- Theo Fassett 1980 thì nguy hại chính đối với sức khỏe con người từ Cd là một kim loại nặng KLN có sự tích tụ gây độc mãn tính trong thận.. Bởi vì, sự tồn lưu của kim loại trong đất khô
Trang 1HỆ THỐNG CHỮ VIẾT TẮT
KN: Kim Loại
KLN: Kim loại nặng
Cd: Cadimium
CDI: Lượng chất phơi nhiễm, đi vào hàng ngày trong cơ thể
MT: Metallothionein (MT) là một phân tử protein có trọng lượng nhỏ bao gồm
61 amino axit, 20 trong số chúng là phần còn lại của cystein MT là thành phần amino axit không bình thường, không có amino axit thơm MT có ái lực cao đối với kim loại, đặc biệt là Cd và Zn, một phân tử MT kết hợp với
7 nguyên tử Cd
Trang 2I Tên chất.
- Cadmium thuộc nhóm II B, chu kỳ 5, hiệu số nguyên tử là 48 của bảng hệ thống tuần hoàn, có khối lượng nguyên tử trung bình bằng 112.411 (đvC),
là một kim loại quí hiếm
- Nó không có chức năng về sinh học thiết yếu nhưng lại có tính độc hại cao đối với thực vật và động vật Tuy nhiên, dạng tồn lưu của cadmium thường bắt gặp trong môi trường không gây độc cấp tính
- Theo Fassett (1980) thì nguy hại chính đối với sức khỏe con người từ Cd là một kim loại nặng (KLN) có sự tích tụ gây độc mãn tính trong thận Nếu hàm lượng Cd trong thận lên đến 200mg/kg khối lượng tươi thì sẽ gây rối loạn chức năng thận
- Thức ăn là con đường chính để Cd đi vào cơ thể, nhưng bên cạnh đó việc hút thuốc lá và hơi khói có chứa nhiều CdO, cũng là nguồn quan trọng đưa
Cd vào cơ thể
- Việc nghiên cứu những nguy cơ về sự tích tụ mãn tính của Cd trong cơ thể con người cũng như những yếu tố chi phối sự tích lũy của nó trong lương thực, thực phẩm là rất quan trọng Bởi vì, sự tồn lưu của kim loại trong đất không ô nhiễm thường là thấp, các nguồn gây ô nhiễm và tác động của nó trên đất bị ô nhiễm mới là vấn đề liên quan chính
- Vì vậy, con người cần phải quan tâm ngăn chặn và hạn chế tối đa các sự cố
ô nhiễm Cd với bất cứ nơi hình thức nào có thể thực hiện được.[4]
Hình 1: Giới thiệu về Cd
Trang 3II Nguồngốc phát sinh Cd
II.1 Nguồn gốc tự nhiên
Ước tính có khoảng 25000-30000 tấn Cd được giải phóng vào môi trường mỗi năm Một nửa trong số đó đến từ sự phong hóa đá trong nước sông và đại dương.Những đá trầm tích có lượng Cadmium cao hơn những loại đá khác
Đá đen nằm dưới biển cũng có sự tập trung cao cùa nhiều kim loại nặng, trong đó có Cadmium.[5]
a Không khí
- Cadmium phân phối rộng rãi trong vỏ trái đất nên có thể được giải phóng vào không khí qua dạng bụi, hoạt động núi lửa, hay những hiện tượng tự nhiên khác như cháy rừng…
- Theo EEC vàWorldwide thì Cadmium có trong không khí từ 10-15% là do các hiện tượng thiên nhiên mà ra, phần lớn từ nguồn gốc của các núi lửa hoạt động
- Mức tập trung bình thường của Cadmium trong bầu khí quyển từ 1-50 mg/
m3, và lượng Cadmium tỏa ra từ bầu khí quyển hàng năm từ tài nguyên thiên nhiên là 800 tấn.[5]
b Đất
- Đất, cát, đá, than đá, than bùn… đều có chứa Cadmium Cadmium còn có trong nhiều hợp kim dễ nóng chảy
- Đất bắt nguồn từ đá núi lửa có chứa lượng Cadmium từ 0,1-0,3 mg/kg, những đá này chứa từ 0,1-1,0 mg/kg Cd, và những đất đá xuất phát từ những đá ngầm chứa 0,3-11mg/kg Cd
- Nói chung hầu hết đất có nồng độ Cd dưới 1mg/kg, ngoại trừ những nơi ô nhiễm từ những nguồn riêng biệt phát triển trên những đất chính thì có lượng Cd cao nhất bất bình thường, như những đá đen Những vùng đất phát triển trên đá đen có thể gây ô nhiễm đáng kể vs tổng lượng Cd có nồng đô khoảng 22 ppm.[5]
c Nước
- Đối với nguồn nước tự nhiên thì Cadmium có thể giải phóng vào nước bởi các quá trình phong hóa tự nhiên Cadmium còn có thể đi vào nước thông qua sự xói mòn và hạ nguồn các con sông từ các mỏ khoáng cũ và các nguồn phân khoáng.[5]
Trang 4II.2 Nguồn nhân tạo
Lượng Cadmium được giải phóng từ hoạt động con người ước tính khoảng từ 4000-13000 tấn mỗi năm, mà nguyên nhân chính là từ hoạt động khai thác khoáng mỏ, đốt cháy nhiên liệu hóa thạch
a Không khí
- Hoạt động công nghiệp là nguồn nhân tạo chính phát sinh Cadmium trong không khí, trong đó nguồn phát thải Cd chính ra không khí là sản xuất kim loại không có sắt
- Việc sản xuất Cd trên thể giới tăng từ 11000 tấn năm 1960 lên 19000 tấn năm 1989, chủ yếu được sử dụng trong những nhà máy sản xuất nhuộm, trong những hợp kim để mạ, trong các sơn men trên đồ gốm, nhựa PVC, trong sản xuất ắc quy có công suất lớn, pin, làm thanh điều chỉnh trong lò phản ứng hạt nhân…
- Cadmium có thể đi vào không khí từ việc đốt cháy các nguyên liệu hóa thạch hay đốt chất thải sinh hoạt.[5]
b Đất
- Việc thải các loại chất thải có chứa Cadmium như pin, sử dụng đất bùn cống,phân phosphate để bón đất,khai thác mỏ,việc nấu chảy Cd và Zn là những nguồn chính của Cadmium trong đất.[5]
c Nước
- Nước thải từ các nhà máy công nghiệp hoặc nhà máy xử lý nước thải đều
có thể thải ra Cadmium vào môi trường nước Cadmiumcòn có thể xâm nhập vào nguồn nước uống thông qua hệ thống ống dẫn nước: do Cd có mặt trong các ống nhựa PVC…
- Các quặng kim loại nóng chảy hay kim loại màu được ước lượng là nguồn nhân tạo gây giải Cadmium lơn nhất vào môi trường thủy sinh
- Nước cống hay nước bị ô nhiễm cũng có chứa Cadmium với nồng độ khá cao
- Cadmium còn có thể đi vào không khí và nước do sự chảy tràn hay rò rỉ các chất độc hại có chứa Cadmium.[5]
d Bùn cống rãnh
- Bùn chứa Cadmium từ các chất bài tiết của con người, sản phẩm thuộc gia đình chứa Zn và chất thải từ công nghiệp
Trang 5- Hầu hết Cadmium được tích lũy trong nước cống, được thải ra trong suốt quá trình xử lý bùn quánh
- Mặc dù hình thức xử lý rác thải bùn cống rãnh là tạo ra nguồn khoáng vi lượng và phân N và P, nhưng nó cũng làm các loại đất bị ô nhiễm Cadmium nhiều hơn.[5]
=>Nguồn gây ô nhiễm Cd gồm có:
- Hoạt động của núi lửa
- Hoạt động khai thác mỏ kim loại và luyện kim
- Chất phế thải của các ngành công nghiệp chế biến và sản xuất những sản phẩm có sử dụng Cd như nhựa, men, pin điện
- Quá trình thiêu hủy những vật bằng nhựa, pin và quá trình đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch
- Sử dụng rộng rãi phân photphat có lẫn Cd dẫn đến gây ô nhiễm Cd trên đất nông nghiệp
- Bùn của cống rãnh chứa nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp.[6]
III Các yếu tố ảnh hưởng tới sự hấp thụ của Cd trong đất.
III.1 Ảnh hưởng của pH.
- Christensen (1984) cho thấy rằng, đất cát và đất mùn hấp thu Cd tăng lên tương ứng với mỗi đơn vị pH tăng trong khoảng từ pH = 4 đến 7,7
- Farrah và Pickering (1977) cho rằng, sự hấp thụ Cd tăng một cách đáng kể với pH đến 8
- Gacia–Miraga và Page (1978) đã phát hiện thấy sự hấp thu cao ở khoảng
pH = 6 đến 7 Những đất có sức chứa chất hữu cơ hoặc oxit sắt cao, hấp thu
Cd cao hơn hai lần so với đất thịt, mặc dù có CEC cao
- Pickering (1980) chứng minh rằng, quá trình địa hóa đã di chuyển tất cả
Cd từ dung dịch đất vào khoảng ba đơn vị pH dưới giá trị pKi lý thuyết
- Lê Huy Bá và các cộng sự (1999) đã khảo sát quá trình hấp phụ Cd theo pH
và thiết lập đường biểu diễn hấp phụ Cd của bùn cặn theo thời gian.[4]
Trang 6Hình 2: đường cong hấp phụ Cd của bùn cặn đáy theo thời gian khuấy trộn III.2 Khả năng giữ nước của đất.
- Một số nghiên cứu cho biết rằng, lúa trồng ít ngập nước có điều kiện tích lũy nhiều Cd Điều này là do sự tạo thành trạng thái rắn của CdS trong những đất trồng lúa thiếu oxy Khi hợp chất của lưu huỳnh bị oxy hóa sẽ có vài sự acid hóa để tập trung Cd sẵn có
- Ở Tintsu Nalley (Nhật Bản), nơi mà bệnh "Itai Itai" xảy ra vào lần đầu tiên năm 1950, đã tìm ra Cd có trong ruộng lúa có tương quan với số ngày ruộng lúa được tháo nước và được định kỳ làm thông khí trước khi thu hoạch Cd có thể có sẵn nhiều hơn trong những đất bị keo tụ này hơn là đất
bị tán keo Bởi vì khả năng giữ Cd của chúng thấp hơn mà nguyên nhân gây ra là bởi chứa ít Fe(OH)2 và Mn(OH)2.[3]
IV Đường xâm nhập vào cơ thể con người.
Sự hấp thu cadmium xảy ra thông qua việc hít phải không khí và tiêu hóa thức
ăn và nước uống
IV.1 Xâm nhập qua đường hô hấp.
- Lượng Cd có trong không khí trung bình là 10mg/m3 Mỗi ngày một người lớn hít vào 15m3 không khí Trung bình lượng Cd đi vào cơ thể là 0,15μg trong
đó 25% sẽ được hấp thụ vào cơ thể, tức là 0,04 μg.[5]g.[5]
- Nghiên cứu cho thấy hút thuốc lá dễ bị nhiếm Cd Một điếu thuốc lá chứa khoảng 1–2 μg.[5]g cadmium và 10% Cd được hít vào phổi khi hút thuốc, khói thuốc sễ tập trung lại thận của con người Hút 20 điếu thuốc mỗi ngày sẽ có
từ 2-4 μg.[5]g cadmium qua phổi, và khoảng 25-50% được phổi hấp thụ.[5]
Trang 7- Quá trình giám sát cadmium mang tính sinh học ở con người đã chứng minh rằng khói thuốc lá là một nguồn tiếp xúc cadmium quan trọng Trung bình, những người hút thuốc lá có nồng độ cadmium trong máu cao gấp 4–5 lần những người không hút thuốc lá và nồng độ cadmium trong thận gấp 2–3 lần những người không hút thuốc lá.[4]
IV.2 Xâm nhập qua đường tiêu hóa.
-Thức ăn, nước uống là con đường chính mà Cd xâm nhập vào cơ thể Trong suốt những năm 1940-1950, những trường hợp nhiễm độc do thức ăn xuất hiện chủ yếu do sự thay thế của Cd cho kim loại hiếm Crom trong việc là chất mạ bên ngoài của những đồ dùng đựng thức ăn, nước uống
- Sự nhiễm độc trong thức ăn là do axit có trong thức ăn, nước uống tiếp xúc với mặt bọc ngoài của những hộp đồ chứa này và sau khi ăn vào cơ thể sẽ bị nhiễm độc.[5]
IV.3 Hấp thụ qua da
Tỷ lệ hấp thụ qua da là ước tính của Kimura & Otaki (1972) ở thỏ sơn và chuột cạo khỏa thân:
- Thỏ sơn thí nghiệm 5 lần trong 3 tuần cho thấy một sự tích tụ cadmium 0,4-0,6% liều dùng ứng dụng
- Chuột cạo khỏa thân1-4 lần trong một tuần cho thấy sự tích lũy 0,2-0,8% liều dùng ứng dụng.[9]
V Các dạng tồn tại của Cd.
V.1 Cadimi oxit CdO.
- CdO rất khó nóng chảy, có thể thăng hoa khi đun nóng
- Hơi của nó rất độc
- CdO có các màu từ vàng tới nâu tùy thuộc quá trình chế hóa nhiệt
- Không tan trong nước và không tan trong dung dịch axit, chỉ tan trong kiềm nóng chảy
- Có thể điều chế CdO bằng cách đốt cháy KL trong không khí hoặc nhiệt phân hidroxit hoặc muối cacbonat, muối nitrat.[7]
V.2 Cadimi hidroxit Cd(OH) 2
Trang 8- Là kết tủa nhầy ít tan trong nước và có màu trắng.
- Không thể hiện rõ tính lưỡng tính, tan trong dung dịch axit, không tan trong dung dịch kiềm mà chỉ tan trong kiềm nóng chảy.[7]
V.3 Muối Cd(II)
- Các muối halogen (trừ florua), nitrat, sunphat, peclorat và axetat của Cd(II) đều dễ tan trong nước
- Các muối sunphua, cacbonat hay ortho photphat và muối bazo của Cd(II) ít tan
- Nhứng muối tan khi kết tinh từ dung dịch nước thường ở dạng hidrat
Trong dung dịch nước các muối Cd(II) bị thủy phân:[7]
VI Tính độc và cơ chế gây độc
VI.1 Tính độc
Cadimium và các muối của nó có tính chất kích ứng và rất độc
- Tác dụng kích ứng với niêm mạc mũi, đường hô hấp và đường tiêu hóa, có thể gây ra các tai nạn cấp tính
Không khí có nồng độ Cd 25mg/m3 gây chết người trong 2 giờ
- Tác dụng toàn thân, biểu hiện mạnh nhất ở sự chuyển hóa protein và chuyển hóa xương
Kendrey và Roe cho rằng tác dụng độc của Cd có thể một phần do kết quả cuả
sự giao thoa với chuyển hóa của một số kim loại (Co, Zn) có mặt ở trạng thái vết trong cơ thể
- Tính chất gây ung thư:
+ Thí nghiệm trên động vật người ta thu được kết quả chúng bị teo tinh hoàn, ung thư tinh hoàn và theo dõi trên người thì đã có kết quả về ung thư tuyến tiền liệt
+ Một số nghiên cứu nghề nghiệp đã báo cáo nguy cơ ung thư phế quản phổi đối với người tiếp xúc với cadmium qua đường hô hấp [2]
Trang 9Hình 3: Cảnh báo sự nguy hiểm của Cd
VI.2 Cơ chế gây độc
- Độ độc của Cd đến tế bào phụ thuộc vào các protein có khả năng liên kết với Cd, trong đó có metallothionein (MT)
- Sau khi xâm nhập vào cơ thể, Cd được gắn kết vào trong các mô dưới dạng một hợp chất với một protein có chọn lọc và có trọng lượng phân tử thấp nhưng giàu nhóm SH là metallothionein
- Metallothionein tập trung nhiều nhất ở gan và thận, nơi mà Cd thường được tích tụ 50 – 60%
- Cd vào cơ thể người sẽ gây hại, chỉ một phần nhỏ bị đào thải ngay Bởi vì
Cd thay thế Zn trong thionein – kim (metallothionein – một loại protein có chứa kẽm) Phức chất Cd-thionein-kim được chuyển đến thận và được lọc qua tiểu cầu để tái hấp thụ bởi các tế bào đầu niệu quản Ở đây protein bị
bẻ gãy, giải phóng các ion tự do, các ion này giúp các tế bào của đầu niệu quản sinh thêm thionein-kim Các thionein-kim này lại kết hợp một lần nữa với Cd.[1]
- Cd tích lũy trong cơ thể sẽ được thải loại qua nước tiểu, phần nhỏ qua đường dạ dày-ruột, nước bọt, tóc, móng.[2]
Trang 10VII Triệu chứng và cách phòng ngừa
VII.1 Triệu chứng
a Nhiễm độc cấp tính
- Qua đường tiêu hóa (qua miệng): viêm dạ dày – ruột, co cơ thượng vị, đôi khi
nôn ra máu, tiêu chảy
- Tỷ lệ tử vong trong nhiễm độc cấp tính do hít phải Cd được đánh giá từ 15 –
20%, xảy ra sau khi hít phả Cd từ 1 – 3 ngày
Triệu chứng: khó thở, xanh tím mặt, ho.[2]
b Nhiễm độc mãn tính
b1 Sự nhiễm độc thận do hấp thụ Cd
- Cd được loại thải ra khỏi gan bằng cách kết hợp với MT để sản xuất ra phức cơ kim Cd–MT bên trong gan
- Không giống như gan, sự tuần hoàn của Cd–MT được biết đến như là độc
tố trong thận Với nhận định trên, việc tiêm Cd–MT trong thời gian dài cho thấy mô hình nghiên cứu sự nhiễm độc thận do hấp thụ Cd là mãn tính
- Không giống sự tiếp xúc Cd lâu dài, sự tiếp xúc Cd–MT mãn tính gây ra bệnh hoại tử, lan rộng và còn tồn đọng trong tiểu cầu Sự phá hủy thận được phản ứng với glucoza niệu, hiện tượng nước tiểu có protein và sự phá hủy tiến triển chậm đến khi làm suy yếu thận mãn tính [2]
b2 Sự nhiễm độc gan mãn tính do hấp thụ Cd
- Người ta đã xác nhận rằng, sự tiếp xúc Cd cấp tính gây ra tình trạng nhiễm độc gan Những ảnh hưởng của sự tiếp xúc Cd mãn tính ở gan ít được biết đến
- Trong một cuộc nghiên cứu 10 tuần liên quan đến việc tiêm liều lượng Cd khác nhau mỗi ngày lên chuột, đã gây ra cho gan những bệnh lý quan trọng bao gồm bệnh viêm gan mãn tính và những tế bào nhiều nhân khổng lồ bị phát tán [2]
b3 Sự nhiễm độc máu mãn tính do hấp thụ Cd
- Sự hấp thụ Cd gây ra bệnh thiếu hồng cầu trong máu (giảm số lượng tế bào hồng cầu trong máu và nồng độ hemoglobin)
- Ở chuột có sự chuyển hóa gen MT sau 5 tuần tiếp xúc với việc tiêm 1,6mg Cd/kg mỗi ngày Lượng Cd gia tăng tùy thuộc vào liều lượng (0.05–2.4mg
Trang 11Cd/kg) trong số lượng tế bào bạch cầu ngoại vi từ 7000 đến 18000/mm3 và điều này đã dẫn đến những sự gia tăng chủ yếu số lượng bạch cầu trung tính
- Chuột không có chuyển hóa gen MT nhạy cảm gấp 10 lần so với loại chuột
có chuyển hóa gen MT bị nhiễm độc máu do hấp thụ Cd mãn tính cũng như
là phản ứng của tế bào hồng cầu và bạch cầu ngoại vi Vì vậy, MT có khả năng bảo vệ những ảnh hưởng của sự nhiễm độc máu gây ra do hấp thụ Cd [2]
b4 Sự nhiễm độc mãn tính hệ thống miễn dịch do hấp thụ Cd
- Mặc dù có những báo cáo mâu thuẫn, Cd đã được biết đến để điều chỉnh chức năng của hệ thống miễn dịch Điều này bao gồm sự tăng cường những phản ứng miễn dịch ở thể dịch tại nồng độ Cd thấp và làm giảm những phản ứng miễn dịch trong những tế bào trung gian
- Cd gia tăng nồng độ của những tế bào dễ viêm trong huyết thanh và kích thích sự hao mòn ở tuyến yên và gây ra chứng to lách Chứng to lách dẫn đến sự tăng sản bạch huyết cơ bản [2]
b5 Sự nhiễm độc mãn tính xương do hấp thụ Cd
- Sự nhiễm độc xương do tiếp xúc với Cd trong thời gian dài đã được chứng minh thành công ở người
- Vào năm 1950, cư dân ở quận Toyama–Nhật đã bị một tai nạn khủng khiếp
do tiếp xúc với Cd cao ở mỏ quặng kẽm Cd gây ô nhiễm đất và nước uống Phụ nữ, trẻ em bị đau đớn với một nhóm các triệu chứng và những dấu hiệu
đã được biết đến đó là bệnh Itai–Itai (xảy ra ở Nomiyama năm 1986) Đặc điểm của bệnh này là xương bị đau nhức dữ dội, làm biến dạng xương và gãy xương, kèm theo là những dấu hiệu của bệnh suy yếu thận mãn tính
- Trong một nghiên cứu ở chuột, người ta tiêm Cd vào trong cơ thể chuột trong vòng 10 tuần, tác động của Cd làm giảm mô xương phụ thuộc vào liều lượng và thời gian và làm giảm mật độ xương trên tia X Nghiên cứu cho thấy, Cd làm dãn nở rãnh ống Haversian và gia tăng khoáng hóa xương Ngoài ra, nghiên cứu cho biết, MT có tác dụng chống những ảnh hưởng của sự nhiễm độc xương do hấp thụ Cd [2]