Tiểu luận ĐỘC CHẤT TRONG MÔI TRƯỜNG. TÍNH BỀN VỮNG VÀ SỰ TÍCH LŨY SINH HỌC CỦA ĐỘC CHẤT. Chất độc là một khái niệm mang tính định lượng. Mọi chất đều độc ở một liều nào đó và cũng vô hại với liều rất thấp. Giới hạn giữa 2 liều đó là phạm vi các tác dụng sinh học. Theo Paracelsus (1493 1541): “tất cả mọi chất đều là chất độc, không có chất nào không phải là chất độc. Liều lượng thích hợp sẽ phân biệt được một chất độc và một thuốc”. Aspinrin (acid acetyl salicylic) là thuốc hạ sốt chống viêm được dùng trong điều trị từ nhiều năm nay, nhưng có thể gây chết người với liều 0,2 0,5 gKg. Sắt, đồng, magie, kẽm là những nguyên tố vi lượng cần thiết trong thành phần thức ăn chăn nuôi, nhưng nếu quá liều thì có thể gây ngộ độc. Về mặt sinh học, một chất có thể độc với loài này nhưng lại không độc với loài khác. Carbon tetraclorid gây độc mạnh cho gan trên nhiều loài, nhưng ít hại hơn đối với gà. Một số loài thỏ có thể ăn lá cà độc dược có chứa belladon. Một chất có thể không độc khi dùng một mình, nhưng lại rất độc khi dùng phối hợp với chất khác. Piperonyl butoxid rất ít độc với loài có vú và côn trùng khi dùng một mình, nhưng có thể làm tăng độc tính rất mạnh của các chất dùng cùng do nó có tác dụng ức chế các enzym chuyển hoá chất lạ (xenobiotic metabolizing enzymes) của cơ thể. Độc tính của một chất độc có thể thay đổi khi xâm nhập vào cơ thể qua các đường khác nhau như: qua đường uống, đường hô hấp, qua da, qua đường tiêm...
Mục lục Lời nói đầu Trong xã hội nay, người dần quan tâm đến chất lượng sống hơn, ngồi bệnh dịch gia súc gia cầm, bệnh dịch người ngày gia tăng, bệnh truyền nhiễm: dịch tả, thương hàn vi sinh vật gây bệnh gây ra, bệnh ung thư, dị tật bẩm sinh trẻ chất độc môi trường xuất có diễn biến leo thang tồn giới Xã hội phát triển, q trình cơng nghiệp hóa đại hóa diễn ngày nhanh, kéo theo chất thải độc hại dây chuyền sản xuất công nghiệp ảnh hưởng bất lợi từ hoạt động sống người, tác động vào mơi trường gia tăng cách chóng mặt Ngồi việc sản xuất, lưu trữ vận chuyển chất độc nhiều hạn chế gây việc rị rỉ, phán tán chúng mơi trường Khơng vậy, nước thẩm thấu từ bãi rác gây ảnh hưởng đến dân cư khu vực lân cận Vơ số tác động ấy, ngồi ảnh hưởng đến người ảnh hưởng đến sinh vật khác Trái Đất Điều gióng lên hồi chng cảnh báo tác hại hóa chất sử dụng Nhằm điều tiết hạn chế việc thải hóa chất vào mơi trường, số khuyến cáo đưa Việc thải hóa chất vào mơi trường địi hỏi có hiểu biết thuộc tính độc chất hậu chúng môi trường Cũng chất độc đưa vào mơi trường chúng làm gì, chất độc nằm yên đó, hay tiếp tục tương tác lại với mơi trường, chúng có tác hại câu hỏi lớn đặt Hôm làm rõ vấn đề Lý chọn đề tài Tôi- với cương vị sinh viên ngành Sư phạm Hóa Học, người giảng dạy mơn Hóa cho em học sinh tương lai, cần kiến thức chun mơn mà cịn cần nhiều kiến thức bổ trợ khác Cũng tảng kiến thức môi trường, môi liên hệ môi trường với Hóa Học cịn q mỏng, chưa thật đáp ứng đủ nhu cầu kiến thức xã hội cần Và sau nhiều chủ đề giới thiệu thân tìm kiếm, tơi định chọn chủ đề này, giúp tơi bổ trợ kiến thức Hóa nhằm mục đích nâng cao kiến thức cho mình, giúp học sinh sau cần Sơ lược chất độc 1.1 Khái niệm chất độc Chất độc chất gây hại cho người loài sinh vật sống khác Các tác nhân gây ô nhiễm tồn môi trường đến liều lượng trở nên độc Như vậy, tác nhân ô nhiễm tồn lâu ngày, chúng trở thành tác nhân độc, gây độc cho người loài sinh vật khác 1.2 Phân loại độc chất Trong môi trường thường tồn ba loại chất độc bản: Một chất độc khơng chất có nghĩa là, tự thân chúng chất độc lại gây nên hiệu ứng độc thâm nhập vào môi trường Hai chất độc chất hay gọi chất độc tự nhiên, chúng bao gồm chất mà dù tồn liều lượng nhỏ gây độ cho thể sinh vật Chẳng hạn H2S, Hg, Pb, Ba chất độc theo liều lượng, hiểu chất có tính độc hàm lượng chúng tăng cao môi trường tự nhiên Cũng có nhiều chất, chúng có mức liều lượng thấp chúng chất dinh dưỡng thể sinh vật, nhiên nồng độ tăng cao vượt q ngưỡng an tồn cho phép chúng trở nên độc Có thể lấy ví dụ sau: môi trường đất, ion NH4+ dung dịch đất chất dinh dưỡng thực vật số loài sinh vật nồng độ thấp, nhiên, tỷ lệ hàm lượng vượt qua 1/500 trọng lượng lại gây độc sau: Trong trình nghiên cứu chất độc cần lưu ý số điểm Chất độc khái niệm mang tính định lượng Mọi chất độc liều vô hại với liều thấp Giới hạn liều phạm vi tác dụng sinh học Theo Paracelsus (1493 1541): “tất chất chất độc, khơng có chất khơng phải chất độc Liều lượng thích hợp phân biệt chất độc thuốc” Aspinrin (acid acetyl salicylic) thuốc hạ sốt chống viêm dùng điều trị từ nhiều năm nay, gây chết người với liều 0,2 - 0,5 g/Kg Sắt, đồng, magie, kẽm nguyên tố vi lượng cần thiết thành phần thức ăn chăn nuôi, q liều gây ngộ độc Về mặt sinh học, chất độc với lồi lại khơng độc với lồi khác Carbon tetraclorid gây độc mạnh cho gan nhiều lồi, hại gà Một số lồi thỏ ăn cà độc dược có chứa belladon Một chất khơng độc dùng mình, lại độc dùng phối hợp với chất khác Piperonyl butoxid độc với lồi có vú trùng dùng mình, làm tăng độc tính mạnh chất dùng có tác dụng ức chế enzym chuyển hố chất lạ (xenobiotic - metabolizing enzymes) thể Độc tính chất độc thay đổi xâm nhập vào thể qua đường khác như: qua đường uống, đường hô hấp, qua da, qua đường tiêm 1.3 Tính độc chất độc Tính độc chất tác động có hại chất thể sống Kiểm tra tính độc xem xét, ước tính tác động có hại chất độc lên thể sống điều kiện định Chất độc môi trường 2.1 Chất độc môi trường đất 2.1.1 Sơ lược chất độc môi trường đất Các chất độc tồn nhiều dạng khác bao gồm: hữu cơ, vô cơ, hợp chất, đơn chất, ion, chất lỏng, chất rắn hay chí chất rắn Ion dạng tồn phổ biến chất độc môi trường đất Cho dù chúng tồn dạng ion hay chất lỏng hay chất khí, chất độc có tác dụng xấu đến phát triển trồng sinh vật kể người Như phân loại phần trên, mơi trường đất có độc chất theo chất độc chất theo nồng độ Đối với chất độc theo nồng độ, độc chất có điểm giống có nồng độ giới hạn cho phép loài trồng sinh vật Khi mà nồng độ vượt qua khỏi giới hạn cho phép chất có khả gây độc 2.1.2 Cơ chế xâm nhập lan truyền chất độc vào đất Trong đất tồn hạt vật chất keo đất, chúng mang điện có cấu tạo bao gồm: nhân lớp ion, lớp ion có khả trao đổi điện tích với mơi trường Chúng có khả hấp thụ trao đổi ion dung dịch đất bao quanh bề mặt keo đất Chất độc xâm nhập vào môi trường đất nhờ vào hoạt tính keo đất với dung dịch đất Các chất ô nhiễm đất tồn nhiều dạng (hay pha) khác nhau, tùy theo chất lý hóa chất Chúng hịa tan vào nước ngầm dịch chuyển qua lỗ xốp đất Theo quy mô lớn hơn, q trình mơ hình hóa theo dòng chảy hướng dòng chảy nước ngầm, nhiên xét quy mơ nhỏ hơn, q trình liên quan đến kích thước hạt độ xốp đất Khi di chuyển đất, chất độc hay nói cách khác dịng nước mang theo chất độc không xuyên qua hạt đất mà qua khoảng trống hạt Khi chảy qua khoảng trống hạt, dòng chảy liên tục đổi hướng hay phân dòng, dẫn đến việc dòng chảy bị khuấy trộn Hệ việc này, phạm vi ảnh hưởng nồng độ chất độc đất khác ngày lan rộng Tuy nhiên, phân bố cấu trúc địa tầng ảnh hưởng đến đường lan truyền chất độc 2.1.3 Con đường để chất độc xâm nhập vào thể sinh vật Q trình xâm nhập chất độc từ mơi trường vào thể sinh vật trải qua hai giai đoạn: Giai đoạn thứ hấp thụ thể sinh vật bị hạn chế Giai đoạn thứ hai, giai đoạn xảy trình hấp thụ bị động, chất độc xâm nhập phá vỡ màng tế bào, vào quan lan tỏa khắp thể sinh vật Đối với loài thực vật, ta theo hai chiều hướng sau Khả đầu tiên, thơng qua q trình hấp thụ qua rễ mà chất độc từ đất đưa vào theo cách chủ động Nhưng sau thời gian, thực vật dẫn dần có biểu nhiễm độc, lúc hạn chế hấp thu Khả thứ hai xảy là, đơn xâm nhập khuếch tán từ nơi có nồng độ cao nơi có nồng độ thấp, nói cách khác từ dung dịch đất sang trồng Ở thực vật trên, cịn động vật sao? Đúng thế, lồi động vật bị xâm nhập thông qua thức ăn, thông qua thực phẩm trung gian đường xâm nhập trực tiếp qua da, thẳng vào thể Có thể đưa vài ví dụ điển hình để minh chứng sau: đất bị nhiễm nguồn nước bị nhiễm, hay nói cách khác có chứa chất độc vượt hàm lượng cho phép, đồng nghĩa trồng khu vực nhiễm độc theo hai chiều hướng nêu Các loài động vật sử dụng thực vật nhiễm bẩn làm thức ăn lại gián tiếp đưa chất độc vào thể chúng, sau thời gian tích lũy sinh học thể, đến liều lượng định, chúng- loài động vật nhiễm độc 2.1.4 Các yếu tố ảnh hướng đến chất độc môi trường đất Một chất tồn môi trường chịu nhiều tác động từ yếu tố mơi trường Chất độc mơi trường đất vậy, có vơ vàn yếu tố ngoại cảnh nội cảnh tác động vào Ở trình bày số yếu tố sau: Thứ nồng độ liều lượng chất độc, chúng tỉ lệ thuận với tính độc chất độc, có nghĩa nồng độ chất độc đất cao độc Yếu tố thứ hai nêu nhiệt độ làm ảnh hưởng đến chất độc, nhiệt độ cao tính độc mạnh Tuy nhiên, nhiệt độ đất cao làm phân hủy chất độc Hay yếu khác ngưỡng chịu độc, lồi sinh vật khác có ngưỡng chịu độc khác Tuổi tác, sinh vật non trẻ mẫn cảm với chất độc, ngưỡng chịu độc thấp Đối với lồi sinh vật cao tuổi ngưỡng chịu độc cao, tuổi già lại chịu độc Giới tính ảnh hưởng đến ngưỡng chịu độc giống dễ mẫn cảm với chất độc giống đực Ngoài điều kiện khác đất độ ẩm, độ chua đất ảnh hưởng đến cung cấp oxi để giải độc phân bố lại nồng độ độc 2.2 Chất độc môi trường nước 2.2.1 Sơ lược chất độc môi trường nước Môi trường nước đa dạng phức tạp Chúng tập hợp hệ sinh thái khác sông, suối, ao, hồ, có nhiều thành phần vơ sinh hữu sinh Đối với thành phần hữu sinh, bao gồm loài thực vật, động vật, vi sinh vật sống Các thành phần vô sinh bao gồm môi trường vật lý ranh giới hệ sinh thái Trong hệ sinh thái nước, loài sinh vật sống môi trường sống ngập nước phần đời chúng Đó điểm mà cần lưu ý hệ sinh thái nước trở thành đường gián tiếp thu nhận nhiều loại hóa chất khác Do hệ sinh thái tham gia vào mối tương tác phức tạp tác nhân lý, hóa sinh học nên để hiểu xác định phản ứng hệ thống hóa chất vơ khó khăn, mối quan hệ thành phần hệ thống khơng xác định rõ ràng Mỗi hệ sinh thái nước sản phẩm thống phức tạp thành phần sống không sống 2.2.2 Các loại chất độc có mơi trường nước Cũng môi trường khác, môi trường nước tồn đa đạng chất độc từ chất hữu dễ phân hủy sinh học, chất hóa học vơ cơ, kể chất phóng xạ Đối với chất hữu dễ bị phân hủy sinh học, chúng có nguồn gốc từ cống nước thải sinh hoạt người, hay chất thải công nghiệp, trại chăn ni gia súc, gia cầm Lúc này, địi hỏi mơi trường lượng oxi lớn để cung cấp cho loại vi khuẩn để tự làm sạch, vơ tình làm suy kiệt lượng oxi hịa tan nước Vì thế, khơng có đủ oxi hịa tan nước, dẫn đến tượng tôm cá chết lên mặt nước Khơng vậy, lồi sinh vật lây nhiễm bị đưa vào nguồn nước qua đường nước thải Ở vùng nhận nước thải sinh hoạt, công nghiệp hay nông nghiệp có tồn dư chất dinh dưỡng thực vật nitrogen hay phosphor Khi hàm lượng tức nồng độ chất gia tăng, loài thực vật nước theo mà phát triển mạnh, lúc chết lại gây nhiễm hữu cho nguồn nước Q trình cơng nghiệp hóa diễn mạnh mẽ, hóa chất ngày sử dụng nhiều lợi ích kinh tế chúng mang lại lớn Kéo theo tượng chất tẩy rửa, thuốc trừ sâu từ q trinh sản xuất nơng nghiệp, thuốc kích sinh trưởng, thuốc diệt cor, phân hóa học, nhiều nhiều đưa mơi trường Các hóa chất có độc tính cao sinh vật, số chất có độc tính thấp bù lại chúng lại có khả tích tụ thơng qua mạng lưới thức ăn Trong năm qua, ngành công nghiệp khai thác, chế biến khống sản đóng vai trị quan trọng phát triển cơng nghiệp Việt Nam, chiếm từ 10% -12% GDP, đáp ứng đủ kịp thời nguyên liệu than đá, thiếc, chì, kẽm sắt, đồng, appatit cho số ngành kinh tế sử dụng ngun liệu khống nhiệt điện, ximăng, hóa chất, luyện kim (Nguồn: Internet) Mặc dù vậy, việc khai thác khơng có quy hoạch, khơng tính tốn kỹ lưỡng mà chăm chăm vào lợi ích kinh tế gây nhiên nhiễm phóng xạ Chúng bắt nguồn từ hành động đào khai thác mỏ quặng phóng xạ, hoạt động lò phản ứng hạt nhân, chất phóng xạ khơng quản lý chặt chẽ Tác hại chúng lại vô lớn, chất làm chết hay làm thay đổi cấu trúc di truyền, hoạt động trao đổi chất, làm ảnh hưởng đến trình phát triển sinh vật Các kim loại, hay ion vơ cơ, khí hịa tan, dầu mỏ, chất rắn nhiều hợp chất hóa học khác Chúng sinh từ cơng nghiệp khai thác mỏ, trình sản xuất, hoạt động dàn khoan dầu biển, hay thiên tai, phong hóa, xói mịn, lũ lụt, Các hóa chất làm ảnh hưởng đến trình làm nguồn nước, hủy diệt đời sống loài thủy sinh, ăn mịn cơng trình nước Khơng vậy, chất độc tiến vào môi trường, tham gia phản ứng hay tương tác qua lại có chế hoạt động ngày phức tạp, gây khó khăn cho q trình khống chế làm chúng 2.2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất độc môi trường nước Các tác nhân môi trường mà chất độc tồn ảnh hưởng đến độc tính hóa chất Độc tính hóa chất cịn bị ảnh hưởng kết hợp hóa chất Tồn rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến khả hoạt động, độ bền vững dạng dây độc sau mơi trường nước Nhiệt độ nước làm tăng giảm khơng làm ảnh hưởng đến độc tích, tùy vào loại độc tố, loài sinh vật, tùy theo điều kiện cụ thể trường hợp Ví dụ, kẽm (Zn), thủy ngân (Hg), hay phenol tính độc tăng chúng nhiệt độ thấp Nhưng lại có số chất lại có tính độc tăng nhiệt độ cao như: số loại thuốc trừ sâu (DDT, eldrin, ), muối cyanide, hydrogen sulfide (Nguồn: Tạp chí Khoa học- Cơng nghệ Nghệ An số 11/2016 ) Có thể giải thích cho ảnh hưởng nhiệt độ lên độc tính chất độc sau: nhiệt độ tăng cao, trình ion hóa tăng theo, độc tố giải phóng dạng không liên kết, dễ dàng xâm nhập qua tế bào Lượng oxy hịa tan nước góp phần làm ảnh hưởng đến tính độc chất độc Nhiều người cho rằng, lượng oxy hòa tan nước giảm làm gia tăng tính đơc độc chất môi trường nước Mặc dù vậy, nghiên cứu chưa thực đầy đủ nên kết luận phần vô số ảnh hưởng hàm lượng oxy hòa tan chất độc mà thơi Sự ion hóa thay đổi pH ảnh hưởng pH lên độc chất mơi trường nước Khi đó, phân tử khơng liên kết trở nên độc chúng dễ dàng tiến hành công xâm lược vào tế bào sinh vật Một số chất độc sinh học thay đổi độc tính theo pH, số khác lại khơng Độc tính chất diệt cỏ dinitrophenol (C 6H4N2O5) giảm lần pH tăng lên từ 6.9 đến Hay độc tính 2-4 dichlorophenol (C6H4Cl2O) giảm pH tăng lên Trong số độc tố sinh học lại bị ảnh hưởng pH như: rotemone (C 23H22O6) 2-4 dichclophenoxyacetic aicd (C8H6Cl2O3) (Nguồn: Tạp chí Khoa học- Cơng nghệ Nghệ An số 11/2016) 2.3 Chất độc mơi trường khơng khí 2.3.1 Sơ lược chất độc môi trường không khí Theo báo cáo thường niên The Environmental Performance Index (EPI) Mỹ thực hiện, Việt Nam đứng top 10 nước nhiễm khơng khí Châu Á Đáng lưu ý, tổng lượng bụi Hà Nội TP Hồ Chí Minh nước ta liên tục tăng cao khiến số chất lượng không khí (AQI) ln mức báo động (Nguồn: Internet) Đúng vậy, chất ô nhiễm thải vào môi trường khơng khí với số lượng lớn nồng độ vượt khả tự làm khí trở thành chất độc Có thể phân loại chất độc khơng khí theo tác động chúng Khi chia thành hai loại: Một chất độc có tác dụng chung, có nghĩa chúng có tác động kích thích chủ yếu đường hơ hấp bụi, SO3, hay NH3 Kích thích đường hơ hấp tổ chức phổi Chúng có khả gây ngạt, nói cách đơn giản chúng pha lỗng oxy khơng khí Thậm chí gây ngạt hóa học ngăn cản máu vận chuyển oxy đến quan CO Có thể gây tê, gây dị ứng, gây mê Hai chất độc có tác dụng hệ thống Tức chúng gây hại lên hệ thống toan diện, chì (Pb), thủy ngân (Hg) gây hại lên hệ thống tiết 2.3.2 Tính độc chất độc khơng khí Khi chất độc khơng khí vượt q ngưỡng chịu đựngcủa sinh vật chúng trở nên độc Có nhiều yếu tố làm thay đổi tác động chất độc thể sinh vật Xét cấu trúc hóa học chất độc Trong hợp chất hydrocarbon phân tử có số ngun tử carbon nhiều tính độc lớn Một phân tử có số nguyên tử halogen thay cho nguyên tử hidro nhiều độc, ví dụ CCl độc CHCl3, hay chất có số ngun tố phân tử chứa ngun tử độc hơn, chẳng hạn CO với CO2 Đồng thời tính chất vật lý chất nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy, khả hấp thụ ảnh hưởng đến tính độc Tương tự thì, nồng độ thời gian tiếp xúc, điều kiện mơi trường có tác động mạnh mẽ đến tính độc độc chất, chí làm thay đổi tính độc tùy theo loại chất khác 2.3.3 Nguồn gốc chất độc khơng khí Có nhiều nguồn đóng vai trị nhà cung cấp chất độc cho khơng khí, chẳng hạn khói thải q trình sản xuất, trình thu gom xử lý rác, vâng vâng Nhưng phần lớn hoạt động giao thông người Theo thống kê Dự án xây dựng chiến lược An tồn giao thơng với xe máy Quỹ hội nhập Nhật Bản - ASEAN (JAIF) tài trợ, Việt Nam đứng đầu nước ASEAN tỷ lệ xe máy tổng số phương tiện giới đường Nếu giai đoạn 1999 - 2000, số lượng xe máy bình quân năm tăng 500.000 xe, vào năm 2001 2006, giai đoạn xe máy Trung Quốc ạt vào thị trường Việt Nam khiến tỷ lệ xe máy tăng lần, bình quân năm tăng triệu xe Từ năm 1990 đến năm 2018, xe máy Việt Nam tăng khoảng 48 lần, từ 1.209.000 xe lên gần 58.170.000 Dự báo, giai đoạn 2018 -2021, số xe máy theo đăng ký tăng 1,12 triệu xe máy, số lượng xe máy lưu thông tăng khoảng 1,15 triệu xe Đến năm 2030, số lượng xe máy theo đăng ký tăng gần 1,5 triệu xe, lượng xe máy lưu thông tăng 1,62 triệu xe (Nguồn: Báo Điện Tử VTV News, Minh Đức, ngày 17/04/2019) Một số khủng khiếp, kéo theo hệ lụy không nhỏ Đúng thế, khí thải từ phương tiện vận tải nguồn ô nhiễm lớn cho môi trường khơng khí Chúng thải 2/3 lượng khí CO, 1/2 lượng khí hydrocarbon, khí NOx hay SOx, Mỗi tơ, xe máy thải nhiều khí độc, khí chủ yếu CO khoảng 90% lượng khí thải thành phố, Hydrocarbon khoảng 50%, NOx chiếm 50% lượng khí thải thành phố, ngồi cịn số khí khác Trung bình xe tiêu thụ hết 1000 lít xăng thải 291kg CO, 33,2 kg hydrocarbon, 11,3kg NOx, 0,9kg SO2, 0,4kg aldehyde, 0,3kg chì cịn có bụi q trình cháy khơng hồn tồn carbon sinh Vịng đời xe máy dao động từ 15-20 năm, thử nghĩ xem, lượng chất độc mà thải mơi trường khơng khí lớn đến nhường 2.3.4 Sự lan truyền chất độc khơng khí Chất độc hay chất nhiễm thải vào khí quyển, chúng lan truyền phát tán khơng khí phụ thuộc nhiều vào gió, đặc tính mơi trường khơng khí, địa hình khu vực, chát chất độc, nguồn phát thải Bên cạnh phát tán theo gió, chất nhiễm hay chất độc cịn sa lắng theo chiều phát tán tác dụng trọng lực, mưa, 2.3.5 Con đường xâm nhập vào thể sinh vật chất độc Đối với chất độc mơi trường khơng khí, đường xâm nhập vào thể qua da, mắt, mũi, chủ yếu thơng qua hệ hơ hấp.Nói cách khác, đường xâm nhập chất độc vào người nhiều qua đường hơ hấp, sau đến da, đường tiêu hóa phần nhỏ qua mắt Có 95% trường hợp nhiễm độc chất độc xâm nhập qua đường hơ hấp Phổi người có diện tích tiếp xúc với khơng khí 90m2, 70m2 diện tích tiếp xúc phế nang, mạng lưới mao mạch có diện tích 140m2 Máu qua phổi nhanh nhiều thuận lợi cho hấp thụ chất độc qua phế nang Thế tích hơ hấp người lớn 20m3/ngày, trẻ em 5m3/ ngày (Nguồn: Báo y tế) Các chất độc theo khơng khí hít vào qua khoang mũi, cuống họng quản Sau khí tiếp tục qua cuống phổi người, phế nang ống mao quản phổi cuối vào túi phổi Xung quanh túi phổi có mạch máu li ti Màng nhầy hơ hấp phổi nơi diễn q trình trao đổi khí túi phổi mao mạch Các khí độc theo đường xâm nhập vào máu Chất độc vào tế bào theo ba chế chính: khuếch tán, thấm lọc, vận chuyển tích cực Sinh vật tiếp xúc với chất độc, thay đổi sớm diễn mức tế bào Quan trọng thay đổi cấu trúc thành tế bào, ức chế men làm thay đổi độ chuẩn xác AND gây biến dị trở ngại cho hoạt động tăng trưởng bình thường tế bào Khi tiếp xúc với chất độc, thích ứng chịu đựng sinh vật bị giảm, làm ảnh hưởng đến tuổi thọ sinh vật 10 Các hóa chất thâm nhập vào thể gây độc qua ba giai đoạn: Giai đoạn tiếp xúc: giai đoạn mà hóa chất vào thể tích lũy lại thải ngồi ngun vẹn hay chuyển hóa Giai đoạn thấm, nhiễm hay giai đoạn tổn thương sinh học: giai đoạn chất độc sau thâm nhập thành cơng, gây rối loạn chuyển hóa, chủ yếu gây rối loạn hệ thống enzyme Giai đoạn có biểu lâm sàng giai đoạn tổn thương sinh học dẫn tới rối loạn chức với biểu thể Tính bền vững tích lũy sinh học chất độc mơi trường 3.1 Tính bền vững mơi trường độc chất Tính bền vững gì? Ý nghĩa từ định nghĩa đảm bảo tính liên tục đa dạng suất trì khả vĩnh viễn Thế cịn mơi trường, mơi trường tập hợp tất yếu tố tự nhiên nhân tạo bao quanh người, ảnh hưởng tới người tác động đến hoạt động sống người như: khơng khí, nước, độ ẩm, sinh vật, xã hội lồi người thể chế Ở hiểu cụm từ tính bền vững mơi trường độc chất tính đa dạng tồn gần vĩnh viễn chất độc mơi trường đất nước hay khơng khí Chúng ta có ví dụ để làm rõ nhận định Nó nhựa sản phẩm làm từ nhựa, chúng có thời gian phân hủy khác cấu trúc nguyên liệu làm nên sản phẩm khác Nhưng nhìn chung thời gian để phân hủy nhựa cao, lên đến 1000 năm Thời gian phân hủy cịn phụ thuộc vào điều kiện mơi trường đại dương phân hủy có tác động ánh sáng Mặt Trời Chất hóa học vậy, nhiều chất hóa học có thời gian bán rã dài hay khó bị oxi hóa khó bị phân hủy sinh học, chúng bền mơi trường tự nhiên Chúng người thải môi trường trở thành chất độc hại Các q trình hữu sinh vơ sinh tồn tự nhiên thực chức loại thải độc tố hóa học Nhiều hóa chất thải vào mơi trường có tính nguy hại thấp chúng có thời gian sống thấp Tuy nhiên, có nhiều chất thải độc hại có đời sống lâu dài, chúng liên tục gây hại cho hệ sinh thái Chúng ta đánh giá bền vững 11 chất hóa học thơng qua thời gian bán hủy chúng (Bảng 2.1) Sự phân hủy độc chất mơi trường thường diễn qua hai q trình: hữu sinh vơ sinh Cả hai q trình hữu sinh vơ sinh có vai trị quan trọng việc phân hủy chuyển hóa độc chất mơi trường Các chất độc bị hấp thụ quan thực vật hay động vật lâu mà không bị đào thải Thông qua bậc tháp dinh dưỡng, ngày qua ngày, tháng qua tháng chúng tích lũy ngày nhiều trước tiến hành xâm lăng vào thể người Mặc dù nói vậy, ln ln có tích lũy đủ lượng đến điểm định có thay đổi chất Đúng vậy, nồng độ tích lũy vượt ngưỡng độc giới hạn gây bệnh nguy hiểm hay làm thay đổi cấu trúc tế bào, biến đổi gen, làm suy thoái hệ sau Cơ chế tích lũy, tác động chất nguy hại lên người vi sinh vật khác nhiều, phụ thuộc vào lồi, thể trạng điều kiện tiếp xúc Độc chất Thời gian bán phân hủy Môi trường DDT 10 năm Đất TCDD năm Đất Atrazine 25 tháng Nước Benzoperylene (PAH) 14 tháng Đất Phenanthrene (PAH) 138 ngày Đất Carbofuran 45 ngày Nước Bảng 2.1 Thời gian bán phân hủy số chất môi trường (Nguồn: TS Lê Quốc Tuấn, Khoa Môi Trường Tài Ngun, ĐH Nơng Lâm TP.HCM) Ví dụ, “ác mộng Minamata” thành phố Minamata bờ Tây đảo Kyusu đất nước Nhật Bản Một ngày kinh khủng tháng 51956, bốn bệnh nhân đưa vào bệnh viện với triệu chứng: sốt cao, co giật, nhận thức, mê sau tử vong Sau đó, nhiều trường hợp bệnh nhân với triệu chứng tương tự tử vong, khiến cho bác sĩ phải bật báo động Không người, loài động vật, chim địa phương chết vô số Nguyên nhân xác định nhiễm độc Thủy Ngân Kết xét nghiệm hàm 12 lượng thủy ngân tóc bệnh nhân Minamata lên đến 705 ppm, người khơng có biểu mắc bệnh, hàm lượng lên đến 191 ppm Trong ngày nay, Cơ quan bảo vệ mơi trường Mỹ giới hạn ngưỡng an tồn thủy ngân ppm Chính phủ đất nước Mặt Trời mọc tiến hành điều tra 12 năm kể từ trường hợp tử vong ghi nhận, người ta kết luận thủ Chisso Thật ra, nhà máy Chisso điều chỉnh hoạt động từ 1951 bắt đầu thải lượng lớn thủy ngân môi trường Chất hóa học kịch độc tích tụ cá loài hải sản vịnh Minamata Và người dân địa phương bị nhiễm độc thủy ngân ăn cá Tuy phát nhiều ca nhiễm Thủy Ngân khắc phục cách đền bù dọn Thủy Ngân theo yêu cầu phủ nước này, hậu tiếp tục kéo dài nhiều trẻ em Minamata sau với triệu chứng thần kinh nghiêm trọng mà nghiên cứu sau cho thấy thủy ngân truyền từ người mẹ sang thai nhi (Nguồn: Độc học môi trường bản, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh- 2006) Có thể nói chất độc thải môi trường chúng gần bất tử, chúng nằm chờ đợi đủ quân số tiếng hành xâm lấn, đe dọa sống thực thể sống khác Trái Đất Quá trình người ta gọi q trình tích lũy sinh học độc chất 3.2 Sự tích lũy sinh học độc chất 3.2.1 Giới thiệu Định nghĩa: Tích lũy sinh học q trình tích lũy ngun tố vi lượng, chất ô nhiễm vào thể sinh vật thơng qua q trình hấp thụ sinh vật từ môi trường xung quanh mà chúng sống (Nguồn: Tạp chí Khoa học- Cơng nghệ Nghệ An số 11/2016) Tích lũy sinh học tổng hợp trình tích tụ sinh học phóng đại sinh học Tích tụ sinh học thường đề cập đến thấp thu tích tụ chất từ nước, hấp thu trực tiếp chất sinh vật từ môi trường xung quanh qua da, phổi hay mang Ngược lại, tích lũy sinh học lại hấp thu từ tất nguồn như: mơi trường bao gồm đất, nước, khơng khí, hay từ thức ăn Cùng với nó, phóng đại sinh học đề cập đến tích tụ chất độc qua bậc dinh dưỡng chuỗi thức ăn Đó lan truyền chất độc qua thức ăn hệ sinh thái Phóng đại sinh học xảy với chất độc lưu 13 trữ lâu dài thể, khơng chuyển hóa tiết nhanh chóng (Nguồn: Tạp chí Khoa học- Cơng nghệ Nghệ An số 11/2016) Ở có ví dụ điển hình phóng đại sinh học, “thủy triều đỏ”, tên gọi chung cho tượng biết đến đợt bùng phát tảo biển “nở hoa” Sự “nở hoa” tảo có làm nước biển chuyển sang màu đỏ, có màu xanh, màu xám hay màu cám gạo, Những tảo biển này, đặc biệt thực vật phù du, sinh vật nguyên sinh đơn bào, sinh vật hình thành đám dày đặc, mà ta nhìn thấy gần bề mặt nước Tuy nhiên, thủy triều đỏ không thiết làm thay đổi màu nước biển mức độ tích tụ tảo khơng dày đặc Ngoài loại tảo, thực vật phù du có chứa sắc tố quang hợp khác màu sắc từ xanh sang đỏ Các loại tảo Karenia Brevis điều kiện thuận lợi phát triển nhanh chóng, sắc tố xanthophyll trạo màu xanh đặc trưng nước (Nguồn: Độc học môi trường bản, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh- 2006) Song song với đó, loại tảo làm cho người tắm biển bị kích ứng da, chất độc loại tảo cịn lan khơng khí theo gió thổi vào bờ khiến người hít phải cảm thấy khó thở Khái niệm tích lũy sinh học ln kèm khái niệm phóng đại sinh học Đó lan truyền độc chất qua thức ăn hệ sinh thái 3.2.2 Q trình tích lũy sinh học Trong suốt q trình nghiên cứu sinh thái mơi trường, nhà độc chất học để tâm đến tích lũy phóng đại ngun tố vơ cơ, nhiều đường mà chúng tích lũy lại Ơ nhiễm hóa chất tích lũy sinh học đến từ nhiều nguồn, hoạt động sản xuất, sinh hoạt người Trái Đất thải mơi trường, từ đất, nước, khơng khí, khói bụi nhà máy, khói bụi giao thơng, tác động lên sinh vật Các chất độc chất gây ô nhiễm, gây rủi ro độc hại, chí với số lượng nhỏ, tồn hệ sinh thái, tích lũy sinh học bậc dinh dưỡng chuỗi thức ăn, di chuyển khoảng cách xa thông qua thiết bị, sản phẩm, thực phẩm, hay môi trường Thuốc trừ sâu ví dụ điển hình nhắc đến hóa chất bền môi trường gây ô nhiễm đồng thời tích lũy sinh học bao gồm tất thực vật, động vật, vi sinh vật Mưa rửa 14 trôi chúng chúng người nông dân sử dụng, điều lại vơ tình gom góp vào mương, ao hồ, chảy đại dương Tuy nhiên tích lũy sinh học thể rõ chúng nằm chuỗi thức ăn, hay chuỗi thực phẩm Chúng ta làm rõ vấn đề Ta có chuỗi thức ăn hình ảnh (Hình 3.1) Hình 3.1 Chuỗi thức ăn (Nguồn: Internet) Trong hình ảnh quan sát cỏ sinh vật bắt đầu cho chuỗi thức ăn sau đó, hay nói cách khác thực vật Thực vật nhờ vào trình quan hợp, tự tổng hợp chất cần cho mình, q trình này, mơi trường bị nhiễm độc cỏ hay thực vật bị nhiễm độc, nhiên lượng nhỏ Sinh vật tiêu thụ thứ chuỗi thức ăn Nai loài gặm nhấm, chúng sử dụng cỏ để cung cấp lượng cho thể, loài ăn thực vật, chúng cần nhiều cỏ để đảm bảo đủ dinh dưỡng hàm lượng dinh dưỡng thực vật thấp Cây cỏ nhiễm độc, kéo theo Nai loài gặm nhấm, loài ăn thực vật nhiễm độc, khơng cịn lượng nhỏ thực vật Sau Nai, lồi ăn thực vật lại trở thành nguồn cung cấp lượng cho lồi ăn thịt khác, ví dụ theo chuỗi thức ăn cáo, chúng lại vơ tình tích lũy chất độc thêm bậc Nhưng khơng, chưa dừng lại đó, lồi ăn thịt nhỏ trở thành thức ăn cho lồi ăn thịt lớn, ví dụ Hổ, Báo, Sư tử, , Vâng, chuyện lại lặp lại, lại tích 15 lũy chất độc từ thực vật thêm bậc Sau chúng chết, xác chúng loài vi sinh vật đất phân hủy, mà chất độc thể chúng bị ngấm vào đất Các lồi thực vật phát triển khu vực lại tiếp tục nhiễm bẩn, vậy, vòng vặp tuần hồn làm cho lượng chất độc tích lũy ngày lớn lớn theo cấp số nhân Đáng ý là, tích lũy sinh học khuếch đại với hợp chất có độc tính cao, bền vững có khả tiêu diệt khơng thể sửa chữa thiệt hại hệ thống dinh dưỡng, đặc biệt bậc dinh dưỡng cao Những kết nghiên cứu cho thấy, phá vỡ hệ nội tiết, gây ung thư làm cho gen bị khiếm khuyết, làm suy yếu hệ thống miễn dịch Có nhiều chất tích tụ sinh học tan chất béo có xu hướng cư trú chủ yếu màng sinh chất, liposome tế bào hay chất béo sữa máu Điều giải thích hóa chất tích tụ sinh học tan chất béo thường tìm thấy sữa mẹ với nồng độ lớn Không vậy, chất tích tụ sinh học tìm thấy số nơi khác, xương, bắp, hay não Nghiên cứu loài hải cẩu cá heo, nhà khoa học tìm thấy dấu hiệu cho thấy môi trường bị ô nhiễm chất hữu lâu, bị ức chế hệ thống miễn dịch nội tiết Sự suy yếu hệ thống miễn dịch ảnh hưởng đến lây lan dịch bệnh, ví dụ bệnh giết chết hàng trăm ngàn hải cẩu Biển Bắc năm 1988 năm 2002 Các loài sinhh vật sống cạn tích lũy kim loại từ mơi trường xung quanh đất, khơng khí Bất kỳ kim loại hấp thu sinh vật độc độc tính khác Một vài cơng trình tính tốn để tính tốn ảnh hưởng độc nguyên tố vi lượng hấp thụ sinh vật Tích lũy sinh học kim loại vi lượng sinh vật phụ thuộc vào tảng q trình tiến hóa điều kiện q trình tham gia vào đáp ứng u cầu có tính sinh lý kim loại cần thiết giải độc kim loại sinh vật bị ngộ độc Kết luận Chất độc tồn môi trường cách đa dạng phong phú, kể hình thức tồn môi trường tồn Mỗi chất độc môi trường lại có tính độc khác nhau, đường xâm nhập khuếch tán khác nhau, chúng tương tác với mơi trường xung quanh 16 chuyển hóa cách phức tạp Các chất độc tồn cách bền vững mơi trường mà cịn có tích lũy, qua thời gian tính độc chúng tăng lên gấp trăm ngàn lần gây ảnh hưởng nặng nề đến tất loài sinh vật khắp hành tinh xanh Tài liệu tham khảo Dương Nguyễn, Tích lũy sinh học độc tố mơi trường, Tạp chí Khoa học- Cơng nghệ Nghệ An số 11/2016 GS TSKH Lê Huy Bá, Độc học môi trường bản, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh- 2006 ThS Nguyễn Ngọc Châu, Sự lan truyền tích lũy môi trường cà khái niệm độc chất học, Cơng ty Mơi trường Tầm Nhìn Xanh TS Lê Quốc Tuấn, Chương 1: Giới thiệu độc chất học, Khoa Môi trường Tài Nguyên, ĐH Nơng Lâm, Tp Hồ Chí Minh 17 ... gọi q trình tích lũy sinh học độc chất 3.2 Sự tích lũy sinh học độc chất 3.2.1 Giới thiệu Định nghĩa: Tích lũy sinh học q trình tích lũy nguyên tố vi lượng, chất ô nhiễm vào thể sinh vật thơng... thương sinh học dẫn tới rối loạn chức với biểu thể ngồi Tính bền vững tích lũy sinh học chất độc môi trường 3.1 Tính bền vững mơi trường độc chất Tính bền vững gì? Ý nghĩa từ định nghĩa đảm bảo tính. .. niệm tích lũy sinh học ln kèm khái niệm phóng đại sinh học Đó lan truyền độc chất qua thức ăn hệ sinh thái 3.2.2 Q trình tích lũy sinh học Trong suốt trình nghiên cứu sinh thái môi trường, nhà độc