1、欢迎选修欢迎选修主讲：刘章现教授主讲：刘章现教授环境毒理学环境毒理学第二章第二章 污染物的环境生态行为污染物的环境生态行为2.1 环境污染物的迁移与转化环境污染物的迁移与转化2.2 环境化学物的生物转运环境化学物的生物转运2.3 环境化学物的生物转化环境化学物的生物转化2.4 生物蓄积与生物放大生物蓄积与生物放大第一节第一节 环境污染物的迁移与转化环境污染物的迁移与转化N1.概述概述 N2.环境污染物的迁移环境污染物的迁移 N3.3.环境污染物的转化环境污染物的转化 污染物的迁移和转化 外源性污染物进入环境以后，由于其自身物理化学性质外源性污染物进入环境以后，由于其自身物理化学性质的决定和各种
2、环境因素的影响，会在空间位置或形态特征的决定和各种环境因素的影响，会在空间位置或形态特征等方面发生一系列复杂的变化。在这些变化过程中，污染等方面发生一系列复杂的变化。在这些变化过程中，污染物直接或间接的作用于人体或其它生物体，发生作用时的物直接或间接的作用于人体或其它生物体，发生作用时的污染物距离污染源可能已经很远很远，污染物距离污染源可能已经很远很远，而且很可能污染而且很可能污染物的状态、浓度、组分等都已发生了巨大的变化。这种从物的状态、浓度、组分等都已发生了巨大的变化。这种从污染源释放出的污染物在环境中发生的各种变化过程称为污染源释放出的污染物在环境中发生的各种变化过程称为污染物的迁移和转
3、化污染物的迁移和转化，有时也称其为，有时也称其为污染物的环境行为或污染物的环境行为或环境转归环境转归。（。（environmental fateenvironmental fate）n研究污染物在环境中的迁移和转化研究污染物在环境中的迁移和转化的意义：的意义：研究污染物在环境中的研究污染物在环境中的迁移、转化迁移、转化过过程及其规律，对于阐明人类在环境中接触程及其规律，对于阐明人类在环境中接触的是什么污染物，接触的浓度、时间、途的是什么污染物，接触的浓度、时间、途径、方式和条件等都具有十分重要的环境径、方式和条件等都具有十分重要的环境毒理学意义。毒理学意义。n迁移和转化的相互联系迁移和转化的相
4、互联系：污染物在环境中的迁移和转化过程往往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是相互依赖和伴随进行的一个复杂的连续过程。过程。迁移为转化提供了环境条件迁移为转化提供了环境条件，而，而转转化又为迁移提供了新的理化特征化又为迁移提供了新的理化特征等物质基等物质基础，两者既相互区别又相互联系础，两者既相互区别又相互联系。n一一.污染物的迁移污染物的迁移n 是指污染物在环境中发生的空间位置的是指污染物在环境中发生的空间位置的相对移动过程。相对移动过程。n 可归纳为：机械性迁移、物理可归纳为：机械性迁移、物理化学化学迁移、生物性迁移。迁移、生物性迁移。n环境污染物的迁移
5、环境污染物的迁移n1、机械性迁移、机械性迁移n 根据污染物在环境中发生机械性迁移的根据污染物在环境中发生机械性迁移的作用力不同，我们一般可分为作用力不同，我们一般可分为:气的、水的气的、水的以及重力的机械性迁移作用等。以及重力的机械性迁移作用等。n环境污染物的迁移环境污染物的迁移1 1）气的机械性迁移作用）气的机械性迁移作用 包括污染物在大气中的自由扩散作用和包括污染物在大气中的自由扩散作用和被气流搬运的作用。均受到气象条件、地被气流搬运的作用。均受到气象条件、地形地貌、排放浓度和排放高度等因素的影形地貌、排放浓度和排放高度等因素的影响。响。n 一般规律是污染物在大气中的浓度与一般规律是污染物
6、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。直混合高度成反比。环境污染物的迁移环境污染物的迁移n2 2）水的机械性迁移作用：）水的机械性迁移作用：包括污染物在水中的自由扩散作用和被水流包括污染物在水中的自由扩散作用和被水流搬运的作用。受到水文条件、气候条件、水中悬搬运的作用。受到水文条件、气候条件、水中悬浮物、排放浓度和距排放口的距离等因素影响。浮物、排放浓度和距排放口的距离等因素影响。n 一般规律是污染物在水体中的浓度与污染源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的排放量成正比，与平均流速
7、和距污染源的距离成反比成反比.n环境污染物的迁移环境污染物的迁移n3 3）重力的机械性迁移作用）重力的机械性迁移作用 指污染物及其搬运载体在重力作用下指污染物及其搬运载体在重力作用下的迁移运动。的迁移运动。环境中吸附了污染物的气溶胶、颗粒环境中吸附了污染物的气溶胶、颗粒物、悬浮物等主要以重力沉降的方式在环物、悬浮物等主要以重力沉降的方式在环境中自然迁移境中自然迁移.环境污染物的迁移n2 2、物理化学迁移物理化学迁移-最重要的迁移方式最重要的迁移方式 包括风化淋溶作用、溶解挥发作用、酸包括风化淋溶作用、溶解挥发作用、酸碱作用、络合作用、吸附作用以及氧化还碱作用、络合作用、吸附作用以及氧化还原作用
8、。原作用。物理化学迁移常伴随污染物的物理化学迁移常伴随污染物的转化转化!环境污染物的迁移1）风化淋溶作用：）风化淋溶作用：是指环境中的水在重力作是指环境中的水在重力作用下运动时通过水解作用使岩石、矿物中用下运动时通过水解作用使岩石、矿物中的化学元素溶入水中的过程，其作用的结的化学元素溶入水中的过程，其作用的结果是产生游离态的元素离子。果是产生游离态的元素离子。2）溶解挥发作用：）溶解挥发作用：溶解作用是一切可溶性污溶解作用是一切可溶性污染物污染环境的基本方式之一。染物污染环境的基本方式之一。环境污染物的迁移 酸碱作用酸碱作用：常表现为环境常表现为环境pH值变化。值变化。酸酸性环境性环境使大多数
9、污染物形成使大多数污染物形成易溶性化合物，易溶性化合物，促进污染物的迁移促进污染物的迁移。络合作用络合作用：是一种广泛存在于环境中的是一种广泛存在于环境中的作用力。当污染物在环境中迁移时，经常作用力。当污染物在环境中迁移时，经常和其他离子、离子团或有机大分子络合。和其他离子、离子团或有机大分子络合。络合分子或离子具有特殊的化学性质，因络合分子或离子具有特殊的化学性质，因而大大改变了污染物的迁移能力及归宿。而大大改变了污染物的迁移能力及归宿。环境污染物的迁移吸附作用吸附作用：吸附是发生在固体或液体表面对吸附是发生在固体或液体表面对其他物质的一种吸着现象，也是一种影响其他物质的一种吸着现象，也是一
10、种影响污染物在环境中迁移转化的重要作用力。污染物在环境中迁移转化的重要作用力。氧化还原作用氧化还原作用:是自然环境中广泛存在的一种是自然环境中广泛存在的一种化学反应。化学反应。环境污染物的迁移n3 3、生物性迁移、生物性迁移n 污染物通过污染物通过生物体生物体的吸附、吸收、代的吸附、吸收、代谢、死亡等过程而发生的迁移叫做生物性谢、死亡等过程而发生的迁移叫做生物性迁移。迁移。n 其表现形式可分为：其表现形式可分为：生物浓缩、生物蓄生物浓缩、生物蓄积、生物放大积、生物放大三种类型。三种类型。1）生物浓缩（）生物浓缩（boiconcentration）：）：生物体从环境中蓄积某种污染物，使生物生物体
11、从环境中蓄积某种污染物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物富集又称生物富集 。生物浓缩的程度用浓缩系数。生物浓缩的程度用浓缩系数表示表示(BCF)(BCF)：BCF 生物体内污染物的浓度环境中该污染物的浓度环境污染物的迁移生物浓缩的意义n 生物种类不同，代谢机能不同，在同生物种类不同，代谢机能不同，在同样条件下，对同一种物质的浓缩系数样条件下，对同一种物质的浓缩系数不同。不同。n 生物浓缩的研究对于阐明污染物在环生物浓缩的研究对于阐明污染物在环境中的生物迁移规律、评价和预测污境中的生物迁移规律、评价和预测污染物进入环境后的危害，以及确
12、定污染物进入环境后的危害，以及确定污染物的染物的环境容量环境容量和制定和制定环境标准环境标准均有均有重要意义。重要意义。环境污染物的迁移2 2）生物蓄积（）生物蓄积（bioaccumulationbioaccumulation）指生物个体随其生长发育的不同阶段从环指生物个体随其生长发育的不同阶段从环境中蓄积某种污染物，而使境中蓄积某种污染物，而使BCF不断增大不断增大的现象。生物蓄积的程度用生物蓄积系数的现象。生物蓄积的程度用生物蓄积系数（BAF）表示。）表示。：BAF某一生物个体生长发育较后一阶段体内蓄积污染物的浓度同一生物个体发育阶段较前阶段体内蓄积该污染物的浓度环境污染物的迁移n生物蓄积
13、某种污染物的浓度水平取决于该生物蓄积某种污染物的浓度水平取决于该生物生物摄取和消除该污染物的速率摄取和消除该污染物的速率之比，摄之比，摄取量如果大于消除量，就会发生生物积累。取量如果大于消除量，就会发生生物积累。环境污染物的迁移3 3）生物放大（）生物放大（biomagnificationbiomagnification）：）：在生态系统的同一食物链上，某种污染物在生在生态系统的同一食物链上，某种污染物在生物体内的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象。物体内的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象。生物放大系数生物放大系数(BMF)表示生物放大的程度：表示生物放大的程度：BMF 较高营养级生物体
14、内污染物的浓度较低营养级生物体内污染物的浓度环境污染物的迁移n食物链:在生态系统内，各种生物之间由于食物而在生态系统内，各种生物之间由于食物而形成的一种联系，叫做食物链（形成的一种联系，叫做食物链（food chain）n这种生物之间以食物营养关系彼此联系起来的序列，就像一条链子一样，一环扣一环，在生态学上被称为食物链 n食物链种类食物链种类:n陆生食物链陆生食物链n水生食物链水生食物链:浮游植物浮游植物浮游动物浮游动物小鱼小鱼白鹭白鹭;n大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃浮游生物，浮大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃浮游生物，浮游生物吃绿藻。游生物吃绿藻。环境污染物的迁移生物放大生物浓缩、生物蓄积和
15、生物放大生物浓缩、生物蓄积和生物放大的程度，都用的程度，都用来自环境的元素或难分解的化合物的浓缩系来自环境的元素或难分解的化合物的浓缩系数表示，但却是三个不同的概念。数表示，但却是三个不同的概念。生物浓缩生物浓缩是是生物体生物体内某种物质的浓度和内某种物质的浓度和环境环境中中的浓度相比；的浓度相比；生物蓄积生物蓄积是同一生物个体在是同一生物个体在不同代谢阶段不同代谢阶段机体机体内的浓度相比；内的浓度相比；生物放大生物放大是同一食物链上是同一食物链上不同营养级的生物体不同营养级的生物体内某种物质的浓度相比内某种物质的浓度相比.2.污染物的转化污染物的转化污染物的转化：污染物的转化：污染物在环境中
16、通过物理的、化学的或生物学的污染物在环境中通过物理的、化学的或生物学的作用，改变作用，改变形态形态或者转变成另一种或者转变成另一种新物质新物质的过程的过程叫污染物的转化。叫污染物的转化。污染物的转化过程取决于污染物的转化过程取决于 污染物理化性质污染物理化性质和和环境条件环境条件。转化形式转化形式:物理转化物理转化;化学转化化学转化;生物转化生物转化.2.环境污染物的转化环境污染物的转化(一一)物理转化作用物理转化作用 指污染物通过蒸发、渗透、凝聚、吸附、指污染物通过蒸发、渗透、凝聚、吸附、放射性元素的蜕变等一种或几种过程实现放射性元素的蜕变等一种或几种过程实现的转化。的转化。物理转化与污染物
17、迁移两者之间存在的物理转化与污染物迁移两者之间存在的伴随伴随关系较为密切关系较为密切 .2.环境污染物的转化环境污染物的转化（二）化学转化作用（二）化学转化作用 指污染物通过各种化学反应过程发生的转化，指污染物通过各种化学反应过程发生的转化，如氧化如氧化-还原反应、水解反应、络合反应、光化学还原反应、水解反应、络合反应、光化学反应等。反应等。1 1）在大气中的化学转化，污染物的转化以）在大气中的化学转化，污染物的转化以光光化学氧化和催化氧化化学氧化和催化氧化为主。为主。2 2）在水体中的化学转化，污染物的转化主要）在水体中的化学转化，污染物的转化主要是是氧化氧化-还原反应和络合水解还原反应和络
18、合水解反应。反应。3 3）在土壤中的化学转化，一些农药的）在土壤中的化学转化，一些农药的水解反水解反应应由于土壤颗粒的由于土壤颗粒的吸附催化吸附催化作用而被作用而被加速。加速。2.环境污染物的转化环境污染物的转化（三）生物转化和生物降解（三）生物转化和生物降解 指污染物通过生物的吸收和代谢作用而指污染物通过生物的吸收和代谢作用而发生的变化。发生的变化。生物转化结果生物转化结果:生物转化使污染物的生物转化使污染物的毒性降低毒性降低，或形成，或形成更容易降解的分子结构；更容易降解的分子结构；生物转化使污染物的生物转化使污染物的毒性增强毒性增强，或形成，或形成更难降解的分子结构更难降解的分子结构.思
19、考题思考题n1、污染物在环境中的迁移与转化有何异同、污染物在环境中的迁移与转化有何异同和联系？和联系？n2、何谓生物性迁移？如何定量描述生物性、何谓生物性迁移？如何定量描述生物性迁移过程？迁移过程？n3、简述污染物在环境中的转化的基本类型？、简述污染物在环境中的转化的基本类型？第二节第二节 外源性化学物在生物体内的迁移和转化外源性化学物在生物体内的迁移和转化2.1 概述环境化学物与机体接触后，一般可经过吸收、分环境化学物与机体接触后，一般可经过吸收、分布、代谢和排泄过程。布、代谢和排泄过程。化学物的吸收、分布和排泄具有类似的机理，均化学物的吸收、分布和排泄具有类似的机理，均是反复通过生物膜的过
20、程，统称为生物转运是反复通过生物膜的过程，统称为生物转运(biotransport)。化学物在组织细胞中发生的结构和性质的变化过化学物在组织细胞中发生的结构和性质的变化过程，称为生物转化程，称为生物转化(biotransformation)或代谢转化。或代谢转化。化学物的毒性大小和部位，与在体内的吸收、分化学物的毒性大小和部位，与在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程有密切关系。布、代谢和排泄过程有密切关系。研究化学物在体内生物转运和生物转化过程研究化学物在体内生物转运和生物转化过程 目的是了解化学物在体内的转归、生物学效应和目的是了解化学物在体内的转归、生物学效应和毒作用机理。毒作用机理。2.2
21、 环境化学物的生物转运环境化学物的生物转运2.2.1 生物膜的结构与功能生物膜的结构与功能2.2.2 化学物质通过生物膜的方式化学物质通过生物膜的方式2.2.3 吸收吸收2.2.4 分布与贮存分布与贮存2.2.5 化学物的排泄化学物的排泄 环境化学物在体内的生物转运环境化学物在体内的生物转运(吸收、分布吸收、分布和排泄和排泄)过程，均需通过各种生物膜屏障才过程，均需通过各种生物膜屏障才能进出细胞、组织和机体。因此，要了解能进出细胞、组织和机体。因此，要了解生物膜的结构和功能生物膜的结构和功能，才能对化学物的生，才能对化学物的生物转运有深刻的理解。物转运有深刻的理解。2.2.1 生物膜的结构与功
22、能生物膜的结构与功能一、质膜与生物膜一、质膜与生物膜二、生物膜的分子结构二、生物膜的分子结构三、生物膜的功能作用三、生物膜的功能作用一、质膜与生物膜一、质膜与生物膜包围在细胞外的膜称为细胞包围在细胞外的膜称为细胞膜，亦称质膜。膜，亦称质膜。细胞核和各种细胞器细胞核和各种细胞器(如线粒如线粒体、溶酶体、内质网等体、溶酶体、内质网等)外面外面也包围有膜。细胞膜也包围有膜。细胞膜(质膜质膜)和和各种细胞器的膜结构统称为各种细胞器的膜结构统称为生物膜生物膜(biomembrane)。各种生物膜的结构与功能基各种生物膜的结构与功能基本上是相似的。本上是相似的。二、生物膜的分子结构二、生物膜的分子结构脂质
23、双分子层是生物膜的基本骨架，生物膜的功能主要通过脂质双分子层是生物膜的基本骨架，生物膜的功能主要通过蛋白质来完成。蛋白质来完成。磷脂磷脂+蛋白质构成蛋白质构成镶嵌在脂质层中的蛋白质有的是物质转运的载体，有的是接镶嵌在脂质层中的蛋白质有的是物质转运的载体，有的是接受化学物质的受体，有的是能量转换器，有的是具有催化作受化学物质的受体，有的是能量转换器，有的是具有催化作用的酶等。因此，生物膜在物质转运、毒物作用、能量转换、用的酶等。因此，生物膜在物质转运、毒物作用、能量转换、物质代谢、细胞识别及信息传递等过程中起着重要作用。物质代谢、细胞识别及信息传递等过程中起着重要作用。三、生物膜的功能作用三、生
24、物膜的功能作用 保持细胞和细胞器内部理化性质的稳定；保持细胞和细胞器内部理化性质的稳定；可选择性地允许或不允许某些物质透过；以便可选择性地允许或不允许某些物质透过；以便吸收和排出一些物质；吸收和排出一些物质；传递信息；传递信息；膜上的酶类膜上的酶类(如混合功能氧化酶类等如混合功能氧化酶类等)，对化学物，对化学物质的生物转化过程起催化作用；质的生物转化过程起催化作用；其他：与细胞的运动有关、参与细胞繁殖中的其他：与细胞的运动有关、参与细胞繁殖中的DNA分离过程、参与细胞壁的生物合成。分离过程、参与细胞壁的生物合成。有许多化学物质的毒性作用与生物膜有关，有许多化学物质的毒性作用与生物膜有关，特别是
25、大多数毒性较强和作用较为专一的特别是大多数毒性较强和作用较为专一的毒物。毒物。例如，氰化钾主要作用于线粒体内膜细胞色素例如，氰化钾主要作用于线粒体内膜细胞色素C氧化酶，有机磷化合物作用于半嵌入在质膜的乙氧化酶，有机磷化合物作用于半嵌入在质膜的乙酰胆碱酯酶。酰胆碱酯酶。又如，有的镶嵌在膜上的蛋白质是某些有毒化学又如，有的镶嵌在膜上的蛋白质是某些有毒化学物质的专一受体，受体是某些环境化学物作用的物质的专一受体，受体是某些环境化学物作用的靶，能使化学物有选择性地作用于一定的细胞靶，能使化学物有选择性地作用于一定的细胞(靶靶细胞和靶器官细胞和靶器官)。2.2.2 化学物质通过生物膜的方式化学物质通过生
26、物膜的方式被动转运被动转运 特殊转运特殊转运 通过方式通过方式简单扩散简单扩散、滤过作用滤过作用 主动转运主动转运、易化扩散易化扩散、吞噬作用和胞饮作用吞噬作用和胞饮作用 生物膜对物质的转运不起主动作用生物膜对物质的转运不起主动作用生物膜对物质的转运起主动作用生物膜对物质的转运起主动作用 一、简单扩散一、简单扩散(simple diffusion)生物膜两侧的化学物分生物膜两侧的化学物分子从浓度高的一侧向浓子从浓度高的一侧向浓度低的一侧度低的一侧(即顺浓度梯即顺浓度梯皮皮)扩散，称为简单扩散。扩散，称为简单扩散。大多数环境化学物可以此方式通过生物膜。大多数环境化学物可以此方式通过生物膜。影响简
27、单扩散的主要因素如下：生物膜两侧化学物的浓度梯度、影响简单扩散的主要因素如下：生物膜两侧化学物的浓度梯度、脂脂/水分配系数水分配系数、化学物质的解离度和体液的、化学物质的解离度和体液的pH值等值等。脂脂/水分配系数水分配系数一种物质在脂质中的溶解度与其在水中的溶解度一种物质在脂质中的溶解度与其在水中的溶解度之比称为脂之比称为脂/水分配系数。水分配系数。凡脂溶性大、水溶性小的物质，即脂凡脂溶性大、水溶性小的物质，即脂/水分配系数水分配系数愈大，一般愈易透过生物膜，如葡萄糖、氨基酸、愈大，一般愈易透过生物膜，如葡萄糖、氨基酸、钠、钾等离子。但是，对于脂溶性低而水溶性极钠、钾等离子。但是，对于脂溶性
28、低而水溶性极高，即脂高，即脂/水分配系数过小的物质，也不易经简单水分配系数过小的物质，也不易经简单扩散进入细胞，如磷脂。扩散进入细胞，如磷脂。只有脂溶性和水溶性均高的物质才更容易经过简只有脂溶性和水溶性均高的物质才更容易经过简单扩散的方式透过生物膜。单扩散的方式透过生物膜。二、滤过作用二、滤过作用 滤过是化学物透过生物膜上的亲水性孔道的过程。滤过是化学物透过生物膜上的亲水性孔道的过程。生物膜上有一些亲水性孔道或间隙，它们是由嵌入生物膜上有一些亲水性孔道或间隙，它们是由嵌入脂质双分子层中的蛋白质结构中亲水性氨基酸构成。脂质双分子层中的蛋白质结构中亲水性氨基酸构成。如在膜的两侧存在着流体静压或渗透
29、压差时，水就如在膜的两侧存在着流体静压或渗透压差时，水就能携带小分子溶质经亲水性膜孔顺压差而透过生物能携带小分子溶质经亲水性膜孔顺压差而透过生物膜。膜。凡分子直径小于膜孔的化学物，均可随同水流透过凡分子直径小于膜孔的化学物，均可随同水流透过生物膜。大多数细胞的膜孔较小，约为生物膜。大多数细胞的膜孔较小，约为0.4nm，肾，肾小球毛细血管内皮细胞的膜孔较大，约为小球毛细血管内皮细胞的膜孔较大，约为710nm。在一般情况下，凡分子量小于在一般情况下，凡分子量小于100200的化合物的化合物均可通过直径均可通过直径0.4nm左右的亲水性孔道，例如经左右的亲水性孔道，例如经口服的铅盐口服的铅盐10，锰
30、盐，锰盐4，镉盐，镉盐1.5和铬盐和铬盐1可被胃肠道吸收；可被胃肠道吸收；凡分子量小于白蛋白分子的化合物可通过直径凡分子量小于白蛋白分子的化合物可通过直径34nm左右的亲水性孔道。例如水由肾小球滤过时，左右的亲水性孔道。例如水由肾小球滤过时，除蛋白质分子不能透过外，其余溶于血浆中的物除蛋白质分子不能透过外，其余溶于血浆中的物质均可透过肾小球的亲水性孔道进入肾小管。质均可透过肾小球的亲水性孔道进入肾小管。三、主动转运三、主动转运(active transport)对于某些非脂溶性的、分子量较大的化学物质，对于某些非脂溶性的、分子量较大的化学物质，不能通过上述方式转运，需通过生物膜上的特殊不能通过
31、上述方式转运，需通过生物膜上的特殊转运系统转运。转运系统转运。化学物伴随能量的消耗由低浓度处向高浓度处转化学物伴随能量的消耗由低浓度处向高浓度处转运以透过生物膜的过程称主动转运。运以透过生物膜的过程称主动转运。主动转运的主要特点主动转运的主要特点 需有载体需有载体(或称运转系统或称运转系统)参加。参加。载体一般是生物膜载体一般是生物膜上的蛋白质，可与被转运的化学物形成复合物，然后将上的蛋白质，可与被转运的化学物形成复合物，然后将化学物运入生物膜另一侧并将化学物释放。结合时载体化学物运入生物膜另一侧并将化学物释放。结合时载体构型发生改变，但组成成分不变；释放化学物后，又恢构型发生改变，但组成成分
32、不变；释放化学物后，又恢复原有构型，以进行再次转运。复原有构型，以进行再次转运。化学物可逆浓度梯度而转运，故需消耗一定的代化学物可逆浓度梯度而转运，故需消耗一定的代谢能量。谢能量。因此代谢抑制剂可阻止此转运过程因此代谢抑制剂可阻止此转运过程。载体对转运的化学物有一定选择性。载体对转运的化学物有一定选择性。化学物必须化学物必须具有一定基本结构才能被转运；结构稍有改变，即可影具有一定基本结构才能被转运；结构稍有改变，即可影响转运过程的进行。响转运过程的进行。载体有一定容量载体有一定容量，当化学物达到一定浓度时，当化学物达到一定浓度时，载体载体可以饱和可以饱和，转运即达到极限转运即达到极限。如果两种
33、化学物基本相似，又需要同一载体进行转运，如果两种化学物基本相似，又需要同一载体进行转运，则则两种化学物之间可出现竞争性抑制两种化学物之间可出现竞争性抑制。少数外源少数外源化学物由于其化学结构和性质与体内某些营养物质或内化学物由于其化学结构和性质与体内某些营养物质或内源化学物相似，就会假借后者的载体进行转运，例如铅源化学物相似，就会假借后者的载体进行转运，例如铅可利用钙的载体，铊利用铁的载体，可利用钙的载体，铊利用铁的载体，5-氟尿嘧啶通过嘧氟尿嘧啶通过嘧啶运转系统。啶运转系统。主动转运对化学物在胃肠道中的吸收，特别是对主动转运对化学物在胃肠道中的吸收，特别是对已吸收入体内的外源化学物在体内的不
34、均匀分布已吸收入体内的外源化学物在体内的不均匀分布和通过肝肾从体内排出具有重要意义。和通过肝肾从体内排出具有重要意义。不易溶于脂质的化学物可通过主动转运透过生物不易溶于脂质的化学物可通过主动转运透过生物膜。主动转运载体对维持细胞内正常的钠、钾、膜。主动转运载体对维持细胞内正常的钠、钾、钙浓度有重要作用。又如铅、镉、砷等化学物，钙浓度有重要作用。又如铅、镉、砷等化学物，通过肝细胞的主动转运而进入胆汁排出体外。通过肝细胞的主动转运而进入胆汁排出体外。四、易化扩散四、易化扩散(facilitated diffusion)不易溶于脂质的化学物，利用不易溶于脂质的化学物，利用载体由高浓度处向低浓度处移载
35、体由高浓度处向低浓度处移动的过程，称为动的过程，称为易化扩散易化扩散，又，又称称帮助扩散或载体扩散帮助扩散或载体扩散。转运。转运过程不消耗代谢能量。过程不消耗代谢能量。由于利用载体，生物膜具有一定的主动性和选择性，但又只由于利用载体，生物膜具有一定的主动性和选择性，但又只能从高浓度处向低浓度处转运，故又属于扩散性质。能从高浓度处向低浓度处转运，故又属于扩散性质。一些水溶性化学物分子如葡萄糖的转运，由肠道进入血液、一些水溶性化学物分子如葡萄糖的转运，由肠道进入血液、由血浆进入红细胞和由血液进入中枢神经系统均通过易化由血浆进入红细胞和由血液进入中枢神经系统均通过易化扩散。扩散。五、吞噬和胞饮五、吞
36、噬和胞饮 一些固态颗粒物质与细胞膜上某种蛋白质有特殊亲一些固态颗粒物质与细胞膜上某种蛋白质有特殊亲和力，当其与细胞膜接触后，可改变这部分膜的表和力，当其与细胞膜接触后，可改变这部分膜的表面张力，引起外包或内凹，将异物包围进入细胞，面张力，引起外包或内凹，将异物包围进入细胞，这种转运方式称为这种转运方式称为吞噬作用吞噬作用(phagocytosis)。液滴异物也可通过此种方式进液滴异物也可通过此种方式进入细胞，称为入细胞，称为吞饮或胞饮作用吞饮或胞饮作用(pinocytosis)。吞噬和胞饮作用可合称为吞噬和胞饮作用可合称为入胞入胞作用作用(endocytosis)，或，或膜动转运膜动转运(cy
37、tosis)。2.2.3 吸收吸收环境化学物经各种途径透过机体的生物膜而环境化学物经各种途径透过机体的生物膜而进入血液的过程称为进入血液的过程称为吸收吸收(absorption)。讨论：讨论：以人体为例，讨论环境化学物以人体为例，讨论环境化学物被机体吸收的途径或方式！被机体吸收的途径或方式！机体吸收环境化学物的主要途径机体吸收环境化学物的主要途径 消化道吸收消化道吸收 呼吸道吸收呼吸道吸收 皮肤吸收皮肤吸收 注射等注射等 消化道吸收消化道吸收消化道是吸收环境化消化道是吸收环境化学物的最主要的途径。学物的最主要的途径。消化道的任何部位均消化道的任何部位均有吸收作用，但主要有吸收作用，但主要在小肠
38、。在小肠。环境化学污染物通过口腔粘膜的环境化学污染物通过口腔粘膜的吸收极少。吸收极少。在胃内和小肠内的主要通过简单扩在胃内和小肠内的主要通过简单扩散吸收。有机酸主要在胃内吸收，散吸收。有机酸主要在胃内吸收，有机碱主要在小肠内吸收。有机碱主要在小肠内吸收。但事实上由于小肠具有极大表面积，但事实上由于小肠具有极大表面积，绒毛和微绒毛可使其表面积增加绒毛和微绒毛可使其表面积增加600倍左右，因此小肠也可吸收相倍左右，因此小肠也可吸收相当数量的有机酸类化合物。当数量的有机酸类化合物。小肠粘膜细胞膜上亲水性孔道直径为小肠粘膜细胞膜上亲水性孔道直径为0.4nm左右，可滤过吸收分子量为左右，可滤过吸收分子量
39、为100200以下以下的小分子化学物。的小分子化学物。胃肠道上皮细胞还可通过胞饮或吞噬吸收胃肠道上皮细胞还可通过胞饮或吞噬吸收一些颗粒状物质。一些颗粒状物质。消化道中的多种酶类和菌丛，可使某些消化道中的多种酶类和菌丛，可使某些化学物形成新的化学物而改变其毒性。化学物形成新的化学物而改变其毒性。如小肠内的菌丛能将芳香硝基化合物还如小肠内的菌丛能将芳香硝基化合物还原成可导致甲状腺肿和致癌的芳香胺。原成可导致甲状腺肿和致癌的芳香胺。又如，饮用含高浓度硝酸盐的井水，在又如，饮用含高浓度硝酸盐的井水，在婴儿由于胃肠道婴儿由于胃肠道pH较高并存在有大肠埃较高并存在有大肠埃希氏菌等菌丛可使硝酸盐还原成亚硝酸
40、希氏菌等菌丛可使硝酸盐还原成亚硝酸盐，从而使血中变性血红蛋白增高，导盐，从而使血中变性血红蛋白增高，导致高铁血红蛋白血症；而成人则不会发致高铁血红蛋白血症；而成人则不会发生此种疾病生此种疾病 呼吸道吸收呼吸道吸收空气中的化学污染物主要从呼空气中的化学污染物主要从呼吸道侵入机体。吸道侵入机体。经呼吸道吸收的经呼吸道吸收的化学物质不随同门静脉血液进入肝化学物质不随同门静脉血液进入肝脏，未经肝脏的生物转化过程，直脏，未经肝脏的生物转化过程，直接进入体循环并分布全身，危险性接进入体循环并分布全身，危险性很大。很大。从鼻腔到肺泡不同部位的组织结构从鼻腔到肺泡不同部位的组织结构不同，对化学物的吸收情况也不
41、同，不同，对化学物的吸收情况也不同，愈入深部，面积愈大，停留时间愈愈入深部，面积愈大，停留时间愈长，吸收量愈大。长，吸收量愈大。肺是呼吸道中主要肺是呼吸道中主要吸收器官。吸收器官。人体肺泡数量约人体肺泡数量约3亿个，表面积达亿个，表面积达50100m2，相当相当于皮肤吸收面积的于皮肤吸收面积的50倍左右。肺泡周围布满长约倍左右。肺泡周围布满长约2000km的毛细血管网络，血液供应很丰富，毛细的毛细血管网络，血液供应很丰富，毛细血管与肺泡上皮细胞膜很薄，仅血管与肺泡上皮细胞膜很薄，仅1.5m左右，有左右，有利于外源化学物的吸收。利于外源化学物的吸收。肺泡对气态物质的肺泡对气态物质的主主要吸收方式
42、要吸收方式是简单扩是简单扩散。散。对气体如对气体如CO、NO2、SO2，挥发性液体如，挥发性液体如C6H6、CCl4的蒸气及的蒸气及气溶胶硫酸雾等物质气溶胶硫酸雾等物质经肺经肺吸收的速度甚快，吸收的速度甚快，仅次于静脉注射仅次于静脉注射。抽烟人的肺！抽烟人的肺！影响肺泡吸收速度的因素影响肺泡吸收速度的因素分压差和血分压差和血/气分配系数。气分配系数。血血/气分配系数愈大气分配系数愈大的气体愈易被吸收入血。例如乙醇的血的气体愈易被吸收入血。例如乙醇的血/气分配系气分配系数为数为1300，乙醚为，乙醚为15，二硫化碳为，二硫化碳为5，所以，乙醇，所以，乙醇远比乙醚和二硫化碳易被吸收。远比乙醚和二硫
43、化碳易被吸收。溶解度和分子量。溶解度和分子量。肺的通气量和血流量。肺的通气量和血流量。颗粒物的吸收主要受颗粒大小的影响颗粒物的吸收主要受颗粒大小的影响 空气进入呼吸道后，空气进入呼吸道后，较大的颗粒阻留在较大的颗粒阻留在上呼吸道表面，由上呼吸道表面，由于表面纤毛运动使于表面纤毛运动使其逆向移动，最后其逆向移动，最后由痰咳出或咽入胃由痰咳出或咽入胃肠道。肠道。纤毛运动速度随在呼吸道的部位而异，一般每分钟纤毛运动速度随在呼吸道的部位而异，一般每分钟1mmlcm之间，在之间，在1小时内可清除粘膜表面的沉小时内可清除粘膜表面的沉积物达积物达90以上以上。颗粒物直径大于颗粒物直径大于10m者，因重力作用
44、和惯性碰撞者，因重力作用和惯性碰撞而大部分迅速沉积在上呼吸道；而大部分迅速沉积在上呼吸道；颗粒物直径为颗粒物直径为510m者，因沉降作用大部分阻者，因沉降作用大部分阻留在气管和支气管；留在气管和支气管；15m者可随气流到达呼吸道深部，甚至到达肺者可随气流到达呼吸道深部，甚至到达肺泡；泡；直径小于直径小于1m者，可在肺泡内扩散而沉积下来。者，可在肺泡内扩散而沉积下来。到达肺泡的颗粒物质的去向到达肺泡的颗粒物质的去向 直接从肺泡吸收入血液；直接从肺泡吸收入血液；随粘液咳出或咽入胃肠道；随粘液咳出或咽入胃肠道；游离或被吞噬的颗粒物可透过肺的间质进游离或被吞噬的颗粒物可透过肺的间质进入淋巴系统。入淋巴
45、系统。有些颗粒可长期留在肺泡内，形成肺泡灰有些颗粒可长期留在肺泡内，形成肺泡灰尘病灶或结节。尘病灶或结节。皮肤吸收皮肤吸收一般来说皮肤对环境化学物的通一般来说皮肤对环境化学物的通透性较弱，是将机体与外界环透性较弱，是将机体与外界环境隔离的良好屏障。但确有不境隔离的良好屏障。但确有不少外源化学物可通过皮肤吸收少外源化学物可通过皮肤吸收引起全身毒性作用。引起全身毒性作用。例如，四氯化碳可通过皮肤吸收例如，四氯化碳可通过皮肤吸收而引起肝损害：不少农药，例而引起肝损害：不少农药，例如某些有机磷农药，可经完整如某些有机磷农药，可经完整皮肤吸收，引起中毒，甚至死皮肤吸收，引起中毒，甚至死亡。亡。皮肤吸收的
46、主要方式和途径皮肤吸收的主要方式和途径表皮吸收的主要方式是简单表皮吸收的主要方式是简单扩散；扩散；环境化学物经皮肤吸收主要环境化学物经皮肤吸收主要通过两条途径：一是表皮；通过两条途径：一是表皮；二是毛囊、汗腺及皮脂腺。二是毛囊、汗腺及皮脂腺。但后者不如前者重要，因其但后者不如前者重要，因其只占皮肤表面积的只占皮肤表面积的0.11。环境化学物通过表皮需通过三层屏障：环境化学物通过表皮需通过三层屏障：表皮角质层，一般分子量大于表皮角质层，一般分子量大于300的化学物不易通的化学物不易通过无损伤的表皮角质层；过无损伤的表皮角质层；连接角质层，能阻止水液、电解质及某些水溶性连接角质层，能阻止水液、电解
47、质及某些水溶性物质，但脂溶性物质可通过；物质，但脂溶性物质可通过；基膜，位于表皮和真皮连接处，仅能阻止某些物基膜，位于表皮和真皮连接处，仅能阻止某些物质透过，大多数物质通过表皮后可自由地经乳突质透过，大多数物质通过表皮后可自由地经乳突毛细管进入血液。毛细管进入血液。经毛囊吸收的物质不经过表面屏障，化学物可直经毛囊吸收的物质不经过表面屏障，化学物可直接通过皮脂腺和毛囊壁进入真皮。电解质和某些接通过皮脂腺和毛囊壁进入真皮。电解质和某些金属，特别是汞，可通过毛囊、汗腺和皮脂腺而金属，特别是汞，可通过毛囊、汗腺和皮脂腺而被吸收。被吸收。不同种属的动物表皮通透性不同。不同种属的动物表皮通透性不同。大鼠与
48、兔的皮肤大鼠与兔的皮肤较猫更易透过，豚鼠、猪及猴的皮肤通透性与人相似。各较猫更易透过，豚鼠、猪及猴的皮肤通透性与人相似。各种杀虫剂对昆虫外壳的通透性远高于对哺乳动物和人的皮种杀虫剂对昆虫外壳的通透性远高于对哺乳动物和人的皮肤的通透性。因此，肤的通透性。因此，DDT注射染毒时，昆虫和哺乳动物的注射染毒时，昆虫和哺乳动物的LD50几乎相等，而经皮肤染毒时对人的毒性远较昆虫为低。几乎相等，而经皮肤染毒时对人的毒性远较昆虫为低。2.2.4 分布与贮存分布与贮存环境化学物被吸收进入血液和体环境化学物被吸收进入血液和体液后，随血液和淋巴的流动分液后，随血液和淋巴的流动分散到全身各组织的过程称为散到全身各组
49、织的过程称为分分布布(distribution)。进入血液的环境化学物大部分与进入血液的环境化学物大部分与血浆蛋白或体内务组织成分结血浆蛋白或体内务组织成分结合，积聚在特定部位，这一生合，积聚在特定部位，这一生理现象成为环境化学物的理现象成为环境化学物的贮存贮存（storage）。）。一、分布一、分布同一种环境化学物在体内各组织器官的分布是不同一种环境化学物在体内各组织器官的分布是不均匀的，不同的化学物在体内的分布也不一样。均匀的，不同的化学物在体内的分布也不一样。这是因为化学物在体内的分布与各组织的血流量、这是因为化学物在体内的分布与各组织的血流量、亲和力及亲和力及其它因素其它因素有关。有关
50、。有些环境化学物由于与某种组织的亲和力强，或有些环境化学物由于与某种组织的亲和力强，或由于具有高度脂溶性，而在某种组织浓集或蓄积。由于具有高度脂溶性，而在某种组织浓集或蓄积。吸收入血液的化学物仅少数呈游吸收入血液的化学物仅少数呈游离状态，大部分与血浆蛋白结合，离状态，大部分与血浆蛋白结合，随血液到达所有器官和组织。随血液到达所有器官和组织。分布的开始阶段，血液供应愈丰分布的开始阶段，血液供应愈丰富的器官，化学物的分布愈多，富的器官，化学物的分布愈多，其起始浓度可达到很高，如肝脏。其起始浓度可达到很高，如肝脏。随着时间的延长，化学物在器官随着时间的延长，化学物在器官和组织的分布，愈来愈受到化学和
