Các thuộc tính của cơ thể như tuổi, giới tính, tình trạng dinh dưỡng, độ mẫn cảm... hay các thuộc tính của Thuỷ ngân như dạng hợp chất, độ hoà tan...có thể làm thay đổi tương quan giữa liều hấp thu và độc tính của Thuỷ ngân, ở các loài gặm nhấm, thận của con non ít nhạy cảm với Thuỷ ngân hơn thận của các con trưởng thành, sự tích luỹ Thuỷ ngân ở con non cũng ít hơn. ở chuột, con cái ít nhạy cảm với Thuỷ ngân hơn con đực, điều này có thể do hàm lượng metallothionein ở con cái cao hơn (lượng metallothionein tăng tỷ lệ thuận với nồng độ estradiol) [49].
Kẽm có thể làm giảm độc tính của Thuỷ ngân trên thận chuột do làm tăng lượng glutathion và metallothionein trên thận. Gale (1984) sau khi tiêm phối hợp
7.VĨ* và trên chuột thì thấy tổn thượng trên thận giảm so với khi tiêm đơn độc Hg2n49].
Selen có thể làm giảm độc tính của Thuỷ ngân do ảnh hưởng đến sự phân bố trong cơ thể. Theo Komsta - Szumska (1977), Meengel và Karlog (1980), Parizek (1971), trong huyết tương cũng như các tế bào máu, Thuỷ ngân và Selen cùng tạo phức vói protein ( phức Hg - Protein - Se ). Sự tạo phức này làm cho Thuỷ ngân tồn tại trong máu lâu hơn đồng thòi làm giảm lượng Thuỷ ngân được tích luỹ
trên thận, giảm lượng Thuỷ ngân được vận chuyển qua màng tế bào và màng nhau thai vì phức này có phân tử lượng lớn và cồng kềnh [49].
Ethanol ức chế hoạt tính của catalase - là enzym chính xúc tác quá trình oxi hoá Hg° tạo thành trong máu và các mô. Do đó, uống rượu là một nguyên nhân làm thay đổi trạng thái cân bằng oxi hoá - khử của Thuỷ ngân trong dịch cơ thể, kết quả là càng nhiều Hg° tồn tại trong máu và được vận chuyển lên não, càng làm tăng độc tính của Thuỷ ngân [49].
2.4. Độc tính của Cadỉmỉ.
Cadimi được xếp vào danh sách các chất độc nguy hiểm trong chương trình
Theo dõi các hoá chất độc nguy hiểm của Tổ chức môi trường Quốc tế
(IRPTC,1987) [10]. Không khí có nồng độ Cadimi 25mg/m^ có thể gây chết người trong vòng 24 giờ [16].
Cadimi xâm nhập vào cơ thể qua 2 con đường chính là hô hấp và tiêu hoá. Ngoài ra, Cadimi có thể được hấp thu qua da sau thcd gian tiếp xúc lâu dài. Tỷ lệ tử vong do nhiễm độc Cadimi qua đường hô hấp chiếm 15-20% số trường hợp nhiễm độc cấp, tử vong có thể xảy ra sau nhiễm độc 1-3 ngày [16]. Lượng Cadimi hấp thu trên đường hô hấp trung bình là 5%. Khoảng 60% lượng oxit Cadimi đọng ở đường hô hấp có thể được hấp thu. Lượng Cadim được tích luỹ ỏ phổi tỷ lệ nghịch vói kích thước hạt. Khoảng 50% lượng Cadimi hít vào có kích thước trung bình 0,1 mcm và 20% có kích thước 2mcm [17]. Nhiễm độc Cadimi chủ yếu qua đường tiêu hoá do ăn phải các thực phẩm (gạo, rau, cá, thịt, trứng, sữa, tôm, cua...) nhiễm Cadimi từ nguồn nước tưới, đất trồng và không khí bị ô nhiễm. Khói thuốc lá chứa Cadimi nên hút thuốc lá là một nguyên nhân gây nhiễm độc Cadimi đáng kể [16].
Sau khi được hấp thu, Cadimi được phân bố vào hầu hết các cơ quan trong cơ thể, nhiều nhất ở thận và gan. Cadimi được giữ lại trong cơ thể do kết họfp vói một loại protein phân tử lượng nhỏ trong huyết tương là metallothionein. Cadimi tích luỹ ở thận, gan, xưofng. Thòi gian bán thải của Cadimi rất dài, từ 4 đến 30 năm [17].
Cadimi được đào thải chủ yếu qua nước tiểu. Các con đường đào thải khác là phân, mật, nước bọt, lông, móng [17].
2.4.1. Đối với thận
Thận là cơ quan đầu tiẽn chịu ảnh hưởng trực tiếp của Cadimi. Nhiễm độc Cadimi trong thời gian dài gây tích luỹ Cadimi trên thận. Cadimi gây rối loạn chức năng ống thận, xơ hoá biểu mô ống thận (nhất là ống lượn gần) từ đó gây rối loạn quá trình tái hấp thu các chất, đặc biệt là các protein. Các dấu hiệu tổn thương ống thận gồm có protein niệu tăng, acid amin niệu tăng, glucose niệu dương tính. Protein niệu đặc trưng trong nhiễm độc Cadimmi là P2-microglobulin [50]. ống thận bị tổn thuofng làm giảm tái hấp thu Canxi và phosphat [50].
Trong nhiễm độc Cadimi, chức năng lọc của cầu thận cũng giảm rõ rệt. Sự xuất hiện các protein phân tử lượng cao như albumin hay transĩeưin trong nước tiểu là dấu hiệu nhận biết cầu thận bị tổn thương. Nhiều tác giả đã giải thích cơ chế gây tổn thương cầu thận là do Cadimi đã làm bùng phát các gốc tự do. Các gốc tự do gây ra các phản ứng oxi hoá làm tổn thuofng cầu thận [29].
Cadimi còn ảnh hưởng lên cấu trúc và chức năng của thận làm tổn thương một số thành phần cấu trúc của tế bào ống thận như mạng lưói nội chất, ty thể, lysosom, màng tế bào...và gây rối loạn các chức năng của các thành phần này (hô hấp hiếu khí và kị ký, vận chuyển các chất, biến đổi sinh hoá trên mạng lưới nội chất...)- Đích tác dụng chính của Cadimi trên thận là ống thận, cầu thận cũng bị ảnh hưỏng nhưng chỉ một phần [2 1].
Tổn thương ống thận do Cadimi làm tăng đào thải Canxi theo nước tiểu, là một nguy cơ dẫn đến bệnh sỏi thận. Nguyên nhân là do Cadimi được tích luỹ trong tế bào ống thận làm thay đổi gradient điện tích trong và ngoài màng tế bào, gây rối loạn hoạt động của các bơm ion trên màng tế bào, đặc biệt là bơm Ca^^. Bơm bị rối loạn đã ức chế sự vận chuyển vào trong tế bào từ đó làm tăng đào thải ra nước tiểu. Ngoài ra, còn có vai trò quan trọng là làm ổn định màng tế bào. Sự phá huỷ trạng thái cân bằng của trong và ngoài màng đã phá vỡ sự ổn định của màng. Màng tế bào ống thận bị tổn thương làm tăng thải protein ra ngoài theo nước
tiểu. Như vậy, hiện tượng tăng Canxi niệu xảy ra sớm hơn hiện tượng tăng protein niệu và được coi là chỉ thị sinh học sóm khi ống thận bị tổn thương. Nồng độ Canxi niệu ở những công nhân tiếp xúc lâu năm vói Cadimi có thể lên tới trên 300mg/ngày. Hiện tượng tăng Canxi niệu có thể kéo dài nhiều năm sau khi tiếp xúc với Cadimi [10].
2.4.2. Đối vói hệ hô hấp
Cadimi có thể kích ứng nghiêm trọng đường hô hấp gây khó thở, tức ngực, xanh tím da và ho [16]. Người tiếp xúc vói Cadimi ở nồng độ quá cao có thể bị phù phổi và dẫn đến tử vong [6]. Người tiếp xúc thường xuyên và kéo dài có thể bị viêm phế quản mãn, viêm phổi hoá học, bệnh khí thũng... [50].
Cadimi làm giảm nồng độ a 1-antitrypsin trong huyết tương khi tiếp xúc lâu dài. a 1-antitrypsin là một loại protease chính trong huyết tương, có khả năng ức chế elastase nên có vai trò quan trọng trong bảo vệ phổi khỏi tổn thương do elastase gây ra. Cadimi ức chế hoạt tính của a 1-antitrypsin nên làm giảm khả năng bảo vệ phổi, làm tăng nguy cơ mắc các bệnh phổi [6].
2.4.3. Đối với xương
Cadimi gây tổn thương ống thận và cầu thận nên làm giảm tái hấp thu và tăng đào thải phosphat và Canxi, làm giảm mật độ khoáng chất trong cơ thể. Đây là nguyên nhân gây ra chứng nhuyễn xương và loãng xương. Giảm nồng độ khoáng chất trong máu kết hợp vói các triệu chứng đau xương, xương dễ gãy và biến dạng là những triệu chứng của bệnh Itai-itai. Bệnh này lần đầu tiên được phát hiện ở những phụ nữ Nhật Bản lớn tuổi ăn phải gạo bị nhiễm độc Cadimi, lượng hấp thu hàng ngày khoảng 60 mcg. Người mắc bệnh Itai-itai bị đau nhiều trong khung xương chậu và các chi dưới, bưóc đi ngắn kèm đau đớn [17],[50].
2.4.4. Đối với hệ thần kinh
Cadimi được tích luỹ ở não có thể gây tổn thưofng cả nơron thần kinh và tế bào thần kinh đệm. Cadimi ảnh hưởng đến các tế bào hình sao trong cấu trúc thần kinh đệm của vỏ não. Khác với các nơron, độc tính của Cadimi trên các tế bào hình
sao không giảm sau khi đã được điều trị bằng các chất chống oxy hoá như Trolox, acid cafeic và vitamin c . Nhưng khi bổ sung Glutatthion (GSH, y-Glu-Cys-Gly) hay cystein thì tỷ lệ chết của các tế bào sao này giảm hẳn. Điều này chứng tỏ độc tính của Cadimi lên hệ thần kinh đệm trước hết liên quan đến tác dụng làm giảm lượng Glutathion nội bào. Việc chỉ định GSH có thể được ứng dụng trên lâm sàng để kháng lại độc tính của Cadimi trên các tế bào đệm hình sao [25].
Cadimi còn làm giảm chức năng của cơ quan khứu giác. Các trucfng hợp nhiễm độc Cadimi có thể mắc chứng rối loạn khứu giác hoặc chứng mất khứu giác. Theo Rose (1992), Cadimi tác động lên các receptor khứu giác ngoại biên chứ không phải tác động lên trung khu khứu giác ở não. Cadimi còn làm teo dần vách mũi nếu thời gian tiếp xúc kéo dài [23].
2.4.5. Khả năng gây ung thư
Tổ chức nghiên cứu ung thư Thế giới (International Agency for Research on
Cancer) đã xếp Cadimi vào nhóm các chất gây ung thư. Những nghiên cứu về bệnh nghề nghiệp do Cadimi cho thấy Cadimi có thể gây ra ung thư phổi và ung thư thận [44].
Những nghiên cứu trên động vật thí nghiệm phát hiện thấy Cadimi có thể gây ung thư biểu mô, ung thư tiền liệt tuyến, ung thư gan, tụy, thượng thận, tuyến yên, hệ tạo máu... ở liều tiếp xúc tưofng đối cao, Cadimi có thể gây u tinh hoàn đồng thời làm giảm chức năng của tinh hoàn [44].
Cơ chế gây ung thư của Cadimi còn nhiều tranh cãi. Cadimi là một chất gây đột biến gen yếu. Khả năng gây ung thư của Cadimi có thể do kích thích các yếu tố gây ung thư khác. Cadimi có thể còn làm suy giảm hoạt tính của hệ thống chống gốc tự do trong tế bào, làm bùng phát các gốc tự do nội bào dẫn đến quá trình oxy hoá rất mạnh các hợp chất acid amin, protein và cả ADN gây biến đổi gen làm xuất hiện các gen gây ung thư [22]. Cadimi có thể còn cạnh tranh với các kim loại khác ở những trung tâm gắn kim loại trong nhiều phân tử protein có liên quan đến quá trình sao chép, nhân đôi và sửa chữa ADN. Cadimi có thể còn kích thích quá trình
phosphoryl hoá trong tổng hợp protein và hoạt hoá các yếu tố trong quá trình sao chép và giải mã làm cho sinh sản tế bào tăng vọt [45].
2.4.6. Đối với gan
Cơ chế gây độc gan của Cadimi được rất nhiều tác giả nghiên cứu. Nhiễm
độc gan do Cadimi diễn ra theo 2 giai đoạn: ban đầu, gan bị tổn thương do ảnh hưcmg trực tiếp của Cadimi, sau đó gan bị viêm do tổn thương ban đầu gây ra. Cadimi trực tiếp gây tổn thương trên gan do gắn với nhóm (-SH) trên những phân tử protein quan trọng của tế bào gan , đặc biệt là các enzym tham gia quá trình chống oxy hoá của gan. Sự mất hoạt tính của các enzym này gây bùng phát các gốc tự do (oxidative stress) làm tổn thương tế bào gan. Trong nhiễm độc gan do Cadimi, số lượng các tế bào Kuffer tăng, bạch cầu trung tính tăng cùng với sự tăng lượng lớn các chất gây viêm và các chất gây độc tế bào ở gan [30]
2.4.7. Đối với hệ nội tiết
Cadimi làm giảm hàm lượng Hormon giáp Triiodothyronin (T3) trong huyết thanh. Nguyên nhân do Cadimi làm giảm hoạt tính enzym lodothyronin deiodinase typ I là enzym tham gia tổng hợp T3. Selen là nguyên tố có trong thành phần của enzym này, Cadimi có thể đã tưofng tác và làm thay đổi sự phân bố cũng như chức năng của Selen trong enzym. Cadimi còn tác động trực tiếp lên trục tuyến yên-tuyến giáp làm giảm tiết hormon tuyến yên TSH (thyroid stimulating hormoĩi) là hormon kích thích tuyến giáp sản xuất T3 và T4 [29].
Độc tính của Cadimi đối vód cơ thể người và động vật được tóm tắt trong bảng 2.7.
T i Cơ quan
chịu tác động Bệnh lý Tài liệu
1 Thân
Tổn thương ống thận (đặc biệt là ống lượn gần) [1 0],[2 1], [29],[50]
Giảm chức năng lọc cầu thận [29]
Tăng Canxi niệu, sỏi thận [1 0]
2 Hệ hô hấp
Kích ứng đường hô hấp [16]
Khí thũng [6],[50]
Viêm đưòfng hô hấp (phế quản, phổi) [50] 3 Xương Bệnh Itai-itai (giảm nồng độ khoáng chất trong
máu, đau xương và biến dạng xương)
[17],[50] 4 Hệ thần kinh Gây chết nơron và tế bào thần kinh đệm [25]
5 Khả năng gây ung thư
Ung thư phổi, thận trên ngưòi [44]
Ung thư biểu mô, tuyến tiền liệt, tinh hoàn, gan, tuy, thượng thận, hệ tạo máu trên
động vật thí nghiệm
[44]
6 Gan Viêm gan [30]
7 Hệ nội tiết Giảm hàm lượng hormone giáp (T3) [29]
2.4.8. Một số quá trình sinh hoá liên quan độc tính của Cadimi2.4.8.1. Sự vận chuyển Camỉdỉ qua màng tế bào 2.4.8.1. Sự vận chuyển Camỉdỉ qua màng tế bào
lon và nhiều ion kim loại hoá trị 2 (như Pb^^) không được vận chuyển chủ động qua màng tế bào. Trong khi đó, sự hấp thu Cadimi lại tăng lên khi chế độ ăn thiếu sắt. Nguyên nhân là do được vận chuyển cạnh trạnh với qua màng nhờ một loại protein vận chuyển, gọi là chất vận chuyển ion kim loại hoá trị 2
(Divalent metal transporter) [20],[28].
2.4.8.2. Sự bùng phát các gốc tự do (oxidative stress)
Không chỉ Cadimi mà nhiều kim loại nặng khác (As, Pb, Hg...) đã được chứng minh là những tác nhân gây bùng phát các gốc tự do trong tế bào. Các kim
loại nặng này có thể xúc tác hay tham gia phản ứng oxi hoá của các phân tử sinh học làm phát sinh các gốc tự do. Mặt khác chúng có thể làm cạn kiệt các chất chống gốc tự do trong cơ thể. Kết quả là số lượng các gốc tự do như hydroxyl (HO*), superoxid (0 2~ *)... tăng vọt và đe doạ hàng rào bảo vệ của tế bào. Các gốc tự do này tham gia phản ứng oxy hoá các phân tử lipid màng (phản ứng POL), các protein và cả các acid nucleic (ADN, ARN) từ đó làm rối loạn chức năng của tế bào và gây ra hàng loạt các bệnh lý [24].
2.4.83. Sự ảnh hưởng đến Hem oxygenase-1 ở người
Trong cơ thể, Hem là thành phần của nhiều protein như Hemoglobin, Myoglobin, Cytochrom hay các enzym như Nitric oxide synthetase, Catalase, Peroxidase, Oxidase và Pyrolase...[27]. Bình thường trong cơ thể tồn tại cân bằng giữa tổng hợp và thoái hoá Hem. ở trạng thái bệnh lý, sự mất ổn định của các protein chứa Hem làm giải phóng Hem một cách tự do. Hem tự do là tác nhân gây tổn thương nhiều đích trong tế bào như ty thể, cytoskeleton, nhân và một số enzym nội bào, kết quả là gây rối loạn chức năng của tế bào [27]. Hem oxygenase-1 là enzym xúc tác quá trình mở vòng Hem giải phóng biliverdin, sắt và carbon monoxyd (CO) nên nó có vai trò quan trọng để chống oxy hoá, chống viêm do Hem gây ra [27].
Hemoxygenase-1 bị khử hoạt tính bỏi nhiều yếu tố như Cadimi, Lipoprotein phân tử lượng thấp (LDL) hay các cytokine theo những cơ chế rất phức tạp. Những trưòfng hợp nhiễm độc Cadimi vì thế đều thiếu hụt enzym này gây nhiều bệnh như xơ vữa động mạch, khí thũng ở người [27].
PHẦN 3: MỘT s ố PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG KIM• • •
LOẠI NẶNG TRONG MÂU NGHIÊN cứu
3.1. Phưong pháp so màu [3],[18]
Nguyên tắc: Hoà tan chất cần phân tích vào một dung môi thích hợp rồi cho
tác dụng với thuốc tạo phức trong điều kiện nhất định, sau đó đem so màu của dung dịch thử và dung dịch chuẩn hoặc đo mật độ quang của các dung dịch này.
Một số thuốc thử hữu cơ thường dùng để tạo phức màu với kim loại là Dithizon, 8-oxiquinolin, Cuppheron, Acetyl Aceton, Dietyl thiocarbamat, di-p- naptyl thiocarbazon, trong đó Dithizon được sử dụng nhiều nhất.
Đối vói Chì, có thể tạo phức Dithizonat - Chì có màu đỏ tía rồi chiết phức này bằng Cloroĩorm ở pH = 7 - 10, sau đó đo mật độ quang của dịch chiết Cloroíorm ở bước sóng 520nm.
Đối với Thuỷ ngân có thể dùng phản ứng giữa và KI tạo ra Hglí, sau đó Hgl2 kết hợp với Cul tạo phức màu hồng Cu2[Hgl4]. Thuỷ ngân cũng có thể tạo phức với Dithizon ở pH = 0,5 - 1, dịch chiết tetraclo carbon (CCI4) có thể đem đo quang ở bước sóng 485nm.
Phương pháp này có ưu điểm là có thể chiết chọn lọc các ion kim loại bằng cách thay đổi pH môi trường, thòi gian phân tích ngắn và chỉ cần dụng cụ đơn giản. Song nhược điểm của nó là không xác định được chất phân tích khi nồng độ thấp.