Chất độc (poison) là những chất vô cơ hay hữu cơ có nguồn gốc thiên nhiên hay tổng hợp, khi nhiễm vào cơ thể đạt đến nồng độ nhất định có thể gây độc cho cơ thể sống (vi dụ độc trên da ếch). Độc tố (toxin) được dùng để chỉ các chất độc được sản sinh (có nguồn gốc) từ các quá trình sinh học của cơ thể và được gọi là độc tố sinh học (biotoxin). Nọc độc (venoms) là chất tiết có chứa hỗn hợp các chất có hoạt tính sinh học, bao gồm các protein và peptit với một tỷ lệ nhỏ bao gồm axit amin, muối và chất dẫn truyền thần kinh ( ví dụ nọc độc rắn).
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC SINH HỌC
MÔN ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG
CHƯƠNG 17 TÍNH CHẤT VÀ TÁC DỤNG CỦA ĐỘC TỐ TỰ
NHIÊN VÀ NỌC ĐỘC
GVHD: TS Nguyễn Ngọc Hà
Người thực hiện:
Huỳnh Thị Trúc Quân Lớp CNSH khóa 2020 SĐT: 0855351231 Email: trucquanbio@gmail.com
TP.HCM, 2021
Trang 2MỤC LỤC
MỤC LỤC i
17.1 CHẤT ĐỘC, ĐỘC TỐ, VÀ NỌC ĐỘC 1
17.2 CÁC VAI TRÒ TỰ NHIÊN CỦA ĐỘC TỐ VÀ NỌC ĐỘC 1
17.3 CÁC VỊ TRÍ CHỦ YẾU VÀ CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘC TỐ 2
17.3.1 Ảnh hưởng đến hệ thần kinh 2
17.3.2 Ảnh hưởng đến tim mạch 4
17.3.3 Ảnh hưởng đến gan và thận 4
17.3.4 Cytotoxin 4
17.3.5 Ảnh hưởng đến các phân tử truyền tín hiệu thứ hai 5
17.3.6 Độc tố gây viêm và gây ung thư 5
17.4 ĐỘC TỐ TRONG CÁC TỔ CHỨC ĐƠN BÀO 5
17.4.1 Độc tố vi khuẩn 5
17.4.2 Độc tố liên quan đến bệnh kiết lỵ Amebic 5
17.4.3 Độc tố của tảo roi 6
17.5 ĐỘC TÍNH CỦA THỰC VẬT BẬC CAO 6
17.5.1 Nấm 6
17.5.2 Thực vật có hoa 6
17.6.3 Thực vật gây viêm da khi tiếp xúc 8
17.7 ĐỘC TỐ VÀ NỌC ĐỘC CỦA ĐỘNG VẬT 8
17.7.1 Độc tố và nọc độc của bò sát và lưỡng cư 8
17.7.2 Độc tố và nọc độc của cá 9
Trang 317.7.3 Độc tố và nọc độc của động vật chân đốt 10
17.7.4 Độc tố và nọc độc của nhuyễn thể 11
17.7.5 Độc tố và nọc độc của ruột khoang 12
17.7.5 Động vật biển không xương sống mang độc khác 12
17.8 ĐIỀU TRỊ ĐỘC TỐ VÀ NỌC ĐỘC 13
17.8.1 Các quy trình sơ cứu khi nuốt phải chất độc 13
17.8.2 Các liệu pháp miễn dịch 13
17.8.3 Sử dụng chất độc để làm thuốc 13
Trang 417.1 CHẤT ĐỘC, ĐỘC TỐ, VÀ NỌC ĐỘC
Chất độc (poison) là những chất vô cơ hay hữu cơ có nguồn gốc thiên nhiên hay
tổng hợp, khi nhiễm vào cơ thể đạt đến nồng độ nhất định có thể gây độc cho cơ thể sống (vi dụ độc trên da ếch)
Độc tố (toxin) được dùng để chỉ các chất độc được sản sinh (có nguồn gốc) từ các
quá trình sinh học của cơ thể và được gọi là độc tố sinh học (biotoxin)
Nọc độc (venoms) là chất tiết có chứa hỗn hợp các chất có hoạt tính sinh học, bao
gồm các protein và peptit - với một tỷ lệ nhỏ bao gồm axit amin, muối và chất dẫn truyền thần kinh ( ví dụ nọc độc rắn)
17.2 CÁC VAI TRÒ TỰ NHIÊN CỦA ĐỘC TỐ VÀ NỌC ĐỘC
Các chất độc mạnh nhất thường là protein Sự sinh tổng hợp độc tố protein không cần cơ chất hoặc chất xúc tác, chỉ cần một khuôn mRNA xác định trình tự axit amin của độc tố Các chất độc tương tự về mặt hóa học được tạo ra bởi các sinh vật không liên quan
về mặt phân loại tương đối phổ biến Một số động vật da gai (sao biển và hải sâm) tổng hợp glycoside sterol, có tính chất hóa học và dược lý rất giống với saponin tìm thấy trong thực vật
Sinh vật dự trữ chất độc trong các cơ quan chuyên biệt (không bào thực vật, tuyến nọc độc động vật) vì: (1) sinh vật có thể tiếp xúc với chất độc của chính nó, các mô khác của sinh vật có thể được bảo vệ khỏi sự tiếp xúc với chất độc.(2) chất độc được dự trữ ở dạng đậm đặc (3) nọc độc phải được kết nối với một hệ thống vận động, cảm nhận sự hiện diện của con mồi để được phóng ra lúc cần thiết
Động vật và thực vật sử dụng độc tố để bắt mồi hoặc bảo vệ chống lại kẻ thù Chức năng độc tố ở vi sinh vật không rõ ràng, ví dụ hiện tượng thủy triều đỏ khi mật độ tảo cao dẫn đến độc tố trong nước biển gây ra cá chết hàng loạt Có ý kiến cho rằng những chất độc này đóng vai trò là chất điều hòa sự phát triển hoặc chuyển hóa của tế bào và hiếm khi hoạt động như một chất độc
Trang 517.3 CÁC VỊ TRÍ CHỦ YẾU VÀ CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘC TỐ
17.3.1 Ảnh hưởng đến hệ thần kinh
Vì hệ thống thần kinh hoạt động như một mạng lưới giao tiếp tổng thể chi phối hoạt động của tất cả các tế bào, mô và cơ quan của cơ thể, vì thế nó là mục tiêu chính của các chất độc, nhằm mục đích thay đổi nhanh chóng hoạt động của sinh vật đích Ban đầu, đuôi gai (dendrites) phát ra từ sợi trục của tế bào thần kinh đáp ứng với các chất dẫn truyền thần kinh được giải phóng từ các tế bào thần kinh lân cận bằng cách tạo ra một điện thế khớp nối khử cực; tạo ra một điện thế hoạt động, sau đó di chuyển đến phần cuối của sợi trục, nơi chất dẫn truyền thần kinh lại được giải phóng để kích hoạt hoặc ức chế một số tế bào tác động (Hình 17.1)
Hình 17.1 Các vị trí phổ biến của tác động chất độc thần kinh tại điểm nối thần kinh
cơ của động vật có vú
Độc tố có thể ảnh hưởng đến (A) điện thế hoạt động thần kinh, (B) giải phóng chất dẫn truyền thần kinh từ đầu cuối thần kinh, (C) phản ứng khử cực màng của các thụ thể dẫn truyền thần kinh đối với chất dẫn truyền thần kinh, (D) điện thế hoạt động của cơ và (E) khớp nối của màng cơ khử cực với sự giải phóng canxi từ lưới cơ chất, qua trung gian của
sự xâm nhập ngang của màng tế bào (ống T)
Cấu tạo của thần kinh có sợi trục dẫn xung động và sợi nhánh để nhận các xung động từ sợi trục thần kinh và truyền đến các sợi nhánh do một chất trung gian hoá học đặc
Trang 6biệt là Acetylcholin Nó tác động lên độ thấm ion của màng tế bào, làm thay đổi điện thế của màng Phần tích điện dương (+) của phân tử Acetylcholin bị hút trong tâm tích điện
âm (-) của bộ phận thụ cảm của nơron sau gây nên sự thay đổi điện thế của màng tế bào thần kinh thụ cảm và sinh ra một xung tác mới Khi chỉ có một xung tác thần kinh thì lượng Acetylcholin tiết ra khoảng 1-2 mg Acetylcholin là chất trung gian hoá học tại các xinap thần kinh trước hạch của hệ thần kinh thực vật (giao cảm và phó giao cảm), ở các cúc tận cùng của các dây thần kinh vận động chi phối các cơ vân, ở các điểm nối tế bào thần kinh trong não Có hai loại receptor chịu tác động của acetylcholin, đó là thụ thể muscarinic và thụ thể nicotinic Acetylcholin được tạo từ Acetyl CoA ở các nhánh tận của dây thần kinh (tiền xinap) và cholin từ dịch ngoại bào Sau khi tác động lên các receptor đặc hiệu ở màng tế bào hậu xinap, Acetylcholin sẽ bị thuỷ phân bởi men acetyl cholinesterse (AChE) Nếu tốc độ phân huỷ chậm sẽ gây sự ứ đọng Acetylcholin dẫn đến gây độc và phá huỷ nghiêm trọng hệ thần kinh, có thể chết
Hình 17.2 Hình ảnh phân tử của thụ thể nicotinic acetylcholine được tìm thấy trong
màng cơ xương
Thụ thể là một pentamer bao gồm bốn tiểu đơn vị polypeptide khác nhau; cả hai tiểu đơn
vị α cần ACh để mở kênh ion ở trung tâm Ba vị trí tiềm năng liên kết của độc tố lên thụ thể nicotinic là: phân tử circular (A), vị trí nhận biết chất dẫn truyền thần kinh (acetylcholine); phân tử triangular (B), rìa của protein thụ thể, can thiệp vào sự tương tác của nó với lớp lipid kép; phân tử square (C), độc tố xâm nhập và trực tiếp chặn kênh ion liên kết thuận nghịch với cùng một vị trí mà không cần kích hoạt antagonists Bên cạnh vị trí nhận biết ACh, còn có những vị trí khác trên phức hợp protein mà tại đó chất độc có
Trang 7thể hoạt động Ví dụ, nhiều độc tố alkaloid nhỏ có thể xâm nhập vào kênh ion và cắm nó một cách vật lý Các chất độc khác có thể liên kết tại mặt phân cách giữa các tiểu đơn vị polypeptit và lớp lipid kép liền kề
Có một số độc tố cực mạnh kích hoạt hoặc ức chế các kênh truyền ion canxi này
Kênh ion là mục tiêu của một số độc tố tự nhiên, độc tố này thường hoạt động ở nồng độ
thấp hơn nhiều so với các loại thuốc tác động trên cùng một vị trí
17.3.2 Ảnh hưởng đến tim mạch
Hệ thống tim mạch dễ bị tổn thương bởi nhiều chất độc tự nhiên tác động lên các kênh ion trong cơ tim hoặc cơ trơn Sự xâm nhập của chúng vào hệ tuần hoàn mạnh lên đáng kể nếu chúng lan vào các mô xung quanh vết cắn; nhờ enzyme hyaluronidase, giúp phá vỡ axit hyaluronic trong mô liên kết Một số nọc độc cũng chứa các protein gây xuất huyết, chống đông máu và tan máu, có thể gây mất nhiều thể tích máu, phù nề mô và tiêu
tế bào
17.3.3 Ảnh hưởng đến gan và thận
Hệ thống tĩnh mạch cửa gan đầu tiên đưa các chất được hấp thụ từ đường tiêu hóa đến gan Cơ quan này chứa nhiều enzym dị hóa và do đó có khả năng chuyển hóa bất kỳ loại hợp chất ngoại sinh nào, thường là ở dạng ít hoạt động hơn hoặc độc hại hơn Tuy nhiên, các chất chuyển hóa thậm chí có thể độc hơn các tiền chất phân tử của chúng
Thận tương đối dễ bị ảnh hưởng bởi một số chất độc, đặc biệt là những chất độc đi vào ống thận bằng cách lọc ở cầu thận nhưng không được tái hấp thu dễ dàng Điều này khiến chúng tập trung trong nephron và nước tiểu, tăng cường khả năng phá hủy tế bào thận
17.3.4 Cytotoxin
Nhóm chất độc phổ biến nhất Cytotoxin thường ảnh hưởng đến các quá trình sống như tổng hợp protein, sao chép DNA, tổng hợp RNA, quá trình phosphoryl hóa oxy hóa (chuyển hóa) hoặc cân bằng điện giải tế bào
Cytolysin làm sự mất cân bằng thẩm thấu, gây sưng tấy tế bào và sau đó là ly giải
tế bào Các cytolysin mạnh nhất tạo ra các lỗ lớn trên màng tế bào cho phép nhiều protein
Trang 8cũng như các chất có trọng lượng phân tử thấp thoát ra ngoài Những chất khác hoạt động giống như chất tẩy rửa, phá vỡ tổ chức lớp lipid kép của màng tế bào
17.3.5 Ảnh hưởng đến các phân tử truyền tín hiệu thứ hai
Hầu hết các phản ứng truyền tín hiệu qua trung gian thụ thể được kết hợp gián tiếp với một tác nhân hiệu ứng, như kênh ion, phân tử truyền tín hiệu, Một số chất độc đã được phát hiện là có thể làm thay đổi đặc biệt hệ thống tạo ra cAMP Một số hoạt động gián tiếp bằng cách ảnh hưởng đến các protein liên kết nucleotide guanosine (cái gọi là G), điều chỉnh adenylate cyclase
17.3.6 Độc tố gây viêm và gây ung thư
Nhiều sinh vật ít vận động như thực vật và một số động vật biển tổng hợp các chất gây viêm Những chất này có thể tương tự với chất trung gian hóa học nội sinh, chẳng hạn như histamine, prostaglandin hoặc phospholipid, hoặc có thể giải phóng chất trung gian nội sinh khỏi basophils và các tế bào khác làm trung gian cho các quá trình viêm
17.4 ĐỘC TỐ TRONG CÁC TỔ CHỨC ĐƠN BÀO
17.4.1 Độc tố vi khuẩn
Vi khuẩn có mặt ở khắp nơi trên trái đất Tuy nhiên, có một số loài phân bố cục bộ
như vi khuẩn biển Vibrio vulnificus-gây nhiễm trùng đe dọa tính mạng ở những người ăn
động vật có vỏ hoặc bơi ở biển bị trầy xước da dễ bị nhiễm trùng Trong một nghiên cứu gần đây, nhiều bệnh nhân có mô bị thương phát triển thành hoại tử hoặc bệnh gan; khoảng 20% đã chết
17.4.2 Độc tố liên quan đến bệnh kiết lỵ Amebic
Nhiễm amip nước ngọt, Entamoebae histolytica, có thể gây viêm màng não nguy
hiểm đến tính mạng, hoặc viêm ruột kết và áp xe ruột Tổn thương mô chỉ xảy ra trực tiếp tiếp xúc vật lý của sinh vật nguyên sinh với tế bào đích của nó Sau đó, hình thành một
peptide gọi là amobapore - gây sưng và ly giải tế bào đích.
Trang 917.4.3 Độc tố của tảo roi
Một số loài tảo biển độc hại, trong một số trường hợp số lượng tảo tăng mạnh gây
ra hiện tượng tảo độc nở hoa “Thủy triều đỏ” - nước chứa số lượng lớn tảo có màu đỏ, có thể gây ra cái chết hàng loạt cho cá và các động vật biển khác
17.5 ĐỘC TÍNH CỦA THỰC VẬT BẬC CAO
17.5.1 Nấm
Ít hơn 1% các loài nấm độc đối với con người Nấm thuộc chi Amanita nguy hiểm nhất Chúng chứa hai độc tố peptit mạch vòng được gọi là amatoxin và phallotoxin Hai peptit này ổn định ở nhiệt độ cao, vì vậy chúng tồn tại trong quá trình nấu nướng Tiêu thụ
một cây nấm Amanita phalloides có thể gây chết người Chúng đặc biệt độc với gan vì có
khả năng được hấp thụ qua cơ chế vận chuyển axit mật Khi chúng xâm nhập vào tế bào nhu mô gan, chúng sẽ ức chế enzym phiên mã chính RNA polymerase trong nhân, do đó làm tắt khả năng thay thế các protein của tế bào, tế bào liên tục bị phá vỡ dẫn đến hoại tử gan và tử vong
17.5.2 Thực vật có hoa
Cardiac Glycoside và Saponin
BẢNG 17.1 Một số thực vật có hoa phổ biến, độc tố Alkaloid hoặc peptit của chúng
và các triệu chứng chính liên quan đến việc nuốt phải của chúng.
Solanine Saponin Khoai tây Nhức đầu, sốt, đau bụng, nôn mửa
xuất huyết, tiêu chảy
Oleandrin Cardiac
glycoside
Cây trúc đào (tất cả các bộ phận)
Nhức đầu, buồn nôn, nôn mửa,tiêu chảy, nhịp tim chậm, không đều mạch, hôn mê, suy hô hấp
Grayanotoxi
n Diterpene Rhododendron,Azalea (tất cả
các bộ phận)
Tiết nước bọt, nôn mửa, hạ huyết áp,
co giật, suy nhược
hemlock (tất cả các bộ phận)
Run, yếu vận động, nôn mửa, tiêu chảy, giãn đồng tử, nhịp tim chậm, hôn mê
Lupinine Quinolizidine Lupin (tất cả
các bộ phận, Nôn mửa, tiết nước bọt, buồn nôn,chóng mặt, nhức đầu, đau bụng
Trang 10đặc biệt là hạt)
Cicutoxin Complex
alcohol Waterhemlock(tất cả
các bộ phận, đặc biệt rễ)
Run, giãn đồng tử, co giật, ức chế hô hấp
(hạt nhai)
Đau trong miệng; khởi phát chậm: đau bụng, nôn mửa, tiêu chảy nặng, tán huyết, suy thận
Viscotoxin Peptide Tầm gửi (tất cả
các bộ phận, đặc biệt là quả mọng)
Nôn mửa, tiêu chảy, hạ huyết áp, nhịp tim chậm
Độc tố alkaloid
Phổ biến nhất là nicotin, chất kích thích các thụ thể cholinergic Nicotin dạng cơ bản nhanh chóng khuếch tán qua da, chất này khá Một hợp chất dị hợp vòng khác là coniine, một alkaloid chính trong lọ thuốc độc hemlock Một chất độc alkaloid là tubocurarine hoạt động như một chất đối kháng cạnh tranh của ACh và nicotine tại điểm nối thần kinh cơ của cơ xương
Thực vật có hoa chứa độc tố peptit và độc tố protein
Một số loại thực vật chứa độc tố protein có thể gây chết người khi uống hoặc tiêm
qua đường miệng Hạt mân côi có màu đỏ chứa một protein 70 kD được gọi là abrin, là một chất ức chế tổng hợp protein của ribosom Hạt thầu dầu chứa ricin, một loại protein
tương đồng có cùng cơ chế hoạt động và khả năng gây chết người Những chất độc này giống như độc tố bạch hầu, được cấu tạo bởi hai chuỗi polypeptide: chuỗi A là chất ức chế tích cực tổng hợp protein, trong khi chuỗi B cần thiết để liên kết với màng tế bào và kích thích nội độc tố Các triệu chứng ngộ độc bởi hai chất độc này biểu hiện khá chậm trong 24 giờ đầu tiên sau khi ăn phải, nhưng nếu nạn nhân ăn phải một vài hạt, họ có thể
bị đau nhiều trong vài ngày và sau đó chết (Bảng 17.1) Các chất độc nằm trong hố hạt xơ; nếu nó không bị phá vỡ bằng cách nhai, độc tố có thể không phát tán nhiều
17.6.3 Thực vật gây viêm da khi tiếp xúc
Nhiều loại thực vật và động vật có khả năng gây phản ứng viêm Các hợp chất tự nhiên khác gây ra phản ứng quá mẫn chậm gọi là viêm da tiếp xúc Trường hợp được biết
Trang 11đến nhiều nhất là độc cây thường xuân, cây sồi độc, hoặc cây sơn độc Khi tiếp xúc với những thực vật này chúng tiết ra hợp chất là urushiols là hợp chất 4-alkyl-substituted dihydroxyphenyl (catechols), chất này ít gây viêm trong lần tiếp xúc đầu tiên, nhưng sau
đó gây ra phản ứng miễn dịch chậm Cơ chế liên quan đến quá trình oxy hóa ban đầu thành quinone, sau đó phản ứng với các protein của da và trở thành một chất sinh miễn dịch Các tế bào Langerhans của da được kích thích di chuyển đến tuyến ức, nơi chúng kích thích sản xuất các tế bào lympho tuyến ức có khả năng đáp ứng với urushiol Sau đó, các tế bào lympho của tuyến ức này di chuyển đến da và tham gia vào phản ứng viêm khi tiếp xúc với các hợp chất urushiol
17.7 ĐỘC TỐ VÀ NỌC ĐỘC CỦA ĐỘNG VẬT
17.7.1 Độc tố và nọc độc của bò sát và lưỡng cư
Có bốn họ rắn độc Nọc độc giống loài rắn lục (họ Crotalidae) và loài rắn lục sừng (họ Viperida) Rắn hổ mang (Elapidae) và rắn biển (Hydrophiidae) có chung các đặc tính sinh hóa và dược lý
Nọc rắn có tác dụng cục bộ lớn trên các vết cắn và hệ tim mạch Sự sưng tấy mô (phù nề) là kết quả của các độc tố xuất huyết protein, tấn công vào nội mô mao mạch, làm cho tế bào máu cũng như protein huyết tương bị rò rỉ Proteinmyotoxin gây ra sự dự trữ canxi nội bào trong cơ xương, có thể gây hoại tử cơ Các enzym hyaluronidase và collagenase phá vỡ mô liên kết, làm nọc độc lây lan ra
Nọc độc của rắn đuôi chuông Brazil, Crotalus durissus terrificus, sở hữu một chất
độc thần kinh mạnh gọi là crotoxin, làm tê liệt các đầu dây thần kinh ngoại vi, gây mất khả năng dẫn truyền thần kinh cơ và tê liệt Nọc độc rắn hổ mang hoặc rắn biển gây ngừng hô hấp trước khi xuất hiện tổn thương mô cục bộ hoặc hệ thống tim mạch rõ ràng Chất độc thần kinh chủ yếu xuất hiện ở các loài elapid và hydrophiid là chất độc thần kinh alpha (α- neurotoxin) Đây là một polypeptit gồm 65–80 gốc axit amin được liên kết chéo với bốn hoặc năm liên kết disulfua Chất độc hoạt động như một chất đối kháng cạnh tranh của chất dẫn truyền thần kinh acetylcholine (ACh) tại điểm nối thần kinh cơ xương, chất độc thần kinh alpha liên kết rất chặt chẽ vì kích thước phân tử lớn của nó cho phép