độc học môi trường tập 2 (phần chuyên đề)

Mục lục: Chương 0: Tổng quát về độc học môi trường Chương 1: Độc học môi trường dioxin Chương 2: Độc học thuốc bảo vệ thực vật Chương 3: Khả năng hấp thụ, phóng thích của keo sét-mùn đối với kim loại nặng trong bùn đáy kênh rạch TPHCM Chương 4: Ảnh hưởng của kim loại nặng đến quá trình sinh trưởng của thực vật Chương 5: Độc học môi trường cadmium Chương 6: Độc học môi trường của chì Chương 7: Độc học môi trường Arsen Chương 8: Độc học thuỷ ngân Chương 9: Độc học môi trường của lưu huỳnh và hợp chất của nó Chương 10: Độc học môi trường amiăng Chương 11: Độc học môi trường về bụi Chương 12: Độc học môi trường về thuốc lá Chương 13: Nhiễm độc qua thực phẩm Chương 14: Độc tố cá nóc Chương 15: Độc học môi trường polyclobiphenyl Chương 16: Độc học môi trường thuỷ triều đỏ Chương 17: Độc học môi trường sương mù quang hóa Chương 18: Chất thải nguy hại Chương 19: Độc học môi trường trong nhà, văn phòng Chương 20: Giới thiệu, thử nghiệm các mô hình trong tính toán lan truyền ô nhiễm Chương 21: Mô hình hoá lan truyền độc chất trong môi trường sinh thái đất phèn Chương 22: Quản lý sự cố độc hại môi trường Chương 23: Độc học môi trường bệnh cúm gia cầm H5N1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC XÃ HỘI VÀ NHÂN VĂN

__ _

LÊ HUY BÁ (Chủ biên)

ĐỘC HỌC MƠI TRƯỜNG

TẬP 2 (Phần chuyên đề)

Cộng tác viên:

THÁI VĂN NAM, NGUYỄN NGỌC QUỲNH, TÔ VĂN TRƯƠNG, LƯU QUỐC DŨNG, ĐỖ THỊ KIM CHI, PHAN THỊ MỸ HẠNH, NGUYỄN THỊ HỒNG THỤY, NGUYỄN THỊ PHƯƠNG UYÊN, CUNG THẾ TÀI, LÊ UYÊN MINH, PHẠM VIỆT ANH, ĐẶNG THỊ KIM THOA, ĐÀO THỊ TRÂM ANH, LÊ THỊ ÁI NƯƠNG, NGUYỄN HOÀNG LAN THANH, NGUYỄN TRẦN THIÊN ÂN, TRẦN NGỌC LỆ, NGUYỄN NHẬT TRƯỜNG, LÊ ĐÀO AN XUÂN, TRẦN THỊ NGỌC OANH

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2006

CHƯƠNG 0

TỔNG QUÁT VỀ ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG

(Ecotoxicology – An overview)

0.1 ĐỊNH NGHĨA

Trong quyển "Độc học môi trường" (NXB ĐHQGTPHCM 2000, tái bản 2002) chúng tôi đã nêu một số định nghĩa và khái niệm về độc học môi trường Ở đây chúng tôi chỉ xin nhắc lại một vài nguyên lý cơ bản cho bạn đọc tiện theo dõi

Độc học môi trường (Environmental Toxicology) (ĐHMT) hay còn gọi là "Độc học sinh thái" (Ecotoxicology) ĐHMT là ngành học cơ bản của môi trường học, chuyên nghiên cứu về chất và lượng của các hiệu ứng xấu do các tác nhân lý học, hóa học, sinh học gây ra cho cá thể, quần thể hay quần xã sinh vật và hệ sinh thái

ĐHMT gồm hai phần: 1– khoa học lý thuyết cơ bản về các chất độc và 2– khoa học ứng dụng

a– Phân theo đặc tính sinh học: Chất độc có thể là độc chất

và có thể là độc tố

Độc chất (toxicant) để chỉ vai trò tác nhân hóa học gây độc của nó Độc tố (toxin) để chỉ vai trò và bản chất sinh học của chất độc đó

b– Phân theo bản chất

– Độc bản chất (Natural Toxicity): Có những chất độc với một liều lượng rất nhỏ cũng gây độc

– Độc liều lượng (Dose Toxicity): Có những chất ở một liều lượng nhỏ không gây độc thậm chí còn là dinh dưỡng Nhưng khi vượt quá một liều lượng nhất định đối với một sinh vật trong một thời kỳ nhất định sẽ gây hiệu ứng độc

Suy cho cùng, tất các các chất đều là những chất độc tiềm tàng

c– Phân loại theo tiềm năng hoạt tính

– Loại các tác nhân gây độc tiềm tàng (Potential Toxicity): gồm tác nhân hóa học (tự nhiên, nhân tạo, hữu cơ, vô cơ), tác nhân vật lý (tác nhân đặc thù, bức xạ, vi sóng), tác nhân sinh học (các độc tố của nấm, vi khuẩn, thực vật, động vật) có khả năng gây ngộ độc cho sinh vật nhưng hiện tại chưa thể hiện Nó chỉ biểu hiện độc tính khi có điều kiện môi trường thích hợp

– Loại các tác nhân gây độc hoạt tính (Actual Toxicity): cũng gồm tất cả những tác nhân gây độc như trên nhưng đang ở dạng hoạt động thể hiện độc tính, hiện tại gây hại sinh vật

d– Phân laại theo dạng, thể tồn tại:

Các dạng thể hiện của tác nhân độc có thể là không khí, nước, thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm và sản phẩm tiêu thụ, qua tiếp xúc ở da

e– Phân loại theo tính năng:

– Dạng cấp tính: Nguy cấp, có thể gây chết túc thời, ngắn hạn, thường đối với liều cao hoặc nồng độ cao và số ít người bị ảnh hưởng như khi làm đổ hóa chất, thoát chất thải độc hại ra không khí

– Dạng mãn tính: Âm ỉ tồn tại trong cơ thể sinh vật và quần thể, dài hạn, thường đối với liều lượng và nồng đôï thấp, xảy ra cho số người đông hơn, hoặc rất lâu (thường đối với liều lượng và nồng độ rất nhỏ, nhiều người mắc phải như trường hợp nhiễm độc thực phẩm,

ô nhiễm kim loại nặng hoặc ô nhiễm nước)

Còn có thể phân theo nhiều cách khác nhau nữa, tùy theo mục đích nghiên cứu Sự nhiễm độc có thể xảy ra trong nhà, nơi làm việc hoặc bất kỳ nơi nào

0.3 LIỀU LƯỢNG ĐỘC CHẤT, ĐỘC TỐ

Là một đơn vị của sự xuất hiện các tác nhân hóa học, lý học hay sinh học Liều lượng có thể biểu thị qua đơn vị khối lượng hoặc thể tích trên đơn vị trọng lượng cơ thể (mg, g, ml/ kg trọng lượng cơ thể) hoặc theo đơn vị khối lượng hay thể tích trên đơn vị bề mặt cơ thể (mg, g, mg/ m2 diện tích bề mặt cơ thể)

0.4 NỒNG ĐÔÏ ĐỘC CHẤT, ĐỘC TỐ

Là biểu hiện tỷ lệ lượng độc chất độc tố trong môi trường bị nhiễm độc, có đơn vị trọng lượng trên một đơn vị dung tích Ví dụ, với nồng độ không khí bị nhiễm độc có thể được thể hiện qua đơn vị khối lượng hay thể tích trên phần triệu thể tích không khí (ppm) hay

mg, g/ m3 không khí Nồng đôï trong nước có thể diễn tả qua đơn vị khối lượng/ lít nước (mg/l hay ppm, g/l, hay 1 phần tỷ ppb)

0.5 QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN CỦA ĐỘC CHẤT, ĐỘC TỐ

Đường đi của độc chất xảy ra ở bên ngoài và bên trong cơ thể Chuyển động bên ngoài cơ thể liên quan đến các yếu tố môi trường, như điều kiện khí hậu, đặc tính hóa lý của hóa chất, tính tan nếu hóa chất được phát hiện trong nước Khuyếch đại sinh học có thể xảy ra Đường xâm nhập của hóa chất đối với động vật và con người gồm dạ dày, ruột (do ăn uống), đường hô hấp (do hít thở), đường da (do tiếp xúc)

Sự dịch chuyển của độc chất bên trong cơ thể phụ thuộc các yếu tố ảnh hưởng cấu trúc sinh học của hóa chất trong cơ thể Nó bao gồm những thuộc tính về hóa học và vật lý như kích cỡ phân tử, điều kiện nhiễm độc, trạng thái sức khoẻ của sinh vật

Độc chất phải di chuyển từ điểm tiếp xúc với cơ thể, điểm bị nhiễm, vào đường máu theo tuần hoàn máu Trong máu, độc chất có thể thoát ra thành dạng tự do, không liên kết, hoặc nó liên kết protein (thường đối với albumin) Hóa chất có thể thoát khỏi đường máu và xâm nhập vào các mô khác nhau nơi đó nó có thể được

chuyển hóa sinh học (ví dụ, gan); lưu giữ (mô mỡ), đào thải (thận) hoặc tạo ra một phản ứng (trong não bộ) Việc kéo dài phản ứng phụ thuộc vào nồng độ của hóa chất ở điểm trên bộ phận tiếp nhận, ái lực của nó và hoạt tính riêng Hóa chất phải xuyên qua màng tế bào, là phospho lipid hai lớp, bằng quá trình tiêu tốn năng lượng, như quá trình vận chuyển tích cực hoặc quá trình không tiêu tốn năng lượng như quá trình vận chuyển thụ động Chuyển động xuyên qua màng tế bào có thể liên quan đến phương tiện đặc biệt Có những quá trình đặc biệt mà hóa chất có thể xâm nhập tế bào Một trong những quá trình đó là nhập nội bào

Cấu trúc sinh học của hóa chất trong cơ thể được xem xét theo hình thái của nó trong cơ thể gồm có: hấp thụ, phân phối, chuyển hóa sinh học, đào thải và sự vận động của các quá trình này Các quá trình này xác định giá trị của hóa chất sẵn sàng tương tác với bộ phận tiếp nhận Giá trị này của hóa chất được gọi là "khả năng tiếp nhận sinh học"

Những yếu tố ảnh hưởng ngưỡng tới hạn gồm liều lượng và cấu trúc hóa học, tính nhạy cảm và tình trạng sức khoẻ của sinh vật đáp ứng, bản chất của các phản ứng nhận biết Tính nhạy cảm của các phương pháp dùng trong đo đạc phản ứng sẽ ảnh hưởng đến ngưỡng phát hiện

Các quan hệ liều phản ứng cho thấy sự liên hệ giữa liều lượng và phản ứng nhận thấy ở một quần thể Chúng thường được biểu diễn bằng một đường cong với tung độ là mức độ phản ứng, liều lượng được biểu diễn theo số học hoặc logarit Có một số kiểu đường biểu diễn liều đáp ứng, đường biểu diễn liều đáp ứng cải tiến và liều đáp ứng số lượng

Ở giản đồ liều đáp ứng cải tiến, các ảnh hưởng được xác định trong một cơ quan riêng biệt và nồng độ được cải tiến như một liều lượng hóa chất Những cá thể trong một quần thể có thể có đường biểu diễn liều đáp ứng cải tiến khác nhau vì sự đa dạng sinh học Đường biểu diễn liều đáp ứng định lượng hoặc đường biểu diễn tất cả hoặc không liên hệ với liều lượng hóa chất đối với tần số đáp ứng của quần thể Phản ứng thường là một hiện tượng tất cả hoặc không hoặc có thể là một chỉ dấu trước về một hiệu ứng tai hại Ở giản đồ liều

đáp ứng định lượng, tần số thay thế cho độ lớn của khoảng liều đáp ứng cải tiến

Đáp ứng lại của sinh vật đối với một tác nhân gây độc có thể được dùng để nhận biết hiện tượng nhiễm độc Khi xảy ra điều này, phản ứng được gọi là chỉ thị sinh học của bị nhiễm độc Chỉ thị sinh học cần đặc hiệu đối với tác nhân, xảy ra ở động vật và con người và cần có độ tin cậy nhất định Hình 0.1 là giản đồ tương quan giữa liều lượng độc chất và khả năng đáp ứng điển hình

Hình 0.1: Đường cong đáp ứng liều lượng điển hình

(Nguồn: Borzelleca, medical college of virginia, richmond,virginia, USA, 1997)

Hình 0.2 Giản đồ liều lượng – Phản hồi cải tiến

(Nguồn: Borzelleca, medical college of virginia, richmond,virginia, USA, 1997)

Log liều lượng (mg/kg)

Hoạt tính bên trong

Có một số phương pháp dùng giản đồ liều lượng đáp ứng để so sánh độ độc của các độc chất Nếu phản ứng được xác định theo giản đồ liều lượng log: Độ dốc lớn hơn, độc chất mạnh hơn Nghĩa là khi liều lượng tăng ít sẽ dẫn đến sự thay đổi phản ứng lớn Sử dụng log liều lượng, ảnh hưởng của LD50 hoặc ED50 có thể được xác định Đây là liều gây ra 50% phản ứng cực đại cho một cá thể (giản đồ liều lượng – đáp ứng cải tiến) hoặc là liều gây ra phản ứng của 50% cá thể trong quần thể (giản đồ liều lượng – đáp ứng định lượng) Một ví dụ của ED50 là LD50hoặc liều gây chết trung bình của một hóa chất ở một liều đơn LD50 là liều gây chết 50% quần thể sinh vật trong những điều kiện thí nghiệm xác định rõ ràng LD50 có thể được dùng làm cơ sở phân loại tính độc Ví dụ, Ottoboni (1991) đề nghị một bảng sau: Liều gây chết qua đường miệng: botulinum toxin, 0,0001mtg/kg trọng lượng cơ thể; nicotine 0,5mg/kg trọng lượng cơ thể, DDT 100mg/kg trọng lượng cơ thể, aspirin 1500mg/kg trọng lượng cơ thể; muối 3000mg/kg trọng lượng cơ thể, ethyl alcohol 10.000mg/kg trọng lượng cơ thể, đường 30.000mg/kg trọng lượng

cơ thể (giá trị gần đúng) So sánh ED50 không mang ý nghĩa đầy đủ như khi so sánh độ dốc vì ED50 chỉ là một điểm trên đường biểu diễn và nó không cung cấp thông tin về quan hệï thật sự giữa liều lượng và phản ứng cũng như không xác định được ngưỡng giới hạn Nồng độ hóa chất ở điểm tiếp nhận tuỳ thuộc vào mức độ trong máu Nồng độ trong máu phụ thuộc vào liều lượng của hóa chất mà sinh vật bị nhiễm và các điều kiện bị nhiễm Sự hợp lý ở các mức liều lượng là cần thiết khi so sánh phản ứng đối với cùng một hóa chất, cùng một liều lượng được dùng khi có sự khác nhau về sinh vật nhiễm độc, về đơn vị đo lường Ví dụ: 200g chuột nhận liều lượng 100mg/kg trọng lượng cơ thể, hóa chất sẽ nhận tương đương 0,061mg/cm2 diện tích bề mặt cơ thể; 70kg người nhận cùng loại hóa chất ở cùng liều lượng là 100mg/kg trọng lượng cơ thể sẽ nhận tương đương là 0,388mg/cm2 diện tích bề mặt cơ thể Không có số liệu thuyết phục về các phương pháp khác ưu việt hơn Thông thường, liều lượng được biểu diễn qua mg/kg trọng lượng cơ thể

0.6 HẤP THỤ, NHIỄM ĐỘC, PHÂN PHỐI VÀ ĐÀO THẢI ĐỘC CHẤT CỦA SINH VẬT

0.6.1 Hấp thụ, nhiễm độc

Phần trên ta đã đề cập về liều lượng, nồng độ, và nói kỹ về phản ứng sinh học đối với một chất độc trực tiếp tuỳ thuộc vào bản

chất, liều lượng của hóa chất tác dụng lên cơ quan tiếp nhận Có sự khác nhau quan trọng giữa nhiễm độc và liều lượng Sự nhiễm độc là sự hiện diện của chất lạ xâm nhập vào cơ thể của các cá thể Đơn vị của nhiễm độc hóa chất lạ thường dùng là ppm hoặc đơn vị khối lượng/

m3 không khí, lít nước, kg thực phẩm Ví dụ, nhiễm độc da thường biểu diễn qua nồng độ của dung dịch tiếp xúc với diện tích bềø mặt

Khi nhiễm độc, trước tiên chất độc phải thông qua môi trường

đi vào cơ thể, di chuyển vào tế bào qua bề mặt tiếp xúc của cơ thể (như đường da, phổi, dạ dày, ruột) gọi là sự hấp thụ, trường hợp đặc biệt hơn, sự hấp thụ từ môi trường vào máu hoặc hệ bạch huyết Từ những hệ thống lưu hành này, độc chất xuyên qua một vài, một số hoặc tất cả các mô trong cơ thể, quá trình này được gọi là sự phân phối Vận chuyển độc chất từ hệ thống lưu hành vào các mô còn được gọi là sự hấp thụ, nó tương tự như quá trình vận chuyển một hóa chất từ bề mặt cơ thể vào hệ thống tuần hoàn Vì vậy, luôn phải xem xét cả hai phương diện của sự hấp thụ chất độc:

• Sự di chuyển từ bề mặt cơ thể vào trong máu (hoặc lympho)

• Sự di chuyển từ máu vào trong các mô

Để hiểu quá trình hấp thụ các chất hóa học từ bề mặt cơ thể vào máu và từ máu vào các mô, cần khảo sát cấu trúc và bản chất hóa học của màng tế bào Vì trong hầu hết trường hợp, chất độc qua màng tế bào này phải xuyên qua và đạt đến điểm đích để tạo phản ứng sinh học Hình 0.3 giới thiệu một tế bào động vật có vú tiêu biểu cho thấy một ít trong số nhiều cấu trúc dưới tế bào; một phần nhỏ của màng tế bào trong hình 0.4 cho thấy hình ảnh của các phospholipid và các protein tạo nên màng tế bào

Hình 0.3 Sơ đồ minh họa một tế bào động vật có vú

Hình 0.4 Sơ đồ minh họa của một phần tế bào động vật có vú

(Nguồn: R.C.Shank, University Of California, Irvine, USA, 1997)

Trong hình 0.4, phân tử phospholipid cho thấy dạng oval với hai đuôi và màng protein có dạng xoắn mang cực dương và âm

Hình 0.5 thể hiện một phân tử phospholipid là phần cấu tạo chính của màng tế bào Trong hình này, phosphatidylcholine được dùng như một thí dụ (có một số phân tử dạng tương tự khác trong màng tế bào), loại có cực như ở đầu phân tử nước hòa tan và không cực như dạng đuôi lipid hòa tan của phân tử được thể hiện

Hình 0.5 Một phân tử phospholipid

(Nguồn: R C Shank, University of California, irvine, USA, 1997)

Có một số điểm đặc biệt để hiểu rõ hơn quá trình hấp thụ và đào thải Màng tế bào giống như một màng dầu (dịch dầu) trong môi trường nước Các protein dạng cầu trong dịch khảm của màng tế bào

ở dạng tự do di chuyển dọc theo mặt phẳng của màng (hình 0.6) Một số protein này hoàn tất việc đi xuyên qua màng tế bào tạo một kênh

di chuyển dạng nước băng qua màng lipid nhỏ những phân tử hòa tan trong nước và các ion có thể khuyếch tán thông qua những kênh này, trong khi những phân tử hòa tan trong lipid khuếch tán tự do thông qua thành phần phospholipid của màng tế bào Số lớn phân tử hòa tan trong nước không thể băng qua màng tế bào ngoại trừ cơ cấu vận chuyển đặc biệt các protein có thể xuyên qua trong cả hai trường hợp hấp thụ và đào thải bởi một quá trình đặc biệt gọi là sự thấm bào

Cơ cấu vận chuyển đặc biệt về hấp thụ không được thảo luận trong giáo trình này

Vì phần lớn diện tích bề mặt của màng tế bào là phospholipid, các hợp chất hòa tan trong lipid xuyên qua màng tế bào sẽ nhanh hơn so với các hợp chất hòa tan trong nước rất khó vượt qua màng tế bào ngoại trừ qua các kênh protein Vì vậy, trên cơ sở cấu trúc của màng tế bào, sự hấp thụ có thể mang một đặc tính tổng quát là:

• Các hợp chất hòa tan trong lipid được hòa tan từ các bề mặt

cơ thể diễn ra nhanh hơn (thường là nhanh hơn nhiều) các hợp chất hòa tan trong nước, ngoại trừ các hợp chất hòa tan trong nước xuyên qua màng tế bào bởi một cơ cấu vận chuyển đặc biệt

• Con đường chính mà các chất độc hại từ môi trường xâm nhập vào cơ thể là thông qua da, phổi, đường dạ dày, ruột Vài hóa chất ngoại lai có thể tác động trực tiếp lên mặt ngoài của màng nhầy tế bào, kết hợp với một protein đặc biệt (bộ phận tiếp nhận) trong màng Phản ứng với protein đặc biệt trên màng này có thể tạo nên hợp chất nội sinh để dịch chuyển từ màng nhầy tế bào đến các nội bào quan khác trong tế bào, như các nhân, để tạo nên một phản ứng sinh học

Hầu hết các chất độc được hấp thụ qua các tế bào biểu bì, tuyến mồ hôi và chân tóc, chiếm diện tích 1% so với tổng diện tích da, một

ít chất độc được hấp thụ hoàn toàn ở các điểm này Lớp mô sừng là lớp ngoài cùng của biểu bì và được tạo thành từ các tế bào không nhân, được sừng hoá, các tế bào chết chứa chất sừng (một protein sợi) Các tế bào liên kết với nhau để hình thành màng tế bào linh động, chặt chẽ Lớp sừng được phủ lên một lớp lipid mỏng Các biểu

bì là một giới hạn cho sự hấp thụ Độc chất có cực xuất hiện để khuếch tán ra bề mặt bên ngoài của các sợi keratin (sừng) của lớp mô

Hình 0.7 Cấu trúc tế bào của một biểu bì

(Nguồn: R.C.Shank, University Of California, Irvine, USA, 1997)

Hình 0.6 Cấu trúc một màng tế bào động vật có vú

sừng hydrate hoá Độc chất ưa dầu (kị nước) hòa tan và khuếch tán thông qua lipid không ngậm nước giữa các sợi protein Mức khuếch tán có liên quan đến sự hòa tan lipid và tỷ lệ nghịch với trọng lượng phân tử Để một độc chất được hấp thụ qua da vào hệ tuần hoàn nó phải xuyên qua một số lớp tế bào

Mức độ làm sạch của các độc chất từ biểu bì vào hệ thống tuần hoàn phụ thuộc vào độï dày của da, ảnh hưởng của vận chuyển máu, sự dịch chuyển của dịch ruột, hệ bạch huyết và các yếu tố khác Sự hấp thụ nhanh hơn, mật độ máu cao hơn, sự phân phối lớn hơn và áp suất khuếch tán sẽ làm cho độc chất xâm nhập vào các tế bào của cơ thể Mức hấp thụ khác nhau ở các khu vực vực khác nhau trên da người được chỉ ra ở hình 0.8

Hình 0.8 Các vị trí hấp thụ chất độc trên cơ thể người qua da

0.6.2 Sự hấp thụ của các chất độc ở phổi

Phổi người có hơn 50m2 diện tích bề mặt phế nang, khoảng cách giữa biểu mô phế nang và thành ống mao dẫn máu xấp xỉ 10 microns (hình 0.9)

Các khí hòa tan trong nước hòa tan trong màng nhầy của đường thở và có thể tích tụ ở đó, gây ra sự nguy hiểm cục bộ; các khí hòa tan trong lipid khuếch tán qua màng phế nang ở mức độ phụ thuộc vào hệ số tỷ lệ lipid/ nước và lượng khí hòa tan trong máu Thể khí được hòa tan phụ thuộc vào kích thước các hạt và tình trạng khí động, hệ số tỷ lệ lipid/ nước và một số yếu tố khác

Các hạt có đường kính lớn hơn 10 μm thì thường tác động đến hệ hô hấp trên đặc biệt là ở mũi và khí quản Các hạt có đường kính từ 1–5 μm tác động đến nhánh cuống phổi, dưới và ống phế nang Các hạt có đường kính nhỏ hơn 1 μm thường tác động đến túi phế nang Các hạt trên đường hô hấp trên cuối nhánh cuống phổi thường được chuyển dần lên nhờ các mao biểu bì và cuối cùng được khạc ra ngoài hoặc nuốt vào đường tiêu hoá Mức độ vận chuyển của các mao biểu bì là khá nhanh, đo bằng mm/phút hoặc cm/phút tùy thuộc vào

vị trí trên đường hô hấp và bản chất các hạt Thường hơn 90% các hạt dính vào màng nhầy có thể đưa ra khỏi phổi trong vòng 1h Các hạt trên nhánh cuống phổi dưới có thể được mang đến vùng có mao biểu bì bởi các đại thực bào và dịch phế nang; sự di chuyển tuỳ thuộc vào dòng bạch cầu, hoạt động của ống mao dẫn, sự vận động của

Hình 0.9 Mặt cắt liên hệ giữa thành phế nang và thành ống mao dẫn

(Nguồn: R C Shank, University of California, Irvine, USA, 1997)

thành phế nang, bản chất dính kết của chất nhầy trên đường hô hấp và lực đẩy của lông nhánh cuống phổi Có khoảng 50% tổng số vật chất được làm sạch trong một ngày, độc lập với bản chất của độc chất; những hạt còn lại sẽ được làm sạch trong vài ngày hoặc hàng năm tuỳ thuộc vào loại hợp chất Các hạt hòa tan ít nhất trong ống nhầy thì được làm sạch chậm nhất Các hạt hòa tan trong phế nang khuếch tán trực tiếp vào hệ mạch máu phổi; các hạt không hòa tan có thể xâm nhập chậm vào dạ dày vào máu thông qua hệ bạch huyết

0.6.3 Sự hấp thụ chất độc bằng đường dạ dày ruột

Sự hấp thụ có thể xảy ra từ miệng đến đường ruột Một cách tổng quát, các hợp chất được hấp thụ theo tỷ lệ các hợp chất thoát ra

ở nồng độ cao nhất và ở dạng hòa tan trong lipid lớn nhất trong đường ruột Các chất độc rất giống nhau trong cấu trúc dinh dưỡng và điện giải có thể được vận chuyển hoạt hóa vào trong máu (Ví dụ: 5 – fluo racil bởi pyrimidine vận chuyển; chì bởi calcium vận chuyển) Các hạt có đường kính vài trăm Angstroms (1 Ao = 10–8cm = 0,1 nanomet) vào trong biểu mô ruột, được vận chuyển qua tế bào chất trong các túi trợ, được thải vào những kẻ hở của màng và rồi xâm nhập vào các hệ bạch cầu của chất nhầy; giống như sự hấp thụ chất béo (ví dụ, các hạt thuốc nhuộm Azo, có đường kính vài trăm Ao, các hạt nhựa mũ có đường kính 2.200 Ao, botulinum toxin Xem hình 0.10

(Nguồn: R.C.Shank, University of California, Irvine, USA, 1997)

Hình 0.10 Sự vận chuyển các hạt vật chất qua biểu mô ruột

Các hình thức chuyển hóa sinh hóa quan trọng xảy ra trong đường dạ dày ruột có thể thay đổi sự hấp thụ hoặc thay đổi tính độc Những sự chuyển hóa này xảy ra do vi sinh (thực vật) và/ hoặc trong các tế bào biểu mô trên đường

Nhiều chất độc có tính axít yếu hoặc kiềm yếu và thoát khỏi vào dung dịch như một chất hỗn hợp của ion hóa (pronton hoá) và dạng liên kết Những trường hợp ít cực hơn dạng liên kết thì thường được dùng cho chất hòa tan trong lipid và là dạng sẽ khuếch tán nhanh qua màng lipid Tỷ lệ của một độc chất thoát khỏi liên kết phụ thuộc vào sự phân ly cố định của hợp chất và chỉ số pH của dung dịch mà nó được hòa tan

Sự phân bố và đào thải chất độc tuỳ thuộc:

1 Các khoang chứa nước

2 Các khoang chứa lipid

3 Liên kết đại phân tử

4 Qua đường nhau thai

5 Qua đường nào, dịch nào tuỷ

6 Đào thải qua hô hấp

7 Đào thải qua thận

8 Đào thải qua mật

9 Qua trao đổi chất

10 Qua đường sữa, đổ mồ hôi, nước bọt, nước mắt, bài tiết thứ cấp Liên kết protein của các chất độc thì giống nhau, đối với liên kết cơ chất – enzym và liên kết dược phẩm – cơ quan tiếp nhận, trừ phi cơ chất không phân hủy hoặc không có bất kỳ quá trình phản ứng sinh học nào Không có liên kết cộng hóa trị, chỉ có liên kết ion và vì vậy quá trình là thuận nghịch (liên kết cộng hóa trị thường được xem như một chất kiềm hóa của arylation và không được xem xét ở đây)

Liên kết xuất hiện ở hai loại protein của nguyên sinh chất và mô, không phải tất cả protein liên kết với một độc chất đều cùng một phạm vi, mức độ liên kết phụ thuộc vào kiểu và số lượng vị trí liên kết trên protein và chỉ số pH của dung dịch

Albumin rất quan trọng (chứa 50% dịch trương protein), nó có xấp xỉ 100 cực dương và 100 cực âm ở các điểm liên kết (COO – O– S – NH 3+ = NH2+ – NH2+) Ở pH 7,4 tính âm của albumin hơn tính dương, ở pH 5 có khoảng 500 cho mỗi phân tử Phản ứng sinh học do độc chất gây ra phụ thuộc vào nồng độ các chất độc không liên kết dạng dịch tương

Các chất độc ở dạng liên kết bền vững với protein của máu sẽ tích tụ trong cơ thể và có thể gây nguy hiểm Các hợp chất liên kết dịch tương có thể được giải phóng, tách ra đột ngột do sự xâm nhập của các hợp chất mới có thể cạnh tranh với chúng ở cùng một thời điểm liên kết

Ví dụ: Đối với một vài trẻ sơ sinh, khi gan thiếu enzyme glucuronyl transferase, chất có khả năng kết hợp với bilirubin (C32H36N4O6) tạo ra sản phẩm hemoglobin thoái hóa thì một lượng lớn bilirubin được sinh ra tích tụ trong dịch tương albumin (hyper bilirubinemia) Nếu trẻ em dùng sulfonamide hoặc vitamin K thay thế bilirubin từ albumin, bilirubin có thể được phóng thích và vào não gây bệnh Kernicterus (chứng bệnh khi phát triển sẽ phá hủy các tế bào thần kinh trong não)

0.6.4 Mức hấp thụ

Cần lưu ý, ý nghĩa của hiệu ứng gây độc là sự tập trung của chất độc ở điểm tác động đầu tiên.Trong hầu hết trường hợp, sự hấp thụ xuất hiện do sự khuếch tán thụ động, cho nên, ở một mức tỷ lệ gradient nồng độï giữa điểm hấp thụ và máu, mức hấp thụ được diễn tả bởi phương tình hàm mũ hoặc còn gọi là phương trình động lực thứ nhất:

Log M = logMo –

Trong đó:

Mo = Nồng độ ban đầu của hóa chất ngoại lai ở điểm hấp thụ

M = nồng độ của hóa chất ngoại lai ở thời gian t ở điểm hấp thụ ka: hằng số tốc độ hấp thụ, tương đương với 0,693/t1/2

t1/2 = bán kỳ hấp thụ; là khoảng thời gian khi M/ Mo =1/2

kat 2.30

Thí dụ, nồng độ của một chất độïc thực phẩm trong dạ dày xác định mức độ ở đó chất độc được hấp thụ từ dạ dày vào máu, khi nồng độ của độc chất trong dạ dày tăng lên, nhờ sự hấp thụ vào máu, mức độ độc chất được hấp thụ cũng tăng lên

Hầu hết các chất độc ở nồng độ thấp được loại bỏ khỏi cơ thể tuỳ theo nồng độ của chúng trong máu và sự trao đổi chất với các hợp chất hòa tan trong nước Đa số các chất độc ở liều lượng cao, sự trao đổi enzyme có thể bão hòa và mức trao đổi là hằng số, nếu chất độc hòa tan trong lipid, sự đào thải chúng sẽ khó khăn và mức độ đào thải trở thành zero – order (chuỗi zero) (hằng số, không liên hệ với nồng độ máu) đến khi nồng độ chất độc thấp hơn mức bão hoà

0.7 PHẢN ỨNG LẠI ĐỘC CHẤT CỦA SINH VẬT VÀ HIỆU ỨNG ĐỘC

0.7.1 Những khái niệm

Phản ứng lại của sinh vật đối với ảnh hưởng của độc chất là “sự phản ứng của cơ thể hoặc một bộ phận cơ thể (thí dụ như hệ cơ bắp) đối với một kích thích” (Duffus,1974) Sự kích thích có thể có một số dạng và cường độ phản ứng thường phụ thuộc cường độ kích thích Kích thích mạnh hơn tạo phản ứng mạnh hơn Khi một độc chất gây kích thích, sự phản ứng thường phụ thuộc liều lượng chất độc và chịu đựng của mỗi sinh vật Một phản ứng còn là một hiệu ứng

Một hiệu ứng xấu, thương tổn hay ngộ độc, là sự thay đổi có hại hoặc là một phản ứng đối với tác nhân hóa học hay vật lý Duffus định nghĩa: Một hiệu ứng xấu là “sự thay đổi về hình thái, về sinh lý, về tăng trưởng, phát triển hoặc tuổi thọ của một sinh vật, kết quả là làm giảm khả năng chịu đựng, làm suy yếu khả năng đề kháng, tăng nguy cơ stress, tăng tính nhạy cảm đối với hiệu ứng nguy hại từ tác động môi trường” Hiệu ứng xấu có thể vừa phải và biến mất sau đó hoặc nghiêm trọng hơn, đôi khi không thể hồi phục Thí dụ, dị ứng hô hấp hoặc thay đổi hóa tính huyết thanh có thể ở tình trạng nhẹ và phục hồi nhưng ung thư lại là vấn đề nghiêm trọng, đôi khi không thể cứu vãn

Một tác nhân hóa học hoặc vật lý có thể gây ra hiệu ứng xấu hoặc nguy hại do thay đổi tính nguyên vẹn, thay đổi cấu trúc hoặc/ và thay đổi chức năng của mô tế bào Ngoài ra còn gây ảnh hưởng đến sự tăng trưởng, phát triển, liên lạc, lưu thông, hồi phục và tuổi thọ

Các hiệu ứng có thể ngược lại và kết quả là sự phục hồi hoặc không thể phục hồi dẫn đến tử vong

Những hiệu ứng mềm bao gồm thay đổi thức ăn cung cấp và/ hoặc tăng trọng cơ thể, thay đổi hoạt tính enzyme hoặc thay đổi lớn các mô và cơ quan Những hiệu ứng xấu nghiêm trọng bao gồm thay đổi cấu trúc và chức năng trong các mô, biểu hiện sự suy giảm chức năng làm việc bình thường, không phục hồi cấu trúc tự sao chép tế bào của ARN, thậm chí tử vong Những thay đổi có ý nghĩa về mặt thống kê theo cách thông thường không có nghĩa là sự thay đổi sinh học đáng chú ý vì ý nghĩa thống kê không bao hàm ý nghĩa sinh học Những phản ứng gây ra bởi các tác nhân hóa học, vật lý có thể là tức thì hoặc dần dần, êm dịu hoặc dữ dội, có thể phục hồi hay không phục hồi, cục bộ hoặc hệ thống, phản ứng đặc dị hoặc dị ứng thông thường, trực tiếp hoặc gián tiếp, có lợi hoặc xấu Phản ứng đối với tác nhân phụ thuộc vào các điều kiện bị nhiễm bao gồm đường xâm nhập thời gian mắc phải, liều lượng hoặc mức độ nhiễm độc Phản ứng cục bộ diễn ra tại nơi hấp thụ hoặc tiếp xúc giữa cơ quan và chất kích thích và một phản ứng theo hệ thống xảy ra ở một hoặc nhiều nơi ngoài nơi bị hấp thụ độc chất Dị ứng hoặc phản ứng đặc biệt nhạy cảm là một phản ứng đối kháng của hệ miễn nhiễm Một phản ứng đặc dị là loại phản ứng không bình thường, không theo chu kỳ, bao gồm phản ứng của hệ miễn nhiễm hoặc có thể gây ra bởi sự khác nhau về di truyền trong cấu trúc gen

Có nhiều loại phản ứng xảy ra khi có tương tác giữa hóa chất và bộ phận tiếp nhận, gồm có thay đổi về hình thể tổng quát, thay đổi tế vi hoặc thay đổi trong các chức năng sinh lý, sinh hoá Các phản ứng có thể không đặc hiệu như viêm, hoại tử hoặc đặc hiệu như đột biết gien, dị tật, ung thư Thay đổi có thể diễn ra lập tức hoặc dần dần, có thể hồi phục hoặc không; có tính cục bộ hoặc hệ thống, có thể đơn giản hoặc phức tạp, có thể có lợi hoặc có hại Phản ứng có thể ảnh hưởng đến tính đồng nhất, chức năng, sự tăng trưởng quá trình hồi phục, liên lạc của tế bào Nhìn chung, phản ứng có thể làm tăng hoặc giảm chức năng Tuy nhiên, cơ sở tự nhiên của tế bào thì không thể bị thay đổi do chất hóa học, thí dụ tế bào cơ không thể bị biển đổi thành tế bào bài tiết Cơ sở của những hiệu ứng xấu hoặc thương tổn ở mức độ tế bào là sự thay đổi nội cân bằng

0.7.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng phản ứng lại

Một vài yếu tố có thể ảnh hưởng đến phản ứng của một hóa chất gồm có: đặc tính lý hoá, độ tinh khiết, độ bền vững của hóa chất, điều kiện ảnh hưởng (liều lượng bao nhiêu?), thời gian (thời điểm, tần số, kéo dài bao lâu?), bằng con đường nào (cách thức xâm nhập, đặc tính di truyền, loài, giống, giới, tính, tuổi, trọng lượng cơ thể, tình trạng sức khoẻ của sinh vật ở thời điểm tiếp xúc, sự có mặt của hóa chất khác (tương tác), điều kiện môi trường (nhiệt độï, độ ẩm, áp suất khí quyển, độ sáng, nơi cư trú, tiếng ồn, các hóa chất trong môi trường, các yếu tố xã hội…), sự phù hợp hoặc sai biệt, tính nhạy cảm riêng Phản ứng phụ thuộc số lượng các bộ phận tiếp nhận, phạm vi liên kết hóa chất – bộ phận tiếp nhận, nồng độ hóa chất tại điểm tiếp nhận

Ảnh hưởng của một hóa chất lên hoạt động của một hóa chất khác được gọi là sự tương tác Kết quả phản ứng có thể cộng thêm (1 + 1 = 2); không cộng thêm (1 + 1 = 1 hoặc 0), hoặc cộng nhân lên (1 + 1 = 5); thông thường khó đoán biết

Phản ứng đối với một tác nhân hóa học, vật lý phụ thuộc vào liều lượng và số lượng của bộ phận tiếp nhận đang hiện diện và hoạt tính của nó Ở liều lượng thấp, phản ứng có thể không được nhận biết Khi tăng liều lượng và số lượng của quan hệ chất – cơ quan tiếp nhận, một phản ứng đáng chú ý sẽ được ghi nhận Liều lượng thấp nhất để nhận ra một phản ứng đo được được gọi là ngưỡng tới hạn của liều lượng Một phản ứng sẽ không được nhận biết nếu liều dưới ngưỡng tới hạn Mỗi sinh vật có một ngưỡng tới hạn riêng, xác định bằng thực nghiệm Trong một chuỗi phản ứng, có một ngưỡng tới hạn cho mỗi gian đoạn của quá trình Nhận diện một ngưỡng có nghĩa là với một nồng độ chất kích thích hoặc tác nhân nào đó, chất kích thích hoặc tác nhân đó sẽ tạo ra phản ứng Phản ứng nhận thấy và các phương pháp định lượng, tính nhạy cảm có thể ảnh hưởng đến việc xác định ngưỡng tới hạn Có thể ra những ngưỡng tới hạn bằng số cho tế bào, mô, cơ quan và cơ quan nguyên vẹn khác

Liều lượng thích hợp của dược phẩm tác nhân vật lý có thể được dùng để chữa bệnh, thí dụ sử dụng bức xạ các yếu tố sẽ ảnh hưởng đến kết quả của tương tác giữa tác nhân hóa học hoặc vật lý với một

cơ quan gồm có liều lượng, thể trạng (cơ địa), đặc tính hóa học của tác nhân, thời gian tác dụng, tình trạng sức khoẻ của hệ sinh thái hoặc sinh vật ở thời điểm bị nhiễm

Một hóa chất hoặc tác nhân vật lý thông thường bắt đầu tương tác với một mô hay cơ quan đặc biệt gọi là "mô đích" hay "cơ quan đích" (cơ quan tiếp nhận tác dụng) Mô đích hay mô nhạy cảm có chứa vùng nhạy cảm đặc biệt hoặc các tế bào tiếp nhận tác nhân Một chất tiếp nhận có thể xem là “bẫy hóa chất” khi một tác nhân hóa học tương tác với một chất tiếp nhận đặc thù để tạo ra phản ứng nó, được gọi là chất tiếp nhận phản ứng trung gian Khi một tác nhân hóa học tạo ra một phản ứng không tương tác với chất tiếp nhận đặc thù, phản ứng được gọi là một phản ứng không đặc hiệu Bộ phận tiếp nhận là nơi tương tác với tác nhân hóa học, vật lý ở bên ngoài hoặc bên trong tế bào đích, là điểm nhạy cảm và nơi xảy ra phản ứng Tiếp nhận có thể xảy ra ở ba nơi: trên bề mặt của tế bào, đôi khi còn gọi là kiểu I; trong nang tế bào được gọi là kiểu II; trong nhân tế bào, được gọi là kiểu III Kết quả của tương tác ở bộ phận tiếp nhận hóa học là khởi đầu một dây chuyền phản ứng sinh hóa tạo nên phản ứng được nhận diện Mỗi tác nhân hóa học hoặc loại hóa chất có bộ phận tiếp nhận đặc thù, thí dụ, tiếp nhận chất giảm đau Chúng có thể không đặc hiệu, thí dụ, sự phá hủy do ăn mòn gây ra bởi a xít Bộ phận tiếp nhận chất độc có tính riêng biệt, đặc thù như các đại phân tử, thường là các protein, bao gồm protein điều hoà, enzyme, protein vận chuyển, protein cấu trúc

Phản ứng đối với một tương tác hóa học – bộ phận tiếp nhận là tạo ra số lượng các bộ phận tiếp nhận trong lúc tương tác xảy ra hoặc các dạng phức hợp Số lượng các bộ phận tiếp nhận tuỳ thuộc ái lực của bộ phận tiếp nhận đối với hóa chất, nồng độ hóa chất sẵn sàng tương tác với bộ phận tiếp nhận, thời gian tác dụng và các yếu tố phức tạp khác Các phức hợp hóa học – bộ phận tiếp nhận tạo nên phản ứng Ái lực là lực hấp dẫn giữa một hóa chất và một bộ phận tiếp nhận

Khi một hóa chất và một bộ phận tiếp nhận tương tác tạo nên một phức hợp, bộ phận tiếp nhận sẽ gia tăng hoạt tính Khi điều này xảy ra, chất hóa học được gọi là một chất kích thích; khi đó, chất kích thích bám vào bộ phận tiếp nhận và hoạt hóa chúng Khi một chất hóa học bám vào một bộ phận tiếp nhận nhưng không hoạt hóa

nó, phản ứng không xảy ra, và chất hóa học gọi là chất đối kháng Khi một chất hóa học bám vào một bộ phận tiếp nhận và chỉ hoạt hóa một phần, phản ứng có thể xảy ra và chất hóa học được gọi là chất kích thích một phần Khả năng của một phức hợp hóa chất – bộ phận tiếp nhận để tạo ra phản ứng – được gọi là hoạt tính riêng hay tính hiệu quả nếu hóa chất là một dược phẩm Bộ phận tiếp nhận phải bám dính hóa chất, được hoạt hóa khi có hóa chất và bắt đầu một chuỗi phản ứng liên tiếp Chất kích thích tạo ra một phản ứng tương tác được biểu diễn dưới dạng đường cong quan hệ giữa liều lượng – đáp ứng Chất đối kháng có thể được phân loại thành hai loại: có tính cạnh tranh hoặc không có tính cạnh tranh Chất đối kháng cạnh tranh tương tác ở cùng một điểm của bộ phận tiếp nhận, chỉ có nó bám vào bộ phận tiếp nhận Chất đối kháng không cạnh tranh liên kết cộng hóa trị với bộ phận tiếp nhận và thường xuyên bất hoạt nó

Liên kết hóa học giữa một độc chất và một bộ phận tiếp xúc có thể gồm các loại: liên kết cộng hóa trị, liên kết ion, liên kết hydro hoặc lực Van der Waals liên kết tự nhiên sẽ ảnh hưởng đến thời gian tác dụng của phức hợp hóa chất – bộ phận tiếp nhận và thời gian của hiệu ứng Liên kết cộng hóa trị thường không đảo ngược được, còn liên kết ion, liên kết hydro, liên kết Van der Waals thì có thể đảo ngược được

Để bộ phận tiếp nhận tạo nên một phản ứng trước hết nó phải liên kết với chất hóa học Thông thường ở đây không phải là liên kết cộng hóa trị, có thể đảo chiều và tuân theo luật tác dụng khối lượng Cường độ của tương tác được gọi là ái lực, nó xác định độ mạnh, hoạt tính của hóa chất Khi liên kết, bộ phận tiếp nhận phải được hoạt hoá, đó là quá trình “tín hiệu tải nạp”, một chỉ số xác định hoạt tính riêng Việc này được theo sau bởi một chuỗi liên tiếp các phản ứng tạo nên hiệu quả cực đại của phản ứng Tiến trình này được gọi là

“tiếp nhận – đáp ứng ghép đôi” và được kết hợp với chất truyền tin thứ cấp để khuyếch đại tín hiệu từ bộ phận tiếp nhận hoạt tính

0.8 SỰ ĐÀO THẢI ĐỘC CHẤT

Việc loại bỏ chất độc từ cơ thể gọi là sự đào thải độc chất Quá

trình này thường đạt được nhờ hoạt động đặc biệt của thận (tạo nước tiểu), gan (tạo mật) và phổi (thở ra các hợp chất dạng hơi) hay qua da

do phát tán mồ hôi Quá trình đào thải có cơ chế tương tự với quá trình hấp thụ, vận chuyển các hóa chất thẩm thấu qua các màng sinh học theo chênh lệch nồng độ hóa chất (gradient nồng độ); các hóa chất di chuyển từ các khoang có nồng độ cao đến các khoang có nồng độ thấp Các hợp chất hòa tan trong nước có thể nhanh chóng được đào thải bởi thận thông qua bài tiết nước tiểu (thường là các hợp chất có khối lượng phân tử dưới 400) và bởi gan thông qua mật (thường là các hợp chất có khối lượng phân tử lớn hơn 300) Quá trình đào thải có

cơ sở tương tự với quá trình hấp thụ, vận chuyển các hóa chất thẩm thấu qua các màng sinh học theo chênh lệch nồng độ hóa chất (gradient nồng độ); các hóa chất di chuyển từ các khoang có nồng độ cao đến các khoang có nồng độ thấp

Tương tự trường hợp hấp thụ, có những quá trình đặc biệt có thể tác động chống lại chênh lệch nồng độ và có thể di chuyển các hợp chất hòa tan trong nước nhanh chóng xuyên qua các màng lipid, sự tiết mật (một dạng dịch) bởi gan là một thí dụ của một mô thoát khỏi các tế bào hợp chất hóa học hòa tan được trong nước

Các hợp chất hòa tan trong lipid có thể đào thải một cách chậm chạp, và như vậy cuối cùng vào đường bài tiết dịch của cơ thể như nước tiểu, mật Cho nên, các hợp chất hòa tan trong lipid được giữ trong cơ thể thời gian dài hoặc đến khi chúng được trao đổi chất với các chất dẫn xuất hòa tan trong nước Các hợp chất hòa tan trong lipid được lọc từ máu một cách nhanh chóng nhờ thận được tái hấp thu vào thận trước khi thải ra khỏi cơ quan bằng đường tiểu Thận có thể loại bỏ chỉ các hợp chất hòa tan trong nước và trong các trường hợp đặc biệt, các hợp chất có tính chất hóa học đặc trưng dạng anion hoặc cation có hệ thống vận chuyển hoạt động để di chuyển các hợp chất này từ dịch tương vào trong nước tiểu

0.9 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Ô NHIỄM THỰC CHẤT LÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG

0.9.1 Mối quan hệ giữa độc học môi trường và ô nhiễm

môi trường

Độc học môi trường và ô nhiễm môi trường là hai khái niệm có chỗ khác nhau nhưng trong cùng một logic của khoa hoc môi trường về

mặt gây hại cho con người và hệ sinh thái Trước hết, từ 2 định nghĩa chúng ta thấy có sự liên hệ khăng khít và nhân quả giữa chúng

Độc học môi trường là một ngành khoa học chuyên nghiên cứu

nguồn gốc, hành vi và các tác động gây hại của độc chất, độc tố trong môi trường đối với các sinh vật sống và hệ sinh thái

Ô nhiễm môi trường là hiện tượng làm thay đổi các thành phần

của môi trường theo chiều hướng xấu đi vượt quá một giới hạn nhất định, gây ảnh hưởng lên sinh vật và con người

Và bất kỳ một chất độc, chất ô nhiễm nào khi được đưa vào môi trường thì sẽ chịu tác động của các yếu tố tự nhiên và khi tiếp xúc với cơ thể sinh vật sẽ gây ra các tác động lên sinh vật thông qua việc chuyển hóa các chất và có thể gây biến đổi về sinh hóa dẫn tới gây bệnh cho cơ thể theo sơ đồ sau:

Chuyển hóa

Chất ô nhiễm–––>Chất độc ––––>Cơ thể, Hệ sinh thái

Tác động gây độc Theo như các nhận biết trên thì bất kỳ các hiện tượng ô nhiễm môi trường nào cũng đều do các tác nhân gây ô nhiễm mà các tác nhân gây ô nhiễm gọi là chất ô nhiễm và nó chính là các độc chất môi trường và có thể được thể hiện bằng sơ đồ sau:

Các nguồn gây ô nhiễm

Chất thải

Ô nhiễm môi trường

Chất ô nhiễm

Độc học môi trường

Độc chất

Sinh vật và hệ sinh thái

Từ sơ đồ trên ta thấy giữa độc học môi trường và ô nhiễm môi trường có mối quan hệ mật thiết với nhau Tất cả các trường hợp ô nhiễm môi trường đều do các tác nhân gây ô nhiễm mà các tác nhân gây ô nhiễm chính là các độc chất của Độc học môi trường

Mục tiêu của độc học môi trường là phát hiện các tác chất (hóa học, vật lý, sinh học) có nguy cơ gây độc để có thể dự đoán, đánh giá các sự cố và có biện pháp ngăn ngừa những tác hại đối với các quá trình tự nhiên (bao gồm cả con người) trong hệ sinh thái Các thí nghiệm vật lý, hóa học, sinh học đã cùng liên kết thực hiện để dự đoán các ảnh hưởng xấu của độc chất có thể xảy ra trong môi trường (Lê Huy Bá, 2000)

Trong đó độc chất, độc tố (toxicant, toxin) được định nghĩa là

một vật chất (subtance) có thể gây ra những ảnh hưởng bất lợi hoặc

cái chết cho sinh vật sống Vật chất ấy có thể là tiếng ồn (ảnh hưởng vật lý), hóa chất (ảnh hưởng hóa học), vi khuẩn (ảnh hưởng sinh học)… Chữ “có thể “ trong định nghĩa này làm cho khái niệm độc tố có một ngoại diên logic rất rộng lớn Vì thế có thể nói, xung quanh ta

“mọi cái đều độc và không có cái nào không độc “(All things are poison and none that are not!) Điều quyết định một vật chất trở thành độc tố là tuỳ thuộc vào “liều” tác dụng (dose), cách thức “vật

chất” xâm nhập vào cơ thể sống và thời gian tiếp xúc với “liều” Quá trình tiếp xúc với “liều” gọi là sự phơi nhiễm (exposure) Hay nói cách khác, một độc tố trở nên “độc” là tuỳ thuộc vào sự phơi nhiễm

0.9.2 Giải quyết ô nhiễm môi trường – xử lý độc chất,

độc tố

Xử lý ô nhiễm là khái niệm bao gồm cả việc quản lý, hạn chế ô nhiễm, đề phòng ô nhiễm, khắc phục ô nhiễm Trong đó, hạn chế và đề phòng ô nhiễm là việc làm khó khăn nhất và là mục tiêu cho môi trường bền vững Như vậy, khi nghiên cứu giải quyết vấn đề về môi trường, chúng ta phải tìm hiểu xem những tác nhân, tác chất nào gây

ra ô nhiễm môi trường, từ đó có giải pháp, phương án thích hợp Độc học môi trường nghiên cứu nguồn gốc các độc chất, độc tố, các phản ứng, các ảnh hưởng tác động của các độc chất trong môi trường (đất, nước, không khí) giúp hiểu rõ bản chất các hiện tượng ô nhiễm môi trường xảy ra xung quanh và đưa ra những giải pháp tích cực nhằm ngăn chặn những tác động có hại đến môi trường, hệ sinh thái và quan trọng hơn là con người

Nếu giải quyết vấn đề môi trường mà không hiểu rõ bản chất, tức là không nhận biết được những độc chất, độc tố nào trong vấn đề

ô nhiễm ấy thì thực chất chúng ta chưa hiểu rõ nguyên nhân gây ô nhiễm, mà đã không hiểu rõ, không tìm ra được nguyên nhân thì đừng mong gì giải pháp đưa ra là đúng, là phù hợp chứ đừng nói đến tối ưu Nói một cách nôm na là nếu chưa nhận dạng được độc chất, độc tố trong ô nhiễm thì cũng giống như không chẩn đoán được

“bệnh”, thế thì “liều thuốc” đưa ra chắc chắn là không “trị được bệnh” rồi, có khi lại “tiền mất tật mang”

Điều đó cũng có nghĩa rằng khi chúng ta nhận mặt, chỉ tên được những độc chất, độc tố nào trong từng loại ô nhiễm thì vấn đề đưa ra giải pháp phòng tránh và xử lý cũng dễ dàng và hiệu quả hơn Xin đơn cử một vài thí dụ trong môi trường không khí để chứng minh nhận định “giải quyết vấn đề môi trường thực chất là giải quyết vấn đề độc học môi trường”

Trong ô nhiễm không khí, một thông số được quan tâm hàng đầu đó là bụi Trong độc học môi trường thì bụi nằm trong phần độc học môi trường không khí Bụi là những hạt nhỏ kích thước từ 1

đến vài trăm μm trong đó nguy hiểm và gây độc là bụi có kích thước từ 1–5 μm

+ Ô nhiễm bụi florua được phát sinh giống như khí florua, ảnh hưởng đối với thực vật, làm cháy lá, hủy hoại tế bào biểu bì, nhất là tế bào mô phân sinh, gây chết cây Súc vật ăn phải florua sẽ mau già hơn

+ Ô nhiễm bụi chì: sinh ra từ các hoạt động của các phương tiện giao thông Những người thường xuyên tiếp xúc với giao thông như lái

xe, công an giao thông, bán xăng dầu… có hàm lượng chì lớn hơn những người khác Nếu hàm lượng chì lên tới 0,8ppm thì sẽ phát sinh bệnh thiếu máu, hồng cầu giảm rõ rệt và gây rối loạn đối với thận + Ô nhiễm bụi than, bụi amiăng và bụi bào mòn giữa lốp và đường ôtô (khi ôtô chạy trên đường, đặc biệt là khi phanh ôtô, các bánh xe sẽ ma sát với mặt đường làm mòn đường và bánh xe gây ra bụi đá, bụi cao su và bụi amiăng) Các loại bụi này cùng với bụi than, bụi đá đều có ảnh hưởng xấu đến con người, động vật và thực vật Đối với thực vật nó cũng gây ra bệnh chết hoại, làm rụng lá, làm giảm hoa quả và năng suất cây trồng, làm bé quả và teo hạt

+ Ô nhiễm bụi sinh vật: là các hạt bụi có mang theo các vi trùng, vi khuẩn, vi rút Đây là bụi gây ra các bệnh hô hấp

Vậy để xử lý các chất ô nhiễm trong môi trường chúng ta phải xác định hàm lượng, khả năng tác động của chúng đối với hệ sinh thái nghĩa là chúng ta đi xác định tính độc của các độc chất có trong môi trường Hiện nay có nhiều phương pháp đưa ra nhằm giải quyết ô nhiễm bụi như:

+ Giảm lượng phát thải các nguồn phát sinh bụi

• Biện pháp công nghệ

ƒ Thay thế nguyên, nhiên liệu

ƒ Thay đổi quy trình công nghệ

• Biện pháp luật lệ

ƒ Đóng cửa nhà máy lạc hậu sinh bụi nhiều

ƒ Đóng cửa tạm thời khi có sự cố

ƒ Tăng cường giám sát sự phát thải

+ Giảm sự tác động của nguồn thải đối với môi trường

• Nâng cao ống khói

• Tập trung các ống thải gần nhau lại chung một ống

• Gia tăng khoảng cách từ nguồn tới những vùng bị tác động

• Đối với bụi giao thông có thể trồng cây xanh ven đường để hấp thu bụi

Chung qui lại, xử lý bụi là tìm cách thu gom lượng bụi sinh ra tức là làm triệt tiêu độäc chất do bụi sinh ra Bụi là một độc chất môi trường và là tác nhân gây bệnh chính của các bệnh bụi phổi, gây ra các bệnh như: viêm phổi, khí thủng phổi, ung thư phổi, viêm mũi dị ứng, hen phế quản… Và giải quyết ô nhiễm bụi là giải quyết các vấn đề về độc học của bụi và đã có các biện pháp giải quyết như trên Đó là cách giải quyết tại nguồn của độc học môi trường Triệt tiêu ô nhiễm môi trường tức là giảm thiểu nhiễm độc cho sinh vật và con người trong môi trường Tất nhiên, bên cạnh biện pháp này chúng ta còn nhiều biện pháp nữa của độc học

0.9.3 Các dạng ô nhiễm – gây độc môi trường

0.9.3.1 Ô nhiễm và gây độc môi trường nước

+ Ô nhiễm vô cơ: do các hoạt động của công nghiệp, nông

nghiệp thải ra môi trường các chất độc hại có nguồn gốc vô cơ gây ô nhiễm môi trường Tùy theo các ngành công nghiệp mà sẽ thải ra môi trường các chất khác nhau, còn đối với nông nghiệp đó là các hóa chất bảo vệ thực vật, phân bón dư thừa

Các chất gây ô nhiễm: kim loại nặng như Al, Zn, Fe, As, Hg,

Cd, Pb; mùi; màu…

+ Ô nhiễm hữu cơ: Các ngành công nghiệp đặc thù tạo ra như:

chế biến thực phẩm, thuộc da, chế biến thủy sản,… Trong nông nghiệp dùng hóa chất bảo vệ thực vật có các nhóm chức hữu cơ, các loại phân bón hữu cơ… Nhu cầu sinh hoạt của con người cũng là một nguồn gây

ô nhiễm hữu cơ rất lớn

Các chất ô nhiễm: các hợp chất hữu cơ không bền, các vi sinh

vật gây bệnh: E.Coli, Coliform, các vi trùng và siêu vi trùng sống

trong nước ô nhiễm hoặc là ô nhiễm dinh dưỡng: NO3–, PO43–… Tùy thuộc vào đặc điểm các ngành sản xuất mà nước thải có thành phần khác nhau Ta có thể tóm tắt trong bảng sau:

Bảng 0.1 Các chất gây ô nhiễm đồng thời là gây độc cho sinh vật và

hệ sinh thái

Công nghiệp Chất ô nhiễm chính →

Gây độc

Chất ô nhiễm phụ → Gây độc

+ Chế biến sữa

+ Chế biến đồ hộp,

rau quả đông lạnh

+ Chế biến bia, rượu

Chất hữu cơ bán phân hủy, gây thối, SS, chất rắn có thể lắng, dầu mỡ

Chất hữu cơ bán phân hủy, gây thối, SS, nhiệt độ Dầu mỡ, pH, NH4, CN–phenol, SS Fe, Sn, Cr,Zn,

Hữu cơ gây thối, dầu mỡ SS,CN–, Cr,Zn, Ni, Pb, Cd Chất hữu cơ bán phân hủy, gây thối, SS, màu, kim loại nặng, NH4, dầu mỡ, phenol, sulphua

NH4,TDS,P, chất mang màu

Chất hữu cơ bán phân hủy, gây thối, TOC,TDS

Clo, SO42–,

N, P, TDS, coliform

Cromat, P, Zn, sulphua, TDS Chất hữu cơ bán phân hủy, gây thối, Cromat, Zn, Cu, Cr, Fe, Sn, TDS

PO43–, SO42–, hợp chất hữu cơ Độ đục, clo hữu cơ, P, kim loại nặng, phenol,

Chất hữu cơ bán phân hủy, gây thối, phenol, F, silicat, CN–, kim loại nặng,

Cl–, CN–, Pb, N, P, TOC, Zn, độ

+ Hóa chất hữu cơ

+ Hóa chất vô cơ

+ Hóa dầu

+ Nhiệt điện

NH4, TDS, NO3, SO42–, urê TSS,TDS,dầu nổi

axit, kiềm, tổng chất rắn,

SS, TDS, Cl–, pH

NH4, Chất hữu cơ bán phân hủy, gây thối, Cr, dầu, phenol, SS,TDS, sulphua,

Cl2, dầu, SS

đục

Cu, Fe, TDS, Zn

0.9.3.2 Ô nhiễm và gây độc môi trường không khí

Ô nhiễm không khí là hiện tượng làm cho không khí sạch thay đổi thành phần, tính chất trước bất kỳ nguyên nhân nào, vượt quá một giới hạn cho phép, có nguy cơ gây độc, tác hại tới thực vật và động vật, đến môi trường xung quanh, đến sức khỏe con người Quá trình gây ô nhiễm rồi gây độc không khí có các bước sau:

- Nguồn gây ô nhiễm có nguy cơ không kiểm soát được

- Quá trình phát tán, lan truyền trong khí quyển được xem như là môi trường trung gian

- Nguồn tiếp nhận chất ô nhiễm không khí là do động vật, thực vật, con người

Các nguồn và các chất gây ô nhiễm rồi tiến tới gây nhiễm độc không khí (Bảng 0.2)

Bảng 0.2 Lượng ô nhiễm và gây độc cho không khí

Xử lý chất thải rắn 7.2 1.4 0.3 2.0 0.9

Đốt củi gỗ nói chung 16.8 3.4 0.3 7.1 9.4

– Nguồn thải ra CO2:

+ Hoạt động trong khu vực năng lượng làm gia tăng lượng khí thải CO2 vào khí quyển chủ yếu là do quá trình đốt cháy nhiên liệu + Nạn đốt phá rừng làm gián đoạn chu trình chuyển hóa CO2

thành O2 trong khí quyển cũng đóng góp 10 –15 % khí CO2 vào khí quyển

+ Giao thông vận tải đóng góp làm tăng khoảng 20% lượng CO2

vào khí quyển

– Nguồn thải ra CH4:

+ Chủ yếu từ các quá trình sinh học như sự phân giải kỵ khí của đất ngập nước và ruộng lúa, từ các quá trình biến đổi yếm khí, từ các khu chăn nuôi gia súc, gia cầm và từ sự phân hủy của các bãi rác và chất hữu cơ dưới đất

+ Thoát ra từ quá trình khai thác, vận chuyển và sử dụng khí đốt thiên nhiên

™ Khí thải công nghiệp

Đối với mỗi loại hình sản xuất công nghiệp có các khí thải khác nhau với nồng độ, lưu lượng… không giống nhau

¾ Ngành công nghiệp luyện kim: Do quy mô nhỏ, công nghệ lạc hậu nên môi trường không khí trong ngành này đang ở thời kỳ báo

động Bụi và các chất độc trong khí thải của luyện cốc, luyện gang, luyện thép và luyện thiếc như CO, CO2, HC, Benzen, SO2, SO3, NH3, AsH3…là nguồn gây ô nhiễm lớn

¾ Ngành phân bón hóa học: Phần gây ô nhiễm bao gồm: CO,

CO2, SO2, NH3, chủyếu ở khâu hóa than

¾ Ngành công nghiệp vật liệu xây dựng: bao gồm công nghiệp sản xuất ximăng, sản xuất vôi, gạch, ngói, thủy tinh, kính xây dựng Đối với ngành này, ô nhiễm không khí là rất nghiêm trọng, bao gồm:

SO2 (24000 tấn/năm), CO2 (3,5.106 tấn/năm), CO2 (3,5.106 tấn/năm),

CO (3,87.106 tấn/năm), NOx (9026 tấn/ năm), bụi bay theo khói (0,125.106 tấn/năm) Việc xử lý còn nhiều khó khăn và tốn kém

¾ Ngành giấy: H2S, clo, methylmercaptan, dimetylsulit… khá độc

¾ Công nghiệp dệt nhuộm:

– Khí thải từ các khâu tẩy trắng: Clo

– Hiện màu, in: NO2, hóa chất hữu cơ, acid (CH3COOH, H2SO4) – Từ lò hơi, máy phát điện: SO2, NOx, CO, aldehyde, hydrocacbon…

™ Khí thải giao thông vận tải

Chủ yếu gồm: Pb, SO2, NOx, CO,VOC, độ ồn, rung…

Sau đây xin lấy trường hợp ô nhiễm và gây độc của chì làm ví dụ Các động cơ chạy xăng dầu là nguồn gốc sinh ra ô nhiễm chì trong khí quyển Chì dưới dạng tetraetyl chì Pb(C2H5)4 được cho vào xăng để nâng cao chỉ số octan (một trong những chỉ tiêu chất lượng chính của xăng), chống hiện tượng nổ sớm Khi xăng được đốt cháy trong động cơ xe, 75% lượng chì được thải vào môi trường và lượng chì này chiếm 95% tổng lượng chì trong các thành phố lớn Quá trình đốt xăng thải ra muối chì theo phản ứng sau:

Pb(C2H5 )4 + O2 +(Br, Cl) → PbCl2 +PbBr2 +PbBrCl +CO2 +H2O Trung bình cứ một xe tiêu thụ 1000 L xăng thì thải ra môi trường 0,3 kg Pb Do đó đây là nguồn ô nhiễm chì chính trong không khí, chúng có thể bay đi xa gây ô nhiễm không khí, đất và nước, gây độc sinh vật trong hệ sinh thái, nguy hiểm hơn là gây nhiều bệnh nan y cho con người, đặc biệt là trẻ em

Theo các nghiên cứu của Mỹ, Pb có thể xâm nhập vào cơ thể qua

3 con đường sau:

• Đường hô hấp: Thông qua phổi và đi khắp cơ thể.Mỗi ngày 1 người có thể hấp thụ 6– 9μg chì nếu lượng chì thải có trong không khí là 30 μg

• Hấp thụ qua đường tiêu hoá: do thức ăn, thức uống bị nhiễm chì Qua một số luận án tốt nghiệp tại Đại học Nông Lâm TPHCM cho thấy hàm lượng chì trong các mẫu rau muống, bắp cải… phân tích tại các huyện ngoại thành TP Hồ Chí Minh là rất cao

• Hấp thụ qua đường da: qua chỗ da bị trầy xước

¾ Các ảnh hưởng của chì đối với các hệ thống trong cơ thể con người:

• Hệ thống tạo huyết: ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp Hemoglobin, gây thiếu hồng cầu và thiếu huyết sắc tố

• Hệ thống thần kinh: Chì ảnh hưởng tới cả hệ thống thần kinh trung ương và hệ thống thần kinh ngoại biên Bệnh não do nhiễm độc chì hữu cơ thải ra từ xăng dầu rất dễ gây tử vong

• Hệ tim mạch: Chì gây co mạch ngoại vi, các mạch nhỏ, gây

xơ vữa động mạch và do đó chì gây tăng huyết áp, ngoài ra còn ảnh hưởng tới cơ tim và động mạch vành

• Hệ tiết niệu: Thận là cơ quan đào thải chì nhưng cũng là cơ quan hấp thụ chì nhiều nhất, do vậy nếu sự hấp thụ chì quá nhiều và kéo dài thì dễ bị suy thận

• Hệ tiêu hoá: Ảnh hưởng tới gan, mật và gây các cơn đau bụng do chì

• Hệ sinh sản: Làm giảm khả năng sinh sản đối với phụ nữ và làm ảnh hưởng tới quá trình rụng trứng

• Ảnh hưởng đến nội tiết mà chủ yếu là các chức năng của tuyến giáp

• Ảnh hưởng đến xương khớp do chì tích luỹ trong xương (khoảng 95%) và thời gian bán hủy là 10.000 ngày, do đó những người bị nhiễm độc chì thường hay bị đau khớp xương

¾ Mối tương quan giữa hàm lượng chì trong không khí với hàm lượng chì trong máu:

Nếu chỉ dựa vào hô hấp trực tiếp thì số giữa chì trong máu và chì trong không khí vào khỏang 1,6 đối với người lớn và đối với trẻ

em Do vậy nếu hàm lượng chì trong không khí 1 μg/m3 thì hy vọng giảm hàm lượng chì trong máu là 2μg/dl đối với người lớn và 4 μg/dl đối với trẻ em Chu kỳ bán rã của chì trong máu khoảng 36 ngày nên hàm lượng chì trong máu có thể được coi là ứng với những thay đổi của chì từ môi trường xung quanh trong 2 tháng

Với những tác động vừa nêu, chì được xem như là một độc chất

đối với cơ thể người và gây ô nhiễm môi trường không khí Vậy giải

quyết vấn đề ô nhiễm môi trường không khí này chính là giải quyết độc chất chì Pb Tại Việt Nam đã có nhiều hội thảo khoa học bàn về

vấn đề này cũng như biện pháp để thực hiện việc không sử dụng xăng pha chì

Để chuyển đổi sang xăng không pha chì đồng thời đảm bảo chỉ số octan, người ta thay chì bằng một hay nhiều phụ gia khác nhau, pha thêm các cấu tử có số octan cao hoặc thực hiện những quá trình nâng cao chất lượng xăng

Từ tháng 07/2001, Thành phố Hồ Chí Minh đã cấm sử dụng xăng không chì và kết quả nồng độ chì tại các điểm đo năm 2002 giảm đáng kể so với những lần đo trước đó năm 1996, 1997, 1999 (Bảng 0.3)

Bảng 0.3 Nồng độ trung bình của chì trong không khí tại các điểm

đo qua các năm

Chì Pb (μg/m3 ) Thời

điểm đo Ngã tư Đinh Tiên Hoàng –Điện Biên Phủ Hàng Xanh Ngã tư Lâm Phú Ngã tư Bảy Hiền Cộng Hoà Ngã sáu 09/96

2.5 2.6 2.6 2.6 2.6

1.7 1.6 1.6 1.7 2.0

– – – – –

– – – – –

2.1 2.4 2.2 2.2 2.4 2.8 0.920 (8h10)

1.7 1.6 1.7 1.6 1.8 2.1 –

– – – – – – 0.315 (8h 30)

– – – – – – 0.158 (9h 40)

(Nguồn: Sở KHCN và Sở TNMT TP HCM, 2002) 0.9.3.3 Ô nhiễm và gây độc từ chất thải rắn

Là các chất rắn bị loại ra trong quá trình sống, sinh hoạt, hoạt động sản xuất của con người và động vật Chất thải rắn của một quá trình sản xuất này có thể là nguyên liệu cho một quá trình sản xuất khác Nói đến ô nhiễm rác thải là nói đến ô nhiễm khí từ bãi rác và

ô nhiễm nước rỉ ra từ bãi rác Bảng 0.4 và 0.5 trình bày thành phần khí và nước rỉ ra từ một bãi rác điển hình:

Bảng 0.4 Thành phần khí ô nhiễm từ bãi rác sẽ gây độc cho sinh

vật và hệ sinh thái theo thời gian chôn lấp

Thành phần khí (% thể tích) Thời gian

Theo bảng trên ta thấy rác sinh ra các chất khí gồm: NH3, CO2,

CH4 Ngoàira còn có thêm CO, H2, H2S, NH2 cũng đều là khí độc

Bảng 0.5 Thành phần các chất ô nhiễm, chất độc của nước rỉ từ bãi rác

Nồng độ(mg/l) Thành phần

Từ bảng trên chúng ta thấy nước từ bãi rác có các chất hữu cơ

bán phân hủy gây thối, gây độc Hàm lượng N–hữu cơ, N–NH3 cao

Ở Việt Nam, sở dĩ dioxin được quan tâm nghiên cứu nhiều không phải bởi các ngành trên phát triển quá mức mà chủ yếu do sự phát huy độc tính của dioxin đối với người dân Việt Nam sau cuộc chiến tranh Việt Nam – Mỹ, trong suốt mấy chục năm qua Lượng dioxin này do Mỹ đã sử dụng trong cuộc chiến tranh ở miền Nam Việt Nam Trong quá trình nghiên cứu, tìm hiểu nhiều đặc tính của dioxin được phát hiện

Vì vậy nghiên cứu độc chất dioxin và những ảnh hưởng của nó đối với sinh vật là cần thiết và khá thiết thực trong điều kiện của Việt Nam

1.1 TỔNG QUAN VỀ DIOXIN

1.1.1 Giới thiệu về dioxin

Dioxin là chất độc nhân tạo, cho đến nay DDT và dioxin được con người biết đến là độc nhất Dioxin có tính hủy diệt con người và môi trường rất lớn Về bản chất nó là một loại thuốc diệt cỏ, có thể làm cây cối rụng hết lá và chết

Hàm lượng dioxin có thể làm cho chuột chết là 0,0022 mg/kg (LD50, Lethal Dose 50, liều lượng gây chết 50% sinh vật khảo sát), hàm lượng tương đương có thể gây tử vong cho người là 0,1 mg (trọng lượng khoảng 50 kg)

Theo đánh giá của các nhà khoa học tham gia “Hội nghị quốc Tế về chất độc da cam/Dioxin” tổ chức tại Hà Nội từ ngày 3 đến ngày 6 tháng 3 năm 2002 thì ảnh hưởng của chất độc Da Cam/Dioxin đối với môi trường và sức khỏe con người ở Việt Nam sẽ có khả năng kéo dài đến năm 2050

1.1.2 Cấu tạo, tính chất, phân loại và độc tính của dioxin

Dioxin đa clo – hóa hay còn gọi là các chất CDD, là một nhóm các hydrocacbon chứa clo có cấu trúc tương tự nhau bởi hai cầu oxy nối hai nguyên tử carbon kề nhau thuộc mỗi vòng Các hợp chất CDD là nhóm của các hydrocacbon liên kết với clo, chúng giống nhau về cấu trúc Cấu trúc cơ bản là phân tử dibenzo–p–dioxin (DD) bao gồm hai vòng benzen được nối với các cacbon ở vị trí para bởi hai nguyên tử oxygen, nhưng ở đây ta chủ yếu nói đến các chất thuộc đồng phân của nhóm TCDD – Tetra chlorinated dioxin mà điển hình là 2,3,7,8 – TCDD (2,3,7,8 – Tetrachloro dibenzo – p – dioxin), một loại chất độc nhất đối với động vật có vú trong nhóm CDD

Thuật ngữ “chất độc màu Da Cam” đã từng được nói đến ở Việt Nam thực chất là dioxin – một loại chất diệt cỏ (chủ yếu là 2,3,7,8 – TCDD) Sở dĩ nó mang tên gọi này vì trong cuộc chiến tranh ở Việt Nam quân đội Mỹ đã sử dụng các thùng, được sơn các dải dọc màu da cam bên ngoài, có chứa chất này để rải xuống một số vùng ở miền Nam nhằm tạo điều kiện tiêu diệt quân đội ta

Các chất diệt cỏ này đều chứa các hoocmon mô phỏng các chất phá hủy cây trồng và cây rừng bằng cách phá hủy hoặc làm rối loạn chức năng trao đổi chất, giữ nước của cây trồng và cây rừng nên thảm thực vật, mùa màng bị hủy diệt rất nhanh sau khi tiếp xúc với chúng Việc xác định mức độ ô nhiễm và tác hại của chúng đòi hỏi các chuyên gia phải am hiểu về lĩnh vực này và các thiết bị kỹ thuật liên quan khác

Các nguồn phát sinh dioxin là từ công nghệ chế biến giấy sử dụng các thuốc tẩy có clo, công nghệ nhựa PVC (polyvinylchloride), công nghệ hóa chất và công nghệ sản xuất các thiết bị cách điện, chất bán dẫn… Tất cả chúng chiếm 5% tổng lượng dioxin phát thải vào môi trường Còn lại 95% ô nhiễm dioxin là do thiêu đốt các phế thải như dụng cụ y khoa, đồ chơi trẻ em bằng nhựa dẻo chứa clo

a Công thức cấu tạo

thành các hạt và dễ dàng tách thành những hạt trong không khí, nước và đất

Bản thân chúng là một chất dễ nóng chảy, nhiệt độ nóng chảy là 295oC Dioxin bền vững trong môi trường và ít bị phân hủy do các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm, hóa chất… Dioxin ít tan trong dung môi hữu cơ và không tan trong nước Dioxin có thể chịu được nhiệt từ 800 – 1000oC, nhưng bị phá hủy bởi tia cực tím hoặc ánh sáng mặt trời Dioxin hoàn toàn không bị phân hủy sinh học bởi các

vi sinh vật thông thường nên chúng tồn tại bền vững trong môi trường Chu kỳ bán phân hủy của dioxin là từ 3 đến 12 năm

c Phân loại

Các hợp chất trong nhóm dioxin bao gồm 75 hợp chất khác nhau Họ CDD được chia thành 8 nhóm hóa chất dựa trên số lượng nguyên tử clo trong phân tử Nhóm có 1 nguyên tử clo gọi là dioxin đơn clo – hóa (mono–chlorinated dioxin = MCD) Nhóm có 2 đến 8 nguyên tử clo được gọi là dioxin 2 clo (di–chlorinated dioxin = DCDD), dioxin 3 clo (tri–chlorinated dioxin = TrCDD), dioxin 4 clo (tetra–chlorinated dioxin =TCDD), dioxin 5 clo (penta–chlorinated dioxin = PeCDD), dioxin 6 clo (hexa–chlorinated dioxin = HxCDD), dioxin 7 clo (hepta–chlorinated dioxin = HpCDD) và dioxin 8 clo (octa–chlorinated dioxin = OCDD)

Các nguyên tử clo có thể gắn vào phân tử dioxin ở bất kỳ vị trí nào trong 8 vị trí, tên của mỗi CDD cho biết cả số lượng và vị trí của các nguyên tử clo Trong đó, TCDD (Tetra–chlorinated dioxin), điển hình là 2,3,7,8 – TCDD,ø một trong số các CDD có độc tính mạnh nhất và được nghiên cứu rộng rãi nhất trong các họ nhà CDD, được coi là nguyên mẫu về mặt độc tính cho các CDD giống dioxin

Theo định nghĩa mới nhất của EPA Hoa Kỳ ngày 12/6/2000, tên

“dioxins” dùng để chỉ một tập hợp của 29 hợp chất gây tác động sinh hóa (biochemical effects) tương tự trên động vật thí nghiệm

d Độc tính

Dioxin là chất độc nhân tạo nguy hiểm nhất do ít tan trong nước, có ái lực cao với lipid và rất bền vững trong môi trường Độc