环境毒理学课后习题答案

环境毒理学
第一章绪论
1、什么是环境毒理学？它是怎样产生的？
环境毒理学（environmental toxicology）是利用毒理学方法研究环境，特别是空气、水和土壤中已存在或即将进入的有毒化学物质及其在环境中的转化产物，对人体健康的有害影响及其作用规律的一门学科。

是环境科学（environmental sciences）和生态毒理学（ecotoxicology）的重要组成部分。

环境毒理学的产生过程：
早在远古时代，人们对一些动植物的有毒作用就已有认识，并已有文献记载。

18世纪西班牙化学家和生理学家Bonaventura Orfila:现代毒理学的奠基人。

毒理学在第二次世界大战后得到快速发展。

2、环境毒理学的研究对象、主要任务和内容是什么？
环境毒理学的研究对象主要是对各种生物特别是对人体产生危害的各种环境污染物（environmental pollutant）。

环境污染物主要是人类的生产和生活活动所产生的化学性污染物。

环境毒理学的主要任务是研究环境污染物对人体的损害作用及其机理，探索环境污染物对人体健康的损害的早期检测指标和生物标志物，从而为制定环境卫生标准和有效防治环境污染对人体健康的危害提供理论依据；此外，根据环境污染物对其他生物（包括动物、植物、微生物等）个体、种群及生态系统的危害，甚至在特定环境中对整个生物社会的危害，研究其损害作用及其机理、早期损害指标及防治理论和措施。

环境毒理学的最终任务是保护包括人类在内的各种生物的生存和持续健康的发展。

环境毒理学的主要内容是研究环境污染物及其在环境中降解和转化产物对机体相互作用的一般规律，包括毒物在体内的吸收、分布和排泄等生物转运过程和代谢转化等生物转化过程，剂量与作用的关系，毒物化学结构和毒性以及影响毒作用的各种有关因素。

3、阐述环境毒理学的主要研究方法。

体外试验（in vitro test）：
器官水平（包括器官灌流和组织培养，基本保持器官完整性，常用于毒物代谢的研究）；细胞水平（应用的细胞包括已建株的细胞系（株）和原代细胞（可用不同的器官进行制备），可用于外来化合物的毒性和致癌性的各种过筛试验，也可用来研究化合物的代谢和中毒机理的探讨）；
亚细胞水平（研究中毒机理、毒物引起损伤的亚细胞定位以及化合物代谢）；
分子水平（如研究毒物对生物体内酶的影响）。

体外试验的优点：简单、快速、经济、条件易于控制。

缺点：缺乏神经—体液调节因素等的控制，不能全面反映整体状况下的生物学效应。

整体内实验（in vivo test）：
急性毒性实验（acute toxicity test指一次染毒或24h内重复染毒的毒性实验研究）；
亚急性毒性实验（subacute toxicity test或称为亚慢性毒性实验subchronic toxicity test一般认为1~3个月为宜，但具体实验期限随实验要求而异）；
慢性毒性实验（chronic toxicity test一般指6个月以上到终生染毒的毒性实验）。

流行病学调查
4、阐述环境毒理学的实际应用及其发展趋势。

环境毒理学的实际应用：
在环境监测中的应用．主要可分为以下两类：直接用于现场检测，以评价环境污染状况；环境样品的生物测试，收集空气、水和固体废弃物等环境样品进行生物测试，以了解环境是否受污染。

环境毒理学的发展趋势：
①高剂量的动物模型将逐渐向人体细胞或组织培养的研究模型方向发展，使毒理学可以更科学地指示因果关系；
②模拟自然环境中多个环境污染物同时存在时的联合作用机制；
③深入研究环境污染物在环境中的降解和转化产物以及各种环境污染物在环境因素影响下，相互反应形成的各种转化产物所引起的生物学变化；
④加强环境致癌、致畸、致突变的研究；
⑤环境污染物的化学结构同它们的毒性作用的性质和强度有密切关系，应深入研究，找出规律，以便根据化学结构，作出毒性的评估，减少动物毒性试验，并为合成某些低毒化合物提供依据；
⑥大量新技术和新方法的应用将使毒理学研究水平更加深入。

第二章污染物在环境中的迁移和转化
1、环境毒理学为什么要研究污染物在环境中的迁移和转化规律？
研究污染物在环境中迁移和转化的过程及其规律性，对于阐明人类在环境中接触的是什么污染物，以及接触的浓度、时间、途径、方式和条件等具有十分重要的环境毒理学意义。

对于阐明人类或其他生物在环境中接触的污染物的真实世界，有效防治环境污染和生态破坏，保护和促进人类健康与全球生态平衡都是十分重要的。

2、污染物在环境中的迁移和转化有何异同和联系？
污染物的迁移（transport of pollution）是指污染物在环境中发生的空间位置的相对移动过程。

污染物的转化（transformation of pollution）是指污染物在环境中通过物理的、化学的或生物学的作用改变形态或者转变成另一物质的过程。

污染物在环境中的迁移和转化过程往往是相互依赖和伴随进行的一个复杂的连续过程。

迁移为转化提供了环境条件，而转化又为迁移提供了新的理化特征等物质基础，两者既相互区别，又相互联系。

3、污染物在大气、水体、土壤和生物体及其他物体之间是如何迁移和循环的？与人体健康有什么联系？
气态污染物会吸附在空气颗粒物上或溶解在降水中再沉降到地面；水体中污染物会吸附在悬浮的颗粒物上沉降到水底或流入江海；土壤中污染物通过土壤颗粒吸附、渗漏等作用累积在土壤中或者流入地下水中。

在大气、水体和土壤中的污染物可通过某种途径进入生物体内，沿食物链迁移，甚至在生态系统中周而复始地循环，从而对人类健康和整个生物圈构成严重的危害。

4、污染物在大气和水体中扩散的影响因素主要有哪些？在哪些条件下容易引起人体的急、慢性中毒？
污染物在大气中的扩散主要受气象条件、地形地貌、排放浓度和排放高度等因素的影响。

一般规律是污染物在大气中的浓度与污染源的排放量成正比，与平均风速和垂直混合高度成反比。

污染物在水体中的扩散主要受水文条件、气候条件、水中悬浮物、排放浓度和距排放口距离等因素的影响和制约。

一般规律是污染物在水体中的浓度与污染源的排放量成正比，与平均流速和距污染源的距离成反比。

逆温层阻碍污染物的垂直扩散运动，使上升的污染气流积聚在逆温层的下面，会造成严重的大气污染现象，从而使人体发生呼吸道疾病等急、慢性疾病或中毒。

5、何谓生物性迁移？如何定量描述污染物的生物性迁移过程？
生物迁移（biotransport ）是指污染物通过生物体的吸附、吸收、代谢、死亡等过程而发生的迁移。

污染物的生物性迁移过程主要通过三个系数来定量描述，即
生物浓缩系数（bioconcentration factor ）：环境中该污染物的浓度生物体内污染物的浓度=BCF
生物累计系数（bioaccumulation factor ）：
）
物的浓度（较前阶段体内蓄积污染同一生物个体生长发育）
物的浓度（较后阶段体内蓄积污染某一生物个体生长发育kg /mg kg /mg =BAF 生物放大系数（biomagnification ）：）
染物的浓度（较低营养级生物体内污）
染物的浓度（较高营养级生物体内污kg /mg kg /mg =BMF 6、污染物在环境中的转化有何基本特点？
污染物在环境中的转化过程主要取决于其本身的理化性质和所处的环境条件。

第三章环境污染物在体内的生物转运和生物转化
1、叙述毒物通过生物膜的主要方式及其机理。

被动扩散：膜两侧的毒物从高浓度向低浓度扩散，化学物并不与膜起反应，不消耗能量。

滤过：化学物通过细胞膜的亲水性孔道的过程。

特殊转运（被转运的毒物必须与生物膜组成成分发生可逆性结合，并形成复合物）包括主动转运：外来化合物通过生物膜由低浓度处转运并需要消耗能量的过程。

其特点是需要通过蛋白载体作用，载体可逆浓度梯度，使化学物通过细胞膜，因此需要消耗能量。

易化扩散：膜上蛋白质载体特异性地与某种化学毒物结合后，其分子内部发生构型变化而形成适合该物质透过的通道而进入细胞。

易化扩散只能按顺浓度梯度方向转运，因为不需要消耗能量。

膜动转运（颗粒物和大分子物质的转运常伴有膜的运动）包括
吞噬作用：由于生物膜具有可塑性和流动性，因此，对颗粒状物质（如大气中的烟尘）和液粒，细胞可以通过细胞膜的变形移动和收缩，把它们包围起来最后摄入细胞内。

胞吐：某些大分子物质也可通过胞吐方式从细胞内转运到细胞外。

2、环境污染物吸收有哪几条途径？并阐述影响吸收的因素。

吸收途径影响吸收的因素
经呼吸道吸收☆分压差和血/气分配系数：气体从高分压（浓度）处向低分压（浓度）处通透，肺泡气
和血液中该气态物质的分压（浓度）差愈大，吸收愈快。

随着吸收量的增加，分压差逐渐
减小，吸收速度逐渐减慢。

☆溶解度和相对分子质量：非脂溶性的物质的吸收速度主要受相对分子质量大小的影响，
相对分子质量大的化学物吸收较慢；脂溶性的物质的吸收速度与相对分子质量大小关系不
大，而主要取决于其脂/水分配系数，系数大者，吸收速率较高。

☆肺的通气量和血流量的比值：通气/血液比值愈大，气体相对较易吸收。

☆颗粒大小：颗粒物的吸收主要受颗粒大小的影响。

经消化道吸收☆消化道中的多种酶类和菌丛可是某些化学物转化成新的物质而改变其毒性。

☆胃肠道内容物的种类和数量、排空时间及蠕动状态都会影响消化道对环境化学物的吸收。

☆环境化学物的溶解度和分散度也是影响吸收的因素。

经皮肤吸收☆化学物透过角质层的速度与化学物相对分子质量的大小、脂/水分配系数及角质层的厚度有关。

☆不同种属的动物表皮通透性不同，可能与角质层的厚度不同有关。

☆高温促进皮肤血液和间质液流动，使化学物较易被皮肤吸收。

☆角质层损伤因子。

★毒物经皮吸收的两条途径：
◇通过表皮脂质屏障是主要的吸收途径，即毒物→角质层→透明层→颗粒层→生发层和基膜（最薄的表皮只有角质层和生发层）→真皮。

◇通过汗腺、皮脂腺和毛囊等皮肤附属器，绕过表皮屏障直接进入真皮。

☆毒物经皮吸收的两个不同阶段：
第一阶段——穿透相。

毒物透过表皮进入真皮。

第二阶段——吸收相。

毒物由真皮进入乳头层毛细血管。

3、肾脏排泄毒物的机理包括哪几种方式？
肾脏排泄毒物的机理包括肾小球滤过、肾小管的主动分泌和肾小管的重吸收三种方式。

4、酶催化的代谢转化过程主要有哪些反应类型？
Ⅰ相反应氧化反应
◆微粒体氧化：脂肪族羟化，芳香族羟化，N—羟化，环氧化，N—氧
化，P—氧化，S—氧化，氧化性脱烷基（N—脱烷基，O—脱烷基，S—
脱烷基），氧化性脱氨，氧化性脱卤。

◆非微粒体氧化：单胺和二胺氧化，醇、醛氧化。

还原反应
◆微粒体还原：硝基还原，偶氮还原，还原性脱卤。

◆非微粒体还原：包括醇、醛、酮、有机二硫化物、硫氧化物和氮氧化
物等的还原反应。

水解反应酯酶，酰胺酶和糖苷酶水解酯、酰胺和硫酸酯化合物。

Ⅱ相反应毒物或其代谢产
物与内源性代谢
产物结合而形成
结合物
又称结合反应，分为两个过程：形成活化的中间体，需要消耗能量；活
化的中间体为供体转移到另一方额化学物（受体）形成结合物。

结合反应类型：葡萄糖醛酸结合，硫酸结合，乙酰化，氨基酸结合，谷
胱甘肽结合，甲基化。

5、研究毒物代谢动力学有何实际意义？
了解毒物在体内消长的规律，从而对毒物安全性评价（预测和判断）提供科学依据。

第四章环境污染物的毒作用及其影响因素
1、解释。

◇毒物（toxicant）：在一定条件下，以较小剂量给予机体时，能与生物体相互作用，引起生物体功能或器质性损伤的化学物质，或剂量虽微，但累积到一定的量，就能干扰或破坏机体的正常生理功能，引起暂时或持久性的病理变化，甚至危及生命的化合物。

◇毒性（toxicity）：有毒物质接触或进入机体后，引起生物体的易感部位产生有害作用的能力。

◇效应（effect）：一定剂量的外源化学物与机体接触或进入机体后所引起的机体的生物学变化。

◇反应（response）：机体与一定剂量的外源化学物接触后，呈现某种效应并达到一定程度的比率，或产生效应的个体数在某一群体中所占的比例。

◇无损害作用（non-adverse effect）：外源化学物与机体接触或进入机体后，不引起机体在形态、生长发育和寿命的改变，不引起功能容量的降低和对额外应激状态代偿能力的损害，所引起的生物学变化一般是可逆的，当停止接触化学物后，不能检出机体维持体内稳态能力的降低，也不能是机体对其他环境因素不利影响的易感性增强的现象。

◇ADI（acceptable daily intake每日容许摄入量）：人类终生每日摄入外源化学物对人体不致引起任何损害作用的剂量。

◇MAC（maximum allowable concentration最高容许浓度）：某一环境污染物可以在环境中存在而不致对人体造成任何损害作用的浓度。

◇最小有作用剂量（minimal effectlevel）：也称中毒阈剂量（toxic threshold level）或中毒阈值（toxic threshold value），指外源化学物按一定方式或途径与机体接触时，在一定时间内，使某项灵敏的观察质变开始出现异常变化或机体开始出现损害作用所需的最低剂量。

◇靶位点（target site）：当污染物达到某一浓度，并足以引发一系列有害生物效应的部位。

◇受体（receptor）：存在与细胞膜上对特定生物活性物质具有识别能力并可以选择性的与其结合的大分子蛋白质。

◇配体（ligand）：对受体具有选择性结合能力的生物活性物质。

◇致死性合成（lethal synthesis）：毒物与某种酶的底物相似，以至被代谢生成异常的中间产物，此产物成为生化链后几步某个酶的抑制剂，从而阻断中间代谢，造成生物化学损害，甚至生物死亡。

◇脂质过氧化作用（lipid peroxidation）：自由基攻击生物膜脂蛋白中较易氧化的多不饱和脂肪酸（PUFA）可使其发生过氧化，导致膜的通透性和膜的流动性改变而引起细胞损伤和死亡。

2、按毒作用特点的时间和空间，可将毒作用分为哪几种类型？
局部作用（local effect）：某些化学物可引起机体直接接触部位的损伤。

全身作用（systemic effect）：毒物被吸收后，随血液循环分布全身。

可逆作用（reversible effect）：在停止接触毒物后，所受其损害可以逐渐恢复的毒性作用。

不可逆作用（irresistible effect）：在停止接触毒物后，毒作用继续存在，甚至其损害可进一步发展的毒性作用。

即刻作用（immediate effect）：某些环境化学物与机体一次接触后在短时间内引起的毒性作用。

迟发作用（delay effect）：一次或多次接触某化学物后，经过一段时间后才呈现的毒性作用。

功能作用（functional effect）：通常指靶器官或组织的可逆改变。

形态作用（morphologic effect）：指肉眼和显微镜下观察到的组织形态学改变，其中有许多改变是不可逆，如坏死、肿瘤等通常是不可逆的和严重的。

生化作用（）：
变态反应（allergic effect）：指机体对环境化学物产生的一种有害免疫介导反应，又称过敏性反应（hypersensitivity）。

特异性反应（idiosyncratic effect）：一般指遗传所决定的特异体质对某种化学物的异常反应，又称特发性反应。

3、受体和配体的结合遵循什么模式？具有什么特点？
4、共价结合与毒作用有什么关系？哪些靶位点容易发生共价结合？
在生物体内，污染物或其代谢产物可以与生物大分子发生共价结合，从而改变生物大分子的结构与功能，引起一系列的有害生物效应。

蛋白质（结构蛋白和酶）、核酸（DNA和RNA）、脂质、多糖或辅因子等容易发生共价结合。

5、自由基具有什么特点？自由基反应包含哪几个阶段？哪些污染物的毒性主要与自由基反应有关？
自由基的特点是具有高度化学反应性，因为半衰期极短（一般以微秒计）；自由基所带电荷可以是负电荷或正电荷，也可以不带任何电荷而呈中性；自由基很容易和其他物质发生化学反应，结合成稳定的分子或者产生新的自由基。

自由基反应包括引发、增长和终止三个阶段。

硝基胺基化合物、芳香族化合物、喹啉。

CCl4等污染物的毒性主要与自由基反应有关。

6、自由基学说与其他学说有何区别和联系？
7、自由基防卫系统的结构与功能如何？污染物是怎样作用于体内自由基防卫系统的？
8、影响污染物毒作用的因素有哪些？
◇环境化学物的结构和性质
◇化学结构：构效关系研究
影响其毒作用的性质
影响毒作用的大小。

◇化学性质与毒作用性质：苯环上的氢被不同基团取代产生不同的毒性
◇毒性大小与结构
a、同系物中的碳原子数
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。

如：毒性戊烷<己烷<庚烷，但辛烷毒性迅速降低
◆当碳原子数相同时：直链的>支链的；成环的>不成环的；
b、卤代：烷烃类对肝脏的毒性可因取代的卤素原子的增加而使分子极化程度增加，易与酶系统结合而使毒性作用增强。

c、羟化：芳香族羟化，分子极性增强，毒性增强。

如：苯引入羟基而成苯酚，后者具弱酸性，易与蛋白质中碱性基团结合，与酶蛋白有较强亲和力，毒性增强。

多羟基的芳香族化合物毒性更高。

d、烃基：非烃类化合物中引入烃基，使脂溶性增高，易于透过生物膜，毒性增强；烃基结构可增加毒物分子空间位阻，使毒性增加或减少。

e、构型：同分异构体：一般对位>邻位>间位，但也有例外；旋光异构体。

◇物理性质与毒性：溶解性、挥发性、分散度
①脂∕水分配系数：即化合物在脂（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。

一般，脂溶性高的毒物，易于吸收且不易排泄，大体内停留时间较长，毒性较大。

②电离度：弱酸或弱碱有机化合物，电离度越低，非离子型比率越高，越易吸收，发挥毒效应；反之，离子型比率越高，虽易溶于水，但难于吸收，且易随尿排出。

③挥发度和蒸气压：易挥发蒸气压大的化学物质，易于污染空气，并经呼吸道进入机体。

如：
苯与苯乙烯，绝对毒性相同，但苯易挥发，实际危害更大。

④分散度：粉尘、烟和雾状大气污染物，粒子越小，分散度越大，比表面积越大，生物活性超强。

⑤纯度：杂质可能影响或增强，甚至改变原化合物的毒性作用。

如：除草剂2，4，5-T致畸性主要由于含杂质四氯二苯二口恶英(TCDD)。

◇毒物侵入机体的途径与毒性：毒物侵入机体的途径不同，在体内的分布和吸收速度也不同，吸收量大的毒性大，产生的毒性反应强。

◎机体的状况：种属、品系与个体感受性差异，年龄，性别，饮食营养状况，遗传因素，生物节律和精神心理因素。

◎环境因素：化学物的联合作用，物理作用。

气温、气湿、气压。

◎接触条件：一般对于同种毒物：呼吸道（静脉注射）>腹腔注射>胃肠道>皮肤吸收。

9、毒物的化学结构与毒作用有何关系？研究它们之间的关系有何实际意义？
毒物的化学结构决定着它在机体内可能参与和干扰的生化过程，从而决定其毒作用性质。

研究它们之间的关系，找出其一般规律，将有利于对毒物毒作用的估计和预测，同时还可按照人类的要求去生产高效低毒的化学物。

10、什么叫化学物的联合作用？主要有哪几种类型？
在人类环境中，污染物往往不是单一的，多种外来化学物同时或先后作用于机体所引起的毒作用才，称为化学物的联合作用。

化学联合作用的类型主要有：
相加作用（additive effect）：指多种化学物的联合作用等于每一种化学物单独作用的总和。

协同作用（synergistic effect）：指几种化学物的联合作用大于各种化学物单独作用之和。

增强作用（potentiation effect）：如果一种化学物本身无毒性，但与另一种有毒物质同时存在时可使该危害物的毒性增加。

拮抗作用（antagonistic effect）：指几种化学物的联合作用小于每种化学物单独作用的总和。

独立作用（independent effect）：指多种化学物各自对机体产生不同的效应，其作用的方式、途径和部位也不同，彼此之间互无影响。

第五章环境毒理学常用实验方法
1、解释。

半数耐受浓度（TLM）：在动物急性毒性试验中，使受试动物（鱼类）半数死亡的水污染毒物浓度。

蓄积毒性作用（cumulative toxicity action）：低于中毒阈剂量的外来化合物，反复多次地与机体持续接触，经一定时间后使机体出现明显的中毒表现。

蓄积系数（cumulative coefficient）：分次给受试物后引起50%受试动物出现某种毒效应的总剂量（以∑LD50(n)表示）与一次给受试物后引起50%受试动物出现同一毒效应的剂量（以LD50(1)表示）的比值。

生物半减期（T1/2）：指一种外来化合物在体内消除到原有浓度（或量）的一半所需要的时间。

半数致死量（LD50）：在动物急性毒性试验中，使受试动物半数死亡的毒物浓度或剂量，用LC50表示。

致突变作用（mutagenesis）：污染物或其他环境因素引起生物体细胞遗传信息发生突然改变的作用。

这种变化的遗传信息或遗传物质在细胞分裂繁殖过程中能够传递给子代细胞，使其具有新的遗传特性。

致畸原（teratogen）：能引起胚胎发育障碍而导致胎儿发生畸形的物质。

化学致癌物（chemical carcinogen）：能诱发肿瘤的化学物质。

2、急性毒性试验结果能否对受试物作出全面评价？为什么？
3、环境污染物的蓄积毒性怎样进行评定？一般可用哪些试验方法？
4、亚急性和慢性毒性试验结果对受试物毒性评价提供了什么依据？
亚急性毒性试验可为慢性实验观察指标以及实验设计提供参考；通过慢性毒性试验，可确定最大无作用剂量，为制定人体每日允许摄入量提供毒理学依据。

5、致畸物的致畸作用具有什么毒理学特点？这些特点在致畸试验中有什么意义？
6、致突变试验根据其终点反应不同可分为哪几种类型？各有什么优缺点？
☆基因突变（gene mutation，点突变）
◇碱基替换（Base-pair substitution)：碱基配对性能的改变或脱落引起的突变。

◆引起碱基置换的方式：
类碱基的引入；
正常碱基对的化学改变；
化学物与碱基结合；
碱基对的自发突变；
◇移码：
DNA中增加或减少一对或几对不等于3的倍数的碱基对导致的突变。

化学物：氮蒽（杀菌剂）、二氨基丫啶
◇DNA大段损伤：
DNA链大段缺少或插入。

DNA链断裂后修复错误；
减数分裂过程中错误连接。

☆染色体畸变(chromosome mutation)：
染色体结构异常（染色体或染色单体断裂或错误修复）。

染色体数目异常
☆染色体分离异常
7、长期致癌试验设计时，应如何选择试验动物和确定剂量分组？
长期致癌试验设计应选用抗病力强、容易饲养、肿瘤自发率低、对受试物敏感的动物。

首选动物为刚断乳或6~8周龄小鼠或大鼠。

长期致癌试验设计确定剂量分组应设对照、最大耐受剂量（无明显的非致癌性损害）和两个中间剂量4个组，或设对照、最大耐受剂量和半数最大耐受剂量3个组，每组雌雄个74只动物，每组动物体重变化不应超过平均体重的±20%。

第六章化学物质的毒理学安全性评价程序
1、对一种化学物质进行毒理学评价时，为什么要采取分阶段进行的原则？
分阶段进行原则，即将各种毒理试验按一定顺序进行，明确先进行哪项试验，再进行哪项试验，目的是以最短的时间、最经济的办法，取得最可靠的结果。

实际工作中常常先安排试验周期短、费用低、预测价值高的试验。

2、化学物质在进行安全性评价时需要注意哪些问题？。