IV. SỰ TÍCH LŨY SINH HỌC CỦA CHẤT ĐỘC 4.1 Tớch lũy sinh học
ĐỘC TÍNH VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘC TÍNH
Mục tiờu học tập:
1. Trỡnh bày khỏi niệm và phõn loại độc tớnh
2. Trỡnh bày phương phỏp đỏnh giỏ và thử nghiệm độc tớnh 3. Trỡnh bày phương phỏp QSAR dựđoỏn độc tớnh húa chất
NỘI DUNG 1. Độc tớnh và thử nghiệm độc tớnh 1. Độc tớnh và thử nghiệm độc tớnh
1.1. Khỏi niệm về độc tớnh và phõn loại
Độc tớnh (toxicity) là thuật ngữ dựng để mụ tả những tỏc động xấu của chất độc lờn cơ thể sinh vật. Tựy thuộc vào mức độ của độc tớnh, chất độc cú thể gõy chết, hoặc gõy tỏc hại lờn từng cơ quan của cơ thể. Độc tớnh là một khỏi niệm định lượng. Hầu như bất kỡ một chất nào đều gõy tỏc hại tại một liều (dose) nào đú và tại cựng một thời điểm. Biờn độ gõy hiệu ứng độc của một chất độc dao động rất lớn: từ liều gõy hiệu ứng độc món tớnh đến liều gõy chết tức khắc.
1.1.1. Độc tớnh cấp (acute toxicity): thuật ngữ này biểu thị sự tỏc động xấu hay sự tử vong của sinh vật ngay sau khi tiếp xỳc với chất độc. Độc tớnh cấp xảy ra sự tử vong của sinh vật ngay sau khi tiếp xỳc với chất độc. Độc tớnh cấp xảy ra do tiếp xỳc với đơn hoặc đa yếu tố trong phạm vi một thời gian ngắn (≤ 24 giờ) và tỏc động cấp tớnh là tỏc động xảy ra trong vũng một vài ngày hoặc thậm chớ một vài giờ đầu tiờn sau khi tiếp xỳc với chất độc, thụng thường thời gian gõy độc tớnh cấp phải ớt hơn hai tuần.Mặt khỏc, vỡ những tỏc động món tớnh chỉ xuất hiện sau khi tiếp xỳc lập lại với một chất độc: trong nhiều trường hợp cần phải tiếp xỳc liờn tục hàng thỏng với chất độc. Trong khi đú, tỏc nhõn gõy độc tớnh cấp được hấp thu nhanh chúng vào cơ thể và sản sinh ngay lập tức cỏc hiệu ứng độc cho cơ thể, song cũng cú trường hợp, tiếp xỳc cấp tớnh bị suy giảm độc tớnh.
* Thử nghiệm độc tớnh cấp (acute toxicity test): Thử nghiệm thụng thường nhất của độc tớnh cấp là thử thiệm LC50 và LD50: được thiết kế để đo lường sự tử vong đối với những đỏp ứng của một chấn thương độc tớnh cấp. Những loại thử nghiệm khỏc của độc tớnh cấp bao gồm: thử nghiệm kớch thớch da, thử nghiệm tớnh nhạy cảm của da, thử nghiệm kớch thớch mắt, photoallergy, phototoxicity...
* Độc tớnh bỏn cấp (subacute toxicity): là tỏc động gõy tỏc hại cơ thể động vật nếu hàng ngày húa chất đưa vào cơ thể trong khoảng thời gian < 10% thời gian sống của động vật thớ nghiệm.
1.1.2. Độc tớnh món (chronic toxicity): Thuật ngữ này được sử dụng để mụ tảnhững hiệu ứng xấu xuất hiện sau một thời gian dài tiếp xỳc với những lượng những hiệu ứng xấu xuất hiện sau một thời gian dài tiếp xỳc với những lượng
Bài giảng độc học mụi trường: Độc tớnh và đỏnh giỏ độc tớnh
nhỏ chất độc. Liều tiếp xỳc với chất độc là đủ nhỏ để khụng gõy tỏc động cấp tớnh và thời gian là yếu tố cú ý nghĩa cho việc mong chờ đời sống bỡnh thường của sinh vật. Phần lớn biểu hiện nghiờm trọng nhất của độc tớnh món là gõy ung thư, tuy nhiờn những biểu hiện khỏc của độc tớnh món cũng được biết, vớ dụ như tỏc động đến sự sinh sản và hành vi.
* Thử nghiệm độc tớnh món (chronic toxicity test): Thử nghiệm món tớnh là loại thử nghiệm mà thời gian nghiờn cứu kộo dài sao cho lớn hơn đời sống của động vật thớ nghiệm, trong một vài trường hợp thường lớn hơn một thế hệ. Những thử nghiệm quan trong nhất của loại thử nghiệm này là thử nghiệm gõy ung thư, quỏi thai, dị tật bẩm sinh...
1.1.3. Độc tớnh bỏn món (subchronic toxicity): độc tớnh này là do tiếp xỳc món tớnh và cứ tiếp diễn cho đến khi tiếp xỳc nhiều chất độc mà khụng gõy ra bất kỳ tớnh và cứ tiếp diễn cho đến khi tiếp xỳc nhiều chất độc mà khụng gõy ra bất kỳ một chứng cớ nào của độc tớnh cấp, vỡ thời gian tiếp xỳc được dàn trải nhưng khụng quỏ dài để tạo ra một phần cú ý nghĩa của đời sống sinh vật qua việc tiếp xỳc với chất độc. Đối với thử nghiệm độc tớnh bỏn món tớnh người ta sử dụng động vật cú vỳ để khảo nghiệm với thời gian tiếp xỳc từ 30-90 ngày là thớch hợp.
* Thử nghiệm độc tớnh bỏn món (subchronic toxicity test): việc khảo sỏt những thử nghiệm bỏn món của độc tớnh được thực hiện bằng cỏch lập lại những liều gõy độc trờn động vật thớ nghiệm ở một thời gian kộo dài nhưng khụng quỏ dài để cú thể gõy ra những tỏc động cấp hoặc bỏn cấp trờn động vật thớ nghiệm. Thụng thường, những thử nghiệm bỏn món tớnh được thực hiện trờn chú hoặc thỏ với thời gan nghiờn cứu: 90 ngày khi chất độc được truyền qua đường miệng, 30 ngày khi chất độc truyền qua đường da, và từ 30 đến 90 ngày khi truyền qua đường hớt thở. Những thử nghiệm như trờn sẽ cung cấp thụng tin thiết yếu để tớnh toỏn liều gõy độc cho việc xỏc định nồng độ gõy bỏn món tớnh của một loại chất độc. Đồng thời những thử nghiệm bỏn món tớnh cũng được sử dụng làm căn cứ cho việc xỏc định "mức gõy hiệu ứng xấu khụng quan sỏt được" (no- observed adverse effect level: NOAEL) của chất độc: giỏ trị này thường được định nghĩa là nồng độ cao nhất của chất độc mà khụng gõy bất kỳ hiệu ứng xấu nào cú thể phỏt hiện được - nghĩa là những hiệu ứng xấu quan sỏt được đối với những liều cao nhất. NOAEL cũng thường được dựng để tớnh toỏn trong việc đỏnh giỏ nguy cơ. Thử nghiệm bỏn món tớnh cũng hữu ớch trong việc cung cấp thụng tin gõy hiệu ứng của chất độc trờn cỏc cơ quan của cơ thể; và thử nghiệm này cũng được dựng đểđỏnh giỏ sự tớch lũy sinh học của chất độc.
1.2. Thử nghiệm độc tớnh
Thử nghiệm độc tớnh liờn quan đến việc sử dụng sinh vật để lượng giỏ hiệu ứng độc của một chất độc. Thử nghiệm độc tớnh được phõn định như sau: "thử nghiệm trong cơ thể" (in vivo test) liờn quan đến hiệu ứng gõy độc cấp
Bài giảng độc học mụi trường: Độc tớnh và đỏnh giỏ độc tớnh
(acute), bỏn món tớnh (subchronic) hay món tớnh (chronic), và "thử nghiệm bờn ngoài cơ thể" (in vitro test) liờn quan đến hiệu ứng gõy tỏc hại lờn vật liệu di truyền (genotoxicity) của tế bào sống: DNA.
Đỏnh giỏ độc tớnh (toxicity assessment) là sự xỏc định khả năng của bất kỳ một chất nào đú gõy hiệu ứng độc. Đõy là một đỏnh giỏ định lượng để phõn định độc tớnh của từng loại húa chất độc. Điều này liờn quan đến luật phỏp của từng nước trong việc: sản xuất, vận chuyển, lưu hành, tiờu dựng, quản lý chất thải...
Hầu hết cỏc thử nghiệm độc tớnh được thực hiện trờn động vật thớ nghiệm, cú nhiều mục tiờu cần thực hiện để loại trừ khả năng gõy rủi ro cho con người. Điều này là cần thiết, vỡ kiến thức của chỳng ta về "tương quan hoạt tớnh cấu trỳc định lượng" (QSAR: quantitative structure-activity relationships) khụng cho phộp ngoại suy chớnh xỏc đối với những hợp chất mới. Thụng tin về thử nghiệm độc tớnh trờn con người là rất khú đạt được về mặt thực nghiệm vỡ lý do đạo đức, tuy nhiờn nú rất cần thiết để biết được cỏc hiệu ứng độc như: tớnh kớch thớch, nụn mữa, dị ứng, tỏc động lờn chức năng nóo bộ...Trong một vài trường hợp những thụng tin này cú thể thu thập từ cỏc trường hợp nhiễm độc nghề nghiệp.
Mắc dự việc ngoại suy từđộng vật thớ nghiệm sang người thường cú nhiều điểm khỏc biệt nhau như: con đường biến dưỡng, hấp thu, cỏch thức tỏc động... nhưng tiến trỡnh thử nghiệm độc tớnh trờn động vật thớ nghiệm là thuận tiện vỡ nhiều lý do như: cú thể xỏc định thể tạng di truyền, dễ dàng trong việc kiểm soỏt sự phơi nhiễm, kiểm soỏt được thời gian phơi nhiễm và cú thể khảo sỏt chi tiết tất cả cỏc mụ qua việc mổ tử thi. Cỏc phương phỏp thử nghiệm độc tớnh được nờu túm tắt trong bảng 1
Bảng 1. Túm tắt những thử nghiệm độc tớnh
1. Những tớnh chất vật lý và húa học 2. Sự phơi nhiễm và số phận mụi trường
A. Nghiờn cứu sự suy biến; thủy phõn, suy biến quang hợp... B. Suy biến trong đất, nước...dưới nhiều điều kiện khỏc nhau. C. Sự di chuyển và hao mũn trong đất, nước, khụng khớ
D. Sự tớch lũy trong thực vật, động vật thủy sinh, động vật hoang dại sống trờn cạn, thực phẩm từ thực vật và động vật
3. Thử nghiệm in vivo A. Cấp tớnh
- LD50 và LC50: đường miệng, đường da, đường hớt thở - Kớch thớch mắt
- Kớch thớch da - Nhạy cảm húa da
Bài giảng độc học mụi trường: Độc tớnh và đỏnh giỏ độc tớnh
- Truyền chất độc vào cơ thể trong 90 ngày
- Tiếp xỳc bằng đường hớt thở hay bằng đường da từ 30 đến 90 ngày C. Món tớnh
- Nuụi dưỡng món tớnh (bao gồm cỏc thử nghiệm gen gõy ung thư) - Gen gõy quỏi thai
- Sinh sản (nhiều hơn một thế hệ) D. Cỏc thử nghiệm đặc biệt
- Độc tớnh thần kinh (suy thoỏi thần kinh) - Tiềm tàng - Biến dưỡng - Dược động học - Hành vi 4. Cỏc thử nghiệm in vitro - Gen gõy biến dị - Loạn nhiễm sắc thể 5. Tỏc động trờn sự sống hoang dại
Chọn những loại động vật hoang dại: chim, cỏ và động vật khụng xương sống để khảo sỏt độc tớnh cấp, sự tớch lũy và sinh sản trong điều kiện hiện trường phũng thớ nghiệm.
1.2.1. Phương thức dẫn truyền chất độc vào cơ thể động vật thử nghiệm độc tớnh
Thụng thường cú bốn đường dẫn truyền chất độc vào cơ thể như sau:
* Đường miệng (oral): được thực hiện bằng cỏch cho uống chất đục với nước hoặc trộn chất độc với thức ăn, hoặc chuyền thẳng chất độc vào dạ dày
* Đường da (dermal): đường dẫn chất độc qua da cần thiết để ước lượng độc tớnh của cỏc húa chất cú thể xõm nhập xuyờn qua da. Cú thể bụi chất độc lờn da hoặc trộn với dung mụi thớch hợp rồi bụi lờn da.
* Đường hớt thở (inhalation); hệ thống hụ hấp là cổng vào quan trọng cho mục đớch đỏnh giỏ độc tớnh của chất độc. Việc nghiờn cứu độc tớnh bằng đường hớt thở cần phải cú buồng hụ hấp. Buồng này là một hệ thống phức tạp bao gồm cỏc dụng cụ tạo nờn cỏc phần tử dạng khớ dung, bụi, hay hỗn hợp khớ mà đó định trước thành phần và kớch cỡ của hạt. Bỡnh thường, người ta cho động vật thớ nghiệm tiếp xỳc với chất độc một số giờ trong ngày và một số ngày trong tuần.
* Đường tiờm (ịnjection): phương phỏp tiờm bao gồm: tiờm trong tĩnh mạch (intravenous), tiờm trong cơ (intramuscular), tiờm trong màng bụng (intraperitoneal) và tiờm dưới da (subcutaneous).
1.2.2. Thử nghiệm bờn trong cơ thể (in vivo test)
Theo kinh điển, thử nghiệm in vivo là thử nghiệm căn bản để xỏc định tớnh độc của chất độc. Cỏch tiến hành như sau: một hay nhiều mẫu nghiệm của
Bài giảng độc học mụi trường: Độc tớnh và đỏnh giỏ độc tớnh
động vật thớ nghiệm được dựng để khảo sỏt tử vong trong thử nghiệm cấp tớnh. Từ những kết quả này người ta sử dụng những kỹ thuật ngoại suy khỏc nhau để ước lượng tỏc hại đến con người.
1.2.2. Thử nghiệm bờn ngoài cơ thể (in vitro test)
Theo nghĩa đen, đõy là thử nghiệm được thực hiện bờn ngoài cơ thể sinh vật. Trong thử nghiệm độc tớnh, loại thử nghiệm này sẽ bao gồm những nghiờn cứu sử dụng việc ly trớch enzym, nuụi cấy tế bào...Cỏc nhà độc chất học thường sử dụng thử nghiệm này cho loại thử nghiệm ngắn hạn để nghiờn cứu tớnh biến dị của gen và người ta thường sử dụng thử nghiệm này như là một chỉ số để khả năng gõy ung thư của chất độc.
Bảng 2: Cỏc thử nghiệm trong độc học và độc học mụi trường
Mức độ cơ bản chung Cấp 1 Cấp 2 Thử nghiệm độc chất học Độc tớnh cấp - Đường miệng - Đường hớt thở - Qua da - Qua mắt Độc tớnh bỏn cấp
- NOAEL sau 28 ngày
Cỏc tỏc động khỏc
- Biến dị di truyền
