Bài giảng độc học môi trường

Nhưng không giống như độc chất học cổ điển, ĐCHMT nghiên cứu ảnhhưỡng của độc chất học trong môi trường tự nhiên và nhân tạo, chức phận và ảnh hưởng của độc chất lên hệ sinh thái và bảo

Vì đa ngành nên tài liệu liên quan rất lớn và không ngừng phát triển Để đem

được chúng là điều rất khó khăn và itêu tốn thời gian của sinh viên vì vậy trong

khuôn khổ môn học chúng tôi chỉ dừng lại ở việc giới thiệu những gì cơ bản nhất

Những kiến thức chuyên sâu hơn có thể được đề cập ở những môn chuyên sâu

hơn hay chỉ phù hợp cho mức độ cao hơn như ở bậc cao học

3

Vì đa ngành nên tài liệu liên quan rất lớn và không ngừng phát triển Để đem

được chúng là điều rất khó khăn và itêu tốn thời gian của sinh viên vì vậy trong

khuôn khổ môn học chúng tôi chỉ dừng lại ở việc giới thiệu những gì cơ bản nhất

Những kiến thức chuyên sâu hơn có thể được đề cập ở những môn chuyên sâu

hơn hay chỉ phù hợp cho mức độ cao hơn như ở bậc cao học

Vì đa ngành nên tài liệu liên quan rất lớn và không ngừng phát triển Để đem

được chúng là điều rất khó khăn và itêu tốn thời gian của sinh viên vì vậy trong

khuôn khổ môn học chúng tôi chỉ dừng lại ở việc giới thiệu những gì cơ bản nhất

Những kiến thức chuyên sâu hơn có thể được đề cập ở những môn chuyên sâu

hơn hay chỉ phù hợp cho mức độ cao hơn như ở bậc cao học

5

Vì đa ngành nên tài liệu liên quan rất lớn và không ngừng phát triển Để đem

được chúng là điều rất khó khăn và itêu tốn thời gian của sinh viên vì vậy trong

khuôn khổ môn học chúng tôi chỉ dừng lại ở việc giới thiệu những gì cơ bản nhất

Những kiến thức chuyên sâu hơn có thể được đề cập ở những môn chuyên sâu

hơn hay chỉ phù hợp cho mức độ cao hơn như ở bậc cao học

Vì đa ngành nên tài liệu liên quan rất lớn và không ngừng phát triển Để đem

được chúng là điều rất khó khăn và tiêu tốn thời gian của sinh viên vì vậy trong

khuôn khổ môn học chúng tôi chỉ dừng lại ở việc giới thiệu những gì cơ bản nhất

Những kiến thức chuyên sâu hơn có thể được đề cập ở những môn chuyên sâu

hơn hay chỉ phù hợp cho mức độ cao hơn như ở bậc cao học

7

Quá trình phát triển của thế giới trong thế kỷ vừa qua đã xuất hiện những

vấn đề môi trường nghiêm trọng thúc đẩy sự ra đời của nhiều ngành khoa

học liên quan đến nghiên cứu môi trường

Độc học môi trường cũng như thế, đây là ngành khoa học mới xuất hiện

từ thập niên 60 thế kỷ 20

Độc học môi trường là một khoa học đa ngành bao gồm sinh hóa, sinh lý

học, dược lý học, sinh thái học, mô hình toán và thống kê

9

Nhưng không giống như độc chất học cổ điển, ĐCHMT nghiên cứu ảnh

hưỡng của độc chất học trong môi trường tự nhiên và nhân tạo, chức

phận và ảnh hưởng của độc chất lên hệ sinh thái và bảo vệ HST khỏi ảnh

hưởng của độc chất

Trong các ngành khác của khoa học môi trường, chất độc môi trường có

mối quan hệ tương hỗ trong các điều tra khoa học và các vấn đề xã hội

Sự phát triển của chất độc môi trường là khách quan bởi sự gia tăng nhận

thức xã hội

Độc học môi trường không chỉ là một hợp phần trong các khoa học môi

trường và các nghiên cứu môi trường Khía cạnh quan trọng khác của các

khoa học môi trường là bảo tồn loài, môi trường sống và hệ sinh thái, bảo

vệ các loài có nguy cơ tuyệt chủng, và mức độ khác nhau của quản lý đất,

nước, động vật hoang dã, và thủy sản

ĐHMT quan tâm đến tác nhân và tác động của các tác nhân đó đến các

hệ thống sinh thái

Kinetic (động lực –động thái/hành động) movement

Dynamic-

động-Tại sao cần kiến thức đa ngành:

Bởi tương tác cơ bản của chất độc là tương tác ở cấp độ phân tử nhưng ảnh

hưởng xảy ra trên nhiều quy mô vật lý và sinh học

chức năng- function

11

Đồ thị cho ta thấy tốc độ gia tăng chóng mặt của dân số loài người chỉ trong vài

thập kỷ cuối thế kỷ 20

Chúng ta thấy rằng hầu hết các tiêu chí trong bảng cho thấy chất lượng môi

trường ngày càng xấu đi do sự phát triển của loài người

Tuy nhiên trong số này chúng ta cũng nhận thấy một số nỗ lực cải thiện chất

lượng sống như giảm lượng phát thải chì, DDT, duy trì và hạn chế tác động của

ô nhiễm đến sinh vật như cá

Những cải thiện này được thực hiện là nhờ những bằng chứng khoa học chứng

minh tác động của các hợp chất độc hại này lên con người và sinh vật

13

Prehistory knowledge: learned about what is animals or plant are safe or unsafe.

The use of plant and animal toxins by the Greeks was common Dioscorides

(A.D 50–100), a Greek army physician who served in the court of Nero, the

Roman emperor, is responsible for an early attempt to classify poisons His

classification of more than 600 plant, animal, and mineral poisons as being toxic

or therapeutic is sufficiently valid to still be used today

The Greeks used poisons as the state method of execution Socrates,

Demosthenes, and Cleopatra were all victims of poisoning, albeit for different

reasons, including an execution and two suicides, respectively

The German physician Paracelsus (1493–1541), whose writings promoted

the essence of modern toxicology (From Paracelsus: Philosophia Magna

Birckmann,

Cologne, 1567.)

Sir Percival Pott 1700’s Father of occupational exposure assessment

Mathieu Joseph Bonaventure Orfila (Catalan: Mateu Josep

Bonaventura Orfila i Rotger) (24 April 1787 – 12 March 1853) was

a Spanish-born French toxicologist andchemist, the founder of the science

of toxicology

Năm 1840, Marie LaFarge bị xét xử vì tội giết chồng bằng cách sử dụng

arsenic Bí ẩn, mặc dù asen là có sẵn cho kẻ giết người và đã được tìm

thấy trong thực phẩm, không ai có thể được tìm thấy trong cơ thể Orfila

đã yêu cầu của tòa án để điều tra Ông phát hiện ra rằng các thử nghiệm

được sử dụng, thử nghiệm Marsh , đã được thực hiện không chính xác,

và có trong thực tế asen trong cơ thể, cho phép LaFarge được tìm thấy có

tội

Silent Spring is a book written by Rachel Carson and published

by Houghton Mifflin on September 27, 1962.[1] The book is widely credited

with helping launch the contemporary American environmental

movement.[2]

The book argued that uncontrolled and unexamined pesticide use was

harming and even killing not only animals and birds, but also humans Its

title was meant to evoke a spring season in which no bird songs could be

heard, because they had all vanished as a result of pesticide abuse

17

Chất độc có thể định nghĩa là các chất gây ra các tác dụng tiêu cực đến sinh vật

sống Theo định nghĩa này, độc chất học cũng nghiên cứu các ảnh hưởng gây ra

bởi các hiện tượng vật lý như phóng xạ hay tiếng ồn

Có rất nhiều định nghĩa về độc chất học nhưng về cơ bản là xác định thế nào là

độc chất và đo lường tác động của độc chất Định nghĩa rộng hơn của độc chất

như “nghiên cứu xác định, sự hiện diện, tính chất, ảnh hưởng và điều tiết (y học)

của các độc chất” tuy nhiên không giải quyết được một số vấn đề

Chất độc là một khái niệm định lượng, hầu hết các chất đều ảnh hưởng

đến sức khỏe tại một liều nào đó, đồng thời lại không gây ra bất kỳ ảnh

hưởng nào khi ở liều lượng thấp Giữa hai giới hạn liều lượng gây ảnh

hưởng và không ảnh hưởng có một khoảng liều lượng mà trong đó có thể

xuất hiện các ảnh hưởng, từ các ảnh hưởng mãn tính nhẹ đến tử vong

ngay lập tức Ví dụ như vinyl chloride là chất độc gây tổn thương gan

mạnh ở liều lượng cao (hepatotoxicant), gây ung thư với nồng độ thấp khi

phơi nhiễm trong thời gian dài và hầu như vô hại với liệu lượng cực thấp

Định nghĩa độc chất cũng mang tính định lượng liên quan tới khía cạnh

sinh học bởi một hợp chất có thể là độc chất đối với loài này nhưng lại vô

không Một số chất chỉ thể hiện tính độc khi tích lũy, một số khác thì không

Bản thân một số chất không phải là chất độc nhưng khi kết hợp với các

chất khác Việc đo lường tính độc rất phức tạp, đó có thể là độc cấp tính

(acute) hay mãn tính, khác nhau với từng cơ quan trong cơ thể, tùy thuộc

vào lứa tuổi, giới tính, gen, chế độ dinh dưỡng, tâm lý hay trạng thái sức

khẻo của sinh vật Ngay cả thông số đơn giản nhất của độc chất là LD 50

cũng khác nhau giữa các phòng thí nghiệm

20

Chất độc là một vật chất cụ thể tuy nhiên tính độc bản thân nó khó/không

được xác định bởi bản chất cấu trúc phân tử của nó mà là theo các sự

kiện bắt đầu từ việc phơi nhiễm, các quá trình phân bố và sinh tổng hợp

và cuối cùng là sự tương tác với các đại phân tử và biểu hiện của “điểm

cuối” Kết quả của quá trình này có thể được giảm nhẹ, bởi quá trình đào

thải và sửa chữa

Tuy nhiên mục tiêu của chúng ta ở đây là biết được một cách cơ bản “tại

sao” và “như thế nào” một số chất gây ra sự “sụp đổ” của hệ thống sinh

hoc dưới tác động của độc chất Những điều này cùng với những giải

pháp giải quyết tích lũy tạo thành phạm vi của ngành khoa học độc chất

Các nghiên cứu độc chất học phục vụ cho xã hội theo nhiều cách, không

chỉ bảo vệ các đa ảnh hưởng của độc chất đồng thời phát triển nhiều độc

chất chọn lọc hơn như chất chống ung thư, thuốc, thuốc bảo vệ thực vật

Chúng ta có thể chia ảnh hưởng của độc chất từ mức không ảnh hưởng,

ảnh hưởng toàn bộ hay từ mức không ảnh hưởng tới các ảnh hưởng

được phân cấp theo bệnh lý học và đến tử vong Các mức độ này cho ta

biết sự liên hệ giữa liêu lượng và đáp ứng

Như vậy, ta có liều lượng mà tại đó chúng ta không thể đo lường được

phản ứng đáp trả và tại một liều ảnh hưởng là tối đa

Bởi vì chất hóa học gây độc tại một liều cụ thể, bằng cách nào chúng ta

biết phải dùng chúng như thế nào? Để tra lời cho câu hỏi này chúng ta

cần biết mối quan hệ giữa liều lượng và đáp ứng bởi điều này cung cấp

những thông tin cơ bản để ước lượng mức độ phơi nhiễm an toàn với hóa

chất

22

Mối quan hệ giữa liều lượng và đáp ứng được gọi là tồn tại khi việc thay

đổi liều lượng sẽ dẫn tới bao gồm sự thay đổi mức độ ảnh hưởng của các

tác động không phải ngẫu nhiên, cũng như cường độ tác động hay tỉ lệ

sinh vật phản ứng tại một mức độ nào đó của ảnh hưởng Mối quan hệ

giữa liều lượng và đáp ứng tổn tại khi nó bao hàm mối quan hệ toán học

mô tả tỉ lệ giữa các sinh vật đáp ứng với liều lượng đưa vào trong một thời

gian xác định Tuy nhiên chúng ta cần cân nhắc, suy xét các điều sau:

Tuy nhiên chúng ta cần cân nhắc, suy xét các điều sau:

Thứ nhất, các phản ứng đáp trả quan sát được phải gây ra bởi chất được

đưa vào có kiểm soát Mối liên hệ nhân quan phải được thiết lập giữa liều

lượng được đưa vào với các đáp ứng quan sát được Lưu ý sự khác biệt

giữa quan hệ nhân quả và quan hệ liên đới Mối quan hệ nhân quả liên kết

với một biến duy nhất chứ không phải là mối liên hệ với hai hay nhiều biến

hơn Việc nghiên cứu mối quan hệ phức tạp như vậy là nhiệm vụ của môn

dịch tễ học điều tra

Thứ hai, cường độ của đáp ứng được cho là có liên hệ với mức độ liều

lượng Giả định này cao hơn giả định 1 Trong giả định 1 chỉ nói khi đưa

vào một liều lượng có kiểm soát sẽ nhận được một đáp ứng Trong giả

định này, cơ chế hoạt động của độc chất được đề xuất, liên quan đến sự

tương tác giữa tế bào và các phân tử chất để tạo ra phản ứng đáp trả

Cần phải tìm và thí nghiệm để khẳng định tính chính xác cho giả định này

Thứ ba, mối quan hệ giữa liều lượng và đáp ứng có thể quan sát và đo

lường được Khả măng quan sát và xác định “bệnh lý và tính độc” phụ

thuộc vào sự hiểu biết sau sắc về giải phẫu tế bào vàsinh lý học cơ thể

người

24

Mối quan hệ thường được rút ra từ các thí nghiệm độc học hay các nghiên

cứu dịch tễ Trong thí nghiệm độc học các sinh vật thí nghiệm có thể là tế

bào, các chủng vi khuẩn cho đến các động thự vật bậc cao Đáp ứng có

thể là sự thay đổi trong sinh lý hay hành vi cùa sinh vật thí nghiệm từ mức

không nhật biết được đến mức cao nhất là tử vong Các thí nghiệm độc

học (1) tìm kiếm các đáp ứng mà các đáp ứng này không phải là tưởng

tượng hay mang tính chủ quan, có thể xác định một cách nhất quán, (2)

có thể xác định với thời gian tương đối ngắn và (3) từ các đáp ứng xuất

hiện trên cơ thể sinh vật có thể mô phỏng hay iên hệ với ảnh hưởng

tương đồng trên con người

Các hợp phần cơ bản của môt thí nghiệm độc học:

1 lựa chọn sinh vật thì nghiệm

2 lựa chon đáp ứng để đo lường bao gồm cả phương pháp đo lường đáp

ứng đó

3 thời gian phơi nhiễm

4 thời gian thi nghiệm

5 chuỗi liều lượng thí nghiệm

Mối quan hệ thường được rút ra từ các thí nghiệm độc học hay các nghiên

cứu dịch tễ Trong thí nghiệm độc học các sinh vật thí nghiệm có thể là tế

bào, các chủng vi khuẩn cho đến các động thực vật bậc cao Đáp ứng có

thể là sự thay đổi trong sinh lý hay hành vi cùa sinh vật thí nghiệm từ mức

không nhận biết được đến mức cao nhất là tử vong Các thí nghiệm độc

học (1) tìm kiếm các đáp ứng mà các đáp ứng này không phải là tưởng

tượng hay mang tính chủ quan, có thể xác định một cách nhất quán, (2)

có thể xác định với thời gian tương đối ngắn và (3) từ các đáp ứng xuất

hiện trên cơ thể sinh vật có thể mô phỏng hay iên hệ với ảnh hưởng

tương đồng trên con người

Các hợp phần cơ bản của môt thí nghiệm độc học:

1 lựa chọn sinh vật thì nghiệm

2 lựa chọn đáp ứng để đo lường bao gồm cả phương pháp đo lường đáp

ứng đó

3 thời gian phơi nhiễm

4 thời gian thi nghiệm

5 chuỗi liều lượng thí nghiệm

26

NOAEL Value – No Observed Adverse Effect Level, The highest dose of a

chemical that, in a given toxicity test, causes no observable effect in test animals

The NOEL for the most sensitive test species and the most sensitive

indicator of toxicity is usually employed for regulatory purposes

34

Comparison of dose-response curves for efficacy (A), toxicity (B) and

lethality (C)

The effective, toxic or lethal dosage for 50% of the animals in the group

can be estimated as

shown This graph shows the relationship between these parameters The

proximity of the ED50

and TD50 indicates the margin of safety of the compound (Probits are

units of standard deviation,

where the median is probit 5)

From Timbrell, J.A., Principles of Biochemical Toxicology, Taylor & Francis,

London, 1991

36

Toxicity relationships (A) Potency: toxicant A is more potent than toxicant

B; (B) efficacy: toxicant B is more efficant than toxicant A;

dispositional đối kháng: số phận của độc tố được thay đổi (cholestyramine có thể

ngăn chặn sự hấp thụ hóa chất hữu cơ bằng cách liên kết với chúng) hoặc làm

tăng quá trinh bài tiết hay chuyển hóa

đối kháng thụ thể: đối kháng liên kết với thụ thể (atropine với thuốc trừ sâu

organophosphate); liên kết với họ)

48