Bài giảng Độc học môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG  Bài giảng ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG GV: ThS Đoàn Thị Thái Yên Hà Nội - 2006 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG https://tieulun.hopto.org Độc học (Toxicology) Là ngành học nghiên cứu khía cạnh định tính định lượng tác hại tác nhân hoá học, vật lý sinh học lên hệ thống sinh học sinh vật sống (J.E Borzelleca) Theo Bộ sách giáo khoa Brockhaus Độc học ngành khoa học chất độc ảnh hưởng chúng Ngành độc học bắt đầu xây dựng từ đầu kỷ 19 có liên quan chặt chẽ đến ngành dược lý (nghiên cứu tác dụng thuốc lên thể) Độc học khoa học ảnh hưởng đọc hố chất lên thể sống Nó bao gồm chất như: dung môi hữu cơ, kim loại nặng, thuốc trừ sâu, mỹ phẩm, thành phần thức ăn, chất phụ gia thực phẩm (Textbook on Toxicology) Độc học khoa học chất độc, ngành khoa học ứng dụng Độc học môn khoa học xác định giới hạn an tồn tác nhân hố học (Casarett Doull 1975) Độc học định nghĩa J.H Duffus môn khoa học nghiên cứu mối nguy hiểm thực tiềm tàng thể tác hại chất độc lên tổ chức sống Các hệ sinh thái: mối quan hệ tác hại với tiếp xúc, chế tác động, chuẩn đốn, phòng ngừa chữa trị ngộ độc Tóm lại, độc học mơn khoa học nghiên cứu mối nguy hiểm xảy hay xảy độc chất lên thể sống Một số nhóm độc học - Độc học môi trường - Độc học công nghiệp - Độc học thuốc trừ sâu - Độc học dinh dưỡng - Độc học thuỷ sinh - Độc học lâm sàng - Độc học thần kinh Độc học môi trường (environmental toxicology) https://tieulun.hopto.org Hai khái niệm độc học môi trường (environmental toxicology) độc học sinh thái (ecotoxicology) gần đối tượng nghiên cứu mục đích Đôi người ta đồng chúng Độc học môi trường ngành nghiên cứu quan hệ tác chất có hại mơi trường tự nhiên (nguồn gốc, khả ứng dụng, xuất hiện, đào thải, huỷ diệt…) phương thức hoạt động chúng môi trường Độc học môi trường hướng mối quan hệ tác chất, cấu trúc tác chất ảnh hưởng có hại chúng thể sống Độc học sinh thái ngành khoa học quan tâm đến tác động có hại tác nhân hoá học vật lý lên thể sống Đặc biệt tác động lên quần thể cộng đồng hệ sinh thái Các tác động bao gồm: đường xâm nhập tác nhân hoá lý phản ứng chúng với môi trường (Butler, 1978) Mục tiêu độc học sinh thái tạo chuẩn mực ban đầu thiết lập tiêu chuẩn chất lượng môi trường, đánh giá dự đốn nồng độ mơi trường, nguy cho quần thể tự nhiên (trong có người) bị tác động mạnh ô nhiễm môi trường Có số khác độc học độc học sinh thái Độc học thực nghiệm thường tiến hành thí nghiệm động vật có vú số liêụ dùng để đưa giới hạn an toàn cho mục tiêu tiếp cận, người Ngược lại mục tiêu độc học sinh thái bảo vệ toàn sinh quyền, bao gồm hàng triệu loài khác nhau, tổ chức theo quần thể, cộng đồng, hệ sinh thái liên hệ với qua mối tương tác phức tạp Mục đích độc học bảo vệ sức khoẻ người cộng đồng mức độ cá thể Còn mục đích độc học sinh thái khơng phải bảo vệ cá thể mà bảo tồn cấu trúc chức hệ sinh thái Chất độc, tính độc 3.1 Chất độc https://tieulun.hopto.org Chất độc (chất nguy hại) loại vật chất gây hại lớn tới thể sống hệ sinh thái, làm biến đổi sinh lý, sinh hoá, phá vỡ cân sinh học, gây rối loạn chức sống bình thường, dẫn đến t rạng thái bệnh lý gây chết Liều lượng nồng độ tác nhân hoá học vật lý định có phải chất độc hay khơng Vì tất chất chất độc tiềm tàng Theo J.H.Duffus "một chất độc chất vào tạo thành thể gây hại giết chết thể đó" Tất thứ chất độc, có điều liều lượng định chất khơng phải chất độc (Everything is a poison Nothing is without poison Theo dose only makes That something is not a poison - Paracelsus - bác sỹ Thuỵ sỹ, 1528) 3.2 Tính độc Là tác động chất độc thể sống Nó phụ thuộc vào nồng độ chất độc trình tiếp xúc Kiểm tra tính độc tiến hành xét nghiệm để ước tính tác động bất lợi tác nhân lên tổ chức quan thể điều kiện tiêu chuẩn Phân loại Có nhiều sở khác để phân loại tác nhân độc, tuỳ theo mục đích nghiên cứu đối tượng nghiên cứu Có thể kê vài cách phân loại sau: - Phân loại theo nguồn gốc chất độc - Phân loại theo nồng độ, liều lượng - Phân loại theo chất chất độc - Phân loại theo môi trường tồn chất độc (đất, nước, không khí) - Phân loại theo ngành kinh tế, xã hội: độc chất nông nghiệp, công nghiệp, y tế, quân sự… - Phân loại theo tác dụng sinh học đơn (tác dụng kích ứng, gây ngạt, dị ứng, ung thư, đột biến gen, quái thai…) https://tieulun.hopto.org - Phân loại dựa vào nguy gây ung thư người Theo chất chất độc loại tác nhân gây độc gồm loại hố chất (tự nhiên tổng hợp, hữu vô cơ), tác nhân vật lý (bức xạ, vi sóng) tác nhân sinh học độc tố nấm mốc, vi khuẩn, động, thực vật Dựa chứng rõ ràng nghiên cứu hố chất có khả gây ung thư người, IARC (cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế ) phân hố chất theo nhóm có khả gây ung thư Nhóm 1: Tác nhân chất gây ung thư người Nhóm 2A: Tác nhân gây ung thư người Nhóm 2B: Tác nhân có lẽ gây ung thư người Nhóm 3: Tác nhân khơng thể phân loại dựa tính gây ung thư người Nhóm 4: Tác nhân có lẽ khơng gây ung thư người Việc phân nhóm yếu tố mang tính khoa học dựa thông tin, số liệu tin cậy, chứng thu từ nghiên cứu người động vật thí nghiệm Nguyên lý chung: Mối quan hệ nồng độ (liều lượng) đáp ứng/phản ứng thể Liều lượng (dose) đơn vị việc tiếp xúc tác nhân gây hại lên thể sống Nó thể qua đơn vị trọng lượng (hay thể tích) thể trọng (mg, g, ml/kg thể) trọng lượng (hay thể tích) đơn vị diện tích bề mặt tiếp xúc thể (mg, g, ml/m2 bề mặt thể) Nồng độ khơng khí biểu diễn qua đơn vị khối lượng thể tích thể tích khơng khí ppm, hay mg, g/m3 khơng khí Nồng độ nước: mg/l = ppm hay ug/l = ppb Sự đăp ứng/phản ứng (Response) phản ứng thể hay một vài phận thể sinh vật kích thích chất độc (Duffus) Sự kích thích gồm nhiều dạng cường độ đáp ứng thường liên quan đến cường độ kích thích; kích thích mạnh đáp ứng thể lớn Khi chất kích thích hố chất đáp ứng https://tieulun.hopto.org thường hàm số liều lượng mối quan hệ gọi mối quan hệ liều lượng - đáp ứng Một tác động có hại, gây tổn thương, có độc tính thay đổi hình thái, sinh lý, phát triển, sinh trưởng tuổi thọ thể, gây suy yếu hoạt động suy yếu khả để kháng lại chất độc, tăng mẫn cảm với tác động có hại môi trường Cơ quan tiếp nhận (receptor) điểm nhạy cảm dễ đáp ứng, nằm tế bào chịu tác động tác nhân kích thích Nó gọi thụ Các thụ bề mặt gọi loại I Trong tế bào chất gọi loại II, nhân gọi loại III Kết tương tác tác nhân quan tiếp nhận khởi đầu chuỗi kiện sinh hoá đỉnh điểm đáp ứng ta nhìn thấy Sự đap ứng liên quan đến số thụ thể tham gia thời gian tương tác hoá chất thụ thể Số thụ thể tham gia lại liên quan đến lực chúng với tác nhân nồng độ hoá chất, thời gian tác động Sự đáp ứng phụ thuộc vào số phúc hợp hoá chất - thụ tạo thành Các thụ thể phải liên kết với hoá chất, trải qua số phản ứng tạo đáp ứng Khi liều hoá chất tăng lên, số liên kết với thụ thể tăng lên, số đáp ứng tăng Liên kết hố chất quan tiếp xúc đồng hoá trị, hydrogen, hay lực Van der Walts Bản chất liên kết ảnh hưởng đến thời gian tồn phức hoá chất - quan tiếp nhận thời gian sinh hiệu ứng Liên kết đồng hố trị tương đối khơng thuận nghịch (khơng phục hồi được) liên kết ion, hydro Van der Walts thuận nghịch (phục hồi được) Để quan tiếp nhận gây đăp ứng phải gắn với hố chất tác động Liên kết thường liên kết khơng đồng hố trị thuận nghịch Tiếp heo, quan tiếp nhận hoạt hố, q trình gọi chuyển hố tín hiệu, tạo hoạt tính nội lực Sau https://tieulun.hopto.org hàng loạt tượng sau tạo đáp ứng thể Quá trình gọi trình liên kết quan tiếp nhận - đáp ứng Con đường xâm nhập hoá chất vào thể người động vật qua miệng (tiêu hố), đường thở (hơ hấp) qua da (tiếp xúc cục bộ) Hoá chất tiếp xúc với thể, vào máu Trong máu, hố chất tồn dạng tự hay liên kết với protein (thường với albumin) Hố chất rời máu đến quan nơi chuyển hố sinh học (ví dụ gan), hay tích trữ (các mơ mỡ) hay tiết (thận) hay phát đáp ứng (não) Hoá chất phải vượt qua lớp màng tế bào, qua lớp phospholipit q trình vận chuyển bị động (khơng tiêu hao lượng) hay vận chuyển chủ động (tiêu hao lượng) Có nhiều loại đáp ứng sinh sau tương tác hoá chất - phận tiếp nhận Nó bao gồm thay đổi hình dạng trông thấy không trông thấy, thay đổi chức sinh lý sinh hoá Các đáp ứng khơng đặc hiệu viêm nhiễm, hoại tử đặc hiệu đột biến gen, khuyết tật, ung thư Các đáp ứng nhìn thấy sau thời gian, nhiều phận, có lợi có hại…kết cuối kích thích kìm hãm Tuy nhiên, chất đổi thành tế bào khơng bị hố chất làm biến đổi, ví dụ tế bào khơng bị biến đổi thành tế bào tiết Sự biến đổi hay tác động có hại mức tế bào cân nội sinh bị dịch chuyển Mối quan hệ liều lượng đáp ứng biểu diễn liên quan tác dụng đáp ứng quan sát quần thể Chúng thể đồ thị với độ lớn đáp ứng bình thường liều lượng diễn tả theo dạng số học logarit 100 50 Khoảng tác động Khoảng gia tăng tác động Khoảng tác động tối đa EC50 log dose (mg/kg) https://tieulun.hopto.org Đặc trưng tính độc - Trong mơi trường có nhiều độc chất tồn tính độc thay đổi Phản ứng thu khuếch đại độ độc (1+1=2), chí khuếch đại gấp bội (1+1>5) Cũng mang tính tiêu độc (1+1