I.6.1. Giới thiệu về kim loại nặng [19, 25]
Kim loại nặng phân bố rộng rãi trên vỏ trái đất. Chúng được phong hóa từ các dạng đất đá tự nhiên, tồn tại trong môi trường dưới dạng bụi bay hòa tan trong sông hồ, nước biển, sa lắng trầm tích.
Trong vòng hai thập kỉ qua, kim loại nặng được thải từ các hoạt động sản xuất của con người đóng góp thêm vào lượng tồn tại sẵn có của chúng trong tự nhiên. Các công trình khai thác mỏ, giao thông, sản xuất tinh chế đều thải các kim loại nặng vào môi trường, chủ yếu dưới dạng bụi khói hay nước thải. Ví dụ như chì (Pb) được cho vào xăng để tăng hiệu xuất động cơ, kim loại có độc tính cao này đi cùng khí thải vào môi trường. Các kim loại được thải vào môi trường theo nhiều nguồn khác nhau và ngày càng trở nên nguy hiểm cho con người và môi trường sống. [19]
Một số kim loại luôn tồn tại trong cơ thể của con người và cần thiết cho sức khỏe con người. Sắt giúp ngăn ngừa việc thiếu máu, kẽm là tác nhân quan trọng
trong 100 phản ứng enzym. Trên nhãn của các lọ thuốc vitamin hay thuốc bổ xung khoáng chất thường có Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, K, Se và Zn. Chúng thường có hàm lượng thấp và được biết đến như lượng vết. Lượng nhỏ của kim loại này cần có trong khẩu phần ăn của con người vì chúng không thể thiếu được trong các phần tử sinh học như hemoglobin và các hợp chất sinh hóa cần thiết cho sự sống. Nhưng nếu cơ thể hấp thụ lượng lớn các kim loại này thì có thể gây rối loạn các quá trình sinh lý, trở nên độc hại cho cơ thể hoặc làm mất tính năng của các kim loại vết khác. Ví dụ như lượng Zn cao có thể làm mất tác dụng của Cu bằng một kim loại cần thiết cho cơ thể. [25, 26]
Các kim loại nặng là những kim loại có tỉ trọng gấp 5 lần tỷ trọng của nước. Chúng bền và thường không tham gia vào các quá trình sinh hóa của cơ thể. Chúng thường tích tụ sinh học (chuyển tiêp trong chuỗi thức ăn và đi vào cơ thể con người) chúng gồm: Hg, Cr, As, Cu, Cd, Al, Pb, Se, Sb.. chúng xâm nhập vào cơ thể con người theo các đường hô hấp, tiếp xúc hoặc do ăn uống.
Ngày nay sự nhiễm độc kim loại nặng mãn tính có thể xuất phát từ việc sử dụng kim loại trong các loại sơn, mực, trong nước máy, các hóa chất chế biến thực phẩm, các sản phẩm chăm sóc sắc đẹp (mỹ phẩm, dồi gội đầu, thuốc nhuộm tóc...) trong xã hội công nghiệp hiện nay con người không thể tránh khỏi việc nhiễm các hóa chất độc và các kim loại.
Các nghiên cứu cho thấy rằng các kim loại nặng có thể gây rối loạn hành vi của thần kinh, khả năng tư duy, gây độc đến máu, gan, da, cơ quan sản xuất hoocmoon... [19, 23, 25]
I.6.2. Vai trò, chức năng của một số kim loại nặng I.6.2.1. Vai trò, chức năng và sự nhiễm độc chì I.6.2.1. Vai trò, chức năng và sự nhiễm độc chì
Chì là một kim loại nặng có độc tính cao và cũng được sử dụng khá phổ biến trong sản xuất và tiêu dùng. Trong công nghiệp chì được sử dụng trong ắc quy, dây cáp điện, đầu đạn và ống dẫn trong công nghiệp hóa học. Nhưng lượng lớn thiếc và chì được sử dụng để điều chế hợp kim quan trọng, ngoài ra chì hấp thụ tốt các tia phóng xạ và tia Rơnghen nên chì được sử dụng làm tấm bảo vệ khi làm việc với các tia này. [23]
Chì gây độc hại đến cơ thể, tác động lên thần kinh, tổng hợp hemoglobin và sự chuyển hóa vitamin D. Trẻ em đặc biệt rất nhạy cảm với những độc tính này do một số nguyên nhân:
- Các hoạt động từ tay đến miệng (do tiếp xúc hay ăn phải sơn và bụi chì). - Hệ thần kinh đang phát triển dễ bị tổn thương khi tiếp xúc với chì
- Tỉ lệ hấp thụ chì của trẻ em cao hơn so với người trưởng thành.
Chì là một thành phần không cần thiết của khẩu phần ăn, nó xâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp, thức ăn đồ uống hàng ngày được tích lũy trong cơ tăng dần theo thời gian. Theo tính toán liều lượng chì tối đa có thể chấp nhận hàng ngày cho người do thức ăn tạm thời quy định là 0,005mg/Kg thể trọng. Bình thường con người tiếp nhận hàng ngày từ 0,05 đến 0,1mg Pb không hại từ các nguồn như: không khí, nước và thực phẩm nhiễm nhẹ chì, nhưng tiếp nhận lâu dài 1mg/1ngày sẽ bị nhiễm độc mãn tính, nếu như hấp thụ 1mg Pb trong một lần có thể sẽ gây tử vong.
Các hợp chất của Pb đều độc đối với động vật. Mặc dù, Pb không gây hại nhiều cho thực vật nhưng lượng Pb tích tụ trong cây trồng sẽ chuyển qua động vật qua đường tiêu hóa. Do vậy, Pb không được sử dụng làm thuốc trừ sâu. Pb kim loại và muối sulphua của nó được coi như không gây độc do chúng không bị cơ thể hấp thụ. Tuy nhiên, các muối Pb tan trong nước như PbCl2, Pb(NO3)2, Pb(CH3COO)2 rất độc. Khi xâm nhập vào cơ thể chì tập trung ở xương và tại đây chì tác tụng với Photphat trong xương rồi truyền vào các mô mền của cơ thể và thực hiện độc tính của nó. Ngoài ra Chì còn ngưng đọng ở gan, lá lách, thận ... chì phá hủy quá trình tổng hợp hemoglobin và các sắc tố cần thiết khác trong máu như cytochrom, cản trỏ sự tổng hợp nhân hemo và tích trong các tế bào hồng cầu, làm giảm thời gian sống của hồng cầu. Do đó sẽ dẫn tới việc thiếu máu và dẫn tới việc đau bụng ở người lớn ở người lớn và viêm não ở trẻ em.
Chì còn gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe do hợp chất ankyl – chì được cho vào xăng ôtô, xe máy với vai trò làm chất kích nổ mà tính độc hại cao của nó với con người gần đây mới được phát hiện vì thế trên thế giới bây giờ người ta không dùng xăng pha chì nữa.
+ Ngộ độc cấp tính: Ngộ độc xảy ra do thức ăn có chứa hàm lượng chì, tuy ít nhưng liên tục hàng ngày. Chỉ cần hàng ngày cơ thể hấp thụ 1mg Pb trở lên sau một
vài năm các triệu chứng như sưng lợi, da vàng, đau khớp xương, bại liệt tay, phụ nứ dễ bị sẩy thai.
+ Khi bị nhiễm Chì trong máu với nồng độ cao hơn 800mg/L. Có thể gây ra các bệnh tổn thương về tiểu động mạch, mao dẫn đến bệnh phù, thoái hóa các nơron thần kinh…giảm chỉ số IQ ở trẻ em đang lớn.
Các thành phần của thực phẩm có khả năng làm giảm ảnh hưởng của chì: + Canxi: vì canxi có một vài tính chất giống chì nên trong một số trường hợp có thể cạnh tranh với chì trong sự kết hợp với một số protein của màng nhầy ruột vốn có vai trò tích cực trong hấp thụ chì, do đó làm giảm sự nhiễm độc bởi chì .
+ Ion photphat cũng làm giảm ảnh hưởng của chì nhờ tính chất không hòa tan của nó.
Một số thành phẩm của chì làm tăng khả năng hấp thu chì như: vitamin D, rượu etylic, axit citric... vì thế tốt nhất là tránh những nơi có chì ở bất kì dạng nào trong dinh dưỡng, chú ý dùng các thực phẩm có hàm lượng chì dưới mức cho phép, có đủ Ca, Mg để hạn chế ảnh hưởng của Pb.
I.6.2.2. Vai trò, độc tính của Cd
Cadmi là một nguyên tố rất độc đối với môi trường sống cũng như đối với con người. Nguồn ô nhiễm cadimi xuất phát từ ô nhiễm không khí khai thác mỏ, nhà máy luyện kim, hải sản. Nguồn chính của cadimi thải vào nước là các điện cực dùng trên tàu và nước thải. Cd tồn tại chủ yếu ở dạng hòa tan trong nước, quá trình tích lũy nhiều trong các động vật nguyên thể như trai, ốc, sò, ngao.... [19]
Đối với các thực vật sống dưới nước, tính độc hại của Cd ngang với độc tính của Ni và Cr(III)...và có phần kém độc hơn so với Hg(CH3)2 và Cu. Tất nhiên điều này còn phụ thuộc vào từng loài, từng điều kiện của sự ảnh hưởng của Cd. Ở hàm lượng 0,02-1 mg/l Cd sẽ kìm hãm quá trình quang hợp và phát triển của thực vật. Hàm lượng cho phép của Cd trong nước là 5 μg/l.
Đối với con người Cd có thể xâm nhập vào cơ thể bằng nhiều cách khác nhau ví dụ như tiếp xúc với bụi Cd, ăn uống các nguồn có sự ô nhiễm Cd...Cadimi
thường được tích luỹ dần trong thận, gây triệu chứng độc mãn tính. Nếu để lâu có thể gây mất chức năng thận và sự mất cân bằng các thành phần khoáng trong xương. Liều lượng 30 mg cũng đủ dẫn đến tử vong. Cũng có nhiều giả thiết cho rằng cho rằng Cd có thể thay thế Zn trong cơ thể làm giảm khả năng sản sinh tế bào. [25, 26]
Chính vì mức độ độc hại của các kim loại Cd và Pb cho nên đã có nhiều tiêu chuẩn về chất lượng môi trường.
I.6.2.3. Vai trò và độc tính của Zn
Trong sản xuất, kẽm chủ yếu dùng để làm lớp phủ bảo vệ sắt, thép và chế tạo hợp kim, sản suất pin, tấm in, chất khử trong tinh chế vàng, bạc. Hợp chất của kẽm được dùng trong y học như thuốc gây nôn, giảm đau, chữa ngứa, thuốc sát trùng. [25]
Kẽm là nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu và nó sẽ gây ra các chứng bệnh nếu thiếu hụt cũng như dư thừa. Trong cơ thể con người, Zn thường tích tụ trong gan, là bộ phận tích tụ chính của các nguyên tố vi lượng trong cơ thể. Trong máu, 2/3 Zn được kết nối với Albumin và hầu hết các phần còn lại được tạo phức với λ – macroglobin. Zn còn khả năng gây ung thư đột biến, gây ngộ độc hệ thần kinh, sự nhạy cảm, sự sinh sản, gây độc đến hệ miễn dịch. Sự thiếu hụt Zn trong cơ thể gây ra các triệu chứng như bệnh liệt dương, teo tinh hoàn, mù màu, viêm da, bệnh về gan và một số triệu chứng khác. [37] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Có khoảng 100 loại enzim cần có kẽm để hình thành các phản ứng hóa học trong tế bào. Trong cơ thể con người có khoảng 2 gam đến 3 gam kẽm, hiện diện trong hầu hết các loại tế bào và các bộ phận của cơ thể, nhưng nhiều nhất tại gan, thận, lách, xương, ngọc hành, tinh hoàn, da, tóc, móng. Mất đi một lượng nhỏ kẽm có thể làm đàn ông sụt cân, và có thể mắc bệnh vô sinh. Phụ nữ có thai nếu thiếu kẽm có thể sinh con thiếu cân, thậm chí có thể bị lưu thai, dễ bị bệnh ngoài da, giảm khả năng đề kháng của cơ thể. Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy kẽm có thuộc tính chống oxi hóa, do vậy nó được sử dụng như là nguyên tố vi lượng để chống lại sự lão hóa của cơ thể, đặc biệt là da. Một số người có vị giác hay khứu giác bất thường do thiếu kẽm, điều này giải thích tại sao một số các loại thuốc chống kém ăn, điều trị biếng ăn có thành phần chứa kẽm. Kẽm cần thiết cho thị lực, kích thích tổng hợp protein, giúp tế bào hấp thu chất đạm để tổng hợp tế bào mới, nhanh liền sẹo. Bạch
cầu cần có kẽm để chống lại nhiễm trùng và ung thư. Nhu cầu kẽm hàng ngày của một người khoảng 10mg đến 15mg. Nguồn thức ăn nhiều kẽm là từ động vật như sò, thịt, sữa, trứng, thịt gà, cá, tôm, cua, nước máy,… Người ta chưa thấy sự ngộ độc do kẽm qua thức ăn và nước uống, mà chỉ thấy sự gây độc do hơi kẽm với người đúc và nấu kẽm, hàn xì… Lượng kẽm lớn qua đường miệng gây hại dạ dày. [19, 37]
I.6.2.4. Vai trò sinh học, độc tính của Cu và hợp chất của nó
Đồng là một nguyên tố rất đặc biệt về mặt sinh vật học. Có lẽ nó là chất xúc tác của những quá trình oxi hoá nội bào. Người ta đã nhận xét rằng, rất nhiều cây muốn phát triển bình thường, đều cần phải có một ít đồng và nếu dùng những hợp chất của đồng để bón cho đất (đặc biệt là đất bùn lầy) thì thu hoạch thường tăng lên rất cao. Các cơ thể thực vật có độ bền rất khác nhau đối với lượng đồng dư. [19, 25]
Đối với thực vật thì đồng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh trưởng và phát triển sản lượng của cây. Đồng có tác dụng kích thích các loại men, tạo điều kiện cho cây sử dụng protein và hình thành clorofin. Thiếu đồng thì cây không phát triển được. Đồng có tác dụng giúp cây chống hạn, chịu rét, làm tăng khả năng giữ nước của mô, bảo vệ diệp lục khỏi bị phá huỷ đồng thời còn có tác dụng làm tăng quang hợp.
Các nguyên tố vi lượng ảnh hưởng không những đến quá trình phát triển của thực vật mà còn có tầm quan trọng đối với hoạt động sống của động vật và con người.
Trong các động vật thì một số loài nhuyễn thể (bạch tuộc) có chứa đồng nhiều nhất. Trong các động vật cao đẳng, đồng tập trung chủ yếu ở gan và ở các hạch tế bào của những mô khác. Ngược lại các tế bào tại các chỗ sưng chứa rất ít đồng. Nếu sinh vật bị thiếu đồng (mỗi ngày cần đến 5mg) thì việc tái tạo hemoglobin sẽ giảm dần và sinh ra bệnh thiếu máu. Muốn chữa bệnh này nguời ta cho hợp chất của đồng vào đồ ăn.
Nguồn các nguyên tố vi lượng trong cơ thể con người thường xuyên được bổ sung từ rau, quả, các loại lương thực thực phẩm có trong thức ăn hàng ngày. Trong thành phần các loại lương thực thực phẩm, sự có mặt của các nguyên tố vi lượng, đặc biệt là các kim loại nặng trong đó có đồng với hàm lượng không thích hợp sẽ gây ra ảnh hưởng tiêu cực đối với con người.
Thiếu hoặc mất cân bằng nguyên tố kim loại vi lượng trong các bộ phận cơ thể như máu, huyết thanh, tóc, gan, mật… là nguyên nhân hay triệu chứng của ốm đau, bệnh tật hoặc suy dinh dưỡng. Hàm lượng đồng trong toàn bộ cơ thể xấp xỉ 0,1g và nhu cầu hàng ngày của một người đàn ông có sức khỏe trung bình là 2mg. Ở trẻ sơ sinh và đang bú mẹ, thiếu đồng dẫn đến thiếu máu nặng và thiếu bạch cầu trung tính. Ở trẻ em mắc bệnh suy nhược nhiệt đới gọi là Kawashiskor thì biểu hiện thiếu đồng là mất sắc tố ở lông tóc. Qua phân tích người ta thấy ở những trẻ mất khả năng đọc và đánh vần hoặc đọc và đánh vần khó nhọc thì hàm lượng đồng và magie trong tóc cao hơn nhiều so với các trẻ đối chứng (bình thường). [37]
Nếu hàm lượng đồng trong tóc tăng nhiều (quá giới hạn) thì bệnh kéo theo bao gồm cả thiếu máu, viêm gan, viêm tuyến giáp trạng và suy thận. Nếu ở mô não, nồng độ Cu tăng và nồng độ Zn giảm thì sẽ xuất hiện chứng sớm mất trí. Một bệnh gọi là bệnh wilson sinh ra bởi các cơ thể mà đồng bị giữ lại, mà không tiết ra bởi gan vào trong mật. Căn bệnh này nếu không được điều trị có thể dẫn tới các tổn thương não và gan.
Trong số các đồ ăn thì sữa và men có chứa nhiều đồng nhất. Một điều đáng chú ý là trong máu nguời mẹ có thai, người ta thấy lượng đồng tăng gấp đôi so với lúc bình thường.
Vì vậy xác định chính xác hàm lượng nguyên tố đồng trong các thực phẩm và trong cơ thể người bình thường để xây dựng các chỉ tiêu sinh học và dinh dưỡng là vô cùng cần thiết để chăm sóc và bảo vệ cộng đồng.
I.6.2.5. Nguồn gốc phát sinh, độc tính và nồng độ giới hạn của Niken [19, 25, 37] * Nguồn gốc phát sinh.
Nguồn gốc tự nhiên:
Trong tự nhiên niken thường phát sinh từ các nguồn như sau: + Từ các nham thạch của núi lửa
+ Từ các muối ở biển + Từ các vụ cháy rừng
Nguồn gốc nhân tạo:
Nước thải chứa niken chủ yếu có nguồn gốc từ nước thải mạ điện, trong công nghiệp mạ điện niken thường tồn tại chủ yếu dưới dạng muối niken sunfat, clorua, hay citrat. Ngoài ra niken còn có trong một số các nghành công nghiệp sau:
+ Công nghiệp sản xuất pin, acquy + Công nghiệp luyện kim
+ Công nghiệp dầu mỏ và các sản phẩm từ dầu mỏ