生态毒理学 (13)

参见图示
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两种毒物按不同比例混合的等毒性溶液法
X
H
拮抗作用
毒性效应程度
E
F 相加作用
药物动力学模型 可预测一化学物在体内任何时间的分布和降解情况。 一般需要建立三方面的资料： 1. 生理学常数； 2. 生物化学常数； 3. 有关机理因素。
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测定联合毒性的方法
半存活时间(LT50)比较法 先求得两种化学物A、B单独使用时的阈浓度(LC50)， 然后用毒性单位表示浓度，配制不同毒性单位的A和B 化学物的实验溶液按一定比例混和的混和液AB，在相 同为实横验坐条标，件L下T求50为A、纵B坐、标A作B各图浓。度若的：LT50，以毒性单位 1. AB毒性曲线位于A、B毒性曲线之间，为毒性相加； 2. AB毒性曲线位于A、B毒性曲线上方，为毒性拮抗； 3. AB毒性曲线位于A、B毒性曲线下方，为毒性协同。 等毒性溶液法
浓度相加(简单相似作用)
化学物独立作用产生相似的生物效应，从而混合物
中某一成份的浓度可以由另一成份表示。如果标准响 应(如96h混合物暴露存活概率=0.5)出现，即毒性单位 之和等于1，则混合物组分联合作用可定义为浓度相加。 浓度相加据认为是非交互联合作用最常见的形式。主 要工业化学品(来自有毒物质控制行动清单TSCA)和地
间不发生各种排斥现象，而且至少有一个化学抑制剂 是非竞争性的。
化学抑制剂作用遵循MichaelisMenten组分相乘方程， 数学表达式为：
(fu)1,2 = (fu)1(fu)2 若计算结果不等于两者相乘，说明两种化学抑制剂对 酶生物学活性有协同或拮抗效应。
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优点：
方法简单直观，可给出双曲线型剂量－响应关系。
1/V1,2,…n = 1/Vi (n 1)/V0 转化为化学物浓度或作用速度Vi。 利用半效应图可区分相容性和非相容性抑制剂作用：
1. 若单一抑制剂和一个以上抑制剂的剂量－响应曲线 在半效应图上是平行的，即为非相容性抑制剂；
2. 若两抑制剂单独作用曲线相平行，联合作用曲线为
凹状并趋向与两平行线相交，则是相容性抑制剂。
▪遗传变化伴随种群大小增加而降低。 因此，大种群具有更多耐受性变化，耐 受性增加的可能性高于较小种群
影响描述
▪因移民所致非耐受基因型流入可减缓 耐受性获得速率：增加的移民水平可减 缓耐受性获得
▪庇护所的出现，即非污染栖息地，允 许种群中保留非耐受个体，减缓耐受性 获得速率
▪选h 择有效性受最敏感生命阶段的影响21
表水中工业污染物的主体大多表现为浓度相加作用模 式。
响应/反应相加(独立作用)
因作用点位或模式不同，化学品作用于不同生物体
系或对同样生物系统影响不同。响应相加模式基于相
关系数的三种取值(1，0，+1)，以个体生物的敏感性
表征两化学品浓度/剂量的相似性。
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2
负相关不能应用于两个以上化学品混合物，多个化学 品混合物的相关系数介于0和1之间。
产生共同的负面响应； h
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污染混合物，其中一种作为有毒物通常是非活性的， 但结合后改变了有机体对其它有毒成分的一种或多 种的响应；
多重污染物互助产生的毒性响应不同于单独存在时 所诱导产生的毒性响应；
(3) 动力阶段
多重污染物改变靶标组织的毒物有效性；
多重污染物强化或诱导(如肝脏中的混和氧化酶体 系)代谢产物多于起始污染物。
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影响种群中耐受性获取速率的因子
I. 遗传性质 ▪等位基因(allele)频率 ▪基因显著性 ▪单基因或多基因(mono, poly) ▪适合度差异 ▪选择性组分
▪共耐受性
影响描述
▪若在选择前，耐受等位基因在种群中 是普遍存在的，耐受性将更迅速增加，
▪若耐受等位基因是显著的，耐受性会 在早先几代中更迅速增加
利用交点位置评价联合作用的类型： 1. 若交点落在两种化学物95%置信区间上、下限直线
之间，表示相加作用； 2. 若交点落在两化学物95%置信区间下限直线以下，
表示协同作用； 3. 若交点落在两化学物95%置信区间上限直线以上，
表示拮抗作用。
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联合作用等效应曲线
95%置信上限 LD50
95%置信下限
拮抗 相加
甲化学物剂量
协同
95%置信下限 LD50 95%置信上限 乙化学物剂量
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组分相乘与半效应模型
组分相乘和半数效量模型
在评价多种化学物同时对酶分子活性的抑制效应时，
广泛采用半数效量法，以半效原理为基础，发展出相 容性和非相容性抑制剂的动力学模型。
相容性抑制剂
指一个以上的化学抑制剂均表现为独立作用，相互之
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生态系统的耐量多边形
O
T
A
耐受范围
A
S
致死范围
C
B
S：化学物A单独作为一个致死因子的范围； T：化学物B单独作为一个致死因子的范围； O：化学物C单独作为一个致死因子的范围。 指示化学物A、B、C对生态系统生物组分共同作用的一个大致情况； 同时处于三种化学物非致死浓度可引发生态系统生物组分的死亡。
▪若由单基因对多基因控制，耐受性会 更快速增加
▪若基因型之间适合度差异较大(对比较 小)，耐受性会更快速增加
▪生命循环中不同组分的选择性可否定 对某一耐受性的方向性选择，通过弥补 选择另一耐受性；或者通过增强一特定 基因型的优势，加速对耐受特性的选择 速率。
▪对有毒物预适应可导致一种群中耐受 性提高，若对某一相关有毒物的适应性 发生在过去，例如，已适应一除草剂的 植h物种群随后暴露于一相似的除草剂 20
以Log[(fa)－1 1]－1对Log(D)作图已广泛用于评价和估
计IDL50D(半50、数T抑D制50(剂半量数)致。毒还剂用量于)表、达ED酶50系(半统数的激相活对剂活量性)和和
测定标准放射免疫的配体置换等。 h
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污染物相互作用及多重毒性
在下述阶段，有毒物相互作用表现为化学的或生理的
(1) 动力阶段(Kinetic)：改变毒物吸收、分布、沉积、 代谢和排出等过程的机理；
MTUc = TUmax+(MTUmax) TU：毒性单位(toxicity unit) M：混合物产生的标准响应(如LC50) 校正因子 = (1TUmax)/(MTUmax) AEE：外推误差分析(analysis of hextrapolation error)
>1 经验相 关系数
1
浓度相加与响应/反应相加
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生物学效应模型 依据生物学概念建立的生物数学模型。 包括三个阶段： 1. 首先用一系列抽象概念描述外源性化学物影响生物
系统的方式； 2. 然后对影响方式用数学模型表达； 3. 最后用实际资料对不同条件下的模型进行检验和修
正。
对联合作用的数学处理是采用耐受分布理论，前提是
假定群体中每一个体的反应阈值不同，因此，可以对 耐受分布进行概率统计。
缺点：
没有考虑可能存在的S型函数关系，不适于非相容性的
酶抑制剂，因而在非双曲线反应类型时会低估或高估 联合作用效应，尤其是剂量过低或过高时影响更大。
示例：
根据Michaelis－Menten型双曲线定义，两因子作用之 和应等于1。
如果一个因子的抑制效应为20%，(fa) = 0.2，则抑 制后的酶活性为80%，(fu) = 0.8。
(在动力和动态阶段，污染物相互作用的重要类型及有 关的响应如下图所示)
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两种物质结合等效线I (同等生物响应曲线)
剂量 A
非竞争 不可逆
拮抗
a
协同
竞争的 化学的
功能的 生理的
B惰性
B使A变得敏感
竞争拮抗 拮抗者在其作用点位取代刺激剂； 化学拮抗 拮抗者通过化学反应去活化刺激剂； 非竞争拮抗 拮抗者干扰刺激剂效应的诱导，但没有与刺激剂 本身反应，或者拮抗者干扰刺激剂特定的受体； 功能拮抗 在两种作用于同一细胞体系担作用相反的刺激剂 之间拮抗； 生理拮抗 拮抗者作用于不同细胞体系，产生相反的效应。
(2) 动态阶段(Dynamic)：改变毒物－受体的亲和力和 活性。
导致多重毒性的相互作用机理
(1) 环境阶段
污染物之间相互作用产生新化合物、络合物、螯合物
或化学状态改变。污染物与基质的相互作用改变污染 物理化形态和毒性；
(2) 动态阶段
多重污染物作用于靶标组织的同一点位；
多重污染物作用于不同靶标组织上的不同点位，但
称协同synergism)
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4
两种有毒物联合作用类型
B 剂量
1.0毒性单位
独立作用/无相互作用 I
A 剂量
h
1.0毒性单位
5
联合作用的等效应曲线
通常用于评定两种化学物的联合作用 原理：
1. 在实验条件和接触途径相同情况下，分别求出受试 甲限)、；乙两种化学物的LD50及其95%置信区间(上、下
2. 将值绘甲制化在学纵物坐的L标D轴50值上及；其将9乙5%化置学信物区的间LD的50上值、和下95限% 置信区间的上、下限值绘制在横坐标轴上；
假定另一因子的抑制效应为40%，即(fa) = 0.4，抑
制后的酶活性为60%，(fu) = 0.6。
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如果两个因子联合效应为：80% 60% = 48%，可
认为两者为相加作用，高值意味着加强，低值为拮 抗作用。
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非相容性抑制剂
竞争性抑制剂，相互发生各种排斥作用，描述方程：
1/V1,2 = 1/ V1 + 1/V2 1/V0 联合作用速率V1,2，单独作用速率V1和V2，初始速 率V0。 若干化学物同时作用：
剂量 B
物质A自身是活性的，物质B单独给予时是非活性的，但会影
响A的活性。
(1) 协同，即物质B的行为提高对物质A的灵敏性；
(2) 拮抗，即物质B的行为降低对对物质A的灵敏性。
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两种物质结合等效线II (同等生物响应曲线)
Leabharlann Baidu
a
拮抗行为
次相加行为
剂量 A
加强作用
合作行为
严格协同
剂量 B b
(1) 物质A和物质B在单独给予时均是活性的； (2) 相加作用形成协同(加强)作用与拮抗作用的边界。
1. 无相加(no addition)
TUmix = TUmax,component 2. 浓度相加(concentration addition)
TUmix = TUcomponent
h
3
沿连续比例尺度，其它混和毒性类型为：
a. 拮抗(混和毒性低于无相加，no addition)； b. 超相加(supra addition，混和毒性大于浓度相加，或
当 = +1，种群对混合物的响应与对其中最毒成份的响 应没有显著不同，则当任一组分的最大毒性单位等于1 时，会出现标准响应。
H. Konemann 定 义 =+1 的 响 应 相 加 为 无 相 加 (no addition) ， 并 建 立 具 有 两 个 参 照 点 的 混 和 毒 性 比 例 (scale)：
h
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3. 有人提出利用质量作用定律评价剂量－反应关系， 即对化学反应可用Michaelis－Menten方程或Hill方
程描述。由此引入半效方程的概念：将各种形式的 剂处理量的－基效础应。关系标准化，并以半效剂量(ED50)作为
半效方程有如下形式：
fa/(1 fa) = (D/Dm)m
Log[fa/(1 fa)] = m[Log(D) Log(Dm)] Log[(fa)－1 1]－1 = mLog(D) mLogDm D效为应剂。量，Dm为半效剂量，m为Hill型系数，fa为D的
影响种群中耐受性获取速率的因子
II. 繁殖性质 ▪生育/一代时间 ▪增长固有速率
▪种群大小(Ne)
III. 生态性质 ▪移民/迁移
▪庇护所
▪生命阶段灵敏性
影响描述
▪相对生育时间较长的物种，短生育时 间物种的耐受性增加更快速
▪相对具有较低增长固有速率的种群， 具有较高增长固有速率的种群，其耐受 性增加更快速
化学混合物联合毒性作用
联合作用 拮抗 无相加 部分相加 浓度相加 超相加
MTI或 < 1
0
0~1
1
估值计算 经验相 AEE (生态风险) 关系数
经验相 关系数
无相关 系数
Konemann’s MTI：mixture toxicity index MTI = [log(1)log(TUmax)]/[log(M)log(TUmax)] 校正的混合物毒性单位：
3. 将两化学物的LD50值和95%置信限的上、下限所对 应的剂量点分别连线，形成三条直线，即为等效应 线；
4. 在相同条件下，取甲、乙化学物的等毒性剂量(如 各取0.5LD50剂量)制成混合物，暴露于受试生物， 求出此混合物的LD50。以h 混合物的LD50中甲、乙两6
种化学物各自的实际剂量分别绘制在座标图上，在此 两个剂量点处各作垂直线，垂直线延长相交。