Công nghệ môi trường - Chương 1: Đại cương về độc học và độc học môi trường

242 trang vanle 1630

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Công nghệ môi trường - Chương 1: 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_1_dai_cuong_ve_doc_hoc_va_doc_ho.pdf

Nội dung text: Công nghệ môi trường - Chương 1: 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− H2S, CH4, 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/m2 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 m3 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%N2, 20.95%O2, 0.93% Ar, 0.03% 3
CO2, 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, CuSO4, 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: CH3 Cl<CH2Cl2<CHCl3<CCl4. Hîp chÊt amin, notro cña benzen cµng ®éc khi gèc NH2 vµ NO2 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/T1 + C2/T2 + C3 /T3 + < 1 Trong ®ã: C1, C2, C3 lµ nång ®é tõng chÊt trong m«i tr−êng T1, T2, T3 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 1200oC 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 LD50 cña mçi lo¹i ®éc chÊt - LD50 chØ ®¸nh gi¸ tÝnh ®éc t−¬ng ®èi cña mét chÊt . VÝ dô, mét chÊt cã LD50 lµ 200ng/kg b.W, sÏ cã tÝnh ®éc b»ng mét nöa cña hãa chÊt cã LD50 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 SOx vµ NOx 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 Zn2+ vµ + ZnHCO3 (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, Al3+ sÏ liªn kÕt víi c¸c h¹t mang ®iÖn ©m nµy vµ sÏ l¾ng xuèng lµm gi¶m ®éc tÝnh cña Al3+ 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, HgCl2 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 (M2CrO4), 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− Hg2+ , Pb2+, vµ Cd2+ 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−-SCH3 Vµ -SH trong methionin vµ cystein amino axit, c¸c chÊt nµy lµ mét phÇn trong cÊu tróc cña enzym: SH S [Enzym] + Hg2+ [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 Cd2+ bao gåm adenozin triphotphataza, alcohol dehydrogennaza, amylaza, cacbonic anhydraza Pb2+ 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] +AsO3 [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- - AsO3 + HS-CH2-CH2-CH-(CH2)4-CO-Protein O-As-S-CH2 | Asenit + Dihydrolipoic axit-protein CH2 | S-CH-(CH2)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- CH2-OPO3 | H-C-OH 2- Photphat | CH2-OPO3 C=O ATP | | H-C-OH 2- OPO3 | 1,3 diphotpho glyxerat C=O | 2- CH2-OPO3 H | Glyxeraldehyt 3-photphat H-C-OH Asenat | C=O Anti ATP | 2- OAsO3 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 Cd2+ ®−îc tÝch tr÷, nã sÏ thÕ chç Zn2+ ë c¸c enzym quan träng vµ g©y ra rèi lo¹n trao ®æi chÊt. Cd2+ Tr−êng hîp dïng liÒu Tr−êng hîp dïng liÒu µ h»ng ngµy qua ®−êng h»ng ngµy qu¸ 50 g ¨n uång vµ h« hÊp qu¸ 500µg H« hÊp ¡n uèng 50µg Cd2+ tù do trong c¬ thÓ Liªn kÕt t¹o thµnh Metallothionein 1% dù tr÷ Trao ®æi víi ThËn trong thËn Zn2+ 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(CH3)4 vµ Pb(C2H5)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-(CH2)2-CO-COOH || delta-aminolevunilic axit (I) NH2 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 O2 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 Pb2+ vµ Cd2+ 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 Pb2+ . VÝ dô , chelat cña Canxi trong dung dÞch ®−îc dïng ®Ó gi¶i ®éc ch×. Pb2+ thÕ chç Ca2+ trong phøc chelat vµ kÕt qu¶ lµ phøc chelat Pb2+ ®−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+ - Hg2 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 Hg2 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 Hg2+ 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 CH3Hg (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 CH3Hg . ∗ 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 CH3Hg . 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+ Hg2 T¹o hîp chÊt Ýt tan víi clorua - ®é ®éc thÊp Hg2+ §éc nh−ng khã di chuyÓn qua mµng tÕ bµo (mµng sinh häc) + + RHg §é ®éc cao, th−êng ë d¹ng CH3Hg , 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. Hg2S 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 CH3- liªn kÕt víi Co (III) trong coenzym ®−îc chuyÓn vÞ enzym bëi coban amin tíi Hg2+ , + t¹o thµnh CH3Hg hoÆc (CH3)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 103 lµn hoÆc h¬n so víi lóc ®Çu. §iÒu nµy ®−îc chØ ra ë h×nh 5.3. Hg2+ 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 + CH3Hg ®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 = O2 Cacboxyhemoglobin lµ phøc bÒn do vËy mµ kÕt qu¶ lµ sù gi¶m kh¶ n¨ng t¶i O2 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 O2 trong lµnh, do ®ã mµ ph¶n øng ng−îc sÏ x¶y ⇔ COHb +O2 O2Hb + 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 (NOX) Nit¬ oxit NO Ýt ®éc h¬n so víi nit¬ dioxit NO2 . 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. NO2 ®éc h¹i h¬n víi søc kháe con ng−êi. HËu qu¶ cña nhiÔm ®éc NO2 ë c¸c møc nång ®é kh¸c nhau nªu ë b¶ng 2.4. ViÖc hÝt ph¶i NO2 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 NO2 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, NO2 láng ®−îc dïng lµm chÊt oxy hãa cho nhiªn liÖu N2H2 trong c¸c tªn löa. 23
C¬ chÕ hãa sinh gi¶i thÝch ®éc tÝnh cña NO2 vÉn ch−a râ rµng. Cã thÓ mét sè hÖ thèng enzym cña tÕ bµo dÔ dµng bÞ ph¸ hñy bëi NO2, 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 NO2 ë c¸c møc nång ®é kh¸c nhau víi søc kháe con ng−êi Nång ®é NO2 (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 SO2 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 SO2 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 SO2 vµ ®«i khi x¶y ra sù co th¾t thanh qu¶n khi bÞ nhiÔm ®éc ë nång dé SO2 lµ 5- 10 ppm. Nh÷ng triÖu chøng cña hiÖn t−îng nhÔm ®éc SO2 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 SO2 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÷ SO2 , 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 SO2 Pennsylvania 12.1952 London §¶o lén nhiÖt ®é, s−¬ng mï, dµy ®Æc, 1,3 ppm SO2 , Kho¶ng 3500-4000 ng−êi chÕt 01.1956 London 0,4 ppm SO2, 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 SO2 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 SO2 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. SO2 ®−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 SO2 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 SO2 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 SO2: ë nång ®é cao cña khÝ SO2 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 SO2 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. SO2 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 CH3-COO-O-NO2 (PAN) C¶ O3 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 O3 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 O3 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 O3vµ 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-C6H10O4 - O - C6H11O5 | NC = C (gèc gluco) + 2H2O HCN + 2C6H12O6 + 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 O2 ®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 O2 (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 O2 Fe(III)-oxit+H2O 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) NaNO2 hoÆc b»ng c¸ch ngöi amylnitrit. C¸c ph¶n øng lÇn l−ît lµ: - a)NO2 oxy hãa hemoglobin HbFe(II) thµnh methemoglobin HbFe(III), chÊt nµy kh«ng cã t¸c dông trong viÖc vËn chuyÓn O2 tíi c¸c m«: 26
HbFe(II) → HbFe(III) - NO2 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 S2O3 lo¹i bá ®−îc xyanua : 2- → - 2- HbFe(III) CN + S2O3 SCN + HbFe(III) + SO3 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 O2 vµ H2O 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
CH3  CH3 →  EOH + C=O EO C + HOCH2CH2N(CH3)3  O OCH2CH2N(CH3)3 enzym-axetyl cholin enzym axetylcholin axetylcholinesteraza CH3  EO C + H2O EOH + CH3COOH 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 CH3COOH 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 + H2O 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 + H2O 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 ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường Chng 3 S BIN I VÀ VN CHUYN CHT C TRONG MÔI TRƯNG Mục tiêu học tập 1. Mô t sơ bin i và vn chuyn cht c trong môi trng t nhiên, 2. Trình bày các yu t nh hng n s bin i, tn lu và vn chuyn cht c trong môi trng, 3. Trình bày s khuych i sinh hc cht c qua dây chuyn thc phm, 4. Trình bày s tích ly sinh hc ca cht c. I. S BIN I CA CHT C TRONG MÔI TRƯNG T NHIÊN Sau khi cht c xâm nhp vào môi trng, chúng s chu s tác ng và b chuyn hóa bi nhiu yu t t nhiên nh: ánh sáng, nhit , pH, nc, vi sinh vt hình thành các tác nhân gây c th cp, thng có c tính thp hơn cht c ban u. Khi cht c tip xúc vi cơ th sinh vt (cây c, ng vt hoc con ngui), cht c s gây tác ng sinh hc th hin qua vic hp thu phân b trong cơ th, chuyn hóa, tơng tác vi các thành phn sinh hóa nhy cm và có th gây bin i v sinh lý, sinh hóa và dn n gây bnh cho cơ th sinh vt. Ví d: tơng tác gia ru (etanol) vi cơ th ngi: C2H5OH Thành phn sinh hóa ca cơ th - Chuyn hóa: C2H5OH + O2 3 H2O + 2 CO2 - Tác ng: gây say ru. - Các i tng b tác ng: con ngi, ng vt có vú. Chuyn hóa Cht c Cơ th Tác ng Hình 1. Chu trình tơng tác gia cht c và cơ th sinh vt Khi cht c tơng tác vi h vô sinh (t, nc, vt liu ) cht c có th hp thu, phn ng vi các thành phn hóa hc ca vt liu và gây tác ng (rét r, n mòn ). 1
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường Nh th, con ng bin i và vn chuyn ca cht c trong môi trng t nhiên rt phc tp. Tuy nhiên iu này có th c th hin khái quát hóa qua sơ biu din trên hình 2. T ngun thi (cng thi, ng khói hoc t im xy ra s c du tràn ) cht c c phát tán vào môi trng. Khi tip xúc vi môi trng sinh vt, cht c va gây tác ng sinh hóa, sinh lý vi cơ th sinh vt ng thi cng b sinh vt hp thu, chuyn hóa làm suy gim nng , khi lng cht c. Tơng t nh vy, khi tip xúc vi các thành phn vô sinh cht c va gây tác ng n thành phn này va b thành phn vô sinh hp thu, phn ng, gây bin i cht c. Môi trng Môi trng bên ngoài trong cơ th Bài tit, Hp thu Tích ly Phân tán trong môi Nng Tơng tác Bin i Ngun trng vt lí trong cơ th vi receptor sinh hóa Suy gim do: -Thy phân Tác ng v -Quang phân Vn chuyn sinh lý, -Sinh vt sinh hóa bnh lý Pha tip xúc Pha kinetic Pha dynamic Hình 2. Sơ biu din s bin i và vn chuyn ca cht c trong môi trng 2
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường Thành Tác ng phn hu sinh hc sinh ca cht c Bin i và tác ng ca Ch t Di Tác nhân cht c Suy trong h c chuy n gây c gim sinh thái Thành Tác ng phn vô vt lí ca sinh cht c H sinh thái Tác ng môi trng Mi liên h trong h sinh thái và tác ng ca h sinh thái n cht c Bin i và tác ng ca cht c Hình 3. S bin i và tác ng ca cht c trong môi trng t nhiên II. CÁC YU T NH HƯNG N S BIN I, TN LƯU VÀ VN CHUYN CHT C TRONG MÔI TRƯNG Khi cht c c a vào môi trng, có nhiu yu t ca môi trng (ánh sáng, nhit , hơi m, nc, a hình, sinh vt ) nh hng n s bin i, tn lu và vn chuyn ca cht c trong môi trng. S bin ôi, vn chuyn cng nh tn 3
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường lu ca cht c trong môi trng còn ph thuc vào: bn cht hóa, lý ca cht c, nng ban u ca cht c, các yu t môi trng và nhy cm ca i tng tip nhn. Các c tính lý hóa sinh ca cht c là rt quan trng, bao gm cu trúc phân t, tính tan trong nc, áp sut bay hơi. Tính n nh ca s thy phân, quang phân, phân hy sinh hc, bc hơi, hp th, thông khí, s t làm sch bi các vi sinh vt và có s tham gia ca các cp môi trng (không khí-nc; trm tích bùn-nc ) cng cung cp nhng thông tin quan trng T l trung bình ca cht c trong ngun thi vào môi trng cng khá quan trng trong vic d oán nng cht c trong môi trng. Tuy nhiên t l trung bình ca ngun vào và tc x thi cao trong thi gian ngn do sn xut thì rt khó c tính nên có tính không chính xác cao Thông tin v nng cơ bn ca cht c và các sn phm bin i trung gian cng rt quan trng trong vic tính toán nng ca chúng trong môi trng. Sơ con ng vn chuyn, chuyn hóa và tác ng ca cht c trong môi trng c th hin trên hình 3. Mt s nhân t môi trng nh hng n s bin i, tn lu và vn chuyn ca cht c nh sau: 2.1. pH môi trng: tính kim, axit hay trung tính ca môi trng là yu t u tiên nh hng n tính tan, pha loãng và hot tính ca tác nhân gây c. Mt tác nhân gây c tn ti trng thái hòa tan thng có c tính cao hơn i vi các loài thy 2+ sinh. Ví d: pH acid, km (Zn) có c tính cao hơn vì tn ti hình thái Zn và + ZnHCO3 (hòa tan), trong khi ó pH kim, km có c tính thp do tn ti trngt hái Zn(OH)2 (kt ta). Mt s cht c sinh hc thay i c tính theo pH, mt s khác không thay i. c tính ca cht dit c dinitrophenol gim 5 ln khi pH tng lên t 6,9 n 8,0. Tơng t nh vy, c tính ca 2,4 diclorophenol gim i khi pH tng lên. iu này c gii thích do pH tng s làm gim dng không liên kt. Trong các cht c ít b nh hng bi pH có cht rotenone và 2,4 diclorophenoxy acetic acid. Mt s cht không thay i nhiu v c tính khi pH thay i, chng hn nh phenol, cht hot ng b mt alkyl benzenesulfonate (ABS). 2.2. EC (electric conductivity- dn in): các cht c có tính in gii b nh hng mnh bi dn in ca môi trng 2.3. Các cht cn: trong môi trng nc, không khí, t, gây kt dính hay sa lng 3+ c cht. Ví d, trong vùng t chua phèn, nu có các ht keo sét lơ lng, Al s liên kt vi các ht mang in tích âm này và s trm lng xung làm gim c tính ca 3+ Al trong môi trng. 2.4. Nhit : nh hng rõ rt n kh nng hòa tan, làm gia tng tc phn ng, tng hot tính ca các cht c. Ví d, khi nhit cao, HgCl2 s tác dng nhanh gp 4
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường 2-3 ln so vi nhit thp. Thuc tr sâu DDT và mt s dit ry thng tng c tính khi nhit cao. Trong môi trng nc, nhit còn làm gia tng tc phn ng thy phân chuyn cht c thành cht có c tính thp hơn. nh hng ca nhit i vi vic thy phân hóa cht Malathion các pH khác nhau c th hin trong hình 4: Hình 4: S ph thuc ca tc thy phân malathion vào nhit và pH 2.5. Din tích mt thoáng: nh hng trc tip n s phân b nng và liu lng, s phân hy cht ô nhim, c bit là cht c hu cơ không bn vng. Ví d, dòng nc có b mt ln, dòng chy mnh, lu lng ln có kh nng t làm sch cao, làm gim c tính ca cht c trong môi trng nc. 2.6. Các yu t khí tng thy vn nh m, tc gió, ánh sáng, s lan truyn sng, dòng chy, mn cng gây tác ng khá ln n s bin i, tn lu và vn chuyn ca cht c 2.7. Kh nng t làm sch ca môi trng: mi h thng môi trng sinh thái u có kh nng t làm sch ca nó. Kh nng này càng ln thì tính chu c và gii c (detoxification) càng cao. III. DÂY CHUYN THC PHM VÀ S KHUYCH I SINH HC CA CHT C 3.1. Khái nim v dây chuyn thc phm Dây chuyn thc phm là con ng truyn nng lng (cht dinh dng) t cơ th sinh vt này n cơ th sinh vt khác. Nu trong cơ th sinh vt trong mt mc xích ca dây chuyn có cht c thì cht c này c truyn sang cho sinh vt khác có bc dinh dng cao hơn, k sau nó, trong dây chuyn thc phm. Ví d: trong h sinh thái nc, mt dây chuyn thc phm c bt u bng sinh vt sn xut bc nht. ây là các loi thc vt (nh to, bèo) s dng nng lng ca ánh sáng mt tri và các cht 5
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường dinh dng trong nc tng hp các cht vô cơ thành t chc sng. Sinh vt sn xut là ngun cung cp nng lng và dinh dng cho sinh vt tiêu th bc nht (các loài phiêu sinh ng vt). Các loài sinh vt tiêu th bc nht này li là ngun thc n cho các loài sinh vt tiêu th bc hai (loài n ng vt). Sinh vt tiêu th bc hai li là ngun thc n cho sinh vt ln hơn (sinh vt tiêu th bc ba) Mt dây chuyn thc phm trong h sinh thái nc c trình bày trong hình 5 3.2. S khuych i sinh hc (biomagnification) ca cht c qua dây chuyn thc phm Hình 7: Sơ biu din s tích ly và khuych i sinh hc ca DDT trong mng li thc n (nng tình bng ppm) 6
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường Chim ng Cá ln (n cá nh) Chut ng Cá nh Lúa mì C, rong bèo t+Nc Môi trng nc. dinh dng 5 a. Nng D DT chuyn theo dây Mt do hô hp và bài tit chuyn thc phm trong h sinh thái cn 5 b. Nng D DT chuyn theo dây chuyn thc phm trong h sinh thái nc Hình 5 : Sơ biu din s chuyn hóa ca các cht c qua dây chuyn thc phm Theo sơ hình 5 a ta thy rng, mc dù lúa m là sinh vt sn xut và trc tip nhn thuc tr sâu DDT nhng có hàm lng DDT thp nht vì c tính sinh hc ca nó mt phn DDT b ào thi vào t. Chut ng (sinh vt tiêu th bc nht) là loài n lúa m tích ly DDT trong cơ th nó. DDT t chut chuyn sang chim ng (sinh vt tiêu th bc hai) là loài n chut. Nng trong chim ng cao nht vì chim ng có kh nng tích ly DDT trong m ca nó, lng DDT b bài tit ra ít. Cách gii thích này tng t cho sơ hình 5 b. Thông thng cơ th sinh vt có th b nhim c bi cht c tn ti trong môi trng (t, nc không khí); tuy nhiên cng có nhiu trng hp sinh vt b nhim c thông qua chui thc n hoc mng li thc n. Các thc vt và ng vt (bc thp, bc cao) k c con ngi khi tip xúc vi cht c u có th b nhim c. Phn ln các cht c c sinh vt ào thi ra ngoài, mt phn cht c có kh nng tn lu trong cơ th sinh vt. Theo li thc n và quy lut vt ch, con mi, các cht c tn lu ó có th c vn chuyn t sinh vt này sang sinh vt khác và c tích ly bng nhng hàm lng c cht cao hơn theo bc dinh dng và thi gian sinh sng. Nh th, thông qua li thc phm cht c c phóng i lên và ngi ta thng gi quá trình này là s khuych i sinh hc ca cht c trong cơ th sinh vt. Vy, s khuych i sinh hc ca cht c là s lan truyn cht c qua thc n trong h sinh thái. 7
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường Hg2+ + CH3Hg Sinh vt trôi ni Sâu b Cá nh Chim Cá ln Ngi Hình 6. S lan truyn thy ngân theo mc xích thc n Áp dng khái nim khuych i sinh hc ca cht c trong cơ th sinh vt ta có th lý gii v nhim c thy ngân vnh Minamata làm chc ngàn ngi Nht bn b nhim c thy ngân qua vic n các loài hi sn ánh bt t vinh Minamata có ngun nc b ô nhim do thy ngân t nc thi nhà máy hóa cht vào vnh, hu qu trên 1000 ngi cht trong vòng hơn 10 nm (1958-1968). S bin i và lan truyn ca thy ngân vnh Minamata c gii thích nh sau: Nhà máy hóa cht Minamata thi thy ngân vào vnh Minamata nhng cá trong + vnh li c c tìm thy có cha CH3Hg . Lý do là thy ngân hoc mui ca nó có th c chuyn hóa thành methyl thy ngân bi vi khun ym khí tng hp metan trong nc. S chuyn hóa này c thúc y bi Co(III) cha coenzym vitamin B12. Nhóm CH3-liên kt vi Co(III) trong coenzym c chuyn v enzym bi methyl 2+ + coban amin ti Hg , to thành CH3Hg hoc (CH3)2Hg. Môi trng axit thúc y s chuyn hóa ca dimethyl thy ngân thành methyl thy ngân tan trong nc. Chính methyl thy ngân ã tham gia vào dây chuyn thc phm thông qua sinh vt trôi ni 3 và c tp trung cá vi nng ln gp khong 10 ln hoc hơn so vi lúc u. (hình 6). Quá trình khuych i sinh hc ca cht c trong cơ th sinh vt có ý ngha quan trng trong vic giám sát, qun lý cht c và nghiên cu c hc môi trng. Và qua s khuych i sinh hc, ta cng hiu c vì sao ngi dân nhiu vùng không dùng hóa cht bo v thc vt (BVTV)vn có kh nng b nhim c do hóa cht BVTV nu n thc phm (rau, cá tht) t vùng b phun thuc BVTV. 8
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường Chim n cá 3,15 - 75,5 Cá 0,17 - 2,07 Tôm c sên Trai (hn) Côn trùng 0,16 bùn 0,26 0,26 0,23 - 0,3 Mãnh hu Sinh vt Phiêu sinh Thc vt sinh hu sinh 0,03 vùng m 0,3 - 0,13 0,03 ly bin Hình 8:Dn xut ca DDT (DDT + DDD + DDE: ppm) nhng mc khác nhau theo dây chuyn thc phm ca sông và các m ly mn qun o Long, New York Ánh sáng mt tri Thc vt bc thp Thc vt bc cao (vi to ) (rau, c ) ng vt phù du ng vt n c ng vt nuôi Cá nh Cá ln Con ngi Hình 9: Mt dây chuyn thc phm tng quát 9
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường IV. S TÍCH LY SINH HC CA CHT C 4.1. Tích ly sinh hc 4.1.1. nh ngha: tích ly sinh hc (bioaccumulation) cht c là mt quá trình tích t các nguyên t vi lng, các cht c vào trong cơ th sinh vt thông qua vic hp thu cht c bi các sinh vt t môi trng xung quanh mà chúng sinh sng. 4.1.2. Quá trình tích ly sinh hc cht c Mc tích ly sinh hc ca cht c ph thuc vào mt s các yu t sinh hóa sinh lý ca cht c và cơ th sinh vt. Chúng ta bit rng, s hp thu các kim loi vi lng bi sinh vt tùy thuc vào tng nhóm nguyên t, và nhng nguyên t này có th phân loi ra: nhóm nguyên t vi lng cn thit và nhóm không cn thit. S khác bit này ph thuc vào s tham gia ca các nguyên t trong h enzym hoc các h sinh hóa bên trong sinh vt. Mt khác, ngi ta nhn bit c các nhu cu sinh hóa và sinh lí i vi các nguyên t vi lng hoc là cn thit cho cơ th hoc là nhng cht c. S tích ly sinh hc cht c trong cơ th sinh vt ph thuc vào nhiu yu t, trong ó quan trng nht là kh nng không tan và tan trong lipid ca các cht c. xác lp tính cht k thy (hydrophobicity) ca mt cht c, ngi ta thng dng h s phân b n-octanol-nc (hay còn gi là h s Kow), h s này c biu th bng t s: nồng độ của chất độc trong pha lipid/nồng độ của chất độc trong pha nước. Nh th, nu h s này cao thì tính tan trong lipid ca cht c càng ln. Ngi ta thng s dng n-octanol làm dung môi lipid vì cu trúc ca n-octanol có chui cacbon ging ht vi chui cacbon ca phospholipid, tuy vy, nhiu h dung môi khác cng có th c dùng (chloroform/nc, ether/nc, du olive/nc); hin nhiên mi loi dung môi u cho mt giá tr khác nhau ca h s Kow. Mt khác, ngi ta cng ã tìm thy rng s tích tích ly sinh hc ca cht c còn liên quan n mt s yu t khác nhau sau: * Cu trúc phân t ca cht c Ngi ta ã tìm thy mi liên quan gia vai trò ca cu trúc ca hp cht hu cơ vi s tích ly sinh hc cht c. Ví d in hình hình nht là s liên quan n kh nng tích ly sinh hc khác nhau ca cu t PCB. Hp cht này th hin c hai trng hp là s lng nguyên t Clor và v trí ca Clor trong vòng biphenyl, c hai yu t này nh hng n s tích ly sinh hc ca PCB trong cơ th sinh vt. * Hàm lng cht béo (lipid) có cha trong cơ th sinh vt Tính cht lý hóa t nhiên ca quá trình tích ly sinh hc trong sinh vt th hin nhiu khía cnh khác nhau trong mng li hp thu các hp cht clo hu cơ bi các sinh vt. Yu t quan trng nht tác ng n mng li hp thu các cht clo hu cơ bi các sinh vt là hàm lng cht béo (lipid) có cha trong cơ th sinh vt. Hàm lng lipid trong cơ th sinh vt không ging nhau gia các loài, gia các cá th, trong 10
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường các mô, vì th mun bit c s tích ly hp cht clo trong sinh vt cn phi xác nh hàm lng lipid trong chúng. Ví d: các loài cá khác nhau thì tng lng lipid cha trong cá cng khác nhau t 1% n 20%, và s tích ly các cht c hu cơ clo trong m cng tng theo t l hàm lng lipid. Nhiu nghiên cu ã minh chng rng s tích ly các hp cht clo hu cơ (organochlorine) trong các mô m ca nhiu loi ng vt có liên quan n lng m trong cơ th chúng. Bng 1: Nng ∑ DDT (mg/kg) trên trng lng t và m t trong 6 cơ quan khác nhau ca cơ th cá voi. Các ch tiêu M cá voi Gan Óc Cơ bp Lá lách Thn ∑ DDT (trng lng 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 (trng lng m) 5,6 4,8 0,27 9,2 2,4 2,9 T kt qu trên, ta nhn thy rng, mc nhim DDT ph thuc vào lng m trong các mô, riêng mc nhim DDT trong óc là thp nht mc dù lng m ca óc không thp. ây là do tính tri ca phospholipid trong các mô óc. * Yu t tui và gii tính Hp cht clo hu cơ xâm nhp tích ly trong sinh vt còn ph thuc vào tui và gii tính khác nhau trong các cá th. Chng hn nh: khi cht clo hu cơ c truyn t bò m sang bê con ngay t trong bào thai và khi bê con c sinh ra thì nó li c truyn thêm mt lng clo hu cơ t sa bò m; i vi loài cá, các nhà nghiên cu cng thy rng hàm lng lipid tng lên theo chiu dài hoc tui ca con cá; trong mt vài trng hp lng lipid tng theo s sinh nhiu; ng thi ngi ta cng cho bit nhng ng vt ging cái không th bài tit hp cht clo hu cơ 4.2. S xâm nhp ca cht c vào c th sinh vt Các cht c xâm nhp vào cơ th sinh vt bng nhiu con ng khác nhau tùy thuc vào tng nhóm loài sinh vt. 4.2.1. i vi thc vt Cht c có th xâm nhp vào cơ th thc vt bng cách th ng hay ch ng, iu này có ngha là thc vt chu nh hng trc tip hay gián tip ca cht c. Các cht c xâm nhp vào cơ th thc vt qua quá trình ly các dinh dng, mui khoáng t b r, t cơ quan hp thu, sinh sn, d tr nh lá-hoa-qu , mt s cht có th thm thu trc tip qua màng t bào khi tip xúc vi cht c. Ví d: DDT xâm nhp vào cơ th thc vt bng con ng tip xúc, hp thu qua lá - hoa - qu. Mt phn khác chúng c chuyn vào t b r thông qua quá trình hút các cht dinh dng và mui khoáng. 4.2.2. i vi ng vt 11
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường Cht c xâm nhp vào cơ th ng vt qua các con ng sau: + ng hô hp + ng da + ng tun hoàn + ng tiêu hóa + ng thn kinh + Qua các cơ quan d b tn thơng, nhy cm vi c cht. 4.2.3. i vi ngi Quá trình xâm nhp ca cht c vào cơ th ngi t ba con ng chính là: hô hp, tiêu hóa và thm qua da + ng tiêu hóa Cht c có th xâm nhp vào cơ th qua ng tiêu hóa: do n ung không hp v sinh. Các cht c có trong thc n, nc ung vào ng tiêu hóa qua ming vào d dày, rut non, gan, qua ng tun hoàn, n các ph tng và gây nhim c + ng hô hp ây là con ng xâm nhp quan trong nht và luôn xy ra do con ngi luôn phi th hít Thng kê thy rng, 95% nhim c ngh nghip là qua ng hô hp. 2 2 Phi ngi có có din tích trao i khí là 90 m , trong ó 70 m là ca ph nang. Mng 2 3 li mao mch có din tích là 140 m . Th tích hô hp khí ca ngi ln là 20 m /ngày 3 và tr em là 5 m /ngày. Máu qua phi nhanh và thun li cho s xâm nhp ca cht c. Chúng i vào mi, qua hng, khí qun, vào phi. ây, có nhng mch máu nh li ti, màng nhy là nơi din ra quá trình trao i khí; các cht c t ây i vào máu. Máu tun hoàn nhanh, trong 2-3 giây, s a n các cơ quan nh não, gan, thn, mt. Cht bài tit qua sa m, tuyn m hôi, sinh dc. Cht khí c theo con ng này, -3 -3 mt phn b gi li mi (ht > 10 mm). Nhng ht có ng kính t 1-5.10 mm -3 vào ph qun, ph nang; nhng ht < 10 mm i thng vào ph nang. Nh trên ã trình bày, toàn b ph nang phi có mt lng li mao mch dày c làm cho cht c khuych tán nhanh vào trong máu, không qua gan gii c mt phn nh h tiêu hóa mà qua ngay tim i n các ph tng, c bit n h thn kinh trung ơng. Do ó có th nói, c cht vào trong cơ th theo con ng hô hp nhanh gn nh tin thng vào tnh mch. + ng da Da có vai trò bo v chng các yu t hóa hc, lý hc và sinh hc. Mt s hóa cht có áp lc ln vi lp m di da, i qua lp thng bì và mô bì ri i vào h tun hoàn và gây nhim c cho cơ th. Các hóa cht ó là xng, nicotin, các dn xut nitro và amin thơm, các dung môi có cha clo, thuc tr sâu photpho và clo hu cơ. Nhim qua da càng d dàng khi da b tn thơng. Nhim c qua niêm mc càng nguy 12
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường him hơn vì niêm mc có các mao mch dày c nh niêm mc mt chúng hp thu d dàng mt s cht c và nhy cm vi mt s cht kích thích. Kh nng xâm nhp qua da ph thuc vào: - dày ca da - Sc t da - Mao mch di da - Thi tit: nóng nhim c nhanh hơn - m da: m hôi nhiu d nhim c cht tan trong nc - B phn cơ th: da s hp thu nhanh hơn da lòng bàn tay, bàn chân. 4.3. Tác ng, tích ly và bin i ca cht c trong c th ngi. 4.3.1. Các dng tác ng ca cht c lên c th * Tác ng cc b: - Cơ quan hoc b phn chu tác ng là ng hô hp, da, tiêu hóa, mt. - Hin tng xy ra ti im tip xúc vi các cht c có hot tính hóa hc và nng lng b mt cao - Quá trình tác ng tri qua ba giai don: kích thích, phù thng và viêm, trng hp nng xy ra hoi t. * Tác ng toàn thân - Cht c vào máu c phân b trong cơ th, có th tác ng trên mt hoc nhiu cơ quan hay t chc - Tác ng c có th là sơ cp, cp 2 hoc cp 3, kích thích hoc c ch - Tn thơng có th phc hi hoc không phc hi - Tip xúc ng thi vi nhiu cht c có th tác ng hp ng hoc i kháng, có khi là tác ng cng hng - Tip xúc vi cht c mt thi gian lâu, có th xy ra các bin chng hoc các hi chng nhim c, biu hin các tác ng c trên các mô, các t chc và các cơ quan, tc là mc t bào phân t * Tác ng chn lc ây là tác ng ca các cht c lên cơ quan riêng bit. Các tác ng ó ph thuc vào các yu t sau: - dn truyn ca các cơ quan (lu lng máu qua cơ quan) kéo theo nng cht c tng lên vào cơ th. - Cu to hóa hc ca các cơ quan - Tình trng riêng ca ng vn chuyn cht c - Các c im sinh hóa hc ca các cơ quan b tác ng. Chng hn, cơ quan có kh nng chuyn hóa cht c thành cht không c hoc thành cht c hơn. 4.3.2. Tác ng ca hai hay nhiu cht c hot ng ng thi 13
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường S tác ng này có th din ra nh sau: * S cng tác ng: Tơng ơng vi tác ng tng cng kt hp ca tng cht riêng l c gi là s cng tác ng. Cơ ch ca tơng tác này có th ging nhau hay khác nhau. Ví d: A + B → phn ng 1 + 3 = 4, khi có hai loi thuc tr sâu phosphor hu cơ hot ng ng thi thì chúng s nh hng n s c ch enzym cholinesteraza * S cng hng Ln hơn tác ng tng cng kt hp ca tng tác ng ca tng cht riêng l và c gi là s cng hng. Cơ ch ca s tơng tác này có th ging nhau hay khác nhau. Ví d: A + B → phn ng 1 +1 = 5. S cng hng xy ra khi c hai cht cùng tác ng lên cùng mt b phn hay mt h thng. Ví d A + B → phan rng 1 + 3 = 10, ethanol tng cng c tính gây viêm gan ca CCl4 hay chloroform .S tim n khi mt hóa cht không nh hng lên mt h thng dc bit nào nhng s có mt ca nó tng cng hot ng ca mt s cht khác lên h thng dó. Ví d A + B → phn ng 0 + 3 = 5 ;isopropyl ancohol (CH 3CH 2CH 2OH) tng cng c tính gây viêm gan ca CCl4. * Tác ng trit tiêu - Ít hơn tác ng tng cng nhng hiu ng lai thp hơn so vi tác ng ca tng cht riêng l, c gi là tác ng trit tiêu nhau. Tác ng trit tiêu xut hin khi có mt mt hóa cht cn tr hot ng ca các cht khác. Khi nh hng tng cng ca hai cht hay nhiu cht này it hơn kt qu tng cng ca tng cht A + B→ phn ng: 1 + 3 = 2 hay 1 + 3 = 0. Tác ng trit tiêu v chc nng hot ng hay sinh lý,hóa hc ,c tính sinh lý hay hóa lý, dc lý. S trit tiêu thuc v chc nng hay sinh lý xy ra khi hay hai nhièu cht to ra các tác ng trái ngc nhau trên cùng mt h thng, gây ra s trung hòa các tác ng (vi d thuc gim au dùng kim soát s co git) hay trên các h thng khác nhau to ra các nh hng sinh lý, hóa hc chng li nhau (ví d nh cht histamine làm gim huyt áp còn cht norepinephrine làm tng huyt áp) khi các cht này có mt ng thi. 4.3.2. S vn chuyn, phân b và tích ly cht c trong c th * S vn chuyn: các cht c i vào tun hoàn máu bng nhiu kiu tùy theo cách vn chuyn: - Các khí và hơi, v mt vn chuyn, hòa tan trong huyt tơng - các khí gn vi huyt cu t - Các cht c c hp th trên b mt hng cu hoc gn vi các thành phn ca hng cu - Các cht c c vn chuyn mt phn bi hng cu, mt phn bi các thành phn khác ca huyt tơng 14
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường - Các cht in gii di dng ion trong huyt tơng - Các cht c thy phân thì to thành cht keo trong máu Sau khi c vn chuyn, các cht c tip xúc vi các t bào khác nhau ca các t chc và cơ quan. Tính cht lý hóa hc ca cht c và tính cht ca các t chc vi nhiu yu t khác nh hng ti s phân b và tích ly ca các cht c trong nhiu vùng cơ th. * S phân b - Các cht hòa tan trong các dch cơ th: phân b khá ng u trên toàn cơ th, + + + nh các cation hóa tr I (Na , K , Li ), mt s nguyên t hóa tr V, VI, VII các anion - - - Cl , Br , F , ru ethylic. - Các cht tích ly phn ln trong gan và mt s cơ quan khác nh: các cation hóa tr III, IV ca lanthanum, cerium, thorium hoc các cht thy phân hoc các cht keo - Các cht c trú trong xơng: ó là nhng cht có biu hin ái lc vi các mô xơng, gi là nguyên t hng xơng. ó là các cation hóa tr II ca Ca, Ba, St, Ra, Be và nhóm các anion F. - Các cht c trú trong các cơ quan c hiu: các cht c cng có ái lc vi mt s cơ quan, chúng tích ly ln trong các cơ quan ó, nh: iodine trong tuyn ty, uranium trong thn, digitaline trong tim. - Các cht c trú trong các mô m, mô béo: ó là các cht hòa tan trong m, chúng có ái lc vi mô m, mô béo. ó là các dung môi hu cơ, các khí trơ, các hp cht chlor hu cơ (các cht tr sâu DDT, HCH, 666), các thuc ng c trú t bào thn kinh, gan, thn. 4.3.3. S khu trú cht c trong c th Sau khi vào cơ th, cht c lu thông trong máu, bch huyt, n các t chc và ph tng. Trong phn ln trng hp, có s khu trú chn lc: s khu trú này ít nhiu ph thuc vào ái lc rt c hiu ca tng loi cht c và ca tng loi t chc ca cơ th. * S khu trú ca mt s cht c - Do kh nng hòa tan trong nc, ethanol có th c gi li trong toàn b các ph tng. - Các cht hòa tan trong m nh nh các dung môi, các hóa cht tr sâu chlor hu cơ tích ly các t chc giàu m cng nh thn kinh trung ơng, gan, thn - Do mt s tính cht hóa hc, ion fluor có kh nng to thành fluor calci không hòa tan và các phc hp fluorophosphocalci c nh xơng, rng. - Các kim loi nng (nh Pb, Hg, Cd ) tác dng lên nhóm thiol, c ch hot tính các enzym và tích cha lông, tóc, móng 15
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường - Phn ln các cht gây ung th tác dng lên axit nucleic, các protein trc tip hoc sau khi hot hóa s chuyn hóa. - Ben zen khu trú chn lc ty xơng, methanol tích ly võng mc. * Mt s cơ quan t chc khu trú - Gan là mt cơ quan quan trng, là nơi các cht c b gi li, chuyn hóa và bin i. Phn ln các ion vô cơ ng li gan, vì th ngi ta thng tìm thy nhiu cht c mt ri thi ra theo ng tiêu hóa. - Máu là mt th không thun nht, mt s ion kim loi nh thy ngân, ng, dc gi li huyt tơng di dng hp cht protein. Các ion khác (nh chì) hu nh tích ly trong hng cu. i vi các cht hu cơ, nhiu cht kt hp vi protein huyt tơng, song có cht tp trung hng cu nh asen. - H thng niêm võng ni mc có kh nng gi cht c, các ht bi silic tn ng t chc gian bào phi 4.4. S chuyn hóa sinh hc D bài tit Kh hot hóa (tng phân cc, tng tính ái thy) Gim c tính Cht c Khó bài tit Hot hpóa (gim phân cc, tng tính ái lipid) Tng c tính Hình 10: Quá trình chuyn hóa sinh hc trong cơ th sinh vt Cht c tác ng gây bin i s chuyn hóa ca cơ th và ngc li, cơ th cng tác ng làm bin i cht c, nht là cht c hu cơ. Thông thng các cht chuyn hóa mi sinh ra hoc không còn c tính hoc có c tính thp hơn ban u (vì xu hơng chung ca s chuyn hóa là to ra cht có tính ái lipid kém hơn, và tính ái thy cao hơn, do ó khó thm vào màng t bào và d b bài tit). Qúa trình này gi là "kh hot hóa sinh hc" ca cht c Ngoài ra, có mt s ít cht thì trãi qua quá trình chuyn hóa c tính li tng cao, nguy hm hơn 16
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường (nh parathion có th chuyn thành paraoxon có c tính cao hơn). Quá trình này gi là"hot hóa sinh hc" (bioactivation). (hình10) Các quá trình chuyn hóa và bin i sinh hóa ca c cht trong cơ th rt a dng nh oxi hóa-kh, thy phân, di chuyn nguyên t, methyl hóa, liên kt 4.5. S bin i sinh hc (biotransformation) S bin i sinh hc ca vic tích ly các cht c là mt vn quan trng và cn c xem xét thi gian các cht c ó c trú trong cơ th sinh vt. Các kim loi nng có th bin i sinh hc theo mt vài hng, trong ó phn ng methyl hóa (biomethylation) thng xy ra i vi mt s kim loi nng, quá trình methyl hóa nhng kim loi nng (asen, thy ngân, selen, chì, thit, thallium ) thng xy ra trong môi trng nc vi s tham gia ca các vi sinh vt. Các kim loi nng sau khi c methyl hóa thì d dàng hp thu và tích ly trong cơ th sinh vt hơn là khi chúng dng ion vô cơ. Các ví d in hình di ây cho thy s tham gia ca các nguyên t kim loi nng này vi vi các cht hu cơ to ra nhng hp cht cơ kim (organo-metalic compound) nh arsenic (As) và thy ngân (Hg). + i vi asenic: enzym óng vai trò trong quá trình methyl hóa là S-adenosyl methyionine. S bin i sinh hc ca asenic xy ra trong môi trng nc c nêu trong sơ hình 11. biolog icalreduction 2+ + + (CH3)3As ←   (CH3)AsO ←→ (CH3)As + CH3 (CH3)4As + + CH3 (CH3)3AsCH2CH2COOH reduction (CH3)AsH ←   (CH3)2AsO(OH) + + CH3 reduction (CH3)AsH2 ←   CH3As(OH)2 + + CH3 Oxidation 0 2- As HAsO2 +S As2S3↓ AsH3 H3AsO4 Hình 11: S bin i sinh hc ca asenic trong môi trng nc. + i vi thy ngân: Thy ngân hoc mui ca nó có th c bin i thành methyl thy ngân, s methyl hóa này do vi khun ym khí m nhn. S bin i này c thúc y bi Cobalt có trong vitamin B12. Nhóm CH3 liên kt vi Co(III) trong 17
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường 2+ + coenzym c chuyn v enzym bi methyl cobalamin ti Hg , to thành CH3Hg và (CH3)2Hg: 2+ + Hg CH3Hg (CH3)2Hg Môi trng axit thúc y s bin i ca dimethyl thy ngân thành methyl thy ngân tan trong nc. S bin i ca thy ngân trong môi trng c trình bày hình 12. Bacterial photolysis - (CH3)2Hg + OH CH3HgOH (Methyl h 2- o cobalamin) + S (CH3Hg)2S Hg + + CH3 h + CH3Hg h - (Methyl + RS CH3HgSR cobalamin) Bacterial + + CH3 photolysis Hg2+ S2- Hg2+ RS- - HgS o Hg (RS)2Hg H+ OH- Hgo Hình 12: Sơ trình bày s bin i ca thy ngân trong môi trng 4.6. Các sinh vt phn ng li vi c cht kim loi nng Khi hàm lng các nguyên t vi và a lng trong cơ th thc vt qua cao s gây c tính sinh lý, sinh hóa cho cây , ngi ta ã a ra mt s cơ ch tác ng gây c ca kim loi nng nh sau: - Làm bin i tính thm ca màng nhy t bào, gm có các tác nhân: Ag, Au, Br, Cd, Cu, Fe, Hg, I, Pb, UO2. + + + - Gây nên phn ng sulfurhydryl (-SH) vi các cation: Ag , Hg , Pb . - Cch tranh v trí trong quá trình trao i cht vi các hp cht a lng trong sinh vt bi các cation: As, Sb, Se, Te, W, Fe. - Hp th nhóm hp cht phosphate và nhóm hot hóa ADP và ATP gây nên bi các nguyên t: Al, Be, Y, La, và có th là toàn b kim loi nng. - Chim ch các ion a lng gây nên bi ch yu các cation: Cr, Li, Pb, Se, Sr. - Chim ch các nhóm dinh dng thit yu nh là phosphate và nitrat trong t bào bi các mui: arsenat, fluorat, borat, brromat, selenat 18
Bài ging c hc môi trng: Biến đổi và vận chuyển chất độc trong môi trường - S liên quan gia c tính ca các kim loi nng khác nhau i vi thc vt là rt khác nhau, ph thuc vào h gen và c tính ca tng kim loi nng. Khi hàm lng kim loi nng trong cơ th sinh vt vt quá mc cho phép, chúng không phi là nguyên t vi lng na mà là nguyên t c cho thc vt và vi sinh vt. Ví d nh Hg, Cu, Pb, Cd và cng có th là Ag, Be, và Sn. Có nhng loi thc vt có tính chi ng vi s tích ly cao ca c cht kim loi nng. Bên cnh ó, có nhng thc vt rt nhy cm vi c cht kim loi nng, ngi ta cho bit nng d ca Zn, Cu, Ni và Cd trong bùn cng rãnh u là c cht cây chè, rau dip cá, c cà r, c ci ng, ngô, mc dù chúng chi ng c nhiu cht kim loi nng khác. Cơ ch chi ng c cht kim loi nng ca thc vt gm nhng kh nng sau: - Hp thu có chn lc các ion - Gim tính thm ca màng nhy và thay i chc nng màng nhy t bào - Có kh nng c nh các c cht dng ion, trong r, trong lá, trong ht. - Có kh nng chuyn i tính cht ca cht c bi quá trình lng t trong các phn ng c nh hay kt ta vi các kim loi nng - Thay i phơng thc trao i cht, tng hot tính h thng enzym gim thiu quá trình gây c. - Làm gim bt s tp trung ca các ion kim loi c bng cơ ch c bit ca các cành lá: rng bt lá hoc bi dn truyn và s bài tit ca r. - Tính thích ng là kiu c trng ca mi loài thc vt vi nhng kim loi nng khác nhau, tuy vy, nó không vt khi mc gii hn nht nh khi nng kim lai nng trong t quá ln. Bng 2: Kh nng tích ly ca các kim loi nng trong mt s thc vt TT Kim loi nng Các thc vt tích ly cao Các thc vt tích ly thp 1 Cd Bp ci, cn tây, rau dip cá Khoai tây, ngô, u xanh 2 Pb Ci xanh, lúa mch en, cn tây Lúa mch trng, khoai tây, ngô 3 Cu C ci ng, lúa mch trng Ti, bp ci, hành 4 Ni C ci ng, lúa mch en Ngô, ti, hành, lúa mch trng 5 Zn C ci ng, xoài, thơm Khoai tây, cà chua, ti, hành 19
Bài ging c hc môi trng: Độc tính và đánh giá độc tính Chơng 4 C TÍNH VÀ ÁNH GIÁ C TÍNH Mục tiêu học tập: 1. Trình bày khái niệm và phân loại độc tính 2. Trình bày phương pháp đánh giá và thử nghiệm độc tính 3. Trình bày phương pháp QSAR dự đoán độc tính hóa chất NI DUNG 1. c tính và th nghim c tính 1.1. Khái nim v c tính và phân loi c tính (toxicity) là thut ng dùng mô t nhng tác ng xu ca cht c lên c th sinh vt. Tùy thuc vào mc ca c tính, cht c có th gây cht, hoc gây tác hi lên tng c quan ca c th. c tính là mt khái nim nh lưng. Hu như bt kì mt cht nào u gây tác hi ti mt liu (dose) nào ó và ti cùng mt thi im. Biên gây hiu ng c ca mt cht c dao ng rt ln: t liu gây hiu ng c mãn tính n liu gây cht tc khc. 1.1.1. c tính cp (acute toxicity): thut ng này biu th s tác ng xu hay s t vong ca sinh vt ngay sau khi tip xúc vi cht c. c tính cp xy ra do tip xúc vi n hoc a yu t trong phm vi mt thi gian ngn (≤ 24 gi) và tác ng cp tính là tác ng xy ra trong vòng mt vài ngày hoc thm chí mt vài gi u tiên sau khi tip xúc vi cht c, thông thưng thi gian gây c tính cp phi ít hn hai tun.Mt khác, vì nhng tác ng mãn tính ch xut hin sau khi tip xúc lp li vi mt cht c: trong nhiu trưng hp cn phi tip xúc liên tc hàng tháng vi cht c. Trong khi ó, tác nhân gây c tính cp ưc hp thu nhanh chóng vào c th và sn sinh ngay lp tc các hiu ng c cho c th, song cng có trưng hp, tip xúc cp tính b suy gim c tính. * Th nghim c tính cp (acute toxicity test): Th nghim thông thưng nht ca c tính cp là th thim LC50 và LD50: ưc thit k o lưng s t vong i vi nhng áp ng ca mt chn thưng c tính cp. Nhng loi th nghim khác ca c tính cp bao gm: th nghim kích thích da, th nghim tính nhy cm ca da, th nghim kích thích mt, photoallergy, phototoxicity * c tính bán cp (subacute toxicity): là tác ng gây tác hi c th ng vt nu hàng ngày hóa cht ưa vào c th trong khong thi gian < 10% thi gian sng ca ng vt thí nghim. 1.1.2. c tính mãn (chronic toxicity): Thut ng này ưc s dng mô t nhng hiu ng xu xut hin sau mt thi gian dài tip xúc vi nhng lưng 1
Bài ging c hc môi trng: Độc tính và đánh giá độc tính nh cht c. Liu tip xúc vi cht c là nh không gây tác ng cp tính và thi gian là yu t có ý ngha cho vic mong ch i sng bình thưng ca sinh vt. Phn ln biu hin nghiêm trng nht ca c tính mãn là gây ung thư, tuy nhiên nhng biu hin khác ca c tính mãn cng ưc bit, ví d như tác ng n s sinh sn và hành vi. * Th nghim c tính mãn (chronic toxicity test): Th nghim mãn tính là loi th nghim mà thi gian nghiên cu kéo dài sao cho ln hn i sng ca ng vt thí nghim, trong mt vài trưng hp thưng ln hn mt th h. Nhng th nghim quan trong nht ca loi th nghim này là th nghim gây ung thư, quái thai, d tt bm sinh 1.1.3. c tính bán mãn (subchronic toxicity): c tính này là do tip xúc mãn tính và c tip din cho n khi tip xúc nhiu cht c mà không gây ra bt k mt chng c nào ca c tính cp, vì thi gian tip xúc ưc dàn tri nhưng không quá dài to ra mt phn có ý ngha ca i sng sinh vt qua vic tip xúc vi cht c. i vi th nghim c tính bán mãn tính ngưi ta s dng ng vt có vú kho nghim vi thi gian tip xúc t 30-90 ngày là thích hp. * Th nghim c tính bán mãn (subchronic toxicity test): vic kho sát nhng th nghim bán mãn ca c tính ưc thc hin bng cách lp li nhng liu gây c trên ng vt thí nghim mt thi gian kéo dài nhưng không quá dài có th gây ra nhng tác ng cp hoc bán cp trên ng vt thí nghim. Thông thưng, nhng th nghim bán mãn tính ưc thc hin trên chó hoc th vi thi gan nghiên cu: 90 ngày khi cht c ưc truyn qua ưng ming, 30 ngày khi cht c truyn qua ưng da, và t 30 n 90 ngày khi truyn qua ưng hít th. Nhng th nghim như trên s cung cp thông tin thit yu tính toán liu gây c cho vic xác nh nng gây bán mãn tính ca mt loi cht c. ng thi nhng th nghim bán mãn tính cng ưc s dng làm cn c cho vic xác nh "mc gây hiu ng xu không quan sát ưc" (no- observed adverse effect level: NOAEL) ca cht c: giá tr này thưng ưc nh ngha là nng cao nht ca cht c mà không gây bt k hiu ng xu nào có th phát hin ưc - ngha là nhng hiu ng xu quan sát ưc i vi nhng liu cao nht. NOAEL cng thưng ưc dùng tính toán trong vic ánh giá nguy c. Th nghim bán mãn tính cng hu ích trong vic cung cp thông tin gây hiu ng ca cht c trên các c quan ca c th; và th nghim này cng ưc dùng ánh giá s tích ly sinh hc ca cht c. 1.2. Th nghim c tính Th nghim c tính liên quan n vic s dng sinh vt lưng giá hiu ng c ca mt cht c. Th nghim c tính ưc phân nh như sau: "th nghim trong c th" (in vivo test) liên quan n hiu ng gây c cp 2
Bài ging c hc môi trng: Độc tính và đánh giá độc tính (acute), bán mãn tính (subchronic) hay mãn tính (chronic), và "th nghim bên ngoài c th" (in vitro test) liên quan n hiu ng gây tác hi lên vt liu di truyn (genotoxicity) ca t bào sng: DNA. ánh giá c tính (toxicity assessment) là s xác nh kh nng ca bt k mt cht nào ó gây hiu ng c. ây là mt ánh giá nh lưng phân nh c tính ca tng loi hóa cht c. iu này liên quan n lut pháp ca tng nưc trong vic: sn xut, vn chuyn, lưu hành, tiêu dùng, qun lý cht thi Hu ht các th nghim c tính ưc thc hin trên ng vt thí nghim, có nhiu mc tiêu cn thc hin loi tr kh nng gây ri ro cho con ngưi. iu này là cn thit, vì kin thc ca chúng ta v "tưng quan hot tính cu trúc nh lưng" (QSAR: quantitative structure-activity relationships) không cho phép ngoi suy chính xác i vi nhng hp cht mi. Thông tin v th nghim c tính trên con ngưi là rt khó t ưc v mt thc nghim vì lý do o c, tuy nhiên nó rt cn thit bit ưc các hiu ng c như: tính kích thích, nôn ma, d ng, tác ng lên chc nng não b Trong mt vài trưng hp nhng thông tin này có th thu thp t các trưng hp nhim c ngh nghip. Mc dù vic ngoi suy t ng vt thí nghim sang ngưi thưng có nhiu im khác bit nhau như: con ưng bin dưng, hp thu, cách thc tác ng nhưng tin trình th nghim c tính trên ng vt thí nghim là thun tin vì nhiu lý do như: có th xác nh th tng di truyn, d dàng trong vic kim soát s phi nhim, kim soát ưc thi gian phi nhim và có th kho sát chi tit tt c các mô qua vic m t thi. Các phưng pháp th nghim c tính ưc nêu tóm tt trong bng 1 Bng 1. Tóm tắt những thử nghiệm độc tính 1. Nhng tính cht vt lý và hóa hc 2. S phi nhim và s phn môi trưng A. Nghiên cu s suy bin; thy phân, suy bin quang hp B. Suy bin trong t, nưc dưi nhiu iu kin khác nhau. C. S di chuyn và hao mòn trong t, nưc, không khí D. S tích ly trong thc vt, ng vt thy sinh, ng vt hoang di sng trên cn, thc phm t thc vt và ng vt 3. Th nghim in vivo A. Cp tính - LD50 và LC50: ưng ming, ưng da, ưng hít th - Kích thích mt - Kích thích da - Nhy cm hóa da B. Bán mãn tính (subchronic) 3
Bài ging c hc môi trng: Độc tính và đánh giá độc tính - Truyn cht c vào c th trong 90 ngày - Tip xúc bng ưng hít th hay bng ưng da t 30 n 90 ngày C. Mãn tính - Nuôi dưng mãn tính (bao gm các th nghim gen gây ung thư) - Gen gây quái thai - Sinh sn (nhiu hn mt th h) D. Các th nghim c bit - c tính thn kinh (suy thoái thn kinh) - Tim tàng - Bin dưng - Dưc ng hc - Hành vi 4. Các th nghim in vitro - Gen gây bin d - Lon nhim sc th 5. Tác ng trên s sng hoang di Chn nhng loi ng vt hoang di: chim, cá và ng vt không xưng sng kho sát c tính cp, s tích ly và sinh sn trong iu kin hin trưng phòng thí nghim. 1.2.1. Phơng thc dn truyn cht c vào cơ th ng vt th nghim c tính Thông thưng có bn ưng dn truyn cht c vào c th như sau: * ưng ming (oral): ưc thc hin bng cách cho ung cht ôc vi nưc hoc trn cht c vi thc n, hoc chuyn thng cht c vào d dày * ưng da (dermal): ưng dn cht c qua da cn thit ưc lưng c tính ca các hóa cht có th xâm nhp xuyên qua da. Có th bôi cht c lên da hoc trn vi dung môi thích hp ri bôi lên da. * ưng hít th (inhalation); h thng hô hp là cng vào quan trng cho mc ích ánh giá c tính ca cht c. Vic nghiên cu c tính bng ưng hít th cn phi có bung hô hp. Bung này là mt h thng phc tp bao gm các dng c to nên các phn t dng khí dung, bi, hay hn hp khí mà ã nh trưc thành phn và kích c ca ht. Bình thưng, ngưi ta cho ng vt thí nghim tip xúc vi cht c mt s gi trong ngày và mt s ngày trong tun. * ưng tiêm (njection): phưng pháp tiêm bao gm: tiêm trong tnh mch (intravenous), tiêm trong c (intramuscular), tiêm trong màng bng (intraperitoneal) và tiêm dưi da (subcutaneous). 1.2.2. Th nghim bên trong cơ th (in vivo test) Theo kinh in, th nghim in vivo là th nghim cn bn xác nh tính c ca cht c. Cách tin hành như sau: mt hay nhiu mu nghim ca 4
Bài ging c hc môi trng: Độc tính và đánh giá độc tính ng vt thí nghim ưc dùng kho sát t vong trong th nghim cp tính. T nhng kt qu này ngưi ta s dng nhng k thut ngoi suy khác nhau ưc lưng tác hi n con ngưi. 1.2.2. Th nghim bên ngoài cơ th (in vitro test) Theo ngha en, ây là th nghim ưc thc hin bên ngoài c th sinh vt. Trong th nghim c tính, loi th nghim này s bao gm nhng nghiên cu s dng vic ly trích enzym, nuôi cy t bào Các nhà c cht hc thưng s dng th nghim này cho loi th nghim ngn hn nghiên cu tính bin d ca gen và ngưi ta thưng s dng th nghim này như là mt ch s kh nng gây ung thư ca cht c. Bng 2: Các thử nghiệm trong độc học và độc học môi trường Mc c bn chung Cp 1 Cp 2 Th Độc tính cấp - Nghiên cu v kh - Nghiên cu v nghim - ưng ming nng sinh sn c tính mãn c cht - ưng hít th - Nghiên cu v kh - Nghiên cu v - Qua da hc nng gây quái thai ung thư - Qua mt - Các nghiên cu bán - Nghiên cu v mãn tính và mãn tính kh nng sinh sn - Nghiên cu sâu hn - Nghiên cu v kh v bin d di truyn nng gây quái thai - Nghiên cu v c tính cp và bán cp Độc tính bán cấp trên mt loài khác - NOAEL sau 28 ngày Các tác động khác - Bin d di truyn Th Tác ng n sinh vt - Th nghim v kh - Th nghim m nghim - c tính cp i vi cá nng kìm hm s phát rng v kh nng c hc S suy thoái ca: trin i vi rêu to tích ly sinh hc, - Các thành ph n h u c môi - Th nghim trên các s suy thoái và s - Các thành phn vô c trưng loài thc vt cp cao hn di chuyn - Th nghim trên - Nghiên cu sâu giun t hn trên cá (k c - Th nghim trên cá nghiên cu v s - Th nghim v kh sinh sn) nng tích ly trong - Nghiên cu thêm mt s loài v c hc trên mt s loài chim 5
Bài ging c hc môi trng: Độc tính và đánh giá độc tính - Nghiên cu thêm v c hc trên mt s loài khác - Nghiên cu v s hp ph và s gii hp 1.3. Các loi th nghim trong c hc môi trng Có nm loi th nghim ưc qui nh tùy theo tng nhu cu khác nhau, nguyên gc chúng ưc qui nh làm th nghim i vi cá, nhưng chúng có th ưc áp dng d dàng i vi các loi ng vt khác trong h sinh thái thy sinh hay h sinh thái cn. Nm loi th nghim này ưc qui nh vi mc ích: 1. Kim tra s b c tính ca hóa cht 2. Quan trc c tính s phát tán ô nhim ca cht thi hay các ni chôn cht thi 3. Quan trc cht lưng môi trưng vi các mc ích v lut pháp 4. ánh giá nhy ca môi trưng t nhiên i vi các hóa cht 5. Nghiên cu thit lp tiêu chun môi trưng Sau ây là thí d dn chng minh ha cho nm loi th nghim trên ây vi th nghim trên cá. 1.3.1. Kim tra sơ b c tính ca hóa cht V mt lý thuyt, hu ht các kim loi ti ưc h sinh thái thy sinh có th do b thi ra mt cách ngu nhiên hay tình c trong khi vn chuyn, hay b thi ra do mt hành ng thiu trách nhim. Kiu th nghim này ưc dùng xác nh nguy c c hi ca nhóm các hóa cht hay sn phm có kh nng thâm nhp vào h sinh thái thy sinh khi con ngưi s dng mt cách bình thưng. Do vy, vic s dng các hp cht ít c nht có th ưc nghiên cu sâu hn. các th nghim như vy ã ưc chun hóa. 1.3.2. Quan trc c tính s phát tán ô nhim ca cht thi hay các nơi chôn cht thi Thông thưng tiêu chun cht lưng cho phép thit lp cho các dòng cht thi ưc kim tra sau bng cách tin hành phân tích hóa hc. Tuy vy, nhng dòng cht thi mang theo các hóa cht c hi thưng khó phân tích và th nghim c tính. hình dung mc trm trng ca nguy c, mt th nghim n gin ưc dùng quan trc tip dòng cht thi. Phép th nghim này ưc gi là s quan trc dòng cht thi. 1.3.3. Quan trc cht lng môi trng vi các mc ích v lut pháp 6