Công nghệ môi trường - Chương 01: Đại cương về độc học và độc học môi trường

83 trang vanle 1760

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Công nghệ môi trường - Chương 01: Đại cương về độc học và độc học môi trường", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

cong_nghe_moi_truong_chuong_01_dai_cuong_ve_doc_hoc_va_doc_h.pdf

Nội dung text: Công nghệ môi trường - Chương 01: Đại cương về độc học và độc học môi trường

Ch−¬ng 1 §¹I C¦¥NG VÒ §éc häc vµ ®éc häc m«I tr−êng 1.1. NH÷NG KH¸I NIÖM C¥ B¶N 1.1.1. §éc chÊt häc (toxicology): theo J.F. Borzelleca: “ §éc chÊt häc lµ ngµnh häc nghiªn cøu vÒ l−îng vµ chÊt t¸c ®éng bÊt lîi cña c¸c chÊt ho¸ häc, vËt lý, sinh häc lªn hÖ thèng sinh häc cña sinh vËt sèng ". §éc chÊt häc lµ ngµnh khoa häc vÒ chÊt ®éc. Nã lµ mét ngµnh khoa häc c¬ b¶n vµ øng dông. 1.1.2. §éc häc m«i tr−êng (environmental toxicology) Theo Butler: “ §éc häc M«i tr−êng lµ ngµnh khoa häc nghiªn cøu c¸c t¸c ®éng g©y h¹i cña ®éc chÊt, ®éc tè trong m«i tr−êng ®èi víi c¸c sinh vËt sèng vµ con ng−êi, ®Æc biÖt lµ t¸c ®éng lªn c¸c quÇn thÓ vµ céng ®ång trong hÖ sinh th¸i. C¸c t¸c ®éng bao gåm: con ®−êng x©m nhËp cña c¸c t¸c nh©n hãa, lý vµ c¸c ph¶n øng gi÷a chóng víi m«i tr−êng ”. Trong ngµnh m«i tr−êng häc, hai kh¸i niÖm ®éc häc m«i tr−êng vµ ®éc häc sinh th¸i häc ( ecotoxicology ) ®−îc xem lµ ®ång nhÊt víi nhau. §ã lµ m«n häc nghiªn cøu c¸c ®éc tÝnh cña c¸c t¸c nh©n g©y ®éc nh− mét ®éc tè, ®éc chÊt tõ chÊt g©y « nhiÔm trong qu¸ tr×nh g©y « nhiÔm m«i tr−êng. §èi t−îng g©y ®éc l¹i chÝnh lµ trªn con ng−êi vµ sinh vËt. §éc häc m«i tr−êng nghiªn cøu sù biÕn ®æi, tån l−u vµ t¸c ®éng cña t¸c nh©n g©y « nhiÔm trong m«i tr−êng. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu ®éc häc m«i tr−êng lµ thö nghiÖm sù t¸c ®éng vµ tÝch luü ®éc chÊt trªn nh÷ng sinh vËt sèng. Môc tiªu nghiªn cøu cña ®éc häc m«i tr−êng lµ ph¸t hiÖn c¸c t¸c chÊt (ho¸, lý, sinh häc) cã nguy c¬ g©y ®éc ®Ó cã thÓ dù ®o¸n, ®¸nh gi¸ c¸c sù cè vµ cã biÖn ph¸p ng¨n ngõa nh÷ng t¸c h¹i ®èi víi c¸c quÇn thÓ tù nhiªn trong hÖ sinh th¸i. 1.1.3. ChÊt ®éc (toxicant, poison, toxic element) ChÊt ®éc lµ nh÷ng chÊt g©y nªn hiÖn t−îng ngé ®éc (intoxication) cho con ng−êi, thùc vËt ®éng vËt. C¸c t¸c nh©n g©y « nhiÔm cã mÆt trong m«i tr−êng ®Õn mét nång ®é nµo ®ã th× trë nªn ®éc. Nh− vËy, tõ t¸c nh©n « nhiÔm, c¸c t¸c nh©n nµy trë thµnh t¸c nh©n ®éc, chÊt ®éc vµ g©y ®éc cho sinh vËt vµ con ng−êi. 1
Trong m«i tr−êng cã 3 lo¹i chÊt ®éc: ChÊt ®éc b¶n chÊt (chÊt ®éc tù nhiªn) : gåm c¸c chÊt mµ dï ë liÒu l−îng rÊt nhá còng g©y ®éc cho c¬ thÓ sinh vËt. VÝ dô nh− H 2S, CH 4, Pb, Hg, Cd , Be, Sn, ChÊt ®éc kh«ng b¶n chÊt: tù th©n nã kh«ng lµ chÊt ®éc nh−ng g©y nªn c¸c hiÖu øng ®éc khi nã ®i vµo m«i tr−êng thÝch hîp nµo ®ã. ChÊt ®éc theo liÒu l−îng: lµ nh÷ng chÊt cã tÝnh ®éc khi hµm l−îng t¨ng cao trong m«i tr−êng tù nhiªn. ThËm chÝ mét sè chÊt khi ë hµm l−îng thÊp lµ chÊt dinh d−ìng cÇn thiÕt cho sinh vËt vµ con ng−êi, nh−ng khi nång ®é t¨ng cao v−ît qu¸ mét ng−ìng an toµn, th× chóng trë nªn ®éc. + VÝ dô: trong m«i tr−êng ®Êt, NH 4 trong dung dÞch ®Êt lµ chÊt dinh d−ìng cña thùc vËt vµ sinh vËt khi ë nång ®é thÊp; nh−ng khi v−ît qu¸ tØ lÖ 1/500 vÒ khèi l−îng lµ g©y ®éc. T−¬ng tù Zn lµ nguyªn tè vi l−îng cÇn thiÕt ®Ó n©ng cao chÊt l−îng s¶n phÈm +2 nh−ng khi v−ît qu¸ 0,78% ®· g©y ®éc; hay Fe v−ît qu¸ nång ®é 500ppm lµ g©y chÕt lóa, v−ît qu¸ 0,3ppm trong n−íc lµ ¶nh h−ëng ®Õn søc kháe cña con ng−êi. 1.1.4. §éc tè (toxin): lµ chÊt ®éc ®−îc tiÕt ra tõ sinh vËt. VÝ dô: §éc tè do ®éng vËt: näc r¾n, näc ong, näc kiÕn, §éc tè do thùc vËt: c¸c alcaloid, c¸c glucoside §éc tè do vi khuÈn: Clostridim Botulism §éc tè do nÊm: Alflatoxin 1.1.5. T¸c nh©n g©y ®éc ( toxic factor ) lµ bÊt k× mét chÊt nµo g©y nªn nh÷ng hiÖu øng xÊu cho søc kháe hoÆc g©y chÕt . TÊt c¶ c¸c chÊt cã ®éc tÝnh tiÒm tµng , chØ cã liÒu l−îng ( hay nång ®é) hiÖn diÖn cña chÊt ®ã míi quyÕt ®Þnh nã cã g©y ®éc hay kh«ng (Paraceler, 1538) 1.1.6. LiÒu l−îng (dose ) lµ mét ®¬n vÞ cña sù xuÊt hiÖn c¸c t¸c nh©n hãa häc, vËt lý hay sinh häc. LiÒu l−îng cã thÓ ®−îc diÔn t¶ qua ®¬n vÞ khèi l−îng hay thÓ tÝch trªn mét tréng l−îng c¬ thÓ (mg, g, ml/kg träng l−îng c¬ thÓ) hay ®¬n vÞ khèi l−îng hay thÓ tÝch trªn mét ®¬n vÞ bÒ mÆt c¬ thÓ (mg, g, mg/m 2 bÒ mÆt c¬ thÓ) . Nång ®é trong kh«ng khÝ cã thÓ ®−îc thÓ hiÖn qua ®¬n vÞ khèi l−îng hay thÓ tÝch trªn phÇn triÖu thÓ tÝch kh«ng khÝ (ppm) hay miligam, gam trªn m 3 kh«ng khÝ . Nång ®é trong n−íc cã thÓ diÔn t¶ qua ®¬n vÞ ppm hay ppb. 2
1.2.7. NhiÔm bÈn - ¤ nhiÔm chÊt ®éc vµ ngé ®éc 1.2.6.1. ¤ nhiÔm m«i tr−êng (pollution) Chóng ta biÕt r»ng c¸c hiÖn t−îng ngé ®éc ë ng−êi vµ sinh vËt ®Òu liªn quan ®Õn l−îng ®éc tè, ®éc chÊt cã trong m«i tr−êng, mµ ®éc chÊt nµy l¹i xuÊt ph¸t tõ chÊt g©y « nhiÔm cã trong m«i tr−êng bÞ « nhiÔm. Kh¸i niÖm: ¤ nhiÔm m«i tr−êng lµ hiÖn t−îng suy gi¶m chÊt l−îng m«i tr−êng qu¸ ®ét ngét giíi h¹n cho phÐp, ®i ng−îc l¹i víi môc ®Ých sö dông m«i tr−êng, ¶nh h−ëng ®Õn søc kháe con ng−êi vµ sinh vËt. Tæ chøc Y tÕ ThÕ giíi ®Þnh nghÜa " ¤ nhiÔm lµ viÖc chuyÓn c¸c chÊt th¶i hoÆc n¨ng l−îng vµo m«i tr−êng ®Õn møc cã kh¶ n¨ng g©y h¹i cho søc kháe cho con ng−êi vµ sù ph¸t triÓn sinh vËt hoÆc lµm gi¶m chÊt l−îng m«i tr−êng sèng ". * Nguån g©y « nhiÔm lµ nguån th¶i ra c¸c chÊt « nhiÔm. Chóng ta cã thÓ ph©n chia c¸c chÊt g©y « nhiÔm theo tÝnh chÊt ho¹t ®éng, nguån gèc ph¸t sinh, theo kho¶ng c¸c kh«ng gian * ChÊt « nhiÔm lµ c¸c hãa chÊt , t¸c nh©n vËt lý, sinh häc ë nång ®é hoÆcmøc ®é nhÊt ®Þnh, t¸c ®éng xÊu ®Õn chÊt l−îng m«i tr−êng. * ¤ nhiÔm, g©y ®éc m«i tr−êng n−íc N−íc lµ mét nguån tµi nguyªn "v« tËn" trong thiªn nhiªn, nh−ng do sù ph©n bè kh«ng ®Òu vµ do t¸c ®éng cña con ng−êi nªn mét sè n¬i trªn thÕ giíi trë nªn khan hiÕm hoÆc kÐm chÊt l−îng, kh«ng sö dông ®−îc. Do tÝnh dÔ lan truyÒn nªn ph¹m vi cña vïng « nhiÔm n−íc lan nhanh trong thñy vùc vµ theo ®µ ph¸t triÓn cña s¶n xuÊt c«ng nghiÖp, tèc ®é ®« thÞ hãa NhiÒu n¬i trªn thÕ giíi hiÖn nay ®ang bÞ ®e däa thiÕu n−íc s¹ch trÇm träng do t×nh tr¹ng nguån n−íc vÞ « nhiÔm hoÆc sa n¹c hãa. HËu qña cña viÖc nhiÔm ®éc ®éc chÊt, ®éc tè trong vïng n−íc bÞ « nhiÔm ®·, ®ang vµ sÏ kh¾c phôc l©u dµi. N−íc « nhiÔm lµ con ®−êng dÔ dµng nhÊt ®−a ®éc chÊt vµo c¸c c¬ thÓ sèng vµ con ng−êi th«ng qua c¸c m¾t xÝch trong chuçi thøc ¨n. V× thÕ vÊn ®Ò « nhiÔm n−íc vµ ¶nh h−ëng cña c¸c t¸c nh©n ®éc trong n−íc ®Õn quÇn x· thñy sinh vµ con ng−êi cÇn ®−îc nghiªn cøu. * ¤ nhiÔm, g©y ®éc m«i tr−êng kh«ng khÝ Kh«ng khÝ lµ hçn hîp c¸c chÊt cã d¹ng khÝ, cã thµnh phÇn thÓ tÝch hÇu nh− kh«ng ®æi. Thµnh phÇn cña kh«ng khÝ kh« lµ 78%N 2, 20.95%O 2, 0.93% Ar, 0.03% 3
CO 2, 0.002% Ne, 0.005%He. Ngoµi ra kh«ng khÝ cßn chøa mét l−îng h¬i n−íc nhÊt ®Þnh. Nång ®é b·o hßa h¬i n−íc trong kh«ng khÝ phô thuéc rÊt nhiÒu vµo nhiÖt ®é. ¤ nhiÔm kh«ng khÝ lµ sù ph¸t t¸n vµo khÝ quyÓn c¸c lo¹i khÝ, h¬i, hay c¸c h¹t kh«ng ph¶i lµ thµnh phÇn kh«ng khÝ kh«, hoÆc c¸c lo¹i ho¸ chÊt, n¨ng l−îng lµm cho thµnh phÇn nµy thay ®æi, g©y ¶nh h−ëng bÊt lîi cho con ng−êi, sinh vËt vµ c¸c c«ng tr×nh. Kh«ng khÝ « nhiÔm chøa rÊt nhiÒu lo¹i chÊt ®éc nguy h¹i cho søc kháe cña con ng−êi vµ hÖ sinh th¸i. C¸c chÊt nµy cµng nguy hiÓm h¬n khi dÔ dµng x©m nhËp trùc tiÕp vµ th−êng xuyªn vµo c¬ thÓ qua ®−êng h« hÊp vµ da, sau ®ã bÞ hÊp thô vµo m¸u hoÆc t¸c ®éng ngay lªn hÖ thÇn kinh. * ¤ nhiÔm, g©y ®éc m«i tr−êng ®Êt ¤ nhiÔm n−íc, « nhiÔm kh«ng khÝ cã liªn quan mËt thiÕt ®Õn « nhiÔm g©y ®éc ®Êt ®ai. ¤ nhiÔm ®Êt ph¶n ¸nh nh÷ng ph−¬ng thøc canh t¸c l¹c hËu vµ nh÷ng ph−¬ng thøc qu¶n lý ®Êt ®ai kh«ng hîp lý. ¤ nhiÔm ®Êt ph¶n ¸nh sù liªn th«ng gi÷a « nhiÔm n−íc, kh«ng khÝ dÉn ®ªn « nhiÔm ®Êt. ë c¸c n−íc ph¸t triÓn, « nhiÔm g©y ®éc ®Êt cßn lµ do: + Sö dông qu¸ møc trong n«ng nghiÖp nh÷ng s¶n phÈm hãa häc nh− ph©n bãn, chÊt ®iÒu hßa sinh tr−ëng , thuèc b¶o vÖ thùc vËt + Th¶i vµo ®Êt mét l−îng lín chÊt th¶i c«ng nghiÖp, chÊt th¶i ®éc h¹i. + Do trµn dÇu. + Do c¸c nguån phãng x¹ tù nhiªn vµ nh©n t¹o. 1.2.6.2. NhiÔm bÈn (contamination) NhiÔm bÈn lµ tr−êng hîp c¸c chÊt l¹ lµm thay ®æi thµnh phÇn vi l−îng, hãa häc, sinh häc cña m«i tr−êng nh−ng chua lµm thay ®æi tÝnh chÊt vµ chÊt l−îng cña c¸c m«i tr−êng thµnh phÇn. Nh− vËy m«i tr−êng n−íc khi bÞ « nhiÔm , ®· tr¶i qua giai ®o¹n nhiÔm bÈn, nh−ng mét m«i tr−êng nhiÔm bÈn ch−a ch¾c bÞ « nhiÔm. 2. §èi t−îng nghiªn cøu cña ®éc häc m«I tr−êng §éc häc m«i tr−êng nghiªn cøu c¸c ®èi t−îng: + C¸c ¶nh h−ëng cña ®éc chÊt, c¸c ®éc tè sinh häc lªn: - C¸c c¸ thÓ sinh vËt - QuÇn thÓ 4
- QuÇn x· - HÖ sinh th¸i + C¸c ¶nh h−ëng cña ®éc chÊt, c¸c ®éc tè sinh häc lªn “vi ®Þa sinh th¸i” vµ “trung ®Þa sinh th¸i” (terreotrial microcosms and mesocosms) - Nh÷ng thay ®æi cña hÖ thèng sinh häc vµ chøc n¨ng sinh th¸i cña hÖ sinh th¸i m«i tr−êng. - Sù tæn h¹i cña sinh vËt vµ con ng−êi - Thay ®æi vÒ sè l−îng loµi, tuæi, cÊu tróc, kÝch th−íc hoÆc nh÷ng loµi míi xuÊt hiÖn trong qu¸ tr×nh t¸c ®éng cña chÊt ®éc. - Thay ®æi vÒ ph©n bè di truyÒn - Thay ®æi vÒ sù ph¸t triÓn thùc vËt vµ n¨ng suÊt sinh häc - Thay ®æi vÒ tèc ®é vµ møc ®é h« hÊp trong ®Êt - Thay ®æi hµm l−îng cña c¸c nguyªn tè vi ®a l−îng thµnh phÇn m«i tr−êng - Thay ®æi c¸c ®Æc tÝnh vµ tËp tôc sinh häc cña sinh vËt vµ t−¬ng t¸c gi÷a c¸c chñng lo¹i trong hÖ sinh th¸i víi nhau - Th«ng qua d©y chuyÒn thùc phÈm, tÝch luü vµ khuyÕch ®¹i sinh häc chÊt ®éc vµ g©y t¸c h¹i toµn bé hÖ thèng sinh th¸i m«i tr−êng. 5
Ch−¬ng 2 t¸c ®éng cña ®éc chÊt ®èi víi c¬ thÓ sèng 2.1. §Æc ®iÓm chung (C¸c nguyªn lý vÒ ®éc häc m«i tr−êng) 2.1.1. Kh¸i niÖm vÒ ®éc chÊt Cã rÊt nhiÒu hãa chÊt tån t¹i trong m«i tr−êng. Mét sè chÊt trong chóng lµ c¸c chÊt ®éc, sè kh¸c lµ nh÷ng chÊt kh«ng ®éc . C¸c chÊt ®éc ho¸ häc do c«ng nghiÖp th¶i vµo kh«ng khÝ, n−íc vµ ®Êt. Tõ m«i tr−êng, chóng th©m nhËp vµo chu tr×nh thøc ¨n cña con ng−êi. Khi ®· ®i vµo hÖ thèng sinh th¸i cña con ng−êi, chóng sÏ ph¸ hñy hoÆc lµm thay ®æi c¸c qu¸ tr×nh hãa sinh, trong mét sè tr−êng hîp dÉn ®Õn nh÷ng hËu qu¶ nghiªm träng g©y chÕt ng−êi. §éc chÊt häc hãa häc : khoa häc nghiªn cøu c¸c hãa chÊt ®éc h¹i vµ ph−¬ng thøc g©y ®éc cña chóng. Sè c¸c chÊt ®éc hãa häc lµ rÊt nhiÒu. HiÖn nay trong rÊt nhiÒu tr−êng hîp khã cã thÓ nãi mét chÊt ®Æc biÖt nµo ®ã lµ ®éc hay kh«ng. Mét sè hãa chÊt quan träng, sö dông nhiÒu ®· ®−îc kiÓm tra chÆt chÏ nh−ng kh«ng chøng minh ®−îc ®Æc tÝnh kh«ng ®éc cña chóng. NhiÒu kim lo¹i thÓ hiÖn nh− c¸c chÊt nguy hiÓm ®èi víi m«i tr−êng l¹i lµ c¸c nguyªn tè dinh d−ìng cÇn thiÕt (ë d¹ng vÕt) cho sù ph¸t triÓn b×nh th−êng cña con ng−êi vµ ®éng vËt. C¸c nguyªn tè ®ã lµ Al, Sb, As, Ba, Be, Bi, Cd, Co, Cu, Ce, In, Pb, Hg, Mo, Ag, Te, Tl, S, Ti, W, U vµ Zn. Schwartz d· sö dông thuËt ng÷ “cöa sæ nång ®é” (concentration window) ®Ó ®−a ra c¸c ®−êng ranh giíi cña chóng, cô thÓ: a) Nång ®é cÇn thiÕt. b) Nång ®é thiÕu (thÊp h¬n nång ®é a), g©y rèi lo¹n sù trao ®æi chÊt. c) Nång ®é g©y ®éc(cao h¬n nång ®é a) g©y c¸c hËu qu¶ tai h¹i. ThËm chÝ c¸c nguyªn tè næi tiÕng vÒ ®éc h¹i nh− As, Pb vµ Cd còng kh«ng thÓ thiÕu ®−îc (ë l−îng vÕt) cho sù ph¸t triÓn cña ®éng vËt. C¸c chÊt ®éc c¬ thÓ ®−îc ph©n lo¹i t−¬ng øng víi t¸c dông vµ chøc n¨ng cña chóng. Cã thÓ ph©n lo¹i theo mutagens, c¸c chÊt g©y ung th− (carcinogens) v.v HoÆc c¸c t¹p chÊt cña thøc ¨n, HCBVTV, kim lo¹i nÆng, cacbonyl kim lo¹i c¸c hîp chÊt h÷u c¬ Clo v.v Theo sè liÖu cña ch−¬ng tr×nh m«i tr−êng Liªn hîp quèc (United Nations Environment Programme) hiÖn nay ®· cã 4 triÖu hãa chÊt kh¸c nhau vµ hµng n¨m cã thªm 30 ngh×n chÊt míi ®−îc t×m thªm ra. Trong sè c¸c chÊt trªn cã 60.000- 70.000 hãa chÊt ®−îc sö dông réng r·i. Bªn c¹nh t¸c dông cña chóng lµm cho s¶n xuÊt, møc 8
sèng vµ søc kháe ®−îc t¨ng lªn, nhiÒu chÊt trong sè ®ã lµ nh÷ng chÊt cã tiÒm n¨ng ®éc h¹i. 2.1.2. TÝnh ®éc TÝnh ®éc cña mét chÊt ®éc phô thuéc vµo c¸c yªó tè sau: • §Æc tÝnh cña chÊt ®ã ®èi víi sinh vËt. VÝ dô: Pb, Hg, CuSO 4, g©y ®éc víi sinh vËt. Hg v« c¬ Ýt ®éc h¬n so víi Hg h÷u c¬. ChÊt h÷u c¬ chøa Cl cã ®éc tÝnh cµng cao khi nguyªn tö Cl trong ph©n tö chÊt ®ã cµng nhiÒu; thÝ dô: CH 3 Cl<CH 2Cl 2<CHCl 3<CCl 4. Hîp chÊt amin, notro cña benzen cµng ®éc khi gèc NH2 vµ NO 2 cµng nhiÒu trong ph©n tö. • C¸c chÊt dÔ tan trong n−íc dÔ g©y ®éc h¬n. • Nång ®é (hayliÒu l−îng) cña chÊt ®éc. • T¸c ®éng tæng hîp cña nhiÒu chÊt: nÕu nhiÒu chÊt ®éc cïng t¸c dông ®ång thêi th× møc ®é nguy hiÓm cµng t¨ng. Trong tr−êng hîp nµy nång ®é c¸c chÊt ph¶i nhá h¬n nång ®é cho phÐp cña tõng chÊt. C¸ch tÝnh nång ®é cho phÐp: C1/T 1 + C 2/T 2 + C 3 /T 3 + < 1 Trong ®ã: C1, C2, C 3 lµ nång ®é tõng chÊt trong m«i tr−êng T1, T 2, T 3 lµ nång ®é tèi ®a t−¬ng øng khi t¸c ®éng riªng rÏ. • Thêi gian tiÕp xóc víi chÊt ®éc cµng l©u cµng nguy hiÓm. • NhiÖt ®é m«i tr−êng: th«ng th−êng nhiÖt ®é cµng cao, kh¶ n¨ng g©y ®éc cµng lín nh−ng cã mét vµi tr−êng hîp th× ng−îc l¹i. 2.1.3. Ng−ìng ®éc Ng−ìng ®éc lµ liÒu l−îng chÊt ®éc thÊp nhÊt g©y ra ngé ®éc. Th−êng tÝnh theo ®¬n vÞ mg/kg träng l−îng c¬ thÓ. Tïy theo loµi sinh vËt sÏ cã ng−ìng ®éc kh¸c nhau. Cïng mét chÊt ®éc nh−ng ng−ìng ®éc cña ng−êi kh¸c cña thùc vËt, ®éng vËt vµ vi sinh vËt. TrÞ sè ng−ìng giíi h¹n (threshold limit value = TLV): ®èi víi mét hãa chÊt, TLV lµ nång ®é hãa chÊt (tÝnh theo ppm) kh«ng t¹o ra nh÷ng ¶nh h−ëng xÊu cho sinh vËt trong mét kho¶ng thêi gian nµo ®ã. TLV th«ng dông nhÊt th−êng ¸p dông cho c¸c ®èi t−îng ng−êi vµ sinh vËt ph¶i chÞu ®ùng trong 8 giê mçi ngµy vµ trong 5 ngµy liªn tiÕp. §«i khi ph¶i ¸p dông nh÷ng trÞ sè TLV ng¾n h¹n cho ng−êi v× c«ng viÖc buéc ph¶i ®i vµo vïng xö lý thuèc. 2.1.4. TÝnh bÒn v÷ng cña ®éc chÊt trong m«i tr−êng 9
NhiÒu chÊt hãa häc cã thêi gian b¸n hñy (half life) rÊt dµi hay rÊt khã bÞ oxy hãa hoÆc chuyÓn ho¸ sinh hãa hay sinh häc, do ®ã tån t¹i rÊt bÒn trong tù nhiªn. VÝ dô dioxin cã thêi gian b¸n hñy tõ 10-12 n¨m. Chóng ®−îc th¶i ra m«i tr−êng trë thµnh chÊt ®éc h¹i cã thêi gian sèng rÊt l©u dµi vµ g©y nguy hiÓm cho hÖ sinh th¸i. Chóng cã thÓ ®−îc hÊp thô vµo c¸c c¬ quan cña thùc vËt, ®éng vËt rÊt l©u mµ kh«ng bÞ ph©n hñy hay ®µo th¶i. Theo th¬i gian chóng cã thÓ ®−îc tÝch luü ngµy cµng nhiÒu qua mçi bËc dinh d−ìng trong th¸p dinh d−ìng cña d©y chuyÒn thøc ¨n, tr−íc khi x©m nhËp vµo c¬ thÓ con ng−êi. Nång ®é tÝch lòy nµy khi v−ît qu¸ ng−ìng ®éc giíi h¹n sÏ g©y nh÷ng bÖnh nguy hiÓm hoÆc lµm thay ®æi cÊu tróc tÕ bµo, ®ét biÕn gien lµm suy tho¸i c¸c thÕ hÖ sau. VÝ dô, sù kiÖn nhiÔm ®éc methyl thñy ng©n ë vÞnh Minamata, NhËt B¶n (1932- 1971) kh«ng chØ ®èi víi c¸ mµ nhiÔm ®éc toµn bé hÖ sinh th¸i trong n−íc vµ trÇm tÝch ®¸y vÞnh, lµ mét ®iÓn h×nh cho sù tån t¹i bÒn v÷ng cña ®éc chÊt trong tù nhiªn. HËu qu¶ lµ ng− d©n trong vïng sau nhiÒu n¨m ¨n c¸ bÞ nhiÔm ®éc, ®· ph¸t nh÷ng c¨n bÖnh l¹ mµ chØ cã ë Minamata. Ngµy nay, sau nhiÒu cè g¾ng n¹o vÐt trÇm tÝch chøa methyl thñy ng©n vµ c¶i t¹i m«i tr−êng, ng−êi ta −íc tÝnh d− l−îng cßn l¹i cña thñy ng©n trong bïn ®¸y vÞnh nµy ph¶i ®Õn n¨m 2011 míi ph©n hñy hÕt. 2.1.5. C¸c nguån ®éc chÊt trong m«i tr−êng 2.1.5.1. ChÊt th¶i tõ c«ng nghiÖp d−îc phÈm C«ng nghiÖp d−îc t¹o ra mét khèi l−îng lín c¸c chÊt th¶i hãa häc. Thµnh phÇn cña c¸c chÊt nµy liªn quan ®Õn bÝ mËt cña s¶n phÈm hay ®éc quyÒn s¸ng chÕ, do ®ç khã c«ng khai hoµn toµn. C¸c chÊt hãa häc nµy cã thÓ lµ chÊt øc chÕ sinh häc hay chÊt ®éc ®èi víi qu¸ tr×nh xö lý vµ sÏ g©y nhiÒu vÊn ®Ò cho m«i tr−êng sèng khi th¶i ra ngoµi. 2.1.5.2. HCBVTV h÷u c¬ Trªn thÞ tr−êng mét sè lo¹i thuèc b¶o vÖ thùc vËt ®· ®−îc sö dông nh− DDT, lindane, chlordane, dieldrin, aldrin vµ heptachlor. VÒ mÆt c«ng dông chóng ®−îc xem lµ cã t¸c dông diÖt tuyÖt ®èi nhiÒu lo¹i c«n trïng kh¸c nhau. Nh−ng khi c¸c lo¹i trªn ®−îc dïng d−íi d¹ng dung dÞch, chóng cã kh¶ n¨ng dÝnh chÆt vµo c¸c h¹t keo ®Êt vµ khã bÞ röa tr«i theo dßng n−íc vµ khã bÞ ph©n hñy sinh häc hay hãa häc trong m«i tr−êng tù nhiªn. Thêi gian b¸n ph©n hñy cña chóng t−¬ng ®èi dµi (1-10 n¨m, DDT cã thÓ ®Õn 120 n¨m). Do kh«ng tan trong n−íc nªn chóng cã thÓ ®−îc tÝch lòy trong c¸c m« mì vµ chuyÓn tõ ®éng vËt qua con ng−êi qua d©y chuyÒn thøc ¨n, hoÆc qua n−íc, kh«ng khÝ « nhiÔm. 2.1.5.3. Hîp chÊt phenol 10
Hîp chÊt phenol xuÊt ph¸t tõ benzen gåm: ployphenol, cholorophenol, phenoxy axit. Phenol kh«ng mµu, tinh thÓ tr¾ng cã thÓ chuyÓn sang ®á khi bÞ ph¬i ra ¸nh n¾ng. Tan t−¬ng ®èi trong n−íc. Phenol lµ phô phÈm cña c«ng nghiÖp hãa dÇu, tõ má than, luyÖn cèc hoÆc cã thÓ t¸ch ra tõ nhùa ®−êng, tõ ®iÒu chÕ tæng hîp h÷u c¬ Phenol lµ nguyªn liÖu th« cña nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp. Mét vÝ dô ®iÓn h×nh gÇn ®©y lµ 21 c«ng nh©n ®· bÞ báng da, ph¶i ®i cÊp cøu , nhËp viÖn vµ ®Ó l¹i th−¬ng tËt do tiÕp xóc víi phenol trong khi n¹o vÐt kªnh ë B×nh Ch¸nh, TP HCM (1999). 2.1.5.4. C¸c hîp chÊt PCB (polychloro biphenyl) Gièng HCBVTV c¬ clo, PCB lµ hîp chÊt rÊt bÒn v÷ng trong tù nhiªn. Mét ph−¬ng ph¸p th−êng dïng ®Ó ph¸ hñy cÊu tróc cña PCB lµ ®èt nã ë 1200 oC trong 2 phót. Con ®−êng th«ng th−êng nhÊt ®Ó PCB x©m nhËp vµo c¬ thÓ ng−êi lµ qua thùc vËt, thñy s¶n, khÝ quyÓn (h¹t bay h¬i). Chóng cã thÓ tån l−u trong m« mì cña c¸c sinh vËt sèng. 2.1.5.5. ChÊt th¶i cã gèc halogen XuÊt ph¸t tõ qu¸ tr×nh giÆt tÈy lµm s¹ch kim lo¹i, dÖt nhuém hay thuéc da, c«ng nghiÖp lµm l¹nh. Gèc halogen cã thÓ kÕt hîp víi c¸c chÊt th¶i trong n−íc th¶i ®Ó t¹o thµnh c¸c hîp chÊt rÊt nguy hiÓm, ®éc h¹i, linh ®éng trong n−íc vµ tån t¹i l©u bÒn trong tù nhiªn. 2.1.5.6. ChÊt ®éc cyanua Tõ hãa chÊt dïng ®Ó ®·i vµng, tuyÓn quÆng, xö lý h¬i nãng trong luyÖn thÐp vµ mét sè chÊt th¶i c«ng nghiÖp hay chÕ biÕn tinh bét. 2.1.5.7. ChÊt ®éc phãng x¹ Cã hai nguån chÊt th¶i phãng x¹ mµ phæ biÕn nhÊt lµ tõ nhµ m¸y n¨ng l−îng h¹t nh©n: má quÆng Uranium; chÊt th¶i bÖnh viÖn. Cã ba lo¹i tia phãng x¹ ¶nh h−ëng ®Õn con ng−êi lµ alpha, beta, gamma. Møc ®é g©y h¹i tïy lo¹i tia. ChÊt phãng x¹ sÏ g©y ra t×nh tr¹ng thiÕu m¸u, suy nh−îc c¬ thÓ, mÖt mái, rông tãc, ®ôc thñy tinh thÓ, næi ban ®á ë da, ung th− hoÆc g©y nh÷ng ®ét biÕn trong qu¸ tr×nh h×nh thµnh tÕ bµo, biÕn dæi gien lµm ¶nh h−ëng ®Õn c¶ thÕ hÖ t−¬ng lai. 2.1.5.8. C¸c chÊt ®éc kim lo¹i nÆng Tõ bïn cèng r·nh, kªnh r¹ch ®« thÞ,n−íc th¶i c«ng nghiÖp nhÊt lµ luyÖn kim, m¹ kim lo¹i g©y ¶nh h−ëng l©u dµi lªn c¬ thÓ sinh vËt vµ con ng−êi, g©y ung th−. 2.1.5.9. C¸c yÕu tè lµm ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh ®éc cña chÊt ®éc, ®éc tè ViÖc dù ®o¸n vµ dù b¸o nh÷ng ¶nh h−ëng cã h¹i cña hãa chÊt ®èi víi con ng−êi vµ c¸c quÇn thÓ sinh vËt trong hÖ sinh th¸i lµm mét viÖc hÕt søc khã kh¨n v× nã 11
chÞu t¸c ®éng bëi nhiÒu yÕu tè, ch¼ng h¹n: tuæi t¸c, giíi tÝnh, søc kháe, ®iÒu kiÖn sèng vµ nhiÒu yÕu tè kh¸c gãp phÇn vµo kÕt qu¶ cuèi cïng. a. LiÒu l−îng vµ thêi gian tiÕp xóc vêi hãa chÊt ®éc Nãi chung khi liÒu l−îng tiÕp xóc cµng cao vµ thêi gian tiÕp xóc cµng cao th× tÝnh ®éc t¸c h¹i cµng lín. Sù xuÊt hiÖn cïng mét lóc nhiÒu lo¹i hãa chÊt trong c¬ thÓ sèng hoÆc trong m«i tr−êng t¹i cïng mét thêi ®iÓm tiÕp xóc còng lµ mét yÕu tè t¸c ®éng tÝnh ®éc cña c¸c chÊt. §Ó chøng tá t¸c ®éng nµy, c¸c nhµ ®éc chÊt häc th−êng tiÕn hµnh c¸c thö nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh LD 50 cña mçi lo¹i ®éc chÊt - LD 50 chØ ®¸nh gi¸ tÝnh ®éc t−¬ng ®èi cña mét chÊt . VÝ dô, mét chÊt cã LD 50 lµ 200ng/kg b.W, sÏ cã tÝnh ®éc b»ng mét nöa cña hãa chÊt cã LD 50 lµ 100mg/kg bw. b. C¸c yÕu tè sinh häc Tuæi t¸c : nh÷ng c¬ thÓ trÎ, ®ang ph¸t triÓn bÞ t¸c ®éng m¹nh cña chÊt ®éc h¬n nh÷ng c¬ thÓ ng−êi lín. VÝ dô, trÎ em bÞ nhiÔm ®éc ch× vµ thñy ng©n dÔ dµng vµ nghiªm träng h¬n ng−êi lín v× hÖ thÇn kinh cña chóng vÉn ®ang ph¸t triÓn; con vËt thÝ nghiÖm nhá bÞ ngé ®éc cña SO x vµ NO x trong kh«ng khÝ « nhiÔm nÆng h¬n con vËt lín. T×nh tr¹ng søc kháe : dinh d−ìng kÐm, c¨ng th¼ng thÇn kinh, ¨n uèng kh«ng ®iÒu ®é, bÖnh tim, phæi vµ hót thuèc l¸ gãp phÇn lµm suy yÕu søc kháe vµ lµm con ng−êi dÔ bÞ nhiÔm ®éc h¬n. YÕu tè di truyÒn còng cã thÓ quyÕt ®Þnh sù ph¶n øng cña c¬ thÓ ®èi víi mét sè chÊt ®éc. YÕu tè gien di truyÒn : còng cã t¸c dông nhÊt ®Þnh ®Õn møc ®é t¸c h¹i vµ kh¶ n¨ng ¶nh h−ëng l©u dµi qua vµi thÕ hÖ cña ®éc chÊt. c. C¸c nh©n tè m«i tr−êng ¶nh h−ëng ®Õn ho¹t tÝnh cña ®éc chÊt C¸c nh©n tè « nhiÔm lan truyÒn trong c¸c m«i tr−êng thµnh phÇn (m«i tr−êng n−íc, kh«ng khÝ, ®Êt) cã thÓ gia t¨ng tÝnh ®éc vµ còng cã thÓ t¹o hiÖn t−îng kÕt tña, sa l¾ng lµm gi¶m tÝnh ®éc. C¸c nh©n tè « nhiÔm chÞu ¶nh h−ëng m¹nh cña c¸c yÕu tè cña m«i tr−êng thµnh phÇn mµ nã n»m trong ®ã. Cã thÓ kÓ mét sè t¸c nh©n ¶nh h−ëng nh− sau: pH m«i tr−êng : tÝnh kiÒm, axit hay trung tÝnh cña m«i tr−êng lµ yÕu tè ®Çu tiªn ¶nh ®Õn tÝnh tan, ®é pha lo·ng vµ ho¹t tÝnh cña c¸c chÊt g©y ®éc. Mét t¸c nh©n « nhiÔm tån t¹i ë tr¹ng th¸i hßa tan th−êng cã ®éc tÝnh cao h¬n ®èi víi thñy sinh. 12
VÝ dô: ë pH axit, kÏm (Zn) cã ®éc tÝnh cao h¬n v× tån t¹i ë c¸c d¹ng Zn 2+ vµ + ZnHCO 3 (hßa tan); trong khi ®ã ë pH kiÒm, kÏm cã ®éc tÝnh thÊp do tån t¹i ë d¹ng Zn(OH) 2 (kÕt tña). §é dÉn ®iÖn (EC): cã ¶nh h−ëng nhÊt lµ víi c¸c chÊt ®éc cã tÝnh ®iÖn gi¶i. C¸c chÊt cÆn trong m«i tr−êng n−íc, kh«ng khÝ, ®Êt, g©y kÕt dÝnh hay sa l¾ng ®éc chÊt. VÝ dô, trong vïng ®Êt chua phÌn, nÕu cã c¸c h¹t keo sÐt l¬ löng - tÝch ®iÖn ©m, Al 3+ sÏ liªn kÕt víi c¸c h¹t mang ®iÖn ©m nµy vµ sÏ l¾ng xuèng lµm gi¶m ®éc tÝnh cña Al 3+ trong dung dÞch ®Êt. NhiÖt ®é: ¶nh h−ëng ®Õn kh¶ n¨ng hßa tan, lµm gia t¨ng tèc ®é ph¶n øng, t¨ng ho¹t tÝnh cña c¸c chÊt « nhiÔm. VÝ dô, khi nhiÖt ®é cao, HgCl 2 sÏ t¸c dông nhanh gÊp 2-4 lÇn so víi nhiÖt ®é thÊp. HCBVTV DDT vµ mét sè lo¹i thuèc diÖt rÇy th−êng t¨ng ®éc tÝnh khi nhiÖt ®é m«i tr−êng cao. DiÖn tÝch mÆt tho¸ng : ¶nh h−ëng trùc tiÕp ®Õn sù ph©n bè nång ®é (liÒu l−îng), ph©n hñy chÊt « nhiÔm, ®Æc biÖt lµ chÊt h÷u c¬ kh«ng bÒn v÷ng. Dßng n−íc cã bÒ mÆt lín, dßng ch¶y m¹nh, l−u l−îng lín cã kh¶ n¨ng tù lµm s¹ch cao, gi¶m ®éc tÝnh cña dßng . C¸c chÊt ph¶n øng hoÆc chÊt xóc t¸c : nÕu trong m«i tr−êng tån t¹i chÊt xóc t¸c th× ho¹t tÝnh cña chÊt « nhiÔm sÏ t¨ng cao nhiÒu lÇn. Ng−îc l¹i , khi cã chÊt ®èi kh¸ng th× ®éc tÝnh sÏ gi¶m hoÆc triÖt tiªu. C¸c yÕu tè vÒ khÝ t−îng , thñy v¨n: ®é Èm, tèc ®é giã, ¸nh s¸ng, sù lan truyÒn sãng, dßng ch¶y, ®é mÆn, còng g©y t¸c ®éng kh¸ lín ®Õn ho¹t tÝnh cña ®éc chÊt. 2.1. 6. C¸c chÊt ®éc hãa häc trong thµnh phÇn m«i tr−êng 2.1.6.1. C¸c chÊt ®éc trong kh«ng khÝ Trªn thùc tÕ, viÖc sö dông hµng ngh×n hãa chÊt trong s¶n xuÊt vµ ®êi sèng chÝnh lµ mèi nguy hiÓm ®e däa ®Õn søc kháe vµ ®êi sèng con ng−êi. N¨m 1978 c¸c ñy ban b¶o vÖ m«i tr−êng, søc kháe vµ an toµn lao ®éng, ®é an toµn cña c¸c s¶n phÈm tiªu dïng (Mü) ®· nªu ra danh s¸ch 24 chÊt vµ nhãm chÊt cùc k× nguy hiÓm ®èi víi khÝ quyÓn, ®ã lµ: Acrilonitril, Asen, ami¨ng, benzen, Beri, Cadimi, c¸c dung m«i Clo hãa, clofluocacbon, cromat (M 2CrO 4), c¸c khÝ lß luyÖn cèc, dietystilbesterol, dibromcloropropan, etylen dibromua, etylen oxit, ch×, thñy ng©n, nitroamin, ozon, biphenyl ®−îc polybrom hãa, biphenyl ®−îc polyclo hãa, tia phãng x¹, dioxit l−u huúnh, vinyl clorua vµ sù ph©n t¸n tro cã chøa c¸c chÊt th¶i ®éc h¹i. 2.1.6.2. C¸c chÊt ®éc trong n−íc vµ trong ®Êt a. C¸c nguyªn tè 13
Danh s¸ch c¸c nguyªn tè d¹ng vÕt t×m thÊy trong n−íc tù nhiªn vµ n−íc th¶i ®−îc nªu ra ë b¶ng 5.1. Mét sè trong c¸c chÊt nµy lµ cÇn thiÕt ë nång ®é thÊp, cã t¸c dông nh− lµ chÊt dinh d−ìng cho ®êi sèng ®éng thùc vËt, nh−ng ë nång ®é cao chóng l¹i lµ nh÷ng chÊt ®éc. B¶ng 2.1. C¸c nguyªn tè ®éc h¹i t×m thÊy ë n−íc tù nhiªn vµ n−íc th¶i Nguyªn tè Nguån th¶i ra T¸c dông ®Õn sinh vËt As HCBVTV, chÊt th¶i hãa häc §éc, cã kh¶ n¨ng g©y ung th− Cd ChÊt th¶i c«ng nghiÖp má, §¶o ng−îc vai trß hãa sinh cña Ezym,g©y m¹ kim lo¹i , èng dÉn n−íc ra cao huyÕt ¸p, g©y háng thËn, ph¸ hñy c¸c m« vµ hång cÇu, cã tÝnh ®éc ®èi víi ®éng thùc vËt d−íi n−íc. Be Than ®¸, n¨ng l−îng h¹t §éc tÝnh m¹nh vµ bÒn, cã kh¶ n¨ng g©y nh©n vµ c«ng nghiÖp vò trô. ung th−. B Than ®¸, s¶n xuÊt chÊt tÈy §éc ®èi víi mét sè lo¹i c©y. röa, chÊt th¶i c«ng nghiÖp Cr M¹ kim lo¹i Nguyªn tè cÇn thiÕt ë d¹ng vÕt, Cr(VI) cã kh¶ n¨ng g©y ung th−. Cu M¹ kim lo¹i, chÊt th¶i sinh ho¹t Nguyªn tè cÇn thiÕt ë d¹ng vÕt, kh«ng h»ng ngµy vµ c«ng nghiÖp, ®éc l¾m ®èi víi ®éng vËt, ®éc ®èi víi c«ng nghiÖp má, khö kiÒm. c©y cèi ë nång ®é trung b×nh F (ion F) C¸c nguån ®Þa chÊt tù nhiªn, ë nång ®é 1mg/l ng¨n c¶n sù ph¸ hñy chÊt th¶i c«ng nghiÖp, chÊt bæ r¨ng, ë nång ®é ∼5mg/l g©y ra sù ph¸ sung vµo n−íc uèng. hñy x−¬ng vµ g©y nøt ë r¨ng. Pb C«ng nghiÖp má, than ®¸, §éc, g©y bÖnh thiÕu m¸u , bÖnh thËn, x¨ng, hÖ thèng èng dÉn n−íc rèi lo¹n thÇn kinh, m«i tr−êng sèng bÞ m¸y ph¸ hñy. Mn ChÊt th¶i c«ng nghiÖp má, Ýt ®éc ®èi víi ®éng vËt, ®éc ®èi víi t¸c ®éng vi sinh vËt lªn c¸c thùc vËt ë nång ®é cao kho¸ng Mn ë pE thÊp Hg Th¶i c«ng nghiÖp, má, §éc tÝnh cao HCBVTV , than ®¸ Mo Th¶i c«ng nghiÖp, c¸c nguån Cã kh¶ n¨ng ®éc ®èi víi ®éng vËt, cÇn tù nhiªn thiÕt ®èi víi thùc vËt Se C¸c nguån ®Þa chÊt tù nhiªn, CÇn thiÕt ë nång ®é thÊp, ®éc ë nång than ®¸ ®é cao 14
Zn Th¶i c«ng nghiÖp, m¹ kim CÇn thiÕt ®èi víi nhiÒu metallo- lo¹i, hÖ thèng èng dÉn n−íc enzymes, ®éc ®èi víi thùc vËt ë nång m¸y ®é cao b. HCBVTV trong n−íc: C¸c nguån n−íc chøa mét sè l−îng lín c¸c lo¹i HCBVTV, chñ yÕu xuÊt ph¸t tõ hÖ thèng tho¸t n−íc cña ®Êt c«ng nghiÖp. C¸c lo¹i HCBVTV nµy chñ yÕu thuéc vÒ hai nhãm chÝnh lµ HCBVTV c¬ clo vµ HCBVTV c¬ photpho. 2.1.6.3. ¶nh h−ëng cña c¸c hãa chÊt ®éc ®èi víi enzym Nãi chung c¸c hãa chÊt ®éc tÊn c«ng vµo c¸c vïng ho¹t ®éng cña enzym, c¶n trë chøc n¨ng thiÕt yÕu cña chóng. C¸c ion kim lo¹i nÆng, ®Æc biÖt nh− Hg 2+ , Pb 2+ , vµ Cd 2+ cã thÓ coi lµ nh÷ng chÊt k×m h·m enzym nhanh. Chóng t¸c ®éng lªn c¸c phèi tö chøa l−u huúnh nh−-SCH 3 Vµ -SH trong methionin vµ cystein amino axit, c¸c chÊt nµy lµ mét phÇn trong cÊu tróc cña enzym: SH S [Enzym] + Hg 2+ [Enzym] Hg + 2H + SH S C¸c metallo-enzymes chøa kim lo¹i trong cÊu tróc cña chóng. T¸c dông cña chóng bÞ k×m h·m khi mét ion kim lo¹i cña metallo-enzyme bÞ thÕ chç bëi ion kim lo¹i kh¸c cã cïng kÝch th−íc vµ ®iÖn tÝch. VÝ dô Zn2+ trong mét sè metallo-enzymes ®−îc thay thÕ b»ng Cd 2+ bao gåm adenozin triphotphataza, alcohol dehydrogennaza, amylaza, cacbonic anhydraza Pb 2+ c¶n trë axetylcolanesteraza, adenozin triphotphat 2.2. T¸c ®éng sinh ho¸ cña mét sè chÊt ®éc v« c¬ ®iÓn h×nh 2.2.1. T¸c dông hãa sinh (biochemical effects) cña asen ∗ Asen th−êng cã mÆt trong HCBVTV, c¸c lo¹i thuèc diÖt nÊm (fungisides), diÖt cá (herbicides). Trong sè c¸c hîp chÊt cña asen th× As (III) lµ ®éc nhÊt. ∗ As(III) thÓ hiÖn tÝnh ®éc b»ng tÊn c«ng lªn c¸c nhãm –SH cña c¸c enzym, lµm c¶n trë ho¹t ®éng cña enzym. SH S 3- - - [Enzym] +AsO 3 [Enzym] As – O + 2OH SH S 15
C¸c enzym s¶n sinh n¨ng l−îng cña tÕ bµo trong chu tr×nh cña axit xitric bÞ ¶nh h−ëng rÊt lín. Enzym sÏ bÞ øc chÕ do viÖc t¹o phøc víi As(III), dÉn tíi thuéc tÝnh s¶n sinh ph©n tñ cña ATP bÞ ng¨n c¶n. 3- - AsO 3 + HS-CH 2-CH 2-CH-(CH 2)4-CO-Protein O-As-S-CH 2 | Asenit + Dihydrolipoic axit-protein CH 2 | S-CH-(CH 2)4-protein Phøc bÞ thô ®éng hãa Do cã sù t−¬ng tù vÒ tÝnh chÊt hãa häc víi Photpho, Asen can thiÖp vµo mét sè qu¸ tr×nh hãa sinh lµm rèi lo¹n Photpho. Cã thÓ thÊy ®−îc hiÖn t−îng nµy khi nghiªn cøu sù ph¸t triÓn hãa sinh cña chÊt sinh n¨ng l−îng chñ yÕu lµ ATP (Adenozin triphotphat). Mét giai ®o¹n quan träng trong qu¸ tr×nh h×nh thµnh vµ ph¸t triÓn cña ATP lµ tæng hîp enzym cña 1,3 – diphotpho glyxerat tõ glyxeraldehyd 3-photphat. Asen sÏ t¹o ra 1-arseno-3-photphoglyxerat g©y c¶n trë giai ®o¹n nµy. Sù photpho hãa ®−îc thay b»ng sù asen hãa, qu¸ tr×nh nµy kÌm theo sù thñy ph©n tù nhiªn t¹o thµnh 3- photphoglyxerat vµ asen. 2- CH 2-OPO 3 | H-C-OH 2- Photphat | CH 2-OPO 3 C=O ATP | | H-C-OH 2- OPO 3 | 1,3 diphotpho glyxerat C=O | 2- CH 2-OPO 3 H | Glyxeraldehyt 3-photphat H-C-OH Asenat | C=O Anti ATP | 2- OAsO 3 1-aseno - 3 -photphoglyxerat Asen (III) ë nång ®é cao lµm ®«ng tô c¸c protein cã kh¶ n¨ng lµ do sù tÊn c«ng c¸c liªn kÕt nhãm sulphua b¶o toµn c¸c cÊu tróc bËc 2 vµ 3. Ba t¸c dông hãa sinh chÝnh cña As lµ: lµm ®«ng tô protein, t¹o phøc víi coenzym vµ ph¸ hñy qu¸ tr×nh photpho hãa. 16
∗ C¸c chÊt chèng ®éc Asen lµ c¸c hãa chÊt cã nhãm -SH cã kh¶ n¨ng t¹o liªn kÕt víi Asen (III). VÝ dô 2,3 -dimercaptopropanol. 2.2.2. T¸c dông hãa sinh cña cadimi Trong tù nhiªn cadimi cã trong c¸c kho¸ng vËt chøa kÏm. C©y cèi ®ang ph¸t triÓn ®ßi hái kÏm vµ chóng còng t¸ch vµ lµm giµu Cadimi víi mét c¬ chÕ hãa sinh t−¬ng tù. NhiÔm ®éc Cadimi x¶y ra t¹i NhËt ë d¹ng bªnh itai itai hoÆc “Ouch Ouch”lµm x−¬ng trë nªn gißn. ë nh÷ng nång ®é cao Cadimi g©y ra ®au thËn, thiÕu m¸u vµ ph¸ hñy tñy x−¬ng. PhÇn lín Cadmi x©m nhËp vµo c¬ thÓ chóng ta ®−îc gi÷ l¹i ë thËn vµ ®−îc ®µo th¶itheo n−íc tiÓu. Mét phÇn nhá ®−îc liªn kÕt m¹nh nhÊt víi protein cña c¬ thÓ thµnh metallothionein cã mÆt ë thËn, trong khi phÇn cßn l¹i ®−îc gi÷ trong c¬ thÓ vµ dÇn dÇn ®−îc tÝch lòy cïng víi tuæi t¸c. Khi nh÷ng l−îng lín Cd 2+ ®−îc tÝch tr÷, nã sÏ thÕ chç Zn 2+ ë c¸c enzym quan träng vµ g©y ra rèi lo¹n trao ®æi chÊt. Cd 2+ Tr−êng hîp dïng liÒu Tr−êng hîp dïng liÒu h»ng ngµy qu¸ 50 µg h»ng ngµy qua ®−êng ¨n uång vµ h« hÊp qu¸ 500 µg H« hÊp ¡n uèng 50 µg 2+ Cd tù do trong c¬ thÓ Liªn kÕt t¹o thµnh Metallothi onein 1% dù tr÷ Trao ®æi víi ThËn trong thËn Zn 2+ trong enzym vµ c¸c bé phËn kh¸c cña c¬ thÓ 99% ®µo th¶i Rèi lo¹n chøc ThiÕu T¨ng Ph¸ hñy Ung n¨ng cña thËn m¸u huyÕt ¸p tñy x−¬ng th− 2.2.3. T¸c dông hãa sinh cña ch× Ch× lµ kim lo¹i t−¬ng ®èi phæ biÕn. Trong tù nhiªn, cã nhiÒu kim lo¹i chøa ch×. Trong khÝ quyÓn, ch× t−¬ng ®èi giµu h¬n so víi c¸c kim lo¹i nÆng kh¸c. Nguån chÝnh cña ch× ph©n t¸n trong kh«ng khÝ lµ sù ®èt ch¸y c¸c nhiªn liÖu (x¨ng chøa ch×). Trong nhiªn liÖu láng, ch× ®−îc thªm vµo d−íi d¹ng Pb(CH 3)4 vµ Pb(C 2H5)4 cïng víi c¸c chÊt lµm s¹ch 1,2-dicloetan vµ1,2-dibrometan. Nãi chung cïng víi c¸c chÊt g©y « nhiÔm kh¸c ch× ®−îc lo¹i khái khÝ quyÓn do c¸c qu¸ tr×nh sa l¾ng kh« vµ −ít. KÕt qu¶ lµ bôi thµnh phè vµ ®Êt bªn ®−êng ngµy cµng giµu ch× víi nång ®é phæ biÕn kho¶ng 1000- 4000 ng/kg ë nh÷ng thµnh phè n¸o nhiÖt. 17
Cã thÓ nhËn thÊy r»ng phÇn lín ng−êi d©n thµnh phè bÞ hÊp thô ch× tõ ¨n uèng (200-300mg/l ngµy), n−íc vµ kh«ng khÝ cung cÊp thªm 10-15 mg/l ngµy. Tõ tæng sè ch× bÞ hÊp thô nµy th× cã kho¶ng 200 mg ch× ®−îc ®µo th¶i ra cßn kho¶ng 25 mg ®−îc gi÷ l¹i trong x−¬ng mçi ngµy. T¸c dông hãa sinh chñ yÕu cña ch× lµ t¸c ®éng cña nã tíi sù tæng hîp m¸u dÉn ®Õn ph¸ vì hång cÇu. Ch× øc chÕ mét sè enzym quan träng cña qu¸ tr×nh tæng hîp m¸u do sù tÝch lòy c¸c hîp chÊt trung gian cña qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt. Mét hîp chÊt trung gian kiÓu nµy lµ delta-amino lenilinilic axit. Mét pha quan träng cña tæng hîp m¸u lµ sù chuyÓn hãa delta-amino levulinic axit thµnh porphobilinogen. HOOC-(CH 2)2-CO-COOH || delta-aminolevunilic axit ( I) NH 2 HOOC-(CH2)2-C-CH-CH2-COOH || | C-CH porphobilinogen ( II ) H2N-H2C N Ch× øc chÕ ALA-dehydraza enzym (I) do ®ã giai ®o¹n tiÕp theo t¹o thµnh d¹ng (II) porphobilinogen kh«ng thÓ x¶y ra. T¸c dông chung lµ ph¸ hñy qu¸ tr×nh tæng hîp hemoglobin còng nh− c¸c s¾c tè h« hÊp kh¸c cÇn thiÕt trong m¸u nh− cytochromes. Cuèi cïng ch× c¶n trë viÖc sö dông O 2 vµ glucoza ®Ó s¶n xuÊt n¨ng l−îng cho qu¸ tr×nh sèng. Sù c¶n trë nµy cã thÓ nhËn thÊy khi nång ®é ch× trong m¸u kho¶ng 0,3 ppm. ë c¸c nång ®é cao h¬n cña ch× trong m¸u (>0,8 ppm) cã thÓ g©y nªn hiÖn t−îng thiÕu m¸u do sù thiÕu hemoglobin. NÕu hµm l−îng ch× trong m¸u n»m trong kho¶ng (>0.5-0.8 ppm) g©y ra sù rèi loan chøc n¨ng cña thËn vµ ph¸ hñy n·o. Do sù t−¬ng tù vÒ tÝnh chÊt hãa häc cña Pb 2+ vµ Cd 2+ x−¬ng ®−îc xem lµ n¬i tµng tr÷ Pb tÝch tô cña c¬ thÓ. Sau ®ã phÇn ch× nµy cã thÓ t−¬ng t¸c cïng víi photphat trong x−¬ng vµ thÓ hiÖn tÝnh ®éc khi truyÒn vµo c¸c m« mÒm cña c¬ thÓ. ∗ NhiÔm ®éc ch× cã thÓ ®−îc ch÷a b»ng c¸c t¸c nh©n chelat cã kh¶ n¨ng liªn kÕt m¹nh víi Pb 2+ . VÝ dô , chelat cña Canxi trong dung dÞch ®−îc dïng ®Ó gi¶i ®éc ch×. Pb 2+ thÕ chç Ca 2+ trong phøc chelat vµ kÕt qu¶ lµ phøc chelat Pb 2+ ®−îc t¸ch ra nhanh ë n−íc tiÓu. Ba phøc chelat ®iÓn h×nh cña ch× ®−îc chØ ra d−íi ®©y: 18
1 - Pb - EDTA 2 - Pb - (2.3- dimecapto - propanol 3 - Pb - d-penecillamin 2.2.4. T¸c dông hãa sinh cña thñy ng©n ∗ Thñy ng©n lµ kim lo¹i næi tiÕng vÒ tÝnh ®éc sau dÞch bÖnh ”Minamata” vµo nh÷ng n¨m 1953-1960 t¹i NhËt. Cã 111 tr−êng hîp nhiÔm ®éc thñy ng©n trong sè nh÷ng ng−êi ¨n ph¶i c¸ nhiÔm thñy ng©n ë vÞnh Minamata. Trong sè ®ã kho¶ng 45 ng−êi ®· chÕt. Nh÷ng khuyÕt tËt vÒ gen ®· ®−îc quan s¸t thÊy ë 20 trÎ s¬ sinh mµ mÑ cña chóng ¨n ph¶i h¶i s¶n ®−îc khai th¸c tõ vÞnh. Trong c¸ cña vÞnh ng−êi ta ph¸t hiÖn thÊy cã chøa 27-102 ppm thñy ng©n d−íi d¹ng metyl thñy ng©n. Nguån thñy ng©n nµy tho¸t ra tõ nhµ m¸y hãa chÊt Minamata. TiÕp ®ã lµ nh÷ng tin tøc cßn tai h¹i h¬n vÒ nhiÔm ®éc thñy ng©n ë Iraq vµo n¨m 1972 khi mµ 450 n«ng d©n ®· chÕt sau khi ¨n ph¶i lo¹i lóa m¹ch bÞ nhiÔm ®éc thñy ng©n do HCBVTV. Hai sù kiÖn bi th¶m nµy, ®· chøng tá thñy ng©n lµ mét chÊt g©y « nhiÔm m¹nh vµ kÕt qu¶ lµ thñy ng©n ®−îc nghiªn cøu mét c¸ch toµn diÖn h¬n so víi bÊt k× c¸c nguyªn tè vÕt kh¸c. Trong tù nhiªn, thñy ng©n cã mÆt ë d¹ng vÕt cña nhiÒu lo¹i kho¸ng, ®¸. C¸c lo¹i kho¸ng nµy trung b×nh chøa kho¶ng 80ppb thñy ng©n. QuÆng chøa thñy ng©n chñ yÕu lµ Cinnabar , HgS. C¸c lo¹i nhiªn liÖu, than ®¸vµ than n©u chøa kho¶ng 100 ppb thñy ng©n. N¬i tiªu thô thñy ng©n nhiÒu thø hai lµ nhµ m¸y s¶n xuÊt c¸c thiÕt bÞ ®iÖn, nh− ®Ìn h¬i thñy ng©n, pin thñy ng©n, c«ng t¾c ®iÖn N¬i sö dông nhiÒu thø ba lµ c«ng nghÖ h¹t gièng n«ng nghiÖp sö dông mét l−îng lín chÊt chèng nÊm cho viÖc lµm s¹ch h¹t gièng. Mét sè hîp chÊt ®iÓn h×nh dïng cho môc ®Ých nµy lµ : Metyl nitril thuû ng©n Metyl dixyan diamit thuû ng©n Metyl axetat thuû ng©n Etyl clorua thuû ng©n Hîp chÊt cña thñy ng©n ®−îc sö dông ®Ó lµm s¹ch mét l−îng lín h¹t gièng, khi h¹t gièng gieo trång trªn diÖn tÝch réng sÏ dÉn tíi sù ph©n t¸n réng r·i c¸c hîp chÊt cña thñy ng©n. TiÕp ®ã thñy ng©n ®−îc chuyÓn ®Õn ®éng thùc vËt vµ vµo trong thøc ¨n cña con ng−êi. Nh− vËy, thñy ng©n th©m nhËp vµo m«i tr−êng chñ yÕu th«ng qua ho¹t ®éng cña con ng−êi. Dßng n−íc th¶i ®«i khi chøa l−îng thñy ng©n lín gÊp 10 lÇn so víi n−íc tù nhiªn (0,001-0,0001 ppm). Mét khi thñy ng©n hÊp thô trong c¸c trÇm tÝch cña c¸c nguån n−íc nã sÏ dÇn dÇn ®−îc gi¶i phãng vµo n−íc vµ g©y nªn sù nhiÔm bÈn th−êng xuyªn l©u dµi sau khi nguån thñy ng©n ban ®Çu ®· bÞ lo¹i trõ. Sù bæ sung tù 19
nhiªn cña thñy ng©nvµo c¸c ®¹i d−¬ng lµ kho¶ng 5000 tÊn/n¨m, cßn 5000 tÊn kh¸c ®−îc ®−a vµo do ho¹t ®éng cña con ng−êi. ∗ HiÖu øng ®éc: TÝnh ®éc cña thñy ng©n phô thuéc vµo ®Æc tÝnh hãa häc cña nã. Thñy ng©n nguyªn tè t−¬ng ®èi tr¬ vµ kh«ng ®éc. NÕu nuèt vµo th× thñy ng©n sau ®ã ®−îc th¶i ra mµ kh«ng g©y hËu qu¶ nghiªm träng. Thñy ng©n cã ¸p suÊt h¬i t−¬ng ®èi cao vµ nÕu nh− h¬i nµy bÞ hÝt vµo th× sÏ rÊt ®éc. V× vËy thñy ng©n cÇn ph¶i ®−îc b¶o qu¶n ë nh÷ng n¬i tho¸ng giã vµ nh÷ng phÇn r¬i v·i cÇn ®−îc lµm s¹ch rÊt nhanh. H¬i thñy ng©n , khi hÝt ph¶i, ®i vµo n·o qua m¸u, dÉn tíi sù hñy ho¹i ghª gím hÖ thèng thÇn kinh trung −¬ng. ∗ 2+ - Hg 2 t¹o nªn chlorua thñy ng©n kh«ng tan víi c¸c ion Cl . V× d¹ dµy chóng - 2+ 2+ ta chøa mét l−îng ®ñ lín Cl nªn Hg 2 kh«ng ®éc. Tuy nhiªn Hg lµ rÊt ®éc. Do ¸i lùc lín cña nã ®èi víi c¸c nguyªn tö S mµ nã dÔ dµng kÕt hîp víi c¸c amino axit chøa l−u huúnh cña protein. Nã còng t¹o liªn kÕt víi hemoglobin vµ albilmin huyÕt thanh, c¶ hai chÊt nµy ®Òu cã chøa nhãm sunphydryl. Tuy hhiªn Hg 2+ kh«ng thÓ ®i qua mµng sinh häc vµ do ®ã kh«ng thÓ th©m nhËp vµo c¸c tÕ bµo sinh häc. ∗ + C¸c d¹ng ®éc nhÊt lµ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ thñy ng©n, ®Æc biÖt lµ CH 3Hg (metyl thñy ng©n), chÊt nµy hßa tan trong mì, phÇn chÊt bÐo cña c¸c mµng vµ trong n·o tñy. Liªn kÕt céng hãa trÞ Hg-C kh«ng dÔ d¹ng bÞ ph¸ vì vµ alkyl thñy ng©n bÞ gi÷ l¹i trong mét thêi gian dµi. §Æc tÝnh nguy hiÓm nhÊt lµ kh¶ n¨ng cña RHg + v−ît qua rau thai vµ ®i vµ c¸c m« bµo thai. Sù liªn kÕt cña thñy ng©n víi mµng tÕ bµo ch¾c lµ ng¨n c¶n sù chuyÓn vËn tÝch cùc cña ®−êng qua mµng vµ kh«ng cho cho phÐp sù dÞch chuyÓn Kali tíi mµng. Trong tr−êng hîp c¸c tÕ bµo n·o, ®iÒu nµy sÏ dÉn ®Õn thiÕu hôt n¨ng l−îng trong tÕ bµo vµ nh÷ng rèi lo¹n trong viÖc truyÒn c¸c kÝch thÝch thÇn kinh. §©y lµ c¬ së ®Ó gi¶i thÝch v× sao c¸c trÎ s¬ sinh ®−îc sinh ra tõ nh÷ng bµ mÑ bÞ nhÔm metyl thñy ng©n sÏ chÞu nh÷ng ph¸ ho¹i kh«ng thÓ håi phôc ®−îc cña hÖ thÇn kinh trung −¬ng, bao gåm sù ph©n liÖt thÇn kinh, sù kÐm ph¸t triÓn vÒ trÝ tuÖ vµ chøng co giËt. Sù nhiÔm ®éc metyl thñy ng©n còng dÉn tíi sù ph©n lËp thÓ nhiÔm s¾c, sù ph¸ vì thÓ nhiÔm s¾c vµ ng¨n c¶n sù ph©n chia tÕ bµo. TÊt c¶ c¸c bÖnh nhiÔm ®éc thñy ng©n x¶y ra ë hµm l−îng thñy + ng©n trong m¸u lµ 0,5 ppm CH 3Hg . ∗ Sù t¨ng nång ®é thñy ng©n trong d©y chuyÒn thùc phÈm Sau ®©y lµ thÝ dô ®iÓn h×nh ®−îc c¸c nhµ nghiªn cøu m«i tr−êng lu«n lÊy lµm thÝ dô, nhµ m¸y hãa chÊt Minamata th¶i thñy ng©n vµo vÞnh Minamata nh−ng c¸ trong + vÞnh l¹i ®−îc t×m thÊy cã chøa CH 3Hg . 20
Lo¹i ®Æc tÝnh ho¸ häc vµ sinh ho¸ Hg T−¬ng ®èi tr¬ vµ kh«ng ®éc, d¹ng h¬i rÊt ®éc nÕu hÝt ph¶i 2+ Hg 2 T¹o hîp chÊt Ýt tan víi clorua - ®é ®éc thÊp Hg 2+ §éc nh−ng khã di chuyÓn qua mµng tÕ bµo (mµng sinh häc) + + RHg §é ®éc cao, th−êng ë d¹ng CH 3Hg , g©y nguy hiÓm cho hÖ thÇn kinh vµ n·o, dÔ ®i qua mµng sinh häc. TÝch tr÷ ®−îc trong c¸c m« mì. + R2Hg §é ®éc thÊp nh−ng dÔ chuyÓn thµnh RHg trong m«i tr−êng cã ®é axit trung b×nh. Hg 2S Kh«ng tan vµ kh«ng ®éc, th−êng cã trong ®Êt. §iÒu nµy ®−îc gi¶i thÝch nh− sau: Thñy ng©n hoÆc muèi cña nã cã thÓ ®−îc chuyÓn hãa thµnh metyl thñy ng©n bëi vi khuÈn yÕm khÝ tæng hîp metan trong n−íc. Sù chuyÓn hãa nµy ®−îc thóc ®Èy bëi Co(III) chøa coenzym vitamin B12 . Nhãm CH 3- liªn kÕt víi Co (III) trong coenzym ®−îc chuyÓn vÞ enzym bëi coban amin tíi Hg 2+ , + t¹o thµnh CH 3Hg hoÆc (CH 3)2Hg. M«i tr−êng axit thóc ®Èy sù chuyÓn hãa cña dimetyl thñy ng©n thµnh metyl thñy ng©n tan ®−îc trong n−íc. ChÝnh metyl thñy ng©n ®· tham gia vµo d©y chuyÒn thùc phÈm th«ng qua sinh vËt tr«i næi vµ ®−îc tËp trung ë c¸ víi nång ®é lín gÊp kho¶ng 10 3 lµn hoÆc h¬n so víi lóc ®Çu. §iÒu nµy ®−îc chØ ra ë h×nh 5.3. Hg 2+ CH3Hg + sinh vËt tr«i næi s©u bä (c¸ nhá) Chim, c¸ lín ng−êi. Nång ®é thñy ng©n t¨ng nhanh ë mçi mét møc trong d©y chuyÒn thùc phÈm. §iÒu nµy thÊy râ thËm chÝ c¶ ë n−íc kh«ng bÞ nhiÔm bÈn. Thñy ng©n lu«n lu«n lµ mét phÇn cña m«i tr−êng vµ vßng chuyÓn hãa cña thñy ng©n ®· tån t¹i rÊt l©u tr−íc khi c«ng nghiÖp ph¸t triÓn. Trong lo¹i c¸ lín thêi k× xa x−a ®−îc b¶o qu¶n ë mét sè b¶o tµng, ®· t×m thÊy cã chøa mét l−îng ®¸ng kÓ thñy ng©n. Tuy nhiªn sù nhiÔm bÈn thñy ng©n ®· lµm t¨ng ®¸ng kÓ nång ®é thñy ng©n trong mçi mét giai ®o¹n cña d©y chuyÒn thøc ¨n. Kh«ng l©u sau th¶m häa Minamata l¹i cã th«ng b¸o r»ng c¸ tõ hå Erie vµ s«ng Saint Clair cã chøa hµm l−îng thñy ng©n cao ( 0,1-0,35 ppm) ë d¹ng metyl thñy ng©n trong c¸c m« sèng cña chóng. KÕt qu¶ lµ ngµnh ®¸nh c¸ th−¬ng phÈm quan träng trªn nh÷ng ®Þa bµn nµy ®· bÞ ®ãng cöa. ∗ C¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu trÞ: 21
Sù nhiÔm bÈn mæi tr−êng bëi thñy ng©n cã thÓ ®−îc ng¨n c¶n nÕu tu©n theo nh÷ng nguyªn t¾c sau ®©y, do c¸c ñy ban b¶o vÖ m«i tr−êng cña Mü vµ Thôy §iÓn (Environmental protection Agencies of USA and Sweden) ®−a ra. 1. TÊt c¶ c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt clo vµ xót ¨n da cÇn ph¶i ngõng viÖc sö dông ®iÖn cùc Hg vµ chuyÓn h−íng sö dông c«ng nghÖ míi. 2. TÊt c¶ c¸c HCBVTV lo¹i ankyl thñy ng©n ph¶i bÞ cÊm sö dông. 3. TÊt c¶ c¸c HCBVTV chøa thñy ng©n kh¸c cÇn ph¶i ®−îc sö dông h¹n chÕ ë mét vïng chän läc. Nh÷ng trÇm tÝch ®· bÞ nhiÔm thñy ng©n ë cöa s«ng hå sÏ tiÕp tôc s¶n sinh + CH 3Hg ®éc tÝnh cao vµo n−íc nhiÒu n¨m tiÕp theo . ë Thôy §iÓn, c¸c cuéc thö nghiÖm ®· ®−îc tiÕn hµnh ®Ó gi¶i ®éc cho c¸c trÇm tÝch b»ng ph−¬ng ph¸p bao phñ c¸c trÇm tÝch ë ®©y nhê c¸c vËt liÖu míi nghiÒn mÞn vµ cã ®é hÊp thô cao. Mét ph−¬ng ph¸p n÷a lµ ch«n giÊu c¸c trÇm tÝch trong c¸c vËt liÖu v« c¬ tr¬. 2.2.5. T¸c dông hãa sinh cña cacbon monooxit (CO) C¸c nguån chÝnh th¶i cacbon monooxit: C¸c qu¸ tr×nh tù nhiªn nh− ho¹t ®éng cña nói löa, tù tho¸t ra cña khÝ tù nhiªn, sù phãng ®iÖn khi b·o,sù n¶y mÇm cña h¹t gièng chØ th¶i ra mét l−îng nhá cacbon monooxit vµo khÝ quyÓn. PhÇn ®ãng gãp chÝnh lµ tõ ho¹t ®éng cña con ng−êi. Hµng n¨m ë qui m« toµn cÇu l−îng CO th¶i ra lµ 350 triÖu tÊn (do con ng−êi 275 vµ do tù nhiªn 75 triÖu tÊn) trong sè ®ã riªng ë Mü th¶i ra h¬n 100 triÖu tÊn CO vµo khÝ quyÓn: (a) Giao th«ng vËn t¶i ®ãng gãp 64% l−îng CO th¶i ra: - trong ®ã xe ®éng c¬ lµ 59,2% - hµng kh«ng lµ 2,9% - ®−êng s¾t 0,1% (b) TiÕp theo ®ã lµ c¸c nguån kh¸c 16,9%: - ®ãng gãp phÇn chÝnh lµ ch¸y rõng 7,2% - ®èt ch¸y n«ng nghiÖp 8,3%. §èt ch¸y n«ng nghiÖp bao gåm qu¸ tr×nh ®èt ch¸y ®−îc kiÓm tra khèng chÕ c¸c m¶nh rõng, c¸c phÇn th¶i n«ng nghiÖp, bôi c©y, cá d¹i vµ c¸c lo¹i thùc vËt kh¸c . (c) C¸c qu¸ tr×nh c«ng nghiÖp, chñ yÕu lµ c«ng nghiÖp luyÖn s¾t, thÐp vµ c«ng nghiÖp dÇu khÝ vµ giÊy ®øng vÞ trÝ thø 3 vÒ møc ®é th¶i CO vµo kh«ng khÝ(9,6%). Nång ®é CO nÒn cña khÝ quyÓn lµ 0.1 ppm. KhÝ quyÓn toµn cÇu chøa vµo kho¶ng 530 triÖu tÊn cacbon monooxit, víi thêi gian l−u trung b×nh tõ 36 tíi 110 ngµy. 22
Cacbon monooxit tÊn c«ng hemoglobin vµ thÓ cacbon monooxit t¹o ra cacboxyhemoglobin. Ph¶n øng nµy cã h»ng sè c©n b»ng vµo kho¶ng 210 : ⇔ O2Hb +CO COHb = O 2 Cacboxyhemoglobin lµ phøc bÒn do vËy mµ kÕt qu¶ lµ sù gi¶m kh¶ n¨ng t¶i O 2 cña m¸u. T¸c dông ban ®Çu cña nhiÔm ®éc cacbon monooxit lµ sù mÊt kh¶ n¨ng xÐt ®o¸n, ®iÒu nµy lµ nguyªn nh©n g©y ra nhiÒu tai n¹n « t«. Cïng víi sù t¨ng hµm l−îng cabon monooxit th× nh÷ng rèi lo¹n vÒ qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt kh¸c nhau còng sÏ ®−îc b¾t gÆp vµ hËu qu¶ lµ dÉn ®Õn c¸i chÕt, nh− ®−îc chØ ra ë b¶ng d−íi ®©y. Sù nhiÔm ®é cacbon monooxit cã thÓ ®−îc ch÷a b»ng c¸ch ®−a ng−êi bÞ nhiÔm ®éc thë khÝ O 2 trong lµnh, do ®ã mµ ph¶n øng ng−îc sÏ x¶y ⇔ COHb +O 2 O 2Hb + CO C¶nh s¸t giao th«ng lµm nhiÖm vô ë c¸c ®iÓm nót giao th«ng trong nh÷ng giê cao ®iÓm ®· d−îc khuyªn sö dông b×nh oxy ë nh÷ng n−îc ph¸t triÓn. B¶ng 2.3. HËu qu¶ cña sù nhÔm ®éc CO ë c¸c møc nång ®é kh¸c nhau. Nång ®é CO (ppm) % chuyÓn hãa ¶nh h−ëng ®èi víi con ng−êi → O2Hb COHb 10 2 Gi¶m kh¶ n¨ng ph¸n ®o¸n vµ gi¸c quan. 100 15 §au ®Çu, chãng mÆt, mÖt mái. 250 32 BÊt tØnh. 750 60 ChÕt sau vµi giê. 1000 66 ChÕt rÊt nhanh. 2.2.6. T¸c dông hãa sinh cña c¸c nit¬ oxit (NO X) Nit¬ oxit NO Ýt ®éc h¬n so víi nit¬ dioxit NO 2 . Gièng nh− CO, NO t¹o liªn kÕt víi hemoglobin vµ lµm gi¶m hiÖu suÊt vËn chuyÓn oxy. ë trong kh«ng khÝ bÞ « nhiÔm th× NO cã mÆt ë nång ®é thÊp h¬n nhiÒu so víi CO vµ v× vËy t¸c ®éng ®Õn hemoglobin lµ nhá h¬n nhiÒu. NO 2 ®éc h¹i h¬n víi søc kháe con ng−êi. HËu qu¶ cña nhiÔm ®éc NO 2 ë c¸c møc nång ®é kh¸c nhau nªu ë b¶ng 2.4. ViÖc hÝt ph¶i NO 2 chøa trong c¸c khÝ xuÊt hiÖn khi ®èt xenllulo vµ phim nitroxenllulo dÉn tíi c¸i chÕt. Hai ng−êi ®· chÕt vµ n¨m ng−êi bÞ th−¬ng khi x¶y ra sù rß rØ NO 2 láng khi phãng tªn löa v−ît ®¹i d−¬ng Titan II Rock, t¹i Kansas vµo ngµy 24 th¸ng 8 n¨m 1978. ë ®©y, NO 2 láng ®−îc dïng lµm chÊt oxy hãa cho nhiªn liÖu N 2H2 trong c¸c tªn löa. 23
C¬ chÕ hãa sinh gi¶i thÝch ®éc tÝnh cña NO 2 vÉn ch−a râ rµng. Cã thÓ mét sè hÖ thèng enzym cña tÕ bµo dÔ dµng bÞ ph¸ hñy bëi NO 2, bao gåm sù dehydro hãa lactic vµ catalaxa. Cã thÓ dïng chÊt chèng ®éc lµ chÊt chèng oxy hãa nh− vitamin E. B¶ng 2.4. HËu qu¶ cña sù nhiÔm ®éc NO 2 ë c¸c møc nång ®é kh¸c nhau víi søc kháe con ng−êi Nång ®é NO 2 (ppm) Thêi gian tiÕp xóc HËu qu¶ ®Õn søc kháe con ng−êi 50 - 100 D−íi 1 h Viªm phæi trong 6 - 8 tuÇn 150 – 200 D−íi 1 h Ph¸ hñy d©y khÝ qu¶n, sÏ chÕt nÕu thêi gian tiÕp xóc lµ 3 - 5 tuÇn 500 hoÆc lín h¬n 2 -10 ngµy ChÕt 2.2.7. T¸c dông hãa sinh cña khÝ sunphur¬ T¸c dông chñ yÕu cña SO 2 lµ vµo c¬ quan h« hÊp, g©y nªn sù kÝch thÝch vµ lµm t¨ng trë kh¸ng cña luång kh«ng khÝ. HÇu hÕt mäi ng−êi bÞ kÝch thÝch ë nång ®é SO 2 lµ 5 ppm hoÆc coa h¬n. Mét sè ng−êi nh¹y c¶m thËm chÝ cßn bÞ kÝch thÝch ë nång ®é 1-2 ppm SO 2 vµ ®«i khi x¶y ra sù co th¾t thanh qu¶n khi bÞ nhiÔm ®éc ë nång dé SO 2 lµ 5- 10 ppm. Nh÷ng triÖu chøng cña hiÖn t−îng nhÔm ®éc SO 2 lµ sù co hÑp cña d©y thanh qu¶n kÌm theo sù t¨g t−¬ng øng ®é c¶m dèi víi kh«ng khÝ khi thë. B¶ng 2.5. Mét sè th¶m häa do SO 2 trong kh«ng khÝ g©y ra. N¨m §Þa ®iÓm HËu qu¶ ®−îc ghi nhËn 12.1930 Mense River ChuyÓn ®éng nhiÖt l−u gi÷ SO 2 , 38 ppm level, 60 ng−êi chÕt, mét sè sóc vËt bÞ chÕt. 10.1948 Donora NhiÔm ®Õn 40%, 20 ng−êi chÕt , 2 ppm SO 2 Pennsylvania 12.1952 London §¶o lén nhiÖt ®é, s−¬ng mï, dµy ®Æc, 1,3 ppm SO 2 , Kho¶ng 3500-4000 ng−êi chÕt 01.1956 London 0,4 ppm SO 2, 180-200 ng−êi chÕt. 12.1957 Sè ng−êi chÕt chñ yÕu (60%) ë løa tuæi 70 Th¶m häa phæ biÕn nhÊt do SO 2 x¶y ra khi nã ®−îc kÌm theo víi khãi. Sù kÕt hîp nµy x¶y ra trong thêi gian cã s−¬ng mï dµy ®Æc. T¹i London (Tõ 5-9 th¸ng 12 n¨m 1952) c¸c khãi s−¬ng mï dµy ®Æc tån t¹i trong 5 ngµy kiªn tôc vµ g©y ra 4000 tr−êng hîp tö vong, cao h¬n so víi møc b×nh th−êng. Nång ®é cùc ®¹i cña SO 2 lµ 1,3 ppm vµ khãi lµ 4 mg.m -3 . Nh÷ng nguyªn nh©n g©y tö vong lµ ®au d©y thanh qu¶n, viªm phæi vµ liªn quan víi c¸c bÖnh ®−êng h« hÊp. 24
S−¬ng mï ®−îc lËp l¹i vµo th¸ng 12 n¨m 1962, nh−ng sè ng−êi chÕt chØ lµ 700. TØ lÖ tö vong trong tr−êng hîp nµy thÊp lµ do l−îng khãi Ýt v× c«ng −íc gi÷ kh«ng khÝ trong lµnh n¨m 1962 ®· ®−îc thùc hiÖn. SO 2 ®−îc giíi quan chøc phô tr¸ch søc kháe x· héi xem nh− chÊt lµm « nhiÔm kh«ng khÝ ®¸ng kÓ nhÊt, mÆc dï trªn thùc tÕ ë nång ®é 20 ppm nã kh«ng g©y ®éc h¹i vµ nång ®é g©y chÕt ng−êi chØ t¹i 500 ppm. Nguyªn nh©n cña quan ®iÓm nµy lµ do SO 2 t¸c ®éng lªn ng−êi cao tuæi, ®Æc biÖt tíi nh÷ng ng−êi m¾c bÖnh vÒ ®−êng h« hÊp. Nh÷ng ng−êi cao tuæi nµy r¸t nh¹y c¶m khi hÝt ph¶i SO 2 trong thêi gian kÐo dµi ë nång ®é cao, ®Æc tr−ng cho nh÷ng biÕn cè « nhiÔm kh«ng khÝ. ∗ T¸c dông lªn giíi thùc vËt cña SO 2: ë nång ®é cao cña khÝ SO 2 g©y ra sù pha hñy c¸c m« l¸ , lµm h− h¹i c¸c vïng r×a cña l¸ vµ vïng n»m gi÷a c¸c g©n l¸. Khi ®é Èm t−¬ng ®èi t¨ng lªn, t¸c h¹i ®èi víi thùc vËt còng t¨ng lªn. T¸c h¹i nµy trë nªn cùc ®¹i khi nh÷ng lç nhá trªn líp biÓu b× bÒ mÆt dïng cho sù trao ®æi t−¬ng hç khÝ víi khÝ quyÓn ®−îc në ra, trong thêi gian ban ngµy. ¶nh h−ëng cña khÝ quyÓn chøa SO 2 ë nång ®é thÊp nh−ng l©u dµi nguy hiÓm ®èi víi c©y trång h¬n lµ ë nång ®é cao nh−ng trong thêi gian ng¾n. SO 2 g©y ra m−a axit ( ch−¬ng 6) cã t¸c h¹i ®èi víi thùc vËt, trõ nh÷ng lo¹i sèng d−íi n−íc ë s«ng ngßi , ao hå. 2.2.8. T¸c dông hãa sinh cña Ozon vµ PAN Ozon vµ peroxyaxetyl nitrat (PAN) lµ c¸c c¶n phÈm cña qu¸ tr×nh quang hãa CH 3-COO-O-NO 2 (PAN) C¶ O 3 vµ PAN ®Òu g©y t¸c h¹i ®èi víi m¾t vµ c¬ quan h« hÊp cña con ng−êi. Kh«ng khÝ chøa 50 ppm O 3 trong vµi giê sÏ dÉn ®Õn chÕt do trµn dÞch phæi (pulmonary edema), NghÜa lµ sù tÝch lòy chÊt láng ( kh«ng dÉn ®Õn chÕt) trong phæi vµ ph¸ ho¹i c¸c mao qu¶n cña phæi. Nh÷ng ®éng vËt Ýt tuæi vµ nh÷ng ng−êi trÎ lµ nh¹y c¶m h¬n ®èi víi nh÷ng t¸c ®éng g©y ®éc nµy. T¸c dông hãa sinh cña O 3 vµ PAN xuÊt hiÖn chñ yÕu do kÕt qu¶ cña sù ph¸t sinh gèc tù do (free radicals) . Nhãm sunphydril (-SH) trªn enzym bÞ tæn h¹i do sù tÊn c«ng cña cac t¸c nh©n oxy hãa nµy. C¸c nhãm -SH bÞ oxy hãa bëi O 3vµ PAN vµ còng bÞ axetyl hãa bëi PAN. Trong sè c¸c amino axit chøa S - th× cystein bÞ PAN tÊn c«ng m¹nh. C¸c enzym bÞ lµm tª liÖt bëi c¸c t¸c nh©n oxy hãa quang hãa bao gåm izoxitrie dehydrogenaza, malic dehydrogenaza vµ glucosa –6- photphat dehydrogenaza. C¸c enzym nµy bÞ bao bäc bëi vßng xitric axit vµ bÞ lµm suy yÕu ®i sù 25
s¶n sinh n¨ng l−îng tÕ bµo cña glucoza. C¸c t¸c nh©n oxy hãa nµy ng¨n c¶n ho¹t tÝnh cña c¸c enzym tæng hîp nªn celluloza vµ chÊt bÐo trong thùc vËt. 2.2.9. T¸c dông hãa sinh cña xyanua Xyanua cã trong h¹t cña c¸c lo¹i qu¶ nh− t¸o, anh ®µo , ®µo vµ mËn. Xyanua trong thùc vËt ®−îc liªn kÕt víi gèc ®−êng vµ ®−îc gäi lµ amygdalin. Xyanua ®−îc gi¶i phãng ra bëi qu¸ tr×nh thñy ph©n bëi axit hoÆc enzym (x¶y ra trong d¹ dµy) O-C6H10 O4 - O - C 6H11 O5 | NC = C (gèc gluco) + 2H 2O HCN + 2C 6H12 O6 + O | O Xyanua th©m nhËp vµo m«i tr−êng tõ nhiÒu nguån. HCN ®−îc sö dông nh− lµ t¸c nh©n s¸t trïng ®Ó tiªu diÖt c¸c sinh vËt gÆm nhÊm trong thïng ®ùng ngò cèc, nhµ ë vµ hÇm tµu. Xyanua ®−îc sö dông trong c¸c tæng hîp hãa häc kh¸c nhau, trong m¹ ®iÖn vµ c«ng nghiÖp lµm s¹ch kim lo¹i. Xyanua øc chÕ c¸c enzym oxy hãa ®ãng vai trß m¾t xÝch trung gian cho qu¸ tr×nh sö dông O 2 ®Ó s¶n xuÊt ATP. ë b−íc ®Çu tiªn xyanua liªn kÕt víi ferricytochrome oxidaza-metalloprotein chøa Fe (d−íi ®©y gäi t¾t lµ Fe (III) oxit), chÊt nµy bÞ khö thµnh Fe(II) oxit cytochome oxidaza bëi glucoza.Fe(II) oxit nh−êng ®iÖn tö cho O 2 (ë b−íc II).S¶n phÈm quan träng lµ n¨ng l−îng . B−íc 1.Fe(III) -oxit+glucoza → Fe(II) - oxit + → B−íc 2.Fe(II) –oxit+2H +1/2 O 2 Fe(III)-oxit+H 2O ATP ↑ ADP + Pi(photphat v« c¬) Xyanua can thiÖp vµo b−íc 1 b»ng c¸ch t¹o liªn kÕt víi Fe(III)-oxit,v× vËy mµ chÊt nµy bÞ thô ®éng hãa ph¶n øng ë b−íc 2,tøc lµ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt n¨ng l−îng bÞ ng¨n c¶n. Thªm vµo ®ã c¸c d¹ng CN - cßn t¹o phøc víi c¸c hîp chÊt hematin kh¸c. NhiÔm ®éc xyanua cã thÓ xö lý b»ng c¸ch ®−a vµo trong ven (trong m¹ch m¸u) NaNO 2 hoÆc b»ng c¸ch ngöi amylnitrit. C¸c ph¶n øng lÇn l−ît lµ: - a)NO 2 oxy hãa hemoglobin HbFe(II) thµnh methemoglobin HbFe(III), chÊt nµy kh«ng cã t¸c dông trong viÖc vËn chuyÓn O 2 tíi c¸c m«: 26
HbFe(II) → HbFe(III) - NO 2 Ph¶n øng nµy gi¶i thÝch t¸c dông g©y nªn sù thiÕu oxy vµ ®«i khi dÉn ®Õn chÕt . b) HbFe(III) liªn kÕt víi CN - vµ nh− vËy gi¶i phãng CN - ra khái phøc xyanua cña ferricytochome oxidaze-Fe(III) oxid: HbFe(III) +Fe(III)-oxit-CN → HbFe(III) - CN + Fe(III)- oxit 2- c)Sù chÕ hãa tiÕp víi S 2O3 lo¹i bá ®−îc xyanua : 2- → - 2- HbFe(III) CN + S 2O3 SCN + HbFe(III) + SO 3 Ph¶n øng nµy ®−îc xóc t¸c bëi men chøa nhãm SCN (rhodanaza) hoÆc mitochondrial sulfur transferaza. 2.3. T¸c ®éng ho¸ sinh cña mét sè chÊt ®éc h÷u c¬ ®iÓn h×nh 2.3.1. T¸c dông hãa sinh cña c¸c ho¸ chÊt b¶o vÖ thùc vËt (HCBVTV) Trong sè c¸c lo¹i HCBVTV, t¸c dông sinh häc cña DDT ®èi víi m«i tr−êng ®−îc nghiªn cøu nhiÒu vµ kü nhÊt. HÖ thÇn kinh trung −¬ng lµ môc tiªu cña DDT, t−¬ng tù nh− nhiÒu thuèc diÖt c«n trïng, DDT hßa tan trong c¸c m« mì vµ ®−îc tÝch tr÷ trong mµng mì bao quanh c¸c tÕ bµo thÇn kinh. §iÒu nµy cã nhiÒu kh¶ n¨ng, dÉn ®Õn sù can thiÖp vµo sù chuyÓn dÞch cña c¸c xung ®éng thÇn kinh (nerve impulses) däc theo axons (nèi liÒn c¸c tÕ bµo thÇn kinh). KÕt qu¶ lµ ph¸ hñy hÖ thèng thÇn kinh trung −¬ng vµ giÕt chÕt s©u bä cÇn diÖt trõ. Trong khi DDT rÊt bÒn vµ tån t¹i l©u trong m«i tr−êng th× c¸c nhãm kh¸c - c¸c chÊt c¬ photphat vµ cacbamat - bÞ biÕn ®æi nhanh trong m«i tr−êng. C¸c chÊt nµy t¸c dông víi O 2 vµ H 2O vµ bÞ ph¸ hñy trong vßng vµi ngµy trong m«i tr−êng. C¸c s¶n phÈm cña sù ph©n hñy nµy lµ kh«ng ®éc. Ph−¬ng thøc t¸c dông cña thuèc trong diÖt c«n trïng: C¬ chÕ mµ theo nã c¸c hydrocacbon ®−îc clo hãa thÓ hiÖn tÝnh ®éc h¹i ®èi víi c¬ thÓ lµ ch−a ®−îc biÕt mét c¸ch ch¾c ch¾n. Cã thÓ gi¶ thiÕt lµ chóng bÞ hßa tan trong c¸c mµng mì bao quanh c¸c d©y thÇn kinh vµ can thiÖp vµo sù chuyÓn vËn cña c¸c ion vµo trong hoÆc ra ngoµi c¸c d©y thÇn kinh. §iÒu nµy dÉn ®Õn sù chuyÓn dÞch c¸c rung ®éng thÇn kinh mµ kÕt qu¶ lµm xuÊt hiÖn c¸c c¬n co giËt vµ chÕt. HCBVTV cã thÓ øc chÕ enzym-axetylcholinesteraza nh− chØ ra ë H×nh 5.4. Axetylcholin lµ chÊt chuyÓn rung ®éng thÇn kinh - nã kÝch ®éng c¸c tÕ bµo thÇn kinh. Kho¶ng kh«ng gian gi÷a c¸c tÕ bµo thÇn kinh (gäi lµ synapase) chøa c¶ hai chÊt axetylcholin vµ enzym axetylcholinesteraza, chÊt nµy sÏ ph¸ hñy axetylcholin vµ ng¨n c¶n c¸c tÕ bµo thÇn kinh lµm viÖc. §iÒu nµy x¶y ra ë hai b−íc A(1) vµ (2) 27
CH 3  CH3 →  EOH + C=O EO C + HOCH 2CH 2N(CH 3)3  O OCH 2CH 2N(CH 3)3 enzym-axetyl cholin enzym axetylcholin axetylcholinesteraza CH 3  EO C + H 2O EOH + CH 3COOH O Nhanh H×nh 5.4. (A) Sù øc chÕ acetylcholinesteraza do DDT g©y ra Trong b−íc 1 th× enzym t¸c dông lªn axetylcholin t¹o thµnh ph©n tö trung gian – axetylenzym vµ cholin. ë b−íc thø hai axetyl enzym bÞ ph©n hñy bëi n−íc t¹o thµnh CH 3COOH vµ enzym ban ®Çu ®−îc t¸i sinh. Thuèc diÖt c«n trïng c¬ photpho cã thÓ t¸c dông gièng nh− axetylcholin vµ kÝch thÝch sù t¹o thµnh photphoryl enzym. Tèc ®é ph¶n øng ®−îc ®o b»ng tèc ®é thÕ chç nhãm X ë nguyªn tö P b»ng enzym. Sù ph©n hñy c¸c hîp chÊt trung gian nµy lµ chËm h¬n nhiÒu (b−íc 2) so víi axetyl enzym trong A(1) OR OR EOH + X–P–OR ’ EO –P–OR ’ + HX O O Hîp chÊt photpho Enzym photphoryl OR OR ’ ’ EO –P–OR + H 2O EOH + HO–P–OR O O H×nh 5.4 (B). Sù øc chÕ Acetylcholinesteraza do thuèc diÖt c«n trïng c¬ photpho O R ’ O R ’ (1) EOH + RO–C–N carbaryl enzym EO–C–N + ROH H H 28
O R ’ O R ’ (2) EO–CN + H 2O chËm EOH + OH–C–N H H H×nh 5.4(C). Thuèc diÖt c«n trïng cacbamat øc chÕ enzym Acetylcholinesteraza C¸c ph¶n øng ë H×nh 5.4 (B) vµ (C) x¶y ra t−¬ng tù phosphoryl vµ carbaryl enzymes ë B1 vµ C1 t¹o thµnh dÇn dÇn vµ nång ®é enzyme ho¹t ®éng bÞ gi¶m ®i. Acetylcholine kh«ng tiÕp tôc bÞ ph©n hñy ®ñ nhanh vµ thÇn kinh b¾t ®Çu ho¹t ®éng ë tr¹ng th¸i kh«ng kiÓm so¸t ®−îc ,kÕt qu¶ lµ c«n trïng bÞ tiªu diÖt. DDT trong d©y chuyÒn thùc phÈm Nh− ®· nh¾c ë trªn, DDT lµ hãa chÊt bÒn. Mét khi ®· ®−a vµ m«i tr−êng th× nã b¶o toµn ®−îc trong vµi n¨m. Ph−¬ng thøc mµ DDT ®−îc tÝch lòy trong d©y chuyÒn thùc phÈm nh− sau: Plankton (sinh vËt tr«i næi) ë biÓn chøa vµo kho¶ng 0,04 ppm DDT ®éng vËt nhá ¨n ®−îc sÏ ¨n plankton vµ lµm t¨ng nång ®é DDT lªn 16 lÇn , nghÜa lµ chóng chøa kháang 0,4 ppm DDT.Tõ ®éng vËt nhá ®Õn c¸ ¨n ®éng vËt, råi ®Õn lo¹i chim ¨n c¸, nång ®é DDT t¨ng tõ 0,4 tíi 2,1 vµ ®Õn 75,5 ppm. 29
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường Ch ng 3 S BI N I VÀ V N CHUY N CH T C TRONG MÔI TR ƯNG Mục tiêu h ọc t ập 1. Mô t s ơ bi n i và v n chuy n ch t c trong môi tr ng t nhiên, 2. Trình bày các y u t nh h ng n s bi n i, t n l u và v n chuy n ch t c trong môi tr ng, 3. Trình bày s khuy ch i sinh h c ch t c qua dây chuy n th c ph m, 4. Trình bày s tích l y sinh h c c a ch t c. I. S BI N I C A CH T C TRONG MÔI TR ƯNG T NHIÊN Sau khi ch t c xâm nh p vào môi tr ng, chúng s ch u s tác ng và b chuy n hóa b i nhi u y u t t nhiên nh : ánh sáng, nhi t , pH, n c, vi sinh vt hình thành các tác nhân gây c th c p, th ng có c tính th p h ơn ch t c ban u. Khi ch t c ti p xúc v i c ơ th sinh v t (cây c , ng v t ho c con ngu i), ch t c s gây tác ng sinh h c th hi n qua vi c h p thu phân b trong c ơ th , chuy n hóa, t ơ ng tác v i các thành ph n sinh hóa nh y c m và có th gây bi n i v sinh lý, sinh hóa và d n n gây b nh cho c ơ th sinh v t. Ví d : t ơ ng tác gi a r u (etanol) v i cơ th ng i: C2H5OH Thành ph n sinh hóa c a c ơ th - Chuy n hóa: C2H5OH + O 2 3 H 2O + 2 CO 2 - Tác ng: gây say r u. - Các i t ng b tác ng: con ng i, ng v t có vú. Chuy n hóa Ch t c C ơ th Tác ng Hình 1 . Chu trình t ơ ng tác gi a ch t c và c ơ th sinh v t Khi ch t c t ơ ng tác v i h vô sinh ( t, n c, v t li u ) ch t c có th h p thu, ph n ng v i các thành ph n hóa h c c a v t li u và gây tác ng (rét r , n mòn ). 1
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường Nh th , con ng bi n i và v n chuy n c a ch t c trong môi tr ng t nhiên rt ph c t p. Tuy nhiên iu này có th c th hi n khái quát hóa qua s ơ bi u di n trên hình 2. T ngu n th i (c ng th i, ng khói ho c t im x y ra s c d u tràn ) ch t c c phát tán vào môi tr ng. Khi ti p xúc v i môi tr ng sinh v t, ch t c v a gây tác ng sinh hóa, sinh lý v i c ơ th sinh v t ng th i c ng b sinh v t h p thu, chuy n hóa làm suy gi m n ng , kh i l ng ch t c. T ơ ng t nh v y, khi ti p xúc v i các thành ph n vô sinh ch t c v a gây tác ng n thành ph n này v a b thành ph n vô sinh h p thu, ph n ng, gây bi n i ch t c. Môi tr ng Môi tr ng bên ngoài trong c ơ th Bài ti t, Hp thu Tích l y Phân tán trong môi Nng Tơ ng tác Bi n i Ngu n tr ng v t lí trong c ơ th vi receptor sinh hóa Suy gi m do: -Th y phân Tác ng v -Quang phân Vn chuy n sinh lý, -Sinh v t sinh hóa bnh lý Pha ti p xúc Pha kinetic Pha dynamic Hình 2 . S ơ bi u di n s bi n i và v n chuy n c a ch t c trong môi tr ng 2
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường Thành Tác ng ph n h u sinh h c sinh ca ch t c Bi n i và tác ng c a Ch t Di Tác nhân ch t c Suy trong h c chuy n gây c gi m sinh thái Thành Tác ng ph n vô v t lí c a sinh ch t c H sinh thái Tác ng môi tr ng Mi liên h trong h sinh thái và tác ng c a h sinh thái n ch t c Bi n i và tác ng c a ch t c Hình 3 . S bi n i và tác ng c a ch t c trong môi tr ng t nhiên II. CÁC Y U T NH H ƯNG N S BI N I, T N L ƯU VÀ V N CHUY N CH T C TRONG MÔI TR ƯNG Khi ch t c c a vào môi tr ng, có nhi u y u t c a môi tr ng (ánh sáng, nhi t , h ơi m, n c, a hình, sinh v t ) nh h ng n s bi n i, t n l u và v n chuy n c a ch t c trong môi tr ng. S bi n ôi, v n chuy n c ng nh t n 3
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường lu c a ch t c trong môi tr ng còn ph thu c vào: b n ch t hóa, lý c a ch t c, nng ban u c a ch t c, các y u t môi tr ng và nh y c m c a i t ng ti p nh n. Các c tính lý hóa sinh c a ch t c là r t quan tr ng, bao g m c u trúc phân t, tính tan trong n c, áp su t bay h ơi. Tính n nh c a s th y phân, quang phân, phân h y sinh h c, b c h ơi, h p th , thông khí, s t làm s ch b i các vi sinh v t và có s tham gia c a các c p môi tr ng (không khí-nc; tr m tích bùn-nc ) c ng cung cp nh ng thông tin quan tr ng T l trung bình c a ch t c trong ngu n th i vào môi tr ng c ng khá quan tr ng trong vi c d oán n ng ch t c trong môi tr ng. Tuy nhiên t l trung bình ca ngu n vào và t c x th i cao trong th i gian ng n do s n xu t thì r t khó c tính nên có tính không chính xác cao Thông tin v n ng c ơ b n c a ch t c và các s n ph m bi n i trung gian c ng r t quan tr ng trong vi c tính toán n ng c a chúng trong môi tr ng. S ơ con ng v n chuy n, chuy n hóa và tác ng c a ch t c trong môi tr ng c th hi n trên hình 3. Mt s nhân t môi tr ng nh h ng n s bi n i, t n l u và v n chuy n ca ch t c nh sau: 2.1. pH môi tr ng : tính ki m, axit hay trung tính c a môi tr ng là y u t u tiên nh h ng n tính tan, pha loãng và ho t tính c a tác nhân gây c. M t tác nhân gây c t n t i tr ng thái hòa tan th ng có c tính cao h ơn i v i các loài th y 2+ sinh. Ví d : pH acid, k m (Zn) có c tính cao h ơn vì t n t i hình thái Zn và + ZnHCO 3 (hòa tan), trong khi ó pH ki m, k m có c tính th p do t n t i tr ngt hái Zn(OH) 2 (k t t a). M t s ch t c sinh h c thay i c tính theo pH, m t s khác không thay i. c tính c a ch t di t c dinitrophenol gi m 5 l n khi pH t ng lên t 6,9 n 8,0. T ơ ng t nh v y, c tính c a 2,4 diclorophenol gi m i khi pH tng lên. iu này c gi i thích do pH t ng s làm gi m d ng không liên k t. Trong các ch t c ít b nh h ng b i pH có ch t rotenone và 2,4 diclorophenoxy acetic acid. M t s ch t không thay i nhi u v c tính khi pH thay i, ch ng h n nh phenol, ch t ho t ng b m t alkyl benzenesulfonate (ABS). 2.2. EC (electric conductivity- d n in) : các ch t c có tính in gi i b nh hng m nh b i d n in c a môi tr ng 2.3. Các ch t c n: trong môi tr ng n c, không khí, t, gây k t dính hay sa l ng 3+ c ch t. Ví d , trong vùng t chua phèn, n u có các h t keo sét l ơ l ng, Al s liên kt v i các h t mang in tích âm này và s tr m l ng xu ng làm gi m c tính c a 3+ Al trong môi tr ng. 2.4. Nhi t : nh h ng rõ r t n kh n ng hòa tan, làm gia t ng t c ph n ng, tng ho t tính c a các ch t c. Ví d , khi nhi t cao, HgCl 2 s tác d ng nhanh g p 4
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường 2-3 l n so v i nhi t th p. Thu c tr sâu DDT và m t s di t r y th ng t ng c tính khi nhi t cao. Trong môi tr ng n c, nhi t còn làm gia t ng t c ph n ng th y phân chuy n ch t c thành ch t có c tính th p h ơn. nh h ng c a nhi t i v i vi c th y phân hóa ch t Malathion các pH khác nhau c th hi n trong hình 4: Hình 4: S ph thu c c a t c th y phân malathion vào nhi t và pH 2.5. Di n tích m t thoáng : nh h ng tr c ti p n s phân b n ng và li u l ng, s phân h y ch t ô nhi m, c bi t là ch t c h u c ơ không b n v ng. Ví d , dòng nc có b m t l n, dòng ch y m nh, l u l ng l n có kh n ng t làm s ch cao, làm gi m c tính c a ch t c trong môi tr ng n c. 2.6. Các y u t khí t ng th y v n nh m, t c gió, ánh sáng, s lan truy n sng, dòng ch y, m n c ng gây tác ng khá l n n s bi n i, t n l u và v n chuy n c a ch t c 2.7. Kh n ng t làm s ch c a môi tr ng : m i h th ng môi tr ng sinh thái u có kh n ng t làm s ch c a nó. Kh n ng này càng l n thì tính ch u c và gi i c (detoxification) càng cao. III. DÂY CHUY N TH C PH M VÀ S KHUY CH I SINH H C C A CH T C 3.1. Khái ni m v dây chuy n th c ph m Dây chuy n th c ph m là con ng truy n n ng l ng (ch t dinh d ng) t c ơ th sinh v t này n c ơ th sinh v t khác. N u trong c ơ th sinh v t trong m t m c xích ca dây chuy n có ch t c thì ch t c này c truy n sang cho sinh v t khác có b c dinh d ng cao h ơn, k sau nó, trong dây chuy n th c ph m. Ví d : trong h sinh thái nc, m t dây chuy n th c ph m c b t u b ng sinh v t s n xu t b c nh t. ây là các lo i th c v t (nh t o, bèo) s d ng n ng l ng c a ánh sáng m t tr i và các ch t 5
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường dinh d ng trong n c t ng h p các ch t vô c ơ thành t ch c s ng. Sinh v t s n xu t là ngu n cung c p n ng l ng và dinh d ng cho sinh v t tiêu th b c nh t (các loài phiêu sinh ng v t). Các loài sinh v t tiêu th b c nh t này l i là ngu n th c n cho các loài sinh v t tiêu th b c hai (loài n ng v t). Sinh v t tiêu th b c hai l i là ngu n th c n cho sinh v t l n h ơn (sinh v t tiêu th b c ba) M t dây chuy n th c ph m trong h sinh thái n c c trình bày trong hình 5 3.2. S khuy ch i sinh h c (biomagnification) c a ch t c qua dây chuy n th c ph m Hình 7 : Sơ bi u di n s tích l y và khuy ch i sinh h c c a DDT trong mng l i th c n (n ng tình b ng ppm) 6
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường Chim ng Cá l n ( n cá nh ) Chu t ng Cá nh Lúa mì C , rong bèo t+N c Môi tr ng n c dinh d ng 5 a. Nng D DT chuy n theo dây Mt do hô h p và bài ti t chuy n th c ph m trong h sinh thái c n 5 b. Nng D DT chuy n theo dây chuy n th c ph m trong h sinh thái n c Hình 5 : Sơ bi u di n s chuy n hóa c a các ch t c qua dây chuy n th c ph m Theo s ơ hình 5 a ta th y r ng, m c dù lúa m là sinh v t s n xu t và tr c ti p nh n thu c tr sâu DDT nh ng có hàm l ng DDT th p nh t vì c tính sinh h c ca nó m t ph n DDT b ào th i vào t. Chu t ng (sinh v t tiêu th b c nh t) là loài n lúa m tích l y DDT trong c ơ th nó. DDT t chu t chuy n sang chim ng (sinh v t tiêu th b c hai) là loài n chu t. N ng trong chim ng cao nh t vì chim ng có kh n ng tích l y DDT trong m c a nó, l ng DDT b bài ti t ra ít. Cách gi i thích này t ng t cho s ơ hình 5 b. Thông th ng c ơ th sinh v t có th b nhi m c b i ch t c t n t i trong môi tr ng ( t, n c không khí); tuy nhiên c ng có nhi u tr ng h p sinh v t b nhi m c thông qua chu i th c n ho c m ng l i th c n. Các th c v t và ng v t (b c th p, b c cao) k c con ng i khi ti p xúc v i ch t c u có th b nhi m c. Ph n ln các ch t c c sinh v t ào th i ra ngoài, m t ph n ch t c có kh n ng t n lu trong c ơ th sinh v t. Theo l i th c n và quy lu t v t ch , con m i, các ch t c tn l u ó có th c v n chuy n t sinh v t này sang sinh v t khác và c tích l y bng nh ng hàm l ng c ch t cao h ơn theo b c dinh d ng và th i gian sinh s ng. Nh th , thông qua l i th c ph m ch t c c phóng i lên và ng i ta th ng g i quá trình này là s khuy ch i sinh h c c a ch t c trong c ơ th sinh v t. Vy, s khuy ch i sinh h c c a ch t c là s lan truy n ch t c qua th c n trong h sinh thái. 7
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường Hg 2+ CH Hg + 3 Sinh v t trôi n i Sâu b Cá nh Chim Cá l n Ng i Hình 6 . S lan truy n th y ngân theo m c xích th c n Áp d ng khái ni m khuy ch i sinh h c c a ch t c trong c ơ th sinh v t ta có th lý gi i v nhi m c th y ngân v nh Minamata làm ch c ngàn ng i Nh t b n b nhi m c th y ngân qua vi c n các loài h i s n ánh b t t vinh Minamata có ngu n n c b ô nhi m do th y ngân t n c th i nhà máy hóa ch t vào v nh, h u qu trên 1000 ng i ch t trong vòng h ơn 10 n m (1958-1968). S bi n i và lan truy n c a th y ngân v nh Minamata c gi i thích nh sau: Nhà máy hóa ch t Minamata th i th y ngân vào v nh Minamata nh ng cá trong + vnh l i c c tìm th y có ch a CH 3Hg . Lý do là th y ngân ho c mu i c a nó có th c chuy n hóa thành methyl th y ngân b i vi khu n y m khí t ng h p metan trong n c. S chuy n hóa này c thúc y b i Co(III) ch a coenzym vitamin B 12 . Nhóm CH 3-liên k t v i Co(III) trong coenzym c chuy n v enzym b i methyl 2+ + coban amin t i Hg , t o thành CH 3Hg ho c (CH 3)2Hg. Môi tr ng axit thúc y s chuy n hóa c a dimethyl th y ngân thành methyl th y ngân tan trong n c. Chính methyl th y ngân ã tham gia vào dây chuy n th c ph m thông qua sinh v t trôi n i 3 và c t p trung cá v i n ng l n g p kho ng 10 l n ho c h ơn so v i lúc u. (hình 6). Quá trình khuy ch i sinh h c c a ch t c trong c ơ th sinh v t có ý ngh a quan tr ng trong vi c giám sát, qu n lý ch t c và nghiên c u c h c môi tr ng. Và qua s khuy ch i sinh h c, ta c ng hi u c vì sao ng i dân nhi u vùng không dùng hóa ch t b o v th c v t (BVTV)v n có kh n ng b nhi m c do hóa ch t BVTV n u n th c ph m (rau, cá th t) t vùng b phun thu c BVTV. 8
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường Chim n cá 3,15 - 75,5 Cá 0,17 - 2,07 Tôm c sên Trai (h n) Côn trùng 0,16 bùn 0,26 0,26 0,23 - 0,3 Mãnh h u Sinh v t Phiêu sinh Th c v t sinh h u sinh 0,03 vùng m 0,3 - 0,13 0,03 ly bi n Hình 8 :Dn xu t c a DDT (DDT + DDD + DDE: ppm) nh ng m c khác nhau theo dây chuy n th c ph m c a sông và các m l y m n qu n o Long, New York Ánh sáng m t tr i Th c v t b c th p Th c v t b c cao (vi t o ) (rau, c ) ng v t phù du ng v t n c ng v t nuôi Cá nh Cá l n Con ng i Hình 9: Mt dây chuy n th c ph m t ng quát 9
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường IV. S TÍCH L Y SINH H C C A CH T C 4.1. Tích l y sinh h c 4.1.1. nh ngh a: tích l y sinh h c (bioaccumulation) ch t c là m t quá trình tích t các nguyên t vi l ng, các ch t c vào trong c ơ th sinh v t thông qua vi c h p thu ch t c b i các sinh v t t môi tr ng xung quanh mà chúng sinh s ng. 4.1.2. Quá trình tích l y sinh h c ch t c Mc tích l y sinh h c c a ch t c ph thu c vào m t s các y u t sinh hóa sinh lý c a ch t c và c ơ th sinh v t. Chúng ta bi t r ng, s h p thu các kim lo i vi lng b i sinh v t tùy thu c vào t ng nhóm nguyên t , và nh ng nguyên t này có th phân lo i ra: nhóm nguyên t vi l ng c n thi t và nhóm không c n thi t. S khác bi t này ph thu c vào s tham gia c a các nguyên t trong h enzym ho c các h sinh hóa bên trong sinh v t. M t khác, ng i ta nh n bi t c các nhu c u sinh hóa và sinh lí i v i các nguyên t vi l ng ho c là c n thi t cho c ơ th ho c là nh ng ch t c. S tích l y sinh h c ch t c trong c ơ th sinh v t ph thu c vào nhi u y u t , trong ó quan tr ng nh t là kh n ng không tan và tan trong lipid c a các ch t c. xác l p tính ch t k th y (hydrophobicity) c a m t ch t c, ng i ta th ng d ng h s phân b n-octanol-nc (hay còn g i là h s Kow), h s này c bi u th b ng t s: nồng độ c ủa ch ất độ c trong pha lipid/n ồng độ c ủa ch ất độ c trong pha n ước. Nh th , n u h s này cao thì tính tan trong lipid c a ch t c càng l n. Ng i ta th ng s d ng n-octanol làm dung môi lipid vì c u trúc c a n-octanol có chu i cacbon gi ng ht v i chu i cacbon c a phospholipid, tuy v y, nhi u h dung môi khác c ng có th c dùng (chloroform/n c, ether/n c, d u olive/n c); hi n nhiên m i lo i dung môi u cho m t giá tr khác nhau c a h s Kow. Mt khác, ng i ta c ng ã tìm th y r ng s tích tích l y sinh h c c a ch t c còn liên quan n m t s y u t khác nhau sau: * C u trúc phân t c a ch t c Ng i ta ã tìm th y m i liên quan gi a vai trò c a c u trúc c a h p ch t h u cơ v i s tích l y sinh h c ch t c. Ví d in hình hình nh t là s liên quan n kh nng tích l y sinh h c khác nhau c a c u t PCB. H p ch t này th hi n c hai tr ng h p là s l ng nguyên t Clor và v trí c a Clor trong vòng biphenyl, c hai yu t này nh h ng n s tích l y sinh h c c a PCB trong c ơ th sinh v t. * Hàm l ng ch t béo (lipid) có ch a trong c ơ th sinh v t Tính ch t lý hóa t nhiên c a quá trình tích l y sinh h c trong sinh v t th hi n nhi u khía c nh khác nhau trong m ng l i h p thu các h p ch t clo h u c ơ b i các sinh v t. Y u t quan tr ng nh t tác ng n m ng l i h p thu các ch t clo h u c ơ bi các sinh v t là hàm l ng ch t béo (lipid) có ch a trong c ơ th sinh v t. Hàm lng lipid trong c ơ th sinh v t không gi ng nhau gi a các loài, gi a các cá th , trong 10
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường các mô, vì th mu n bi t c s tích l y h p ch t clo trong sinh v t c n ph i xác nh hàm l ng lipid trong chúng. Ví d : các loài cá khác nhau thì t ng l ng lipid ch a trong cá c ng khác nhau t 1% n 20%, và s tích l y các ch t c h u c ơ clo trong m c ng t ng theo t l hàm l ng lipid. Nhi u nghiên c u ã minh ch ng r ng s tích l y các h p ch t clo h u c ơ (organochlorine) trong các mô m c a nhi u lo i ng v t có liên quan n l ng m trong cơ th chúng. Bng 1 : Nng ∑ DDT (mg/kg) trên tr ng l ng t và m t trong 6 c ơ quan khác nhau c a c ơ th cá voi. Các ch tiêu M cá voi Gan Óc Cơ b p Lá lách Th n ∑ DDT (tr ng l ng t) 3,8 0,58 0,02 0,56 0,12 0,04 % m 67 13,2 8,3 6,1 5,1 1,4 ∑ DDT (tr ng l ng m ) 5,6 4,8 0,27 9,2 2,4 2,9 T k t qu trên, ta nh n th y r ng, m c nhi m DDT ph thu c vào l ng m trong các mô, riêng m c nhi m DDT trong óc là th p nh t mc dù l ng m ca óc không th p. ây là do tính tr i c a phospholipid trong các mô óc. * Y u t tu i và gi i tính Hp ch t clo h u c ơ xâm nh p tích l y trong sinh v t còn ph thu c vào tu i và gi i tính khác nhau trong các cá th . Ch ng h n nh : khi ch t clo h u c ơ c truy n t bò m sang bê con ngay t trong bào thai và khi bê con c sinh ra thì nó l i c truy n thêm m t l ng clo h u c ơ t s a bò m ; i v i loài cá, các nhà nghiên c u cng th y r ng hàm l ng lipid t ng lên theo chi u dài ho c tu i c a con cá; trong m t vài tr ng h p l ng lipid t ng theo s sinh nhi u; ng th i ng i ta c ng cho bi t nh ng ng v t gi ng cái không th bài ti t h p ch t clo h u c ơ 4.2. S xâm nh p c a ch t c vào c th sinh v t Các ch t c xâm nh p vào c ơ th sinh v t b ng nhi u con ng khác nhau tùy thu c vào t ng nhóm loài sinh v t. 4.2.1. i v i th c v t Ch t c có th xâm nh p vào c ơ th th c v t b ng cách th ng hay ch ng, iu này có ngh a là th c v t ch u nh h ng tr c ti p hay gián ti p c a ch t c. Các ch t c xâm nh p vào c ơ th th c v t qua quá trình l y các dinh d ng, mu i khoáng t b r , t c ơ quan h p thu, sinh s n, d tr nh lá-hoa-qu , m t s ch t có th th m th u tr c ti p qua màng t bào khi ti p xúc v i ch t c. Ví d : DDT xâm nh p vào c ơ th th c v t b ng con ng ti p xúc, h p thu qua lá - hoa - qu . M t ph n khác chúng c chuy n vào t b r thông qua quá trình hút các ch t dinh d ng và mu i khoáng. 4.2.2. i v i ng v t 11
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường Ch t c xâm nh p vào c ơ th ng vt qua các con ng sau: + ng hô h p + ng da + ng tu n hoàn + ng tiêu hóa + ng th n kinh + Qua các c ơ quan d b t n th ơ ng, nh y c m v i c ch t. 4.2.3. i v i ng i Quá trình xâm nh p c a ch t c vào c ơ th ng i t ba con ng chính là: hô hp, tiêu hóa và th m qua da + ng tiêu hóa Ch t c có th xâm nh p vào c ơ th qua ng tiêu hóa: do n u ng không hp v sinh. Các ch t c có trong th c n, n c u ng vào ng tiêu hóa qua mi ng vào d dày, ru t non, gan, qua ng tu n hoàn, n các ph t ng và gây nhi m c + ng hô h p ây là con ng xâm nh p quan trong nh t và luôn x y ra do con ng i luôn ph i th hít Th ng kê th y r ng, 95% nhi m c ngh nghi p là qua ng hô h p. 2 2 Ph i ng i có có di n tích trao i khí là 90 m , trong ó 70 m là c a ph nang. M ng 2 3 li mao m ch có di n tích là 140 m . Th tích hô h p khí c a ng i l n là 20 m /ngày 3 và tr em là 5 m /ngày. Máu qua ph i nhanh và thu n l i cho s xâm nh p c a ch t c. Chúng i vào m i, qua h ng, khí qu n, vào ph i. ây, có nh ng m ch máu nh li ti, màng nh y là n ơi di n ra quá trình trao i khí; các ch t c t ây i vào máu. Máu tu n hoàn nhanh, trong 2-3 giây, s a n các c ơ quan nh não, gan, th n, m t. Ch t bài ti t qua s a m , tuy n m hôi, sinh d c. Ch t khí c theo con ng này, -3 -3 mt ph n b gi l i m i (h t > 10 mm). Nh ng h t có ng kính t 1-5.10 mm -3 vào ph qu n, ph nang; nh ng h t < 10 mm i th ng vào ph nang. Nh trên ã trình bày, toàn b ph nang ph i có m t l ng l i mao m ch dày c làm cho ch t c khuy ch tán nhanh vào trong máu, không qua gan gi i c m t ph n nh h tiêu hóa mà qua ngay tim i n các ph t ng, c bi t n h th n kinh trung ơ ng. Do ó có th nói, c ch t vào trong c ơ th theo con ng hô h p nhanh g n nh ti n th ng vào t nh m ch. + ng da Da có vai trò b o v ch ng các y u t hóa h c, lý h c và sinh h c. M t s hóa ch t có áp l c l n v i l p m d i da, i qua l p th ng bì và mô bì r i i vào h tu n hoàn và gây nhi m c cho c ơ th . Các hóa ch t ó là x ng, nicotin, các d n xu t nitro và amin th ơm, các dung môi có ch a clo, thu c tr sâu photpho và clo h u c ơ. Nhi m qua da càng d dàng khi da b t n th ơ ng. Nhi m c qua niêm m c càng nguy 12
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường hi m h ơn vì niêm m c có các mao m ch dày c nh niêm m c m t chúng h p thu d dàng m t s ch t c và nh y c m v i m t s ch t kích thích. Kh n ng xâm nh p qua da ph thu c vào: - dày c a da - S c t da - Mao m ch d i da - Th i ti t: nóng nhi m c nhanh h ơn - m da: m hôi nhi u d nhi m c ch t tan trong n c - B ph n c ơ th : da s h p thu nhanh h ơn da lòng bàn tay, bàn chân. 4.3. Tác ng, tích l y và bi n i c a ch t c trong c th ng i. 4.3.1. Các d ng tác ng c a ch t c lên c th * Tác ng c c b : - C ơ quan ho c b ph n ch u tác ng là ng hô h p, da, tiêu hóa, m t. - Hi n t ng x y ra t i im ti p xúc v i các ch t c có ho t tính hóa h c và nng l ng b m t cao - Quá trình tác ng tr i qua ba giai do n: kích thích, phù th ng và viêm, tr ng hp n ng x y ra ho i t . * Tác ng toàn thân - Ch t c vào máu c phân b trong c ơ th , có th tác ng trên m t ho c nhi u c ơ quan hay t ch c - Tác ng c có th là s ơ c p, c p 2 ho c c p 3, kích thích ho c c ch - T n th ơ ng có th ph c h i ho c không phc h i - Ti p xúc ng th i v i nhi u ch t c có th tác ng h p ng ho c i kháng, có khi là tác ng c ng h ng - Ti p xúc v i ch t c m t th i gian lâu, có th x y ra các bi n ch ng ho c các hi ch ng nhi m c, bi u hi n các tác ng c trên các mô, các t ch c và các c ơ quan, t c là m c t bào phân t * Tác ng ch n l c ây là tác ng c a các ch t c lên c ơ quan riêng bi t. Các tác ng ó ph thu c vào các y u t sau: - d n truy n c a các c ơ quan (l u l ng máu qua c ơ quan) kéo theo n ng ch t c t ng lên vào c ơ th . - C u t o hóa h c c a các c ơ quan - Tình tr ng riêng c a ng v n chuy n ch t c - Các c im sinh hóa h c c a các c ơ quan b tác ng. Ch ng h n, c ơ quan có kh n ng chuy n hóa ch t c thành ch t không c ho c thành ch t c h ơn. 4.3.2. Tác ng c a hai hay nhi u ch t c ho t ng ng th i 13
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường S tác ng này có th di n ra nh sau: * S c ng tác ng: Tơ ng ơ ng v i tác ng t ng c ng k t h p c a t ng ch t riêng l c g i là s c ng tác ng. C ơ ch c a t ơ ng tác này có th gi ng nhau hay khác nhau. Ví d : A + B → ph n ng 1 + 3 = 4, khi có hai lo i thu c tr sâu phosphor h u c ơ ho t ng ng th i thì chúng s nh h ng n s c ch enzym cholinesteraza * S c ng h ng Ln h ơn tác ng t ng c ng k t h p c a t ng tác ng c a t ng ch t riêng l và c g i là s c ng h ng. C ơ ch c a s t ơ ng tác này có th gi ng nhau hay khác nhau. Ví d : A + B → ph n ng 1 +1 = 5. S c ng h ng x y ra khi c hai ch t cùng tác ng lên cùng m t b ph n hay m t h th ng. Ví d A + B → phan r ng 1 + 3 = 10, ethanol t ng c ng c tính gây viêm gan c a CCl 4 hay chloroform .S ti m n khi mt hóa ch t không nh h ng lên m t h th ng d c bi t nào nh ng s có m t c a nó tng c ng ho t ng c a m t s ch t khác lên h th ng dó. Ví d A + B → ph n ng 0 + 3 = 5 ;isopropyl ancohol (CH 3CH 2CH 2OH) t ng c ng c tính gây viêm gan ca CCl 4. * Tác ng tri t tiêu - Ít h ơn tác ng t ng c ng nh ng hi u ng lai th p h ơn so v i tác ng c a tng ch t riêng l , c g i là tác ng tri t tiêu nhau . Tác ng tri t tiêu xu t hi n khi có m t m t hóa ch t c n tr ho t ng c a các ch t khác. Khi nh h ng t ng c ng ca hai ch t hay nhi u ch t này it h ơn k t qu t ng c ng c a t ng ch t A + B → ph n ng: 1 + 3 = 2 hay 1 + 3 = 0. Tác ng tri t tiêu v ch c n ng ho t ng hay sinh lý,hóa h c , c tính sinh lý hay hóa lý, d c lý. S tri t tiêu thu c v ch c n ng hay sinh lý x y ra khi hay hai nhièu ch t t o ra các tác ng trái ng c nhau trên cùng m t h th ng, gây ra s trung hòa các tác ng (vi d thu c gi m au dùng ki m soát s co gi t) hay trên các h th ng khác nhau t o ra các nh h ng sinh lý, hóa h c ch ng li nhau (ví d nh ch t histamine làm gi m huy t áp còn ch t norepinephrine làm tng huy t áp) khi các ch t này có m t ng th i. 4.3.2. S v n chuy n, phân b và tích l y ch t c trong c th * S v n chuy n: các ch t c i vào tu n hoàn máu b ng nhi u ki u tùy theo cách v n chuy n: - Các khí và h ơi, v m t v n chuy n, hòa tan trong huy t t ơ ng - các khí g n v i huy t c u t - Các ch t c c h p th trên b m t h ng c u ho c g n v i các thành ph n ca h ng c u - Các ch t c c v n chuy n m t ph n b i h ng c u, m t ph n b i các thành ph n khác c a huy t t ơ ng 14
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường - Các ch t in gi i d i d ng ion trong huy t t ơ ng - Các ch t c th y phân thì t o thành ch t keo trong máu Sau khi c v n chuy n, các ch t c ti p xúc v i các t bào khác nhau c a các t ch c và c ơ quan. Tính ch t lý hóa h c c a ch t c và tính ch t c a các t ch c vi nhi u y u t khác nh h ng t i s phân b và tích l y c a các ch t c trong nhi u vùng c ơ th . * S phân b - Các ch t hòa tan trong các d ch c ơ th : phân b khá ng u trên toàn c ơ th , + + + nh các cation hóa tr I (Na , K , Li ), m t s nguyên t hóa tr V, VI, VII các anion - - - Cl , Br , F , r u ethylic. - Các ch t tích l y ph n l n trong gan và m t s c ơ quan khác nh : các cation hóa tr III, IV c a lanthanum, cerium, thorium ho c các ch t th y phân ho c các ch t keo - Các ch t c trú trong x ơ ng: ó là nh ng ch t có bi u hi n ái l c v i các mô xơ ng, g i là nguyên t h ng x ơ ng. ó là các cation hóa tr II c a Ca, Ba, St, Ra, Be và nhóm các anion F. - Các ch t c trú trong các c ơ quan c hi u: các ch t c c ng có ái l c v i mt s c ơ quan, chúng tích l y l n trong các c ơ quan ó, nh : iodine trong tuy n t y, uranium trong th n, digitaline trong tim. - Các ch t c trú trong các mô m , mô béo: ó là các ch t hòa tan trong m , chúng có ái l c v i mô m , mô béo. ó là các dung môi h u c ơ, các khí tr ơ, các h p ch t chlor h u c ơ (các ch t tr sâu DDT, HCH, 666), các thu c ng c trú t bào th n kinh, gan, th n. 4.3.3. S khu trú ch t c trong c th Sau khi vào c ơ th , ch t c l u thông trong máu, b ch huy t, n các t ch c và ph t ng. Trong ph n l n tr ng h p, có s khu trú ch n l c: s khu trú này ít nhi u ph thu c vào ái l c r t c hi u c a t ng lo i ch t c và c a t ng lo i t ch c ca c ơ th . * S khu trú c a m t s ch t c - Do kh n ng hòa tan trong n c, ethanol có th c gi l i trong toàn b các ph t ng. - Các ch t hòa tan trong m nh nh các dung môi, các hóa ch t tr sâu chlor hu c ơ tích l y các t ch c giàu m c ng nh th n kinh trung ơ ng, gan, th n - Do m t s tính ch t hóa h c, ion fluor có kh n ng t o thành fluor calci không hòa tan và các ph c h p fluorophosphocalci c nh x ơ ng, r ng. - Các kim lo i n ng (nh Pb, Hg, Cd ) tác d ng lên nhóm thiol, c ch ho t tính các enzym và tích ch a lông, tóc, móng 15
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường - Ph n l n các ch t gây ung th tác d ng lên axit nucleic, các protein tr c ti p ho c sau khi ho t hóa s chuy n hóa. - Ben zen khu trú ch n l c t y x ơ ng, methanol tích l y võng m c. * M t s c ơ quan t ch c khu trú - Gan là m t c ơ quan quan tr ng, là n ơi các ch t c b gi l i, chuy n hóa và bi n i. Ph n l n các ion vô c ơ ng l i gan, vì th ng i ta th ng tìm th y nhi u ch t c m t r i th i ra theo ng tiêu hóa. - Máu là m t th không thu n nh t, m t s ion kim lo i nh th y ngân, ng, d c gi l i huy t t ơ ng d i d ng h p ch t protein. Các ion khác (nh chì) h u nh tích l y trong h ng c u. i v i các ch t h u c ơ, nhi u ch t k t h p v i protein huy t t ơ ng, song có ch t t p trung h ng c u nh asen. - H th ng niêm võng n i m c có kh n ng gi ch t c, các h t b i silic t n ng t ch c gian bào ph i 4.4. S chuy n hóa sinh h c D bài ti t Kh ho t hóa (t ng phân c c, t ng tính ái th y) Gi m c tính Ch t c Khó bài ti t Ho t hpóa (gi m phân c c, t ng tính ái lipid) Tng c tính Hình 10: Quá trình chuy n hóa sinh h c trong c ơ th sinh v t Ch t c tác ng gây bi n i s chuy n hóa c a c ơ th và ng c l i, c ơ th cng tác ng làm bi n i ch t c, nh t là ch t c h u c ơ. Thông th ng các ch t chuy n hóa m i sinh ra ho c không còn c tính ho c có c tính th p h ơn ban u (vì xu h ơ ng chung c a s chuy n hóa là t o ra ch t có tính ái lipid kém h ơn, và tính ái th y cao h ơn, do ó khó th m vào màng t bào và d b bài ti t). Qúa trình này g i là "kh ho t hóa sinh h c" c a ch t c Ngoài ra, có mt s ít ch t thì trãi qua quá trình chuy n hóa c tính l i t ng cao, nguy h m h ơn 16
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường (nh parathion có th chuy n thành paraoxon có c tính cao h ơn). Quá trình này g i là"ho t hóa sinh h c" (bioactivation). (hình10) Các quá trình chuy n hóa và bi n i sinh hóa c a c ch t trong c ơ th r t a dng nh oxi hóa-kh , th y phân, di chuy n nguyên t , methyl hóa, liên k t 4.5. S bi n i sinh h c (biotransformation) S bi n i sinh h c c a vi c tích l y các ch t c là m t v n quan tr ng và cn c xem xét th i gian các ch t c ó c trú trong c ơ th sinh v t. Các kim lo i nng có th bi n i sinh h c theo m t vài h ng, trong ó ph n ng methyl hóa (biomethylation) th ng x y ra i v i m t s kim lo i n ng, quá trình methyl hóa nh ng kim lo i n ng (asen, th y ngân, selen, chì, thi t, thallium ) th ng x y ra trong môi tr ng n c v i s tham gia c a các vi sinh v t. Các kim lo i n ng sau khi c methyl hóa thì d dàng h p thu và tích l y trong c ơ th sinh v t h ơn là khi chúng dng ion vô c ơ. Các ví d in hình d i ây cho th y s tham gia c a các nguyên t kim lo i nng này v i v i các ch t h u c ơ t o ra nh ng h p ch t c ơ kim (organo-metalic compound) nh arsenic (As) và th y ngân (Hg). + i v i asenic: enzym óng vai trò trong quá trình methyl hóa là S-adenosyl methyionine. S bi n i sinh h c c a asenic x y ra trong môi tr ng n c c nêu trong s ơ hình 11. bio log icalreduct ion 2+ + + (CH 3)3As ← (CH 3)AsO ←→ (CH 3)As + CH 3 (CH 3)4As + + CH 3 (CH 3)3AsCH 2CH 2COOH reduction (CH 3)AsH ← (CH 3)2AsO(OH) + + CH 3 reduction (CH 3)AsH 2 ← CH 3As(OH) 2 + + CH 3 Oxidation 0 2- As HAsO 2 +S As 2S3↓ AsH 3 H3AsO 4 Hình 11 : S bi n i sinh h c c a asenic trong môi tr ng n c. + i v i th y ngân: Th y ngân ho c mu i c a nó có th c bi n i thành methyl th y ngân, s methyl hóa này do vi khu n y m khí m nh n. S bi n i này c thúc y b i Cobalt có trong vitamin B 12. Nhóm CH 3 liên k t v i Co(III) trong 17
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường 2+ + coenzym c chuy n v enzym b i methyl cobalamin t i Hg , t o thành CH 3Hg và (CH 3)2Hg: 2+ + Hg CH 3Hg (CH 3)2Hg Môi tr ng axit thúc y s bi n i c a dimethyl th y ngân thành methyl th y ngân tan trong n c. S bi n i c a th y ngân trong môi tr ng c trình bày hình 12. Bacterial photolysis - (CH 3)2Hg + OH CH 3HgOH (Methyl h 2- o cobalamin) + S (CH 3Hg) 2S Hg + + CH 3 h + CH 3Hg h - (Methyl + RS CH 3HgSR cobalamin) Bacterial + + CH 3 photolysis Hg 2+ S 2- Hg 2+ RS - - HgS o Hg (RS) 2Hg H + OH - Hg o Hình 12 : Sơ trình bày s bi n i c a th y ngân trong môi tr ng 4.6. Các sinh v t ph n ng l i v i c ch t kim lo i n ng Khi hàm l ng các nguyên t vi và a l ng trong c ơ th th c v t qua cao s gây c tính sinh lý, sinh hóa cho cây , ng i ta ã a ra m t s c ơ ch tác ng gây c c a kim lo i n ng nh sau: - Làm bi n i tính th m c a màng nh y t bào, g m có các tác nhân: Ag, Au, Br, Cd, Cu, Fe, Hg, I, Pb, UO 2. + + + - Gây nên ph n ng sulfurhydryl (-SH) v i các cation: Ag , Hg , Pb . - C ch tranh v trí trong quá trình trao i ch t v i các h p ch t a l ng trong sinh v t b i các cation: As, Sb, Se, Te, W, Fe. - H p th nhóm h p ch t phosphate và nhóm ho t hóa ADP và ATP gây nên bi các nguyên t : Al, Be, Y, La, và có th là toàn b kim lo i n ng. - Chim ch các ion a l ng gây nên b i ch y u các cation: Cr, Li, Pb, Se, Sr. - Chi m ch các nhóm dinh d ng thi t y u nh là phosphate và nitrat trong t bào b i các mu i: arsenat, fluorat, borat, brromat, selenat 18
Bài gi ng c h c môi tr ng: Bi ến đổ i và v ận chuy ển ch ất độ c trong môi tr ường - S liên quan gi a c tính c a các kim lo i n ng khác nhau i v i th c v t là rt khác nhau, ph thu c vào h gen và c tính c a t ng kim lo i n ng. Khi hàm lng kim lo i n ng trong c ơ th sinh v t v t quá m c cho phép, chúng không ph i là nguyên t vi l ng n a mà là nguyên t c cho thc v t và vi sinh v t. Ví d nh Hg, Cu, Pb, Cd và c ng có th là Ag, Be, và Sn. Có nh ng lo i th c v t có tính ch i ng vi s tích l y cao c a c ch t kim lo i n ng. Bên c nh ó, có nh ng th c v t r t nh y c m v i c ch t kim lo i n ng, ng i ta cho bi t n ng d c a Zn, Cu, Ni và Cd trong bùn c ng rãnh u là c ch t cây chè, rau di p cá, c cà r , c c i ng, ngô, mc dù chúng ch i ng c nhi u ch t kim lo i n ng khác. Cơ ch ch i ng c ch t kim lo i n ng c a th c v t g m nh ng kh n ng sau: - H p thu có ch n l c các ion - Gi m tính th m c a màng nh y và thay i ch c n ng màng nh y t bào - Có kh n ng c nh các c ch t d ng ion, trong r , trong lá, trong h t. - Có kh n ng chuy n i tính ch t c a ch t c b i quá trình l ng t trong các ph n ng c nh hay k t t a v i các kim lo i n ng - Thay i ph ơ ng th c trao i ch t, t ng ho t tính h th ng enzym gi m thi u quá trình gây c. - Làm gi m b t s t p trung c a các ion kim lo i c b ng c ơ ch c bi t c a các cành lá: r ng b t lá ho c b i d n truy n và s bài ti t c a r . - Tính thích ng là ki u c tr ng c a m i loài th c v t v i nh ng kim lo i nng khác nhau, tuy v y, nó không v t kh i m c gi i h n nh t nh khi n ng kim la i n ng trong t quá l n. Bng 2 : Kh n ng tích l y c a các kim lo i n ng trong m t s th c v t TT Kim lo i n ng Các th c v t tích l y cao Các th c v t tích l y th p 1 Cd Bp c i, c n tây, rau di p cá Khoai tây, ngô, u xanh 2 Pb Ci xanh, lúa m ch en, c n tây Lúa m ch tr ng, khoai tây, ngô 3 Cu C c i ng, lúa m ch tr ng Ti, b p c i, hành 4 Ni C c i ng, lúa m ch en Ngô, t i, hành, lúa m ch tr ng 5 Zn C c i ng, xoài, th ơm Khoai tây, cà chua, t i, hành 19
Bài gi ng c h c môi tr ng : Độc tính và đánh giá độc tính Ch ơ ng 4 C TÍNH VÀ ÁNH GIÁ C TÍNH Mục tiêu h ọc t ập: 1. Trình bày khái ni ệm và phân lo ại độ c tính 2. Trình bày ph ươ ng pháp đánh giá và th ử nghi ệm độ c tính 3. Trình bày ph ươ ng pháp QSAR d ự đoán độ c tính hóa ch ất NI DUNG 1. c tính và th nghi m c tính 1.1. Khái ni m v c tính và phân lo i c tính (toxicity) là thu t ng dùng mô t nh ng tác ng x u c a ch t c lên c th sinh v t. Tùy thu c vào m c c a c tính, ch t c có th gây ch t, ho c gây tác h i lên t ng c quan c a c th . c tính là m t khái ni m nh l ưng. H u nh ư b t kì m t ch t nào u gây tác h i t i m t li u (dose) nào ó và t i cùng m t th i im. Biên gây hi u ng c c a m t ch t c dao ng r t l n: t li u gây hi u ng c mãn tính n li u gây ch t t c kh c. 1.1.1. c tính c p (acute toxicity) : thu t ng này bi u th s tác ng x u hay s t vong c a sinh v t ngay sau khi ti p xúc v i ch t c. c tính c p x y ra do ti p xúc v i n ho c a y u t trong ph m vi m t th i gian ng n ( ≤ 24 gi ) và tác ng c p tính là tác ng x y ra trong vòng m t vài ngày ho c th m chí mt vài gi u tiên sau khi ti p xúc v i ch t c, thông th ưng th i gian gây c tính c p ph i ít h n hai tu n.M t khác, vì nh ng tác ng mãn tính ch xu t hi n sau khi ti p xúc l p l i v i m t ch t c: trong nhi u tr ưng h p c n ph i ti p xúc liên t c hàng tháng v i ch t c. Trong khi ó, tác nhân gây c tính c p ưc h p thu nhanh chóng vào c th và s n sinh ngay l p t c các hi u ng c cho c th , song c ng có tr ưng h p, ti p xúc c p tính b suy gi m c tính. * Th nghi m c tính c p (acute toxicity test): Th nghi m thông th ưng nh t c a c tính c p là th thi m LC50 và LD50: ưc thi t k o lưng s t vong i v i nh ng áp ng c a m t ch n th ư ng c tính c p. Nh ng lo i th nghi m khác c a c tính c p bao g m: th nghi m kích thích da, th nghi m tính nh y c m c a da, th nghi m kích thích m t, photoallergy, phototoxicity * c tính bán c p (subacute toxicity) : là tác ng gây tác h i c th ng v t n u hàng ngày hóa ch t ưa vào c th trong kho ng th i gian < 10% th i gian s ng c a ng v t thí nghi m. 1.1.2. c tính mãn (chronic toxicity) : Thu t ng này ưc s d ng mô t nh ng hi u ng x u xu t hi n sau m t th i gian dài ti p xúc v i nh ng l ưng 1
Bài gi ng c h c môi tr ng : Độc tính và đánh giá độc tính nh ch t c. Liu ti p xúc v i ch t c là nh không gây tác ng c p tính và th i gian là y u t có ý ngh a cho vi c mong ch i s ng bình th ưng ca sinh v t. Ph n l n bi u hi n nghiêm tr ng nh t c a c tính mãn là gây ung th ư, tuy nhiên nh ng bi u hi n khác c a c tính mãn c ng ưc bi t, ví d nh ư tác ng n s sinh s n và hành vi. * Th nghi m c tính mãn (chronic toxicity test): Th nghi m mãn tính là lo i th nghi m mà th i gian nghiên c u kéo dài sao cho l n h n i s ng ca ng v t thí nghi m, trong m t vài tr ưng h p th ưng l n h n m t th h . Nh ng th nghi m quan trong nh t c a lo i th nghi m này là th nghi m gây ung th ư, quái thai, d t t b m sinh 1.1.3. c tính bán mãn (subchronic toxicity) : c tính này là do ti p xúc mãn tính và c ti p di n cho n khi ti p xúc nhi u ch t c mà không gây ra b t k mt ch ng c nào c a c tính c p, vì th i gian ti p xúc ưc dàn tr i nh ưng không quá dài t o ra m t ph n có ý ngh a c a i s ng sinh v t qua vi c ti p xúc v i ch t c. i v i th nghi m c tính bán mãn tính ng ưi ta s d ng ng v t có vú kh o nghi m v i th i gian ti p xúc t 30-90 ngày là thích h p. * Th nghi m c tính bán mãn (subchronic toxicity test) : vi c kh o sát nh ng th nghi m bán mãn c a c tính ưc th c hi n b ng cách l p l i nh ng li u gây c trên ng v t thí nghi m m t th i gian kéo dài nh ưng không quá dài có th gây ra nh ng tác ng c p ho c bán c p trên ng v t thí nghi m. Thông th ưng, nh ng th nghi m bán mãn tính ưc th c hi n trên chó ho c th v i th i gan nghiên c u: 90 ngày khi ch t c ưc truy n qua ưng mi ng, 30 ngày khi ch t c truy n qua ưng da, và t 30 n 90 ngày khi truy n qua ưng hít th . Nh ng th nghi m nh ư trên s cung c p thông tin thi t yu tính toán li u gây c cho vi c xác nh n ng gây bán mãn tính c a mt lo i ch t c. ng th i nh ng th nghi m bán mãn tính c ng ưc s d ng làm c n c cho vi c xác nh "m c gây hi u ng x u không quan sát ưc" (no- observed adverse effect level: NOAEL) c a ch t c: giá tr này th ưng ưc nh ngh a là n ng cao nh t c a ch t c mà không gây b t k hi u ng x u nào có th phát hi n ưc - ngh a là nh ng hi u ng x u quan sát ưc i v i nh ng li u cao nh t. NOAEL c ng th ưng ưc dùng tính toán trong vi c ánh giá nguy c . Th nghi m bán mãn tính c ng h u ích trong vi c cung c p thông tin gây hi u ng c a ch t c trên các c quan c a c th ; và th nghi m này c ng ưc dùng ánh giá s tích l y sinh h c c a ch t c. 1.2. Th nghi m c tính Th nghi m c tính liên quan n vi c s d ng sinh v t l ưng giá hi u ng c c a m t ch t c. Th nghi m c tính ưc phân nh nh ư sau: "th nghi m trong c th " (in vivo test) liên quan n hi u ng gây c c p 2
Bài gi ng c h c môi tr ng : Độc tính và đánh giá độc tính (acute), bán mãn tính (subchronic) hay mãn tính (chronic), và "th nghi m bên ngoài c th " (in vitro test) liên quan n hi u ng gây tác h i lên v t li u di truy n (genotoxicity) c a t bào s ng: DNA. ánh giá c tính (toxicity assessment) là s xác nh kh n ng c a b t k mt ch t nào ó gây hi u ng c. ây là m t ánh giá nh l ưng phân nh c tính c a t ng lo i hóa ch t c. iu này liên quan n lu t pháp c a t ng nưc trong vi c: s n xu t, v n chuy n, l ưu hành, tiêu dùng, qu n lý ch t th i Hu h t các th nghi m c tính ưc th c hi n trên ng v t thí nghi m, có nhi u m c tiêu c n th c hi n lo i tr kh n ng gây r i ro cho con ng ưi. iu này là c n thi t, vì ki n th c c a chúng ta v "t ư ng quan ho t tính c u trúc nh l ưng" (QSAR: quantitative structure-activity relationships) không cho phép ngo i suy chính xác i v i nh ng h p ch t m i. Thông tin v th nghi m c tính trên con ng ưi là r t khó t ưc v m t th c nghi m vì lý do o c, tuy nhiên nó r t c n thi t bi t ưc các hi u ng c nh ư: tính kích thích, nôn ma, d ng, tác ng lên ch c n ng não b Trong m t vài tr ưng h p nh ng thông tin này có th thu th p t các tr ưng h p nhi m c ngh nghi p. Mc dù vi c ngo i suy t ng v t thí nghi m sang ng ưi th ưng có nhi u im khác bi t nhau nh ư: con ưng bi n d ưng, h p thu, cách th c tác ng nh ưng ti n trình th nghi m c tính trên ng v t thí nghi m là thu n ti n vì nhi u lý do nh ư: có th xác nh th t ng di truy n, d dàng trong vi c ki m soát s ph i nhi m, ki m soát ưc th i gian ph i nhi m và có th kh o sát chi ti t t t c các mô qua vi c m t thi. Các ph ư ng pháp th nghi m c tính ưc nêu tóm t t trong b ng 1 Bng 1 . Tóm t ắt nh ững th ử nghi ệm độ c tính 1. Nh ng tính ch t v t lý và hóa h c 2. S ph i nhi m và s ph n môi tr ưng A. Nghiên c u s suy bi n; th y phân, suy bi n quang h p B. Suy bi n trong t, n ưc d ưi nhi u iu ki n khác nhau. C. S di chuy n và hao mòn trong t, n ưc, không khí D. S tích l y trong th c v t, ng v t th y sinh, ng v t hoang d i s ng trên c n, th c ph m t th c v t và ng v t 3. Th nghi m in vivo A. C p tính - LD50 và LC50: ưng mi ng, ưng da, ưng hít th - Kích thích m t - Kích thích da - Nh y c m hóa da B. Bán mãn tính (subchronic) 3