Độc học môi trường: Hấp thụ , phân bổ, loại bỏ

Ở đây có sự khác biệt về giữa các loài, các đặc tính sinh lý, sinh hóa làm sai lệch cách thức hấp thụ, phân bố, loai bỏ độc chất theo các cách khác nhau... Việc vận chuyển các chất hóa h

2

Các chuyên gia sức khỏe, các nhà độc học dựa trên những dữ liệu thí nghiệm trên động

vật hay dịch tể của con người để xác định mức độ phơi nhiễm an toàn

Nếu ảnh hưởng trên người lao động có thể được tái hiện lại trên động vật thí nghiệm thì

cơ chế gây độc của chất đó sẽ được nghiên cứu

Nói cách khác dựa trên cơ chế gây độc của chất trên động vật thí nghiệm chúng ta có thể

dễ dàng tìm ra cách ngăn ngừa và chữa trị cho con người

Tuy nhiên các yếu tố gây độc thường không chắc chắn trong các thí nghiệm độc học nên

việc dự đoán ảnh hưởng tương trên con người là điều khó khăn

Ở đây có sự khác biệt về giữa các loài, các đặc tính sinh lý, sinh hóa làm sai lệch cách

thức hấp thụ, phân bố, loai bỏ độc chất theo các cách khác nhau

4

Tuy nhiên các nguyên lý cơ bản chi phối các quá trình giống nhau cho tất cả các sinh vật

sẽ được khảo sát trong phần này

Một cách tổng quá nhất, chất độc đi vào máu và ở trong máu, Từ máu, chất độc được

phân bố vào các mô đối tượng, biến đổi, loại bỏ

Mô đối tượng là mô tại đó độc chất thể hiện độc tính và mô đối tượng không nhất thiết

phải là mô có nồng độ độc chất cao nhất VD

Tất cả các hợp chất muốn đi vào cơ thể không qua đường tiêm đều phải đi qua rào cản

màng tế bào để đi vào máu Vì vậy chủ đề đầu tiên của chúng ta là “màng tế bào” và “cái

gì cho phép độc chất đi qua màng thế bào”

6

Việc vận chuyển các chất hóa học qua màng tế bào đòi hỏi những chức măng chuyên

biệt của màng tế bào như cho phép các chất quan trong duy trì các quá trình chuyển hóa

của tế bào như oxy Mặt khác, chuyển ra ngoài các chất do tế bào tạo thành hay bài tiết

chất bã như CO2

8

Khuếch tán hay khuếch tán phân tử là sự dao động nhiệt của tất cả các

phần tử (chất lỏng hay chất khí) ở nhiệt độ lớn hơn độ không tuyệt đối

Tốc độ của chuyển động nhiệt là hàm số của nhiệt độ, độ nhớt của dòng

chảy và kích thước (khối lượng) của các phần tử nhưng không phải là

hàm số của nồng độ

Sự khuếch tán dẫn đến sự dịch chuyển các phân tử từ một khu vực có

nồng độ cao hơn đến khu vực có nồng độ thấp hơn, nhưng điều quan

trọng là cần lưu ý là sự khuếch tán cũng xảy ra khi không có gradient

nồng độ Kết quả của sự khuếch tán là một pha trộn vật chất Trong một

giai đoạn với nhiệt độ đồng nhất, không có sự tác động của lực từ bên

ngoài lên các phần tử thì kết quả cuối cùng của quá trình khuếch tán là sự

san bằng nồng độ

10

Các quá trình vận chuyển qua màng xảy ra do sự chênh lệch nồng độ giữa hai bên màng

Giữa 2 lớp màng là lớp dung dịch béo

Octanol thường được dung vì gần giống chuỗi phân tử phospholipid

12

Đặc tính thứ 2 quyết định khả năng đi quan màng

Với tính tan xấp xỉ bằng hằng số đường kính lăng trụ của phân tử càn lớn tốc độ đi

huyển quan màng càng chậm

Bởi các phân tử lớn có lực ma sát lớn hơn và còn tùy thuộc vào cấu trúc phân tử

Vị trí hấp thụ của chất có vai trò quan trong với số phận của chất đó trong cơ thể Chẵng

hạn như tại pH của dạ dày, hầu hết các chất bị thủy phân, các chất độc như nọc rắn có

thể bị mất hoạt tính Các vi khuẩn đường ruột có thể chuyển hóa, tổng hợp các chất

giống như vai trò của enzyme

Trong trường hợp của acid benzoic, trong đk pH dạ dày acid benzoic tồn tại ở trạng thái

ko ion Tuy nhiên tại pH máu, ion benzoate là dạng tồn tại ưu thế Sự chênh lệch nồng độ

giữa 2 bên giúp acid benzoic dc hấp thụ vào máu

Tại dạ dày aniline bị phân ly thành dạng ion vì vậy khó đi qua màng do gradient nồng độ

chống lại sư vận chuyển Và chức năng của màng tế bào dạ dày cũng chống lại sự vận

chuyển ngược từ máu ra ngoài

Tại ruột non xảy ra quá trình hấp thụ ngược lại với aniline

Sự hấp thụ acid benzoic vẫn xạy ra nhưng rất ít nhờ sự lưu thông của máu duy trì sự

chênh lệch dù nhỏ nhưng vẫn giúp cho sự hấp thụ xảy ra

Vậy quá trình vận chuyển quan màng của nước như thế nào?

Như ta biết nước tồn tại ở dạng không ion nhưng do cấu trúc của màng phospholipid

phân tử nước sẽ không thể đi quan màng được do khả năng tan trong chất béo

Quá trình khuếch tán của nước-được gọi là thẩm thấu xảy ra do sựu chênh lệch nông độ

chất giữa 2 bên Nước sẽ di chuyển theo hướng làm cân bằng nồng độ 2 bên

Tùy vào tương quan nồng độ của hai bên màng tế bào, dung dịch ngoài màng tế bào

được chia làm

Trường hợp ăn mặn cảm thấy khát Nồng độ muối trong dịch ngoại bào lớn khiến tế bào

bị thiếu nước Tế

Quá trình vận chuyển chủ động

Đây là quá trình thứ 3 mà chất có thể đi tắt qua màng tế bào Tuy nhiên quá trình này

đòi hỏi năng lượng và protein vận chuyển

Quá trình vận chuyển chủ động duy trì quá trình trao đổi chất qua màng không phụ

thuộc vào sự chênh lệch nồng độ giữa 2 bên tế bào

Năng lượng cho quá trình vận chuyển này được lấy từ nguồn hóa năng tích trữ trong ATP

(adenosintriphosphate)

Chức năng vận chuyển chủ động có vai trò cốt yếu để duy trì và bỉnh ổn quá trình cung

cấp chất dinh dưỡng thiết yếu cho cơ thể Chức năng này quan trọng cho các cơ quan có

chức năng tổng hợp chất và bài biết như GAN, THẬN

Có ít nhất hai quá trình vận chuyển chủ động trong thận bài tiết chất vào urin: một cho

acid hữu cơ, một cho base hữu cơ

Trong gan có bốn quá trinh bài tiết vào mật: một cho acid hữu cơ, một cho base hữu cơ,

một cho chất trung tính và một cho kim loại

Các quá trình vận chuyển khác có thể tìm thấy ở nhau thai, ruột và quá trình tái hấp thu

ở thận

22

Hệ thống da là cơ quan lớn nhất của cơ thể người Mặc dù da là cơ quan để nhận thấy nhất bao

gồm tóc, móng, và tuyến nhờn Da dóng vai trò quan trọng (1) cung cấp một rào cản chống

lại lối vào của các chất độc hại, (2) bảo vệ chống lại các tác hại của tia cực tím bức xạ,

(3) ngăn chặn vi sinh vật xâm nhập, (4) hỗ trợ chuyển hóa sinh học hoặc giải độc các chất

độc hại, (5) loại bỏ các chất độc hại hoặc các chất chuyển hóa của qua mồ hôi hoặc các

tuyến bài tiết khác, (6) điều chỉnh cơ thể nhiệt độ, và (7) thu nhận cảm giác nhiệt độ, áp

lực, và đau.

Sự phức tạp của da trở nên rõ rang khi bạn xem xét rằng mỗi (cm2) da chứa khoảng

150 đuôi dây thần kinh, 80 mồ hôi tuyến, 40 thụ thể cảm giác, và 15 tuyến dầu, tất cả

đều đòi hỏi một nguồn cung cấp máu được cung cấp bởi các mạch máu nhỏ.

Bởi vì lớp biểu bì không có mạch máu vì vậy chất độc không thể xâm nhập vì không có

các cơ chế vận chuyển

24

Theo quan điểm của độc chất học, phôi nhiễm qua phổi quan trọng hơn phơi nhiễm qua

da Không khí chúng ta hít thở bao gồm các chất khí, hơi dung môi, aerosol Phổi có diện

tích bề mặt rất lớn, lưu lượng cung cấp máu đồi dào và rào cản giữa không khí giữa máu

và không khí trong phế nang nhỏ hơn da

Khu vực mũi họng là khu vực đầu tiên chất độc xâm nhập, tại đây chúng được làm sạch,

điều chỉnh nhiệt ẩm Lông mày và các chất nhầy ngăn cản các hạt bụi lớn hơn 5 µm vào

vùng phía dưới

Khu vực khí quản-phổi bao gồm khí quản, phế quản trên đó bao phủ bởi dịch nhầy có tác

dụng bẫy các hạt bụi kích thước 2-5 µm, nước và các khí có thể hòa tan

Trên thành hệ thống khí quản có các biểu mô trụ, mỗi tế bào biểu mô chứa khoảng 200

lông nao dài 4-10 µm Các lông mao chuyển động nhịp nhàng với nhau quét chất nhầy ra

ngoài Tuy nhiên nếu phơi nhiễm lâu với độc chất làm suy giảm chức năng của tế bào

biểu mô chất độc sẽ tích tụ trên màng nhầy và làm giảm đường kính khí quản, phế quản

dẫn đến suy giảm chức năng phổi

Hai yếu tố ảnh hưởng tới sự hâp thụ qua phổi là lưu lượng máu và tốc độ thở.

Với các chất kém tan trong máu sự hấp thụ chủ yếu vào tốc độ lưu thông máu

Với các hợp chất tan mạnh trong máu sẽ phụ thuộc vào tốc độ thở

Máu lưu thông nhanh có nghĩa là các chất lạ liên tục được hấp thụ và di chuyển đi khỏi

vị trí hấp thụ và do đó duy trì sự chênh lêch giữa 2 bên màng

Với các chất không tan trọng máu, tương tác giữa các chất này và protein trong máu là

Rất nhiều chất lạ được hấp thu qua đường tiêu hóa qua đường ăn uống do đó đây là

một tuyến quan trọng Môi trướng bên trong đường tiêu hóa thay đổi dọc theo chiều

dài tuyyến đặc biệt là pH

Do sự thay đổi của pH tại nhiều vị trí khác nhau các chất được hấp thụ sẽ phụ thuộc vào

đặc tình lý hóa của chúng

Các chất tan trong lipid và ở dạng không ion được hấp thụ dọc theo chiều dài đường tiêu

hóa

Các chất ở dạnh ion chỉ được hấp thụ tại các vị trí có pH phù hợp khi tại đó chúng

chuyển thành các dạng không ion và tan được trog chất béo

Cũng như phổi diện tích bề mặt của đường tiêu hóa cũng rất lớn nhờ các nếp gấp trong

thành ruột

Được cung cấp lượng máu đồi dào

28

Các chất hấp thu qua da sao đó vào máu nhờ các mạch máu ngoại biên, vòng tiểu tuần

hoàn phổi liên quan đến các chất trong không khí Các hợp chất hấp thu qua đường ruột

đi vào máu nhờ các tỉnh mạch cửa cung cấp máu cho gan từ ruột

Một khi đi vào máu các chất s4 phân bố trong cơ thể và được pha loãng nhờ máu và

dịch thể Tùy thuộc vào đặc tính hóa lý của mình, chất độc sẽ phân bố vào các cơ quan

khác nhau

Nồng độ trong máu sẽ phản ánh sự phân bố Các hợp chất phân bố trong toàn bộ các cơ

quan là những chất tan trong lipid như dung môi, carbontetra là vd, sẽ có nồng độ trong

máu thấp

Ngược lại các chất bị ion hóa tại pH máu sẽ ít phân bố trong các cơ quan và có nồng độ

cao trong máu

Sự sắp xếp độc chất trong cơ thể bao gồm sự phân bố và loại bỏ xảy ra song song với

nhau trong hầu hết mọi trường hợp

Quá trình loại bỏ bao gồm hai quá trình là chuyển hóa sinh học và bài tiết xảy ra liên tục

Khi thảo luận về hai quá trình này chúng ta tách thành 2 quá trình độc lập nhưng nhớ

rằng hai quá trình này xay ra song song

Trước khi xem xét các quá trình riêng biệt cho sự phân bố, loại bỏ , chúng ta sẽ xem xét

mô hình sắp xêp đơn giản để có cái nhìn tổng quát sự sắp xếp các hợp chất

30

nồng độ thấp của chất độc, sự hấp thu là một quá trình bậc nhất, trong đó tỷ lệ

tích lũy là tỷ lệ thuận với nồng độ bên ngoài

Khi nồng độ độc tố tăng , một trạng thái ổn định đạt được, trong đó tỷ lệ hấp thu

tiến gần tỷ lệ mất và nồng độ trong cơ thể đạt đến một ổn Tại thời điểm này,

32

Log nồng độ chất trong máu tuyến tính với thời gian.

Hằng số tốc độ loại bỏ là trị tuyết đối của hệ số góc k và không phụ thuộc

vào nồng độ ban đầu của chất

Trong các sinh vật đa bào, các mô hình đơn ngăn / hệ thống là một trường hợp

đặc biệt chỉ gần đúng trong những hoàn cảnh nhất định, ví dụ,

(a) nơi chất độc vẫn không thay đổi trong dịch tuần hoàn và không hấp thụ vào

các mô hoặc rất chậm

(b) độc tố tự do khuếch tán trong máu và các mô mà không có bất kỳ rào cản

giới hạn tốc độ khuếch tán

34

(a) Thường thì quá trình thời gian có nồng độ độc tố trong huyết tương là một

đường cong chứ không phải là một đường thẳng Một đường cong như vậy

là kết quả của sự phân phối độc tố vào nhiều hơn một ngăn (cơ quan) Các

trường hợp đơn giản nhất là hệ thống hai ngăn các độc tố phân phối nhanh

vào huyết tương và các mô, nhưng bài tiết của nó và chuyển đổi chuyển hóa

(chung gọi là đào thải) tiến hành chậm hơn Phương trình vi phân cho mô

hình này là

Quá trình hấp thụ thường xảy ra theo phương trình bậc 1 nhưng quá trình loại bỏ thì

không

Thường là do quá trình tổng hợp hay bài tiết bão hào hoặc do năng lực có hạn của các

đơn vị vận chuyển chất trong các cơ quan, số lượng ezym tham gia quá trình tổng hợp

Khi quá trình loại bỏ bão hòa tốc độ loại bỏ lớn nhất, quá trinh loại bỏ là phản ứng bậc 0,

C = Co –A

Sau khi phơi nhiễm, số phận của các hợp

chất trong cơ thể sẽ bị tác động bởi nhiều

quá trình Rất nhiều yếu tố sẻ quyết định

chất sẽ phân bố trong cơ quan nào

38