thuyết trình các vấn đề cơ bản về độc học mt

Việc điều khiển phù hợp đối với việc giải phóng hóa chất vào môi trường đòi hỏi một sự hiểu biết về loại hóa chất nào không nhất thiết phải sử dụng trong công nghiệp và nông nghiệp, về

- Độc tính mãn tính chuyên biệt loài

- Sự tương tác vô cơ và hữu cơ

5 Kết luận

1 GIỚI THIỆU

Sự phát triển của công nghiệp và nông nghiệp thì kết hợp mật thiết với việc sử dụng rộng rãi một loạt hóa chất Các chất thải hóa học được tạo ra qua các quá trình công nghiệp được phóng thích bừa bãi vào môi trường Các dạng khí phân tán nhanh chóng vào khí quyển; các dạng lỏng pha loãng vào dòng nước và được vận chuyển cách xa nơi tạo ra

nó Tương tự, thuốc trừ sâu và các hóa chất nông nghiệp khác đang được dùng nhằm nâng sản lượng nông nghiệp và rừng Ảnh hưởng tai hại tiềm tàng của việc sử dụng các hóa chất như thế đối với môi trường cho thấy sự tương quan ngược giữa môi trường

và lợi nhuận

Vấn đề lớn nhất của khai thác mỏ là phế liệu chứa chất độc

gây tác hại đến nông nghiệp và nước trong vùng

Kim loại nặng và chất hữu cơ từ sản xuất công nghiệp thâm nhập vào người do dùng nước này để nấu ăn hay tưới cây trồng

Đốt than, củi, mùn cưa để nấu ăn, sưởi, chiếu sáng là

nguyên nhân chủ yếu tạo ra độc tố trong nhà

Nước thải không qua xử lý gây ra những bệnh như dịch tả, thương hàn, lỵ, viêm gan WHO dự tính hằng năm có khoảng

1,5 triệu người chết vì nước thải không xử lý

Ô nhiễm không khí gây ra nhiều bệnh đường hô hấp và tuần hoàn WHO dự tính mỗi năm có khoảng 865.000 người chết do ô

nhiễm không khí là nguyên nhân trực tiếp gây ra

Ắc quy thường được chuyên chở sang các nước nghèo Ở đó chì được tái sinh bằng phương tiện thô sơ Nó gây nhiều hậu quả đến sức khỏe như rối loạn tăng trưởng, hỏng gan, thiểu năng trí tuệ…

Phế liệu phóng xạ gây nhiều tác hại đối với sức khỏe con người,

từ ung thư cho đến tử vong

Trên một dòng sông đã chết, Thành phố Seoul đã tái tạo thành một nhánh sông nhân tạo chảy trong lòng thành phố Nước được đưa về và sau đó hội

tụ trở lại một dòng sông chảy ngang qua vùng ngoại ô thành phố

Kết quả nhận thức của cộng đồng về sự nguy hiểm của các hóa chất trong môi trường đã khích lệ một số hoạt động bước ngoặt liên quan đến bảo vệ môi trường, bao gồm Earth Day, tổ chức của Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ, ban hành các văn bản pháp

lý nhằm điều hành và giới hạn việc giải phóng hóa chất vào môi trường Việc điều khiển phù hợp đối với việc giải phóng hóa chất vào môi trường đòi hỏi một sự hiểu biết

về loại hóa chất nào không nhất thiết phải sử dụng trong công nghiệp và nông nghiệp, về các tính chất độc và hậu quả của việc thải chất độc vào môi trường.

Độc chất học môi trường được xác định như là môn học nghiên cứu về số phận

và ảnh hưởng của các hóa chất trong môi trường Mặc dù định nghĩa này bao gồm các hóa chất độc tự nhiên tìm thấy trong môi trường (nọc độc động vật, độc chất vi sinh vật và thực vật), độc chất học môi trường còn kết hợp với việc nghiên cứu các hóa chất môi trường có nguồn gốc do con người tạo

ra Độc chất học môi trường có thể chia thành hai nhóm phụ: độc chất học sức khỏe môi trường và độc học sinh thái

Độc chất học sức khỏe môi trường nghiên cứu về những ảnh hưởng tác hại của hóa chất môi trường lên sức khỏe con người, trong khi độc học sinh thái tập trung vào ảnh hưởng của các chất xâm nhiễm môi trường lên hệ sinh thái và những thành tố của nó (cá, động vật hoang dã…) Sự đánh giá những ảnh hưởng độc của hóa chất lên con người liên quan đến việc sử dụng những mô hình động vật chuẩn (chuột, thỏ…) cũng như đánh giá dịch tễ học trong cộng đồng người tiếp xúc (nông trang viên hay công nhân nhà máy)

Trái lại, độc học sinh thái liên quan đến việc nghiên cứu ảnh hưởng tác hại của chất độc lên vô số sinh vật thuộc hệ sinh thái từ vi sinh vật cho đến những động vật ăn thịt Hơn nữa, nhìn toàn diện ảnh hưởng của hóa chất lên môi trường đòi hỏi những đánh giá liên quan đến độc chất học chẳng hạn như

số phận của hóa chất trong môi trường, và sự tương tác chất độc với các thành phần vô sinh (abiotic) của hệ sinh thái.

Những hóa chất gây ra nguy hiểm chính cho môi trường có xu hướng chia ra 3 đặc trưng: tồn tại bền bỉ trong môi trường, xu hướng tích lũy trong vật sống, và độc tính cao.

2 SỰ TỒN TẠI BỀN BỈ TRONG

MÔI TRƯỜNG

Nhiều quá trình vô sinh và hữu sinh hiện hữu trong tự nhiên mà chức năng liên quan đến việc loại trừ (phân hủy) các hóa chất độc Có nhiều hóa chất giải phóng vào môi trường chỉ gây nguy hiểm nhỏ, đơn giản là vì chúng có chu kỳ đời sống ngắn trong môi trường Nhưng có những hóa chất rất nguy hiểm cho môi trường (DDT, PCBs, TCDD), kháng lại quá trình phân hủy và tồn tại trong môi trường trong thời gian rất dài Sự liên tục đưa vào môi trường các hóa chất bền

bỉ này có thể dẫn đến sự tích lũy chúng trong môi trường đến mức độ đủ biểu hiện tính độc Những hóa chất như thế có thể tiếp tục gây nguy hiểm một thời gian dài sau khi việc thải vào môi trường đã dừng

Chu kỳ bán hủy trong môi trường của một số hóa chất xâm nhiễm

2.1 Sự phân hủy vô cơ

Nhiều quá trình phân hủy vô sinh quan trọng xảy ra nhờ ảnh hưởng của ánh sáng (quang phân) và nước (thủy phân)

- Sự quang phân

Ánh sáng, chủ yếu là tia UV, có tiềm năng phân cắt các liên kết hoá học và do đó đóng góp

có ý nghĩa vào sự phân hủy một số hoá chất

Sự quang phân hầu như thực hiện trong khí quyển hoặc nước bề mặt nơi mà cường độ ánh sáng lớn nhất Sự quang phân phụ thuộc vào cả cường độ ánh sáng và công suất của các phân tử chất ô nhiễm hấp thu ánh sáng Các hợp chất vòng chưa bảo hoà chẳng hạn như các polycyclic aromatic hydrocarbon có khuynh hướng nhạy cảm cao đối với sự quang phân bởi vì công suất hấp thu năng lượng ánh sáng của chúng cao Năng lượng nhẹ cũng làm thuận lợi cho sự oxy hoá các chất xâm nhiễm môi trường nhờ các quá trình thủy phân hay oxy hoá

- Sự thủy phân

Nước, thường kết hợp với năng lượng nhẹ hoặc nhiệt, có thể bẻ gãy các liên kết hoá học Các phản ứng thủy phân thường dẫn đến sự chèn vào một nguyên tử oxy với sự mất cùng diện tích một thành phần nào đó của phân tử Liên kết ester , chẳng hạn như trong thuốc trừ sâu phosphat vô cơ thì rất nhạy cảm với sự thủy phân, làm giảm đáng

kể chu kỳ bán hủy của các hoá chất này trong môi trường Tốc độ thủy phân các hoá chất bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và pH của môi trường lỏng Tốc độ thủy phân tăng cùng với sự tăng nhiệt độ và các cực của pH.

Ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời (quang oxy hóa) và mưa (thủy phân) lên sự phân hủy parathion

2.2 Sự phân hủy hữu cơ

Nhiều chất xâm nhiễm môi trường nhạy cảm với các quá trình phân hủy vô cơ, những quá trình này thường xảy ra ở tốc độ cực kỳ chậm

Sự phân hủy môi trường đối với các chất xâm nhiễm hoá học có thể xảy ra ở tốc độ cực nhanh với tác động của vi sinh vật Vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn và nấm) phân hủy các hóa chất nhằm để thu năng lượng từ những nguồn cơ chất này Các quá trình phân hủy sinh học này được gián tiếp nhờ enzyme và thực hiện tiêu biểu ở tốc độ vượt

xa phân hủy vô cơ

Các quá trình phân hủy hữu cơ có thể dẫn đến

sự khóang hóa hoàn toàn các hóa chất thành nước, dioxide carbon và các thành phần vô

cơ căn bản Sự phân hủy hữu cơ bao gồm các quá trình trên kết hợp với phân hủy vô

cơ (sự thủy phân, sự oxy hóa) và các quá trình chẳng hạn như sự chuyển các nguyên

tử chlorine (sự khử halogen hóa), sự cắt các cấu trúc vòng và sự chuyển các chuỗi carbon (khử alkyl hóa) Quá trình mà vi sinh vật được dùng như một phương tiện để loại các chất xâm nhiễm môi trường được gọi là

sự phân hủy sinh học.

2.3 Các quá trình loại bỏ không phân hủy

Nhiều quá trình vận hành trong môi trường đã đóng góp vào sự loại bỏ một chất xâm nhiễm bằng cách thay đổi sự phân bố của nó Các chất xâm nhiễm với áp suất bốc hơi đủ cao

có thể bốc hơi từ vùng đất hoặc nước bị nhiễm và được chuyển thông qua khí quyển đến nơi mới Những quá trình qua loãng toàn cầu như thế được xem là có vai trò lớn đối với sự phân bố phạm vi rộng đối với các loại thuốc trừ sâu chlorine hữu cơ tương đối dễ bay hơi chẳng hạn như lidane và hexachlorobenzene Sự phân tán nhờ gió và dòng khí quyển của các tiểu phần chất nhiễm hay bụi mà trên đó các chất nhiễm thấm vào cũng góp phần vào sự tái phân bố chất nhiễm

Sự hút thấm của chất nhiễm vào chất rắn trong môi trường nước với sự lắng trầm tích cùng diện tích cũng dẫn đến sự loại chất nhiễm ra khỏi cột nước và tái phân bố nó vào lớp trầm tích dưới đáy Sự hút bám vào lớp trầm tích của các chất nhiễm làm giảm đáng kể hoạt tính sinh học, bởi vì xu hướng của một hóa chất ưa dầu sẽ chia cắt lớp trầm tích với vi sinh vật ít hơn đáng kể xu hướng của nó chia cắt nước với vi sinh vật Chất nhiễm có khả năng hòa tan trong nước cao hơn có thể được loại và tái phân bố thông qua dòng chảy và thông qua sự lọc đất

3 SỰ TÍCH LŨY SINH HỌC

Khi đề cập sự tồn tại đơn độc dai dẳng trong môi trường, các nhà độc chất học không phải nhằm nói đến vấn đề khó giải quyết về mặt hóa học trong môi trường

Nếu một hóa chất không thể đi vào cơ thể sinh vật, sau đó nó sẽ không thể hiện độc tính Sau khi được hấp thu, hóa chất phải tích lũy trong cơ thể đến mức độ đủ thì mới bộc lộ độc tính.

Sự tích lũy sinh học được định nghĩa là quá trình mà sinh vật tích lũy hóa chất cả trực tiếp từ môi trường vô cơ (nước, không khí, đất) và từ nguồn thức ăn (chuyển dinh dưỡng) Các hóa chất từ môi trường đa số được sinh vật hấp thu bằng sự khuếch tán thụ động Các vị trí chủ yếu hấp thu bao gồm các màng của phổi, mang và ống tiêu hóa Trong khi hệ da và các cấu trúc kết hợp (vẩy, lông…) cung cấp một rào chắn bảo vệ chống lại sự xâm nhập vào từ môi trường thì sự hấp thu qua da thì khá đáng kể đối với một

số hóa chất Bởi vì các hóa chất phải đi qua màng đôi lipid để vào cơ thể, sự tích lũy sinh học các hóa chất tương quan thuận với khả năng hòa tan trong lipid

Môi trường nước là vị trí chủ yếu mà ở đó các hóa chất ưa lipid di chuyển qua rào cản giữa môi trường vô cơ và hữu cơ Điều này là vì

hồ, sông và biển là những nơi lắng các hóa chất này và sinh vật biển cho qua các màng

hô hấp của chúng (ví dụ: mang) một lượng nước vô cùng lớn, cho phép chiết xuất một cách hiệu quả các hóa chất từ nước Các sinh vật sống trong nước có thể tích lũy sinh học các hóa chất ưa lipid và đạt đến nồng độ lớn hơn rất nhiều so với nồng độ của hóa chất đó tìm thấy trong môi trường Mức độ mà các sinh vật sống trong nước tích lũy các xenobiotic từ môi trường lớn tùy thuộc vào hàm lượng lipid của sinh vật, bởi vì các lipid

cơ thể được xem như là vị trí chủ yếu giữ lại các hóa chất.

Sự tích lũy sinh học một số chất xâm nhiễm môi trường vào cá

Mối quan hệ giữa hàm lượng lipid của các sinh vật khác nhau (lấy mẫu từ hồ Ontario) với hàm lượng PCB trong toàn cơ thể

Các hóa chất có thể được chuyển theo chuỗi thực phẩm từ sinh vật mồi tới động vật ăn thịt Đối với các hóa chất

ưa lipid cao, sự vận chuyển này có thể làm tăng nồng độ hóa chất trong mỗi tiến trình liên kết chuỗi thực phẩm (khuếch đại sinh học).

Chuỗi thực phẩm vận chuyển DDT có trách nhiệm trong việc làm giảm nhiều quần thể chim ăn thịt, dẫn đến quyết định cấm dùng loại thuốc này ở Hoa Kỳ.

Sự tích lũy sinh học của một hóa chất theo chuỗi thực phẩm

Những yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy sinh học

• Xu hướng của một chất nhiễm vào môi

trường để tích lũy sinh học bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố Điều quan tâm

trường

Mức độ một hóa chất tích lũy được ghi nhận bằng nồng độ hiện diện trong môi trường Các chất nhiễm được loại trừ

dễ dàng ra khỏi môi trường thì không

có giá trị trong tích lũy sinh học

• Tính ưa lipid là một yếu tố quyết định tiềm năng tích lũy sinh học của một hóa chất Tuy nhiên, một số hóa chất ưa lipid cũng có xu hướng hút bám để lắng cặn, do đó ít sẵn sàng để tích lũy sinh học Ví dụ, sự hút bám benzo[a]pyrene vào acid humic làm giảm tiềm năng tích lũy sinh học của chúng trong

cá thái dương Cá từ các hồ thiếu dinh dưỡng, có mức độ các chất rắn lơ lững thấp, được thấy là tích lũy DDT nhiều hơn cá từ những hồ phú dưỡng có hàm lượng chất rắn

lơ lững cao.

• Khi đã được hấp thu bởi sinh vật, số phận của chất nhiễm sẽ ảnh hưởng đến sự tích lũy sinh học của nó Các hóa chất biến đổi sinh học nhanh là những chất hòa tan nhiều trong nước

và ít hòa tan trong lipid Hóa chất được biến đổi sinh học do đó ít ẩn nấp trong những thành phần lipid và sẽ dễ bị loại trừ ra khỏi cơ thể

4 TÍNH ĐỘC

4.1 Độc tính cấp tính

Độc tính cấp tính được định nghĩa là độc tính thể hiện ra khi tiếp xúc với chất độc trong thời gian ngắn Sự tác động của độc tính cấp tính trong môi trường thường kết hợp với sự cố (ví dụ sự trật bánh xe lửa dẫn đến thoát một hóa chất ra sông ) hay sự sử dụng khinh suất một hóa chất (sự lôi cuốn vào không khí một loại thuốc trừ sâu đến một nơi không chủ định) Sự thải các chất thải công nghiệp và chất thải đô thị đúng giới hạn những nơi quy định nếu được tôn trọng triệt để sẽ góp phần thành công trong việc bảo vệ để chống lại độc tính nhanh xâm nhập vào sinh vật ở những vùng nhận chất thải

Độc tính nhanh của một hóa chất thường được

đo bằng LC50 (nồng độ - concentration- chất

gây chết 50% sinh vật tiếp xúc) hay LD50

(liều lượng - dose- chất gây chết 50% quần

thể được xử lý) Cách đo đạc này không cung cấp sự hiểu biết sâu sắc lắm về mức độ

có thể chấp nhận của môi trường đối với chất xâm nhiễm (nồng độ giết 50% sinh vật tiếp xúc thì khó có thể chấp nhận được) Tuy nhiên, giá trị LC50 và LD50 cung cấp mang tính thống kê khả năng có thể sinh sản được của một hóa chất có độc tính cấp tính tương

đối

Đánh giá độc tính cấp tính của hóa chất đối với cá và

động vật hoang dã

Độc tính cấp tính của hóa chất môi trường được xác định bằng thực nghiệm với việc chọn các lòai như đại diện của các mức độ dinh dưỡng riêng trong hệ sinh thái (hữu nhũ, chim, cá, lòai không xương sống, thực vật bó mạch, tảo) Thí dụ, cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ yêu cầu xét nghiệm độc tính cấp tính đối với đại diện của tối thiểu 8 loài khác nhau trong vùng nước ngọt và vùng nước mặn (tất cả là 16 lòai) bao gồm

cá, động vật không xương sống, thực vật, khi xây dựng bộ tiêu chuẩn chất lượng nước cho một hóa chất