Độc chất học có để được định nghĩa như là một ngành khoa học nghiên cứu về độc chất. Một chất độc có thể được định nghĩa như là chất gây nên ảnh hưởng có hại khi được đưa vào trong cơ thể sống. Từ lâu, độc chất học là ngành nghiên cứu các ảnh hưởng có hại bởi các tác nhân vật lý như phóng xạ và tiếng ồn. Tuy nhiên, trong thực tế, sự tồn tại của độc chất phức tạp hơn nhiều so với định nghĩa trên, những định nghĩa này liên quan đến ảnh hưởng của độc chất và sự đo lường ảnh hưởng của độc chất. Những định nghĩa rộng hơn về độc chất, như là “ngành nghiên cứu liên quan đến sự phát hiện, biểu hiện, thuộc tính, ảnh hưởng và điều tiết các chất độc”.
TS Lê Quốc Tuấn Khoa Mơi Trường Tài Ngun, ĐH Nơng Lâm TP.HCM Chương GIỚI THIỆU VỀ ĐỘC CHẤT HỌC 1.1 Một số ngun lý khái niệm độc chất 1.1.1 Định nghĩa độc chất Độc chất học có để định nghĩa ngành khoa học nghiên cứu độc chất Một chất độc định nghĩa chất gây nên ảnh hưởng có hại đưa vào thể sống Từ lâu, độc chất học ngành nghiên cứu ảnh hưởng có hại tác nhân vật lý phóng xạ tiếng ồn Tuy nhiên, thực tế, tồn độc chất phức tạp nhiều so với định nghĩa trên, định nghĩa liên quan đến ảnh hưởng độc chất đo lường ảnh hưởng độc chất Những định nghĩa rộng độc chất, “ngành nghiên cứu liên quan đến phát hiện, biểu hiện, thuộc tính, ảnh hưởng điều tiết chất độc” Độc chất học khơng đơn giản nghiên cứu phân tử đơn lẻ mà loạt phản ứng phơi nhiễm, phân bố đồng hóa, cuối phản ứng với hợp chất cao phân tử tế bào (thường DNA protein) biểu độc tính Kết Phơi nhiễm là, độc chất bị đào thải qua tiết biến tính độc chất sửa chữa Các nhà khoa học nghiên cứu độc chất cố gắng giải thích cách chất phá hủy hệ thống sinh học dẫn đến ảnh hưởng mang tính độc hại Do đó, họ làm việc để đưa giải pháp nhằm khoanh vùng ngành khoa học nghiên cứu độc chất Ngành độc chất học phục vụ xã hội nhiều cách, khơng bảo vệ người mơi trường Đi vào thể Tiêu hóa Qua da Hít thở Hấp thu qua máu phân phối đến quan Gây độc Tích lũy Bài tiết Đồng hóa Đường ảnh hưởng độc chất thể TS Lê Quốc Tuấn Khoa Mơi Trường Tài Ngun, ĐH Nơng Lâm TP.HCM khỏi ảnh hưởng nguy hại độc chất mà tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển chất độc có tính chọn lọc cao chất chống ung thư, thuốc chữa bệnh chất diệt cỏ nơng nghiệp Độc tính khái niệm liều lượng, chất độc vài nồng độ định, nồng độ thấp khơng độc, nồng độ cao trở nên độc Khoảng biến động hai giới hạn ngưỡng độc có ảnh hưởng định Tuy nhiên, thời gian tiếp xúc lâu dài chất trở nên độc Vinyl chlroride ví dụ Là chất có khả gây ung thư gan nồng độ cao nồng độ thấp tác động thời gian dài khơng độc nồng độ thấp Sự đo lường độc tính phức tạp Độc tính cấp thời, lâu dài biến động từ quan đến quan khác, biến động theo lứa tuổi, di truyền, giới tính, tình trạng sức khỏe sinh vật Cách đo độc tính đơn giản chất biểu diễn qua giá trị LD50 (nồng độ cần thiết để giết chết 50% quần thể sinh vật điều kiện định Giá trị LD50 phụ thuộc nhiều vào thơng số khác mơi trường ví dụ nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, độ pH 1.1.2 Các ngun lý khái niệm độc chất Có nhiều thuật ngữ sử dụng ngành độc chất học Tuy nhiên, vài thuật ngữ đặc biệt quan trọng đến độc chất học đề cập đến phần A Các dạng hoạt độc Bao gồm xem xét chức quan, tế bào phân tử dẫn đến nhiễm độc: hấp thu, phân phối, đồng hóa, dạng hoạt động tiết Cơ chế hoạt độc ngày sử dụng rộng rãi nhằm mơ tả hàng loạt q trình phơi nhiễm việc gây chết sinh vật Độc học hóa sinh phân tử (biochemical and molecular toxicology) xem xét q trình mức hóa sinh phân tử, bao gồm: enzyme tổng hợp ngoại độc tố sinh học, sinh hoạt chất trung gian, phản ứng ngoại độc tố sinh học sản phẩm chúng với hợp chất cao phân tử Độc học hành vi (Behavioral toxicology) liên quan đến ảnh hưởng chất độc hành vi động vật người Là q trình biểu chức thần kinh Nó liên quan đến hệ thống thần kinh ngoại biên thần kinh trung ương, tác động đến quan khác tuyến tiết Độc học dinh dưỡng (Nutritional toxicology) đề cập đến ảnh hưởng phần ăn đến biển độc đến chế ảnh hưởng Q trình ung thư (Carcinogenesis) bao gồm hoạt động hóa học, sinh hóa phân tử dẫn đến tăng sinh tế bào cách bất thường có nguy dẫn đến bệnh ung thư TS Lê Quốc Tuấn Khoa Mơi Trường Tài Ngun, ĐH Nơng Lâm TP.HCM Đột biến (Mutagenesis) liên quan đến ảnh hưởng độc chất lên vật liệu di truyền di truyền ảnh hưởng Độc tính quan (Organ toxicity) xem xét ảnh hưởng mức độ chức quan (độc tính thần kinh, độc tính gan, độc tính thận …) B Đo lường độc chất độc tính Các cơng cụ quan trọng sử dụng hóa phân tích, hoạt chất sinh học tốn ứng dụng sử dụng để cung cấp phương pháp luận nhằm trả lời câu hỏi quan trọng q trình nghiên cứu độc chất Chất có độc hay khơng? Nó thuộc loại hóa chất nào? Nồng độ bao nhiêu? Làm đánh giá ảnh hưởng độc tính nồng độ tối thiểu để gây độc phát Sau dây số ngành có liên quan Độc chất học phân tích ngành hóa phân tích liên quan đến việc định dạng đánh giá hóa chất độc hợp chất chúng vật liệu sinh học mơi trường Kiểm nghiệm độc tính liên quan đến việc sử dụng thể sống để đánh giá ảnh hưởng độc tố Nó vào gồm kiểm nghiệm nhanh độc tính gen kỹ thuật ni cấy tế bào để sử dụng mơ cho nhiều kiểm nghiệm khác từ độc tính cấp đến độc tính lâu dài Nó thường sử dụng để mơ tả kiểm nghiệm độc tính thể sống Bệnh học nhiễm độc ngành bệnh học liên quan đến ảnh hưởng tác nhân gây độc thay đổi hình thái bào quan, tế bào, mơ quan Tốn sinh học thống kê liên quan đến nhiều lĩnh vực độc chất học Chúng bao gồm phân tích số liệu, xác định độ tin cậy, mơ hình hóa đánh giá nguy mơ Phát nhiễm quan trọng mối liên quan phơi nhiễm hóa chất nhiễm bệnh cộng đồng dân cư C Độc chất học ứng dụng Nó bao gồm nhiều khía cạnh độc chất học áp dụng để phát triển phương pháp độc chất chọn lọc nhằm áp dụng sớm cho lãnh vực khác Độc chất học lâm sàng nhằm phát chữa trị người bị nhiễm độc Độc chất học thú y nhằm phát điều trị cho động vật bị nhiễm độc, đặc biệt gia súc Một khía cạnh khác độc chất học thú y nghiên cứu truyền nhiễm độc tố đến cộng đồng dân cư qua thức ăn sữa, cá loại thịt khác TS Lê Quốc Tuấn Khoa Mơi Trường Tài Ngun, ĐH Nơng Lâm TP.HCM Độc chất học mơi trường nghiên cứu di chuyển độc tố hợp chất chúng, sản phẩn phân hủy mơi trường chuỗi thức ăn Đánh giá ảnh hưởng chất lây nhiễm lên cá thể, đặc biệt cộng đồng dân cư Độc chất học cơng nghiệp lĩnh vực đặc biệt độc chất học mơi trường liên quan đến mơi trường làm việc tạo nên phần quan trọng vệ sinh cơng nghiệp D Phân loại hóa chất sử dụng Nó bao gồm khía cạnh độc chất phát triển hóa chất cho mục đích thương mại Một vài hóa chất sử dụng điều tất yếu, số khác có ảnh hưởng khơng mong muốn người sử dụng Các loại hóa chất sử dụng khơng phải tất chất tổng hợp, mà có nhiều chất có nguồn gốc từ thiên nhiên Các sản phẩm tự nhiên chiết xuất sử dụng cho mục đích thương mại mục đích khác phải qua kiểm nghiệm độc tính giống hóa chất tổng hợp Các hóa chất nơng nghiệp bao gồm nhiều hợp chất chất diệt trung, chất diệt cỏ, diệt nấm…tất độc sinh vật Thuốc phần hóa dược dược học Tuy nhiên, ảnh hưởng độc tính kiểm nghiệm độc tính chúng nằm ngành khoa học độc chất Chất gây nghiện hóa chất sử dụng cho việc điều trị bệnh liên quan đến thần kinh gây nên lệ thuộc gây độc Nhiều chất bị cấm sử dụng, số khác lại có tác dụng chữa trị sử dụng liều Các chất phụ gia thực phẩm mối quan tâm nhà độc chất học chúng có độc tính kiểm kiểm nghiệm để xác định độc tính tiềm ẩn Hóa chất cơng nghiệp có số lượng lớn, kiểm nghiệm độc tính phơi nhiễm có kiểm sốt Tất độc Các hợp chất tự nhiên bao gồm nhiều độc chất từ thực vật, độc chất từ nấm khống chất có mặt mơi trường Việc sử dụng lượng lớn thảo dược chất bổ sung phần ăn trở thành mối quan ngại cho nhà độc chất học hoạch định sách Hiệu chất khơng chắn, độc tính biết đến Các sản phẩm đốt cháy thường sử dụng chiếm thành phần lớn có độc tính, sinh từ việc đốt nhiên liệu hóa chất cơng nghiệp khác E Những quy định độc chất học Các khía cạnh liên quan đến đến việc ban hành luật quy định có thẩm quyền theo pháp luật đưa nhằm giảm TS Lê Quốc Tuấn Khoa Mơi Trường Tài Ngun, ĐH Nơng Lâm TP.HCM thiểu ảnh hưởng độc hại hóa chất đến sức khỏe người mơi trường Khía cạnh pháp lý việc ban hành luật, quy định thực thi pháp luật Ở Mỹ, việc thực thi pháp luật thực quan thuộc phủ Cục bảo vệ mơi trường (EPA, Environmental Protection Agency), Cơ quan Thực phẩm Dược phẩm (FDA, Food and Drug Administration), Cơ quan sức khỏa an tồn lao động (OSHA, Occupational Safety and Health Administration) Tương tự quan trực thuộc phủ tồn nhiều quốc gia khác giới Đánh giá rủi ro việc xác định rủi ro, rủi ro tiềm ẩn cân rủi ro lợi nhuận Nó cần thiết cho việc điều tiết hợp chất độc hại Đánh giá rủi ro hình thành trước việc thơng báo rủi ro quản lý rủi ro tiến hành 1.1.3 Mối tương quan độc chất học với ngành khoa học khác Độc chất học ngành khoa học có tính biến động cao, nghiên cứu độc tính sản phẩm tự nhiên hay hoạt động người tạo Ngành giúp mở rộng ngành khoa học khác Các ngành khoa học khác đóng góp nhiều phương pháp nhiều khái niệm khoa học để phục vụ cho nhu cầu nhà độc chất học nghiên cứu ứng dụng độc chất học cho phục vụ người Và độc chất học đóng góp nhiều cho ngành khoa học khác Đầu tiên phải kể đến hóa học, hóa sinh, bệnh học, lý sinh, y tế dự phòng, miễn dịch học, sinh thái học tốn sinh học từ lâu quan trọng, sinh học phân tử phát triển hai ba thập niên gần đóng góp phần quan trọng cho độc chất học Độc chất học đóng góp đáng kể cho ngành khoa học y học, độc học lâm sàng, dược dược học, sức khỏe cộng đồng vệ sinh cơng nghiệp Độc chất học góp hướng quan trọng cho thú y, cho khía cạnh khác nơng nghiệp phát triển sử dụng an tồn hóa chất nơng nghiệp Các đóng góp độc chất học nghiên cứu mơi trường trở nên quan trọng năm gần Từ cho thấy độc chất học ngành khoa học ứng dụng nhằm tăng cường chất lượng sống, bảo vệ mơi trường Sự xáo trộn thường xun q trình sống hóa chất độc hại làm cho học nhiều điều q trình sống Lĩnh vực độc chất học mở rộng nhanh chóng thập niên gần số lượng nhà độc chất học kiến thức tích lũy Việc mở rộng mang đến thay đổi từ ngành khoa học mơ tả lúc ban TS Lê Quốc Tuấn Khoa Mơi Trường Tài Ngun, ĐH Nơng Lâm TP.HCM đầu đến việc người sử dụng rộng rãi phương pháp để nghiên cứu chế liên quan đến độc chất 1.2 Ảnh hưởng độc chất đến người mơi trường sinh thái 1.2.1 Ảnh hưởng độc chất đến người Độc chất tác động lên người theo nhiều phương thức khác gây nhiều hậu nghiêm trọng bệnh tật, thiểu trí tuệ, đặc biệt biến đổi cấu trúc số gen thể thay đổi trở nên nghiêm trọng di truyền cho hệ sau Ảnh hưởng chi tiết loại độc chất đề cập đến chương sau 1.2.2 Vai trò hệ thống sinh thái Nhiều chức hệ thống sinh thái cần thiết cho chất lượng sống người bao gồm: cung cấp thức ăn, phân hủy chất thải, cung cấp nước uống làm mơi trường khơng khí Cho dù đóng góp hệ sinh thái trực tiếp cho người lớn, nguy độc tố người thiên nhiên tạo ngày lớn điều đáng lo ngại Độc chất khơng gây ảnh hưởng đến mơi trường địa phương mà đến hệ thống sinh thái tồn cầu Trong phần mơ tả ảnh hưởng độc chất đến chức cần thiết hệ sinh thái Dưới vài chức hệ sinh thái: - Hấp thu lượng mặt trời, tạo sinh khối, cung cấp thức ăn, kiến tạo vật chất, cung cấp lượng từ sinh khối - Phân hủy chất thải - Tái sinh chất dinh dưỡng (Vd Cố định nitrogen) - Tích lũy, làm phân phối nước - Tạo bảo dưỡng đất nơng nghiệp - Kiểm sốt trùng - Một thư viện gen cho phát triển sản phẩm (thức ăn, dược phẩm hóa chất có lợi) nhân giống kỹ thuật sinh học - Duy trì khơng khí để thở - Kiểm sốt khí hậu - Có khả thay đổi vùng đệm phục hồi từ thiên tai lũ lụt, cháy rừng thiên dịch - Thụ phấn nơng nghiệp TS Lê Quốc Tuấn Khoa Mơi Trường Tài Ngun, ĐH Nơng Lâm TP.HCM - Tạo hài hòa vẽ đẹp thiên nhiên 1.2.3 Các kiểm nghiệm độc tính hệ sinh thái Các kiểm nghiệm độc tính phải thực trước tiên để đánh giá vai trò hệ thống sinh thái Các phương pháp phát triển để kiểm nghiệm độc tính hệ sinh thái thực quy mơ vùng đánh giá ảnh hưởng lên sản xuất sinh khối liên quan đến nơng nghiệp, lâm nghiệp thủy sản Các kiểm nghiệm độc tính sử dụng để xác định mối tương quan điều kiện sinh thái nồng độ độc chất Nhiều hệ thống tự nhiên quan sát mối tương quan điều kiện sinh thái hóa học xác định Sự tích hợp thơng tin ảnh hưởng độc tố lên hệ thống sinh thái cung cấp sở liệu cho việc đưa định mơi trường Sự đóng góp hệ sinh thái người khơng dừng lại việc bảo vệ mà cơng cụ hiệu việc thơng tin rủi ro đến cơng chúng Trong kiểm nghiệm độc chất với hệ thống sinh thái liên quan đến nơng nghiệp, lâm nghiệp thủy sản phổ biến, việc kiểm nghiệm phát triển phát triển yếu Một vài nghiên cứu ảnh hưởng độc hại lên hệ thống sinh thái quy mơ khác Độc chất Gây độc Quy mơ Quan Dự sát đốn Tóm tắt nghiên cứu Sản xuất sinh khối Kim loại nặng CO2 CO2, Tia cực tím 1 1 1 Mưa acid 4 Ơ nhiễm khí O3 2 - 1 Q trình phân hủy hợp chất carbon quần thể vi sinh vật bị dừng lại có bổ sung độc chất - Rừng tăng sinh khối sơ cấp sau năm bổ sung nitrogen Các hợp chất hữu đất hoạt động bể thu nitrogen Nhưng sau bảo hòa làm tăng rò rỉ vào hệ thống thủy sinh Phân hủy loại chất thải Chất thải cơng nghiệp Tái sinh chất dinh dưỡng Ơ nhiễm NOx Giảm xuất lúa mạch Năng xuất lúa tăng CO2 tăng từ 330 đến 660 ppm Một mơ hình để dự đốn xuất lúa dựa vào liệu liều lượng-phản ứng, lập đồ mơ hình hóa cho phơi nhiễm Thơng tin địa lý tốc độ phân hủy, điều kiện mùa màng khả đệm tự nhiên để xác định vùng bị ảnh hưởng mưa acid Sư phá hủy rừng việc thủng tầng ozone kiểm tra cảm biến từ xa, kiểm nghiệm độc tính phòng thí nghiệm, khảo sát phá hủy lá, đánh giá nội vùng cảm biến từ xa TS Lê Quốc Tuấn Khoa Mơi Trường Tài Ngun, ĐH Nơng Lâm TP.HCM Tích lũy làm phân phối nước Phân bón NO3 3 Phát sinh trì đất nơng nghiệp Chất diệt cỏ 1 Kiểm sốt trùng Chất diệt trùng Thư viện gen Mưa acid Có khả gây nên nhiễm nước ngầm việc bón phân khơng kiểm sốt chặt chẽ Các chất diệt cỏ thơng dụng ngăng cản phân hủy phân bón làm tăng hao hụt chất dinh dưỡng 2 - Làm giảm sinh sản thiên địch 3 Hóa chất ảnh hưởng sinh học có khả làm giảm đa dạng sinh học Duy trì khơng khí để thở kiểm sốt khí hậu Ơ nhiễm NOx 2 - Sự bổ sung nitrogen làm giảm tiêu thụ methane vùng đất Rừng bị nhiễm chất thải luyện kim cần thời gian lâu để phục hồi so với việc cháy rừng Khả thay đổi 2 vùng đệm phục hồi sau thiên tai Quy mơ: từ đến 5; 1=địa phương, 2=tiểu vùng, 3=vùng, 4=lục địa, 5=địa cầu