Trong số các kim loại thuộc nhóm không cần thiết đối với cơ thể sinh vật, chì được coi là một trong những kim loại có độc tính cao đối với sinh vật và đã được nghiên cứu trong thời gian dài [40]. Xã hội càng phát triển, chì càng được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như công nghiệp sản xuất pin, công nghiệp đạn dược, công nghệ sơn, trong ngành in và khai thác, luyện kim [41]. Trong môi trường không khí, ngoài hoạt động phát thải chì trong giao thông, việc đốt nhiên liệu hóa thạch tại khu công nghiệp cũng gây ra ô nhiễm chì [42]. Các tụ điện và hệ thống truyền tải điện hiện nay cũng trở thành nguồn gây ô nhiễm chì trong không khí. Ô nhiễm chì trong không khí, trong đất, sau một thời gian sẽ rửa trôi xuống các thủy vực [43] làm tăng nguy cơ ô nhiễm chì tại các thủy vực [44]. Nồng độ chì tại một số dòng sông Bangladesh ở mức 17- 10180 μg / L [45]. Tại các thủy vực như sông Honghu, Guchenghu và Taihu tại Trung Quốc, nồng độ chì trong trầm tích tích lũy cao vào khoảng 37,5-48,75 mg/kg [46].
Chì được cho là có hệ số tích lũy trong cơ thể sinh vật cao trong số các kim loại không cần thiết với cơ thể vì vậy mặc dù nồng độ của chì trong môi trường
19
nước nhỏ nhưng chúng được coi là nguyên tố gây rủi ro cao đối với hệ sinh thái thủy vực. Nghiên cứu của tác giả Severini và cộng sự chỉ ra rằng mặc dù nồng độ chì trong nước chỉ có 2,15 ± 0,46 μg/L nhưng chì tích lũy trong cơ thể động vật nổi có thể lên tới 13,52 ± 3,07 μg/g sinh khối khô [47]. Một số nghiên cứu khác đã khẳng định, mặc dù nồng độ chì trong nước thấp nhưng chì tích lũy cao trong thực vật nổi khoảng 772μg Pb/g chất hữu cơ, nguyên nhân là do chì tích lũy lớn trong trầm tích [48]. Chì và asen được cho là hai nguyên tố có hệ số tích lũy cao trong lưới thức ăn, trong đó chì có hệ số tích lũy lớn hơn asen [49]. Một số nghiên cứu tại Việt Nam cũng chỉ ra rằng, chì gây ra rủi ro cao tới các hệ sinh thái thủy vực Việt Nam vì kim loại này tích lũy cao trong động vật nổi [50] và các loài trai hến [51].
Cơ chế gây độc của chì đối với sinh vật đã được nghiên cứu rất nhiều ở mức độ cơ thể và mức ngưỡng độc phân tử. Chì khi đi vào cơ thể sẽ tích lũy ở một số cơ quan đích quan trọng của cơ thể như thận, não, gan, động mạch chủ, phổi, lá lách và xương [52]. Nosratola D. Vaziri và cộng sự khẳng định rằng tiếp xúc với chì ở mức độ thấp có thể gây tăng huyết áp cho cả người và động vật [53]. Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) đã liệt kê chì và các hợp chất của nó trong danh sách các chất có thể gây ung thư cho người [54]. Ở cấp độ phân tử, tùy thuộc vào thời gian tiếp xúc và nồng độ tiếp xúc cơ thể có thể bị ảnh hưởng tới thay thế protein hoặc bị ảnh hưởng tới thành phần enzym của cơ thể sinh vật. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng, chì có thể làm rối loạn chức năng của protein bằng cách liên kết nhóm thiol của cystein hoặc dịch chuyển ion hoặc cạnh tranh với các chất vận chuyển ion hoặc các enzym khử kim loại [55]. Chì có đặc tính hóa học tương tự như canxi khi nguyên tố này có mặt trong cơ thể, sẽ có khả năng thay thế canxi và làm các nhiệm vụ của canxi trong cơ thể [56]. Szymanski và cộng sự đã chứng minh rằng chì có ái lực với liên kết N và C của calmodulin hơn so với các ion canxi [57]. Thông thường ở mức độ phân tử, chì sẽ liên kết các vị trí liên kết caixi, kích hoạt calmodulin [58]. Pb2+ có thể thay thế Ca2+ tại các vị trí liên kết của canxi với protein làm thay đổi cấu trúc của protein và ngăn cản tương tác với các protein đích khác [59]. Gastaldo và cộng sự dẫn chứng cho rằng chì có thể gây các đột biến ADN bằng cách tương tác với các nhiễm sắc thể [60]. Ở động vật có vú, chì ảnh hưởng đến quá trình sửa chữa DNA bằng cách can thiệp vào hoạt động của endonuclease apurinic/apyrimidinic 1,
20
một protein đa chức năng sửa chữa DNA [61]. Phơi nhiễm chì trong 48h dẫn đến xuất hiện các protein sốc nhiệt Hsp70 và Hsp90 là các protein được sinh ra khi cơ thể sinh vật căng thẳng. Ngoài ra chì còn ảnh hưởng tới các kích thước cơ thể, thời gian sinh trưởng và cả tuổi thọ Daphnia magna [62].
Tetraethyl chì thường được cho vào sơn và trong xăng của động cơ đốt trong để tăng khả năng kích nổ của xăng. Vì vậy những thủy vực bị ảnh hưởng bởi nước chảy tràn và nước thải sinh hoạt sẽ có tetraethyl chì. Chì hữu cơ, tetraethyl chì khi xâm nhập vào cơ thể sinh vật sẽ bị biến đổi sinh học. Đối với các dạng chì vô vơ, các biến đổi sinh học sẽ làm giảm độc tính của chì và bị vô hiệu hóa tại các bào quan. Tuy nhiên đối với tetraethyl chì, các nghiên cứu cho rằng biến đối sinh học dưới tác dụng của phản ứng oxi hóa xúc tác bới enzyme p450 sẽ tạo ra chất có tính độc hơn đối với cơ thể sinh học. Khác với dạng chì vô cơ trong cơ thể, tetraethyl chì ưa mỡ và có thể vượt qua hàng rào lipit để thâm nhập và ảnh hưởng tới hoạt động thần kinh của cơ thể sinh vật. Trước các tác động của chì tới cơ thể sinh vật và hệ sinh thái, USEPA đã tiến hành các nghiên cứu xây dựng mô hình BLM hỗ trợ quản lý chất lượng nước đối với kim loại chì [63]. Chì cũng là nguyên tố đang được quan tâm xây dựng mô hình BLM để kiểm soát chất lượng nước ở Canada [64] và các quốc gia Châu Âu [65].
Tóm lại, chì là nguyên tố phổ biến trong các ngành sản xuất và đời sống. Chì có tính độc cao, tùy từng nồng độ phơi nhiễm chì có thể tác động làm biến đổi gen, ảnh hưởng tới sinh sản và gây rủi ro cao tới hệ sinh thái. Nồng độ chì tại các dòng sông ở các khu đô thị tại các nước phát triển có dấu hiệu vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Chì cũng đang được các quốc gia đặc biệt là Mỹ, Canada và các nước Châu Âu nghiên cứu trong những năm gần đây về độc tính tiềm tàng của nó tới hệ sinh thái. Một số điểm nghiên cứu tại các thủy vực tại Việt Nam cho thấy chì có dấu hiệu vượt quá tiêu chuẩn cho phép do đó chì là nguyên tố thường được lựa chọn nghiên cứu tính độc của kim loại đối với loài thủy sinh.