第七章 環(huán)境污染的監(jiān)測與評價

一、污染物與毒物指進入環(huán)境后能夠直接或間接危害人類的物質。進入環(huán)境后使環(huán)境的正常組成發(fā)生變化，直接或間接有害于人類的物質。進入環(huán)境后使環(huán)境的正常組成發(fā)生變化，直接或間接有害于生物生長、發(fā)育和繁殖的物質。污染物的作用對象是包括人在內的所有生物。（一）污染物第七章環(huán)境污染的監(jiān)測與評價第一節(jié)環(huán)境污染物與毒物毒物：是指對機體產生有害作用（毒作用）的化學物質。環(huán)境污染物屬于毒物的范疇。外來化合物：是指在所研究的生物體內，正常情況下不產生的化合物。有毒化學物質，通過各種途徑排放至大氣、水源、土壤等人類生存的環(huán)境中，通常稱為環(huán)境毒物。毒物的相對性：銅、鋅、鈣、氟、硒等。（二）毒物二、環(huán)境污染物的毒害過程時間范圍上瞬時毒害過程：需要較短時間就能表現(xiàn)出的生態(tài)適應與生態(tài)進化過程。漫長毒害過程：環(huán)境污染物的稀釋過程、慢性中毒反應過程和環(huán)境毒物的生物積累、生物放大過程等?？臻g尺度上微觀的毒害過程主要指環(huán)境毒物通過生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學和生物過程，水－土、氣－土、根－土、植－土界面的毒物傳輸?shù)冗^程。宏觀的毒害過程則指跨流域、跨區(qū)域乃至全球范圍的環(huán)境毒物傳輸與擴散，即長距離遷移、毒害的過程。環(huán)境污染物的毒害過程具有明顯的復雜性和不穩(wěn)定性特征。生態(tài)系統(tǒng)中環(huán)境污染物的種類和數(shù)量，已經由單一或少量的環(huán)境毒物向多種環(huán)境毒物的聯(lián)合毒害發(fā)展，毒害效應過程更加復雜。不穩(wěn)定性取決于生態(tài)系統(tǒng)中環(huán)境毒物種類和數(shù)量的可變性，以及環(huán)境毒物在環(huán)境介質，空氣、水、土壤中的相互作用效應與遷移轉化過程。三、主要環(huán)境污染物及其環(huán)境毒理學效應（一）重金屬重金屬和配位體的相互作用，重金屬的有機化，重金屬的氧化還原反應，重金屬的蓄積作用是重金屬毒性作用的特性。特性原因重金屬與生物成分的相互作用，即和大分子物質的作用可能是大多數(shù)金屬產生毒性效應的原因。過程毒性作用的受體可能是有催化作用的官能團、結構單元，或細胞膜上的轉運成分，氨基酸、肽、蛋白質、核酸等生物成分多有與金屬結合的基團。（二）大氣污染物指大氣污染物或由它轉化成的二次污染物的含量遠遠超過正常本底含量，對人體和生物體產生不良影響的大氣狀況。根據物理形態(tài)：大氣污染根據化學形態(tài)：分成含硫化合物，含氮化合物，碳氫化合物，碳氧化合物，鹵素化合物，顆粒物質和放射性物質七類。分為氣態(tài)污染物和顆粒污染物。SO2——大氣中最主要的污染物酸雨使水體、土壤酸化，破壞森林，傷害莊稼，損傷古跡文物，影響人體健康和生物生存。極易與呼吸道表面的水相作用，形成亞硫酸或硫酸，損傷呼吸粘膜，甚至引起死亡。對微生物具有致突變作用，是一種極強的親核劑，可引起植物、動物細胞染色體畸變。危害人體健康致突變/致畸作用形成酸雨（三）農藥大劑量的有機氯農藥進入機體，可引起中樞神經及某些實質臟器特別是肝臟與腎臟的嚴重損害，慢性中毒表現(xiàn)為食欲不振，體重減輕，有時也可產生小腦失調、造血器官障礙等加之其化學性質穩(wěn)定，對人體危害的特征具有蓄積性和遠期效應。有機氯農藥常用有機氯農藥具有系列特性：①蒸氣壓低，揮發(fā)性小，使用后消失緩慢；②脂溶性強，水中溶解度大多低于1pm；③氯苯架構穩(wěn)定，不易為體內酶降解，在生物體內消失緩慢；④土壤微生物作用的產物，也象親體一樣存在著殘留毒性；⑤有些有機氯農藥，如DDT能懸浮于水面，可隨水分子一起蒸發(fā)。環(huán)境中有機氯農藥，通過生物富集和食物鏈作用，危害生物。四、影響毒作用的主要因素物理環(huán)境濕度通常高溫可促進毒物的吸收使毒性增強，而溫度下降可使毒性降低。濕度可以促進化學毒物經皮膚吸收。高濕度可加速毒物的水解作用，使某些毒物改變狀態(tài)毒性增大。（一）環(huán)境因素氣壓時間一般情況下，氣壓對毒物無明顯影響。但氣壓增高時，往往影響大氣中污染物的濃度。生物體許多功能隨季節(jié)和晝夜節(jié)律產生規(guī)律性的變動。生物對化學物質作用的反應，也受季節(jié)和晝夜的影響。作用方式污染物進入機體后的作用方式，也是決定毒性的重要因素。環(huán)境污染物的聯(lián)合作用類型包括：獨立作用、相加作用、協(xié)同作用與拮抗作用。獨立作用相加作用多種化學物各自對機體產生不同的效應，其作用的方式、途徑和部位也不相同，彼此之間互無影響。多種化學物混合產生的生物學作用強度是各種化學物分別產生的作用強度總和。有機磷農藥：樂果、敵百蟲及敵敵畏等協(xié)同作用拮抗作用兩種或兩種以上化學物同時或在數(shù)分鐘內先后與機體接觸，其對機體產生生物學作用的強度遠遠超過它們分別單獨與機體接觸時所產生的生物學作用的總和。如四氯化碳、乙醇兩種化學物同時或在數(shù)分鐘內先后輸入機體，其中一種化學物可干擾另一種化學物原有的生物學作用，使其減弱，或兩種化學物相互干擾，使混合物的生物學作用或毒性作用的強度低于兩種化學物輸入機體時強度的總和。鈣對鉛具有抑制作用；Se可降低As所誘導的致畸毒性；Se對Hg的毒作用影響最為明顯。物理性狀與生物學效應溶解度揮發(fā)度化學物質在體液中的溶解度大小與毒性強弱有關，溶解度越大，在體內吸收率越高，毒性越大?；瘜W物質的揮發(fā)度大小常與本身的熔點、沸點、蒸氣壓有關?；瘜W物質的揮發(fā)度愈大，空氣中的濃度愈大，通過呼吸道引起中毒的危險性就愈大。物質顆粒大小的程度，化學毒物的分散度愈大，表示其顆粒愈小，其化學活性增大，同時容易隨空氣吸入呼吸道深部，其危害性也較大。分散度化學物質在體液中的溶解度對毒性的影響為正相關關系；揮發(fā)度大小也可決定化學物對人體的影響程度；而分散度大的化學毒物，其危害性也較大。氧化鉛＞金屬鉛＞硫化鉛（二）化學毒物的理化性狀及效應化學結構與毒性QSAR法用數(shù)學模型來定量地描述化學物質的結構與生物活性的相關關系。QSAR法（定量結構與活性關系法）是目前定量研究化學物質結構與生物學活性關系的常用方法。毒物的化學結構決定在體內參與和干擾的生化過程，決定毒作用的性質。種屬、品系和個體差異年齡和發(fā)育由于機體的結構與功能方面的差異，外來化合物在不同種屬和品系動物體內的生物轉運和生物轉化過程不一定完全相同，以致其毒性作用亦可能存在差異。新生動物對中樞神經劑敏感性較差，對中樞神經抑制劑較敏感；機體老年后代謝功能減退，對一般化學物質的毒性作用較敏感，但對于需經生物轉化后才具有毒性作用的化學物質則相反。（三）個體因素性別與激素遺傳因素健康狀況與營養(yǎng)對大多數(shù)毒物而言，雌性動物往往較雄性動物敏感。這種差異，主要與性激素和其代謝毒物的功能不同有關。動物的健康狀態(tài)，營養(yǎng)條件等，影響代謝水平和酶活性，影響毒性。先天性代謝缺陷或生理變異，可導致對某些化合物效應的敏感性。如磷酸葡萄糖脫氫酶缺乏的人，對苯、苯胺等比較敏感，容易引起溶血。第二節(jié)一、污染物在生物體內的吸收、分布和排泄（一）吸收1.消化道吸收最主要的吸收途徑，主要以簡單擴散方式通過細胞膜被吸收。2.呼吸道吸收主要經肺吸收直接進入血液循環(huán)而分布全身。3.經皮膚吸收皮膚并不具有高度的通透性，但是有些外來化合物可以通過皮膚吸收，引起全身作用，如CCl4、有機磷農藥。（二）分布指污染物經各種途徑吸收后，隨血液和體液循環(huán)分布到全身組織細胞的過程。（三）排泄一種化學物及其代謝產物向機體外轉運的過程，是機體內物質代謝全過程的最后一個環(huán)節(jié)。主要通過腎臟隨同尿液排出或經過肝臟隨同膽汁混入糞便中而排出。經過呼吸器官隨同氣體呼出。通過皮膚隨同汗液以及唾液、乳汁、淚液和胃腸道分泌物排出等。排泄途徑二、污染物的生物轉化是指進入體內的外來化合物，在體內酶催化下發(fā)生一系列代謝變化的過程，亦稱為生物代謝轉化。生物轉化生物代謝轉化成的衍生物稱為代謝物。代謝物肝、腎、胃、腸、肺、皮膚和胎盤等都具有代謝轉化功能，其中以肝臟代謝最為活躍，其次為腎和肺等。根據化學物結構和反應性，經過生物代謝轉化，原無毒或毒性小的化合物，能夠被轉化成有毒或毒性大的產物，這種轉化叫做生物活化作用或生物增毒作用。生物活化作用生物滅活作用有毒的化學物，經代謝轉化變成無毒或低毒的產物，這種轉化叫做生物滅活作用或生物解毒作用。有些毒物經生物轉化，在體內生成新的毒性更強的化合物，稱為致死性合成。大多數(shù)外來化合物的生物轉化過程中都包括氧化反應。此反應主要由微粒體中的混合功能氧化酶催化。微粒體混合功能氧化酶是鑲嵌在細胞內質網膜上的一組酶，是毒物代謝反應的主要酶系。通常將氧化、還原、水解稱為外來化合物代謝轉化的第一階段，或第一相反應。結合反應為第二階段，或第二相反應。1.微粒體混合功能氧化反應（一）降解反應毒物在生物體內可被還原酶催化還原，但在哺乳動物組織內還原反應不活躍，在腸道細菌體內還原反應能力較強。在肝組織胞液、血漿和線粒體中，有一些專一性相對不太強的酶，可以催化某些外來化合物氧化與還原。2.微粒體外的氧化反應許多毒物水解后毒性大都降低。3.還原反應4.水解反應進入機體的毒物在代謝過程中與某些內源性化合物或基團發(fā)生的生物合成反應。使毒物分子上某些功能基團失去活性以及喪失毒性；使毒物極性（水溶性）增強，脂溶性降低，加速排泄過程。作用內源性化合物毒物及其代謝物與體內某些內源性化合物或基團結合所形成的產物。是體內正常代謝過程中的產物。結合物（二）結合反應三、污染物在食物鏈中的傳遞與放大指生物或處于同一營養(yǎng)級的許多生物種群，從周圍環(huán)境中吸收并積累某種元素或難分解的化合物，導致生物體內該物質的濃度超過環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。生物富集也稱為生物濃縮、生物積累和生物放大。生物富集通常隨著食物鏈的延伸而急劇增大，其富集量通常用富集系數(shù)（或濃縮系數(shù)、積累系數(shù)，BCF）表示。生物富集重金屬具有沿食物鏈積累和放大的特征。重金屬中，汞、鎘、鋅、銅、鉛沿食物鏈積累和放大的現(xiàn)象都很明顯。其中汞和鎘的食物鏈富集、積累對人類的威脅最大。（一）重金屬的食物鏈積累有機氯農藥能在環(huán)境中長期殘留，同時具有很高的脂水分配系數(shù)，從水中食物鏈途徑積累于生物體，沿食物鏈逐級放大。（二）農藥的食物鏈積累與放大多氯聯(lián)苯化學性質比DDT更穩(wěn)定，極易在食物鏈中積累，在南極企鵝和北極熊體內也有檢出。（三）多氯聯(lián)苯的食物鏈積累第三節(jié)一、環(huán)境污染物的毒性毒性研究必須考慮它們與生物體接觸的劑量、方式、途徑和時間分布。在短時間內，大量毒物進入機體，引起中毒，癥狀嚴重甚至死亡。急性中毒慢性中毒亞急性或亞慢性中毒少量毒物長期逐漸進入機體內，在體內蓄積到一定程度后出現(xiàn)中毒癥狀。介于急性中毒和慢性中毒之間，界限并不十分明顯。毒性是一種污染物質對生物體造成損害的能力。（一）毒性指給予機體或機體接觸的數(shù)量、外來化合物被吸收進入機體的數(shù)量，外來化合物在關鍵器官或體液中的濃度。⑴致死劑量(致死濃度)引起有機體死亡的劑量(濃度)指能引起一群動物全部死亡的最低劑量絕對致死劑量lethaldose（LD100）絕對致死濃度lethalconcentration（LC100）（二）劑量指能引起一群動物50％死亡所需的劑量半數(shù)致死劑量（medianlethaldoseLD50）半數(shù)致死濃度（medianlethalconcentrationLC50）⑵最大無作用劑量(最大無作用濃度)即在一定時間內，按一定方式或途徑與生物體接觸，按照最敏感的觀察指標或一定的檢測方法，未能觀察到任何損害作用的最高劑量。在進行全生活周期或持續(xù)幾代的慢性試驗時，對試驗動物無影響的毒物濃度?？刹捎媒涷灩接嬎?。⑶安全濃度指使生物體某項觀察指標發(fā)生異常變化所需的最小劑量，亦即能使生物體開始出現(xiàn)毒性反應的最低劑量。最小有作用劑量略高于最大無作用劑量，亦可稱為中毒閾劑量。⑷最小有作用劑量(最小有作用濃度)在某一期限內導致某一特殊反應的毒物劑量或濃度，例如平衡的喪失、生長抑制等。表示方式為ED50或EC50，ED50為半數(shù)有效劑量，EC50為半數(shù)有效濃度。⑸效應劑量(效應濃度)二、環(huán)境污染物毒性的評價方法通過急性毒性實驗獲得結果可闡明外來化學物質的相對毒性及毒作用的特點和方式，確定毒作用劑量－反應關系，為進一步進行其它毒理試驗的設計提供有價值的直接參考依據。1.急性毒性評價急性毒性指外來化學物質大劑量一次或24h內多次接觸于機體后，在短時間內對機體引起的毒性作用。采用體內試驗方法，根據實驗生物染毒時間的長短或次數(shù)分為急性、亞急性（亞慢性）、慢性，以及長期和終生毒性試驗。（一）一般毒性評價研究受試物大劑量給予受試動物后，在短時間內所引起毒作用的這一過程，謂之急性毒性試驗。急性毒性試驗評價環(huán)境污染物毒性的重要手段，是一種控制工業(yè)廢水排放的常規(guī)監(jiān)測方法。魚和大型無脊椎動物96小時LC50的急性毒性試驗，無脊椎動物多采用EC50試驗①急性致死毒性試驗②水生生物急性毒性試驗常采用半數(shù)致死量（半數(shù)致死劑量）表示受試物的急性毒性大小。是衡量毒性大小的公認和基本方法。具有蓄積作用的外來化學物質，如果較小劑量與機體接觸，并不引起急性中毒，但是如果機體與此種小劑量的外來化學物質反復多次接觸，一定時間后可出現(xiàn)明顯中毒現(xiàn)象，稱為蓄積毒性。2.蓄積毒性評價蓄積性毒性蓄積性作用外來化學物質進入機體的速度或數(shù)量超過機體消除的速度或數(shù)量，進而造成外來化學物質在體內不斷積累的過程。蓄積毒性是評價某些外來化學物質亞急性和慢性中毒的主要指標。蓄積系數(shù)蓄積性多次染毒所引起某種效應總量ED50(n)與一次作用時所得相同效應的劑量ED50(1)之比。以死亡率指標作為觀察效應時，此時：Kcum值的大小，表示蓄積作用的強弱。Kcum越小，表示受試物質蓄積性越大。蓄積毒性評價采用蓄積系數(shù)測定法3.亞慢性毒性和慢性毒性評價亦稱短期毒性試驗，研究受試動物在其1/10左右生命時間內，少量反復接觸受試物后所致?lián)p害作用的觀測過程，是慢性毒性的預試步驟。亞慢性毒性試驗亦稱長期毒性試驗，是指在試驗動物生命的大部分時間或終生時間內，連續(xù)長期接觸低劑量的受試物的毒性試驗。慢性毒性試驗通常采用致突變試驗來檢測某些化學物質的致突變性。（二）特殊毒性評價三、環(huán)境污染物毒理學安全評價程序1.收集受試物有關的基本資料應用情況及其用量受試物的化學結構各種化學物質的毒性與其結構有一定的關系。同一類化合物，結構不同，毒性差異很大。理化性質和純度化學物質的物理化學性質和純度與其毒性有一定的關系。目的是了解人類接觸受試物的可能途徑及攝入的總量，其發(fā)生的社會效益、經濟效益、人群健康效益等方面的基本資料，以便為進行毒性試驗及經過毒性試驗后，對受試物綜合分析取舍及生產使用的安全措施提供參考。（一）試驗前的準備工作2.選擇受試物樣品及試驗動物所選的動物種類對受試物的代謝方式盡可能與人類相似。試驗中最好采用純系動物。它們具有穩(wěn)定的遺傳性，生理常數(shù)，營養(yǎng)需要和應激反應都比較穩(wěn)定，試驗中個體差異小，重復性好。是實際生產和使用中人類直接或間接接觸的樣品。原料、成分、配方、工藝流程和產品規(guī)格要穩(wěn)定。受試物試驗動物第一階段：急性毒性試驗1.食品安全性毒理學評價程序第二階段：蓄積性毒性、致突變試驗了解受試物的毒性強度和性質；為蓄積性和亞急性毒性試驗的劑量選擇提供依據。①了解受試物在體內的蓄積情況；②對受試物是否具有致癌作用的可能性進行篩檢。試驗目的試驗目的（二）安全性毒理學毒性試驗程序第三階段：亞急性毒性試驗和代謝試驗試驗目的在不同劑量水平長期喂養(yǎng)后，觀察受試物對動物的毒性作用和靶器官，并確定最大無作用劑量；了解受試物對動物繁殖及對后代的致畸作用；對慢性毒性和致癌試驗的劑量、觀察指標等的設計選擇提供直接的參考依據；為評價受試物能否應用于食品或為制定其衛(wèi)生標準提供依據。第四階段：慢性毒性試驗找出只在長期接觸受試物后出現(xiàn)的毒性作用，尤其是進行性或不可逆的毒性作用以及致癌作用；根據試驗結果，確定最大無作用劑量，為最終評價受驗物能否應用于食品和制訂其衛(wèi)生標準提供依據。試驗目的急性毒性試驗；亞急性毒性試驗；慢性毒性試驗；致畸、致癌、致突變試驗；中毒作用機理及動物體內代謝的研究；生產和使用現(xiàn)場勞動衛(wèi)生學與人群流行病調查；確定農藥的急性毒性分級標準。2.環(huán)境安全性毒理學評價程序《農藥毒性試驗方法暫行規(guī)定（試行）》（1982），是迄今我國開展環(huán)境安全性毒理學評價程序的依據。評價程序：動物實驗；接觸人群的調查研究。2003年9