ĐỘC TÍNH VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘC TÍNH
2. Đỏnh giỏ ủộc tớnh
Đỏnh giỏ ủộc tớnh cấp thường liờn quan ủến tớnh tử vong thụng qua việc ước lượng LD50 hay LC50, mặc dự những tỏc ủộng cấp tớnh khỏc như gõy kớch thớch mắt cũng là những chủ ủề của loại thử nghiệm này. Một số thử nghiệm thường dựng ủể ủỏnh giỏ ủộc tớnh như sau:
2.1. Quan hệ liều lượng - ủỏp ứng (dose-response)
Đáp ứng là phản ứng của toàn bộ cơ thể hay của một hoặc vài bộ phận của cơ thể sinh vật ủối với chất kớch thớch (chất gõy ủỏp ứng). Chất kớch thớch cú thể cú rất nhiều dạng, và cường ủộ của ủỏp ứng thường là hàm số của cường ủộ chất kớch thớch.
Chất kớch thớch càng cao thỡ cường ủộ ủỏp ứng trong cơ thể xảy ra càng lớn. Khi chất kớch thớch là húa chất, thỡ ủỏp ứng thường là hàm số của liều lượng và mối quan hệ này ủược gọi là mối quan hệ liều lượng - ủỏp ứng
Đỏnh giỏ liều lượng-ủỏp ứng là một bước trong tiến trỡnh ủỏnh giỏ nguy cơ, nú ủược ủặc trưng húa bởi mối tương quan ủịnh lượng giữa liều lượng của chất ủộc ủưa vào một quần thể ủộng vật thớ nghiệm với chỉ số của mức ủộ tổn thương hay mắc bệnh. Một liều (dose) là một ủơn vị tiếp xỳc với một húa chất và thường ủược biểu diễn ở dạng một ủơn vị khối lượng của húa chất trờn ủơn vị thể trọng (trên kg thể trọng), hoặc trên một diện tích bề mặt của cơ thể (trên m2 hoặc cm2 của diện tích bề mặt cơ thể). Mối liên quan giữa liều lượng và các hiệu ứng sinh học là một trong những nguyờn tắc cơ bản trong lĩnh vực ủộc chất học.
Số liệu ủỏnh giỏ liều lượng - ủỏp ứng ủược suy ra từ cỏc nghiờn cứu trờn ủộng vật, trong một số ớt trường hợp suy ra từ cỏc nghiờn cứu bệnh học trờn một nhóm người tiếp xúc. Có thể có nhiều mối liên hệ khác nhau cho một hóa chất nếu nú gõy ra nhiều tỏc hại khỏc nhau dưới những ủiều kiện tiếp xỳc khỏc nhau.
Trong ủỏnh giỏ liều lượng - ủỏp ứng mức tiếp xỳc cần thiết ủể gõy nờn những tỏc hại của ủộc chất cần phải ủược xỏc ủịnh. Sự sinh ra của một ủỏp ứng và mức ủộ ủỏp ứng cú liờn quan với nồng ủộ của tỏc nhõn tại vị trớ phản ứng. Đỏp ứng và liều lượng có liên hệ nhân quả với nhau. Tuy nhiên ở các liều lượng thấp, ta sẽ khụng quan sỏt ủược ủỏp ứng. Liều lượng thấp nhất của một húa chất mà khụng gõy nờn tỏc ủộng xấu gọi là "liều ngưỡng" (threshold dose).
Nếu cỏc số liệu về liều lượng ủỏp ứng cú ủầy ủủ thỡ cú thể biểu thị chỳng trờn ủồ thị và ủường nối những ủiểm số liệu gọi là ủồ thị liều lượng - ủỏp ứng.
Cú nhiều dạng ủường cong liều lượng - ủỏp ứng, trong ủú dạng ủường cong loại grade và ủường cong dạng quantal thường ủược dựng nhiều nhất.
Bài giảng ủộc học mụi trường: Độc tớnh và ủỏnh giỏ ủộc tớnh + Đối với ủường cong dạng grade, tỏc ủộng ủược xỏc ủịnh trong từng cơ thể của từng cỏ thể và cường ủộ ủược xếp hạng như hàm số của log liều lượng húa chất. Cỏc cỏ thể trong quần thể cú thể cú những ủường cong liều lượng- ủỏp ứng khác nhau do sự khác biệt về sinh học.
+ Đường cong dạng quantal liờn quan ủến log liều lượng húa chất với tần số của phản ứng trong quần thể nghiờn cứu. Đỏp ứng cú thể xỏc ủịnh trước tỏc hại. Trong ủồ thị liều lượng - ủỏp ứng dạng quantal, tần số thay thế cường ủộ trong ủường cong dạng grade.
Phương phỏp sử dụng ủường cong liều lượng - ủỏp ứng ủể so sỏnh ủộc tớnh của cỏc chất ủộc: nếu như ủỏp ứng ủược vẽ như hàm số của log liều lượng thỡ ủộ dốc của ủường thẳng sẽ ủược dựng ủể so sỏnh. Độ dốc càng lớn thỡ húa chất càng ủộc hại
Phản ứng cực ủại
50
ED50
0
Log liều lượng (mg/kg) Hỡnh 1. Dạng ủặc trưng của ủồ thị liều lượng - ủỏp ứng
100 Agonist
50 Agonist + Antagonist Không cạnh tranh
ED50
Liều lượng (mg/kg) Hỡnh 2: Đồ thị liều lượng ủỏp ứng dạng grade. Đỏp ứng cỏ thể
2.2. LD50, LC50, ED50, EC50 Đáp
ứng
%
Bài giảng ủộc học mụi trường: Độc tớnh và ủỏnh giỏ ủộc tớnh LD50 (median lethal dose 50) là liều ước lượng, khi chất ủộc ủược dẫn trực tiếp vào ủộng vật thớ nghiệm mà kết quả là gõy chết 50% quần thể ủó tiếp xỳc với chất ủộc dưới những ủiều kiện ủó xỏc ủịnh của thử nghiệm. Giỏ trị LD50 ủược xem như là tiờu chuẩn ủể so sỏnh ủộc tớnh cấp giữa chất ủộc với nhau. Vỡ những kết quả của những xỏc ủịnh LD50 rất khỏc nhau do những ủiều kiện về sinh học và vật lý học ủược ủịnh rừ trong một khoảng hẹp (vớ dụ: những ủiều kiện về mụi trường, thời gian và ủường tiếp xỳc, loài, giới và tuổi của sinh vật thử nghiệm). Giỏ trị LD50 cú thể ủược xỏc ủịnh qua ủồ thị với trục hoành là log nồng ủộ và trục tung là ủơn vị xỏc suất (probability units: probits) biểu diễn sự tử vong của ủộngvật thớ nghiệm
LC50 (median lethal concentration 50) là nồng ủộ ước lượng trong mụi trường mà ủộng vật tiếp xỳc và sẽ giết chết 50% quần thể ủó tiếp xỳc với chất ủộc dưới những ủiều kiện ủó xỏc ủịnh của thử nghiệm. Bỡnh thường, người ta sủ dụng LC50 ủể thay cho LD50 trong nghiờn cứu ủộc học mụi trường nước (aquatic toxicology) và ủộc học mụi trường khụng khớ (inhalation toxiclogy)
Nếu như ủiểm cuối của thớ nghiệm khụng gõy chết ủộng vật thớ nghiệm mà cỏc nồng ủộ thớ nghiệm dẫn ủến cỏc tỏc ủộng khỏc nhau ủối với 50% ủộng vật thớ nghiệm thỡ gọi là liều tỏc ủộng 50% hay ED50 (median effective dose) hay nồng ủộ tỏc ủộng 50%: EC50 (median effective concentration)
Giỏ trị EC50 hay LD50 thường ủược thực hiện trong vũng 24 ủến 96 giờ và ủược thử nghiệm trờn một loại chất nhất ủịnh, vớ dụ như thử trờn nguồn nước cấp, thuốc bảo vệ thực vật, một loại chất ủiển hỡnh trong nước thải cụng nghiệp...ủể xỏc ủịnh nồng ủộ và ngưỡng an toàn. Thời gian cũng ủược ghi cựng với liều lượng gây chết: LD50-48 giờ hay EC50-24 giờ.
Một phương phỏp nghiờn cứu khỏc là ủo thời gian cần thiết ủể 50% sinh vật thớ nghiệm cú phản ứng ủặc biệt (vớ dụ như sự tử vong). Phương phỏp này ủũi hỏi phải giữ mức ủộ của cỏc tỏc ủộng chọn lọc luụn khụng ủổi và theo dừi trong thời gian thớ nghiệm ủể xỏc ủịnh thời ủiểm 50% ủộng vật thớ nghiệm chết, hay 50% ủộng vật cũn sống. Thời gian ủú gọi là median lethal time LT50: thời gian chết 50%.
Trevan là người ủầu tiờn ủó phỏt triển khỏi niệm LD50 vào năm 1927. Giỏ trị này thường ủược biểu diễn như là một ước lượng giới hạn khoảng tin (confidence limit) xuất xứ từ nhiều nhúm ủộng vật thớ nghiệm với nhiều liều lượng khác nhau.
Phương phỏp ủơn giản nhất ủể xỏc ủịnh LD50 và LC50, qua giới hạn khoảng tin, là sử dụng một ủồ thị và căn cứ vào sự thừa nhận rằng sự tỏc ủộng là tần số trong ủồ thị dạng quantal (all or none: tất cả hoặc khụng): phần trăm ủỏp
Bài giảng ủộc học mụi trường: Độc tớnh và ủỏnh giỏ ủộc tớnh
ứng trong một nhúm ủộng vật thớ nghiệm liờn quan với liều tương ứng và tỏc ủộng tớch lũy là một phõn bố chuẩn.
Hiện nay, trong khoa học thử nghiệm LD50 thường gây ra nhiều sự tranh luận, vì thế khi sử dụng thử nghiệm LD50, cần phải tiêu chí hóa các yếu tố sau:
1. LD50 chỉ ủể biểu diễn số tử vong khụng phản ảnh cỏc tỏc ủộng cấp tớnh khỏc.
2. Thử nghiệm này tiến hành với số ủộng vật thớ nghiệm lớn ủể cú ủược giá trị thống kê có thể chấp nhận. Hơn thế nữa, những kết quả của những thử nghiệm LD50 thường biến ủổi theo giống, loài, giới, tuổi...(bảng ), do vậy, cỏc giỏ trị LD50 hiếm khi ủồng nhất với nhau từ phũng thớ này ủến phũng thớ nghiệm khỏc, mặc dự cựng thử nghiệm với một loại chất ủộc.
3. Tất cả những luật lệ cũng như các khuyến cáo phải làm rõ rằng thử nghiệm kinh ủiển LD50 là khụng ủồng nhất với cỏc thử nghiệm ủộc tớnh cấp hiện ủại
Bảng 4: Phõn loại ủộc tớnh theo giỏ trị LD50
Phân loại LD50 (mg/kg) Thí dụ
I : Siờu ủộc (super toxic) II : Cực ủộc (extremely toxic) III: Rất ủộc (very toxic)
IV: Độc vừa phải (moderately toxic) V : Ít ủộc (slightly toxic)
5 5 - 50 50 - 500 500 - 5000 5000 - 15000
TCDD Pictrotoxin phenobarbital Morphine sulfate
Ethanol 2.3. Đỏnh giỏ ủộc tớnh cấp ủối với cỏc loài thủy sinh
♦ Mặt khỏc, theo quan ủiểm ủộc học mụi trường nước, do tử vong là một yếu tố dễ xỏc ủịnh trong cỏc ủỏp ứng, nờn thử nghiệm ủộc tớnh cấp thụng thường nhất là thử nghiệm nồng ủộ gõy chết cấp tớnh, trong ủú, 50% ủỏp ứng là thụng số chỉ về hàm lượng chất ủộc ủược sử dụng và 96 giờ (hay ớt hơn ) là thời gian gõy ngộ ủộc tiờu chuẩn (vỡ 96 giờ là thời gian cần thiết gõy ra ngộ cấp tớnh hay gõy chết cấp tớnh). Đối với loài cỏ và ủộng vật khụng xương lớn, thụng số dựng ủể ủỏnh giỏ ủộc tớnh cấp là LC50-96 giờ.
♦ Tuy nhiờn, ủối với cỏc ủộng vật khụng xương, do sự tử vong rất khú xỏc ủịnh, nờn một thụng số khỏc: EC50 (nồng ủộ gõy tỏc ủộng trung bỡnh) thường ủược dựng thay thế cho LC50. Sự tỏc ủộng ủược sử dụng ủể ước tớnh EC50 cho một số ủộng vật khụng xương sống (vớ dụ như daphnia: ấu trựng ruồi nhuế) là sự bất ủộng hay sự khụng di chuyển ủược. Cỏc tỏc ủộng thường ủược sử dụng ủể ước tớnh EC50 cho cua, tụm biển, tụm ủồng là sự bất ủộng và mất cõn bằng: ủược xỏc ủịnh là mất khả năng duy trỡ tư thế bỡnh thường.
♦ Đỏnh giỏ ủộc tớnh cấp qua loài giỏp xỏc Ceriodaphnia: Trong mụi trường nước ngọt thường tồn tại loại phiêu sinh vật giáp xác Ceriodaphnia - một loại thức ăn cho cỏ nhỏ. Người ta sử dụng tớnh nhạy cảm của nú với nồng ủộ ủộc chất qua số
Bài giảng ủộc học mụi trường: Độc tớnh và ủỏnh giỏ ủộc tớnh lượng cỏ thể chết ủể xỏc ủịnh mức ủộ nhiễm ủộc của mụi trường sau 24 giờ hoặc 48 giờ. Số lượng chết của Ceriodaphnia cũng ủược biểu diễn qua EC50-24 giờ, EC50- 48 giờ hoặc LC50-24 giờ và ủơn vị ủộ ủộc ủược dựng là mg/L
2.4. Đỏnh giỏ ủộc tớnh cấp theo thử nghiệm Microtox Test: MT test)
Để xỏc ủịnh ủộc tớnh cấp, người ta cũn dựng một loại thử nghiệm khỏc gọi là TM test (Microtox Test). Nguyên lý của thử nghiệm này như sau: kiểm soát quá trỡnh trao ủổi chất của vi sinh vật phỏt quang với thời gian ngắn (5-10 phỳt) qua ủú, ủể ủỏnh giỏ ủộc tớnh cấp của mụi trường nước hay ủất, bựn. Nhiệt ủộ ủược duy trỡ ở 15 - 270C. Thiết bị ủo là mỏy Microtox, model 500: ủo cường ủộ phỏt quang của vi sinh vật Vibrio fischeri NRRL B-11177, thuốc thử Microtox Reagent. Mỏy thử ủược nối với một mỏy tớnh cài ủặt phần mềm Microtox data collection and reduction sofware-version 6.0 hoặc phần mềm Microtox OmiTM. Trong ủiều kiện mụi trường chưa cú hoặc cú ớt ủộc chất, vi sinh vật phỏt quang mạnh do quỏ trỡnh hụ hấp tế bào của chỳng. Nếu mụi trường bị nhiễm ủộc, chất ủộc càng tăng thỡ lượng phỏt quang càng giảm. Người ta ủưa ra một chỉ số EC50 cường ủộ phỏt sỏng của vi sinh vật trong khoảng thời gian 5 - 15 phỳt với nhiệt ủộ t = 15 ± 0,50C. Trị số EC50 ủược ủọc qua mỏy tớnh.