第四章环境污染物的毒性及其影响因素

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
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.

Hale Waihona Puke Baidu
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。

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。

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.
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
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
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

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
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
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。
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。