环境化学物的毒性作用及其影响因素课件.ppt
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- 环境 化学 毒性 作用 及其 影响 因素 课件
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1、第三章第三章 环境化学物的毒性环境化学物的毒性 作用及其影响因素作用及其影响因素 本章内容 第一节 毒性作用 第二节 影响毒性作用的因素本章重点:本章重点:1.1.毒性作用的基本概念毒性作用的基本概念 2.2.影响毒性作用的因素影响毒性作用的因素本章难点:本章难点:1.1.环境化学物的联合毒性作用环境化学物的联合毒性作用 2.2.毒性作用的机制毒性作用的机制第一节第一节 毒性作用毒性作用一、基本概念二、毒性作用的类型三、环境化学物的联合毒性作用四、毒性作用的机理 返回本章目录一、基本概念一、基本概念(一)毒物(一)毒物(二)毒性(二)毒性(三)中毒(三)中毒(四)危险度与危害性(四)危险度与危
2、害性(五)剂量(五)剂量(六)效应和反应(六)效应和反应(七)剂量(七)剂量-效应关系和剂量效应关系和剂量-反应关系反应关系 (一)毒物(一)毒物 毒物(toxicant)是指在一定条件下,较小剂量就能引起机体功能性或器质性损伤的化学物质。(二)毒性(二)毒性 毒性(toxicity)是指一种物质能引起机体损害的性质和能力。(三)中毒(三)中毒 中毒(toxication)是指机体受到某种化学物质的作用而引起功能性或器质性的病变。根据中毒发生发展的快慢,可区分为急性中毒、亚慢(急)性中毒和慢性中毒。(四)危险度与危害性(四)危险度与危害性 危险度(risk)也称危险性或风险度,是指在一定暴露条
3、件下引起机体某种不良效应发生的概率,即是指某种物质在具体的接触条件下,对机体造成损害可能性的定量估计。危害性(hazard)的意义与危险度相似,但缺乏定量概念,未考虑机体可能接触的剂量和损害程度,一般指化学物对机体产生危害的可能性。(五)剂量(五)剂量 剂量(dose)是指给予机体的或机体接触的外源化学物的数量。剂量的单位通常是以单位体质量接触的外源化学物数量(mg/kg体质量)或机体生存环境中的浓度(mg/m3空气,mg/L水)表示。剂量是决定外源化学物对机体造成损害作用的最主要因素。同一种化学物,不同剂量对机体作用的性质和程度不同。毒理学常用的几个剂量概念毒理学常用的几个剂量概念 致死剂量
4、指以机体死亡为观察指标而确定的外源化学物剂量。按照可引起机体死亡率不同而有以下几种致死剂量:1.1.致死剂量致死剂量(1)(1)绝对致死量(绝对致死量(LDLD100100)指能引起所观察个体全部死亡的最低剂量,或在实验中可引起实验动物全部死亡的最低剂量。(2)半数致死量和半数致死半数致死量和半数致死 浓度浓度 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。半数致死浓度(LC50),即引起一群个体50%死亡所需的浓度。一般以mg/m3空气和mg/L水来表示。最小致死量(MLD、LDmin或LD01)指在一群个体中仅引起个别死亡的最低剂量。低于此剂量即不能使个体死亡。(3
5、)(3)最小致死量最小致死量 最大耐受量(MTD或LD0)指在一群个体中不引起死亡的最高剂量。(4)(4)最大耐受量最大耐受量 2.2.半数效应剂量半数效应剂量 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。最小有作用剂量也称中毒阈剂量或中毒阈值,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,使某项灵敏的观察指标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。最大无作用剂量又称未观察到作用剂量(NOEL)或称未观察到有害作用的剂量(NOAEL),指外源化学物在一定时间内按一定方式或途径与机体接触后,用目前
6、最为灵敏的方法和观察指标,未能观察到任何对机体损害作用的最高剂量。(六)效应和反应(六)效应和反应 1.效应效应(effecteffect)指一定剂量外源化学物与机体接触后所引起的生物学变化。此种变化的程度大多可用计量单位表示。2.反应反应(response)指一定剂量的外源化学物与机体接触后,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。(七)剂量(七)剂量-效应关系和剂量效应关系和剂量-反应关系反应关系 1剂量-效应关系和剂量-反应关系 剂量效应关系:是指不同剂量的外源化学物与其在个体或群体中所引起的量效应大小之间的相关关系。剂量反应关系:是指不同剂量的外源化
7、学物与其引起的效应发生率之间的关系。2剂量-效应关系和剂量-反应关系曲线 剂量效应关系和剂量反应关系均可用曲线表示(图3-1),即以表示效应强度的计量单位或表示反应的百分率或比值为纵坐标,以剂量为横坐标绘制散点图所得的曲线。(1)直线型(2)抛物线型(3)S形曲线 图3-1 剂量-反应曲线图 图3-1a (直线型)图3-1b (抛物线型)图3-1c (S型线型)图3-1d 剂量反应曲线图3-1 剂量-反应曲线图 二、毒性作用的类型二、毒性作用的类型(一)局部和全身毒性作用(一)局部和全身毒性作用(二)速发和迟发毒性作用(二)速发和迟发毒性作用(三)可逆和不可逆毒性作用(三)可逆和不可逆毒性作用
8、(五)特异体质反应(五)特异体质反应 某些环境化学物可引起机体直接接触部位的损伤,称局部毒性作用局部毒性作用。环境化学物被吸收后,随血循环分布全身而呈现的毒性作用,称为全身毒性全身毒性作用作用。(四)变态反应(四)变态反应(一)局部和全身毒性作用(一)局部和全身毒性作用(二)速发和迟发毒性作用(二)速发和迟发毒性作用(三)可逆和不可逆毒性作用(三)可逆和不可逆毒性作用(五)特异体质反应(五)特异体质反应 某些环境化学物一次接触后在短时间内引起的毒性作用,称为速发毒性作用速发毒性作用。迟发毒性作用迟发毒性作用是指一次或多次接触某些化学物后,需经一段时间后才呈现的毒性作用。(四)变态反应(四)变态
9、反应(一)局部和全身毒性作用(一)局部和全身毒性作用(二)速发和迟发毒性作用(二)速发和迟发毒性作用(三)可逆和不可逆毒性作用(三)可逆和不可逆毒性作用(五)特异体质反应(五)特异体质反应 停止接触化学物后可逐渐消退的毒性作用,称可逆毒性作用。如果机体接触化学物的浓度低、时间短、损伤轻,可以是可逆的毒性作用可逆的毒性作用。不可逆毒性作用不可逆毒性作用是指停止接触化学物后,其作用继续存在,甚至损伤可进一步发展。化学物的致突变、致癌变作用是不可逆毒性作用。(四)变态反应(四)变态反应(一)局部和全身毒性作用(一)局部和全身毒性作用(二)速发和迟发毒性作用(二)速发和迟发毒性作用(三)可逆和不可逆毒
10、性作用(三)可逆和不可逆毒性作用(四)变态反应(四)变态反应(五)特异体质反应(五)特异体质反应 变态反应(allergic reaction):是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。(一)局部和全身毒性作用(一)局部和全身毒性作用(二)速发和迟发毒性作用(二)速发和迟发毒性作用(三)可逆和不可逆毒性作用(三)可逆和不可逆毒性作用(五)特异体质反应(五)特异体质反应 特异体质反应(idiosyncratic reaction):一般是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。(四)变态反应(四)变态反应三、环境化学物的联合毒性作用三、环境化学物的联
11、合毒性作用凡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。(一)联合作用的类型(一)联合作用的类型相加作用协同作用增强作用颉颃作用联合作用独立作用相加作用协同作用增强作用颉颃作用联合作用独立作用 多种环境化学物同时作用于机体所产生的生物学作用的强度是各自单独作用的总和,此种作用称为相加作用。两种或两种以上环境化学物同时作用于机体,所产生生物学作用的强度远远超过各化学物单独作用强度的总和,此种作用称为协同作用。相加作用协同作用增强作用颉颃作用联合作用独立作用 一种环境化学物本身对机体并无毒性,但能使与其同时进入机体的另一种环境化学物的毒性增强,此
12、种作用称为增强作用或增效作用。相加作用协同作用增强作用颉颃作用联合作用独立作用 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,此种作用称为颉颃作用。相加作用协同作用增强作用颉颃作用联合作用独立作用 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、受体和部位不同,彼此互无影响,仅表现为各自的毒作用,对此称为独立作用。相加作用协同作用增强作用颉颃作用联合作用独立作用(二)联合作用类型的评定(二)联合作用类型的评定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LD5
13、0。混合物的预期LD50值的计算公式如下:式中:A,B,N,代表混合物中的各化合物;a,b,n,分别为各化合物在混合物中所占的质量比例,2等效应线图法注:ad相加作用;at颉颃作用;sy协同作用横纵坐标分别表示乙、甲化学物的LD50及其95%可信上下限(mg/kg)。图图3-2 联合作用的等效应曲线联合作用的等效应曲线 四、毒性作用的机理四、毒性作用的机理 (一)干扰正常受体(一)干扰正常受体-配体的相互作用配体的相互作用受体(receptor)是许多组织细胞的生物大分子,与化学物即配体(ligand)相结合后形成配体受体复合物,能产生一定的生物学效应。许多环境化学物尤其是某些神经毒物的毒性作
14、用与其干扰正常受体配体相互作用的能力有关。在体内,肉毒毒素能特异性地与胆碱能神经末梢突触前膜的表面受体相结合,然后由吸附性胞饮而内转进入细胞内(此过程称为毒素的内转,internalization),因为此时囊泡不能再与突触前膜融合,从而有效地阻抑了胆碱能神经介质乙酰胆碱的释放。乙酰胆碱释放的抑制有效地阻断了胆碱能神经传导的生理功能,尤其是神经肌肉接头部位特别敏感。呼吸肌麻痹是致死的主要原因。(二)细胞膜损伤(二)细胞膜损伤 维持细胞膜的稳定性对机体内的生物转运、信息传递及内环境稳定是非常重要的。某些环境化学物可引起膜成分的改变。有些环境化学物可改变膜脂流动性。有的可影响膜上某些酶的活力。膜通
15、透性的改变主要也是膜蛋白的改变。细胞膜通透性的改变心脏毒素:穿插到细胞膜上,改变细胞膜间的通透性,利用三个指环与细胞膜作用。心脏毒素心脏毒素(摘自摘自:atp.life.nctu.edu.tw/snake/protein/cxn_mem.html)(三)干扰细胞内钙稳态(三)干扰细胞内钙稳态 正常情况下细胞内的钙浓度较低(10-710-8 mol/L),细胞外浓度较高(10-3mol/L),内外浓 度相差103104倍。钙作为细胞的第二信使,在调 节细胞内功能方面起着关键性作用。环境化学物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、醌、过氧化物、醛类、二恶英、卤化链烷、
16、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。(四)干扰细胞能量的产生(四)干扰细胞能量的产生 机体内的能量来源于糖类和脂肪类的生物氧化,所产生的能量以形成三磷酸腺苷(ATP)的形式贮存起来,为各种生命活动提供能量,这种氧化磷酸化过程又称细胞呼吸链。有些环境化学物可干扰糖类氧化,使细胞不能产生ATP。细胞缺乏ATP可导致功能丧失或者死亡。(五)自由基与脂质过氧化(五)自由基与脂质过氧化 自由基(free radical)是指具有奇数电子的分子,或者化合物的共价键发生均裂而产生具有奇数电子的产物。有些环境化学物本身具有自由基性质,如NO2;有的环境化
17、学物化学性质活泼,与多不饱和脂肪酸作用后可形成自由基,如O3、单线态氧(O2);有的化合物可经代谢形成自由基,自由基可引起脂质过氧化作用,还可攻击核酸。多不饱和脂肪酸链的过氧化作用多不饱和脂肪酸链的过氧化作用 自由基对细胞膜的损伤自由基对细胞膜的损伤 (六)与生物大分子结合(六)与生物大分子结合 环境化学物与生物大分子结合可分非共价结合和共价结合。共价结合可改变核酸、蛋白质和酶及脂质等生物大分子结构与功能,引起一系列生物学改变。(七)选择性细胞致死(七)选择性细胞致死有些外源化学物对某种组织器官的细胞有选择性致死毒性。(八)非致死性遗传改变(八)非致死性遗传改变 某些环境化学物可干扰DNA复制
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