Chương 2 độc học môi trường

10/2/2012
1
Độc học môi trường
TS. Lâm Văn Giang
Nội dung môn học
Tuần

Chương

Tài
liệu
1,2

I.
Giới thiệu
3

II.
Phản ứng của sinh vật đối với độc chất
4

III.
Độc học môi trường khí
5

IV.
Độc học môi trường đất
6

V.
Độc học môi trường nước

7

VI.
Độc học kim loại
8

KIỂM
TRA GIỮA KỲ
9

VII.
Độc chất hóa học
10

VIII.
Độc tố sinh học
11
-15
SEMINAR

10/2/2012
2
Chương II. Phản ứng của sinh
vật đối với độc chất
NỘI DUNG
2.1 Tổng luận các ảnh hưởng của độc chất và độc tố lên
sinh vật
2.2 Sự xâm nhập của độc chất, độc tố vào cơ thể sinh vật
2.3 Sự vận chuyển, phân bố chất độc trong cơ thể
2.4 Sự biến hóa của các độc chất trong cơ thể

2.5 Quá trình tích lũy sinh học của độc chất trong cơ thể
sinh vật
10/2/2012
3
Khói thuốc lá có thể gây tác động gì?

1. Có tác động xấu đến máu
2. Giúp ích cho thần kinh
3. Giúp ích cho tiêu hóa
4. Không tác động gì đến người xung quanh

Các dạng tác động của chất độc trên cơ thể:
• A. Tác dụng cục bộ
– Đường hô hấp, da, đường tiêu hóa, mắt
– Xảy ra tại điểm tiếp xúc với các chất độc có hoạt
tính hóa học và năng lượng bề mặt cao
– 3 giai đọan: kích ứng, phù thũng, và viêm
– TH nặng gây hoại tử
2.1 Tổng luận các ảnh hưởng của độc
chất và độc tố lên sinh vật
10/2/2012
4
• B. Tác dụng tòan thân
– Chất độc vào máu được phân bố trong cơ thể
– Tác dụng độc có thể ở nhiều cấp, kích thích hoặc
ức chế
– Tổn thương có thể phục hồi được hoặc không
– Tiếp xúc thời gian lâu có thể xảy ra các biến chứng
trên mô, tổ chức cơ quan

• C. Tác dụng chọn lọc
Là tác dụng của chất độc lên các cơ quan riêng biệt
phụ thuộc:
– Độ dẫn truyền của các cơ quan
– Cấu tạo hóa học của cơ quan
– Đặc điểm sinh hóa, ví dụ chuyển hóa thành chất
không độc hoặc độc hơn
10/2/2012
5
• Acid de oxynibonucleic (ADN) là thành
phần cốt yếu trong động vật sống, là
chất cơ bản trong nhiễm sắc thể trong
nhân tế bào, chứa mã gen xác định bản
chất toàn diện của sinh vật.
• Có những tác nhân hóa học độc hại với
gen và làm thay đổi AND, gây đột biến
trong chất gen của một sinh vật, rối
loạn chức năng tế bào, làm chết tế bào,
ung thư, mất chức năng sinh sản.
• Các đột biến có thể ảnh hưởng đến tế bào cơ thể
• Hoặc gây biến đổi trong tế bào mầm: trở nên
vững vàng trong vốn gen và ảnh hưởng đến các
thế hệ sau
• Chất độc sẽ phản ứng trực tiếp với cấu trúc phân
tử trong tế bào.

• Phản ứng của tế bào: thích nghi, giảm bớt
thương hại, hoặc tổn thương và chết
• Chất độc có thể ức chế hoặc thúc đẩy sự phát
triển của tế bào, có thể trở thành mãn tính và
phát triển thành bệnh ung thư.
10/2/2012
6
2.2 Sự xâm nhập của độc chất,
độc tố vào cơ thể sinh vật
2.2.1 ĐỐI VỚI THỰC VẬT
• Xâm nhập qua quá trính lấy các chất
dinh dưỡng, muối khoáng từ bộ rễ, cơ
quan hấp thu, sinh sản
• Hoặc thẩm thấu trực tiếp qua màng tế
bào
2.2.2 ĐỐI VỚI ĐỘNG VẬT
• Độc chất và độc tố xâm nhập qua:
– Đường hô hấp
– Qua da
– Đường tuần hoàn
– Tiêu hóa
– Hệ thần kinh
– Qua các cơ quan nhạy cảm, dễ tổn thương
10/2/2012
7
A. Qua đường tiêu hóa

• Qua miệng dạ
dày ruột non
gan

Qua đường tuần
hoàn đến phủ
tạng, và gây nhiễm
độc
2.2.3 ĐỐI VỚI NGƯỜI
• Chỉ những phần tử < 0,1 mm đi qua các kẽ hở tế
bào chất ruột non, đi vào máu phá vở bạch cầu,
làm giảm sức đề kháng
• Khi tấn công vào ruột, các vi khuẩn hay men làm
thay đổi đặc tính các chất phân cực yếu
• Nếu chất độc là baze, sẽ trung hòa với các acid
trong dạ dày, ruột
• Những chất phân cực kém là những chất tan
trong mỡ, thông qua màng lipid
• Nếu có tính kiềm yếu, độc chất hấp thụ khó hơn
trong cơ thể, xuống ruột non, ruột già, đào thải
qua phân, nước tiểu.
10/2/2012
8
• 95% nhiễm độc nghề nghiệp là qua hô hấp
• Máu qua phổi nhanh, thuận lợi cho xâm nhập
khí độc
• Vào mũi họng khí quản phổi
Phế nang mao quản trong phổi túi
phổi
• Tại đây có những mạch máu nhỏ li ti, màng
nhầy: là nơi diễn ra quá trình trao đổi chất,
chất độc vào máu
B. Qua đường hô hấp
10/2/2012

9
• Máu tuần hoàn nhanh, 2 – 3 giây sẽ đưa đến
não (không qua gan để giải độc như hệ tiêu
hóa mà qua ngay tim để đi đến hệ thần kinh
trung ương), ngoài ra còn đến gan, thận, mật
• Độc chất qua đường hô hấp gần như tiến
thẳng vào tĩnh mạch
C. Thấm qua da
• Các hóa chất có áp lực lớn với lớp mỡ dưới
da, đi qua lớp thượng bì và mô bì, vào hệ
tuần hoàn, gây nhiễm độc
• Vd: xăng pha chì, nicotin, dung môi có chlor,
thuốc trừ sâu…
• Nhiễm độc qua niêm mạc nguy hiểm hơn vì
niêm mạc có các mao mạch dày đặc
10/2/2012
10
• Khả năng xâm nhập qua da phụ thuộc:
• Độ dày da
• Sắc tố da
• Mao mạch dưới da
• Thời tiết
• Độ ẩm da
• Da thuộc bộ phận nào của cơ thể
10/2/2012
11
2.3 Sự Vận Chuyển, Phân Bố Chất
Độc Trong Cơ Thể
Các chất độc đi vào tuần hoàn máu theo nhiều con
đường khác nhau:

• Các khí và hơi hòa tan trong huyết tương
• Các khí gắn với huyết vầu
• Các chất được hấp thụ trên bề mặt hồng cầu hoặc
gắn với các thành phần của hồng cầu
• Các chất được vận chuyển bởi hồng cầu hoặc bởi
thành phần của các huyết tương
• Các chất điện giải dưới dạng ion trong huyết tương
• Các chất được thủy phân thì tạo thành chất keo
trong máu
• Sau khi vào cơ thể, chất độc lưu thông trong
máu, bạch huyết, đến các tổ chức và phủ tạng.
• Sự khu trú có chọn lọc, tùy thuộc ái tính của
từng loại chất độc đối với tổ chức trong cơ thể
10/2/2012
12
Sự phân bố
• Hòa tan trong các dịch cơ thể: các cation hóa trị 1,
anion Cl
-
, Br
-
, F
-
, rượu etylic
• Tích lũy trong gan, hoặc các cơ quan khác: cation
hóa trị 3,4 của cerium, thorium, các chất thủy phân,
các chất keo
• Cư trú trong xương: cation hóa trị 2 của Ca, Ba, St,
Ra, Be, các anion F
• Cư trú ở cơ quan đặc hiệu: iode trong tuyến tụy,

uran trong thận, digitaline trong tim
• Cư trú trong các mô mỡ, mô béo: dung môi hữu cơ,
hợp chất chlor hữu cơ, chất trừ sâu, DDT
• Cư trú trong tế bào thần kinh, gan, thận: thuốc ngủ.
• KLN ức chế hoạt tính các enzyme và tích chứa ở
lông, tóc, móng
2.4 Sự biến hóa của các độc chất
trong cơ thể
Cơ thể phản ứng lại chất độc bằng cách biến đổi
chúng thành các chất chuyển hóa dễ tan hơn chất
độc ban đầu để loại khỏi cơ thể
• Sự oxy hóa: thường xuyên nhất. Vd: rượu etylic,
nitrit, hydro carbon mạch thẳng…
• Khử hoạt hóa sinh học
• Thủy phân: tùy vào cơ thể động vật. Vd: ở thỏ,
atropin bị thủy phân làm độc thêm, ở người thì
không. Cocaine vào gan chuyển thành không độc
• Sự kết hợp hay liên kết.
• Chuyển hóa sinh học: 3 kết quả: ít độc hơn, độc
bằng, và độc hơn
10/2/2012
13
Sơ đồ quá trình chuyển hóa sinh học trong cơ
thể sinh vật


Độc chất
và độc tố
Khử hoạt hóa
(tăng độ phân

cực, tăng tính
thân nước)
Hoạt hóa (giảm
độ phân cực,
tăng tính thân
mỡ)
Dễ bài tiết
Giảm độc tính
Khó bài tiết
Tăng độc tính
Cho biết theo đường nào độc tính có
thể thuyên giảm ?
1. Da
2. Phổi
3. Tiêu hóa
4. Đều như nhau
10/2/2012
14
Cấp độ tế bào Một phần màng tế bào
(phân cực) ( không phân cực)
10/2/2012
15
2.5 Tích lũy sinh học của độc chất trong cơ
thể sinh vật
• TLSH (bio-accumulation): là quá trình tích tụ
các nguyên tố vi lượng, các chất ô nhiễm vào
trong cơ thể sinh vật thông qua quá trình hấp
thụ bởi các sinh vật từ môi trường xung
quanh.
• Sự hấp thụ có thể trực tiếp từ môi trường

hoặc thông qua chuỗi thức ăn.
• Ở đâu có nồng độ sinh học tích lũy cao thì ở
đó có mức dinh dưỡng phong phú.
Quá trình tích lũy – phóng đại sinh học của
độc chất trong cơ thể sinh vật:
• Theo mạng lưới thức ăn, độc chất và độc tố
tồn lưu có thể được chuyển từ sinh vật này
sang sinh vật khác
• Và được tích lũy bằng những hàm lượng độc
tố cao hơn theo bậc dinh dưỡng và thời gian
sinh sống.

10/2/2012
16
• Sự tích lũy sinh học của các nguyên tố vô cơ:
Pb, Cd, Zn, As, Hg; là các nguyên tố được quan
tâm trong độc học sinh thái môi trường.
• Một trong những sự tích lũy nguyên tố vi
lượng là dính vào vị trí sinh hóa khác nhau
trong các mô
• Các sinh vật sống trên cạn tích lũy các kim loại
từ môi trường xung quanh đất, không khí,
nhưng phần lớn từ thức ăn qua hệ tiêu hóa.
• Cơ chế ngăn chặn tham gia việc điều khiển
việc hấp thu cả 2 loại các nguyên tố vi lượng
cần thiết và độc chất.
• Cơ chế này khác nhau giữa sinh vật cạn và sinh
vật nước
10/2/2012
17

Bioconcentration factor
Bioconcentration factor
With j
j
is the correction factor
Veith and Kosian (1983)
For non-ionic compounds, Meylan, et al. (1997), propose:
10/2/2012
18
2.6 Pha I – Trao đổi chất
Phản ứng Oxy hóa – Khử - Thủy phân
Oxy hóa
N
H
CH
3
CH
3
N
CH
3
CH
3
OH
dimethyl amine
hydroxyl amine
R
S
R
S

R'
R
O
S
O
O
R
R'
sulfoxide
sulfone
P
S
S
S
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
C
H
2
C
H
2
C
H

2
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
P
S
S
S
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
C
H
2
C
H
2
C

H
2
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
O
merphos
DEF
N-oxidations:
S-oxidations:
P-oxidations:
10/2/2012
19
• Là dạng thông thường nhất của phản ứng chuyển hóa sinh học
• Oxy hóa rượu, aldehyt thành các axit tương ứng,
• Oxy hóa các nhóm alkyl thành các alcol, nhất thành nitrat
• Các phản ứng tại các ty thể và tế bào chất

Oxi hóa các chất tan trong mỡ được trợ giúp enzym có tên là
oxydaza chức năng hỗ trợ, microsomal hydroxylaza, cytechrom
P450. Tên chung của nhóm cytochrom P-450 monooxygenaza. Sự
oxy hóa chất ngoại sinh thân mỡ là thêm OH , hay cộng oxy vào
C = C.

Oxy hóa
Nitro reduction
Azo reduction
Phản ứng khử
Disufide reduction
10/2/2012
20
Quá trình khử
• Phản ứng khử ít gặp hơn quá trình oxy hóa
• Khử aldehyt và xeton thành alcol,
• Clorat thành tricloretanol,
• Các nitro (- NO2) của cacbua thơm được khử thành quan (- NH2)
• Các phản ứng khử xảy ra tại gan

• Đối với các chất hữu cơ, quá trình thủy phân nhờ enzym, còn đối với
chất vô cơ chỉ là phản ứng thông thường.
• Thủy phân các hợp chất của carbon, sulfuanit rogen và photphat đưa
đến hình thành các axit và rượu.
• Các ester thủy phân thành các amide nhờ nhiều loại enzym tuỳ thuộc
vào nhóm alkyl.
• Phản ứng thủy phân xảy ra ở gan, thận và huyết tương.
Thủy phân
10/2/2012
21
• Các phản ứng của giai đoạn 1 chuyển hóa các
hóa chất thành các dẫn xuất với các nhóm
chức năng thích hợp cho các phản ứng ở giai
đoạn 2
• Các hệ thống enzym chính tham gia vào các
phản ứng trong giai đoạn 1 là các oxydaza

hoặc monooxygenaza phối hợp với cytochrome.
Giai đoạn 1
2.7 Pha II – Pha liên hợp
Phản ứng Liên tiếp
• Các phản ứng tổng hợp dẫn xuất của chất lạ.
• Có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi
chất loại bỏ độc tính.
• Có nhiều loại liên lợp: liên hợp với lưu huỳnh
(S), với H
2
SO
4
, glycin và acid
10/2/2012
22
Conjugation to: bilirubin,
steroid/thyroid
hormones, morphine,
PAHs, etc.

microsomal

-OH, -COOH, -SH, -NH2
primary substrates for
UDPGTs

requires the activation of
glucuronic acid by the
synthesis of uridine
diphosphate glucuronic

acid (UDPGA)
Pha II: glucuronic acid liên hợp
COOH
O
COOH
HO
OH
O P
O
O
O P
O
O
O
CH
2
O
OH OH
NH
NO
O
+
benzoic acid
(glucuronic
acid)
(UDP)
O
O
COOH
HO

OH
C
O
+
UDP
UDPGA
UDP
glucuronyl
transferase
SH
+
UDPGA
UDP
glucuronyl
transferase
S
O
COOH
HO
OH
OH
+
UDP
SH
+
UDPGA
UDP
glucuronyl
transferase
S

O
COOH
HO
OH
OH
+
UDP
SH
+
UDPGA
UDP
glucuronyl
transferase
S
O
COOH
HO
OH
OH
+
UDP
SH
+
UDPGA
UDP
glucuronyl
transferase
S
O
COOH

HO
OH
OH
+
UDP
10/2/2012
23
Phase II: glutathione liên hợp
Cl
NO
2
NO
2
CH
COO-
NH
2
CH
2
CH
2
O
N
H
CH
2
SH
N
H
C

H
2
COO-
O
+
GSH
S-G
NO
2
NO
2
+
HCl
mercapturic
acid
Br
Br
O
+
GSH
Br
OH
S-G
Br
S
CH
2
C
HN
H

COOH
CH
3
O
phase I
epoxide
formation
GSH
transferase
H
+
-H
2
O
Bromophenyl mercapturate
GST activates the GSH by lowering the pK
a
Phase II: sulfate liên hợp
requires energy (ATP) in order to form phosphoadenosine phosphosulfate (PAPS),
the sulfating agent

aliphatic alcohols, phenols, and arylamines are major substrates for
sulfotransferases
O S
O
O
O P
O
O
O

CH
2
O
O OH
PO
3
H-
N
N
N
N
NH
2
NH
2
aniline
+
NH
S
O
O
OH
10/2/2012
24
2.8 Đào thải độc chất
• Đào thải các độc chất khỏi cơ thể có thể xảy ra theo
nhiều cách khác nhau. Thận là cơ quan chính chịu trách
nhiệm thải loại các độc chất và các chất lạ khỏi cơ thể.
• Về nguyên tắc, quá trình đào thải giống với quá trình
hấp thụ, vận chuyển các hóa chất đi qua các màng sinh

học dựa vào sự chênh lệch về nồng độ hóa chất.
• Hóa chất di chuyển từ điểm có nồng độ cao đến điểm
có nồng độ thấp hơn.
Các độc chất liên kết protein không bị đào thải bởi sự lọc
của tiểu cầu thận hoặc sự khuếch tán thụ động, nó bị thải
ra qua quá trình bài tiết chủ động.
Các hợp chất tan trong mỡ đào thải ra khỏi cơ thể rất
chậm qua các dòng tuần hoàn thải chất lỏng (nước) như
nước tiểu hay địch vàng của gan. Do vậy, các hợp chất
tan trong mỡ thường tích đọng rất lâu trong cơ thể người,
cho đến tận khi chúng bị chuyển hóa thành những dẫn
xuất tan được trong nước.
Các hợp chất tan trong mỡ được thận lọc ra khỏi máu
thường lại nhanh chóng bị hấp thụ lại vào máu lại thận nếu
như nước tiểu không được thải ngay ra ngoài cơ thể.
10/2/2012
25
Một độc chất có thể được đào thải bởi các tế bào gan vào
trong mật, sau đó đi vào ruột. Nếu các tính chất thích hợp
cho sự hấp thụ lại, một số hợp chất có thể được quay vòng
qua quá trình hấp thụ lại từ hệ tiêu hóa vào hệ tuần hoàn
(chu trình gan - ruột) cho đến khi được thải loại cuối cùng
qua thận.
Sự bài tiết qua mật đóng vai trò chủ yếu trong việc đào thải
ba loại hợp chất với trọng lượng phân tử lớn hơn 300: Các
anion, các chuồn và các phân tử không bị ton hóa chửa cả
các nhóm phân cực và các nhóm ưa mỡ. Các hợp chất có
khối lượng phân tử thấp bị bài tiết chủ yếu trong mật, điều
này có lẽ là đo chúng bị hấp thụ lại khi đi qua. Một số độc
chất được chuyển hóa rồi liên hợp sufo hoặc glucuronic rồi

đào thải qua mật.
• Sự đào thải phụ thuộc vào:
 Tốc độ của sự khử hoạt tính sinh hóa
 Tốc độ bài tiết
• Nồng độ hấp thụ được biểu thị bằng phương trình mũ.
log M = Log Mo - (K
a
*t)/2,303
Với:
Mo: nồng độ của hóa chất tại địa điểm hấp thụ ở thời điểm
bắt đầu.
M: nồng độ của hóa chất ở địa điểm hấp thụ tại thời điểm t.
K
a
: hằng số hấp thụ, tương đương với 0,693: t
1/2
t
1/2
: thời gian bán hấp thụ (thời gian khi M/Mo=1/2)