基于配体络合常数的毒代-毒效动力学(TK-TD)模型预测不同pH下镉和铅在斑马鱼幼鱼体内的积累和毒性

复杂多变的水化学条件影响重金属生物有效性和毒性,进一步影响水质基准的制定,需要建立既考虑水化学条件又考虑时间过程的毒代动力学-毒效动力学(toxicokinetics-toxicodynamics, TK-TD)模型去实时地模拟金属的生物蓄积性及产生的毒性。本研究将生物配体模型(biotic ligand model, BLM)中氢离子与配体络合常数(K_HBL)引入TK-TD模型,尝试建立预测水环境不同pH条件下金属毒性的理论模型框架,分别预测镉(Cd)和铅(Pb)在染毒溶液pH为4.5、5.5和6.5下在斑马鱼幼鱼体内的积累和急性毒性,并验证该模型框架的有效性和合理性。结果表明,Pb的最大吸收速率(J_max)比Cd大约3倍。Cd的致死速率(k_k)是Pb的4倍。Cd和Pb的安全阈值(threshold)之间相差30倍。染毒溶液中H⁺浓度增加可显著抑制Cd和Pb在斑马鱼幼鱼体内的累积量。基于K_HBL的TK-TD模型可以较好地预测染毒溶液不同pH(pH=4.5、5.5和6.5)条件下,非必需元素Cd和Pb在斑马鱼幼鱼体内的累积量及产生的毒性。     

生理毒代动力学模型及其在有机污染物水生生态毒理研究中的应用

人类生产和生活使用各种人工合成的化学品,种类和数量急剧增长,对生态系统和人体健康造成了极大威胁。因此,亟需采用高效的方法对数量巨大的化合物进行毒性评价。对生理毒代动力学(PBTK)模型的建立过程及其在污染物生态毒理研究中的应用进行了综述。PBTK模型,又称生理药代动力学(PBPK)模型,是利用生理学和解剖学等原理,将生物体简化为用血流连接的肝、肾和脂肪等各组织器官房室,模拟化合物在生物体内的吸收、分布、代谢和排泄过程。模型参数包括生理参数和生化参数2个部分,可用MATLAB等软件进行模拟。模型已应用于数百余种有机污染物在鱼体等水生生物体的毒代动力学模拟。已有模拟结果能够预测化合物在生物体内的有效剂量,对化合物毒性进行评估,并可用于不同物种、不同剂量和不同暴露途径间的外推,有力推进了污染物生态毒理研究工作的开展。     

手性氟虫腈对意大利蜜蜂和稻螟赤眼蜂的急性毒性及安全评价

手性农药多以外消旋体形式用于农业生产和卫生害虫防治中。但手性农药对映体通常具有不同的生物活性和毒性,这种现象在农药环境风险评价过程中往往被忽视。本研究以氟虫腈为例,首先用高效液相色谱-手性固定相(HPLC-CSP)技术拆分出氟虫腈的S型和R型2种对映体,分别采用点滴法和药膜法测定了氟虫腈对映体及外消旋体对意大利蜜蜂(Apis mellifera L.)和稻螟赤眼蜂(Trichogramma japonicum Ashmead)的急性毒性。结果显示,S(+)-氟虫腈、R(-)-氟虫腈和外消旋体对意大利蜜蜂的48h-LD50分别为0.00341、0.00396和0.00383μg·蜂-1,对稻螟赤眼蜂的24h-LR50分别为7.56×10-7、8.06×10-7和7.29×10-7mg·cm-2。研究表明,氟虫腈对意大利蜜蜂具有高毒性风险,对稻螟赤眼蜂有极高毒性风险,且氟虫腈对意大利蜜蜂和稻螟赤眼蜂的急性毒性无明显的对映体选择性。因此,使用氟虫腈单一对映体不会降低其对环境生物的毒害风险。     

新型农药丁烯氟虫腈的光降解研究

为了解丁烯氟虫腈在液体中的降解趋势,采用液液萃取气相色谱-质谱(GC-MS)测定水中丁烯氟虫腈含量,研究丁烯氟虫腈在紫外光和太阳光照射下,在不同液体中的降解动态和降解产物.研究结果表明,在紫外光照射下,丁烯氟虫腈在水、0.01 mol·L-1氯化钙溶液、甲醇、乙酸乙酯以及正己烷中的降解过程均符合一级反应动力学,27 ℃下丁烯氟虫腈溶液的降解半衰期分别为2.69 h、2.67 h、6.30 h、5.63 h和1.52 h,在丙酮中几乎不降解;丁烯氟虫腈在紫外光照射下的降解速率要快于在阳光照射下的降解速率,随着温度的升高,光解速率增加,随着pH值的增加或者降低,降解速率有所降低.采用气相色谱质谱仪对丁烯氟虫腈的3种光产物结构进行了初步鉴定,以期对丁烯氟虫腈的科学应用提供理论依据.     

铅对砷的毒性效应及毒代动力学过程的影响

为探究铅对砷的毒性效应的影响及其原因,本研究选用斑马鱼作为模式生物开展了毒理实验,以评价砷和铅的复合毒性效应,分析斑马鱼体内重金属残留量,并采用一级一室动力学模型模拟了砷的毒代动力学过程. 毒理实验结果表明,铅对斑马鱼未产生明显致死效应,砷对斑马鱼的致死效应随暴露时间增长显著增强,而铅的共存能够显著降低砷对斑马鱼的致死性,砷和铅对斑马鱼的致死性呈现出拮抗效应. 毒代动力学结果表明,铅的存在显著加快了斑马鱼对砷的消除速率并减弱了吸收速率,可降低斑马鱼对砷的富集能力,从而削弱了砷对斑马鱼的毒性效应. 本研究揭示了砷和铅对斑马鱼的拮抗效应并从污染物毒代动力学的角度解释了复合毒性形成原因,充实了重金属的复合毒性效应基础数据,可提高重金属风险评估的准确性.     

沉积物中2,2′,4,4′-四溴联苯醚(BDE-47)在铜锈环棱螺体内的毒代动力学及其繁殖毒性

多溴联苯醚(PBDEs)是一种全球性的新型持久性有毒污染物,沉积物中高浓度的PBDEs是水生态系统的巨大风险源,2,2′,4,4′-四溴联苯醚(BDE-47)在PBDEs同系物中,目前分布最广,生物毒性最强.为评价沉积物中BDE-47向底栖动物体内转移的潜力及其对底栖动物的潜在繁殖毒性,将实验室培养的铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)暴露于BDE-47加标沉积物中,研究了BDE-47在铜锈环棱螺体内的毒代动力学特性及其对铜锈环棱螺潜在繁殖力的影响.结果表明,铜锈环棱螺对沉积物中BDE-47吸收较快,代谢速度相对较慢,BDE-47在铜锈环棱螺体内具有较强的生物积累性.生物积累达理论平衡时,铜锈环棱螺体内BDE-47浓度为1 440.67 ng·g-1(以样品于质量计).BDE-47在铜锈环棱螺体内的生物积累和生物净化过程较好地符合一级动力学模型,摄人速率常数、清除速率常数和生物-沉积物累积因子分别为0.10、0.038和2.75,生物半衰期为18d.铜锈环棱螺体内BDE-47达到90％稳定状态所需的理论时间约为60d.低浓度BDE-47(160 ng· g-1)暴露对铜锈环棱螺的潜在繁殖力没有影响,但当浓度≥640 ng·g-1时,铜锈环棱螺的繁殖力下降50％,这表明BDE-47对铜锈环棱螺具有繁殖毒性.铜锈环棱螺可作为指示沉积物中底栖生物长期暴露于BDE-47的良好检测模型.     

沉积物中2,2',4,4'-四溴联苯醚(BDE-47)在铜锈环棱螺体内的毒代动力学及其繁殖毒性

多溴联苯醚(PBDEs)是一种全球性的新型持久性有毒污染物,沉积物中高浓度的PBDEs是水生态系统的巨大风险源,2,2’,4,4’-四溴联苯醚(BDE-47)在PBDEs同系物中,目前分布最广,生物毒性最强。为评价沉积物中BDE-47向底栖动物体内转移的潜力及其对底栖动物的潜在繁殖毒性,将实验室培养的铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)暴露于BDE-47加标沉积物中,研究了BDE-47在铜锈环棱螺体内的毒代动力学特性及其对铜锈环棱螺潜在繁殖力的影响。结果表明,铜锈环棱螺对沉积物中BDE-47吸收较快,代谢速度相对较慢,BDE-47在铜锈环棱螺体内具有较强的生物积累性。生物积累达理论平衡时,铜锈环棱螺体内BDE-47浓度为1440.67ng·g-1(以样品干质量计)。BDE-47在铜锈环棱螺体内的生物积累和生物净化过程较好地符合一级动力学模型,摄入速率常数、清除速率常数和生物-沉积物累积因子分别为0.10、0.038和2.75,生物半衰期为18d。铜锈环棱螺体内BDE-47达到90%稳定状态所需的理论时间约为60d。低浓度BDE-47(160ng·g-1)暴露对铜锈环棱螺的潜在繁殖力没有影响,但当浓度≥640ng·g-1时,铜锈环棱螺的繁殖力下降50%,这表明BDE-47对铜锈环棱螺具有繁殖毒性。铜锈环棱螺可作为指示沉积物中底栖生物长期暴露于BDE-47的良好检测模型。     

中国成人磷酸三(2-氯乙基)酯的生理毒代动力学(PBTK)模型构建

随着全球范围内对溴系阻燃剂的禁用,有机磷酸酯(OPEs)作为其主要替代品在中国被大量生产,并且在食品塑料器皿、家装材料、工业制造等多个领域得到广泛应用。其中,磷酸三(2-乙基)酯(TCEP)已经被欧盟相关法规定义为生殖毒性和疑似人类致癌物,列入管控对象。为了更好地理解TCEP膳食暴露与人体健康之间的关联,本研究基于中国成人的生理参数和TCEP理化特性,应用Gastroplus软件构建了描述TCEP内暴露的PBTK模型,解析了TCEP在人体内的吸收、代谢、分布及排泄的动力学过程。所建PBTK模型能够预测TCEP暴露后在血液、脑、肝脏、肾脏等人体或哺乳动物组织器官中的分布和稳态浓度。对模型进行了精度、敏感性和相关性分析,说明模型具有管理可接受的表现。采用文献收集的小鼠血浆和中国成年人血清中TCEP实测值对模型进行了验证,表明其可以应用于TCEP膳食暴露的健康风险评估。