Sự nhiễm độc tố kim loại nặng trong động vật thủy sinh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HỒ CHÍ MINH KHOA HOÁ HỌC SEMINAR HÓA MÔI TRƯỜNG SỰ NHIỄM CÁC ĐỘC TỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐỘNG VẬT THỦY SINH Nhóm thực hiên : Nhóm 10 Nguyễn Viết

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HỒ CHÍ MINH

KHOA HOÁ HỌC

SEMINAR HÓA MÔI TRƯỜNG

SỰ NHIỄM CÁC ĐỘC TỐ KIM LOẠI NẶNG

TRONG ĐỘNG VẬT THỦY SINH

Nhóm thực hiên : Nhóm 10

Nguyễn Viết Trung

Giáo viên hướng dẫn : TS Trương Thị Tố Oanh

Thành phố Hồ Chí Minh – 2014

LỜI MỞ ĐẦU

Nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên quan trọng và là nhu cầu thiết yếu cho sự

sống của con người và mọi sinh vật sống trên trái đất

Quá trình phát triển công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ như y tế, du lịch, thương mại… đã làm cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt sự hiện diện của kim loại nặng trong môi trường đất, nước đã và đang là vấn đề môi trường được cộng đồng quan tâm Vùng cửa sông, cửa biển, ven biển thường là nơi tích tụ các chất ô nhiễm có nguồn gốc từ nội địa Sự tích tụ kim loại nặng sẽ ảnh hưởng đến đời sống của các sinh vật thủy sinh, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người thông qua chuỗi thức ăn Do vậy, xác định hàm lượng kim loại nặng trong môi trường là rất cần thiết do bởi tính độc, tính bền vững và sự tích tụ sinh học của chúng

Trong phạm vi bài tiểu luận này, nhóm chúng em xin tìm hiểu những nghiên cứu

về “ Sự nhiễm các độc tố kim loại nặng trong động vật thủy sinh” Từ đó đưa ra một

số nhận xét về thực trạng ô nhiễm kim loại nặng trong động vật thủy sinh cũng như đề xuất những kiến nghị góp phần cải thiện chất lượng thủy sản, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng

Do đề tài này khá rộng và kiến thức còn nhiều hạn chế nên nội dung đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự chỉ dẫn của Cô để bài báo cáo được hoàn chỉnh hơn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NẶNG [1] 1

1.1 Định nghĩa và nguồn gốc phát sinh kim loại nặng 1

1.2 Tính chất của kim loại nặng 2

1.3 Tác hại của một số kim loại nặng 3

1.3.1 Asen (As) 3

1.3.2 Cadmium (Cd) 3

1.3.3 Chì (Pb) 4

1.3.4 Crom (Cr) 5

1.3.5 Đồng (Cu) 5

1.3.6 Thủy ngân (Hg) 5

CHƯƠNG II: SỰTÍCH LŨY KIM LOẠI NẶNG Ở ĐỘNG VẬT THỦY SINH [2] 7

2.1 Sự tích lũy sinh học và cơ chế gây độc của kim loại nặng lên tế bào 7

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại nặng ở động vật thủy sinh 8

2.2.1 Nồng độ kim loại nặng trong nước 9

2.2.2 Điều kiện môi trường 9

2.2.3 Đặc tính của động vật thủy sinh 10

CHƯƠNG III: SỰ NHIỄM ĐỘC TỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐỘNG VẬT THỦY SINH Ở MỘT SỐ VÙNG CỤ THỂ 11

3.1 Sự nhiễm kim loại nặng trong cá ở hồ Manyas – Thổ Nhĩ Kỳ [3] 11

3.2 Sự nhiễm kim loại nặng trong cua nhi ệt đới ở sông Aponwe, Ado-Ekiti, Nigeria [4] 12

3.3 Sự nhiễm kim loại nặng trong động vật thủy sinh ở cửa biển Ennore, Ấn Độ [5] 12 KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NẶNG [1]

1.1 Định nghĩa và nguồn gốc phát sinh kim loại nặng

Kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5g/cm3

và thông thường chỉ những kim loại hoặc các á kim liên quan đến sự ô nhiễm và độc hại Tuy nhiên chúng cũng bao gồm những nguyên tố kim loại cần thiết cho một số sinh vật ở nồng độ thấp

Kim loại nặng được được chia làm 3 loại: các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu,

Ni, Cd, As, Co, Sn,…), những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru,…), các kim loại phóng

xạ (U, Th, Ra, Am,…) Tỷ trọng của những kim loại này thông thường lớn hơn 5g/cm3

Kim loại nặng hiện diện trong tự nhiên đều có trong đất và nước, hàm lượng của chúng thường tăng cao do tác động của con người Các kim loại nặng do tác động của con người

là nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng chủ yếu khi chúng đi vào môi trường đất và nước Các kim loại do hoạt động của con người như As, Cd, Cu, Ni và Zn thải ra ước tính là nhiều hơn so với nguồn kim loại có trong tự nhiên, đặc biệt đối với chì là 17 lần Nguồn kim loại nặng đi vào đất và nước do tác động của con người bằng các con đường chủ yếu như bón phân, bã bùn cống và thuốc bảo vệ thực vật và các con đường phụ như khai khoáng và kỹ nghệ hay lắng đọng từ không khí (Hình 1)

1.2 Tính chất của kim loại nặng

Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học, không độc khi ở dạng nguyên tố tự do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation do khả năng gắn kết với các chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm Đối với con người, có khoảng 12 nguyên tố kim loại nặng gây độc như chì, thủy ngân, arsenic, cadmium, nickel…

Một số kim loại nặng được tìm thấy trong cơ thể và thiết yếu cho sức khỏe con người, chẳng hạn như sắt, kẽm, magnesium, cobalt, manganese, molybdenum và đồng mặc dù với lượng rất ít nhưng nó hiện diện trong quá trình chuyển hóa Tuy nhiên, ở mức thừa của các nguyên tố thiết yếu có thể nguy hại đến đời sống của sinh vật Các nguyên

tố kim loại còn lại là các nguyên tố không thiết yếu và có thể gây độc tính cao khi hiện diện trong cơ thể, tuy nhiên tính độc chỉ thể hiện khi chúng đi vào chuỗi thức ăn Các nguyên tố này bao gồm thủy ngân, nickel, chì, arsenic, cadmium, platinum và đồng ở dạng ion kim loại Chúng đi vào cơ thể qua các con đường hấp thụ của cơ thể như hô hấp, tiêu hóa và qua da Nếu kim loại nặng đi vào cơ thể và tích lũy bên trong tế bào lớn hơn

sự phân giải chúng thì chúng sẽ tăng dần và sự ngộ độc sẽ xuất hiện Do vậy người ta bị ngộ độc không những với hàm lượng cao của kim loại nặng mà cả khi với hàm lượng thấp và thời gian kéo dài sẽ đạt đến hàm lượng gây độc Tính độc hại của các kim loại nặng được thể hiện qua:

- Một số kim loại nặng có thể bị chuyển từ độc thấp sang dạng độc cao hơn trong một vài điều kiện môi trường, ví dụ thủy ngân

- Sự tích tụ và khuếch đại sinh học của các kim loại này qua chuổi thức ăn có thể làm tổn hại các hoạt động sinh lý bình thường và sau cùng gây nguy hiểm cho sức khỏe của con người

- Tính độc của các nguyên tố này có thể ở một nồng độ rất thấp khoảng 0.1-10 mg/L

1.3 Tác hại của một số kim loại nặng

Ô nhiễm môi trường do tính độc hại của kim loại nặng gây mất cân bằng sinh thái, làm suy giảm nhiều quần thể sinh vật đã được tìm thấy ở nhiều quốc gia trên thế giới Khi sinh vật sống trong môi trường bị ô nhiễm, khả năng tích tụ các chất ô nhiễm trong cơ thể chúng là rất cao, nhất là ô nhiễm kim loại, gây nguy cơ cho sức khỏe của người tiêu thụ chúng thông qua chuỗi thức ăn

1.3.1 Asen (As)

Asen phân bố nhiều nơi trong môi trường, chúng được xếp thứ 20 trong những nguyên tố hiện diện nhiều trong lớp vỏ của trái đất, hiện diện ít hơn Cu, Sn nhưng nhiều hơn Hg, Cd, Au, Ag, Sb, Se Nguồn asen khổng lồ phóng thích vào khí quyển bởi quá trình tự nhiên là sự hoạt động của núi lửa Trong môi trường tự nhiên, asen chủ yếu liên kết với các khoáng mỏ sulfite

Nước biển có hàm lượng As khoảng 2,6 mg/L, nước mưa không bị ô nhiễm cũng chứa khoảng 19 ng/L, nước ao hồ 0,2–56 mg/L, và trong nước sông phụ thuộc vào mức

độ ảnh hưởng của nước thải công nghiệp

Nguồn gây ô nhiễm do hoạt động của con người

- Khai thác quặng mỏ (Cu, Ni, Pb, Zn), luyện kim đưa vào môi trường một lượng lớn arsenic

- Đốt các nhiên liệu hóa thạch từ các hộ gia đình, từ các nhà máy điện

- Sử dụng thuốc diệt nấm, thuốc trừ cỏ, thuốc diệt côn trùng và công nghiệp (DDT và các loại thuốc trừ sâu hữu cơ khác đều có chứa các hợp chất arsenic hữu cơ)

Đối với động vật thủy sinh, As làm biến dạng thận trên và tùy tạng của cá da trơn

As tích lũy trong võng mạc mắt của cá, gan và thận của cá, làm thay đổi các chỉ tiêu huyết học, làm giảm sự sinh trưởng của cá

Tác hại của asen đối với sức khỏe con người: tính độc của asen phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của các hợp chất mà nó hình thành, đặc biệt là hoá trị Asen hoá trị 3 độc hơn rất nhiều so với asen hoá trị 5 Những biểu hiện của ngộ độc asen mãn tính bao gồm: yếu ớt, mất phản xạ, mệt mỏi, viêm dạ dày, viêm ruột kết, chán ăn, giảm cân, rụng tóc, Con người bị nhiễm độc asen lâu dài qua thức ăn hoặc không khí dẫn đến bệnh tim mạch, rối loạn hệ thần kinh, rối loạn tuần hoàn máu, móng giòn dễ gãy với những vạch trắng ngang móng, rối loạn chức năng gan, thận Ngộ độc asen cấp tính có thể gây buồn nôn, khô miệng, khô họng, rút cơ, đau bụng, ngứa tay, ngứa chân, rối loạn tuần hoàn máu, suy nhược thần kinh,…

1.3.2 Cadmium (Cd)

Cd hiện diện khắp nơi trong lớp vỏ của trái đất với hàm lượng trung bình khoảng 0,1 mg/kg, tuy nhiên hàm lượng cao hơn có thể tìm thấy trong các loại đá trầm tích Hàng

năm sông ngòi vận chuyển một lượng lớn Cd đổ vào các đại dương (GESAMP, 1984 trích trong WHO, 1992)

Nguồn gây ô nhiễm do hoạt động của con người:

- Các ứng dụng chủ yếu của Cd trong trong công nghiệp như: lớp mạ bảo vệ thép, chất ổn định trong PVC, chất tạo màu trong plastic và thủy tinh, và trong hợp phần của nhiều hợp kim là một trong những nguyên nhân phóng thích Cd vào môi trường

- Hàm lượng của Cd trong phân lân biến động khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc của đá phosphate

Cd hấp thụ vào các cơ quan gan, tụy, vỏ, mang và các bộ phận khác của tôm Gan, tụy và mang hấp thụ cao nhất Tuy nhiên, Cd ít ảnh hưởng đến quá trình lột xác của tôm Đối với giáp xác, hàm lượng Cd trong nước phải nhỏ hơn 2,0 mg/L Giới hạn Cd theo đề nghị trong nước ngọt phải nhỏ hơn 1,1 mg/Lvà 9,3 mg/L ở nước lợ/mặn

Tác hại của Cd đối với sức khỏe con người: Cadmium được biết gây tổn hại đối với thận và xương ở liều lượng cao Nghiên cứu 1021 người đàn ông và phụ nữ bị nhiễm độc Cd ở Thụy Điển cho thấy nhiễm độc kim loại này có liên quan đến gia tăng nguy cơ gãy xương ở độ tuổi trên 50 (Tobias Alfvén, 2004) Bệnh itai-itai là bệnh do sự ngộ độc

Cd trầm trọng Tất cả những bệnh nhân với bệnh này điều bị tổn hại thận, xương đau nhức trở nên giòn và dễ gãy

1.3.3 Chì (Pb)

Chì hiện diện tự nhiên trong đất với hàm lượng trung bình 10-84 ppm

Nguồn gây ô nhiễm do hoạt động của con người:

- Chì được sử dụng trong pin, trong bình ăcqui, trong một số dụng cụ dẫn điện Một số hợp chất chì được thêm vào trong sơn, thủy tinh, đồ gốm như chất tạo màu, chất ổn định, chất kết gắn

- Các sản phẩm thải từ ứng dụng của chì (như một số hợp chất chì hữu cơ như tetraetyl hoặc tetrametyl chì được thêm vào trong xăng ở những quốc gia đang phát triển) làm gia tăng lượng kim loại độc hại này trong môi trường

Độ độc mãn tính của Pb là làm cho cá bị stress, đen vây Độ độc cấp tính là ảnh hưởng lên hệ thống mang, làm tôm cá không hô hấp được

Tác hại của chì đối với sức khỏe con người: trong cơ thể người, chì trong máu liên kết với hồng cầu, và tích tụ trong xương Khả năng loại bỏ chì ra khỏi cơ thể rất chậm chủ yếu qua nước tiểu Chu kì bán rã của chì trong máu khoảng một tháng, trong xương

từ 20-30 năm (WHO,1995 trích trong Lars Jarup, 2003) Các hợp chất chì hữu cơ rất bền vững và độc hại đối với con người, có thể dẫn đến chết người Những biểu hiện của ngộ độc chì cấp tính như nhức đầu, tính dễ cáu, dễ bị kích thích, và nhiều biểu hiện khác nhau

liên quan đến hệ thần kinh Con người bị nhiễm độc lâu dài đối với chì có thể bị giảm trí nhớ, giảm khả năng hiểu, giảm chỉ số IQ, xáo trộn khả năng tổng hợp hemoglobin có thể dẫn đến bệnh thiếu máu Chì cũng được biết là tác nhân gây ung thư phổi, dạ dày và u thần kinh đệm Nhiễm độc chì có thể gây tác hại đối với khả năng sinh sản, gây sẩy thai, làm suy thoái nòi giống

1.3.4 Crom (Cr)

Crom xuất hiện là kết quả của quá trình khoáng hóa và sự hòa tan Cr hữu cơ từ trong đất Crom cũng được tìm thấy rộng rãi trong mạ điện, thuộc da, vãi sợi, mực in, ảnh màu, sản xuất inox, sơn Crom tồn tại trong nước với 2 dạng Cr (III), Cr (VI) Cr (III) không độc nhưng Cr (VI) độc đối với động thực vật

Cr cũng được cho là tác nhân làm giảm hoạt động của nội bào, gây đột biến gen,

tác động trực tiếp lên ADN Tôm rằn Penaeus semisulcatus hấp thu Cr(VI) cao nhất ở

mang, kế đến là gan tụy và ít nhất được tìm thấy trong cơ Khi bị ảnh hưởng Cr(VI), cá bị

lờ đờ, không bơi lội do bị biến đổi tế bào mô của mang, thận và gan Dạng CrO4

có thể xâm nhập dễ dàng qua màng tế bào

Với người Cr (VI) gây loét dạ dày, ruột non, viêm gan, viêm thận, ung thư phổi

1.3.5 Đồng (Cu)

Cu2+ là dạng độc nhất và khi pH càng tăng thì các dạng của Cu sẽ thay đổi từ Cu2+, CuCO3, Cu(CO3)22-, Cu(OH)3- đến dạng cuối cùng là Cu(OH)42- Cu2+ ảnh hưởng đến 80% quá trình quang hợp của tảo ở nồng độ 0,1 mg/L Ở nồng độ 0,05 mg/L ức chế sự phát triển của tảo đến 40% Liều lượng 16~32 mg/kg thức ăn sẽ ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của cá nheo Mỹ nhưng không ảnh hưởng đến tế bào máu cũng như là cơ cá

Tác hại của đồng đối với sức khoẻ của con người: đồng được xem là một trong những nguyên tố cần thiết đối với sự phát triển của con người, tuy nhiên sự tích tụ đồng với hàm lượng cao có thể gây độc cho cơ thể Cumings (1948) trích trong WHO (1998) phát hiện đồng thực sự là tác nhân độc hại đối với các bệnh nhân Wilson và khám phá rằng gan và não của những bệnh nhân này có chứa hàm lượng kim loại này rất cao

1.3.6 Thủy ngân (Hg)

Thủy ngân hiện diện và tồn tại trong tự nhiên ở nhiều dạng khác nhau: kim loại,

vô cơ và hữu cơ (metyl và etyl thủy ngân) Tất cả những dạng này có tính độc khác nhau

và có thể ảnh hưởng đến sức khoẻ con người Trong môi trường đất, dạng cation Hg2+

hiện diện là phổ biến nhất Hg trong nước ít khi vượt quá 0,1 mg/L, trung bình trong nước biển khoảng 0,03 mg/L, và nồng độ Hg gia tăng gần các cửa sông chịu ảnh hưởng

từ công nghiệp (Baker, 1977 trích trong Bryan & Langston, 1992) Trong lớp bùn đáy ao

Hg có thể tồn tại từ 10–100 năm Hg vô cơ có các dạng: Hg, Hg+

và Hg2+, ở dạng hữu cơ thì Hg liên kết với nhóm sulfhydryl (-SH) từ các acid amin có chứa S trong cơ thể sinh vật chết Ngoài ra, Hg còn liên kết với các gốc hydrocarbon như là CH3HgCl, CH3Hg+ và

CH3HgCH3

Thủy ngân đến từ các nguồn tự nhiên và nguồn do hoạt động của con người:

- Nguồn tự nhiên: hoạt động của núi lửa, sự phong hoá nhiều loại đá có chứa thủy ngân

- Nguồn do hoạt động của con người: đến từ các nhà máy điện đốt than; các lò đốt rác thải; những nơi khai thác thủy ngân, vàng, đồng, kẽm, bạc; các hoạt động luyện kim; thải bỏ các nhiệt kế và từ đốt rác thải y tế Riêng chất thải từ các thiết bị y tế có thể phóng thích chiếm khoảng 5% thủy ngân trong nước thải (WHO, 2007)

Ở động vật thủy sản, Hg được tích lũy trong cơ thể cá thông qua chuỗi thức ăn Nồng độ 160 mg/L sẽ ức chế quá trình chuyển giai đoạn trên giáp xác, giảm hô hấp, ngưng hoạt động bơi lội sau 10 giờ HgCH3 (Methyl thủy ngân–MeHg) trong sản phẩm thủy sản là mối quan tâm chính về sức khỏe toàn cầu Methyl thủy ngân không thể được loại bỏ qua quá trình chế biến vì MeHg liên kết với protein trong tế bào cơ của tôm cá 95% sẽ hấp thụ vào trong các bộ phận cơ quan cá trong vòng 2 ngày và tồn tại trong cơ thể từ 70–90 ngày

Ảnh hưởng của thủy ngân đối với sức khỏe con người: Metyl thủy ngân độc hại đối với hệ thần kinh trung ương và ngoại vi Hít thở hơi thủy ngân có thể ảnh hưởng tổn hại đến hệ thần kinh, tiêu hóa, phổi, thận và có thể tử vong Các muối vô cơ của thủy ngân có thể phá hủy da, mắt, đường tiêu hóa, và có thể gây ra sự tổn hại thận nếu hấp thụ (WHO, 2007) Thảm họa ngộ độc metyl thủy ngân (bệnh Minamata) năm 1956 có hơn

2000 người bi ngộ độc trong số này có 43 người chết, hơn 700 người với tàn tật nghiêm trọng suốt đời (Clark et al., 1997)