Bài giảng độc học môi trường năm học 2013

Bài giảng độc học môi trường năm học 2013 Bài giảng độc học môi trường năm học 2013 Bài giảng độc học môi trường năm học 2013 Bài giảng độc học môi trường năm học 2013 Bài giảng độc học môi trường năm học 2013 Bài giảng độc học môi trường năm học 2013 Bài giảng độc học môi trường năm học 2013 Bài giảng độc học môi trường năm học 2013 Bài giảng độc học môi trường năm học 2013 Bài giảng độc học môi trường năm học 2013 Bài giảng độc học môi trường năm học 2013 Bài giảng độc học môi trường năm học 2013 Bài giảng độc học môi trường năm học 2013 Bài giảng độc học môi trường năm học 2013

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG

Mục đích – yêu cầu

Sinh viên phải nêu được:

- Các khái niệm, thuật ngữ về độc học và độc học môi trường

- Phân loại độc chất

- Các yếu tố ảnh hưởng đến độc tính của độc chất

Số tiết lên lớp: 5.0

Bảng phân chia thời lượng

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độc tính của độc chất 1.0

Trọng tâm bài giảng

- Các thuật ngữ trong độc học

- Các yếu tố ảnh hưởng đến độc tính của độc chất

Nội dung giảng dạy

1.1 Các khái niệm và thuật ngữ (xem [1 tr 7], [3 tr 11])

Độc học cũng có thể được định nghĩa là khoa học của các ảnh hưởng độc của hoá chất lên các cơ thể sống Nó là ngành khoa học cơ bản và ứng dụng

Ngoài ra, cũng có khái niệm độc học là ngành học nghiên cứu về khía cạnh định tính và định lượng tác hại của các tác nhân hoá học, vật lý và sinh học lên hệ thống sinh học của sinh vật sống

Tóm lại, độc học là môn khoa học nghiên cứu về những mối nguy hiểm đang xảy

ra hay sẽ xảy ra của các độc chất lên cơ thể sống

Một số nhóm của độc học

- Độc học môi trường - Độc học công nghiệp

- Độc học của thuốc trừ sâu - Độc học dinh dưỡng

- Độc học thuỷ sinh - Độc học lâm sàng

- Độc học thần kinh

1.1.2 Độc học môi trường

Độc học môi trường (environmental toxicology) là một ngành nghiên cứu các tác chất có hại trong môi trường (nguồn gốc, phương thức hoạt động và ảnh hưởng) Độc học môi trường hướng về mối quan hệ giữa tác chất, nguồn gốc của tác chất và ảnh hưởng có hại của chúng đối với các cơ thể sống

1.1.3 Chất độc

Chất độc là bất cứ loại vật chất nào có thể gây hại lớn tới cơ thể sống và hệ sinh thái, làm biến đổi sinh lý, sinh hoá, phá vỡ cân bằng sinh học, gây rối loạn chức năng sống bình thường, dẫn đến trạng thái bệnh lý hoặc gây chết

Tất cả các chất đều có thể là chất độc tiềm tàng Chỉ có liều lượng hoặc nồng độ

sẽ quyết định nó có phải là chất độc hay không

Nồng độ nền: là nồng độ có sẵn của các nguyên tố trong môi trường tự nhiên mà

với nồng độ này không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường, sức khỏe con người và sinh vật, không làm giảm chất lượng của các môi trường thành phần

Nồng độ cho phép: Là mức giới hạn nồng độ các chất có mặt trong môi trường

nào đó, đảm bảo không gây ảnh hưởng đến sức khỏ con người và sinh vật Nó là cơ sở giám sát môi trường, đánh giá tiếp xúc nghề nghiệp và tác hại sức khỏe cũng như có ý nghĩa dự phòng

1.1.4 Nhiễm bẩn, ô nhiễm và ngộ độc

Nhiễm bẩn (contamination)

Nhiễm bẩn là trường hợp các chất lạ làm thay đổi thành phần vi lượng, hóa học và sinh học của môi trường nhưng chưa làm thay đổi tính chất và chất lượng của các thành phần môi trường

Ô nhiễm môi trường (pollution)

Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và yếu tố vật chất nhân tạo quan hệ mật

thiết với nhau, bao quanh con người, có ảnh hưởng tới đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và thiên nhiên

Ô nhiễm môi trường là việc chuyển các chất thải hoặc năng lượng vào môi

trường, hủy hoại môi trường đến mức có khả năng gây hại đến sức khoẻ con người, đến

sự phát triển sinh vật hoặc làm suy giảm chất lượng môi trường

Chất ô nhiễm là các hóa chất, tác chất vật lý, sinh học ở nồng độ hoặc mức độ

nhất định sẽ vượt khả năng chịu đựng của môi trường, làm suy thoái và hủy hoại môi trường

Nhiễm độc

Là do chất độc tác động trên một cơ quan hay một hệ thống các cơ quan, làm tổn thương các cơ quan hoặc tử vong do các hoạt động sinh học của cơ quan không phục hồi

Như vậy, môi trường trước khi bị ô nhiễm, đã trải qua giai đoạn nhiễm bẩn Và sau

đó, nếu nồng độ chất bẩn càng tăng thì sẽ trở thành chất ô nhiễm, chất độc và gây nhiễm độc

1.1.5 Các cấp độ độc

Nhiễm độc gồm các cấp độ sau:

Siêu cấp tính (tối cấp)

- Xảy ra trong khoảnh khắc (s)

- Cơ thể hấp thụ một lượng lớn chất độc do chúng xâm nhập ào ạt một lúc

- Biểu hiện choáng, hôn mê, rất dễ tử vong

Cấp tính

- Thời hạn tiếp xúc ngắn và hấp thụ chất độc nhanh

- Khi tiếp xúc vói nồng độ chất độc cao

- Biểu hiện nhiễm độc phát triển nhanh

Để đánh giá độc tính cấp và ngưỡng độc người ta dùng các đại lượng sau

LD50 (median lethal dose): liều lượng gây chết 50% số sinh vật thí nghiệm Thường áp dụng cho nhóm sinh vật trên cạn Đơn vị mg/kg động vật

LC50 (median lethal concentration) nồng độ gây chết 50% sinh vật thí nghiệm, thường áp dụng để đánh giá độc tính của chất độc dạng lỏng, hoà tan trong nước hay nồng độ hơi, bụi trong không khí ô nhiễm Đơn vị mg/l dung dịch độc

Người ta thường dùng các chỉ số thời gian đi kèm với giá trị LD, LC chẳng hạn như

LD50/24h hay LC50/48h để chỉ khoảng thời gian đối tượng thí nghiệm bị chết

Bán cấp tính

- Tiếp xúc thường xuyên hoặc liên tiếp với nồng độ độc tương đối cao

- Các triệu chứng nhiễm độc xuất hiện sau nhiều ngày hoặc nhiều tuần lễ

Mãn tính

- Khi tiếp xúc thường xuyên với nồng độ độc cao hơn nồng độ cho phép

- Thời gian xuất hiện các triệu chứng sau nhiều tháng, nhiều năm

- Nhiễm độc biểu hiện do tích lũy chất độc hoặc do tích lũy tác dụng

1.2 Phân loại độc chất (xem [1 tr 31], [2 tr 50])

Có nhiều cơ sở khác nhau để phân loại các tác nhân độc, tuỳ theo mục đích nghiên cứu Có thể kể một số cách phân loại như phân loại theo ngành kinh tế - xã hội, theo tác dụng sinh học đơn thuần, theo mức độc độc, khả năng gây ung thư ở người, Trong phạm vi bài giảng này chỉ đi sâu vào cách phân loại theo nguồn gốc chất độc và môi trường tồn tại

1.2.1 Phân loại theo nguồn gốc chất độc

Có 2 cách phân loại độc chất theo nguồn gốc chất độc: dựa vào các hoạt động tạo ra độc chất hoặc bản chất của độc chất

Theo nguồn gốc tự nhiên, nhân tạo

- Tự nhiên: Các quá trình phân hủy tự nhiên như phân hủy xác động thực vật, núi lửa, bão cát, quá trình thụ phấn… và tạo ra các khí như SOx, NOx, CH4, CO2, bụi,

- Nhân tạo: Sản xuất công nghiệp, giao thông, xử lý chất thải,.… và cũng tạo ra các khí như SOx, NOx, CH4, CO2, bụi, , các kim loại nặng, các chất thải tổng hợp,

Theo bản chất của độc chất: nguồn gốc lý, hóa, sinh, phóng xạ

- Nguồn gốc phóng xạ: Tia phóng xạ là những tia mắt thường không nhìn thấy được, phát ra từ các nguyên tố phóng xạ, gồm tia a,b và g Khi bị nhiễm phóng xạ

sẽ gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh, tế bào,…

- Nguồn gốc sinh học: là các vi khuẩn, vi rút, nấm và độc tố có ở cơ thể chúng và trong cơ thể động, thực vật,… như vi khuẩn lị, dịch tả, độc tố trong nọc rắn, bò

cạp,…

1.2.2 Phân loại theo môi trường tồn tại chất độc

Môi trường tồn tại của chất độc bao gồm môi trường đất, nước, không khí

Độc chất trong môi trường đất: Môi trường đất có chứa các độc chất do quá trình

sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, tràn dầu, chôn lấp chất thải,

Độc chất trong môi trường nước: Nguồn nước mặt và nước ngầm bị nhiễm bẩn

và nhiễm độc cũng bởi quá trình sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, tràn dầu, bị xâm nhập mặn,

Độc chất trong môi trường không khí: do quá trình sản xuất nông nghiệp, công

nghiệp, các quá trình của tự nhiên đã phóng thích vào khí quyển các loại khí, bụi, hơi hay các hạt không phải là các thành phần không khí khô, làm cho thành phần không khí thay đổi, gây bất lợi cho con người, sinh vật và các công trình

Trong thực phẩm: Các loại thực phẩm cũng chứa những chất gây hại cho cơ thể

sống theo dây chuyền chuỗi thức ăn như nguồn nước có phân bón và thuốc bảo vệ thực vật, và do thực phẩm quá hạn sử dụng Ngoài ra trong bản thân thực phẩm cũng chứa nhiều độc tố sinh học như độc tố tetrodotoxin trong cá nóc có độc tính với hệ thần kinh, tim mạch

1.3 Các mối quan hệ trong độc học (xem [1 tr 11], [2 tr 2])

1.3.1 Mối quan hệ giữa liều lượng và đáp ứng

Liều lượng (dose) là một đơn vị của việc tiếp xúc các tác nhân gây hại lên một cơ thể sống Nó được thể hiện qua đơn vị trọng lượng (hay thể tích) trên thể trọng 1 (mg, g, ml/kg cơ thể) hoặc trọng lượng (hay thể tích) trên một đơn vị diện tích bề mặt tiếp xúc của cơ thể (mg, g, ml/m2 bề mặt cơ thể) Nồng độ trong không khí có thể được biểu diễn qua đơn vị của khối lượng hoặc thể tích trên một thể tích không khí như ppm, hay mg, g/m3 không khí Nồng độ trong nước: mg/l = ppm hay µg/l = ppb

Sự đáp ứng/phản ứng (Response) là phản ứng của cơ thể hay một hoặc một vài bộ phận của cơ thể sinh vật đối với một kích thích của chất độc Sự kích thích có thể gồm nhiều dạng và cường độ của đáp ứng thường liên quan đến cường độ kích thích; kích thích càng mạnh thì sự đáp ứng trong cơ thể càng lớn Khi chất kích thích là một hoá chất thì đáp ứng thường là hàm số của liều lượng và mối quan hệ này được gọi là mối quan hệ liều lượng - đáp ứng

Khi độc chất đi vào cơ thể sống với mỗi một liều lượng nhất định thì sẽ có những mức phản ứng, đáp ứng nhất định Kích thích càng mạnh thì sự đáp ứng trong cơ thể càng lớn Khi chất kích thích là một hoá chất thì đáp ứng thường là hàm số của liều lượng và mối quan hệ này được gọi là mối quan hệ liều lượng - đáp ứng

Sự thích nghi, chống chịu được coi như là sự đáp ứng đã suy giảm đối với một hoá

chất sau khi tiếp xúc ở một nồng độ dưới ngưỡng.

1.3.2 Sự tương tác của các độc chất

Sự tương tác (tương tác hỗn hợp của hai hay nhiều loại hoá chất) gây nên sự thay đổi đáp ứng về mặt định tính và định lượng so với đáp ứng riêng lẻ của từng loại hoá chất Sự tiếp xúc và đáp ứng có thể là đồng thời hoặc nối tiếp Sự thay đổi độc tính có thể tăng lên hay giảm đi

Tác động của 2 hay nhiều loại hoá chất xảy ra một lúc có thể:

= S các hiệu ứng riêng lẻ hoặc

> các hiệu ứng riêng lẻ hoặc

< các hiệu ứng riêng lẻ

Hay nói cách khác, trong môi trường có nhiều độc chất cùng tồn tại thì tính độc sẽ thay đổi Kết quả thu được có thể khuếch đại độ độc (1+1 ³ 2) hoặc bị triệt tiêu độc (1+1< 2)

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độc tính của độc chất (xem [1 tr 21], [3 tr 68])

Tính chất của một chất do cấu trúc hóa học tạo nên chất quyết định Tính chất này được thể hiện qua tính chất vật lý và hóa học Chính các tính chất vật lý, hóa học này sẽ quyết định hoạt tính sinh học của chất đó

Hình 1.1 Mối quan hệ giữa cấu trúc hóa học và tính cất của độc chất

Tuy nhiên, mức độ gây độc của một tác chất có hại lên cơ thể sinh vật có thể gia tăng hay giảm bớt còn phụ thuộc rất nhiều yếu tố, cả môi trường xung quanh lẫn trạng thái của cơ thể bị tác động, đặc trưng giống loài, giới tính, sự thích nghi, khả năng đề kháng hoặc độ mẫn cảm của các cá thể

1.4.1 Điều kiện tiếp xúc

- Liều lượng/nồng độ tại vị trí tiếp xúc sẽ quyết định mức độ của sự đáp ứng Khi nồng độ độc chất chưa đến mức ngưỡng thì chưa tạo ra biểu hiện ngộ độc mà chỉ gây độc ở dạng tiềm tàng

- Con đường tiếp xúc rất quan trọng, ví dụ khi hít phải methylene chloride sẽ sinh ra các khối u, nhưng nếu nuốt nó thì lại không sinh u

- Thời gian tiếp xúc: ngắn gây các tác hại có thể khắc phuc, dài, gây các tác hại nguy hiểm, không thể khắc phục Ví dụ nhiễm độc ngắn alcohol gây mất khả năng lọc mỡ của gan, nhưng về lâu dài sẽ gây xơ gan

Tóm lại, khi liều lượng tiếp xúc càng cao và thời gian tiếp xúc càng lâu thì độc tính tác hại càng lớn

1.4.2 Các yếu tố sinh học

Sự khác biệt loài có thể bao gồm khác biệt vị trí tác động, sự chuyển hoá sinh học,

tình trạng sinh lý Tuy vậy sự khác biệt loài giống mang tính định lượng vì sự đáp ứng của các loài thường là giống nhau hơn là khác nhau

Hoạt tính hóa học

Cấu trúc hóa học

Hoạt tính sinh vật học

Tính chất lý hóa

Một chất có thể rất độc với loài này nhưng không hề gây tác hại với loài khác Ví

dụ B-naphthamine gây u ở bàng quang của linh trưởng, chuột chũi, chó nhưng lại không sao ở chuột bạch và chuột chù Hoặc các thuốc diệt muỗi, dán có thể gây chết các loài này ngay khi tiếp xúc nhưng với con người thì chỉ gây choáng hoặc nhức đầu

Bộ phận bị tác động cũng khác nhau ở các loài khác nhau Ví dụ

dibutylnitrosaminegây u ở gan chuột cống và chuột lang nhưng lại gây u bàng quang và thực quản chuột nhắt

Tuổi tác của loài bị tác động cũng ảnh hưởng đến sự đáp ứng Ví dụ parathiol gây

độc nhiều cho chuột mới sinh hơn là chuột lớn Cơ sở của sự khác biệt này liên quan đến kích thước cơ thể (trọng lượng, diện tích bề mặt, cấu tạo cơ thể, khả năng chuyển hoá sinh học…)

Sự khác biệt về giới tính cũng ảnh hưởng đến đáp ứng Ví dụ khi tiếp xúc với DDT

lâu dài, chuột đực nhạy cảm hơn chuột cái 10 lần Chuột đực nhạy cảm nhất với tổn thương hệ tiết niệu do hydrocarbon bay hơi, sau đó sinh u thận Sự khác biệt về giới tính thường xuất hiện khi trưởng thành Cơ thể có lẽ do sự điều khiển của hormon

Tình trạng sức khỏe: Điều kiện dinh dưỡng của cơ thể và tình trạng bệnh tật có

ảnh hưởng tới phản ứng của cơ thể với hoá chất Sức khỏe yếu sẽ làm giảm khả năng chống chọi với bệnh tật của đối tượng

Yếu tố di truyền: cũng có tác dụng nhất định đến mức độ tác hại và khả năng ảnh

hưởng lâu dài qua vài thế hệ của độc chất

1.4.3.Các yếu tố môi trường

Ngoài điều kiện tiếp xúc và các yếu tố sinh học, độc chất còn chịu chi phối bởi các yếu tố môi trường Sau đây là một số yếu tố môi trường điển hình ảnh hưởng đến mức

Nhiệt độ

Nhiệt độ môi trường cao thường làm tăng hoạt tính của độc chất Nhiệt độ không khí cao sẽ làm chất độc bốc hơi nhanh, gây giãn mạch, tăng tuần hoàn làm chất độc chuyển hóa nhanh trong cơ thể và dễ xâm nhập các tổ chức; mồ hôi ra nhiều à chất độc dễ hấp thu qua da; giảm sức chống độc của gan, Trong môi trường lỏng, khi nhiệt độ tăng thường làm tăng khả năng hòa tan của các chất, tăng tốc độ phản ứng,

Các yếu tố khí tượng thủy văn

Bao gồm các yếu tố như độ ẩm, tốc độ gió, ánh sáng, dòng chảy, độ mặn, cũng có những ảnh hưởng đến hoạt tính của độc chất

Khả năng tự làm sạch của môi trường

Mỗi hệ sinh thái đều có một mức chịu tải và khả năng tự làm sạch Khả năng này càng lớn thì tính chịu độc và giải độc càng cao

v Câu hỏi hiểu bài

Câu hỏi trên lớp

Câu 1 Môi trường là gì?

Câu 2 Hệ sinh thái là gì?

Câu 3 Các chất độc có thể tồn tại ở đâu?

Bài tập về nhà

Câu 1 Thế nào là độc học?

Câu 2 Thế nào là độc học môi trường?

Câu 3 Một số đối tượng nghiên cứu của độc học?

Bài tập tổng hợp cuối chương

Phân biệt độc chất học và độc học môi trường?

v TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lê Huy Bá, Độc học môi trường, NXB Đại học quốc gia TP HCM, 2002

[2] Nguyễn Đức Huệ, Độc học môi trường, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 2010

[3] Trịnh Thị Thanh, Độc học, Môi trường và sức khoẻ con người, NXB Đại học quốc

gia Hà Nội, 2003

Chương 2 SỰ XÂM NHẬP, TÍCH TỤ, CHUYỂN HÓA

VÀ ĐÀO THẢI CỦA ĐỘC CHẤT

Mục đích – yêu cầu

Sinh viên sau khi học xong phải nêu được:

- Các con đường xâm nhập của độc chất vào cơ thể người

- Các biến đổi của độc chất trong cơ thể sinh vật

- Các con đường đào thải độc chất

Số tiết lên lớp: 5

Bảng phân chia thời lượng

Trọng tâm bài giảng

- Các con đường xâm nhập của độc chất

- Sự tích tụ và chuyển hóa

- Sự đào thải của độc chất

Nội dung giảng dạy

Hình 2.1: Con đường xâm nhập, tích tụ, chuyển hóa và đào thải độc chất.

2.1 Sự xâm nhập của độc chất (xem [1 tr 433], [3 tr 51])

2.1.1 Qua da

Các hợp chất dính trên da có thể có 4 phản ứng sau:

- Da và các tổ chức mỡ có tác dụng như hàng rào cản chống lại sự xâm nhập của độc chất gây tổn thương cơ thể

- Độc chất có thể phản ứng với bề mặt da và gây viêm da, dị ứng

- Độc chất xâm nhập qua da, kết hợp với các tổ chức protein gây cảm ứng da

- Độc chất xâm nhập vào cơ thể qua da vào máu

Có 3 đường xâm nhập qua da là qua lớp màng tế bào biểu bì, qua tuyến bã và các tuyến khác

Hình 2.2 Cấu trúc da và biểu bì da Trước khi vào hệ tuần hoàn, chất độc phải đi qua một số lớp tế bào Tốc độ vận chuyển này phụ thuộc độ dày của da, tốc độ dòng máu, tế bào bạch cầu và các yếu tố khác Tốc độ hấp thụ càng nhanh, nồng độ độc chất trong máu càng cao

2.1.2 Qua phổi

Các chất độc tiếp xúc khi hít thở sẽ hấp thụ qua phổi Các độc chất thuộc nhóm này thường là các khí như CO, NO2, SO2 , , ; hơi của các chất lỏng dễ bay hơi như benzen, CCl4 hơi, chì trong xăng và các sol khí.

Các khí độc tan được trong nước, khi vào phổi sẽ hoà tan trong dịch nhầy của ống

hô hấp và có thể tích tụ ở đó, gây tác hại ngay tại khu vực đó Các khí tan trong mỡ khuếch tán qua màng phế nang với tốc độ phụ thuộc hệ số phân bố mỡ/nước và khả năng hoà tan của khí trong máu Phổi người có diện tích tiếp xúc với không khí là 90m2 trong

đó 70m2

là diện tích tiếp xúc của phế nang, ngoài ra lại có một hệ thống mao mạch phong phú dòng máu đi qua phổi nhanh, tạo điều kiện thuận lợi cho sự hấp thụ các chất

có trong không khí qua phế nang vào mao mạch

Tùy theo bản chất của độc chất và kích thước hạt mà gây phản ứng trên đường hô hấp, dẫn đến tổn thương như kích thích, viêm nhiễm, giãn phế nang, xơ phổi v.v

Biểu bì

Hạ bì

Lớp mỡ

dưới da

Hình 2.3 Hệ hô hấp ở người

- Hạt d < 1mm: chui vào túi phế nang (túi phổi, mô phổi) đến tới màng phổi

- Hạt 1 < d < 10 mm: gây tác hại phần dưới của hệ hô hấp, lắng đọng trong khí quản, phế quản

- Hạt d > 10 mm: tác hại đến phần trên của phế nang, phế quản (phần mũi và khí quản)

- Các hạt mắc ở phần trên của hệ hô hấp thường được thải ra qua việc ho, hắt hơi hoặc đôi khi nuốt vào theo hệ tiêu hoá Khoảng 1/2 số hạt bụi sẽ bị đẩy ra trong một ngày, tuỳ thuộc vào bản chất của chất độc Các hạt mắc ở phần dưới của hệ hô hấp có thể đi tới tận màng phổi Các hạt khó tan nhất bị loại bỏ lâu nhất Các hạt tan được, nằm trong phế nang sẽ khuếch tán trực tiếp vào máu đi qua phổi, các hạt không tan sẽ xâm nhập vào các khoảng trống và theo máu đi đến các cơ quan khác trong cơ thể

Hệ hô hấp không chỉ giúp chất độc xâm nhập vào cơ thể mà cũng đào thải một số độc chất dưới dạng khí, hơi

2.1.3 Qua hệ tiêu hóa

Các chất độc có thể đi vào hệ tiêu hoá thông qua thức ăn Sự hấp thụ chất độc diễn ra dọc theo đường đi của quá trình tiêu hoá, các vùng hấp thụ đặc trưng là dạ dày (có tính acid yếu, không ion hoá) và ruột (tính bazơ yếu)

Hình 2.4: Hệ tiêu hóa ở người

Quá trình hấp thụ thức ăn xảy ra từ miệng đến trực tràng Nói chung các hợp chất được hấp thu trong các phần của hệ tiêu hoá, nơi có nồng độ cao nhất và ở dạng dễ hoà tan trong mỡ nhất Các chất tan trong mỡ dễ dàng vào máu và được phân bố đến các tế bào, gây ảnh hưởng lên bộ phận tiếp nhận hoặc tích luỹ lâu dài trong cơ thể Các chất tan trong nước tác động đến các cơ quan tiếp nhận và bị đào thải ra ngoài (không tích tụ) Các chất độc có cấu trúc và độ điện ly tương tự như các chất dinh dưỡng thì dễ dàng bị vận chuyển qua màng ruột vào máu

Sau khi vào huyết tương, chất độc sẽ được phân bố đi khắp cơ thể Tốc độ phân phối chất độc phụ thuộc vào hệ thống các mạch máu tới các cơ quan đó Sự phân bố chất độc còn phụ thuộc vào khả năng lưu giữ chất độc của các tế bào Các vị trí lưu giữ có thể là:

- Các protein của huyết tương: Liên kết protein là liên kết ion, cầu nối hyđro, hay liên kết Van der Waals, nên yếu và thuận nghịch Các chất độc có khả năng liên kết bền vững với protein của máu, tích tụ tại một số cơ quan trong cơ thể Các chất này thay thế

các thành phần liên kết của huyết tương ở một vài vị trí, dẫn đến thay đổi nhiệm vụ, xáo trộn chức năng hay hoạt tính của huyết tương

- Mỡ của cơ thể: Là môi trường hòa tan được nhiều chất như các dung môi hữu cơ, các khí trơ Một số thuốc trừ sâu như DDT, PCB clodan tan nhiều trong mỡ và có thể tích luỹ qua quá trình hoà tan vật lý đơn giản

- Xương: tích luỹ các hợp chất như Pb, stronti florua Các chất độc này có thể được đào thải qua quá trình trao đổi ion ở bề mặt tinh thể xương hay qua quá trình hoà tan của các tinh thể xương

- Gan và thận: Các cation hóa trị 3,4 của La, Cr, Thr hay các chất thủy phân và tạo thành chất keo

- Chất cư trú ở cơ quan đặc hiệu: Iod trong tuyến tụy; Ure trong thận; Digitaline ở tim Các độc chất nếu tích tụ đủ lượng sẽ biểu hiện thành những tổn thương, những thay đổi hoạt động bình thường của các cơ quan trong cơ thể

2.3 Sự chuyển hóa (xem [1 tr 441], [2 tr 64], [3 tr 62])

Sau khi chất độc được phân phối đến các cơ quan trong cơ thể thì ở đó sẽ xảy ra quá trình chuyển hoá chất độc Chuyển hoá chất độc trong cơ thể thực chất là quá trình sinh hoá để chuyển các chất độc thành các chất hoạt động hay bất hoạt Quá trình này thường xảy ra ở gan, thận hay các cơ quan khác của cơ thể, nhưng mức độ giới hạn khác nhau Một chuyển hoá sinh học có thể dẫn đến những thay đổi về đặc tính độc như sau:

- Chuyển hoá một hợp chất hoạt động thành không hoạt động

- Chuyển một chất không hoạt động sang dạng hoạt động

- Chuyển một chất không hoạt động sang một dạng không hoạt động khác

- Chuyển một chất hoạt động sang dạng hoạt động khác

Sơ đồ chuyển hoá:

Gây tác động lên cơ thể

Chất độc

Không đổi Chuyển hoá Khử độc

Gốc hoạt tính Không độc

Bài tiết

Quá trình chuyển hoá (trao đổi) theo 2 giai đoạn: Giai đoạn I gồm các phản ứng làm cho chất độc hoạt động hơn chuyển thành các dẫn xuất với các nhóm chức thích hợp cho các phản ứng ở giai đoạn 2 Giai đoạn 2 phản ứng gắn các nhóm phân cực cao lên

cơ chất, nhằm hỗ trợ quá trình bài tiết bằng thận và gan

Pha 1 trao đổi chất

Gồm các phản ứng oxy hoá, khử và thuỷ phân

RNO2 ® RNO ® RNHOH ® RNH2

Aldehyt khi tác dụng với hidro bị khử thành alcol

- Phản ứng thuỷ phân

Xảy ra ở một số cơ quan như gan, thận, huyết tương, với sự tham gia của nhiều loại enzym khác nhau Các loại tác chất có thể bị thuỷ phân là ester, hydrazde, carbamate, epoxide và amide, bằng cách bẻ gãy các hợp chất trên và thêm phân tử nước vào cầu nối ester

RCOOR’ + H2O ® RCOOH + R’OH Thuỷ phân cacboxyleste

RCONR’R’’ + H2O ® RCOOH + HNR’R’’ Thuỷ phân cacboxyamit

Pha 2 liên hợp

Phản ứng pha 2 là sự kết hợp một chất nội tan trong nước vào tác chất xâm nhập (chất ngoại sinh) Đóng một vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất loại bỏ độc tính

Kết quả của các phản ứng liên hợp là tạo thành các dạng enzym của gluctronide ethereal sulfate, mercapturic acid thông qua sự liên hợp với glutthione, amino acid và các hợp chất methyl Sau đây là các dạng phản ứng liên hợp

- Sự liên hợp glucuronit

Phản ứng glucuronit hoá là một trong các con đường chủ yếu để thải nhiều chất ngoại sinh và nội sinh ưa dầu khỏi cơ thể Sự liên hợp glucuronit nói chung tạo ra những sản phẩm có hoạt tính hoá học và sinh học kém, phân cực hơn, dễ dàng bài tiết và

do đó đóng góp vào sự giải độc của hầu hết các chất ngoại sinh Tuy nhiên, sự liên hợp glucuronit cũng có nhiều trường hợp gây độc hơn Ví dụ trường hợp của N-hiđroxi-2-axetylaminofluorin Cơ chất này, không giống 2-axetylaminofluorin, không có khả năng liên kết vào ADN khi vắng mặt sự trao đổi chất Tuy nhiên sự liên hợp glucuronit tiếp theo bởi sự liên kết oxi qua nhóm N-hiđroxi, cơ chất này trở nên có tác dụng mạnh tương tự như chất gây ung thư gan có chứa 2-axetylaminofluorin có khả năng liên kết với ADN Những loại chất ngoại sinh khác thường được hoạt hoá bởi sự liên hợp glucuronit là các axyl glucuronit của axit cacboxylic

- Sự liên hợp sulfat:

Sự sunfat hoá và sự thuỷ phân liên hợp sunfat được xúc tác bởi những thành viên khác nhau của sunfotransferaza (SULT) và các siêu họ enzim sunfataza, đóng vai trò rất quan trọng trong sự trao đổi chất và phân bố sắp xếp các cơ chất nội và ngoại sinh Các sản phẩm của enzim sunfotransferaza với các chất ngoại sinh khác nhau bao gồm các ancol, arylamin, phenol, tạo ra các este sunfat tan trong nước dễ dàng đào thải khỏi cơ thể Mặc dầu nói chung các phản ứng này quan trọng trong sự giải độc, chúng cũng được chỉ ra có tham gia vào sự hoạt hoá gây ung thư Con đường sunfat hoá như chỉ ra gồm hai hệ enzim: SULT xúc tác cho phản ứng sunfat hoá, và sunfataza xúc tác cho sự thuỷ phân các este sunfat được tạo ra bởi tác động của SULT

PAPS + R-XH ® R-X-SO3H + PAP Trong đó: X = OH hay NH2

PAPS = 3-phosphoadenoyl - 5 - phosphosulfate PAP = 3, 5 - adenosine diphosphat

Ví dụ: Axetyl hóa

R - NH2 + CH3 - C - SCoA ® R- N - C-CH3 + CoA-SH

|| | ||

O H O Amin acetyl CoA N-acetyl amin R: C mạch thẳng hoặc nhân thơm

- Tổng hợp acid mereapturie:

Chuyển hoá

RX - glutathione R-S- glutathlone

Peptid R- S - glutathione R-S - mereapturate R: mạch thẳng hoặc vòng thơm

Sản phẩm của phản ứng liên hợp rất quan trọng trong giải độc Trong gan và các

mô trong cơ thể chứa sẵn rất nhiều các tác nhân tạo phản ứng liên hợp Nhưng nếu nhu cầu quá lớn, vượt quá khả năng cung cấp thì các sản phẩm của pha 1 sẽ tự do phản ứng với các phân tử trong tế bào như nước, acid nucleic, protein … điều này giải thích tại sao tồn tại giá trị ngưỡng độc Lượng chất độc nhỏ hơn giá trị ngưỡng sẽ được loại bỏ an toàn khỏi cơ thể, nhưng nếu nồng độ vượt quá mức ngưỡng thì tốc độ đào thải chất độc không nhanh, chất độc sẽ ở lại lâu dài trong cơ thể

Các kiểu tác động

Tác động của chất độc có thể xảy ra ở ngay vị trí tiếp xúc hoặc rất xa điểm tiếp xúc ban đầu, chất độc đi vào máu bằng cách hòa tan trong huyết tương, hấp phụ lên bề mặt,…và được chuyển đi khắp cơ thể, nó có thể tác động đến một hay nhiều cơ quan của

cơ thể, gây ra các triệu chứng hoặc hội chứng nhiễm độc khác nhau như:

Tác dụng toàn thân

- Chất độc vào máu được phân bố trong cơ thể, có thể tác dụng lên một hoặc nhiều

cơ quan trong cơ thể

- Tổn thương có thể phục hồi hay không phục hồi

Tác dụng chọn lọc:

Là tác dụng của chất độc trên cơ quan riêng biệt, tác dụng phụ thuộc

- Lưu lượng máu qua cơ quan

- Thành phần cấu tạo của cơ quan

- Tình trạng riêng của đường vận chuyển chất độc (phổi bị tấn công bởi khí độc, gan là mục tiêu của chất độc qua đường tiêu hóa)

- Đặc điểm sinh hóa học của cơ quan bị tác động (cơ quan có khả năng chuyển hóa chất độc thành không độc,…)

2.4 Sự đào thải chất độc (xem [1 tr 442], [3 tr 65])

Các chất độc được bài tiết ra ngoài theo nhiều cách như gan, thận, tuyến mồ hôi, nước bọt, nước mắt, sữa mẹ, … nhưng quan trọng nhất là thận

2.4.1 Qua thận, nước tiểu

Nhiều chất hoá học được loại bỏ tại thận do chúng bị chuyển hoá sinh học thành các sản phẩm hoà tan nhiều trong nước khi chúng bị bài tiết qua nước tiểu Các chất độc có thể được loại bỏ cùng nước tiểu qua con đường lọc của tiểu cầu thụ động, khuếch tán qua ống thụ động và sự tiết ra ống chủ động

Sau khi chất độc (hay sản phẩm chuyển hoá của chúng) được lọc qua nước tiểu, các chất có hệ số phân bố mỡ/nước cao (tan trong mỡ) sẽ được hấp thụ lại, các chất tan trong nước và các ion sẽ bị đào thải qua bọng đái và ra theo nước tiểu

Sự bài tiết chủ động các chất độc có thể đạt được thông qua 2 cơ chế bài tiết ống, một cơ chế cho anion hữu cơ (acid) và một cơ chế cho các cation hữu cơ (bazơ) Các protein có liên kết với chất độc không bị đào thải bởi sự lọc của tiểu cầu hoặc sự khuếch tán thụ động, có thể bị đào thải qua quá trình bài tiết chủ động này

2.4.2 Qua đường gan, mật, ruột

Đây là con đường chủ yếu loại bỏ các chất độc đã qua cơ thể Các chất cặn rắn (phân) bao gồm thức ăn không tiêu hoá, một phần chất dinh dưỡng, các chất dị sinh hoá

có trong thực phẩm hoặc thuốc, đó là các chất không được cơ thể hấp thụ Gan có vị trí

- ruột sẽ vào máu tới gan trước khi vào hệ tuần hoàn Do vậy gan có thể tách một số chất độc trong máu, ngăn chặn sự phân bố của chúng đi khắp cơ thể

Sự bài tiết qua mật đóng vai trò quan trọng trong việc đào thải 3 loại hợp chất có khối lượng phân tử lớn hơn 300: các anion và các phân tử không bị oxy hoá, có nhóm phân cực và các nhóm ưa mỡ Chất có khối lượng phân tử nhỏ bị đào thải yếu qua mật

Sự bài tiết qua ruột: một số chất hoá học (digitoxin, dinitrobenzamit, hexaclobenzen, ochratoxin A…) được thải ra phân không qua quá trình bài tiết mật và cũng không phải

đi trực tiếp từ miệng, các hoá chất này được chuyển trực tiếp từ máu vào ruột và ra phân

Tuyến mồ hôi (qua da): Các chất độc tan trong nước dễ dàng bị bài tiết qua da bởi

tuyến mồ hôi

Qua thụ thai: Người mẹ bị ngộ độc, bị các bệnh truyền nhiễm … rất dễ truyền

sang cho thai nhi qua con đường nhau thai Ngược lại, thai nhi cũng bài tiết chất độc khỏi cơ thể, nó qua nhau thai để đi vào máu mẹ

Nước bọt: Một số người nhiễm độc chỉ có biểu hiện vùng lợi ở đầu chân răng bị

xám đen hoặc bị viêm Đó là do chất độc bị đào thải ra theo tuyến nước bọt

v Câu hỏi hiểu bài

Câu hỏi trên lớp

Câu 1 Tại sao phải xử lý chất thải?

Câu 2 Môi trường không khí ô nhiễm thường gây ra những bệnh về gì?

Câu 3 Tại sao khi đi qua những nơi dơ, bẩn, hôi thối ta hay bịt mũi và cảm thấy buồn nôn?

Câu hỏi về nhà

Câu 1 Các kiểu tác động của chất độc?

Câu 2 Như thế nào là tác dụng cục bộ?

Câu 3 Như thế nào là tác dụng toàn thân?

Câu 4 Như thế nào là tác dụng chọn lọc?

Câu hỏi cuối chương

Trình bày đường đi của độc chất trong cơ thể người khi cơ thể người bị phơi nhiễm?

v TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lê Huy Bá, Độc học môi trường, NXB Đại học quốc gia TP HCM, 2002

[2] Nguyễn Đức Huệ, Độc học môi trường, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 2010

[3] Trịnh Thị Thanh, Độc học, Môi trường và sức khoẻ con người, NXB Đại học quốc

gia Hà Nội, 2003

Chương 3 ĐỘC CHẤT HÓA HỌC VÀ PHÓNG XẠ

Mục đích – yêu cầu

Sinh viên sau khi học xong phải nêu được:

- Một số độc chất vô cơ và tính độc của chúng

- Một số chất độc hữu cơ và độc tính

- Chất độc phóng xạ

Số tiết lên lớp: 15

Bảng phân chia thời lượng

Nội dung giảng dạy

3.1 Các khí độc dạng vô cơ và các ion (xem [2 tr 100], [3 tr 32])

3.1.1 Cacbon monoxit (CO)

Nguồn gốc và tính chất lý hóa (xem thêm 1.2.1)

Khí quyển toàn cầu chứa khoảng 530 triệu tấn cacbon monoxit với thời gian

lưu trung bình từ 36 đến 110 ngày

Lý tính: CO là khí không màu, không mùi, không vị, nhẹ hơn không khí (d=

0,967), hóa lỏng ở -1910C, ít tan trong nước, không bị hấp phụ bởi than hoạt tính

Hoá tính: CO cháy với ngọn lửa màu xanh tạo thành CO2, ở điều kiện thường

CO trơ về hóa học, ở nhiệt độ cao nó trở thành chất khử mạnh

Cơ chế gây độc và độc tính

Cacbon monoxit kết hợp dễ dàng với hemoglobin (Hb) tạo ra

cacboxihemoglobin (COHb):

O2Hb + CO COHb +O2

Phản ứng này có hằng số cân bằng khoảng 210 (nghĩa là ái lực của hemoglobin đối với CO khoảng 210 lần mạnh hơn ái lực của nó với oxi) Cacboxihemoglobin là phức bền do vậy mà kết quả là làm giảm khả năng tải O2 của máu

Nồng độ bình thường của cacboxihemoglobin trong máu người không hút thuốc khoảng 0.5% do sự nội sinh CO từ sự dị hóa của máu Sự hấp thụ CO ngoại sinh làm tăng COHb như là hàm số của nồng độ CO trong không khí cũng như độ dài phơi nhiễm và tốc độ thông hơi của cá nhân Chẳng hạn sự nhiễm liên tục của người ở nồng

độ 30 ppm CO, giá trị cân bằng đạt được là 5% COHb sau tám giờ

Tác dụng ban đầu của sự nhiễm độc cacbon monoxit là sự mất khả năng xét đoán Điều này là một trong những nguyên nhân gây ra nhiều tai nạn ô tô Cùng với sự tăng nồng độ cacbon monoxit thì những rối loạn về trao đổi chất khác nhau cũng diễn ra

và hậu quả, mà trước tiên là chứng ngạt, dẫn đến cái chết, như được chỉ ra ở bảng 3.1

Bảng 3.1 Hậu quả của sự nhiễm độc CO ở các mức nồng độ khác nhau

Sự nhiễm độc CO ở nồng độ thấp trong một thời gian dài có khả năng làm cho tim và

sự rối loạn hô hấp thêm trầm trọng

Người bị nhiễm độc CO có thể cứu chữa bằng cho thở oxi hoặc đưa ra chỗ thoáng khí có oxi trong lành nhờ phản ứng nghịch xảy ra mạnh hơn

3.1.2 Lưu huỳnh đioxit (SO 2 )

Nguồn gốc và tính chất lý hóa (xem thêm 1.2.1)

- SO2 là khí không màu, không cháy, mùi hăng cay và gây phản xạ ngạt thở, vị

chua của acid, d = 2,297 SO2 dễ hóa lỏng dưới áp suất cao hoặc làm lạnh ở -150C (500l

- Tan trong nước tạo thành H2SO4 Ở đk thường SO2 khí không kết hợp với O2 nên

có khả năng dập tắt cháy

Cơ chế gây độc và độc tính

Lưu huỳnh đioxit là một khí kích thích tan trong nước Nó được hấp thụ chủ yếu theo dòng không khí thở và kích thích sự co thắt phế quản và sự chế tiết của màng nhầy Hầu hết mọi người bị kích thích ở nồng độ SO2 là 5ppm và cao hơn Một số người nhạy cảm thậm chí còn bị kích thích ở nồng độ 1-2 ppm Ở trong đường hô hấp SO2

dễ dàng kết hợp với nước tạo thành axit sunfurơ gây độc Những nghiên cứu chỉ ra rằng với những nồng độ nhiễm tương đối cao của SO2 sẽ gây tổn thương tế bào đường

hô hấp và làm tăng sinh các tế bào hình đôi của màng tiết nhầy SO2 được xem như chất làm ô nhiễm không khí đáng kể nhất, mặc dù trên thực tế sự nhiễm cấp ở nồng độ

20 ppm không gây độc hại và nồng độ gây chết người chỉ tại 500 ppm

Ảnh hưởng độc của SO2 được tăng cường khi nó được kèm theo với khói bụi Sự kết hợp này xảy ra trong thời gian có sương mù dày đặc kéo dài Nhiều thảm họa gây chết người đã xảy ra ngay cả khi nồng độ SO2 thấp Chẳng hạn, năm 1952 tại London Anh, sương mù dày đặc kéo dài 5 ngày liên tục và gây ra 4000 trường hợp tử vong (nồng độ cực đại của SO2 là 1,3 ppm và khói bụi là 4 mg/m3) Nguyên nhân có thể

do trong các hạt khói bụi có chứa các kim loại (sắt, mangan, vanađi) xúc tác cho quá trình chuyển hoá SO2 thành SO3 tạo ra axit sunfuric có tính độc cao hơn nhiều so với

SO2

Tác dụng của SO2 lên giới thực vật ở nồng độ cao gây ra sự phá hủy các mô lá, làm hư hại vùng rìa của lá và vùng nằm giữa các gân lá Khi độ ẩm tương đối tăng lên, tác hại đối với thực vật cũng tăng lên Ảnh hưởng của khí quyển SO2 ở nồng độ thấp nhưng lâu dài nguy hiểm đối với cây trồng hơn là ở nồng độ cao nhưng trong thời gian ngắn SO2 còn gây ra mưa axit gây hại cho cây trồng và môi trường

3.1.3 Các nitơ oxit (NO x )

NOx chủ yếu tồn tại ở 7 dạng: N2O; NO; NO2; N2O4; N2O3; NO3; N2O5

Nitơ monoxit ít độc hơn so với nito đioxit Giống như CO, NO tạo liên kết với hemoglobin và làm giảm hiệu suất vận chuyển oxi của máu Ở trong không khí bị

ô nhiễm thì NO có mặt ở nồng độ thấp hơn nhiều so với CO và vì vậy ít ảnh hưởng Nitơ đioxit gây độc hại hơn đối với sức khỏe con người Nó là chất kích thích phổi mạnh và có thể dẫn đến phù nề phổi (tràn dịch phổi) và chảy máu Hậu quả của nhiễm độc NO2 ở các mức nồng độ khác nhau được trình bày ở bảng 3.2