1、第第19章章 化学物质与人体健康化学物质与人体健康主要内容l一、外来物质在生物体内的生物转化和代谢一、外来物质在生物体内的生物转化和代谢l二、化学物质的联合作用二、化学物质的联合作用l三、化学致突变、致畸及致癌作用三、化学致突变、致畸及致癌作用l四、有机物结构与致癌作用的关系四、有机物结构与致癌作用的关系l五、元素与健康五、元素与健康l六、有毒物质的生物化学的生物化学效应六、有毒物质的生物化学的生物化学效应l七、环境地球化学与地方病七、环境地球化学与地方病一、外来化学物质在生物体内的生物转运一、外来化学物质在生物体内的生物转运l定义：外来化学物质与机体接触后，经过一定途径进入血液，再由血液分散
2、到全身各组织，最后通过一定途径离开机体的过程。l Absorption Distribution Metabolism Excretion外源化学物的体内动态外源化学物的体内动态外源化学物在生物体内的的生物转化外源化学物在生物体内的的生物转化接触接触接触接触排泄排泄吸收吸收再吸收再吸收代谢代谢吸收吸收分布分布排泄排泄外源化学物在体内的动态过程外源化学物在体内的动态过程二、外来化合物的代谢二、外来化合物的代谢l代谢转化：外来化合物在体内转化成为衍生物的过程l 结果结果化学物质极性增强，水溶性增大化学物质极性增强，水溶性增大改变外来毒物毒性改变外来毒物毒性l化合物反应类型化合物反应类型外来化合物的
3、生物转化过程外来化合物的生物转化过程 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应水解反应水解反应结合反应结合反应化合物转化的第一阶段化合物转化的第一阶段 化合物转化第二阶段化合物转化第二阶段1、氧化反应l（a）环氧化反应）环氧化反应 将一个原子氧加到双键上，如l (b)芳香族和脂肪族化合物的羟基化反应芳香族和脂肪族化合物的羟基化反应（c）N-、O-、或、或S-脱烷基反应脱烷基反应2、还原反应、还原反应l含有硝基、偶氮基、羟基的外来化合物以及二硫化物和链烯（CnH2n）化合物易还原。3、水解反应、水解反应l许多外来化合物如脂类、酰胺类和含有脂式键的磷酸盐取代物极易被水解，而且水解后毒物大多降低。4、结合
4、反应、结合反应 外来化合物在代谢过程中可直接发生结合反应，经过上述氧化、还原、水解等第一阶段反应，在通过结合反应使其极性增强，脂溶性降低，加速由体内排泄过程。结合反应机理：19.2 化学物质的联合作用化学物质的联合作用（Jointacation of chemicals）l实际生活环境中，有多种化学物质同时存在，他们对机体的生物学作用与任何单一化学物质分别作用于机体所产生的生物学作用完全不同，因此，把两种或两种以上的化学物质共同作用于机体所产生的综合生物效应，称为联合作用。根据生物学效应的差异，多种化学物质联合作用通常分为四种类型。l四种类型协同作用（协同作用（Synergistic effe
5、ct）M协同协同 M1+M2相加作用（相加作用（Additive effect）M协同协同=M1+M2 独立作用独立作用（Independent effect）M1+M2M协同协同MaxM1,M2 拮抗作用拮抗作用(Antagonism effect)M协同协同 M1+M2举例：l一定剂量的化学物质A和B同时作用于机体，如A引起10%动物死亡，B引起40%动物死亡，那么根据相加作用，在100只动物中死亡50只，存活50只举例：l化学物质化学物质A和和B分别引起动物死亡为分别引起动物死亡为10%和和40%，那么那么100只活的动物，经只活的动物，经A作用后，尚存活作用后，尚存活90只，只，经经B
6、作用后，死亡应为作用后，死亡应为9040%，即，即36只，故只，故此时存活的动物数应为此时存活的动物数应为54只。可见，与上只。可见，与上述相加作用不同。述相加作用不同。确定联合作用类型方法常用方法常用方法过筛实验过筛实验等效应图法等效应图法计算法计算法统计学处理统计学处理将联合作用物按相加作用预测的半数致死量LD50给于实验动物其死亡率80%为协同作用，30%为拮抗作用，在两者之间的为相加作用。运用相加作用的数学模型，计算出混合物的LD50预期的P值，求P与LD50的实测值Q的比值。P/Q1相加作用；P/Q1拮抗作用；P/Q1协同作用。将单项毒物进行毒性实验的结果与联合毒性试验的结果进行统计
7、学的显著性检验，根据有无显著性来确定联合作用的类型。19.3化学致突变、致畸、及致癌作用l一、化学致突变作用（Mutagensis）1 1）致突变作用）致突变作用（mutagenesis）指外来因素(化学,物理,生物因素)引起细胞核中的遗传物质发生改变的能力，而且这种改变可随同细胞分裂过程而传递。2)致突变物致突变物（mutagen）能够引起突变的物质.(遗传毒物,诱变物)化学毒物致突变类型化学毒物致突变类型 基因突变基因突变 碱基置换、移码突变突变突变 染色体畸变染色体畸变 (结构异常-染色单体 染色体畸变)染色体组畸变染色体组畸变 (数目异常-非整倍体、多倍体)二、化学致畸作用l导致畸胎的
8、四种主要因素为病毒、放射性、药物和化学品。l化学致畸作用机理尚未完全清楚，目前认为化学致畸作用机理主要如下：l（1）突变引起胚胎发育异常l（2）胚胎细胞代谢障碍l（3）细胞死亡和增值速度减慢l（4）胚胎组织发育过程的不协调三、化学致癌作用（Carciongenesis）l1、化学致癌作用（1）基因机制学派 认为癌变是基因（DNA）发生改变，即外来致癌基因引起细胞基因改变或外来基因螯合到细胞基因中，由于细胞基因改变而导致癌变。（2）基因外机制学派 认为基因本身并未发生改变，是基因调控的表达发生改变，使细胞分化异常，出现异常膜特征及免疫调节等。2、化学致癌物的分类l到目前为止，已经鉴定出的有机化合
9、物、无机化合物、固体状态物质、激素及免疫抑制剂等多种多样的化学致癌物。l化学致癌物的分类：（1）根据化学致癌物对人体和动物致癌作用的不同进行分类，有利对人致癌危险性进行综合评价；（2）根据作用机理分类。根据化学致癌物对人类和动物致癌作用不同：l（1）确认致癌物；此类化学物质在人群流行病学调查及动物实验中，以确定具有致癌作用。l（2）可疑致癌物；已确定对动物有致癌作用，对人类致癌性证据尚不足。l（3）潜在致癌物；对实验动物有致癌作用，但无任何资料表明对人类有致癌作用。根据化学致癌物是否作用于生物体的遗传物质遗传毒性致癌物遗传毒性致癌物非遗传毒性致癌物非遗传毒性致癌物直接致癌物直接致癌物间接致癌物
10、间接致癌物无机致癌物无机致癌物固体致癌物固体致癌物激素激素免疫抑制剂免疫抑制剂19.4有机物结构与致癌作用的关系l有机化合物的与其生理活性之间，特别是结构与致癌性能的关系，一直是研究热点。由于与苯并芘相关的多环芳烃在职业癌及大气环境致癌污染方面的重要性，因此，多环芳烃的结构与致癌性能的关系，具有重大的实际意义。l结构与毒性的关系研究在分子水平上进行的，设计毒性的分子机理，且必须在分子生物学的水平上进行，分定性与定量两方面。关于多环芳烃与致癌活性关系已提出K区理论与湾区理论。l20世纪50年代Pullman等人应用休克尔Huckell）的分子轨道理论于多环芳烃的结构与生理活性的关系，提出了K区理
11、论。把多环烃分子分为K区和L区结构。K区是环芳烃分子中双键特性最强的区域，如菲的9,10位置，苯并蒽的5,6位置；而蒽的9,10位置和苯并蒽的7,12位置则称为L区，此区的2个碳原子具有最高的自由价数，属非活化性的。当K区的复合定域能小于3.31，L区的复合定域能大于5.66时，则此多环芳烃将具有致癌活性。lK区理论的缺陷是由于当时缺乏多环芳烃在生物体中实际代谢过程的充分资料，而没有考虑到代谢作用往往不发生在K区，以致使理论计算结果与许多事实不符。一、K区理论与湾区理论二、双区理论l双区理论认为，多环芳烃完全致癌作用的必要条件，是在代谢过程中产生两个亲电中心。此外，对于PAH的致癌活性，两个中
12、心已足够，更多的活性中心会在总的代谢趋势上起脱毒作用。进一步研究表明，对于多环芳烃致癌活性，两个活性中心最优距离0.280.30nm，这正好是DNA双螺旋之间互补译码编译 化学致癌作用的可能机理是DNA双螺旋之间的互补移码变异。l 发生代谢活化的位置称为M区（代谢活性区），发生亲电反应的理论位置称E区（亲电活性区），L区是一个脱毒区，K区根据不同的情况即可起亲电活性区，也可起脱毒区作用，是一个双重性能区域。E及M所在的环称为角环，未标符号的环称为次角环。E区附近蒽环的碳可称为亲电碳原子或E碳，M区附近蒽环的碳称为活化碳原子，或称M碳。三、双区理论的定量模型l角环E碳阳离子的离域能E（单位）是有
13、关正离子稳定性的度量，其绝对值越大，则正离子越稳定。l以计算的离域能作参数，经近似处理，得致癌活性定量公式：log=4.75 E1_ E23-0.0512n E2-3式中：E1具有最高离域能角环或次角环离域能值（单位）E2具有次高离域能角环或次角环离域能值（0.4 ）N脱毒区总数，及L区、等价K区及未参加活化的角环总数19.5元素与健康l元素与健康是当代生命科学和环境科学共同关心的话题。许多研究表明，生命的无机组分和有机组分同样重要，都是生命系统不可缺少部分。例如人体必需的微量元素，主要功能是作为催化剂，即引起或增强酶的活性，一般具有两个作用（1）氧化还原作用；（2）金属直接参与控制反应历程。
14、l一、元素的生物学分类 从医学生物学出发，通常把92种天然元素分为5类：（1）生命必须大量元素（2）生命必须微量元素 （3）生命可能必须元素（4）有毒元素（5）非必须元素二、生物最适营养浓度定律l德国科学家伯特兰德在对Mn与植物生态关系的研究中，发现植物缺少某种必需元素时就不能成活，元素适量时则能茁壮成长，而当元素过量时就显示出它对植物的毒性，直至最终导致死亡。这一现象被称为伯特兰德定律，即生物最适营养浓度定律。适用范围：植物、动物、人类。l对于有毒元素，伯特兰德定律就不适用。施罗德提出了无生物功能的有毒元素的效应理论。三、金属中毒与解毒l（1）金属在体内与生物分子的决定它的去向和生物作用。蛋
15、白质由于其配位基团的多样性、构象的复杂多样性以及蛋白质在细胞外液中的大量存在，都使得进入生物体的金属首先与蛋白质配位。除血浆蛋白质外，进入体内的金属离子还可与酶的活性部位直接作用，抑制酶的活性。此外，金属的化学形态不同，所显示的毒性不同。l（2）有毒金属 最后通过肾脏以尿的形式和胃肠道以粪便形式排出体外，有时也通过呼吸作用道排出，少量随汗液、乳汁、唾液及毛发等排出。对于重金属中毒者，往往需要服用解毒剂。19.6 有毒物质的生物化学效应l一、砷的生物化学效应一、砷的生物化学效应l砷引起主要中毒症状有神经损害，早期有末梢神经炎，有蚁走感，皮肤色素沉淀，运动功能失调，视力、听力障碍，肝脏损伤等。l近
16、年来科学家发现，适量的砷对人体是必需的，因此将As列入生物必需元素。实验已经证明，动物因为缺砷而使生长发育受阻，免疫力下降。二、铅的生物化学效应二、铅的生物化学效应l铅主要引起中枢神经系统损伤和贫血。早期症状是头痛（晕）、失眠、味觉不佳，体重减轻。铅还能够降低人的生育能力。铅可进入神经系统各部位，导致中枢神经系统紊乱，运动失调、多动，注意力下降，智商下降，模拟学习困难，空间综合能力下降。l儿童对铅特别敏感，它能够使儿童的神经、血液、心血管、消化、免疫、内分泌、生殖泌尿等多系统多器官受损，而且是不可逆的终生损伤。l三、汞的生化效应l进入机体的无机汞多蓄积在肾、肝、骨髓、脾等脏器；烷基汞多存在于肾
17、、肝、肌肉中，又特别容易通过血脑屏障，以在脑内蓄积为特征以在脑内蓄积为特征。l甲基汞在人体中与-SH结合形成硫醇盐、使含-SH的酶包括过氧化物酶、细胞色素氧化酶、琥珀酸脱氢酶、葡萄糖脱氢酶失去活性进而使肝脏失去解毒功能和破坏细胞离子平衡导致细胞坏死。甲基汞还能侵害神经系统，特别是中枢神经系统，损害最严重的是小脑和大脑两半球，特别是枕叶、脊髓后束以及末梢感觉神经。汞也能够引起流产、死胎、畸胎等异常妊娠。四、四、N-亚硝基化合物亚硝基化合物lN-亚硝基化合物是强烈致癌（主要是肝癌）物质，它有两个前驱物质，一是亚硝酸盐，存在于一切农产品中，其中特别是腌制品中含量特别高，放置时间太长的新鲜蔬菜以及焖煮
18、时间太长的食品都会使亚硝酸盐的含量明显增加。二是仲胺，它是动物、植物蛋白质代谢的中间产物。亚硝酸盐除有强烈致癌作用外，还能够使血红蛋白失去输送氧的能力，出现不同程度的缺氧症状。19.7 19.7 环境生物地球化学与地方病环境生物地球化学与地方病人体与地球化学环境的关系人体与地球化学环境的关系 微量元素与人类健康微量元素与人类健康 地球化学环境与人类疾病（地方性疾病）地球化学环境与人类疾病（地方性疾病）地球化学环境与人类疾病地球化学环境与人类疾病 一、我国地方病生物地球化学区的成因类型及地理分布 生物地球化学区是指地表元素缺乏或过剩而引起生物与环境的化学平衡遭到破坏的地区，它是在地质、地形、气候
19、、水文、土壤、植物和人文等问题的综合作用下形成的。二、几种主要的地方病 地方性疾病指具有一定的发病区域环境的疾病，影响范围大，潜伏周期长，突发性流行，不易根治的疾病。世界地方性甲状腺肿分布示意图世界地方性甲状腺肿分布示意图 (一一)地方性甲状腺肿地方性甲状腺肿 地方性甲状腺肿地方性甲状腺肿 *地球化学环境中的碘与地方性甲状腺肿关系地球化学环境中的碘与地方性甲状腺肿关系（1）当水碘低于最适浓度的下限(10g/L)时，饮水中含碘量愈低，地方性甲状腺肿患病率愈高，二者呈负相关关系（2）当水碘高于最适浓度的上限浓度时，饮水中的碘含量愈高，地方性甲状腺肿患病率愈高，两者呈正相关关系地方性甲状腺肿的防治地
20、方性甲状腺肿的防治查明天然水中碘的分布规律，提供适量碘的饮水水源；查明水中Ca、F、Mg、Mn等元素的含量查明地区性的食物特征，如蔬菜、食盐、海产等对该病的干扰；测定水中有机质的含量和细菌指数、水中的亚硝酸盐含量。对于该病的有效防治方法是使用碘盐、进行改水、限制使用“促甲状腺肿”物质。(二二)地方性氟病地方性氟病 地方性氟病是一种世界性地方病，遍及五大洲，主要表现是氟中毒引起的斑釉牙、氟骨症和氟摄入不足引起的龋齿。我国地方性氟中毒的分布我国地方性氟中毒的分布 除上海市外，全国各省市区均有除上海市外，全国各省市区均有不同程度的地方性氟中毒的流行。不同程度的地方性氟中毒的流行。根据根据200020
21、00年统计资料，高氟暴露年统计资料，高氟暴露人口人口1098010980万，分布在万，分布在12801280个病区县、个病区县、149541149541个自然村。病区人口个自然村。病区人口1.51.5亿，亿，氟斑牙现患氟斑牙现患40004000多万，氟骨症现患多万，氟骨症现患260260多万。多万。中国地方性氟中毒分布示意图中国地方性氟中毒分布示意图 地方性氟病症状地方性氟病症状 生活在高氟区的人群，往往有肢体麻木、知觉异常、反应迟钝、嗜睡不醒等症状。严重的氟中毒就是氟骨症，全身麻木、关节疼痛、弯腰驼背、四肢关节变形，有的丧失劳动能力，生活不能自理，乃至瘫痪。(三三)克山病克山病 一种原因未明
22、的以心肌病变为主的疾病，亦称地方性心肌病。主要为急性和慢性心功能不全，心脏扩大，心律失常以及脑、肺和肾等脏器的栓塞。主要是与硒元素有关。全国克山病分布示意图全国克山病分布示意图 中国硒营养背景值示意图中国硒营养背景值示意图 3 3、预防、预防(1)(1)流行区采用亚硒酸钠作为预防性服药，流行区采用亚硒酸钠作为预防性服药，使用含硒酵母、含硒食盐。使用含硒酵母、含硒食盐。(2)(2)农村使用含硒液浸过的种子种植，植物农村使用含硒液浸过的种子种植，植物根部施加含硒肥料以提高农作物中含硒量。根部施加含硒肥料以提高农作物中含硒量。(3)(3)改水（或换水）阻截致病因子进入人体。改水（或换水）阻截致病因子
23、进入人体。(2)(2)水文条件和水的化学成分水文条件和水的化学成分 水质上看，池塘水、沟渠水的有机污水质上看，池塘水、沟渠水的有机污染严重，染严重，NONO3 3-、NONO2 2-、NHNH4 4+、腐殖酸、腐殖酸(OH)OH)含量高，化学需氧量含量高，化学需氧量(COD)(COD)高，高，SeSe、MoMo、MgMg、CaCa含量低。含量低。(五五)大骨节病大骨节病大骨节病是一种伴有机体改变对称的大骨节病是一种伴有机体改变对称的地方性畸形骨关节病，病情有明显的地地方性畸形骨关节病，病情有明显的地方性。在我国方性。在我国1414个省区均有分布，主要个省区均有分布，主要发生在我国北方地区发生在
24、我国北方地区。在我国，大骨节病主要分布在在我国，大骨节病主要分布在东北至西藏的一个狭长高寒地东北至西藏的一个狭长高寒地带，若尔盖是一个重病区之一带，若尔盖是一个重病区之一 中国大骨节病分布图中国大骨节病分布图我国主要大骨节病病区饮水水源污染程度和病情相关图解我国主要大骨节病病区饮水水源污染程度和病情相关图解I I一无污染；一无污染；IIII一轻度污染；一轻度污染；IIIIII一中度污染；一中度污染；IVIV一严重污染；一严重污染；V V一极严重污染一极严重污染 (六六)地方性砷中毒地方性砷中毒由于某些地区居民长期从外环境中摄入过量的砷由于某些地区居民长期从外环境中摄入过量的砷而引起的皮肤角化、
25、色素沉着、癌变等为主要表现的而引起的皮肤角化、色素沉着、癌变等为主要表现的一种慢性全身性疾病。一种慢性全身性疾病。地方性砷中毒的病区类型地方性砷中毒的病区类型(1)(1)饮水型地砷病区饮水型地砷病区(2)(2)燃煤污染型地砷病区燃煤污染型地砷病区2 2、地球化学环境、地球化学环境 自然界砷广泛分布于岩石、土壤和水自然界砷广泛分布于岩石、土壤和水环境中环境中 ，含砷矿石如砷铁矿、雄黄、雌，含砷矿石如砷铁矿、雄黄、雌黄等，砷多与锌、铜铅等元素共生于硫黄等，砷多与锌、铜铅等元素共生于硫化物矿床中。化物矿床中。毒毒家家报报道道毒家大曝光毒家大曝光染色馒头事件染色馒头事件 上海盛禄食品有限公司分公司在生
26、产过程中添加色素、防腐剂等，将白面染色制成玉米面馒头、黑米馒头等，工人还随意更改馒头的生产日期。“染色”馒头进入了上海部分超市销售。上海工商执法人员对报道中涉及的迪亚天天仓储中心、华联超市光新路店等进行了执法检查，并在现场发现了涉嫌使用色素的“染色”馒头。毒家大曝光毒家大曝光“猪蹄髈”重庆市云阳县工商局在双江镇青龙街道杨沙村5组一作坊查获139公斤“猪蹄膀”（双氧水双氧水+亚硝亚硝酸盐酸盐+日落黄日落黄+猪皮包裹冻猪肉，捆扎棉线制成假“猪蹄膀”）。“猪蹄膀”亚硝酸盐超标48倍以上，食入过量会引起中毒甚至死亡 猪蹄髈毒家大曝光毒家大曝光毒豆芽2019年4月17日凌晨，沈阳市公安局端掉一毒豆芽加工
27、窝点，在该窝点内查获使用有害非食品添加剂制成的豆芽2t，半成品8t为了让食物更加漂亮、增加黄豆发芽率，这些豆芽里被加入了尿素、恩诺沙星等违法添加剂。其中尿素用量超标27倍；恩诺沙星是一种抗生素，一般用在动物身上；6-苄氨基腺嘌呤长期食用则会在人体内产生可致癌的亚硝酸盐。毒家大曝光毒家大曝光牛肉膏牛肉膏日前，安徽工商部门查获一种名为牛肉膏的添加剂，可让猪肉变“牛肉”。新鲜猪肉的价格为每斤13元左右，卤牛肉每斤35元，羊肉每斤要30元左右。一次腌制50斤猪肉来冒充卤牛肉，就可直接省下近千元的成本事件发生事件发生何为牛肉膏何为牛肉膏牛肉膏，又称牛肉浸膏，是采用新鲜牛肉经过剔除脂肪、消化、过牛肉膏，又称牛肉浸膏，是采用新鲜牛肉经过剔除脂肪、消化、过滤、浓缩而得到的一种棕黄色至棕褐色的膏状物。有牛肉自然香味，滤、浓缩而得到的一种棕黄色至棕褐色的膏状物。有牛肉自然香味，易溶于水，水溶液呈淡黄色。专家指出，食品添加剂在一定安全剂易溶于水，水溶液呈淡黄色。专家指出，食品添加剂在一定安全剂量内食用，并无危害，量内食用，并无危害，但若违规超量和长期食用，则对人体有危害，但若违规超量和长期食用，则对人体有危害，甚至可能致癌。甚至可能致癌。l谢谢！
