学物的结构与毒性之间的关系， 有助于通过比较来预测新化合物的生物活性、 作用机理和安全限量范围。
同系物的碳原子数、烃基 、分子饱和度、 卤素取代、羟基、酸基和酯基、胺基、构型及 有机磷化合物结构与毒性密切相关。