Bài giảng độc học môi trường đh quảng bình

TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH KHOA NƠNG – LÂM - NGƢ    BÀI GIẢNG ĐỘC HỌC MÔI TRƢỜNG (Lƣu h|nh nội bộ) Ngƣời biên soạn: Th.S Ho|ng Anh Vũ Quảng Bình, năm 2016 MỤC LỤC CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ ĐỘC CHẤT HỌC VÀ MỘT SỐ NGUYÊN LÝ VỀ ĐỘC CHẤT HỌC MÔI TRƢỜNG (6 TIẾT) 1.1 Một số nguyên lý khái niệm độc chất 1.1.1 Các nguyên lý độc học môi trƣờng 1.1.2 Khái niệm độc chất 1.2 Ảnh hƣởng độc chất ngƣời hệ thống sinh thái 1.2.1 Ảnh hƣởng độc chất đến ngƣời 1.2.2 Vai trò hệ thống sinh thái 1.2.3 Các kiểm nghiệm độc tính hệ sinh thái 1.3 Cách tra cứu tài liệu liên quan đến độc chất 1.4 Các nguyên lý độc chất liên quan đến hóa chất môi trƣờng, công nghiệp tự nhiên 1.5 Ảnh hƣởng hóa chất sinh vật v| môi trƣờng 1.5.1 Chất độc da cam 10 1.5.2 Độc chất dung môi 10 1.6 Chất gây ô nhiễm không khí 11 1.7 Độc chất học thủy sinh 13 1.7.1 Chất hữu dể bị phân hủy môi trƣờng nƣớc 13 1.7.2 Các tác nhân gây bệnh 13 1.7.3 Chất dinh dƣỡng thực vật 13 1.7.4 Các hóa chất tổng hợp – bền vững 13 1.7.5 Các chất vô v| kho{ng chất 13 1.7.6 Các chất phóng xạ 13 CHƢƠNG ĐƢỜNG ĐI CỦA ĐỘC CHẤT VÀ ĐỘC CHẤT TRONG MÔI TRƢỜNG (6 TIẾT) 15 2.1 Sự phân bố chuyển hóa độc chất môi trƣờng 15 2.1.1 Sự phân bố 15 2.1.2 Sự chuyển hóa 16 2.2 Ảnh hƣởng điều kiện môi trƣờng lên phân rã, di chuyển v| tích lũy độc chất 17 2.3 Nguồn gốc diện loại độc chất chủ yếu môi trƣờng 18 2.4 Kim loại độc 19 2.4.1 Cơ chế vị trí tƣơng t{c kim loại thể 20 2.4.2 Một số kim loại có độc tính cao (Xem thêm tài liệu tham khảo) 20 2.4.3 Xử lý độc tính kim loại 20 2.5 Các hóa chất nơng nghiệp (chất diệt cỏ, chất diệt côn trùng) 20 2.6 Các chất phụ gia thực phẩm 21 2.7 C{c độc tố sinh học 21 CHƢƠNG CÁC ẢNH HƢỞNG SINH HỌC CỦA ĐỘC CHẤT (4TIẾT) 23 3.1 Ảnh hƣởng độc chất sinh vật 23 3.2 Các trình vận chuyển chuyển hóa độc chất thể sinh vật 26 3.3 Khả khử độc sinh vật v| chế khử độc 27 CHƢƠNG SỰ ĐỒNG HÓA VÀ LOẠI THẢI ĐỘC CHẤT (5 TIẾT) 29 4.1 Các khái niệm đồng hóa độc chất 29 4.2 Phản ứng chuyển hóa sinh học độc chất (Phản ứng pha I pha II) 29 4.3 Vai trò enzyme chuyển hóa độc chất 30 4.4 Loại thải độc chất 31 4.4.1 Đ|o thải qua nƣớc bọt 31 4.4.2 Đ|o thải qua sữa 31 4.4.3 Đ|o thải qua da 31 4.4.4 Đ|o thải qua c{c đƣờng khác 31 4.5 Quá trình vận chuyển độc chất từ nơi g}y độc đến nơi loại thải 31 4.6 Các trình loại thải độc chất (qua thận, qua gan, qua phổi) 32 4.6.1 Đ|o thải qua thận 32 4.6.2 Đ|o thải qua đƣờng hô hấp 32 4.6.3 Đ|o thải qua đƣờng tiêu hóa 33 CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘC CHẤT LÊN CON NGƢỜI VÀ SỨC KHỎE CỘNG ĐỒNG (4 TIẾT) 34 5.1.Đ{nh gi{ v| quản lý chất thải nguy hại 34 5.2 Độc tính bên ngo|i v| bên thể 39 5.3 Độc chất học sinh hóa sinh học phân tử 41 5.4 Phát triển c{c độc chất có chọn lọc 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 Bài giảng Độc học môi trường CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ ĐỘC CHẤT HỌC VÀ MỘT SỐ NGUYÊN LÝ VỀ ĐỘC CHẤT HỌC MÔI TRƢỜNG (6 TIẾT) 1.1 Một số nguyên lý v| kh{i niệm độc chất 1.1.1 Các ngun lý độc học mơi trường a Tính độc Tính độc chất độc phụ thuộc vào yếu tố sau: - Đặc tính chất sinh vật định Ví dụ : Pb, Hg, CuSO4, g}y độc với sinh vật Hg vơ độc so với Hg hữu Chất hữu chứa Cl có độc tính cao số ngun tử Cl phân tử chất c|ng nhiều: CH3Cl < CH2Cl2 < CHCl3 < CCl4 Hợp chất amine, nitro benzene c|ng độc gốc NH2 NO2 nhiều phân tử - Các chất dễ tan nước thường dễ gây độc - Nồng độ (hay liều lượng) chất độc: Nồng độ liều lượng tăng tính độc tăng T{c động tổng hợp nhiều chất: nhiều chất độc tác dụng đồng thời mức độ nguy hiểm c|ng tăng Trong trƣờng hợp này, nồng độ chất phải nhỏ nồng độ cho phép chất Cách tính nồng độ cho phép: Trong đó: C1, C2, C3 < l| nồng độ chất môi trƣờng T1, T2, T3 nồng độ tối đa tƣơng ứng t{c động riêng rẽ - Thời gian tiếp xúc với chất độc lâu nguy hiểm - Nhiệt độ môi trường: thông thường nhiệt độ cao, khả gây độc lớn có vài trường hợp ngược lại Cũng có chất độc, nhiệt độ cao dễ bị biến tính phân huỷ; đó, tính độc giảm b Ngƣỡng độc Ngƣỡng độc liều lƣợng chất độc thấp gây ngộ độc, thƣờng tính theo đơn vị: mg/kg trọng lƣợng thể Ngƣỡng độc khác loài sinh vật khác nhau; môi trƣờng kh{c nhau, ngƣỡng độc kh{c Cùng chất độc nhƣng ngƣỡng độc ngƣời khác thực vật, động vật vi sinh vật Trị số ngƣỡng thứ hạng (threshold limit value - TLV): hóa chất, TLV nồng độ hóa chất (tính theo ppm) khơng tạo ảnh hƣởng xấu cho sinh vật khoảng thời gian n|o TLV thơng dụng - thƣờng Bài giảng Độc học môi trường áp dụng cho nơng dân - nồng độ hóa chất mà nông dân phải chịu đựng ngày ngày liên tiếp Đôi phải áp dụng trị số TLV ngắn hạn cho nông dân cơng việc phải v|o vùng xử lý thuốc c Tính bền vững độc chất mơi trƣờng Nhiều chất hóa học có thời gian bán phân hủy (half life) dài hay khó bị oxy hóa khó bị phân hủy sinh học; đó, chúng bền tự nhiên Ví dụ, dioxin có thời gian bán hủy từ 10 -12 năm Chúng đƣợc thải môi trƣờng trở thành chất thải độc hại có đời sống lâu dài gây nguy hiểm cho hệ sinh thái Chúng đƣợc hấp thụ v|o c{c quan thực vật, động vật lâu mà không bị ph}n rã hay đ|o thải Theo thời gian, chúng đƣợc tích lũy ngày nhiều qua bậc dinh dƣỡng th{p dinh dƣỡng, trƣớc xâm nhập v|o thể ngƣời Nồng độ tích lũy n|y vƣợt qu{ ngƣỡng độc giới hạn gây bệnh nguy hiểm l|m thay đổi cấu trúc tế b|o, đột biến gen g}y ung thƣ l|m suy tho{i c{c hệ sau Ví dụ, kiện nhiễm độc methyl thủy ngân vịnh Minamata, Nhật Bản (1932 - 1971) không cá mà hệ sinh th{i nƣớc trầm tích đ{y vịnh, điển hình cho tồn bền vững độc chất tự nhiên Hậu l| ngƣ d}n vùng sau nhiều năm ăn c{ bị nhiễm độc, ph{t sinh bệnh lạ mà có Minamata Ngày nay, sau nhiều cố gắng nạo vét trầm tích methyl thủy ngân cải tạo mơi trƣờng, ngƣời ta ƣớc tính dƣ lƣợng lại thủy ng}n bùn đ{y vịnh phải đến năm 2011 phân hủy hết 1.1.2 Khái niệm độc chất Trong thập niên gần đ}y, ngƣời quan t}m đến t{c động ô nhiễm môi trƣờng sức khỏe cộng đồng, ngồi lây lan bệnh truyền nhiễm (dịch tả, thƣơng h|n) vi sinh vật gây ra, bệnh nguy hiểm nhƣ ung thƣ, AIDS, qu{i thai, c{c dị tật bẩm sinh trẻ chất độc hại môi trƣờng xuất v| ng|y c|ng gia tăng nhiều nơi giới Xã hội phát triển, cơng nghiệp hóa nhanh tỷ lệ chất thải độc hại từ sản xuất công nghiệp ảnh hƣởng bất lợi từ hoạt động ngƣời t{c động v|o môi trƣờng c|ng tăng nhanh C{c chất độc hại sinh rò rỉ từ trình sản xuất, vận chuyển v| lƣu trữ chất độc Ngay nƣớc rỉ, thẩm thấu từ bãi r{c g}y nguy hiểm cho khu d}n cƣ xung quanh C{c loại nhiễm hóa học sinh từ q trình sản xuất cơng nghiệp khai thác q mức tài nguyên thiên nhiên ng|y c|ng l|m nguy hại cho sinh C{c t{c động ảnh hƣởng đến lo|i ngƣời mà sinh vật sống tr{i đất Sự phát xạ, khí thải, chất thải dạng vô cơ, hữu cơ, bụi gia tăng đe dọa môi trƣờng sức khỏe ngƣời Thêm v|o đó, thải ngày nhiều Bài giảng Độc học môi trường kim loại độc, chất hữu có tính độc v| độ bền cao, sau tồn lƣu, tích lũy chuỗi thức ăn v| g}y hại nghiêm trọng đến ngƣời v| c{c động vật hoang dã Đ{nh gi{ biến cố (risk assessment) quản lý biến cố (risk management) từ c{c nguy tiềm tàng cần thiết để bảo vệ hệ tƣơng lai Chu trình tƣơng t{c chất ô nhiễm v| thể sinh vật trình tiếp xúc, g}y nên t{c động sinh học, thể qua hấp thụ, phân bố thể, chuyển hóa, tƣơng t{c với thành phần sinh hóa nhạy cảm, từ gây biến đổi sinh hóa thể, dẫn đến bệnh tật Hình 1.1 Sơ đồ tƣơng t{c độc chất v| thể sinh vật Để nghiên cứu tất c{c t{c động nêu ngƣời, cá thể sinh vật quần xã sinh vật hệ sinh thái, tiếp cận môn khoa học mới, l| mơn Độc học mơi trƣờng (environmental toxicology) hay gọi l| Độc học sinh thái (ecotoxicology) Nó mơn ng|nh Độc chất học (toxicology) nhƣng lại nằm ng|nh Môi trƣờng học (environmental sciences) Cần phân biệt hai khái niệm: độc chất học v| độc học môi trƣờng a) Độc chất học J.F Borzelleca định nghĩa: "Độc chất học ngành học nghiên cứu lƣợng chất c{c t{c động bất lợi tác chất hóa học, vật lý, sinh học lên hệ thống sinh học sinh vật sống" Độc chất học ngành khoa học chất độc Nó ngành khoa học khoa học ứng dụng b) Độc học môi trƣờng Hai khái niệm độc học môi trƣờng (environmental toxicology) v| độc học sinh thái (ecotoxicology) môi trƣờng học đƣợc xem l| đồng Đó l| ngành khoa học chuyên nghiên cứu c{c t{c động gây hại độc chất, độc tố môi trƣờng sinh vật sống v| ngƣời, đặc biệt l| t{c động lên quần thể cộng đồng hệ sinh th{i C{c t{c động bao gồm: nguồn gốc ph{t sinh, đƣờng xâm nhập tác nhân hóa, lý phản ứng chúng với môi trƣờng (Butler, 1978) Bài giảng Độc học môi trường Độc học môi trƣờng nghiên cứu biến đổi, tồn lƣu v| t{c động tác nhân gây nhiễm vốn có thiên nhiên tác nhân nhân tạo ảnh hƣởng đến hoạt động sống sinh vật hệ sinh th{i, c{c t{c động có hại đến cho ngƣời Nhƣ vậy, khác với Độc chất y học hay Hóa độc học, Độc học mơi trƣờng có đối tƣợng nghiên cứu khơng l| ngƣời mà lồi sinh vật, quần thể quần xã Phƣơng ph{p nghiên cứu độc học môi trƣờng thử nghiệm t{c động v| tích lũy độc chất, độc tố sinh vật sống không nghiên cứu riêng rẽ thành phần độc chất phịng thí nghiệm Các nghiên cứu độc học mơi trƣờng phức tạp có liên quan đến nhiều loại độc tố, liều lƣợng, nồng độ ảnh hƣởng kh{c nhau, t{c động đến nhiều loài khác Thời gian tiến h|nh đ{nh gi{ mức độ ảnh hƣởng chất độc quần xã sinh vật kh{ d|i Đối tƣợng thử nghiệm thƣờng tiến hành loại có địa, sinh lý gần giống nhƣ ngƣời Sau đó, dùng phƣơng ph{p ngoại suy kết tìm đƣợc để áp dụng cho ngƣời Tuy nhiên, nhà sinh th{i môi trƣờng học thử nghiệm v|i trƣờng hợp ngƣời nhƣ vi trùng sốt rét, vài loại ký sinh trùng để tìm thuốc chữa trị Mục tiêu độc học môi trƣờng phát tác chất (hóa học, vật lý, sinh học) có nguy g}y độc để dự đo{n, đ{nh gi{ c{c cố có biện ph{p ngăn ngừa tác hại quần thể tự nhiên (bao gồm ngƣời) hệ sinh thái Các thí nghiệm vật lý, hóa học, sinh học với thí nghiệm độc chất môi trƣờng đƣợc phối hợp thực để dự đo{n c{c ảnh hƣởng xấu độc chất xảy mơi trƣờng Để hiểu rõ ngành khoa học mẻ này, cần nắm vững khái niệm, mối quan hệ thành phần hệ sinh thái điều kiện để đặc tính hóa học chất trở th|nh độc tính sinh vật v| ngƣời c Chất độc, tính độc - Chất độc Chất độc (chất nguy hại) loại vật chất gây hại lớn tới thể sống hệ sinh thái, làm biến đổi sinh lý, sinh hoá, phá vỡ cân sinh học, gây rối loạn chức sống bình thƣờng, dẫn đến t rạng thái bệnh lý gây chết Liều lƣợng nồng độ tác nhân hoá học vật lý định có phải chất độc hay khơng Vì tất chất chất độc tiềm tàng Theo J.H.Duffus "một chất độc chất vào tạo thành thể gây hại giết chết thể đó" Tất thứ chất độc, có điều liều lƣợng định chất chất độc (Everything is a poison Nothing is without poison Theo dose only makes That something is not a poison - Paracelsus - bác sỹ Thuỵ sỹ, 1528) Bài giảng Độc học mơi trường - Tính độc L| t{c động chất độc thể sống Nó phụ thuộc vào nồng độ chất độc trình tiếp xúc Kiểm tra tính độc tiến hành xét nghiệm để ƣớc tính tác động bất lợi tác nhân lên tổ chức quan thể điều kiện tiêu chuẩn - Phân loại t{c nh}n độc Có nhiều sở kh{c để phân loại c{c t{c nh}n độc, tuỳ theo mục đích nghiên cứu v| đối tƣợng nghiên cứu Có thể kê vài cách phân loại nhƣ sau: - Phân loại theo nguồn gốc chất độc - Phân loại theo nồng độ, liều lƣợng - Phân loại theo chất chất độc - Phân loại theo môi trƣờng tồn chất độc (đất, nƣớc, khơng khí) - Phân loại theo ngành kinh tế, xã hội: độc chất nông nghiệp, công nghiệp, y tế, quân sự< - Phân loại theo tác dụng sinh học đơn (tác dụng kích ứng, gây ngạt, dị ứng, ung thƣ, đột biến gen, qu{i thai