浓度加和模型与独立作用模型在化学混合物联合毒性预测方面的研究进展

环境中污染物的组分十分复杂,仅仅研究污染物单一组分的毒性不能完全反映环境中污染物所致风险。因此,需要选择相关模型对两种或者多种组分引起的联合毒性进行研究。目前,较为常用的模型主要有相互作用(interaction,IAI)模型、浓度加和(concentration addition,CA)模型、独立作用(independent addition,IA)模型、两阶段预测(two stage prediction,TSP)模型等,其中CA模型和IA模型应用较为广泛。论文综述了CA、IA、TSP模型(由CA和IA模型发展而来)的基本原理、评价标准及其在农药、化学混合物、金属混合物等在联合毒性预测方面的应用,并对该类模型未来的发展进行了展望,为人类生存的环境、药物之间联合应用等的风险评估提供重要的科学依据。

剂量加和模型和独立作用模型在定量预测复合污染物联合毒性研究进展

在实际环境中几乎不存在生物体暴露于单一污染物的情况。单一物质暴露下的生态毒性研究成果,难以适用于环境中多元复合混合污染物的生态毒理的评价中。因此,两个基础预测模型:剂量加和模型和独立作用模型被大量应用于复合污染物的联合毒性预测中。本文综述了近年生态毒理学领域两个模型在复合污染物的联合毒性定量评价方面的研究进展。

不同pH值对铜和硫酸阿米卡星的青海弧菌时间依赖毒性相互作用的影响

自然条件下,污染物以各种形式或浓度混合存在,其累积毒性与相互作用对环境健康存在潜在风险,而pH对化学物质的毒性产生非常重要的作用.为了探究不同pH值下污染物的累积毒性与相互作用,该研究以硫酸阿米卡星(Amikacin sulfate,AMI)和五水硫酸铜(CuSO_(4)·5H_(2)O,Cu)为目标污染物,以青海弧菌(Vibrio qinghaiensis sp.-Q67)为受试生物,选用6.0、7.0、8.0、9.0共4个pH值条件分别进行实验,采用直接均分射线法(Direct equipartition ray,EquRay)设计不同浓度配比的代表性混合物,应用时间毒性微板分析法(Time-dependent microplate toxicity analysis,t-MTA)测定其时间-浓度-效应数据,以独立作用(independent action,IA)为参考模型,分析混合物的毒性相互作用,并应用改进的面积浓度比法(the modified area-concentration ratio method,MACR)评价AMI与Cu之间的毒性相互作用强度.结果表明:(1)Cu在不同pH值条件下对Q67的毒性大小顺序为(pH=9)>(pH=7)>(pH=8)>(pH=6),AMI在4个pH值条件下的毒性总体来说相差较小,AMI的毒性高Cu的毒性2-3数量级.(2)Cu和AMI混合物体系毒性具有明显的组分依赖性,混合物体系随AMI组分增加,毒性呈增大趋势,且随着暴露时间的增长,毒性差异更为显著.(3)不同pH值条件下,pH值为6的混合物体系的pEC_(50)值较小,明显低于pH值为7、8、9混合物体系的pEC_(50)值,pH值为7、8、9的混合物体系之间的毒性值则相差不大.(4)4个pH值条件下的混合物体系共20条射线,存在协同或加和作用;pH值为6的混合物体系的MACR值低于pH值为7、8、9混合物体系的值,即pH值较低的混合物体系出现的协同作用强度较弱,pH值为7、8、9的混合物体系之间的MACR值则相差不大,毒性相互作用强度较为一致.

抗生素与重金属对蛋白核小球藻时间依赖协同作用的动态定量表征

以硫酸阿米卡星(Amikacin sulfate,AMI)、五水合氯化镉(CdCl_(2)·2.5H_(2)O,Cd)、四水合氯化锰(MnCl_(2)·4H_(2)O,Mn)和七水合硫酸锌(ZnSO_(4)·7H_(2)O,Zn)为研究对象,以蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa,C.pyrenoidosa)为指示生物,采用均匀设计射线法设计3组二元混合体系(AMI-Cd、AMI-Mn和AMI-Zn),并应用时间毒性微板分析法测定其对C.pyrenoidosa的毒性数据,以浓度加和模型(Concentration addition,CA)和独立作用模型(Independent action,IA)为标准加和模型进行毒性相互作用分析,并运用效应残差比(Effect residual ratio,ERR)进行定量动态表征毒性相互作用.结果表明,3组二元混合体系共十五条射线的混合毒性呈明显的时间依赖性和浓度依赖性;依据ERR,CA和IA对三组二元混合体系的毒性评估结果基本一致,但3个混合物体系的毒性相互作用具有不同的时间变化规律,即随暴露时间延长,AMI-Cd中五条射线的中浓度区由协同作用逐渐变为加和作用,AMI-Zn中5条射线在高浓度区的协同作用逐渐变为加和作用,而中低浓度区的协同作用在加强;AMI-Mn的毒性相互作用随时间变化不是很明显;与CA和IA相比,ERR定量地表征了混合物体系的毒性相互作用强度,这为客观和准确地评估污染物的环境风险提供了方法和数据参考.

重金属与四环素类抗生素对发光菌的毒性研究

本研究以发光细菌Photobacterium kishitanii为模式生物,通过发光抑制试验研究了5种重金属与四环素类抗生素对发光细菌的急性单一毒性与联合毒性。利用毒性单位法(TU法)表征联合毒性,并采用浓度加和模型(Concentration addtion,CA模型)与独立作用模型(Independent action,IA模型)预测二元混合体系对发光细菌的联合急性毒性。研究表明:单一毒性大小排序为硝酸铅>七水硫酸锌>氯化镉>盐酸土霉素>盐酸金霉素>盐酸强力霉素>盐酸四环素>五水硫酸铜>重铬酸钾。重金属之间的联合毒性主要表现为协同作用,重金属与四环素类抗生素的联合毒性主要表现为相加作用和拮抗作用,四环素类抗生素之间的联合毒性主要表现为拮抗作用。研究表明,重金属与四环素类抗生素共存会对发光细菌产生不同的毒性效应,因此在评价环境复合污染时应考虑联合毒性效应。

铜和镍对大麦根伸长的联合毒性研究

重金属的复合污染在环境污染中普遍存在,所以复合污染的联合毒性研究对于准确评价重金属污染有着重要的意义。本论文以大麦根伸长为研究对象,探索了铜(Cu)和镍(Ni)对大麦根伸长的联合毒性。基于Cu-Ni混合物的剂量-效应曲线,运用扩展的浓度加和(CA)与独立作用(RA)两个模型对不同浓度组合的Cu-Ni混合物的交互作用及联合毒性进行预测。结果表明,扩展的CA和RA模型均能较好地预测Cu-Ni混合物对大麦根伸长的联合毒性,低剂量的Ni能缓解Cu对大麦根伸长的毒性作用,但是低剂量的Cu对Ni的生物毒性没有显著影响。研究阐明了Cu、Ni复合作用对大麦根伸长联合毒性的效应机理。

恩诺沙星、喹烯酮、土霉素和硫酸多黏菌素B对细胞的联合毒性研究

【目的】探讨常见兽药恩诺沙星(ENR)、喹烯酮(QCT)、土霉素(OTC)和硫酸多黏菌素B(PMB)对细胞的单一及联合毒性效应。【方法】以L02、AML12、Marc145、HEK293T、TM3和SK-N-SH细胞为模型,通过结晶紫染色获得不同浓度下4种药物对6种细胞的相对抑制率,进行浓度-效应方程拟合,并分别计算药物在不同生长抑制率下的效应浓度(EC_(F),其中F=10、20、25、33、50)。按EC_(50)∶EC_(50)、EC_(33)∶EC_(33)∶EC_(33)、EC_(25)∶EC_(25)∶EC_(25)∶EC_(25)的比例分别进行二元、三元、四元药物等毒性比混合,以1/2为稀释因子进行浓度梯度处理,计算抑制率并拟合实际作用曲线,采用浓度加和模型(CA)和独立作用模型(IA)法评价不同药物之间的联合效应。【结果】4种药物对6类细胞的生长抑制均存在剂量-效应关系,无论在哪种细胞中,QCT的毒性最强,PMB毒性最小。4种抗菌药两两组合出现协同的概率较高,尤其是与OTC的组合,OTC+QCT在6种细胞中均有明显的协同抑制。TM3细胞中易出现相加而对肝细胞和肾细胞协同的可能性更大,对不同的细胞同一组合的效应变化可能不同。在三元和四元组合中,相加效应出现的概率上升且变化更为复杂,易随浓度的变化出现多段效应。【结论】常见兽药对肝脏、肾脏、神经及生殖细胞具有一定毒性,且这些药物的联合毒性效应不是简单的相加,组分、浓度等会影响联合效应,在应用时要注意配伍禁忌。

重金属Pb与抗生素对发光菌的联合毒性研究

重金属是水环境中的典型无机污染物,随着水体中抗生素检出率的增加,重金属和抗生素的复合污染及其效应已成为环境领域的研究热点。通过研究重金属和抗生素对发光菌的发光抑制作用,可以了解重金属和抗生素的毒性效应,为评估重金属和抗生素复合污染在水环境中的潜在风险提供理论依据。本文利用便携式急性毒性检测仪,系统研究了重金属Pb和6种抗生素(四环素、氧四环素、氯四环素、磺胺二甲基嘧啶、磺胺甲基嘧啶和磺胺嘧啶)对费氏弧菌的单一和联合急性毒性,得到了单一污染物的半数效应浓度,并对重金属Pb和抗生素所组成的二元、三元复合污染体系的联合作用进行初步探讨。研究表明,当Pb与抗生素共存时,对发光菌的急性毒性急剧上升。因此,在评价Pb与抗生素二元或多元复合污染体系的生态风险时,应考虑其联合毒性作用。

基于咪唑离子液体与萤火虫荧光素酶的结合模式预测混合物毒性

混合物毒性的评估与预测一直是毒理学和环境科学领域的前沿和热点.浓度加和模型(CA)和独立作用模型(IA)是目前应用最多的2个加和参考模型.但是,由于作用模式的相似性或相异性难以确定,难以在实际工作中选择合适的参考模型.为了探索分子水平上的结合模式与加和模型的关系,本研究以4种1-烷基-3-甲基咪唑氯离子液体([Cnmim]Cl,n=2,6,8,12)和萤火虫荧光素酶为研究对象,采用分子对接和分子动力学模拟确定离子液体与萤火虫荧光素酶的结合模式,结果表明[C2mim]Cl和[C6mim]Cl与荧光素酶具有相似的结合模式(BP1和BP2),[C8mim]Cl和[C12mim]Cl具有相同的结合模式(BP3).通过荧光素酶微板毒性分析法测定4个离子液体及两两组合构成的6个二元混合物体系共18条混合物射线的发光抑制毒性,应用CA和IA模型评估混合物毒性.结果表明,具有不同结合模式的[C2mim]Cl-[C8mim]Cl和[C2mim]Cl-[C12mim]Cl混合物体系,其毒性可用IA预测;具有相同结合模式的[C2mim]Cl-[C6mim]Cl和[C8mim]Cl-[C12mim]Cl体系,其毒性可用CA预测;而[C6mim]Cl-[C8mim]Cl和[C6mim]Cl-[C12mim]Cl体系,其部分混合物毒性可用CA描述,因其组分的结合模式既有相似性又有相异性.