Giáo trình Độc học Môi trường

Chơng ĐạI CƯƠNG Về Độc học độc học môI trờng 1.1 NHữNG KHáI NIệM CƠ BảN 1.1.1 Độc chất học (toxicology): theo J.F Borzelleca: Độc chất học ngành học nghiên cứu lợng chất tác động bất lợi chất hoá học, vật lý, sinh học lên hệ thống sinh học sinh vật sống" Độc chất học ngành khoa học chất độc Nó ngành khoa học ứng dụng 1.1.2 Độc học môi trờng (environmental toxicology) Theo Butler: Độc học Môi trờng ngành khoa học nghiên cứu tác động gây hại độc chất, độc tố môi trờng sinh vật sống ngời, đặc biệt tác động lên quần thể cộng đồng hệ sinh thái Các tác động bao gồm: đờng xâm nhập tác nhân hóa, lý phản ứng chúng với môi trờng Trong ngành môi trờng học, hai khái niệm độc học môi trờng độc học sinh thái học (ecotoxicology) đợc xem đồng với Đó môn học nghiên cứu độc tính tác nhân gây độc nh độc tố, độc chất từ chất gây ô nhiễm trình gây ô nhiễm môi trờng Đối tợng gây độc lại ngời sinh vật Độc học môi trờng nghiên cứu biến đổi, tồn lu tác động tác nhân gây ô nhiễm môi trờng Phơng pháp nghiên cứu độc học môi trờng thử nghiệm tác động tích luỹ độc chất sinh vật sống Mục tiêu nghiên cứu độc học môi trờng phát tác chất (hoá, lý, sinh học) có nguy gây độc để dự đoán, đánh giá cố có biện pháp ngăn ngừa tác hại quần thể tự nhiên hệ sinh thái 1.1.3 Chất độc (toxicant, poison, toxic element) Chất độc chất gây nên tợng ngộ độc (intoxication) cho ngời, thực vật động vật Các tác nhân gây ô nhiễm có mặt môi trờng đến nồng độ trở nên độc Nh vậy, từ tác nhân ô nhiễm, tác nhân trở thành tác nhân độc, chất độc gây độc cho sinh vật ngời http://hoahocsp.tk Trong môi trờng có loại chất độc: Chất độc chất (chất độc tự nhiên) : gồm chất mà dù liều lợng nhỏ gây độc cho thể sinh vật Ví dụ nh H2S, CH4, Pb, Hg, Cd, Be, Sn, Chất độc không chất: tự thân không chất độc nhng gây nên hiệu ứng độc vào môi trờng thích hợp Chất độc theo liều lợng: chất có tính độc hàm lợng tăng cao môi trờng tự nhiên Thậm chí số chất hàm lợng thấp chất dinh dỡng cần thiết cho sinh vật ngời, nhng nồng độ tăng cao vợt ngỡng an toàn, chúng trở nên độc Ví dụ: môi trờng đất, NH+4 dung dịch đất chất dinh dỡng thực vật sinh vật nồng độ thấp; nhng vợt tỉ lệ 1/500 khối lợng gây độc Tơng tự Zn nguyên tố vi lợng cần thiết để nâng cao chất lợng sản phẩm nhng vợt 0,78% gây độc; hay Fe+2 vợt nồng độ 500ppm gây chết lúa, vợt 0,3ppm nớc ảnh hởng đến sức khỏe ngời 1.1.4 Độc tố (toxin): chất độc đợc tiết từ sinh vật Ví dụ: Độc tố động vật: nọc rắn, nọc ong, nọc kiến, Độc tố thực vật: alcaloid, glucoside Độc tố vi khuẩn: Clostridim Botulism Độc tố nấm: Alflatoxin 1.1.5 Tác nhân gây độc (toxic factor) chất gây nên hiệu ứng xấu cho sức khỏe gây chết Tất chất có độc tính tiềm tàng , có liều lợng ( hay nồng độ) diện chất định có gây độc hay không (Paraceler, 1538) 1.1.6 Liều lợng (dose) đơn vị xuất tác nhân hóa học, vật lý hay sinh học Liều lợng đợc diễn tả qua đơn vị khối lợng hay thể tích trộng lợng thể (mg, g, ml/kg trọng lợng thể) hay đơn vị khối lợng hay thể tích đơn vị bề mặt thể (mg, g, mg/m2 bề mặt thể) Nồng độ không khí đợc thể qua đơn vị khối lợng hay thể tích phần triệu thể tích không khí (ppm) hay miligam, gam m3 không khí Nồng độ nớc diễn tả qua đơn vị ppm hay ppb http://hoahocsp.tk 1.2.7 Nhiễm bẩn - Ô nhiễm chất độc ngộ độc 1.2.6.1 Ô nhiễm môi trờng (pollution) Chúng ta biết tợng ngộ độc ngời sinh vật liên quan đến lợng độc tố, độc chất có môi trờng, mà độc chất lại xuất phát từ chất gây ô nhiễm có môi trờng bị ô nhiễm Khái niệm: Ô nhiễm môi trờng tợng suy giảm chất lợng môi trờng đột ngột giới hạn cho phép, ngợc lại với mục đích sử dụng môi trờng, ảnh hởng đến sức khỏe ngời sinh vật Tổ chức Y tế Thế giới định nghĩa "Ô nhiễm việc chuyển chất thải lợng vào môi trờng đến mức có khả gây hại cho sức khỏe cho ngời phát triển sinh vật làm giảm chất lợng môi trờng sống" * Nguồn gây ô nhiễm nguồn thải chất ô nhiễm Chúng ta phân chia chất gây ô nhiễm theo tính chất hoạt động, nguồn gốc phát sinh, theo khoảng không gian * Chất ô nhiễm hóa chất , tác nhân vật lý, sinh học nồng độ hoặcmức độ định, tác động xấu đến chất lợng môi trờng * Ô nhiễm, gây độc môi trờng nớc Nớc nguồn tài nguyên "vô tận" thiên nhiên, nhng phân bố không tác động ngời nên số nơi giới trở nên khan chất lợng, không sử dụng đợc Do tính dễ lan truyền nên phạm vi vùng ô nhiễm nớc lan nhanh thủy vực theo đà phát triển sản xuất công nghiệp, tốc độ đô thị hóa Nhiều nơi giới bị đe dọa thiếu nớc trầm trọng tình trạng nguồn nớc vị ô nhiễm sa nạc hóa Hậu qủa việc nhiễm độc độc chất, độc tố vùng nớc bị ô nhiễm đã, khắc phục lâu dài Nớc ô nhiễm đờng dễ dàng đa độc chất vào thể sống ngời thông qua mắt xích chuỗi thức ăn Vì vấn đề ô nhiễm nớc ảnh hởng tác nhân độc nớc đến quần xã thủy sinh ngời cần đợc nghiên cứu * Ô nhiễm, gây độc môi trờng không khí Không khí hỗn hợp chất có dạng khí, có thành phần thể tích hầu nh không đổi Thành phần không khí khô 78%N2, 20.95%O2, 0.93% Ar, 0.03% http://hoahocsp.tk CO2, 0.002% Ne, 0.005%He Ngoài không khí chứa lợng nớc định Nồng độ bão hòa nớc không khí phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Ô nhiễm không khí phát tán vào khí loại khí, hơi, hay hạt thành phần không khí khô, loại hoá chất, lợng làm cho thành phần thay đổi, gây ảnh hởng bất lợi cho ngời, sinh vật công trình Không khí ô nhiễm chứa nhiều loại chất độc nguy hại cho sức khỏe ngời hệ sinh thái Các chất nguy hiểm dễ dàng xâm nhập trực tiếp thờng xuyên vào thể qua đờng hô hấp da, sau bị hấp thụ vào máu tác động lên hệ thần kinh * Ô nhiễm, gây độc môi trờng đất Ô nhiễm nớc, ô nhiễm không khí có liên quan mật thiết đến ô nhiễm gây độc đất đai Ô nhiễm đất phản ánh phơng thức canh tác lạc hậu phơng thức quản lý đất đai không hợp lý Ô nhiễm đất phản ánh liên thông ô nhiễm nớc, không khí dẫn đên ô nhiễm đất nớc phát triển, ô nhiễm gây độc đất do: + Sử dụng mức nông nghiệp sản phẩm hóa học nh phân bón, chất điều hòa sinh trởng , thuốc bảo vệ thực vật + Thải vào đất lợng lớn chất thải công nghiệp, chất thải độc hại + Do tràn dầu + Do nguồn phóng xạ tự nhiên nhân tạo 1.2.6.2 Nhiễm bẩn (contamination) Nhiễm bẩn trờng hợp chất lạ làm thay đổi thành phần vi lợng, hóa học, sinh học môi trờng nhng chua làm thay đổi tính chất chất lợng môi trờng thành phần Nh môi trờng nớc bị ô nhiễm , trải qua giai đoạn nhiễm bẩn, nhng môi trờng nhiễm bẩn cha bị ô nhiễm Đối tợng nghiên cứu độc học môI trờng Độc học môi trờng nghiên cứu đối tợng: + Các ảnh hởng độc chất, độc tố sinh học lên: - Các cá thể sinh vật - Quần thể http://hoahocsp.tk - Quần xã - Hệ sinh thái + Các ảnh hởng độc chất, độc tố sinh học lên vi địa sinh thái trung địa sinh thái (terreotrial microcosms and mesocosms) - Những thay đổi hệ thống sinh học chức sinh thái hệ sinh thái môi trờng - Sự tổn hại sinh vật ngời - Thay đổi số lợng loài, tuổi, cấu trúc, kích thớc loài xuất trình tác động chất độc - Thay đổi phân bố di truyền - Thay đổi phát triển thực vật suất sinh học - Thay đổi tốc độ mức độ hô hấp đất - Thay đổi hàm lợng nguyên tố vi đa lợng thành phần môi trờng - Thay đổi đặc tính tập tục sinh học sinh vật tơng tác chủng loại hệ sinh thái với - Thông qua dây chuyền thực phẩm, tích luỹ khuyếch đại sinh học chất độc gây tác hại toàn hệ thống sinh thái môi trờng http://hoahocsp.tk Chơng tác động độc chất thể sống 2.1 Đặc điểm chung (Các nguyên lý độc học môi trờng) 2.1.1 Khái niệm độc chất Có nhiều hóa chất tồn môi trờng Một số chất chúng chất độc, số khác chất không độc Các chất độc hoá học công nghiệp thải vào không khí, nớc đất Từ môi trờng, chúng thâm nhập vào chu trình thức ăn ngời Khi vào hệ thống sinh thái ngời, chúng phá hủy làm thay đổi trình hóa sinh, số trờng hợp dẫn đến hậu nghiêm trọng gây chết ngời Độc chất học hóa học: khoa học nghiên cứu hóa chất độc hại phơng thức gây độc chúng Số chất độc hóa học nhiều Hiện nhiều trờng hợp khó nói chất đặc biệt độc hay không Một số hóa chất quan trọng, sử dụng nhiều đợc kiểm tra chặt chẽ nhng không chứng minh đợc đặc tính không độc chúng Nhiều kim loại thể nh chất nguy hiểm môi trờng lại nguyên tố dinh dỡng cần thiết (ở dạng vết) cho phát triển bình thờng ngời động vật Các nguyên tố Al, Sb, As, Ba, Be, Bi, Cd, Co, Cu, Ce, In, Pb, Hg, Mo, Ag, Te, Tl, S, Ti, W, U Zn Schwartz dã sử dụng thuật ngữ cửa sổ nồng độ (concentration window) để đa đờng ranh giới chúng, cụ thể: a) Nồng độ cần thiết b) Nồng độ thiếu (thấp nồng độ a), gây rối loạn trao đổi chất c) Nồng độ gây độc(cao nồng độ a) gây hậu tai hại Thậm chí nguyên tố tiếng độc hại nh As, Pb Cd thiếu đợc (ở lợng vết) cho phát triển động vật Các chất độc thể đợc phân loại tơng ứng với tác dụng chức chúng Có thể phân loại theo mutagens, chất gây ung th (carcinogens) v.v Hoặc tạp chất thức ăn, HCBVTV, kim loại nặng, cacbonyl kim loại hợp chất hữu Clo v.v Theo số liệu chơng trình môi trờng Liên hợp quốc (United Nations Environment Programme) có triệu hóa chất khác hàng năm có thêm 30 nghìn chất đợc tìm thêm Trong số chất có 60.000- 70.000 hóa chất đợc sử dụng rộng rãi Bên cạnh tác dụng chúng làm cho sản xuất, mức http://hoahocsp.tk sống sức khỏe đợc tăng lên, nhiều chất số chất có tiềm độc hại 2.1.2 Tính độc Tính độc chất độc phụ thuộc vào yêú tố sau: Đặc tính chất sinh vật Ví dụ: Pb, Hg, CuSO4, gây độc với sinh vật Hg vô độc so với Hg hữu Chất hữu chứa Cl có độc tính cao nguyên tử Cl phân tử chất nhiều; thí dụ: CH3 Cl[...]... 20 Loại đặc tính hoá học và sinh hoá Hg Tơng đối trơ và không độc, dạng hơi rất độc nếu hít phải Hg22+ Hg Tạo hợp chất ít tan với clorua - độ độc thấp 2+ Độc nhng khó di chuyển qua màng tế bào (màng sinh học) RHg+ Độ độc cao, thờng ở dạng CH3Hg+, gây nguy hiểm cho hệ thần kinh và não, dễ đi qua màng sinh học Tích trữ đợc trong các mô mỡ Độ độc thấp nhng dễ chuyển thành RHg+ trong môi trờng có độ axit... chất độc Bảng 2.1 Các nguyên tố độc hại tìm thấy ở nớc tự nhiên và nớc thải Nguyên tố Nguồn thải ra Tác dụng đến sinh vật As HCBVTV, chất thải hóa học Độc, có khả năng gây ung th Cd Chất thải công nghiệp mỏ, Đảo ngợc vai trò hóa sinh của Ezym,gây mạ kim loại , ống dẫn nớc ra cao huyết áp, gây hỏng thận, phá hủy các mô và hồng cầu, có tính độc đối với động thực vật dới nớc Be Than đá, năng lợng hạt Độc. .. Pb Công nghiệp mỏ, than đá, Độc, gây bệnh thiếu máu, bệnh thận, xăng, hệ thống ống dẫn nớc rối loạn thần kinh, môi trờng sống bị phá hủy máy Mn Chất thải công nghiệp mỏ, ít độc đối với động vật, độc đối với tác động vi sinh vật lên các thực vật ở nồng độ cao khoáng Mn ở pE thấp Hg Thải công nghiệp, mỏ, Độc tính cao HCBVTV , than đá Mo Thải công nghiệp, các nguồn Có khả năng độc đối với động vật, cần... độc tính của dòng Các chất phản ứng hoặc chất xúc tác: nếu trong môi trờng tồn tại chất xúc tác thì hoạt tính của chất ô nhiễm sẽ tăng cao nhiều lần Ngợc lại , khi có chất đối kháng thì độc tính sẽ giảm hoặc triệt tiêu Các yếu tố về khí tợng , thủy văn: độ ẩm, tốc độ gió, ánh sáng, sự lan truyền sóng, dòng chảy, độ mặn, cũng gây tác động khá lớn đến hoạt tính của độc chất 2.1 6 Các chất độc hóa học. .. còn 5000 tấn khác đợc đa vào do hoạt động của con ngời Hiệu ứng độc: Tính độc của thủy ngân phụ thuộc vào đặc tính hóa học của nó Thủy ngân nguyên tố tơng đối trơ và không độc Nếu nuốt vào thì thủy ngân sau đó đợc thải ra mà không gây hậu quả nghiêm trọng Thủy ngân có áp suất hơi tơng đối cao và nếu nh hơi này bị hít vào thì sẽ rất độc Vì vậy thủy ngân cần phải đợc bảo quản ở những nơi thoáng gió... lớn Cl- nên Hg22+ không độc Tuy nhiên Hg2+ là rất độc Do ái lực lớn của nó đối với các nguyên tử S mà nó dễ dàng kết hợp với các amino axit chứa lu huỳnh của protein Nó cũng tạo liên kết với hemoglobin và albilmin huyết thanh, cả hai chất này đều có chứa nhóm sunphydryl Tuy hhiên Hg2+ không thể đi qua màng sinh học và do đó không thể thâm nhập vào các tế bào sinh học Các dạng độc nhất là các hợp chất...Ví dụ: ở pH axit, kẽm (Zn) có độc tính cao hơn vì tồn tại ở các dạng Zn2+ và ZnHCO3+ (hòa tan); trong khi đó ở pH kiềm, kẽm có độc tính thấp do tồn tại ở dạng Zn(OH)2 (kết tủa) Độ dẫn điện (EC): có ảnh hởng nhất là với các chất độc có tính điện giải Các chất cặn trong môi trờng nớc, không khí, đất, gây kết dính hay sa lắng độc chất Ví dụ, trong vùng đất chua phèn, nếu có các... rất bền và tồn tại lâu trong môi trờng thì các nhóm khác - các chất cơ photphat và cacbamat - bị biến đổi nhanh trong môi trờng Các chất này tác dụng với O2 và H2O và bị phá hủy trong vòng vài ngày trong môi trờng Các sản phẩm của sự phân hủy này là không độc Phơng thức tác dụng của thuốc trong diệt côn trùng: Cơ chế mà theo nó các hydrocacbon đợc clo hóa thể hiện tính độc hại đối với cơ thể là cha... sự tơng tự về tính chất hóa học của Pb2+ và Cd2+ xơng đợc xem là nơi tàng trữ Pb tích tụ của cơ thể Sau đó phần chì này có thể tơng tác cùng với photphat trong xơng và thể hiện tính độc khi truyền vào các mô mềm của cơ thể Nhiễm độc chì có thể đợc chữa bằng các tác nhân chelat có khả năng liên kết mạnh với Pb2+ Ví dụ , chelat của Canxi trong dung dịch đợc dùng để giải độc chì Pb2+ thế chỗ Ca2+ trong... tế bào trong chu trình của axit xitric bị ảnh hởng rất lớn Enzym sẽ bị ức chế do việc tạo phức với As(III), dẫn tới thuộc tính sản sinh phân tủ của ATP bị ngăn cản AsO33- + HS-CH2-CH2-CH-(CH2)4-CO-Protein Asenit + Dihydrolipoic axit-protein - O-As-S-CH2 | CH2 | S-CH-(CH2)4-protein Phức bị thụ động hóa Do có sự tơng tự về tính chất hóa học với Photpho, Asen can thiệp vào một số quá trình hóa sinh làm ... độc ngộ độc 1.2.6.1 Ô nhiễm môi trờng (pollution) Chúng ta biết tợng ngộ độc ngời sinh vật liên quan đến lợng độc tố, độc chất có môi trờng, mà độc chất lại xuất phát từ chất gây ô nhiễm có môi. .. trờng nhiễm bẩn cha bị ô nhiễm Đối tợng nghiên cứu độc học môI trờng Độc học môi trờng nghiên cứu đối tợng: + Các ảnh hởng độc chất, độc tố sinh học lên: - Các cá thể sinh vật - Quần thể http://hoahocsp.tk... động độc chất thể sống 2.1 Đặc điểm chung (Các nguyên lý độc học môi trờng) 2.1.1 Khái niệm độc chất Có nhiều hóa chất tồn môi trờng Một số chất chúng chất độc, số khác chất không độc Các chất độc