Đánh giá độc tính đánh giá mối quan hệ liều lượng – phản ứng

Đánh giá độc tính

Đánh giá mối quan hệ
liều lượng – phản ứng
(Dose-Response Relationships)

1

1.
2.

Tổng quan về phương pháp
Các thông số đánh giá


Tổng quan về phương pháp
 Độc học môi trường (environmental toxicology) hoặc độc học sinh thái (ecotoxicology) là khoa học nghiên
cứu về tác động của độc chất trong môi trường tới sinh vật và con người.

 Nội dung của độc học môi trường:

Nguồn gốc phát sinh

Con đường xâm nhập

Phản ứng của đối tượng

 Mục tiêu độc học môi trường:

Xác định tác nhân gây ảnh hưởng

Dự đoán, đánh giá nguy cơ

Đề xuất ngăn ngừa, giảm thiểu tác động tiêu cực
2


Tổng quan về phương pháp
 Tác nhân gây độc: là bất kỳ chất hoá học nào gây những hiệu ứng xấu tới sức khoẻ hoặc gây chết cho sinh
vật.

 Tất cả các chất hoá học đều có tính độc (Paracelsus, 1538)

Theo đặc tính sinh học

Độc chất (toxicant)

Độc tố (toxin)

Theo bản chất gây độc

Theo tiềm năng hoặt tính

Độc bản chất (natural

Độc tiềm tàng

toxicity)

(Potential toxicity)

Độc liều lượng (dose

Độc hoạt tính (Actual

toxicity)

toxicity)

Theo tác động/ tính năng

Độc cấp tính

Độc mãn tính

3


Tổng quan về phương pháp
 Dựa theo mức độ bền vững


Không bền (1 – 2 tuần: Hữu cơ, cacbonat…)



Bền trung bình (3 – 18 tháng: hữu cơ P, N, S)



Bền vững (2 – 5 năm: hữu cơ clo)



Rất bền (>5 năm – vĩnh viễn: kim loại nặng)

 Dựa theo cơ quan bị tác động
Gây ảnh hưởng hệ thần kinh (Cl2, O3, muối KLN, formon, F…)
Gây độc máu (Zn, P…)
Gây độc nguyên sinh chất (Hg, S)
Gây độc hệ enzym (P, F, Na2SO4)
Gây mê (HCCl3, CCl4, ete…)
Gây kích ứng (kiềm, axit, muối kim loại nặng…)

4


Tổng quan về phương pháp
 Dựa theo khả năng gây ung thư (ở người)

Nhóm 1: Tác nhân gây ung thư

Nhóm 2A: Tác nhân có thể gây ung thư (mang tính tình huống)

Nhóm 2B: Tác nhân có lẽ gây ung thư (bằng chứng chưa đầy đủ)

Nhóm 3: Tác nhân không thể phân loại dựa trên khả năng gây ung thư

Nhóm 4: Tác nhân có lẽ không gây ung thư

5

Tác động tới các enzym, tế bào chất…

•

Tác động đến biểu hiện, thần kinh

•

Tác động đến sinh trưởng, phát triển

•

Tăng sinh trưởng tế bào bất thường

•

Tác động lên vật chất di truyền

•

Tác động đến 1 cơ quan chức năng

•

Tổng quan về phương pháp
 Một số thuật ngữ khác

Độc hoá sinh (Biochemical toxicity)

Độc hành vi (Behavioral toxicity)

Độc dinh dưỡng (Nutritional
toxicity)

Chất gây ung thư (Carcinogenesis)

Chất gây đột biến (Mutagenesis)

Độc cơ quan (organ toxicity)
6


Phương pháp đánh giá độc tính
Căn cứ vào mối quan hệ giữa các ô/bể/giá trị thí nghiệm

 Phương pháp dãy (đơn yếu tố)
Nồng độ/liều lượng: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ppm

 Phương pháp ma trận (2 yếu tố)
Nồng độ/

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 giờ

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

2 giờ

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

3 giờ

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

4 giờ

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

5 giờ

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

…

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

24 giờ

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Thời gian

7


Phương pháp đánh giá độc tính
Căn cứ sản phẩm/kết quả của thí nghiệm độc tính

8


Sinh vật thử nghiệm
Độc cấp tính

Sinh vật tích tụ

Độc mãn tính

9


Sinh vật thử nghiệm
Một số sinh vật thường sử dụng

 Daphnia
 Fathead minnows
 Rats/Mice
 Animal Cell cultures
 Algal cell cultures
 Duckweed
 Mealworms
 Earthworms
 Frogs/tadpoles
10


Mối quan hệ liều lượng – phản ứng

o

Liều lượng: là đơn vị tiếp xúc của một hoá chất đối với sinh vật được biểu diễn bằng nồng độ hoặc liều
lượng tiếp xúc:

o

o

Nồng độ tiếp xúc: khối lượng/thể tích môi trường tiếp xúc

o

Liều lượng tiếp xúc: khối lượng/thể trọng; khối lượng/diện tích bề mặt tiếp xúc

Phản ứng: là biểu hiện của một hoặc một vài bộ phận hoặc toàn bộ cơ thể sinh vật trước những chất gây
kích thích

o

Mối quan hệ giữa liều lượng và phản ứng: định lượng ảnh hưởng của việc tiếp xúc chất độc với những
biểu hiện của sinh vật thử nghiệm

11


Mối quan hệ liều lượng – phản ứng
 Mối quan hệ được biểu diễn bằng hàm hồi quy giữa
liều lượng và phản ứng của sinh vật

A.
B.

Đồ thị tần suất
Đồ thị tích luỹ

 Phản ứng phụ thuộc liều lượng
 Liều lượng ngưỡng: điểm bắt đầu xuất hiện phản ứng
 Độ độc: phụ thuộc độ dốc của đường cong
.Sử dụng để so sánh giữa các chất độc hoặc đánh giá
một chất độc

12


Mối quan hệ liều lượng – phản ứng
 Không được phép giả định để đưa ra mối quan
hệ liều lượng – phản ứng

 Các giả thiết



Phản ứng quan sát được chỉ do tác nhân
chỉ định gây nên



Mức độ phản ứng tương quan với liều
lượng



Phản ứng được chọn phải được đo lường
chính xác  thông tin định lượng

13


Mối quan hệ liều lượng – phản ứng
 Các thuật ngữ liên quan

Phần trăm tích luỹ của phản ứng (%)

100

Ceiling effect
Hypo-susceptible
Threshold dose

Các cá thể chống chịu

Hyper-susceptible
Các cá thể nhạy cảm

0

Liều lượng (mg/kg)
14


Mối quan hệ liều lượng – phản ứng



Liều ảnh hưởng (Effective dose, ED): phản ứng mong đợi
được quan sát thấy với liều đã cho



Liều độc (Toxic Dose, TD): Liều lượng mà tại đó sự nhiễm
độc biểu hiện ở cá thể thử nghiệm



Liều gây chết (Lethal dose, LD): gây nên phản ứng tử vong
cho các cá thể thử nghiệm



Các ký hiệu ED50, TD50, LD50, ED99, TD10,

Phần trăm tích luỹ của phản ứng (%)

 Các thuật ngữ liên quan

LD10… có ý nghĩa % số cá thể thử nghiệm có phản ứng ở
liều thử nghiệm

Liều lượng (mg/kg)

15


Phương pháp nội suy

 Xác định LD, ED trong nghiên cứu độc tính
 Phương pháp chuyển dạng số liệu
Trung bình

34.13%

13.6%

2.13%

-2

-1

0

1

2
Độ lệch chuẩn (SD - Standard deviations)

16


PHƯƠNG PHÁP NỘI SUY
 Xác định LD, ED trong nghiên cứu độc tính
 Phương pháp chuyển dạng số liệu

Đường cong phân bố thông thường

Chuyển dạng số liệu

% tích luỹ của phản ứng

50% cá thể phản ứng

EC50

Liều lượng

Log(Liều lượng)
17


Ví dụ giá trị ld50 của một số chất
Sodium Chloride

4000 mg/kg

2,4-D (thuốc diệt cỏ)

368 mg/kg

DDT

135 mg/kg

Caffeine

127 mg/kg

Nicotine

24 mg/kg

Strychnine sulfate (thuốc diệt chuột)
Botulinum toxin

3 mg/kg
0,01 µg/kg

18


Mối quan hệ liều lượng – phản ứng
 Các thuật ngữ liên quan
Mức không có ảnh hưởng có thể quan sát (No Observable
Effects Level, NOEL)



Mức không có ảnh hưởng có hại có thể quan sát (No
Observable Adverse Effects Level, NOAEL)



Mức được cho là không có ảnh hưởng có hại (Suggested No
Adverse Response Level, SNARL)



Giới hạn ảnh hưởng có thể quan sát thấp nhất (Lowest

Phần trăm tích luỹ của phản ứng (%)



Observable Effect Limit, LOEL)



Giá trị giới hạn ngưỡng (Threshold Limit Value, TLV)

Liều lượng (mg/kg)

19


Vai trò của ngưỡng độc
Các giá trị quan trọng

 NOEC/NOEL
 LOEC/LOEL

20


Vai trò của ngưỡng độc
 Độc mãn tính: MATC (nồng độ độc cực đại có thể chấp nhận)
NOEC(NOEL) < MATC < LOEC(LOEL)

21


Phương pháp đánh giá (so sánh 2 chất độc)
Độ mạnh là một khái niệm tương đối để so sánh các độc chất dựa
trên cùng phần trăm tích luỹ của phản ứng (vd: LD50).

Tính hiệu quả: một độc chất có tính hiệu quả cao khi quan hệ liều –
phản ứng có độ dốc lớn hơn trên một khoảng dài.

Tính độc đảo ngược: đồ thị có điểm cắt nhau. Điều này xảy ra khi
một độc chất trong một khoảng của liều không luôn luôn mạnh hơn
một độc chất khác.

22


Bài tập ví dụ
Nồng độ

% sống sót

0 mg/l (đối chứng)
1

100
100

Thử nghiệm độc cấp tính

3

90

10

30

30

20

100

0

trên Daphnia magna

NOEC: 1 mg/l
Đáp số:

LOEC: 3 mg/l
1 < MATC < 3 mg/l
LC50 = 8,18 mg/l
23


Thảo luận phương pháp
Nồng độ

% sống sót

0 mg/l (đối chứng)

100

100

100

100

100

1

100

90

100

100

100

3

90

90

80

90

80

10

30

20

40

30

20

30

20

30

20

10

30

100

0

10

0

0

0

NOEC: t-test 1 phía
Đáp số:

LOEC: t-test 1 phía
NOEC < MATC < LOEC mg/l
LC50 = LC50 trung bình
24


Thảo luận phương pháp


NOEC: t-test 1 phía

Giả thuyết Ho: Trung bình thử nghiệm = 0
Đối thuyết H1: Trung bình thử nghiệm ≠ 0



LOEC: t-test 1 phía

Giả thuyết Ho: Trung bình thử nghiệm = 0
Đối thuyết H1: Trung bình thử nghiệm ≠ 0

 NOEC và LOEC ở mức ý nghĩa α và số bậc tự do ứng với số phép thử/phép lặp lại đối với 1 chất độc hoặc
1 nền thử nghiệm

 So sánh NOEC và LOEC ở mức ý nghĩa α giữa hai chất độc hoặc 2 nền thử nghiệm: sử dụng t-test 2 phía
Giả thuyết Ho: NOEC/LOEC (1) = NOEC/LOEC (2)
Đối thuyết H1: NOEC/LOEC (1) ≠ NOEC/LOEC (2)

25