NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TÍCH LUỸ - ĐÀO THẢI VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC KIM LOẠI NẶNG (As, Cd, Pb) ĐẾN HÀM LƯỢNG CORTISOL TRONG CÁ ĐIÊU HỒNG TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -NGUYỄN QUỐC THẮNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TÍCH LUỸ - ĐÀO THẢI VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC KIM LOẠI NẶNG (As, Cd, Pb) ĐẾN HÀM LƯỢNG CORTISOL TRONG CÁ ĐIÊU HỒNG (OREOCHROMIS SP.) Chuyên ngành: Hoá vơ Mã số chun ngành: 9.44.01.13 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC Tp Hồ Chí Minh, năm 2018 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, Viện nghiên cứu độc chất Hàn Quốc (Korea Instite of Toxicology – Gajeong-ro, Yuseong-gu, Daejeon), Khoa Hoá học trường Đại học Quốc gia Changwon (Hàn Quốc), Viện Địa lý Tài nguyên thành phố Hồ Chí Minh và Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng – Học viện Khoa học và Công nghệ Người hướng dẫn khoa học 1: PGS TS LÊ VĂN TÁN Người hướng dẫn khoa học 2: PGS TS NGUYỄN THỊ KIM PHƯỢNG Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Học Viện tổ chức Viện Khoa học vật liệu ứng dụng, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt nam, Số 01A, đường TL 29, Phường Thạnh Lợc, Quận 12, TP Hồ Chí Minh vào hồi … 00 ngày … tháng … năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài: Cá Điêu hồng nguồn thực phẩm ưa chuộng chất lượng thịt cá giá thành hợp lý Vì sống nước nên cá chịu ảnh hưởng của môi trường và nguồn nước thải từ các khu công nghiệp Không những thế, kim loại nặng môi trường nước có khả tích luỹ cá và có nguy xâm nhập vào thể và gây nguy hại cho người Cần nghiên cứu những vấn đề rất cấp thiết chưa giải quyết sở nghiên cứu một cách có hệ thống và khoa học về quy luật của quá trình tích luỹ và đào thải kim loại nặng, ảnh hưởng của kim loại nặng đến hàm lượng cortisol cá Mục tiêu: Nghiên cứu ảnh hưởng của kim loại nặng điển hình (Cd, Pb và As) đến quá trình phát triển, tích luỹ, đào thải và ảnh hưởng đến hàm lượng cortisol máu cá Điêu hồng (Oreochromis sp) sống nước ô nhiễm Những đóng góp mới: Cơng trình nghiên cứu mợt cách có hệ thống và toàn diện về quy luật hấp thu, đào thải và ảnh hưởng của kim loại nặng (Cd, Pb và As) đến hàm lượng cortisol cá Điêu hồng sống nước ô nhiễm Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Kết nghiên cứu làm sở khoa học lĩnh vực hoá học môi trường, độc chất môi trường, sử dụng thị sinh học để cảnh báo nhiễm mơi trường góp phần cảnh báo những rủi ro, nguy lan truyền kim loại nặng qua thực phẩm và gây hại cho sức khỏe người Bố cục của Luận án: Luận án gồm: Phần mở đầu, kết luận và chương (Chương 1: Tổng quan, Chương 2: Phương pháp nghiên cứu, Chương 3: Kết và thảo luận) Luận án có 17 bảng số liệu, 43 hình và đã có cơng trình có liên quan cơng bố Phần phụ lục bao gồm 78 bảng số liệu và hình ảnh CHƯƠNG TỔNG QUAN Cadimi nguyên tố không cần thiết, gây độc cho thể người ở nồng đợ thấp chúng tích lũy sinh học thể người các hệ sinh thái Chì mợt kim loại đợc gây tổn hại cho hệ thần kinh Tiếp xúc lâu ngày với chì hoặc hợp chất của gây bệnh thận các đau bất thường giống đau bụng Ngưỡng đợc cấp tính của Pb phụ thuộc vào loài, tuổi của sinh vật Ảnh hưởng hóa sinh của asen: Làm đơng tụ protein; tạo phức với coenzym phá hủy q trình photphat hóa tạo ATP Cơ chế gây độc của asen tấn cơng vào nhóm sulfuahydryl của enzym làm cản trở hoạt động của enzym Asen (III) vô có độc tính cao nhất Đợc chất xâm nhập vào thể sinh vật từ bộ phận thể tiếp xúc với độc chất đường tiêu hóa, đường hô hấp, qua da, quan tổn thương Kim loại xâm nhập vào thể sống chủ yếu qua hấp thu chủ động hoặc kh́ch tán thụ đợng Sự tích lũy sinh học kim loại nặng cadimi, chì asen cá thể sống môi trường ô nhiễm khác tùy theo loài, mơ khác nhau, tuổi, dạng hóa học của độc tố, ảnh hưởng tương hỗ của nguyên tố khác Khả đào thải kim loại phụ thuộc vào nhiều yếu tố loại kim loại ô nhiễm, ảnh hưởng của hỗn hợp kim loại, loài, đặc điểm sinh học của mơ Đợc chất khỏi đường máu xâm nhập vào mơ khác, đây, đợc chất chuyển hóa sinh học, đào thải hoặc tích tụ Các phản ứng xảy nhanh hay chậm tùy thuộc vào hàm lượng độc chất ở bộ phận tiếp xúc, lực hoạt tính riêng của đợc chất Cortisol mợt loại hóc-môn corticosteroid sản sinh bởi bộ phận Zona fasciculata vỏ thượng thận Đây là hóc-môn quan trọng và xem là “hóc-môn stress” Tác dụng của cortisol: Chuyển hóa glucid, protein, lipit, chuyển hóa nước và điện giải, chống căng thẳng, làm tăng đông máu, tăng số lượng hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu giảm tế bào lympho, làm chậm lên sẹo vết thương Các nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi hàm lượng cortisol thể trạng thái căng thẳng, bệnh, chu kỳ sinh học, lồi, giới tính, các giai đoạn sinh trưởng phát triển của sinh vật Trong những năm gần đây, có nhiều nhóm nghiên cứu về sự tích lũy kim loại nặng sinh vật sống nước Các nhóm tác giả Mohammed Aldoghachi Jasim Aldoghachi (2016), Kah Hin Low (2011), Abdulali Taweel (2011) Mohammed Aldoghachi Jasim Aldoghachi et al (2016) nghiên cứu sự tích luỹ kim loại nặng cá Điêu hồng sống môi trường tự nhiên Mợt số nghiên cứu cho thấy kim loại nặng tích lũy gan cá cao thịt (Elzbieta Kondera, 2014, El-Moselhy KM, 2014, Canli M, 2003) Kết nghiên cứu của một số tác giả khác cho thấy mang cá có khuynh hướng lũy kim loại nặng cao (Wong và cộng sự, 2001, Altındağ và Yiğit, 2005, Karadede-Akin và Ünlü, 2007) Ở Việt Nam, một số nhóm nghiên cứu về sự tích lũy kim loại nặng thực vật hoặc động vật thân mềm hai mảnh vỏ Chưa có cơng trình khoa học và ngoài nước nào nghiên cứu một cách có hệ thống về quy luật tích luỹ, đào thải và ảnh hưởng của kim loại nặng đến thành phần sinh hoá cá Điêu hồng CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Thiết kế thí nghiệm xác định ngưỡng độc cấp tính Cá Điêu hồng thí nghiệm ni nước nhiễm asen hoặc cadimi hoặc chì ở các nồng đợ khác 96 Mỡi thí nghiệm chọn ngẫu nhiên 30 cá, chia ba bể nuôi, mỗi bể 10 cá Theo dõi số lượng cá chết 24, 48, 72 96 ô nhiễm kim loại Xây dựng đồ thị tương quan giữa nồng độ từng kim loại nặng nước tỷ lệ cá chết, từ đó ước lượng LC50 của từng kim loại nặng 2.2 Thiết kế thí nghiệm nghiên cứu độc mãn tính (subchronic) của kim loại đến sự tích luỹ, đào thải và rối loạn cortisol cá Điêu hồng Trong nghiên cứu này, cá thí nghiệm bằng cách ni nước không ô nhiễm kim loại nặng (cá đối chứng) và nước nhiễm kim loại asen hoặc cadimi hoặc chì ở các mức nồng độ khác (3,5 %; % và 10 % của LC50 của từng kim loại) - Nồng độ asen: 1,00 mg/L; 1,50 mg/L và 3,00 mg/L - Nồng độ cadimi: 0,66 mg/L; 1,00 mg/L và 2,00 mg/L - Nồng đợ chì: 0,12 mg/L; 0,18 mg/L and 0,33 mg/L Mỡi thí nghiệm chọn ngẫu nhiên 75 cá, chia thành bể nuôi, mỗi bể 25 cá (n=3) Nước ni cá phân tích tổng hàm lượng kim loại nặng lần tuần bằng thiết bị phổ hấp thu nguyên tử Mẫu cá thí nghiệm lấy lúc đến để đảm bảo lượng hocmon ở mức cao nhất chu kỳ sản sinh chất nội tiết Mẫu cá lấy ngẫu nhiên ở ngày thứ 4, 12 20 kể từ bắt đầu sống nước ô nhiễm kim loại nặng Cá rửa bằng nước cất hai lần trước lấy máu và lấy gan, mang và thịt Mẫu máu lấy ở vây đuôi sau đó ly tâm ở tốc độ 5500 vòng/ phút phút để tách lấy huyết đem phân tích cortisol Mẫu gan, mang và thịt sấy khô ở 105 oC 10 trước phân tích As, Cd và Pb As phân tích bằng thiết bị ICP-MS 7700 (JP 13052271, Agilent, USA) Cd và Pb phân tích bằng thiết bị ICP-OES (Optima 2100 DV, Perkin Elmer) Phân tích cortisol thiết bị HPLC-DAD Thiết bị HPLC-UV-HG-AAS sử dụng để phân tích các dạng hóa học của asen Xử lý kết quả thực nghiệm Xử lý kết thực nghiệm bằng phần mềm SPSS phiên 22.0, dùng phương pháp phân tích phương sai mợt ́u tố (ANOVA), kiểm định Duncan’s test, mức ý nghĩa 0,05 Kết phân tích biểu diễn bằng giá trị  đợ lệch ch̉n CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đánh giá phương pháp phân tích 3.1.1 Đánh giá phương pháp định lượng cortisol Đỉnh đặc trưng của cortisol sắc ký đồ đối xứng, thời gian lưu 7,45 phút Giới hạn phát giới hạn phương pháp định lượng cortisol huyết tương cá lần lượt 0,87 µg/L 2,90 µg/L Đợ đúng của kết phân tích hàm lượng cortisol cá Điêu hồng khoảng từ 91,2 đến 94,5%; độ chụm từ 1,1 đến 2,6% Quy trình trích ly, làm cortisol huyết tương cá Điêu hồng định lượng bằng kỹ thuật RP-HPLC-UV phù hợp để phân tích cortisol 3.1.2 Đánh giá phương pháp định lượng Cd , Pb As cá Điêu hồng - Khoảng tuyến tính của phép đo Cd thiết bị ICP-OES đáp ứng khoảng nồng độ rộng Giá trị LOD và LOQ lần lượt 0,52 µg/L 1,73 µg/L Hiệu suất thu hồi Cd cao khoảng 94,4%; độ chệch giữa lần đo nhỏ 10% Quy trình vơ hóa mẫu phép đo Cd thiết bị ICP-OES phù hợp để xác định lượng vết Cd mẫu - Quy trình vơ hóa mẫu và định lượng Pb thiết bị ICP-OES có đợ xác và đợ nhạy cao Giá trị LOD và LOQ lần lượt 1,2 µg/L 3,9 µg/L Hiệu suất thu hồi Pb cao khoảng 92,2%; độ chệch giữa lần đo nhỏ 5% Như vậy, phương pháp này rất thích hợp để phân tích vết Pb thực phẩm - Quy trình vơ hóa mẫu và định lượng As thiết bị ICP-MS có đợ xác và đợ nhạy cao Giá trị LOD và LOQ lần lượt 0,076 µg/L 0,253 µg/L Đợ đúng của phương pháp khoảng 96,0 đến 98,6%; RSD% giữa lần đo khoảng từ 0,41% đến 4,17% Phương pháp ICP-MS rất phù hợp để định lượng vết As mẫu cá 3.2 Nghiên cứu về asen 3.2.1 Nghiên cứu ngưỡng độc cấp tính asen Khơng có tượng cá chết thí nghiệm đối chứng cá thí nghiệm nồng độ As nước < 20 mg/L Nồng độ As nước khoảng 20 mg/L đến 40 mg/L, lượng cá chết vòng 96 tăng khoảng từ 13,3 đến 100% Hình 3.2 Ảnh hưởng As nước đến số cá chết 96 giờ Hình 3.5 Tích lũy As mang cá Trong nghiên cứu này, giá trị LC50 của As 96 cá Điêu hồng tính tương đối cao, khoảng 29,26 mgAs/L; điều sự chuyển đổi dạng hóa học của As vơ thành As hữu đợc quá trình trao đổi chất của thể cá Điêu hồng Đã có các nghiên cứu chứng tỏ As vơ chuyển hóa sinh học thành dạng As hữu độc monometylasen, dimetylasen, trimetylasen thể cá Tilapia mossambica sống nước ô nhiễm As (III) vô cơ.3.2.2 Nghiên cứu độc mãn tính của As cá Điêu hồng 3.2.2.1 Sự tích lũy asen cá Điêu hồng sống nước nhiễm Quan sát q trình phát triển của cá đối chứng cho thấy cá không mệt mỏi, ăn bình thường Trong đó, cá sống nước nhiễm As, cá có dấu hiệu mệt mỏi, bơi lội, ăn kém, chậm lớn Sau 20 ngày thí nghiệm, trọng lượng cá đối chứng tăng đáng kể khoảng 19,3%, đó, trọng lượng cá ô nhiễm As (1,00 đến 3,00 mg/L) tăng khoảng từ 2,7 đến 5,7 % so với trọng lượng cá ban đầu Tích lũy As mang cá: Tích lũy As mang cá sống nước ô nhiễm tăng theo thời gian nồng độ As nước đồng thời cao đáng kể so với cá đối chứng (hình 3.5) Khi nồng độ As nước tăng từ 1,00 đến 3,00 mg/L, tích lũy As mang cá sau ngày sống nước ô nhiễm tăng khoảng từ 0,18 đến 0,60 mg/kg Kéo dài thời gian ô nhiễm đến 20 ngày, hàm lượng As mang cá ô nhiễm tăng lên khoảng từ 0,89 đến 1,29 mg/kg Hình 3.6 Tích lũy As gan cá Hình 3.7 Tích lũy As thịt cá Tích lũy As gan: Hàm lượng As gan cá sống nước ô nhiễm tăng theo thời gian nồng độ As nước (Hình 3.6) Tích lũy As gan cá nhiễm cao đáng kể so với cá đối chứng Khi nồng độ As nước tăng từ 1,00 đến 3,00 mg/L, tích lũy As gan cá sau ngày sống nước ô nhiễm tăng khoảng từ 0,38 đến 0,88 mg/kg Kéo dài thời gian sống đến 20 ngày, hàm lượng As gan cá ô nhiễm khoảng từ 1,15 đến 1,80 mg/kg Tích lũy As thịt cá: Sau ngày sống nước ô nhiễm As (1,00 đến 3,00 mg/L), tích lũy As thịt cá khoảng từ 0,57 đến 1,21 mg/kg Sau 20 ngày ô nhiễm, tích lũy As thịt cá nhiễm khoảng từ 2,27 đến 3,01 mg/kg thịt khơ (hình 3.7) Tích lũy As thịt cá Điêu hồng sống nước ô nhiễm tăng theo thời gian nồng độ As nước Tích lũy As mang, gan và thịt cá Điêu hồng sống nước ô nhiễm tăng theo nồng độ As nước và cao đáng kể so với cá đối chứng Tích lũy As cá theo thứ tự sau: Thịt > gan > mang Bề mặt mang cá tích điện âm, nước As (III) tồn dạng AsO2- mang điện tích âm, lực đẩy tĩnh điện giữa mang cá anion AsO2- nên As dễ dàng xâm nhập vào thể với sự chuyển hóa sinh học As vơ thành As hữu đợc và lưu trữ chủ yếu ở thịt Do đó, As tích luỹ nhiều thịt gan và mang Phân bố tích lũy As cá của nghiên cứu hoàn toàn phù hợp với các cơng bố trước As tích luỹ nhiều nhất thịt cá Điêu hồng, cá trê Silurus glanis cá chép Tích lũy As thịt của loài cá ở Neretva, Croatia nhiều đáng kể so với gan mang cá Khi nồng độ As nước thấp, cá không nhận biết ngộ độc nên chủ động trao đổi chất (trọng lượng cá tăng) nhờ mà As nước xâm nhập vào thể cá qua đường chủ động khuếch tán thụ động Khi nồng độ As nước cao, cá nhận biết ngộ độc nên hạn chế trao đổi chất (trọng lượng cá tăng hoặc khơng tăng), lượng As xâm nhập vào thể cá chủ yếu qua đường khuếch tán 11 3.15) Trong ngày đầu sống nước ô nhiễm, lượng cortisol cá ô nhiễm tăng và cao đáng kể (từ 21,5 đến 51,1%) so với cá đối chứng Kéo dài đến ngày thứ 12, lượng cortisol huyết tương cá sống nước ô nhiễm As 1,00 mg/L tiếp tục tăng cao so với ngày thứ và cao so với cá đối chứng khoảng 47,4% Trong đó, lượng cortisol huyết tương cá ô nhiễm As từ 1,50 đến 3,00 mg/L giảm thấp đáng kể so với ngày thứ cao so với cá đối chứng khoảng từ 9,2 đến 17,4% Kéo dài đến ngày thứ 20, lượng cortisol huyết tương cá ô nhiễm giảm thấp so với cá đối chứng khoảng từ 11,7% đến 18,4% Hàm lượng cortisol cá ô nhiễm sống nước sạch: Sau 10 ngày nhiễm As, lượng cortisol huyết tương cá đối chứng tăng thêm 4,7%, lượng cortisol cá sống nước ô nhiễm As từ 1,00 đến 1,50 mg/L không khác biệt so với lượng cortisol cá ô nhiễm bắt đầu sống nước Lượng cortisol huyết tương cá ô nhiễm As 3,00 mg/L tiếp tục giảm thấp khoảng 29,8% so với bắt đầu sống nước Như vậy, hệ nội tiết của cá Điêu hồng đã bị tổn hại nghiêm trọng sau 20 ngày sống nước ô nhiễm As (từ 1,00 đến 3,00 mg/L), phục hồi vòng 10 ngày sống nước 3.3 Nghiên cứu về Cd 3.3.1 Ngưỡng độc cấp tính Cd (LC50 96 giờ) Kết hình 3.17 cho thấy, cá chết ở tất các thí nghiệm 96 sống nước ô nhiễm Cd Lượng cá chết tăng theo nồng độ Cd nước và tăng theo thời gian nhiễm Khơng có cá chết ở thí nghiệm đối chứng Giá trị LC50 96 của Cd cá Điêu hồng thí nghiệm ước lượng 19,63 mgCd/L 12 Hình 3.17 Ảnh hưởng Cd nước đến số cá chết 96 giờ Hình 3.20 Tích lũy Cd mang cá 3.3.2 Nghiên cứu độc mãn tính Cd cá Điêu hồng 3.3.2.1 Sự tích lũy Cd cá Điêu hồng sống nước ô nhiễm Cd ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của cá Điêu hồng Cá đối chứng khỏe mạnh, ăn bình thường, cá sống nước ô nhiễm Cd mệt mỏi, phản ứng chậm, ăn Sau 20 ngày thí nghiệm, trọng lượng cá đối chứng tăng khoảng 19,3% cá ô nhiễm tăng khoảng 6,3 đến 4,0% so với thời điểm ban đầu Kết này phù hợp với nghiên cứu của M Saeed Heydarnejad et al (2013) là cá hồi sống nước ô nhiễm Cd nồng độ cao chậm lớn so với cá đối chứng và cá sống nước ô nhiễm Cd nồng độ thấp Tích luỹ Cd mang cá: Do diện tích bề mặt lớn nên mang nơi lưu giữ nhiều kim loại nặng Trong nghiên cứu này, lượng Cd tích lũy mang cá nhiều nồng độ Cd nước cao Sau 20 ngày sống nước ô nhiễm, tích lũy Cd mang cá khoảng từ 0,82 đến 1,44 mg/kg mang khô, ứng với nồng độ Cd nước từ 0,66 đến 2,00 mg/L Tích luỹ Cd gan cá: Tích lũy Cd gan cá sống nước ô nhiễm tăng theo nồng độ Cd nước và tăng theo thời gian ô nhiễm Hàm lượng Cd gan cá ô nhiễm sau 20 ngày sống nước ô nhiễm 1,84 ± 0,17; 2,06 ± 0,04 2,53 ± 0,05 mg/kg tương ứng với nồng độ Cd nước lần lượt 0,66; 1,00 2,00 13 mg/L Gan bợ phận tích lũy liên tục, chuyển hóa loại bỏ kim loại nhờ metallothionein Vì Cd tính hoá học tương tự Zn nên Cd dễ dàng xâm nhập vào thể nhờ protein vận chuyển Zn Hình 3.21 Tích lũy Cd gan Hình 3.22 Tích lũy Cd thịt cá Tích luỹ Cd thịt cá: Hàm lượng Cd thịt cá ô nhiễm tăng theo thời gian và theo nồng độ Cd nước ô nhiễm Khi nồng độ Cd nước tăng từ 0,66 đến 2,00 mg/L tích lũy Cd thịt cá sau 4, 12 và 20 ngày sống nước ô nhiễm lần lượt là 0,14 đến 0,19 mg/kg, 0,15 đến 0,24 mg/kg và 0,29 đến 0,39 mg/kg Tích lũy Cd mang, gan và thịt cá tăng tăng nồng độ Cd nước kéo dài thời gian sống nước nhiễm Tích lũy Cd cá ô nhiễm theo thứ tự sau: Gan > mang > thịt Kết phù hợp với kết nghiên cứu của Kah Hin Low et al (2011), hàm lượng kim loại nặng gan cá Điêu hồng ở Jelebu, Malaysia cao so với mang và thịt 3.3.2.2 Sự đào thải Cd cá Điêu hồng ô nhiễm sống nước (thôi nhiễm) Sau 10 ngày sống nước sạch, cá đối chứng khoẻ mạnh cá nhiễm Cd có dấu hiệu mệt mỏi, phản ứng chậm, bơi lợi ăn rất Sau 10 ngày nhiễm Cd, trọng lượng cá đối chứng tăng 12,3%, trọng lượng cá sống nước ô nhiễm Cd 0,66 đến 1,00 mg/L tăng khoảng 3,2 đến 4,7%; đặc biệt cá ô nhiễm Cd 2,00 mg/L tăng 1,9% so với trọng lượng cá ô nhiễm bắt đầu 14 sống nước Điều cho thấy đợc tính tác hại kéo dài của Cd cá Điêu hồng Sau 10 ngày kể từ lúc ô nhiễm Cd, hàm lượng Cd mang, gan thịt cá giảm từ 26 - 54%, trọng lượng cá thí nghiệm tăng < 4% Tốc độ tăng trọng lượng của cá thí nghiệm nhỏ đáng kể so với tốc độ giảm Cd cá, lượng Cd cá nhiễm giảm là quá trình đào thải Cd của cá Thứ tự đào thải Cd sau: Mang > thịt > gan Sự đào thải kim loại có liên quan đến chức của từng bộ phận thể Mang cá tiếp xúc trực tiếp với môi trường nước, chênh lệch hàm lượng Cd giữa mang cá và môi trường nước nên Cd dễ dàng di chuyển từ mang vào nước đó độ giảm Cd mang nhiều (34 đến 54%) Trong thể đợng vật, gan có chức tích lũy, chuyển hóa sinh học và đào thải kim loại Với chức thải độc nên kim loại nặng từ bộ phận khác thể chuyển đến gan, đó, hàm lượng Cd thịt cá Điêu hồng ô nhiễm nghiên cứu giảm nhanh so với gan cá Bảng 3.13 Phần trăm Cd đào thải sau 10 ngày cá ô nhiễm sống nước Tỷ lệ đào thải (%) Thí nghiệm Mang Gan Thịt 0,66Cd 54,3 34,2 48,9 Ô 1,0Cd 33,8 26,4 27,8 nhiễm 2,0Cd 46,0 28,1 30,5 3.3.2.3 Sự khử độc cadimi thể cá Điêu hồng Lượng Cd ở dạng phức Cd-MT gan cá Điêu hồng ô nhiễm chiếm 59,8% so với tổng hàm lượng Cd Khi cá bị ô nhiễm Cd, lượng MT gan dùng để tổng hợp phức Cd-MT, sau đó phức lưu giữ và tích lũy ở gan đồng thời theo máu đến 15 các quan khác để tích lũy và đào thải từ đó làm giảm đợc tính của Cd Trong thịt, Cd tích lũy chủ yếu ở dạng phức Cd-MT (chiếm tỉ lệ 85,3%) Tỉ lệ hàm lượng Cd-MT so với tổng hàm lượng Cd phụ thuộc vào lực của mô thịt phức Cd-MT Bảng 3.10 Hàm lượng Cd dạng phức với MT so sánh với hàm lượng Cd tổng gan thịt cá ô nhiễm Hàm lượng Cd Tổng hàm lượng Tỉ lệ Mẫu cá phức với MT Cd (mg/kg) chuyển hóa % (mg/kg) Gan 59,8 2,536 ± 0,053 1,517 ± 0,108 Thịt 85,3 0,394 ± 0,022 0,336 ± 0,019 Hình 3.25 Tỷ lệ tích lũy Cd cá nồng độ Cd nước Hình 3.29 Độ giảm cortisol cá ô nhiễm so với cá đối chứng Khi nồng độ Cd nước thấp, cá chưa nhận biết ngộ độc nên chủ động trao đổi chất nên Cd nước vào thể cá qua đường chủ động khuếch tán thụ động Khi nồng độ Cd nước cao, cá nhận biết ngộ độc nên hạn chế trao đổi chất, lượng Cd vào thể cá chủ yếu qua đường khuếch tán thụ đợng Cịn lượng Cd vào thể cá sống nước ô nhiễm Cd nồng độ cao nhiều đáng kể so với cá sống nước ô nhiễm Cd nồng độ thấp Tuy nhiên, sự gia tăng lượng Cd tích lũy cá khơng đáng kể so với sự gia tăng nồng độ Cd nước, vậy, tỷ lệ Cdcá/Cdnước giảm nồng đợ Cd nước tăng (Hình 3.25) 16 3.3.2.4 Ảnh hưởng Cd nước đến sự thay đổi cortisol huyết tương cá Điêu hồng Hàm lượng cortisol huyết tương cá sống nước ô nhiễm: Nồng độ Cd nước cao thời gian sống nước ô nhiễm càng dài độ giảm cortisol huyết tương cá ô nhiễm so với cá đối chứng lớn (Hình 3.29) Ngày thứ 20 kể từ lúc nhiễm, cortisol cá ô nhiễm giảm từ 78 đến 91% so với cá đối chứng, đó Cd gây căng thẳng cho cá Chất độc nước tác động lên tuyến yên, vùng đồi tuyến thượng thận làm giảm sinh hóc-mơn kích thích tún thượng thận để giải phóng cortisol Mợt số nghiên cứu trước rằng Cd gây tăng hàm lượng cortisol cá Anguilla rostrata lesueur và Oreochromis mossombicus, gây giảm hàm lượng cortisol cá Oncorhynchus mykiss ở nồng độ ô nhiễm cao Sự thay đổi hàm lượng cortisol huyết tương cá ô nhiễm sống nước sạch: Sau 10 ngày cá ô nhiễm sống nước sạch, hàm lượng cortisol huyết tương cá tăng đáng kể (21,0 đến 64,4%) so với hàm lượng cortisol cá ô nhiễm bắt đầu sống nước Sự tăng hàm lượng cortisol huyết tương cá ô nhiễm sau 10 ngày sống nước cho thấy, cá Điêu hồng sống nước ô nhiễm Cd (0,66 đến 2,00 mg/L) vòng 20 ngày chưa bị hỏng hệ nội tiết 3.4 Nghiên cứu về chì 3.4.1 Ngưỡng độc cấp tính Pb (LC50 96 giờ) Hình 3.31 cho thấy lượng cá chết tăng theo nồng độ Pb và theo thời gian sống nước ô nhiễm Cá sống nước có nồng đợ Pb cao, biểu mô mang bị hỏng dẫn đến chết ngạt thở Đợc tính của Pb cá Điêu hồng cao, ngưỡng đợc cấp tính của Pb (LC50 96 giờ) cá Điêu hồng tính là 3,24 mg/L Kết này 17 phù hợp với các nghiên cứu trước đây, LC50 của Pb 96 loài Capoeta fusca 7,58 mgPb/L Goldfish 5,02 mg/L Hình 3.31 Ảnh hưởng Pb nước đến lượng cá chết 96 giờ Hình 3.34 Tích lũy Pb mang cá 3.4.2 Nghiên cứu độc mãn tính Pb cá Điêu hồng 3.4.2.1 Sự tích lũy Pb cá Điêu hồng sống nước ô nhiễm Quan sát trình phát triển của cá đối chứng cho thấy cá rất khỏe mạnh, linh hoạt, phản ứng nhanh, ăn bình thường Trong đó, cá sống nước nhiễm Pb có dấu hiệu tương đối mệt mỏi, bơi lợi, phản ứng chậm, ăn Nồng đợ Pb nước cao cá chậm phát triển Sau 20 ngày, trọng lượng cá đối chứng tăng khoảng 19,3% trọng lượng cá ô nhiễm tăng khoảng từ 5,0 đến 8,7% Tích lũy Pb mang cá: Tích lũy Pb mang cá sống nước ô nhiễm cao đáng kể so với cá đối chứng, tích lũy Pb mang cá tăng theo thời gian nồng độ Pb nước Khi nồng độ Pb nước tăng từ 0,12 đến 0,33 mg/L, tích lũy Pb mang cá sau 20 ngày sống nước ô nhiễm tăng khoảng từ 8,63 đến 9,03 mg/kg, cao từ 10,6 đến 11,1 lần so với mang cá đối chứng Tích lũy Pb gan cá: Tích lũy Pb gan cá nhiễm tăng theo thời gian nồng độ Pb nước Sau 20 ngày sống nước 18 ô nhiễm Pb (0,12 đến 0,33 mg/L), tích lũy Pb gan cá là 3,86 đến 5,99 mg/kg, cao từ 6,0 đến 9,4 lần so với gan cá đối chứng Tích luỹ Pb thịt cá: Hàm lượng Pb thịt cá ô nhiễm cao đáng kể so với thịt cá đối chứng Sau ngày sống nước ô nhiễm Pb, hàm lượng Pb thịt cá khoảng từ 0,13 đến 0,24 mg/kg chất khô Kéo dài thời gian sống lên đến 20 ngày, tích lũy Pb thịt cá ô nhiễm tăng lên đáng kể (0,43 đến 0,95 mg/kg), cao từ 6,1 đến 13,6 lần so với thịt cá đối chứng Hình 3.35 Tích lũy Pb gan Hình 3.36 Tích lũy Pb thịt cá Tích lũy Pb mang, gan thịt cá Điêu hồng sống nước ô nhiễm tăng theo nồng độ Pb nước cao đáng kể so với cá đối chứng Thứ tự tích lũy Pb cá sau: Mang > > gan > > thịt Kết nghiên cứu hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu trước đây, cá Điêu hồng sống môi trường tự nhiên ở Jelebu, Malaysia tích luỹ Pb mang cá nhiều so với bộ phận khác thể Mang cá là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với Pb nước Vì mang cá có diện tích bề mặt lớn và tích điện âm nên có khuynh hướng hút cation kết gia tăng lượng Pb tích lũy mang Tích luỹ Pb thịt thấp rất nhiều so với gan, gan bộ phận hoạt động liên tục đó thịt bợ phận hoạt đợng Kết này phù hợp với giả thuyết: Tích lũy kim loại thịt tăng lên đáng kể lượng kim loại tích lũy gan đạt mức tối đa 19 Hình 3.38 Tỷ lệ Pb tích lũy cá nhiễm và lượng Pb nước Hình 3.40 Ảnh hưởng Pb nước đến hàm lượng cortisol Khi nồng độ Pb nước thấp, không nhận biết ngộ độc nên cá chủ động trao đổi chất nên Pb nước vào thể cá qua đường chủ động trao đổi khuếch tán thụ động Khi nồng độ Pb nước cao, cá nhận biết ngộ độc nên hạn chế trao đổi chất, lượng Pb vào thể chủ yếu qua đường khuếch tán thụ động Mặc dù, lượng Pb vào thể cá sống nước ô nhiễm Pb ở nồng độ cao nhiều so với nồng độ thấp, nhiên, sự gia tăng lượng Pb cá không đáng kể so với sự tăng nồng độ Pb nước nuôi cá đó tỷ lệ Pbcá/Pbnước giảm nồng độ Pb nước tăng 3.4.2.2 Sự đào thải Pb cá Điêu hồng ô nhiễm sống nước (thôi nhiễm) Quan sát trình phát triển của cá đối chứng cho thấy cá rất khỏe mạnh, ăn bình thường Trong đó, cá ô nhiễm Pb, mặc dù sống nước mệt mỏi, bơi lợi, ăn Sau 10 ngày nhiễm, trọng lượng cá đối chứng tăng 12,3%, đó trọng lượng cá ô nhiễm tăng khoảng từ 2,9 đến 4,0% Độ giảm hàm lượng Pb mang, gan thịt cá sau 10 ngày sống nước nhanh độ tăng trọng lượng, đã xảy quá trình đào thải Pb cá ô nhiễm Thứ tự đào thải Pb cá thí nghiệm là: Mang > gan > thịt Kết này phù hợp với công bố của Mustafa Kalay và M Canli, đào thải Pb từ mang cá nhiều gan 20 Khả loại bỏ Pb phụ thuộc vào vai trò khác của mang, gan và thịt việc đào thải chì Mặc dù đã xảy quá trình đào thải Pb cá ô nhiễm, nhiên, sau 10 ngày đào thải, hàm lượng Pb còn cao đáng kể so với cá đối chứng Vậy để loại bỏ hoàn toàn Pb thể, cần thời gian đào thải 10 ngày Bảng 3.16 Phần trăm Pb đào thải sau 10 ngày thơi nhiễm Thí nghiệm Ơ nhiễm 0,12Pb 0,18Pb 0,33Pb Thịt 15,0 18,0 14,7 Tỷ lệ đào thải (%) Gan 26,7 22,7 14,6 Mang 39,3 18,7 14,2 3.4.2.3 Sự khử độc chì thể cá Điêu hồng sống nước ô nhiễm Sau 20 ngày sống nước ô nhiễm, ở gan thịt cá Điêu hồng đều tồn chì ở dạng hợp chất vơ và hữu cơ, đó, dạng vô chủ yếu Dạng chì vơ gan thịt cá chiếm tỉ lệ khoảng 84,7% 66,2% so với tổng hàm lượng chì gan thịt cá sống nước nhiễm Pb2+ Khả chuyển hóa từ dạng chì vơ (Pb2+) sang dạng chì hữu cá Điêu hồng tương đối Bảng 3.14 Dạng hóa học chì gan thịt cá nhiễm Dạng hóa học của chì Tổng hàm Mẫu cá lượng chì Chì vơ Chì hữu (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) Gan cá 5,985 ± 0,123 5,072 ± 0,115 0,891 ± 0,095 Thịt cá 0,947 ± 0,045 0,627 ± 0,072 0,335 ± 0,085 3.4.2.4 Ảnh hưởng Pb nước đến sự thay đổi hàm lượng cortisol huyết tương cá Điêu hồng Hàm lượng cortisol huyết tương cá sống nước ô nhiễm: Lượng cortisol huyết tương cá đối chứng tăng theo thời gian Trong đó, lượng cortisol huyết tương cá ô nhiễm giảm 21 đáng kể theo thời gian Nồng độ Pb nước cao hàm lượng cortisol sinh cá thấp (Hình 3.40) Như vậy, Pb gây rối loạn nợi tiết của cá Điêu hồng theo kiểu giảm sinh cortisol Sự thay đổi hàm lượng cortisol cá ô nhiễm sống nước sạch: Sau 10 ngày ô nhiễm Pb, lượng cortisol huyết tương cá đối chứng tăng 5,4%, cá ô nhiễm tăng đáng kể (từ 11,9 đến 30,3%) so với lượng cortisol cá ô nhiễm bắt đầu sống nước Hệ nội tiết cá Điêu hồng phục hồi cá sống nước Cá Điêu hồng sống 20 ngày nước ô nhiễm Pb (0,12 đến 0,33 mg/L) chưa bị tổn thương nghiêm trọng hệ nội tiết Các quy luật, ảnh hưởng Cd Pb As LC50 96 19,6 mg/L 3,24 mg/L 29,26 mg/L Phơi nhiễm Trọng lượng Tích lũy giống Tích lũy khác Rối loạn cortisol Ảnh hưởng đáng kể tới sự phát triển của cá thí nghiệm; trọng lượng cá sống nước nhiễm tăng không đáng kể so với cá đối chứng Tích lũy kim loại cá nhiễm tăng theo thời gian nồng độ kim loại nước Gan>mang>thịt Mang>gan>thịt Thịt >gan>mang -Rối loạn nội tiết; Giảm sinh cortisol cá ô nhiễm Cd theo nồng độ Cd và theo thời gian ô nhiễm -Rối loạn nội tiết; - Giảm sinh cortisol cá ô nhiễm Pb theo nồng độ Pb và theo thời gian ô nhiễm -Rối loạn nội tiết; - Thời gian đầu tăng sinh cortisol, sau đó giảm sinh nồng độ ô nhiễm tăng và kéo dài thời gian ô nhiễm 22 Các quy luật, ảnh hưởng Trọng lượng Thôi nhiễm Đào thải giống Đào thải khác Rối loạn cortisol Cd Pb As -Do tác hại kéo dài của kim loại nên trọng lượng cá ô nhiễm không tăng hoặc tăng không đáng kể so với cá đối chứng -Đã xảy quá trình đào thải kim loại nặng cá ô nhiễm sống nước Mang> thịt>gan Mang >gan> thịt Gan > mang≈thịt -Tăng sinh cortisol cá ô nhiễm sống nước sạch, có dấu hiệu phục hồi hệ nội tiết; - Cd chưa gây tổn hại nghiêm trọng hệ nội tiết -Tăng sinh cortisol cá ô nhiễm sống nước sạch, có dấu hiệu phục hồi hệ nội tiết; - Cd chưa gây tổn hại nghiêm trọng hệ nợi tiết - Cortisol thay đổi cá bị ô nhiễm ở nồng độ thấp, tiếp tục giảm ở nồng độ cao; - As gây tổn hại hệ nợi tiết; khơng có dấu hiệu phục hồi sau 10 ngày 3.5 Tích lũy kim loại nặng thịt cá tươi so với giới hạn cho phép cảnh báo nguy Hình 3.43 Hàm lượng Cd, Pb và As cá ô nhiễm so sánh với giới hạn cho phép tối đa Hình 3.43 cho thấy lượng kim loại Cd và Pb tích lũy thịt cá Điêu hồng ô nhiễm cao đáng kể so với quy định của Bộ Y tế Việt Nam về giới hạn tối đa ô nhiễm kim loại nặng thịt cá tươi Kết 23 ước tính lượng kim loại As, Cd và Pb (μg/kg trọng lượng thể/tuần) vào thể người qua chế độ ăn cá ô nhiễm hàng ngày trình bày bảng 3.17 Kết cho thấy lượng kim loại nặng vào thể người qua chế độ ăn cá ô nhiễm hàng tuần thấp so với giá trị cho phép của Bợ Y tế Việt Nam Vì vậy, có thể kết luận rằng ăn cá nhiễm thí nghiệm chưa nguy hại đến sức khỏe người tiêu dùng Bảng 3.17 Lượng kim loại nặng vào thể hàng tuần 1/30 LC50 1/20 LC50 1/10 LC50 Giới hạn chấp nhận tạm thời (𝜇g/kg thể trọng/tuần) Cd 1,4 1,5 1,9 Pb 2,1 4,3 4,5 25 As 10,8 12,5 14,3 15 Mức kim loại ô nhiễm Hàm lượng kim loại nặng vào thể (𝜇g/kg thể trọng/tuần) KẾT LUẬN Trên sở các kết nghiên cứu đã thu trình hoàn thành luận án, có thể đưa mợt số kết luận sau: Ngưỡng đợc cấp tính LC50 96 cá Điêu hồng 19,6 mgCd/L, 3,24 mgPb/L 29,26 mgAs/L Đã xác định quy luật tích luỹ Cd, Pb As cá Điêu hồng Tích lũy Cd, Pb và As cá thí nghiệm tăng theo nồng đợ Cd, Pb và As nước và tăng theo thời gian Tích luỹ Cd, Pb As cá theo thứ tự sau: Gan > mang > thịt cá; mang > gan > thịt cá thịt > gan > mang cá Đã xác định quy luật đào thải Cd, Pb As cá Điêu hồng Đào thải Cd, Pb As theo thứ tự sau: Mang > thịt > gan cá; mang > gan > thịt cá gan > mang ≈ thịt cá 24 Cd Pb gây rối loạn nội tiết theo kiểu giảm sinh cortisol cá sống nước ô nhiễm, nhiên, lượng cortisol huyết tương tăng sau cá ô nhiễm sống nước As gây rối loạn nợi tiết cá thí nghiệm theo kiểu tăng sinh cortisol thời gian đầu (4 ngày ô nhiễm) giảm sinh nếu kéo dài thời gian sống nước ô nhiễm (20 ngày) Lượng cortisol huyết tương cá ô nhiễm không tăng hoặc tiếp tục giảm sau sống nước Điều này chứng tỏ cá Điêu hồng ô nhiễm asen khó hồi phục hệ nợi tiết 25 CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ CÔNG BỐ Tạp chí ISI: Nguyen Quoc Thang, Nguyen Thi Kim Phuong and Le Van Tan, “Endocrine stress response in Oreochromis sp from exposure to waterborne cadmium: The plasma cortisol analysis.” Toxicological & Environmental Chemistry, vol 99(2), pp 285-293, 2017 Nguyen Quoc Thang, Bui The Huy, Le Van Tan and Nguyen Thi Kim Phuong, “Lead and Arsenic Accumulation and Its Effects on Plasma Cortisol Levels in Oreochromis sp.”, Bull Environ Contam Toxicol., vol 99(2), pp.187-193, 2017 Tạp chí nước: Nguyen Quoc Thang, Le Van Tan, Le Thi Thanh Huong, Nguyen Thi Kim Phuong, “Determination of cortisol in oreochromis Sp plasma using the RP-HPLC (Reverse Phase – High Performance Liquid Chromatography).”, Vietnam Journal of Chemistry, vol 53(5), pp 559-563, 2015 Nguyễn Quốc Thắng, Lê Văn Tán, Nguyễn Thị Kim Phượng, “Xác định hàm lượng cadimi một số loài cá nước bằng phương pháp ICP-OES.”, Tạp chí Hóa học, số 53(6), tr 756-759, 2015 Nguyen Quoc Thang, Le Van Tan, Nguyen Thi Kim Phuong, “The ICP-MS validated for measuring arsenic levels in muscle tissues of freshwater fishes in Ho Chi Minh City.”, Vietnam Journal of Chemistry, vol 54(4), pp 439-442, 2016 Nguyen Quoc Thang , Le Van Tan, Nguyen Thi Kim Phuong, “Cadmium accumulation and elimination in the tissues of Oreochromis sp.”, Vietnam Journal of Chemistry, vol 55(2), pp 244247, 2017 ... hưởng của kim loại nặng đến hàm lượng cortisol cá Mục tiêu: Nghiên cứu ảnh hưởng của kim loại nặng điển hình (Cd, Pb và As) đến quá trình phát triển, tích luỹ, đào thải và ảnh hưởng. .. Cần nghiên cứu những vấn đề rất cấp thiết chưa giải quyết sở nghiên cứu một cách có hệ thống và khoa học về quy luật của quá trình tích luỹ và đào thải kim loại nặng, ảnh hưởng. .. hấp thu, đào thải và ảnh hưởng của kim loại nặng (Cd, Pb và As) đến hàm lượng cortisol cá Điêu hồng sống nước ô nhiễm Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Kết nghiên cứu làm sở khoa