1、1 第七章 污染物在生物體內(nèi)的積累與轉(zhuǎn)化污染物在生物體內(nèi)的積累與轉(zhuǎn)化n前幾章介紹了污染物在水體、大氣、土壤的遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律，污染物對生物、環(huán)境是有作用的，毒理作用集中在這一章中講。 2 綜合運用化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)三方面的理論和方法綜合運用化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)三方面的理論和方法 (1)研究化學(xué)污染物造成的生物效應(yīng)，如致畸、致突變、致癌的生物化學(xué)機理 (2)化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與毒性的相關(guān)性 (3)多種污染物毒性的協(xié)同和拮抗作用的化學(xué)機理 (4)污染物食物鏈作用的生物化學(xué)過程 3一、污染物質(zhì)在機體內(nèi)的積累與轉(zhuǎn)化一、污染物質(zhì)在機體內(nèi)的積累與轉(zhuǎn)化 污染物質(zhì)在機體內(nèi)的運動過程包括吸收、分布、排泄和生物轉(zhuǎn)化。 吸收、

2、分布和排泄稱為轉(zhuǎn)運，排泄與生物轉(zhuǎn)化稱吸收、分布和排泄稱為轉(zhuǎn)運，排泄與生物轉(zhuǎn)化稱為消除為消除。吸收吸收 吸收是污染物質(zhì)從機體外，通過各種途徑通透體膜進入血液的過程。 吸收途徑主要是機體的消化管、呼吸道和皮膚。 消化管是吸收污染物質(zhì)最主要的途徑。消化管的主要吸收部位在小腸，其次是胃。 4 呼吸管是吸收大氣污染物的主要途徑。其主要吸收部位是肺泡。 吸收的氣態(tài)和液態(tài)氣溶膠污染物質(zhì)，可以被動擴散和濾過方式，分別迅速通過肺泡和毛細血管膜進入血液。 固態(tài)氣溶膠和粉塵污染物質(zhì)吸進呼吸道后，可在氣管、支氣管及肺泡表面沉積。 皮膚吸收是不少污染物質(zhì)進入機體的途徑。 5 分布是指污染物質(zhì)被吸收后或其代謝轉(zhuǎn)化物質(zhì)形成

3、后，由血液轉(zhuǎn)送至機體各組織;與組織成分結(jié)合；從組織返回血液以及再反復(fù)等過程。 在污染物質(zhì)的分布過程中，污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)運以被動擴散為主。 脂溶性污染物質(zhì)易于通過生物膜，組織血流速度是分布的限速因素。 分布分布6排泄是污染物質(zhì)及其代謝物質(zhì)向機體外的轉(zhuǎn)運過程。 排泄器官有腎、肝膽、腸、肺、外分泌腺等，而以腎和肝膽為主。 腎排泄是污染物質(zhì)通過腎隨尿而排出的過程。 腎排泄是污染物質(zhì)的一個主要排泄途徑。污染物質(zhì)的另一個重要排泄途徑，是肝膽系統(tǒng)的膽汁排泄。 膽汁排泄是指主要由消化管及其他途徑吸收的污染物質(zhì)，經(jīng)血液到達肝臟后，以原物或其代謝物和膽汁一起分泌至十二指腸，經(jīng)小腸至大腸內(nèi)，再排出體外的過程。排泄排泄7

4、 機體長期接觸某污染物質(zhì)，若吸收超過排泄及其代謝轉(zhuǎn)化，則會出現(xiàn)該污染物質(zhì)在體內(nèi)逐增的現(xiàn)象，稱為生物蓄積生物蓄積。 蓄積量是吸收、分布、代謝轉(zhuǎn)化和排泄各量的代數(shù)和。 機體的主要蓄積部位是血漿蛋白、脂肪組織和骨酪。污染物質(zhì)常與血漿蛋白結(jié)合而蓄積。 蓄積部位中的污染物質(zhì)，常同血漿中游離型污染物質(zhì)保持相對穩(wěn)定的平衡。蓄積蓄積8二、二、 物質(zhì)通過生物膜的方式物質(zhì)通過生物膜的方式 生物膜生物膜的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 9膜孔濾過膜孔濾過 直徑小于膜孔的水溶性物質(zhì)，可借助膜兩側(cè)靜水壓及滲透壓經(jīng)膜孔濾過。被動擴散被動擴散 脂溶性物質(zhì)從高濃度側(cè)向低濃度側(cè)。即順濃度梯度擴散通過有類脂層屏障的生物膜。10被動易化擴散被動易化擴

5、散 物質(zhì)在高濃度側(cè)與膜上特異性蛋白質(zhì)載體結(jié)合，通過生物膜，至低濃度側(cè)解離出原物質(zhì)稱為被動易化擴散。主動轉(zhuǎn)運主動轉(zhuǎn)運 在需消耗一定的代謝能量下，物質(zhì)可在低濃度側(cè)與膜上高濃度特異性蛋白載體結(jié)合，通過生物膜，至高濃度側(cè)解離出原物質(zhì)稱為主動轉(zhuǎn)運。胞吞和胞飲胞吞和胞飲 少數(shù)物質(zhì)與膜上某種蛋白質(zhì)有特殊親和力，當其與膜接觸后，可改變這部分膜的表面張力，引起膜的外包或內(nèi)陷而被包圍進入膜內(nèi)，固體物質(zhì)的這一轉(zhuǎn)運稱為胞吞，而液態(tài)物質(zhì)的這一轉(zhuǎn)運稱為胞飲。11三三、 污染物質(zhì)的生物富集、放大和積累污染物質(zhì)的生物富集、放大和積累 生物富集生物富集 生物富集是指生物通過非吞食方式，從周圍環(huán)境(水、土壤、大氣)蓄積某種元素或

6、難降解的物質(zhì)，使其在機體內(nèi)濃度超過周圍環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。 生物富集用生物濃縮系數(shù)表示，即： BCF = Cb/Ce 式中：BCF：生物濃縮系數(shù) Cb：某種元素或難降解物質(zhì)在機體中的濃度; Ce：某種元素或難降解物質(zhì)在機體周圍環(huán)境中的濃度。 12n生物積累生物積累。n其大小可以用積累倍數(shù)積累倍數(shù)表示。積累倍數(shù)積累倍數(shù) （P） = CeCbCb：在一定條件下，某物或某元素在生物體內(nèi)的積累濃度。Ce：跟生物體結(jié)果量相平衡的，是生物生長環(huán)境（水、土、空氣）中某物或Cb處于平衡狀態(tài)下的濃度。13影響因素：n 生物積累與污染物濃度、污染物性質(zhì)，生物本身特點以及環(huán)境的理化因素等有密切關(guān)系。 一般，在一定濃度

7、范圍內(nèi)，污染物濃度越大，生物積累倍數(shù)越高。n同一種生物影響生物積累倍數(shù)。 大小、性別、季節(jié)、食性、食量、本身脂肪含量.14生物放大生物放大 生物放大是指在同一食物鏈上的高營養(yǎng)級生物，通過吞食低營養(yǎng)級生物蓄積某種元素或難降解物質(zhì)，使其在機體內(nèi)的濃度隨營養(yǎng)級數(shù)提高而增大的現(xiàn)象。 生物放大的程度也用生物濃縮系數(shù)表示。生物積累生物積累 生物積累是生物從周圍環(huán)境(水、土壤、大氣)和食物鏈蓄積某種元素或難降解物質(zhì)，使其在機體中的濃度超過周圍環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。 生物積累也用生物濃縮系數(shù)表示。15四四 、 污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化 物質(zhì)在生物作用下經(jīng)受的化學(xué)變化，稱為生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化或代謝(轉(zhuǎn)化)

8、。 微生物可以催化轉(zhuǎn)化或降解有機污染物。 在生物化學(xué)反應(yīng)中，氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)是重要的一類。其次是催化還原反應(yīng)催化還原反應(yīng).酶也可以催化水解反應(yīng). 16水環(huán)境中微生物的類群水環(huán)境中微生物的類群 在水環(huán)境中，微生物可以分成細菌、真菌和藻類三類。細菌的分類細菌的分類 自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物 好氧細菌及厭氧細菌好氧細菌及厭氧細菌17生物轉(zhuǎn)化中的酶生物轉(zhuǎn)化中的酶 酶是一類由細胞制造和分泌的、以蛋白質(zhì)為主要成分的、具有催化活性的生物催化劑。 酶的種類有2103多種。 酶分為胞外酶和胞內(nèi)酶兩大類。 根據(jù)催化反應(yīng)類型:氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶、合成酶。 按照成分分為:單成分酶和

9、雙成分酶兩大類1819FMN和FAD傳遞氫原子的反應(yīng)20輔酶和輔酶21輔酶和輔酶傳遞氫的反應(yīng)22輔酶Q的遞氫反應(yīng)23輔酶A24耗氧有機污染物質(zhì)的微生物降解耗氧有機污染物質(zhì)的微生物降解有毒有機污染物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化有毒有機污染物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化氮、硫的微生物轉(zhuǎn)化氮、硫的微生物轉(zhuǎn)化重金屬元素的微生物轉(zhuǎn)化重金屬元素的微生物轉(zhuǎn)化25五五、 污染物質(zhì)的毒性污染物質(zhì)的毒性毒物毒物 毒物是進入生物機體后能使體液和組織發(fā)生生物化學(xué)的變化，干擾或破壞機體的正常生理功能，并引起暫時性或持久性的病理損害，甚至危及生命的物質(zhì)。 按作用于機體的主要部位可分為作用于神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、肝、腎、眼、皮膚的毒物等。

10、 根據(jù)作用性質(zhì)，毒物可分為刺激性、腐蝕性、窒息性、致突變、致癌、致畸、致敏的毒物等。 26 影響毒物毒性的因素 ：(1)毒物的化學(xué)結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)；(2)毒物所處的基體因素(如基體的組成、性質(zhì)等)；(3)機體暴露于毒物的狀況(如毒物劑量，濃度，機體暴露的持續(xù)時間、頻率、總時間、機體暴露的部位及途徑等)；(4)生物因素(如生物種屬差異、年齡、體重、性別、遺傳及免疫情況、營養(yǎng)及健康狀況等)；(5)生物所處的環(huán)境(如溫度、濕度、氣壓、季節(jié)及晝夜節(jié)律的變化、光照、噪聲等)。 毒物的毒性毒物的毒性27 毒理學(xué)把毒物劑量(濃度)與引起個體生物學(xué)的變化，如腦電、心電、血象、免疫功能、酶活性等的變化稱為效應(yīng)效應(yīng)

11、； 把引起群體的變化，如腫瘤或其他損害的發(fā)生率、死亡率等變化稱為反應(yīng)反應(yīng)。 毒物劑量(濃度)與反(效)應(yīng)變化之間的關(guān)系，稱為劑量劑量- -反反( (效效) )應(yīng)關(guān)系。應(yīng)關(guān)系。 根據(jù)劑量(濃度)大小所引起毒作用快慢的不同，將毒作用分為急性、慢性和亞急急性、慢性和亞急( (或亞慢或亞慢) )性性三種。 28 急性毒作用一般以半數(shù)有效劑量(ED50)或半數(shù)有效濃度(EC50)來表示。 ED50和EC50分別是毒物引起一群受試生物的半數(shù)產(chǎn)生同一毒作用所需的毒物劑量和毒物濃度。 ED50或EC50數(shù)值越小，受試物質(zhì)的毒性越高，反之，則毒性越低。 半數(shù)有效劑量或半數(shù)有效濃度，若以死亡率作為毒作用的觀察指標

12、，則稱為半數(shù)致死劑量(LD50)或半數(shù)致死濃度(LC50)。 2930 慢性毒作用以閾劑量(濃度)或最高允許劑量(濃度)來表示。 閾劑量(濃度)是指在長期暴露毒物下，會引起機體受損害的最低劑量(濃度)。 最高允許劑量(濃度)是指長期暴露在毒物下，不引起機體受損害的最高劑量(濃度)。31毒物的聯(lián)合作用毒物的聯(lián)合作用 協(xié)同作用協(xié)同作用 相加作用相加作用 獨立作用獨立作用 拮抗作用拮抗作用 32毒物作用的過程毒物作用的過程(1)毒物被機體吸收進入體液后，經(jīng)分布、代謝轉(zhuǎn)化，并有一定程度的排泄。(2)毒物或活性代謝產(chǎn)物與其受體進行原發(fā)反應(yīng)，使受體改性，隨后引起生物化學(xué)效應(yīng)。(3)一系列病理生理的繼發(fā)反應(yīng)，出現(xiàn)在整體條件下可觀察到的毒作用的生理和(或)行為的反應(yīng)，即致毒癥狀。 33毒毒物物作用的生物化學(xué)機制作用的生物化學(xué)機制酶活性的抑制酶活性的抑制 毒物進入機體后，一方面在酶催化下進行代謝轉(zhuǎn)化；另一方面也可干擾酶的正常作用，包括酶的活性、數(shù)量等，從而有可能導(dǎo)致機體的損害。 干擾酶的作用干擾酶的作用: 對酶活性的抑制。 有些重金屬離子與含巰基的酶強烈結(jié)合。 某些金屬取代金屬酶中的不同金屬。 34 致突變作用致突變作用 致突變作用是指生物細胞內(nèi)DNA改變，引起的遺傳特性突變的作用。 具有致突變作用的污染物質(zhì)稱為致突變物。致突變作用分為基因突變和染色體突變兩類。 致癌作用致癌作用 致癌是體