1、第四章 污染暴露途径与作用模式,毒物对生态系统的毒害过程 生态系统污染暴露及其途径 毒作用机理 毒作用的一般模式,主要内容,1,一 、环境毒物对生态系统的毒害过程,1.1 毒害过程概述进入环境的毒物以不同的途径和作用方式与生态系统中的各组分进行接触和交互暴露，并通过食物链不断作用于生态系统，产生不同层次的毒害过程。,2,1.2 毒害过程的特征复杂性,3,氰化物的多种毒害机理：与酶结合，类似受体-配体相互作用过程。抑制酶活性并干扰能量储存。引起氧化应激反应和改变细胞内钙稳态等 过程的发生。,例1,1.2 毒害过程的特征复杂性,4,四乙铅可首先引起接触部位皮肤的损害，继而转运至全身，并引起典型的中
2、枢神经系统损害和其他器官的损害。 如果局部毒性作用非常严重，也可间接地引起全身毒性的发展。,1.2 毒害过程的特征复杂性,例2,四乙铅的毒害过程：,5,大气污染毒物： 毒害过程已由最初的煤烟型过渡到后来的石油型。 其中所涉及的环境毒物已由煤烟尘和S02为主过渡到以氮氧化物(N0x)、碳氢化物(CHx)、二氧化硫(S02)、一氧化碳(CO)、铅(Pb)和烟尘的毒害作用等为主。,1.2 毒害过程的特征复杂性,例3,6,环境毒物种类与数量可变性,环境毒物作用过程迁移性,毒害过程在时间范围和空间范围的不稳定性,例：水环境毒物随水流进人土壤，可以被土壤吸附和固定，也可以挥发到大气中并扩散至周边地区，土壤
3、中的环境毒物也可重新释放到水和大气环境中。,1.2 毒害过程的特征不稳定性,7,1.3 毒物在不同生态系统的毒害过程,（1）大气生态系统毒害过程,定义：人类活动产生气体污染物扩散至大气，改变自然空气理化性质，并直接对生物体产生损伤或改变全球气候特征而波及生命生长和发育的过程。,对植物毒害：包括暴露伤害、摄取伤害、 转运储存伤害和代谢毒害。 对动物毒害：包括直接毒害和间接毒害。,8,主要因素,大气环境毒物的浓度,植物对毒物的摄取程度,气孔阻力（关键）,个体的种类和品系的遗传敏感性,影响大气毒物对植物毒害的因素,（1）大气生态系统毒害过程,9,对动物的毒害过程,直接毒害,间接毒害,在大气污染严重时
4、期，家畜等动物直接吸入含大量污染的空气，引起急性中毒，甚至大量死亡。,大气污染物沉降到到土壤和水体，通过食物链在植物中富集，草食动物食入含有毒物的牧草之后会中毒死亡。,（1）大气生态系统毒害过程,10,1952年12月12日开始的伦敦烟雾事件中，首发病的就是参展的350头牛，其中66头因呼吸系统严重受损死亡。市民感到呼吸困难、眼睛刺痛，死亡率陡增，据史料记载从12月5日到8日的4天里，伦敦市死亡人数达4000人。,对动物的毒害过程-直接毒害实例：,（1）大气生态系统毒害过程,11,美国阿那空铜矿冶炼厂排出的大量含砷废气，污染了周围牧草，牧草含砷量高达400mg/A，致使24km2内的马、牛、羊
5、等家畜大量中毒死亡，3000只羊中毒，600只羊死亡，死畜的肝脏中含有大量的砷。,对动物的毒害过程-间接毒害实例：,（1）大气生态系统毒害过程,12,一般情况下，大气环境毒物浓度较低，由于动物呼吸道长期持续地暴露于污染的大气中，使大气环境毒物对动物的毒理作用过程是长期的、反复的，能引起机体的慢性中毒或降低机体的抵抗力，诱发感染，引起各种呼吸道炎症，导致其慢性呼吸系统疾病的发病率和死亡率增高。,（1）大气生态系统毒害过程,小结,13,（2）水生生态系统毒害过程,定义：环境毒物对水生生态系统的毒害过程主要是指来自于不同源头的毒物，通过不同途径进入水环境中，对系统中生物体生长发育产生影响甚至危及生命
6、延续的过程。这一过程是环境毒物在生物间和生物内相互作用与影响的结果，主要与生物种类、年龄、健康状况、营养水平、毒性负荷、感应状态和生理学特征等因素有关。,1.3 毒物在不同生态系统的毒害过程,14,指自然生理和生化过程所产生的有害物质对系统的毒害过程，如；来自于水藻的生物毒害。,（2）水生生态系统毒害过程,分类,外源毒害过程,内源毒害过程,指人为活动产生的毒物对系统的毒害过程，如工业排污、农业灌溉、大气污染等。,就污染源而言,15,对水体的毒害：毒物进入水生生态系统参与生物地球化学循环，分散于水生生态系统的各个组分中。生物体吸收积累到一定量时出现毒害特征，进而对水体系统产生毒害。对水生生物的毒
7、害：影响动植物生长发育和生理过程。举例,（2）水生生态系统毒害过程,16,重金属对植物细胞膜具有严重的破坏作用，抑制呼吸作用以及阻碍叶绿素合成，从而抑制光合作用等方面。,重金属能黏结在鱼鳃表面，造成鳃的上皮和黏液细胞贫血和营养失调，从而影响对氧气的吸收和降低血液输送氧气的能力。,重金属对水生生物的毒害,（2）水生生态系统毒害过程,动物,植物,17,（3）陆地生态系统毒害过程,环境毒物,环境毒物在土壤迁移示意图,土壤,吸附,解吸,总体上看,地下水流动,重力作用,横向扩散,纵向渗滤,1.3 毒物在不同生态系统的毒害过程,18,吸附：指环境毒物在气-固或液-固两相生态介质中，在固相中浓度升高的过程，
8、它包括一切使溶质从气相或液相转入固相的反应，如静电吸附、化学吸附、分配、沉淀、络合及共沉淀等反应。吸附包括吸持和分配两个过程： 吸持：化学环境毒物在固相上的表面吸附现象，是一种固定点位吸附作用。 分配：指土壤沉积物中的有机物质对外来化学物或环境毒物的溶解作用。,（3）陆地生态系统毒害过程相关概念,19,吸附质,吸附剂,部分分子,部分分子,吸附动态平衡,对环境毒物在生态系统中的分布、迁移和归属作出准确的预测,吸附意义,（3）陆地生态系统毒害过程,20,环境毒物对陆地生物的毒害过程,植物：植物吸收与积累，环境毒物进入食物链。动物：动物吸收、分布和积累、转化、固定或排泄。微生物：特异种群微生物突变，
9、充当分解者角色。,（3）陆地生态系统毒害过程,21,环境毒物对微生物的毒害过程,环境毒物对微生物的毒害过程实质是胁迫条件下特异性微生物种群突现以充当其分解者角色的过程。包括：固氮作用、腐殖质分解等。 不同毒物对于微生物的数量、种群结构、及其生化过程均有不同程度的影响，或促进或抑制，甚至可以从根本上改变生态系统的基本元素组成。,（3）陆地生态系统毒害过程,22,二、生态系统污染暴露及其途径,污染暴露指环境毒物通过特定的途径或模式直接作用于接受方(包括非生物因子和生物因子)的行为。环境毒物暴露途径主要有：（1）皮肤、黏膜接触吸收暴露（2）消化道摄入暴露（3） 呼吸道吸入暴露（4）金属迁移,23,三
10、、毒作用机理,（ 再次接触）,毒作用机理包括：形态变异、细胞结构受损、与细胞组分化学组合、影响酶活性、遗传物质损伤。,1、形态变异变态反应是指机体对化学物产生的一种有害免疫介导反应，又称过敏性反应。 过程:接触某化学物后对机体产生致敏作用,产生抗原-抗体反应，引起过敏反应,24,（1）其剂量-效应关系并非典型的“S”形曲线，但特定的个体其变态反应的强弱与剂量有关。例如，对花粉过敏反应的强度与空气中花粉的浓度有关。,三、毒作用机理,1、形态变异特点,（2）变态反应是一种有害的毒性反应，有时仅有皮肤症状，有时可引起严重的过敏性休克，甚至死亡。例如，镍、镐可引起接触性皮炎、肺炎。,25,2、细胞结构
11、受损举例分析,三、毒作用机理,改变膜成分: 四氯化碳可引起大鼠肝细胞膜磷脂和胆固醇含量下降，使红细胞膜蛋白螺旋减少。改变膜脂流动性: 膜脂流动性改变会影响膜通透性和膜镶嵌蛋白质的活性， DDT可引起红细胞膜脂流动性降低；铅、汞等重金属可与膜蛋白的基团等作用，改变其结构和稳定性，从而改变膜蛋白的通透性。,26,3、与细胞组分的化学组合共价结合,三、毒作用机理,核酸,与DNA结合多为烷化剂的其活性代谢物。 亲电子活性代谢产物可攻击DNA上的亲核中心，与碱基发生共价结合，生成加合物，可引起DNA链的局部扭曲和二级结构异常，导致DNA在复制中碱基排列顺序的改变，形成基因突变，甚至畸变、癌变。,27,与
12、活性部位结合而显示毒性作用：溴苯的代谢产物溴苯环氧化物与肝细胞蛋白质共价结合引起肝细脑坏死。铅、汞、镉、砷等与酶或蛋白质的琉基结合使之失去活力而产生毒性。,3、与细胞组分的化学组合共价结合,蛋白质,28,通过生物转化形成诱惑性的亲电子中间产物（通常为一个自由基）与膜多不饱和脂肪酸作用引起制止过氧化，导致膜完整性丧失和细胞膜的破裂，产生病理反应甚至组织坏死。,3、与细胞组分的化学组合共价结合,脂质,29,4、影响酶活性,（1）干扰正常受体-配体的相互作用,细胞大分子,化学物质,(受体),（配体）,配体-受体复合物,毒物干扰,三、毒作用机理,30,（2) 干扰细胞内钙稳态,正常情况下，细胞内的钙浓
13、度较低（10-7 10-8mol/L），内外浓度相差103104倍。化学物质可以通过干扰细胞内钙稳态引起细胞损伤和死亡。各种细胞毒物如硝基酚、醛类、二噁英、Cd2+、Pb2+、Hg2+ 等均能干扰钙稳态。,4、影响酶活性,31,5、 遗传物质损伤,（1） 概述在环境毒物的不断作用下，生物体的遗传物质可能发生基因结构的变化，即突变。这种由环境毒物引起生物体遗传物质发生基因结构改变的作用过程，称为致突变作用。具有引起生物体遗传物质发生基因结构变化的物质，则称为致突变物。,三、毒作用机理,32,突变（广义）,基因突变,DNA片段损伤,染色体畸变,染色体的某一部分改变，表型上有遗传的改变，但不能用光学
14、显微镜直接观察。,染色体的数目或结构发生改变，可用光学显微镜直接观察。,5、 遗传物质损伤,（1） 概述,狭义的突变仅指基因突变,33,（2）DNA片段损伤,DNA片段损伤是指DNA链大段缺失或插入。这种损伤有时可波及两个基因甚至数个基因。 缺失的片段远小于光学显微镜可见的染色体缺失，称为小缺失，它是DNA链断裂后重接的结果。 小缺失片段既可整合到另一染色体的某一位置形成插入，又可倒转后插入原位置形成基因重排。,5、 遗传物质损伤,34,（3）染色体畸变,染色体畸变是指染色体结构异常，它是染色体或染色单体断裂所致。当断端不发生重接或虽重接而不在原处，即可出现染色体结构异常。染色体畸变包括染色体
15、型畸变、染色单体型畸变、染色体分离异常。,5、 遗传物质损伤,35,染色体型畸变是染色体中两条染色单体同一位点受损后所产生的结构异常。染色体型畸变类型：断裂、断片、微小体和缺失、 倒位、环状染色体和无着丝粒环、插入和重复、易位。,染色体型畸变,（3）染色体畸变,36,图1 染色体型畸变,37,断裂与裂隙一样是染色体上狭窄的非染色带。 一个染色体发生一处或多处断裂而不重接且远远分开，就会出现一个或多个无着丝粒节段和一个有着丝粒节段。无着丝粒节段称为断片。 有时断片比染色单体的宽度还小，成圆点状，此时称为微小体，可成对或单个出现。,染色体型畸变相关概念,38,在细胞分裂时断片不能定向移动而丢失在胞
16、质中，于是保留在核中的有着丝粒节段缺少了部分遗传物质，故称缺失。当某一染色体发生两处断裂，其中间节段颠倒180。后重接起来，其位置被颠倒了，叫倒位。,染色体型畸变相关概念,39,图2 染色体倒位示意图,40,染色体两臂均发生断裂且带着丝粒节段的两端连起来形成环，称环状染色体。如某一无着丝粒节段两端连接而形成环，则称无着丝粒环。,染色体型畸变相关概念,41,在涉及一个或两个染色体三处断裂的重接中，一个染色体臂内由于发生两处断裂而游离出带两断端的断片插入到同一染色体另一断裂处或另一染色体的断裂处，叫做插入。 如果插入使该染色体有两段完全相同的节段时，称为重复。,染色体型畸变相关概念,42,图3 重
17、复的类型,43,从某一染色体断裂下来的节段接到另一染色体上称为易位。两条染色体各发生一处断裂，其断片相互交换重接成为了两个结构重拍的染色体称为相互易位或对称易位。,染色体型畸变相关概念,44,染色单体型畸变,染色单体畸变是在某一染色体的一条单体上发生的畸变。 染色单体的断裂、断片、缺失和倒位，以及裂隙，其含义与染色体型畸变的基本相同，差异在于姊妹染色单体中仅有一条出现结构异常。,（3）染色体畸变,45,各种生物都有其固定的染色体数目和核型。以动物正常体细胞染色体数目2n为标准，染色体数目异常可能表现为整倍性畸变和非整倍性畸变。引起非整倍体性的原因：不分离、染色体丢失、联会复合体形成障碍和第一次
18、减数分裂时着丝粒早熟分裂。,染色体分离异常,（3）染色体畸变,46,四、毒作用的一般模式,一般情况下，环境毒物对于生物受体毒性作用的模式大体相同，主要涉及毒物的转运、毒物与靶分子作用以及毒性产生三个阶段。毒物的转运涉及吸收、分布、排泄和重吸收、中毒与解毒等过程。,47,接触毒物,传布,分布,分布,重吸收,中毒,系统前排除,吸收,排泄,解毒,毒物与靶 分子结合,1、毒物的转运,至器官,离开 器官,四、毒作用的一般模式,48,吸收是指外源性化学物通过与机体的接触经皮肤、黏膜、呼吸道进入体内循环的过程。,影响吸收速率因素,化学物在吸收 部位的浓度,化学物接触 和溶解的速率,接触部位面积,吸收部位上皮
19、的特性,皮肤的微循环,毒物的理化特性,毒物脂溶性,1、毒物的转运吸收,49,毒物在转运的过程中，从血液进入细胞间质，然后进入细胞内。,影响毒物分布的因素,与血浆蛋白的结合率,特殊屏障的作用,转运到存储部位类似于脂肪组织,与细胞内的结合蛋白连接,1、毒物的转运分布,50,排泄指将外源化学物从血液中排泄到体外的过程。 排泄的途径和速度主要取决于毒物的理化性质。主要的排泄器官（肾和肝）能有效地排除高度亲水性离子型化合物。 对于高度亲脂性的化合物，如多氯联苯等还未见有效的排泄机制。,1、毒物的转运排泄,51, 输送到肾小管的毒物可由扩散经肾小管细胞回流到周围毛细血管，此过程因肾小管的重吸收而得到强化。
20、 由胆、胃、小肠排泄的毒物，以及随唾液和胰腺分泌而转送到胃肠的毒物，也可通过扩散透过小肠的黏膜而被重新吸收。,1、毒物的转运重吸收,52,生物体受到毒物作用引起结构或功能改变后出现的疾病状态称中毒，而毒性是指毒物接触或进入生物体够引起生物体的易感部位产生有害作用的能力。,1、毒物的转运中毒,中 毒,直接作用（强酸、重金属离子）,间接作用由生物转化产生,作用 方式,53,通过生物转化而将终毒物排除，或者阻止毒性产物形成的过程，称为解毒过程。 一般而言，没有功能基团的化学物如苯和甲苯经两个阶段的解毒： 功能基团如羟基和羧基，经细胞色素P450酶催化引进到化学物分子中。 一个内源性酸如葡萄糖醛酸、硫
21、酸或氨基酸，经转移酶与功能基团结合。,1、毒物的转运解毒,54,2、毒物对靶分子的作用结合方式,四、毒作用的一般模式,反应种类：-非共价结合、-共价结合、-电子转移、 -酶反应、-氢原子萃取,靶分子,靶位影响因素： -反应性、-可接触性、-关键反应,最终毒物,毒性结果：-功能紊乱、-结构破坏、-新抗原形成,55,有些毒物能模拟内源配体而激活蛋白质的靶分子，更常见的是化合物抑制靶分子。例如：多种外源性化学物如阿托品、箭毒、士的宁等，能通过与配体的结合，或干扰离子通道的功能而阻断神经递质的传递。,靶分子功能紊乱,2、毒物对靶分子的作用,56,毒物常作用于蛋白质结构的关键部位，如琉基基团。该部位直接
22、参与蛋白质的催化功能和组装大分子的功能。很多蛋白质的活性非选择性受损就是起因于琉基团的破坏。 毒物也可干扰DNA的模板功能。化学物与DNA的共价结合，可以导致核苷酸在DNA的复制活动中错误配对。,靶分子功能紊乱,2、毒物对靶分子的作用,57,除了形成DNA加成物之外，毒物还可以通过交联和分子断裂而改变内源分子的主体结构。 外源性化学物及其代谢物与靶分子的共价结合，一般不对免疫系统产生影响。但是，对于某些个体的变异蛋白则可能会促发免疫反应。,靶分子结构破坏,2、毒物对靶分子的作用,58,机体协调细胞的各种活动，是通过每个细胞执行其各自的指令或程序而达到的。为协调各种细胞的程序，细胞具有多种调节网络，这种网络能被外部信号分子激活或灭活。为了执行程序，细胞具有各种功能系统，包括合成、代谢、产生能量。毒物对机体产生毒性效应即毒物引起机体细胞功能发生障碍。,3、毒性产生与表现过程,四、毒作用的一般模式,59,靶分子功能,调节细胞功能,维持细胞稳态,基因表达失控,细胞活动失调,细胞稳态破坏,Ca2+浓度升高,转录失控,信号传递失调,60,说明： 1、对于该PPT的格式认真做了修改； 2、依据老师给出的参考课本对于内容做了些补充； 3、从网上搜索了一些资料（ http:/ http:/ ）,61,
