低剂量混合污染生态毒理与风险评价研究进展
文中概述了低剂量化学品混合污染生态毒理及风险评价方面的研究进展,主要包括低剂量化学品混合污染诊断的分子毒理研究方法、风险评价方法,并低剂量混合污染生态毒理与风险评价研究的发展动向提出了见解。
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污染物大多以低浓度混合物形式暴露于水体、土壤、沉积物等各种环境介质之中,对人体和环境带来潜在的健康与生态危害.多种化学品混合暴露(multichemicalexposure)时,化学品之间产生多种相互作用.其中,协同作用往往使混合化合物的毒性明显增强,带来更大的环境与健康危害[2,39,41].传统的风险评价体系多是在实验室模拟条件下以单一物质的急性或慢性毒性试验为依据,往往很难正确反映实际环境中污染物混合存在时的生态行为及环境危害[37,45].随着科学的发展和人们认识事物本质能力的提高,低剂量化学混合物的生态毒理与风险评价研究的重要性得到深刻认识,并正在成为环境与生态学的一个研究重点[17].本文介绍和讨论了低剂量化学品混合污染的分子毒理研究方法、风险评价方法,旨在引起研究者对这一研究领域的更多关注.2低剂量混合污染与分子毒理学研究方法21化学品高水平暴露的历史过程早在1939年,Bliss[6]就提出了化合物间具有独立作用、相似联合作用和协同作用的理论.然而直至20世纪90年代,复合污染生态毒理学研究才受到关注.低剂量混合污染的生态毒理研究始于20世纪末与21世纪初,欧美发达国家对此开展的研究较多.追溯过去几十年的历史,最初人类对化学品毒性的认识源于化学品高水平暴露以及由此带来的职业病.早在18世纪有人发现,石匠的硅肺病与高剂量的Pb暴露有关[30].煤灰中的多环芳烃、某些重金属是诱发焦炭工人癌症的主要原因[8].19世纪60年代后期,欧洲工业化带来了更多的与环境相关的职业疾病,由化学品高水平暴露引起的疾病发生率不断增加.20世纪中期,快速发展的化学工业给全球带来了很多自然界原本不存在的新合成化学物质,向环境排放的数量达到高峰.毒理学在这一系列化学品的高水平暴露时期逐渐发展,并渗透和扩展到生态学领域.然而在20世纪以前,生态毒理学的研究重点仍放在化学品的高水平暴露上,其研究成果也成为传统生态风险评价的主要依据[30].22化学品低水平暴露的环境危害与现实需求进入21世纪以来,随着科学的不断发展进步,生产技术水平和资源利用率得到普遍提高,尤其是在欧美等发达国家,化学品高水平暴露的生态与健康风险开始得到有效的控制.在中国,随着国家的各种环境法规的建立和健全,化学品高水平暴露的风险也逐渐开始受到控制.然而合成化学物质却通过各种渠道(食物、药物、空气或饮用水和土壤)以相当低的剂量悄然地进入我们的生活与环境之中[14].就其毒性而言,虽然难以在短时间暴露中显现,却极大地威胁着人类健康与生态安全.其污染的主要特点是:1)种类多,含量低,通常属于在高剂量单一化学品研究中可忽略生态毒性效应的浓度;2)多组分混合暴露.因此,现代生态毒理学面临以下问题:1)建立环境(低)浓度的分子毒理学试验方法,寻找更敏感的试验终点,以检测低剂量条件下的细微生态毒性效应;2)在分子水平上,解释低剂量化学混合物与生物有机体的相互作用规律;3)建立环境(低)浓度混合物的生态风险评估方法体系.研究表明,高剂量单一化学品的生态毒理试验终点对低剂量混合物生态毒理研究的贡献甚微.在单一化学品未见毒害效应的浓度下,多组分联合暴露却可能表现出明显的毒害效应.因此,环境(低)剂量化学混合物暴露的生态毒理及其生态风险评价需要建立新的方法[11,49].23低剂量化学品的分子毒理学研究231分子毒理学分子毒理学研究外源化合物对生物机体组织中的各种分子尤其是生物大分子(核酸-DNA、蛋白质-RNA)的作用及机理,从分子水平上表达外源化合物的毒性效应,阐明外源物分子结构与毒性的关系.外源化合物通过多种途径进入生物体后在器官、细胞、分子等不同水平上引发毒性效应,如果了解毒物对生物体产生危害的内在本质,则不仅可以解释化学品结构与其生物功能的关系,而且有利于分析混合物的毒性组分,发现更有效的生物标记物.因此,分子毒理学是混合污染生态毒理效应评价的重要手段[50].232生物标记物生物标记物是指生物体直接或间接接触毒物引起的,机体器官、细胞、亚细胞水平上可测量的生化、生理、免疫和遗传等的改变,是阐述毒物暴露与毒性效应关系的重要生态毒理学工具[24].与其他生物监测指标比较,生物标记物在准确性、敏感性、早期评价与低水平损伤等方面具有独特的优势,在评价外源污染物低剂量和多种外源化合物混合接触的效应方面具有广泛的应用前景[40,42].233基因的差异性表达技术基因的差异性表达在细胞的生长、发育、损伤以及死亡中扮演重要角色.研究基因的差异性表达,可以分析外界因素与特定基因的关系.许多外源化合物能够通过特定污染物受体的媒介诱导作用引起基因表达的改变,分析基因的差异性表达有利于阐明污染物的毒性作用机制.外源污染物诱导的基因分离与鉴定是诊断低剂量毒性物质的重要方法。234外源化合物的酶代谢进入生物体的外源化合物,通过脂质蛋白的传递进入生物体液中,并在一系列的相关酶作用下进行氧化、还原、水解和生物合成等代谢反应.这一过程可使外源化合物的毒性降低.但在某些情况下,一些中间产物的毒性比母体化合物更强,导致外源化合物被激活.特定的酶反应(如抗氧化酶系、乙酰胆碱脂酶、谷胱甘肽转移酶等)可以指示外源化合物的毒性及其作用机理,这也是低剂量化学品生态毒理研究的有效手段之一。
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