CÁC yếu tố ẢNH HƯỞNG đến TÍNH độc

Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG LỚP CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG BÀI TIỂU LUẬN ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG Chuyên đề: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH ĐỘC GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: GS.TS ĐẶNG KIM CHI HỌC VIÊN THỰC HIỆN: TRẦN THỊ KIỀU NGÂN NGUYỄN THỊ YÊN PHƯƠNG Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh ĐÀ NẴNG, 10/2010 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1.1 Độc chất học 1.2 Độc học môi trường 1.3 Chất độc tính độc 1.3.1 Chất độc 1.3.2 Tính độc Các yếu tố ảnh hưởng đến tính độc 2.1 Bản chất của tác nhân gây độc (bản chất hóa học và bản chất lý học của chất độc) .8 2.2 Điều kiện tiếp xúc 10 2.3 Lồi, giới tính, độ tuổi yếu tố di truyền thời điểm tiếp xúc 12 2.4 Tình trạng sinh vật thời điểm tiếp xúc 17 2.5 Sự có mặt hóa chất thể sinh vật, môi trường thời gian tiếp xúc 18 2.6 Chấp nhận hay thích ứng .23 2.7 Các yếu tố môi trường yếu tố khác ảnh hưởng đến khả phản ứng thể độc chất 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG Hình 1- Đồ thị biểu diễn tác động của CYP đối với loài gặm nhấm đực và cái .14 Hình 2- Sự hoạt hóa khác 2- AAF chuột đực chuột 14 Hình 3- Sơ đồ chuyển hóa chất độc 21 Hình 4- Một kiểu hoạt hóa enzim 24 Hình 5- Biến đổi trung tâm hoạt động enzim .25 Hình 6- Men acetycolin estera 26 Hình - Cấu trúc pyrithamine trimethoprim 27 Hình 8- Cấu trúc pyrethrin 27 Hình - Chuyển hóa malathion thành malaoxon 27 Bảng 1- Tính nhạy cảm số loài độc chất tùy thuộc vào giới tính 14 Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, cơng nghiệp hóa, đại hóa phát triển với tốc độ nhanh vũ bão nhiễm mơi trường vấn nạn tồn cầu Kèm theo vấn đề nhiễm tỷ lệ độc chất phát thải môi trường ngày nhiều chưa có hướng giải thỏa đáng Độc học môi trường vấn đề quan tâm nghiên cứu nước ta toàn giới Nghiên cứu độc chất yếu tố ảnh hưởng đến tính độc giúp phần hạn chế rủi ro sức khỏe góp phần bảo vệ người trước nguy nhiễm bệnh từ môi trường Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh Các khái niệm 1.1 Độc chất học - Độc chất học là ngành khoa học nghiên cứu về lượng và chất các tác động bất lợi của các tác nhân hóa học, vật lý, sinh học lên hệ thống sinh vật học của sinh vật sống - Độc chất học là ngành khoa học về độc chất Là một ngành khoa học bản và khoa học ứng dụng 1.2 Độc học môi trường - Độc học môi trường và độc học sinh thái môi trường rất gần đối tương nghiên cứu và mục đích, được xem là đồng nhất - Độc học môi trường là một ngành nghiên cứu quan hệ các tác nhân có hại môi trường tự nhiên (nguồn gốc, khả ứng dụng, sự xuất hiện, đào thải, hủy diệt) và phương thức hoạt động của chúng môi trường - Độc học môi trường nghiên cứu sự biến đổi, tồn lưu và tác động của tác nhân gây ô nhiễm vốn có thiên nhiên và các tác nhân nhân tạo đã ảnh hưởng đến các hoạt động sống của sinh vật hệ sinh thái, các tác động có hại đến người - Độc học sinh thái là ngành khoa học là ngành khoa học quan tâm đến các tác động có hại của các tác nhân hóa học và vật lý lên các thể sống Đặc biệt là tác động lên các quần thể và cộng đồng hệ sinh thái Các tác động bao gồm: đường xâm nhập của các tác nhân lý hóa và các phản ứng giữa chúng với môi trường Mục tiêu chính của độc học sinh thái là tạo những chuẩn mực ban đầu thiết lập tiêu chuẩn chất lượng môi trường, đánh giá và dự đoán nồng độ môi trường, nguy cho các quần thể tự nhiên (trong đó có cả người) bị tác động mạnh bởi sự ô nhiễm môi trường Có sự khác bản giữa độc học môi trường và độc học sinh thái Độc học thực nghiệm thường tiến hành thí nghiệm động vật có vú và các số liệu dùng để đưa các giới hạn an toàn chỉ cho một mục tiêu tiếp cận, đó là người Ngược lại, mục tiêu của độc học sinh thái là bảo vệ toàn bộ sinh quyển, bao gồm hàng triệu loài khác nhau, được tổ chức theo quần thể, cộng đồng, các hệ sinh thái có liên hệ với là bảo vệ sức khỏe người cộng đồng ở mức độ từng cá thể mà bảo tồn cấu trúc và chức của các hệ sinh thái Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh 1.3 Chất độc tính độc 1.3.1 Chất độc - Chất đợc là bất cứ loại vật chất nào có thể gây hại lớn đến thể sống và hệ sinh thái, làm biến đổi sinh lý, sinh hóa, phá vỡ cân bằng sinh học, gây rối loạn chức sống bình thường, dẫn đến trạng thái bệnh lý hoặc gây chết - Nồng độ hoặc liều lượng của một tác nhân hóa học hoặc vật lý sẽ quyết định nó có phải là độc chất hay không Vì vậy, tất cả các chất có thể là chất độc tiềm tàng Theo J.H.Dufus “một chất độc là chất vào hoặc tạo thành thể sẽ gây hại hoặc giết chết thể đó” Tất cả mọi chất đều có thể là chất độc, phụ thuộc vào liều lượng sẽ quyết định một chất khơng phải là chất đợc 1.3.2 Tính độc Định nghĩa - Là mức độ tác động nguy hại của tác nhân độc lên thể sống, nó phụ thuộc vào nồng độ của chất độc và quá trình tiếp xúc - Kiểm tra tính độc là tiến hành những xét nghiệm để ước tính những tác động bất lợi của các tác nhân lên các tổ chức quan thể điều kiện tiêu chuẩn Các đặc trưng của tính độc - Tính độc của một chất tác động lên các quan khác hoặc thể khác thì khác - Tính độc của các chất độc khác tác động lên cùng một quan hoặc cùng một thể thì khác - Tính độc tồn tại một ngưỡng gây độc riêng đối với tác động lên thể của mỗi chất - Ngưỡng gây độc (TLV – Threholol Limit Value): được đưa quan sát trong thời gian nhất định để phát hiện tác động của độc chất đối với thể sống - Tính độc có thể có tính thuận nghịch và không thuận nghịch Tính thuận nghịch thể độc chất vào thể sống hấp thụ, đào thải mà khơng để lại di chứng HbO2 + CO HbCO + O2 Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh Tính khơng thuận nghịch thể độc chất vào thể để lại di chứng dioxxin, furan - Tính độc có thể biểu hiện qua nhiễm độc cấp tính Nhiễm độc cấp tính: tác động chất độc lên thể sống xuất sớm sau tiếp xúc với độc chất thời gian ngắn ngắn - Tính độc có thể biểu hiện qua nhiễm đợc mãn tính Nhiễm độc mãn tính: tác động độc chất lên thể sống xuất sau thời gian dài tiếp xúc với tác nhân độc suy giảm sức khỏe, xuất bệnh tật - Tính độc của độc chất đối với thể có thể thay đổi, tăng lên hoặc giảm tồn tại nhiều độc chất cùng mợt thể Các tác nhân tính độc chọn lọc - Tính độc phụ thuộc vào kích cỡ vi sinh vật Lượng chất độc cần cho sinh vật có kích thước bé so với sinh vật có kích thước lớn - Tính độc phụ thuộc vào tỉ lệ cân nặng diện tích tiếp xúc bề mặt Con vật nhỏ diện tích bề mặt 1g cân nặng lớn Diện tích tiếp xúc tính S(m2)= W 2/3 10 Ví dụ: Tỉ lệ cân nặng người (70kg) so với chuột (200g) 350 lần tỉ lệ diện tích bề mặt tiếp xúc người chuột 55 - Tính độc phụ thuộc vào tốc độ hấp thụ chất độc qua da Ví dụ: DDT độc thể côn trùng động vật sử dụng diện tích rộng lượng DDT dùng để tiêu diệt động vật phải lớn nhiều so với trùng da trùng có chứa chất kitin dễ cho chất độc xâm nhập không bao phủ lớp lông động vật Các yếu tố ảnh hưởng đến tính độc Mức đợ gây độc của một chất độc có hại lên thể sinh vật phụ thuộc rất nhiều yếu tố Trong đó, cả môi trường xung quanh lẫn trạng thái của thể bị tác động; các đặc trưng giống, loài, giới tính, sự thích nghie, khả đề kháng hoặc độ mẫn cảm của các cá thể… góp phần vào mức độ của tính độc đối với thể sống Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh Dưới đây, một số yếu tố có ảnh hưởng đến tính độc 2.1 Bản chất của tác nhân gây độc (bản chất hóa học và bản chất lý học của chất đợc) Bản chất hóa chất đặc tính lý hóa chúng xác định mức độ hoạt tính sinh học Các khí dễ dàng bị hấp thụ thông qua hệ thống hô hấp, đặc biệt thông qua phổi để vào máu phản ứng thể chất khí thường phản ứng cục (như ôzôn) hay hệ thống (như đốt với chất khí dùng gây mê) Hơi nước hạt bụi lỏng dễ dàng hấp thụ từ hệ thống khí quản Chúng kết hợp với nước hệ thống khí quản tạo nguyên vật liệu cho phản ứng gây nên tổn thương cục bộ, formaldehyde, lưu huỳnh đi-ơxyt, ơxyt nitơ Các hạt bụi di chuyển đến phế nang hạn chế trao đổi khí Những hạt bao gồm cacbon silicat Các hóa chất vi sinh vật hấp thụ vào hạt bụi vào thể gây phản ứng mang tính cục hay mang tính hệ thống Các protein bị chuyển hóa hệ thống tiêu hóa thơng thường chúng hết hoạt tính Có nhiều yếu tố định tác hại độc chất thể: a) Cấu trúc hóa học Theo Lazarev, cấu trúc hóa học định tính chất lý hóa hoạt tính hóa học độc chất Những tính chất lại định hoạt tính sinh vật học độc chất Visacscon đưa quy luật hoạt động chất hóa học dựa vào cấu trúc hóa học: + Các hợp chất cacbonhydro có tính độc tăng tỷ lệ thuận với số nguyên tử carbon có phân tử, thí dụ: Pental (5C) độc butan (4C) Butylic (4C) độc etylic (2C) + Trong hợp chất có số nguyên tố, hợp chất chứa nguyên tử độc hợp chất chứa nhiều nguyên tử, thí dụ: Nitrit (NO2) độc nitrat (NO3) Oxyt Carbon (CO) độc carbonic (CO2) Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh + Khi nguyên tố halogen thay cho hyđro nhiều hợp chất hữu độc tính tăng lên nhiêu, thí dụ: Tetracloruacarbon (CCl4) độc Chlorofoc (CHCl3) + Gốc (-NO2) gốc amino (-NH2) thay cho H hợp chất carbua vịng nhiều độc tính tăng lên nhiêu, thí dụ: Nitrobenzen (C6H5NO2) độc benzen (C6H6) b) Tính chất lý học Tính chất lý học độc chất đặc trưng nhiệt độ sơi độ bay hơi, độ hồ tan, khả hấp phụ • Nhiệt độ sơi xác định số lý học khác tính bay tốc độ bay Các chất bay cao tạo nồng độ cao khơng khí • Các chất có tính bay có khả tạo khơng khí nơi làm việc nồng độ cao Mặt khác chất có tính bay cao làm tăng tỷ trọng khơng khí lên • Tính hịa tan: Các tính chất lý hóa kể dạng hóa chất (chất bột, chất lỏng, chất khí) độ hịa tan mỡ xác định tốc độ cường độ vận chuyển hóa chất qua màng tế bào nồng độ hóa chất quan tiếp nhận Độc chất dễ hòa tan nước, dịch thể mỡ độc Các chất dễ tan mỡ độc tính cho hệ thần kinh cao Các hóa chất tan mỡ dễ dàng qua màng tế bào hóa chất tan nước Độ hịa tan mỡ biểu thị hệ số Oerton Mayer tỷ số độ hòa tan chất mỡ so với nước Ví dụ: Benzen có hệ số 300 độc rượu etylic có hệ số 2,5 Mức độ lớn hóa làm ảnh hưởng đến di chuyển hóa chất Sự lắng đọng sinh học phụ thuộc vào tính chất Sự lắng đọng sinh học bao gồm hấp thụ, phân bố, chuyển hóa sinh học, đào thải cấu tĩnh động học trình Trong trình chuyển hóa sinh học, thể thường chuyển hóa hợp chất tan mỡ sang dạng khác dễ đào thải hoạt tính dạng hóa chất tan nước Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh • Khả hấp phụ khả tập trung chất dạng khí, bụi, bề mặt chất rắn Mức độ hấp phụ tùy thuộc vào khả hấp phụ vật liệu xây dựng, nhiệt độ khơng khí, nồng độ độc chất thời gian tiếp xúc c) Tác dụng phối hợp độc chất Trong thực tế có nhiều độc chất tồn tính độc thay đổi, tăng cường tiêu giảm độ độc 2.2 Điều kiện tiếp xúc - Ngồi chất hóa chất đặc tính lý hóa chúng, phản ứng hóa chất thường bị ảnh hưởng điều kiện tiếp xúc bao gồm liều lượng hay nồng độ, dòng tiếp xúc thời gian tiếp xúc Liều lượng tiếp nhận phương diện sinh học tác nhân, nồng độ quan tiếp nhận xác định cường độ phản ứng Có thể nói "liều lượng làm chất trở thành độc chất" Liều lớn gây độc tính cấp tính, liều lượng nhỏ có gây nhiễm độc mãn tính khơng gây độc Ví dụ: Liều dùng nitrat độc hại viên thức ăn 200 mg /Kg bw cho gia súc Trong 1000-2000 mg /Kg phân bố cỏ khô Đường tiếp xúc yếu tố đáng kể ảnh hưởng đến phản ứng Ví dụ: Động vật tiếp xúc với methylene chloride qua đường hô hấp bị ung thư, động vật tiếp xúc với hóa chất qua đường tiêu hóa khơng bị ung thư - Tiếp xúc thời gian ngắn thường bị tác động gây hại mang tính phục hồi được, tiếp xúc thời gian dài bị tác hại khơng thể phục hồi Ví dụ tiếp xúc với rượu thời gian ngắn làm cho gan lọc mớ thời gian định, tiếp xúc thời gian dài dẫn đến bệnh xơ gan - Phản ứng hóa chất xác định độ lớn mối liên kết với quan tiếp nhận, số lượng quan tiếp nhận riêng biệt hóa chất chiếm giữ Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân 10 Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh Có số chứng rõ ràng cho thấy ung thư bệnh biến đổi gene gây Các tế bào khối u có số lượng nhiễm sắc thể biến đổi nhiễm sắc thể thường có xếp lại Một vài chuyển đoạn đặc trưng với dạng ung thư định Phần lớn tác nhân đột biến tác nhân gây ung thư Tố bẩm (predisposition) với dạng ung thư tìm thấy di truyền số gia đình Có ba loại gene liên quan đến ung thư phát gene ung thư (oncogene), gene ức chế khối u (tumor suppressor gene) gene sửa chữa DNA (DNA repair gene) Phần lớn gene ung thư có nguồn gốc từ protooncogene Protooncogene gene mã hoá sản phẩm kiểm soát sinh trưởng biệt hoá tế bào Protooncogene hoạt hoá để tạo thành gene ung thư đột biến biểu mức Lần chúng phát retrovirus gây ung thư, phát khối u khơng có virus chuyển nhiễm vào tế bào 3T3 chuột Gene ung thư retrovirus v-onc khối u c-onc Thỉnh thoảng gene ung thư khuyếch đại tế bào khối u Phần lớn gene ung thư hoạt động allele trội làm tăng chức đột biến dẫn đến loại bỏ khả điều hoà kiểm sốt chu trình tế bào Ngược lại với gene ức chế khối u, gene ung thư không biểu đột biến dòng mầm (germline mutations) mà đột biến gây nên hội chứng ung thư di truyền (inherited cancer syndromes) Trong đột biến soma gây ung thư đơn phát (sporadic cancer) Một số khối u chuyển đoạn đặc hiệu làm tăng phiên mã gene ung thư mô tả đặc điểm Hiện tượng tìm thấy u lympho Burkitt (Burkitt's lymphoma).Hoặc dung hợp hai protooncogene tạo thành gene lạ với đặc tính ung thư quan sát bệnh bạch cầu dạng tuỷ mạn tính (chronic myeloid leukemia) Gene ức chế khối u cần đến hai trở nên bất hoạt trước khối u phát triển Các đột biến đột biến lặn Thường thường bất hoạt xảy đột biến điểm allele allele khác Sự bất hoạt gene ức chế khối u xảy tế bào soma trình phát triển khối u Gene ức chế khối u nghiên cứu kỹ gene p53 Trong 40% khối u người, gene bị đột biến p53 đóng vai trị điều hồ chu trình tế bào trình chết theo chương trình tế bào (apoptosis) Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân 16 Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh Một số ung thư gặp phần nhỏ ung thư phổ biến tập hợp lại số gia đình Các gia đình gọi có tố bẩm di truyền (hereditary predisposition) với ung thư Tố bẩm di truyền trở thành dạng đặc trưng ung thư ví dụ ung thư vú loại ung thư khác Tố bẩm di truyền tăng lên thơng qua đột biến dịng mầm gene ức chế khối u Tất tế bào soma cá thể mang allele đột biến có nguy hình thành khối u tăng cao bất hoạt allele đơn bình thường Ví dụ người gồm có gene võng mạc (retinoblastoma -Rb) nằm nhiễm sắc thể 13 gene tố bẩm di truyền ung thư vú ung thư buồng trứng (BRCA1) nằm nhiễm sắc thể 17 Allele bình thường bị bất hoạt khối u Các gene ung thư gia đình thường bị đột biến soma trường hợp không thường xuyên (không di truyền) loại ung thư Ung thư di truyền cho thấy kiểu di truyền gene trội nhiễm sắc thể thường người bệnh truyền tố bẩm di truyền cho nửa số họ Tuy nhiên đột biến gene ức chế khối u đột biến lặn Nó giải thích thực tế cá thể có hoạt động chức gene ức chế khối u tế bào thích hợp cho việc đột biến thứ hai gây bất hoạt hoạt động chức bình thường tế bào Sau tế bào đột biến kép phát triển thành khối u Các gene sửa chữa DNA kết hợp với ung thư di truyền Ví dụ bệnh da sừng hố sắc tố (xeroderma pigmentosum) đột biến lặn nhiễm sắc thể thường Người bệnh nhạy cảm với ánh sáng mặt trời họ thiếu endonuclease xúc tác cho việc sửa chữa DNA Các allele đột biến số gene khác dẫn hình gene tăng cường đột biến (mutator phenotype) 2.4 Tình trạng sinh vật thời điểm tiếp xúc Tình trạng sức khoẻ sinh vật, tình trạng bệnh tật gây ảnh hưởng trực tiếp đến phản ứng hóa chất Thơng thường điều gây nên ảnh hưởng xấu đến tồn đọng hóa chất thể sinh vật Thức ăn có đầy đủ protein chất vi lượng (ví dụ vitamin) bảo vệ thể khỏi độc tính số tác nhân Các loại chuột nhắt chuột to ăn thức ăn đủ dinh dưỡng khối lượng, cho thấy có khối u phát triển thể chúng Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân 17 Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh Thiếu vitamin kéo dài thời gian hoạt động hóa chất (ví dụ, bệnh thiếu vitamin C kéo dài thời gian hoạt động pentobarbital) Khi gan bị bệnh (ví dụ bị tiếp xúc với hydrocarbon bị halogen hóa) phản ứng gan rượu bị kéo dài chế chuyển hóa sinh học rượu gan bị thay đổi Sự tồn bệnh gan hay phải làm tăng tác động có hại tác nhân gây độc gan phổi Sự tồn bệnh thận gây ảnh hưởng đến đào thải hóa chất kéo dài thời gian hoạt động hóa chất thể 2.5 Sự có mặt hóa chất thể sinh vật, môi trường thời gian tiếp xúc Cơng việc đánh giá độc tính hỗn hợp loại hóa chất sử dụng sống việc khó khăn nhà nghiên cứu độc chất học Nhìn chung, số mối tương tác hóa chất, dược phẩm với nhau, dược phẩm với thực phẩm (việc hạn chế sử dụng sản phẩm từ sữa sử dụng kháng sinh tetracycline liên kết canxi với tetracycline tạo thành hợp chất không tan) khẳng định Những nghiên cứu cần thực để thiết lập nội quy, hướng dẫn sử dụng hóa chất cách an tồn thực Các ví dụ mối tương tác độc chất học như: tăng độc tính carbon tetrachlọride phenobarbital, tăng phản ứng phổi tác nhân gây ung thư việc hút thuốc, hít khí tiềm gây ung thư Tương tác phân ra: dạng tương tác hoá học tương tác sinh học Tương tác sinh học gây ảnh hưởng đến hóa chất trình tồn đọng sinh học, hoạt tính quan tiếp nhận hóa chất khác Tương tác hóa học liên quan đến phản ứng hóa chất, gây nên hậu việc hình thành chất có hoạt tính khơng có hoạt tính phương diện sinh học Mặt khác tương tác hóa học xảy bên bên thể Các yếu tố ảnh hưởng đến tương tác bao gồm: địa điểm tương tác, mối liên quan liều lượng - đáp ứng chất tham gia tương tác, mối liên hệ với thời gian, đặc tính phương diện lý hóa học tình trạng đối tượng tiếp xúc Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân 18 Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh Tương tác hóa học xảy bên ngồi thể (exvivo), khơng khí (ví dụ: tạo thành axít sulphuric tử khí ơxít lưu huỳnh nước), nước (như tạo thành trihalomethane từ axít humic chlorin), thực phẩm (như hấp thụ chất vi lượng) Tương tác sinh học xuất bên thể (exvivo) thường liên quan đến lắng đọng sinh học (bao gồm hấp thụ, phân bố, chuyển hóa sinh học, đào thải v.v ), hoạt tính quan tiếp nhận Tương tác xảy thể liên quan đến hấp thụ chất tham gia tương tác bị ảnh hưởng tác nhân lý hóa (như pH, pKa, tính tan, cỡ hạt, kích thước phân tử, liên kết), hấp phụ, cạnh tranh để có địa điểm di chuyển qua màng tế bào, đồng bề mặt hấp thụ Vận chuyển chất tương tác thường liên quan đến yếu tố lý hóa, protein liên kết (như albumin), phân tử có kích thước lớn lưu chuyển máu Phân bố tích trữ chất tham gia tương tác liên quan đến yếu tố lý, hóa, protein liên kết, phân tử có kích thước lớn lưu chuyển máu Chuyển hóa sinh học chất tương tác liên quan đến đồng mơ tham gia chuyển hóa, enzym kích thích, enzym ức chế lưu chuyển máu Sự đào thải chất tương tác liên quan đến yếu tố lý hóa, đồng quan tham gia đào thải, cạnh tranh để có địa điểm lưu chuyển máu Mức độ hoạt động quan tiếp nhận chất tương tác liên quan đến các ́u tớ lý hóa mối liên kết (tính đặc thù/ tính chọn lọc/ lực) Sự tương tác với quan tiếp nhận tích cực tạo thành phản ứng Sự tương tác với quan tiếp nhận khơng tích cực khơng gây nên phản ứng mà đơi chất tương tác lại tích trữ lại thể Trao đổi chất, gọi chuyển đổi sinh học, nhân tố việc xác định độc tính Các sản phẩm trao đổi chất gọi chất chuyển hóa Có hai loại hình trao đổi chất – khử độc hoạt hóa Khử độc q trình mà theo một chất độc xâm nhập vào thể chuyển đổi sang dạng độc Đây chế phòng vệ tự nhiên sinh vật Q trình hoạt hóa q trình mà theo một chất độc xâm nhập vào thể chuyển đổi sang hình thức hoạt hóa độc hại Tốc độ tiết yếu tố ảnh hưởng đến độc tính chất độc Thận quan tiết chính, đường tiêu hóa, phổi (đối với loại khí) Chất độc Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân 19 Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh tiết qua mồ hơi, nước mắt, sữa Một khối lượng lớn máu lọc qua thận Độc chất hòa tan hấp thụ lại tập trung tế bào thận làm tăng tiềm độc hại Sau chất độc phân phối đến quan thể xảy q trình chuyển hoá chất độc Chuyển hoá chất độc thể thực chất q trình sinh hố để chuyển chất độc thành chất hoạt động hay bất hoạt Quá trình thường xảy gan, thận hay quan khác thể, mức độ giới hạn khác Đặc tính chung trình sản phẩm thường phân cực so với chất ban đầu, thuận lợi cho trình đào thải chất độc vào nước tiểu hay mật Một chuyển hố sinh học dẫn đến thay đổi đặc tính độc sau: - Chuyển hố hợp chất hoạt động thành không hoạt động - Chuyển chất không hoạt động sang dạng hoạt động - Chuyển chất không hoạt động sang dạng không hoạt động khác - Chuyển chất hoạt động sang dạng hoạt động khác Sơ đồ chuyển hoá: Chất độc Khử độc Khơng đổi Khơng độc Gốc hoạt tính Bài tiết Tiền độc chuyển thành dạng độc Chuyển hoá Gây tác động lên thể Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân 20 Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh Hình 3- Sơ đồ chuyển hóa chất độc Q trình chuyển hoá (trao đổi) theo giai đoạn: Giai đoạn I gồm phản ứng làm cho chất độc hoạt động chuyển thành dẫn xuất với nhóm chức thích hợp cho phản ứng giai đoạn Giai đoạn phản ứng gắn nhóm phân cực cao lên chất, nhằm hỗ trợ trình tiết thận gan Pha trao đổi chất: gồm phản ứng oxy hoá, khử thuỷ phân Pha liên hợp Phản ứng pha kết hợp chất nội sinh tan nước vào tác chất xâm nhập (chất ngoại sinh) Các phản ứng pha áp dụng hợp chất tan mỡ xem gắn "cánh tay" vào phân tử pha nắm vào "Cánh tay" thường nhóm hydroxyl, nơi mà enzim liên hợp gắn phân tử đường hay acid vào để thành sản phẩm cuối để tan nước tiết gan, thận Kết phản ứng liên hợp tạo thành dạng enzym gluctronide ethereal sulfate, mercapturic acid thông qua liên hợp với glutthione, amino acid ecety amin hợp chất methyl Mức độ phản ứng hóa chất hệ thống sinh học hàm số lượng hóa chất có hoạt tính sinh học quan tiếp nhận, mơ tế bào tiếp nhận, thời gian tương tác hóa chất quan tiếp nhận; phản ứng hóa chất hàm số liều lượng điều kiện tiếp xúc, kể thời gian tiếp xúc Mức độ của mối tương tức độc chất học phụ thuộc vào liều lượng Mức độ mối tương tác độc chất học phụ thuộc vào mối liên quan với thời gian tiếp xúc; hội mối tương tác tăng lên nhiều mật độ tiếp xúc bị tăng Nếu tiếp xúc xảy đồng thời, tác động lên lắng đọng sinh học quan trọng… Các yếu tố lý hóa gây ảnh hưởng đến q trình ton hóa, kích thước hay độ hòa tan gây ảnh hưởng.đến vận chuyển qua màng tế bào, phản ứng hóa chất Tình trạng sức khoẻ dinh dưỡng đối tượng tiếp xúc ảnh hưởng đến phản ứng hóa chất Tác động hai hay nhiều hóa chất đồng thời hoạt động là: tác động tương đương, tác động lớn hay tác động nhỏ Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân 21 Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh Cộng thêm tác động xuất kết hợp tác động hai hay nhiều hóa chất gây phản ứng, chúng tổng tác động riêng biệt cộng lại Cơ chế hoạt động chất tương tác giống hệt nhau, tương tự hay khác hẳn Ví dụ A + B → phản ứng; mức độ tác động + mức độ tác động = mức độ tác động Khi hai loại thuốc trừ sâu: lân hữu đưa đồng thời, tác hại gây ức chế enzym cholinesterase thường tăng theo phép tính cộng Gia tăng vượt bậc xuất kết hợp tác động hai hay nhiều hóa chất gây phản ứng lớn nhiều lần tổng phản ứng hóa chất kết hợp lại; độ có nghĩa phản ứng lớn nhiều tổng số học tác động đơn lẻ Ví dụ, A + B→ phản ứng; mức độ tác động + mức độ tác động = mức độ tác động Gia tăng vượt bậc xảy hai hóa chất tác động vào quan nội tạng Ví dụ A + B→ phản ứng; mức độ tác động + mức độ tác động = 10 mức độ tác động; ethanol làm tăng vượt bậc độc tính tetrachloride chloroform Gia tăng vượt bậc xuất hóa chất khơng gây tác động quan đó, có mặt làm tăng lên hoạt tính hóa chất khác quan Ví dụ, A + B → phản ứng; mức độ tác động + mức độ tác động =5 mức độ 'tác động; rượu isopropyl làm tăng vượt bậc độc tính carbon tetrachloride Suy giảm xuất có mặt hóa chất làm ảnh hưởng đến hoạt động hóa chất khác Khi tác động kết hợp hai hay nhiều hóa chất nhỏ tác động tổng hóa chất Điều có nghĩa tác động kết hợp nhỏ tổng số học tác động riêng biệt Ví dụ, A +B → phản ứng; mức độ tác động + mức độ tác động = mức độ tác động; hay mức độ tác động + mức độ tác động = mức độ tác động Suy giảm liên quan đến tính chức năng, sinh lý, hóa học, lắng đọng sinh học, sinh hóa học Suy giảm chức suy giảm sinh lý xuất hai hay nhiều hóa chất tạo tác động ngược lại quan làm trung hòa tác động (ví dụ, Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân 22 Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh thuốc giảm đau dùng để khống chế co giật), quan khác tạo tác động tương tác sinh lý (ví dụ, histamin gây nên tượng giảm áp suất máu norepinephrine gây tăng áp suất máu); hóa chất thường có mặt đồng thời Suy giảm tính chất hóa học xuất hai hay nhiều hóa chất tương tác phản ứng tạo thành hợp chất hoạt tính hơn; ví dụ: chất tạo thành Ca với tetracycline suy giảm lắng đọng sinh học tính chất sinh hóa xảy hóa chất thay đổi lắng đọng sinh học hóa chất khác làm giảm nồng độ chất quan tiếp xúc suy giảm hiệu hay độc tính hóa chất (ví dụ, enzym kích thích làm thay đổi cấu chuyển hóa sinh học làm thay đổi độc tính hay hiệu hóa chất) Giảm quan tiếp nhận xuất hai hay nhiều hóa chất cạnh tranh cho quan tiếp nhận, kết tác động cuối bị suy giảm hay tạo rạ khoảnh (lược) Sự suy giảm quan tiếp nhận thường dùng để đề cập đến mốc (ví dụ, O2 CO Cùng cạnh tranh quan tiếp nhận Hb), hóa chất thường có mặt đồng thời… Phương pháp xét duyệt đơn giản để xác định tương tác có bao gồm việc xác định đường cong liều lượng - phản ứng xác định LD20 cho hóa chất Sau kết hợp số liệu lại với đánh giá khả gây tử vong Nếu khả gây tử vong vượt 40%, giả thiết tăng trưởng vượt bậc; khả gây tử vong 40% giả thiết suy giảm; khả gây tử vong 40% giả thiết tương tác cộng them 2.6 Chấp nhận hay thích ứng Chấp nhận hay thích ứng giảm bớt tính phản hồi (đáp ứng) hóa chất cá thể tiếp tục phải tiếp xúc với hóa chất Cơ sở việc thích ứng thường kích thích enzym tham gia đến q trình chuyển hóa sinh học Ví dụ: Một số người thích ứng với chất nicotine, caffeine rượu Trong số trường hợp, trao đổi chất số lồi giống enzim tiến hành phản ứng trao đổi khác Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân 23 Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh Trong hoạt động xúc tác, có chất tác động làm tăng cường hoạt độ enzym, gọi chất hoạt hố Nhưng lại có chất làm giảm tê liệt hoạt động enzym, gọi chất ức chế Ngun nhân tượng có dính líu tới trung tâm hoạt động enzym cấu trúc phân tử (nhất cấu trúc bậc 3) protein - enzym - Các chất hoạt hoá enzym số ion kim loại Cu 2+, Zn2-, Ca2+, Mn2+, Mg2+, Co2+ - Chất có tác động ức chế enzym thường chất độc thể a Giải thích chế hoạt hố enzym Trong thể enzym sản sinh quan hay tuyến Những enzym ban đầu thường dạng chưa hoạt động gọi chuẩn enzym (proferenzyme) muốn hoạt động enzym phải nhờ chất hoạt hố Có kiểu hoạt hoá: * Các kim loại hoá trị tham gia vào cấu tạo trung tâm hoạt động để vận chuyển điện tử làm cầu nối để gắn chế vào enzym Hình 4- Một kiểu hoạt hóa enzim * Cắt đoạn enzym đạo trung tâm hoạt động enzym Nó đoạn peptid phía N cuối tác dụng acid * Cấu tạo trung tâm hoạt động enzym Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân 24 Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh Enzym trypsinogen enterokinase tá tràng tác động làm đoạn peptid (liên kết hydro bị đứt) mạch lại co rút cấu tạo cấu trúc bậc 2, có trung tâm hoạt động se rin histidin Hình 5- Biến đổi trung tâm hoạt động enzim b Giải thích chế ức chế enzym Q trình ức chế enzym trình trung tâm hoạt động bị phong bế Hiện tượng ức chế enzym tượng phổ biến đời sống sinh vật, 90% ngộ độc enzym bị ức chế Những chất thường gây tượng ức chế enzym kim loại nặng, hợp chất hữu vô Ví dụ: Ngộ độc HCN ăn sắn anion CN liên kết chặt chẽ với Fe3+ hệ thống Cytocrom - cytocrom oxydase Fe3+ bị liên kết với CN thành Fe2+CN nên điện tử không truyền hô hấp mộ bào bị gián đoạn Giải độc: Tiêm vào thể chất oxy-hoá mạnh xanh metylen Na 2S2O3 Xanh metylen biến Hb thành mệt- hemoglobin (Hb.OH) Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân 25 Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh Cytorom dạng Fe2+OH không bền nên dễ phân huỷ thành Fe3+ H2O Hb.CN lược đưa gan khử độc dạng: Nọc ong có enzym phá huỷ NAD (mà NAD nhóm ghép enzym oxy - hố hồn nguyên) nên gây cho động vật bị ong đốt tượng ngạt Cảm giác đau chất acid khơng oxy - hố tích lại kích thích thần kinh gây nên Một số chất khác Stilbamidin curare thể tính ức chế cách bịt trung tâm hoạt động enzym axetylcholin esterase Hình 6- Men acetycolin estera Curare stilbamidin có nhóm muôn cách 13 - tương ứng quãng cách đoạn mang điện tích âm trung tâm hoạt động enzym chất dễ bịt kín c Cơ chế chuyển hóa chất ngoại lai Tính độc chọn lọc phụ thuộc vào chế chuyển hóa chất ngoại lai Ví dụ: thuốc trừ sâu melathion dựa chuyển hóa cytochrome P-450 trở thành malaoxon, chất ức chế acetyl chlornesterase Nhưng đưa vào thể đường tiêu hóa thể chuột chịu tác động chất độc so với Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân 26 Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh ruồi nhà 38 lần Việc giải thích động vật có vú chứa nhiều enzim estaraza hoạt tính Pyrithamine Trimethoprim Hình - Cấu trúc pyrithamine trimethoprim Một trường hợp thú vị tính độc chọn lọc việc sử dụng pyrethroids tổng hợp loại thuốc trừ sâu Nhóm hợp chất tìm thấy từ độc chất xuất tự nhiên gọi pyrethrins chiết từ hoa chrysanthemum Hình 8- Cấu trúc pyrethrin P-450  Hình - Chuyển hóa malathion thành malaoxon Chất pyrethrins có tính độc chọn lọc cao trùng Ví dụ, chất nhóm pyrethroids chất permethrin, LD50 permethrin chuột gấp 1500 lần so với châu chấu sa mạc Có lẽ độc tính nhóm pyrethroids tăng dần nhiệt độ giảm nên chúng dường độc loài máu lạnh lồi máu nóng Vì vậy, phụ thuộc vào nhiệt độ Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân 27 Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh nguyên nhân độc tính chọn lọc trùng Chất pyrethroids thật độc loài cá quan sát phịng thí nghiệm Một khả khác pyrethroids trải qua trình kìm hãm sinh học nhanh chóng, gọi q trình thủy phân liên kết este, xảy động vât có vú khơng xảy trùng 2.7 Các yếu tố môi trường yếu tố khác ảnh hưởng đến khả phản ứng thể độc chất Các yếu tố mơi trường gây ảnh hưởng đến đáp ứng thể hóa chất bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, thành phần cấu thành môi trường xung quanh thời điểm tiếp xúc, ánh sáng loại tia phóng xạ khác, tình trạng nhà ở, tiếng ồn, yếu tố xã hội… Cơ chế yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng bao gồm biến đổi trình tồn đọng sinh học, thay đổi sinh lý học tương tác có hóa học vật lý - Yếu tố pH tính axit: ảnh hưởng đến khả hòa tan, kết tủa độc chất Thay đổi độ pH ảnh hưởng đến độc tính nhiều hợp chất hồ tan Ví dụ, amoniac trở nên độc hại làm tăng pH Khi pH thay đổi, kết tủa cation kim loại thay đổi theo: + pH < đa số kim loại nặng hòa tan nước dạng cation Zn 2+, Pb2+, Cd2+, Cr2O72-…, kim loại dạng cation sinh vật thủy sinh dễ hấp thụ; + pH > 8: đa số kim loại nặng dạng kết tủa Zn(OH)2; Pb(OH)2; Cd(OH)2; Cr(OH)3… + Mỗi lồi cá có có thích hợp mức độ pH phạm vi hẹp Trong phạm vi này, gây vấn đề sức khỏe cho Ví dụ: cá chép Koi (Cyprinus carpio) thích hợp với khoảng axit từ đến 8,5; số loài cá nhiệt đới thích nước có tính axit + Axit hay kiềm cao gây tổn thương trực tiếp lên da, mang cá, mắt Nếu tiếp xúc với mơi trường có mức độ pH mức thấp gây căng thẳng, tăng sản xuất chất nhờn khuyến khích tăng sản sinh biểu mô (dày lên biểu mô da mang) với hậu gây tử vong Lồi cá phải trì pH khơng đổi thể nó, chí biến đổi nhỏ pH máu gây tử vong Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân 28 Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh pH mơi trường bên ngồi mơi trường nước tác động ảnh hưởng đến pH máu, dẫn đến nhiễm axit nhiễm kiềm máu - Nhiệt độ ảnh hưởng định lên sinh vật: + Nhiệt độ thấp tăng cường biến đổi sinh học + Nhiệt độ cao làm tăng tính nhạy cảm độc chất làm biến đổi trao đổi chất điều chỉnh nhiệt thể + Chứng nhiễm độc da tăng thời tiết nóng + Tính độc tăng nhiệt độ giảm, có nghĩa độc chất độc lồi máu lạnh lồi máu nóng - Áp suất khí quyển: + Thay đổi áp suất thường kết hợp với thay đổi oxi để phản ứng lại với độc chất Ví dụ: thay đổi suất oxy sử dụng để điều trị ngộ độc CO, thuốc an thần xyanua - Độ dẫn: độ dẫn liên quan đến khả điện giải độc chất, độ dẫn tăng, độ linh độc độc chất tăng, dẫn đến độc chất dễ lan truyền đến phận thể gây phản ứng thể - Yếu tố dinh dưỡng chế độ ăn uống: + Sự khử hoạt tính hóa học hợp chất chế độ ăn uống: Thức ăn có chứa canxi kẽm ảnh hưởng đến khả hấp thụ chì Thức ăn có chất tannin protein phức hợp với độc chất làm giảm hấp thụ chúng + Thiếu hay thừa chất dinh dưỡng: Chế độ ăn uống thiếu chất dinh dưỡng, dẫn đến thiếu lượng, gây tượng giảm đường máu giảm khả hoạt động chuyển hóa enzyme chuyển hóa Thiếu protein làm suy yếu enzyme tổng hợp MFO làm cô đặc glutathione gan … Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân 29 Chuyên đề: Mưa axit GVHD: TS Mai Tuấn Anh TÀI LIỆU THAM KHẢO GS.TSKH Lê Huy Bá- Độc học môi trường bản- Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Sigmund F Zakrzewski- Environmental Toxicology- Oxford University Press- 2002 Trịnh Thị Thanh – Độc học sức khỏe người – Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội 1999 www.wepapers.com – 10 Factor Affecting Toxicity Lecturer - Dr Muhammad Adil Rasheed Assistant Professor Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Yên Phương Trần Thị Kiều Ngân 30 ... 1.1 Độc chất học 1.2 Độc học môi trường 1.3 Chất độc tính độc 1.3.1 Chất độc 1.3.2 Tính độc Các yếu tố ảnh hưởng đến tính. .. động vât có vú khơng xảy côn trùng 2.7 Các yếu tố môi trường yếu tố khác ảnh hưởng đến khả phản ứng thể độc chất Các yếu tố mơi trường gây ảnh hưởng đến đáp ứng thể hóa chất bao gồm nhiệt độ,... tiếng ồn, yếu tố xã hội… Cơ chế yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng bao gồm biến đổi trình tồn đọng sinh học, thay đổi sinh lý học tương tác có hóa học vật lý - Yếu tố pH tính axit: ảnh hưởng đến khả