Bài giảng Độc học môi trường - ĐH Quảng Bình
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.13 MB, 46 trang )
TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH
KHOA NƠNG – LÂM - NGƢ
---------- ----------
BÀI GIẢNG ĐỘC HỌC MÔI TRƢỜNG
(Lƣu h|nh nội bộ)
Ngƣời biên soạn: Th.S Ho|ng Anh Vũ
Quảng Bình, năm 2016
MỤC LỤC
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘC CHẤT HỌC VÀ MỘT SỐ NGUYÊN LÝ VỀ
ĐỘC CHẤT HỌC MÔI TRƢỜNG (6 TIẾT) ................................................................. 1
1.1. Một số nguyên lý và khái niệm về độc chất ........................................................... 1
1.1.1. Các nguyên lý về độc học môi trƣờng .............................................................. 1
1.1.2. Khái niệm về độc chất ......................................................................................... 2
1.2. Ảnh hƣởng của độc chất đối với con ngƣời và hệ thống sinh thái ..................... 5
1.2.1. Ảnh hƣởng của độc chất đến con ngƣời........................................................... 5
1.2.2. Vai trò của hệ thống sinh thái ............................................................................ 6
1.2.3. Các kiểm nghiệm độc tính và hệ sinh thái ....................................................... 6
1.3. Cách tra cứu các tài liệu liên quan đến độc chất .................................................... 7
1.4. Các nguyên lý về độc chất liên quan đến hóa chất trong môi trƣờng, công
nghiệp và trong tự nhiên .................................................................................................. 8
1.5. Ảnh hƣởng của hóa chất đối với sinh vật v| môi trƣờng .................................... 9
1.5.1. Chất độc da cam ................................................................................................. 10
1.5.2. Độc chất dung môi ............................................................................................. 10
1.6. Chất gây ô nhiễm khơng khí ................................................................................... 11
1.7. Độc chất học thủy sinh............................................................................................. 13
1.7.1. Chất hữu cơ dể bị phân hủy trong môi trƣờng nƣớc ................................... 13
1.7.2. Các tác nhân gây bệnh ....................................................................................... 13
1.7.3. Chất dinh dƣỡng thực vật................................................................................. 13
1.7.4. Các hóa chất tổng hợp – bền vững .................................................................. 13
1.7.5. Các chất vô cơ v| kho{ng chất ......................................................................... 13
1.7.6. Các chất phóng xạ .............................................................................................. 13
CHƢƠNG 2. ĐƢỜNG ĐI CỦA ĐỘC CHẤT VÀ ĐỘC CHẤT TRONG MÔI
TRƢỜNG (6 TIẾT) ........................................................................................................... 15
2.1. Sự phân bố và chuyển hóa độc chất trong mơi trƣờng....................................... 15
2.1.1. Sự phân bố ........................................................................................................... 15
2.1.2. Sự chuyển hóa ..................................................................................................... 16
2.2. Ảnh hƣởng của điều kiện môi trƣờng lên sự phân rã, di chuyển v| tích lũy
độc chất ............................................................................................................................. 17
2.3. Nguồn gốc và sự hiện diện các loại độc chất chủ yếu trong môi trƣờng ........ 18
2.4. Kim loại độc ............................................................................................................... 19
2.4.1. Cơ chế và vị trí tƣơng t{c của kim loại đối với cơ thể .................................. 20
2.4.2. Một số kim loại có độc tính cao (Xem thêm tài liệu tham khảo)................. 20
2.4.3. Xử lý độc tính kim loại ...................................................................................... 20
2.5. Các hóa chất trong nơng nghiệp (chất diệt cỏ, chất diệt côn trùng) ................. 20
2.6. Các chất phụ gia trong thực phẩm ......................................................................... 21
2.7. C{c độc tố sinh học .................................................................................................. 21
CHƢƠNG 3. CÁC ẢNH HƢỞNG SINH HỌC CỦA ĐỘC CHẤT (4TIẾT) .......... 23
3.1. Ảnh hƣởng độc chất đối với sinh vật .................................................................... 23
3.2. Các quá trình vận chuyển và chuyển hóa độc chất trong cơ thể sinh vật ....... 26
3.3. Khả năng khử độc của sinh vật v| cơ chế khử độc ............................................. 27
CHƢƠNG 4. SỰ ĐỒNG HÓA VÀ LOẠI THẢI ĐỘC CHẤT (5 TIẾT) ................... 29
4.1. Các khái niệm về đồng hóa độc chất .................................................................. 29
4.2. Phản ứng chuyển hóa sinh học độc chất (Phản ứng pha I và pha II). .............. 29
4.3. Vai trò của các enzyme chuyển hóa độc chất. ...................................................... 30
4.4. Loại thải độc chất ...................................................................................................... 31
4.4.1. Đ|o thải qua nƣớc bọt ....................................................................................... 31
4.4.2. Đ|o thải qua sữa ................................................................................................. 31
4.4.3. Đ|o thải qua da................................................................................................... 31
4.4.4. Đ|o thải qua c{c đƣờng khác ........................................................................... 31
4.5. Quá trình vận chuyển độc chất từ nơi g}y độc đến nơi loại thải ...................... 31
4.6. Các quá trình loại thải độc chất (qua thận, qua gan, qua phổi). ........................ 32
4.6.1. Đ|o thải qua thận ............................................................................................... 32
4.6.2. Đ|o thải qua đƣờng hô hấp .............................................................................. 32
4.6.3. Đ|o thải qua đƣờng tiêu hóa ............................................................................ 33
CHƢƠNG 5. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘC CHẤT LÊN CON NGƢỜI
VÀ SỨC KHỎE CỘNG ĐỒNG (4 TIẾT) ...................................................................... 34
5.1.Đ{nh gi{ v| quản lý chất thải nguy hại ................................................................. 34
5.2. Độc tính bên ngo|i v| bên trong cơ thể................................................................. 39
5.3. Độc chất học sinh hóa và sinh học phân tử .......................................................... 41
5.4. Phát triển c{c độc chất có chọn lọc ......................................................................... 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 43
Bài giảng Độc học môi trường
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘC CHẤT HỌC VÀ MỘT SỐ NGUYÊN
LÝ VỀ ĐỘC CHẤT HỌC MÔI TRƢỜNG (6 TIẾT)
1.1. Một số nguyên lý v| kh{i niệm về độc chất
1.1.1. Các nguyên lý về độc học mơi trường
a. Tính độc
Tính độc của một chất độc phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Đặc tính của chất đó đối với sinh vật nhất định
Ví dụ : Pb, Hg, CuSO4, g}y độc với sinh vật.
Hg vô cơ ít độc hơn so với Hg hữu cơ.
Chất hữu cơ chứa Cl có độc tính càng cao khi số ngun tử Cl trong phân
tử chất đó c|ng nhiều: CH3Cl < CH2Cl2 < CHCl3 < CCl4.
Hợp chất amine, nitro của benzene c|ng độc khi gốc NH2 và NO2 càng
nhiều trong phân tử.
- Các chất dễ tan trong nước thường dễ gây độc hơn
- Nồng độ (hay liều lượng) của chất độc: Nồng độ và liều lượng càng tăng tính độc
càng tăng.
T{c động tổng hợp của nhiều chất: nếu nhiều chất độc cùng tác dụng đồng
thời thì mức độ nguy hiểm c|ng tăng. Trong trƣờng hợp này, nồng độ các chất
phải nhỏ hơn nồng độ cho phép của từng chất. Cách tính nồng độ cho phép:
Trong đó: C1, C2, C3 < l| nồng độ từng chất trong môi trƣờng T1, T2, T3 ... là
nồng độ tối đa tƣơng ứng khi t{c động riêng rẽ.
- Thời gian tiếp xúc với chất độc càng lâu càng nguy hiểm.
- Nhiệt độ môi trường: thông thường nhiệt độ càng cao, khả năng gây độc càng lớn
nhưng có một vài trường hợp thì ngược lại.
Cũng có những chất độc, khi nhiệt độ quá cao sẽ dễ bị biến tính hoặc phân
huỷ; do đó, tính độc giảm.
b. Ngƣỡng độc
Ngƣỡng độc là liều lƣợng chất độc thấp nhất gây ra ngộ độc, thƣờng tính
theo đơn vị: mg/kg trọng lƣợng cơ thể.
Ngƣỡng độc khác nhau ở các loài sinh vật khác nhau; và ở những môi
trƣờng kh{c nhau, ngƣỡng độc cũng kh{c nhau. Cùng một chất độc nhƣng
ngƣỡng độc của ngƣời khác của thực vật, động vật và vi sinh vật.
Trị số ngƣỡng thứ hạng (threshold limit value - TLV): đối với một hóa chất,
TLV là nồng độ của hóa chất (tính theo ppm) khơng tạo ra những ảnh hƣởng xấu
cho sinh vật trong một khoảng thời gian n|o đó. TLV thông dụng nhất - thƣờng
1
Bài giảng Độc học môi trường
áp dụng cho nông dân - là nồng độ của hóa chất mà nơng dân phải chịu đựng
trong 8 giờ mỗi ngày và trong 5 ngày liên tiếp. Đôi khi phải áp dụng những trị số
TLV ngắn hạn cho nơng dân vì cơng việc phải đi v|o vùng xử lý thuốc.
c. Tính bền vững của độc chất trong mơi trƣờng
Nhiều chất hóa học có thời gian bán phân hủy (half life) rất dài hay rất khó
bị oxy hóa hoặc khó bị phân hủy sinh học; do đó, chúng rất bền trong tự nhiên.
Ví dụ, dioxin có thời gian bán hủy từ 10 -12 năm. Chúng đƣợc thải ra môi trƣờng
trở thành chất thải độc hại có đời sống rất lâu dài và gây nguy hiểm cho hệ sinh
thái. Chúng có thể đƣợc hấp thụ v|o c{c cơ quan của thực vật, động vật rất lâu
mà không bị ph}n rã hay đ|o thải. Theo thời gian, chúng có thể đƣợc tích lũy
ngày càng nhiều qua mỗi bậc dinh dƣỡng trong th{p dinh dƣỡng, trƣớc khi xâm
nhập v|o cơ thể con ngƣời. Nồng độ tích lũy n|y khi vƣợt qu{ ngƣỡng độc giới
hạn sẽ gây những bệnh nguy hiểm hoặc l|m thay đổi cấu trúc tế b|o, đột biến
gen g}y ung thƣ... l|m suy tho{i c{c thế hệ sau.
Ví dụ, sự kiện nhiễm độc methyl thủy ngân ở vịnh Minamata, Nhật Bản
(1932 - 1971) không chỉ đối với cá mà cả hệ sinh th{i trong nƣớc và trầm tích đ{y
vịnh, là một điển hình cho sự tồn tại bền vững của độc chất trong tự nhiên. Hậu
quả l| ngƣ d}n trong vùng sau nhiều năm ăn c{ bị nhiễm độc, đã ph{t sinh
những căn bệnh lạ mà chỉ có ở Minamata. Ngày nay, sau nhiều cố gắng nạo vét
trầm tích methyl thủy ngân và cải tạo mơi trƣờng, ngƣời ta ƣớc tính dƣ lƣợng
cịn lại của thủy ng}n trong bùn đ{y vịnh phải đến năm 2011 mới phân hủy hết.
1.1.2. Khái niệm về độc chất
Trong những thập niên gần đ}y, con ngƣời đã quan t}m đến t{c động ô
nhiễm môi trƣờng đối với sức khỏe cộng đồng, bởi vì ngồi sự lây lan các bệnh
truyền nhiễm (dịch tả, thƣơng h|n) do vi sinh vật gây ra, những bệnh nguy hiểm
nhƣ ung thƣ, AIDS, qu{i thai, c{c dị tật bẩm sinh ở trẻ do các chất độc hại trong
môi trƣờng đã xuất hiện v| ng|y c|ng gia tăng ở nhiều nơi trên thế giới.
Xã hội càng phát triển, cơng nghiệp hóa càng nhanh thì tỷ lệ chất thải độc
hại từ sản xuất công nghiệp và những ảnh hƣởng bất lợi từ các hoạt động của con
ngƣời t{c động v|o môi trƣờng c|ng tăng nhanh. C{c chất độc hại cịn sinh ra do
rị rỉ từ q trình sản xuất, vận chuyển v| lƣu trữ các chất độc. Ngay cả nƣớc rỉ,
thẩm thấu từ bãi r{c cũng g}y nguy hiểm cho khu d}n cƣ xung quanh. C{c loại ơ
nhiễm hóa học sinh ra từ q trình sản xuất cơng nghiệp và khai thác quá mức tài
nguyên thiên nhiên đang ng|y c|ng l|m nguy hại cho sinh quyển. C{c t{c động
ấy không những ảnh hƣởng đến lo|i ngƣời mà cả các sinh vật sống trên tr{i đất.
Sự phát xạ, các khí thải, chất thải dạng vô cơ, hữu cơ, bụi gia tăng đang đe
dọa môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời. Thêm v|o đó, sự thải ra ngày càng nhiều
2
Bài giảng Độc học môi trường
các kim loại độc, các chất hữu cơ có tính độc v| độ bền cao, sau đó tồn lƣu, tích
lũy trong chuỗi thức ăn v| g}y hại nghiêm trọng đến con ngƣời v| c{c động vật
hoang dã. Đ{nh gi{ biến cố (risk assessment) và quản lý biến cố (risk
management) từ c{c nguy cơ tiềm tàng là rất cần thiết để bảo vệ các thế hệ tƣơng
lai.
Chu trình tƣơng t{c giữa chất ơ nhiễm v| cơ thể sinh vật là quá trình tiếp
xúc, g}y nên t{c động sinh học, thể hiện qua sự hấp thụ, phân bố trong cơ thể,
chuyển hóa, tƣơng t{c với các thành phần sinh hóa nhạy cảm, từ đó có thể gây
những biến đổi về sinh hóa trong cơ thể, dẫn đến bệnh tật.
Hình 1.1. Sơ đồ tƣơng t{c giữa độc chất v| cơ thể sinh vật
Để nghiên cứu tất cả c{c t{c động nêu trên đối với con ngƣời, cá thể sinh
vật và các quần xã sinh vật trong hệ sinh thái, chúng ta sẽ tiếp cận một môn khoa
học mới, đó l| mơn Độc học mơi trƣờng (environmental toxicology) hay cịn gọi
l| Độc học sinh thái (ecotoxicology). Nó là một bộ môn của ng|nh Độc chất học
(toxicology) nhƣng lại nằm trong ng|nh Môi trƣờng học (environmental
sciences).
Cần phân biệt hai khái niệm: độc chất học v| độc học môi trƣờng.
a) Độc chất học
J.F. Borzelleca định nghĩa: "Độc chất học là ngành học nghiên cứu về lƣợng
và chất c{c t{c động bất lợi của các tác chất hóa học, vật lý, sinh học lên hệ thống
sinh học của sinh vật sống". Độc chất học là ngành khoa học về chất độc. Nó là
một ngành khoa học cơ bản và khoa học ứng dụng.
b) Độc học môi trƣờng
Hai khái niệm độc học môi trƣờng (environmental toxicology) v| độc học
sinh thái (ecotoxicology) trong môi trƣờng học đƣợc xem l| đồng nhất. Đó l|
ngành khoa học chuyên nghiên cứu c{c t{c động gây hại của độc chất, độc tố
trong môi trƣờng đối với các sinh vật sống v| con ngƣời, đặc biệt l| t{c động lên
các quần thể và cộng đồng trong hệ sinh th{i. C{c t{c động bao gồm: nguồn gốc
ph{t sinh, con đƣờng xâm nhập của các tác nhân hóa, lý và các phản ứng giữa
chúng với môi trƣờng (Butler, 1978).
3
Bài giảng Độc học môi trường
Độc học môi trƣờng nghiên cứu sự biến đổi, tồn lƣu v| t{c động của tác
nhân gây ơ nhiễm vốn có trong thiên nhiên và các tác nhân nhân tạo đã ảnh
hƣởng đến các hoạt động sống của sinh vật trong hệ sinh th{i, c{c t{c động có hại
đến cho con ngƣời. Nhƣ vậy, khác với Độc chất y học hay Hóa độc học, Độc học
mơi trƣờng có đối tƣợng nghiên cứu khơng chỉ l| con ngƣời mà cả các loài sinh
vật, quần thể và quần xã. Phƣơng ph{p nghiên cứu độc học môi trƣờng thử
nghiệm sự t{c động v| tích lũy độc chất, độc tố trên những sinh vật sống chứ
không nghiên cứu riêng rẽ thành phần của độc chất trong phịng thí nghiệm.
Các nghiên cứu về độc học môi trƣờng rất phức tạp vì có liên quan đến
nhiều loại độc tố, liều lƣợng, nồng độ ảnh hƣởng kh{c nhau, t{c động đến nhiều
loài khác nhau. Thời gian tiến h|nh đ{nh gi{ mức độ ảnh hƣởng của chất độc
trên một quần xã sinh vật kh{ d|i. Đối tƣợng thử nghiệm thƣờng tiến hành trên
các loại có cơ địa, sinh lý gần giống nhƣ con ngƣời. Sau đó, dùng phƣơng ph{p
ngoại suy những kết quả tìm đƣợc để áp dụng cho con ngƣời. Tuy nhiên, các nhà
sinh th{i môi trƣờng học cũng thử nghiệm một v|i trƣờng hợp trên con ngƣời
nhƣ vi trùng sốt rét, một vài loại ký sinh trùng... để tìm ra thuốc chữa trị.
Mục tiêu của độc học môi trƣờng là phát hiện các tác chất (hóa học, vật lý,
sinh học) có nguy cơ g}y độc để có thể dự đo{n, đ{nh gi{ c{c sự cố và có biện
ph{p ngăn ngừa những tác hại đối với các quần thể tự nhiên (bao gồm cả con
ngƣời) trong hệ sinh thái. Các thí nghiệm vật lý, hóa học, sinh học cùng với thí
nghiệm độc chất môi trƣờng đã đƣợc phối hợp thực hiện để dự đo{n c{c ảnh
hƣởng xấu của độc chất có thể xảy ra trong môi trƣờng. Để hiểu rõ hơn về ngành
khoa học mới mẻ này, chúng ta cần nắm vững các khái niệm, mối quan hệ giữa
các thành phần trong hệ sinh thái và những điều kiện để đặc tính hóa học của
một chất trở th|nh độc tính đối với sinh vật v| con ngƣời.
c. Chất độc, tính độc
- Chất độc
Chất độc (chất nguy hại) là bất cứ loại vật chất nào có thể gây hại lớn tới cơ
thể sống và hệ sinh thái, làm biến đổi sinh lý, sinh hoá, phá vỡ cân bằng sinh học,
gây rối loạn chức năng sống bình thƣờng, dẫn đến t rạng thái bệnh lý hoặc gây chết.
Liều lƣợng hoặc nồng độ của một tác nhân hố học hoặc vật lý sẽ quyết
định nó có phải là chất độc hay khơng. Vì vậy tất cả các chất đều có thể là chất
độc tiềm tàng. Theo J.H.Duffus "một chất độc là chất khi vào hoặc tạo thành
trong cơ thể sẽ gây hại hoặc giết chết cơ thể đó". Tất cả mọi thứ đều có thể là chất
độc, chỉ có điều liều lƣợng sẽ quyết định một chất không phải là chất độc
(Everything is a poison. Nothing is without poison. Theo dose only makes. That
something is not a poison - Paracelsus - bác sỹ Thuỵ sỹ, 1528)
4
Bài giảng Độc học mơi trường
- Tính độc
L| t{c động của chất độc đối với cơ thể sống. Nó phụ thuộc vào nồng độ
của chất độc và quá trình tiếp xúc.
Kiểm tra tính độc là tiến hành những xét nghiệm để ƣớc tính những tác
động bất lợi của các tác nhân lên các tổ chức cơ quan trong cơ thể trong điều kiện
tiêu chuẩn.
- Phân loại t{c nh}n độc
Có rất nhiều cơ sở kh{c nhau để phân loại c{c t{c nh}n độc, tuỳ theo mục
đích nghiên cứu v| đối tƣợng nghiên cứu. Có thể kê một vài cách phân loại nhƣ sau:
- Phân loại theo nguồn gốc chất độc.
- Phân loại theo nồng độ, liều lƣợng.
- Phân loại theo bản chất của chất độc.
- Phân loại theo môi trƣờng tồn tại chất độc (đất, nƣớc, khơng khí)
- Phân loại theo ngành kinh tế, xã hội: độc chất trong nông nghiệp, công
nghiệp, y tế, quân sự<
- Phân loại theo tác dụng sinh học đơn thuần (tác dụng kích ứng, gây ngạt,
dị ứng, ung thƣ, đột biến gen, qu{i thai<)
- Phân loại dựa v|o nguy cơ g}y ung thƣ ở ngƣời.
Theo bản chất của chất độc các loại tác nhân có thể g}y độc gồm các loại
hoá chất (tự nhiên và tổng hợp, hữu cơ v| vô cơ), t{c nh}n vật lý (bức xạ, vi sóng)
tác nhân sinh học độc tố của nấm mốc, vi khuẩn, động, thực vật.
Dựa trên những chứng cứ rõ ràng nghiên cứu trên các hố chất có khả
năng g}y ung thƣ trên ngƣời, IARC (cơ quan nghiên cứu ung thƣ quốc tế ) đã
phân các hoá chất theo 4 nhóm có khả năng g}y ung thƣ.
Nhóm 1: Tác nhân là chất g}y ung thƣ ở ngƣời
Nhóm 2A: Tác nhân có thể g}y ung thƣ ở ngƣời
Nhóm 2B: Tác nhân có lẽ g}y ung thƣ ở ngƣời
Nhóm 3: Tác nhân khơng thể phân loại dựa trên tính g}y ung thƣ ở ngƣời
Nhóm 4: Tác nhân có lẽ khơng g}y ung thƣ ở ngƣời
Việc phân nhóm các yếu tố mang tính khoa học dựa trên những thơng tin, số
liệu tin cậy, chứng cứ thu đƣợc từ những nghiên cứu ở ngƣời v| động vật thí nghiệm.
1.2. Ảnh hƣởng của độc chất đối với con ngƣời v| hệ thống sinh th{i
1.2.1. Ảnh hưởng của độc chất đến con người
Độc chất t{c động lên con ngƣời theo nhiều phƣơng thức khác nhau và gây
ra nhiều hậu quả nghiêm trọng nhƣ bệnh tật, thiểu năng trí tuệ, đặc biệt là sự
biến đổi về cấu trúc của một số gen trong cơ thể và sự thay đổi này trở nên
5
Bài giảng Độc học môi trường
nghiêm trọng hơn khi đƣợc di truyền cho các thế hệ sau. Ảnh hƣởng chi tiết của
từng loại độc chất sẽ đƣợc đề cập đến trong c{c chƣơng sau.
1.2.2. Vai trò của hệ thống sinh thái
Nhiều chức năng của hệ thống sinh thái rất cần thiết cho chất lƣợng cuộc
sống của con ngƣời bao gồm: sự cung cấp thức ăn, sự phân hủy chất thải, cung
cấp nƣớc uống và làm sạch mơi trƣờng khơng khí. Cho dù đóng góp của các hệ
sinh thái trực tiếp cho con ngƣời là rất lớn, nhƣng nguy cơ của c{c độc tố do con
ngƣời hoặc thiên nhiên tạo ra ngày càng lớn hơn v| đ}y l| một điều đ{ng lo
ngại. Độc chất không những gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng địa phƣơng m| cịn
đến hệ thống sinh thái tồn cầu. Trong phần này mô tả ảnh hƣởng của c{c độc
chất đến các chức năng cần thiết của hệ sinh thái.
Dƣới đ}y l| một vài chức năng cơ bản của hệ sinh thái:
- Hấp thu năng lƣợng mặt trời, tạo sinh khối, cung cấp thức ăn, kiến tạo vật
chất, cung cấp năng lƣợng từ sinh khối
- Phân hủy chất thải
- Tái sinh chất dinh dƣỡng (Vd. Cố định nitrogen)
- Tích lũy, l|m sạch và phân phối nƣớc
- Tạo ra và bảo dƣỡng đất nơng nghiệp
- Kiểm sốt cơn trùng
- Một thƣ viện gen cho phát triển các sản phẩm mới (thức ăn, dƣợc phẩm
và các hóa chất có lợi) bằng nhân giống và kỹ thuật sinh học.
- Duy trì khơng khí để thở
- Kiểm sốt khí hậu
- Có khả năng thay đổi vùng đệm và phục hồi từ c{c thiên tai nhƣ lũ lụt,
cháy rừng và thiên dịch
- Thụ phấn cây nơng nghiệp
- Tạo ra sự hài hịa trong vẽ đẹp thiên nhiên
1.2.3. Các kiểm nghiệm độc tính và hệ sinh thái
Các kiểm nghiệm độc tính phải đƣợc thực hiện trƣớc tiên để đ{nh gi{ vai trò
của hệ thống sinh th{i. C{c phƣơng ph{p ph{t triển nhất để kiểm nghiệm độc tính
của hệ sinh th{i đƣợc thực hiện ở quy mô vùng và đ{nh gi{ c{c ảnh hƣởng này lên
sự sản xuất sinh khối liên quan đến nông nghiệp, lâm nghiệp và thủy sản.
Các kiểm nghiệm độc tính đƣợc sử dụng để x{c định mối tƣơng quan giữa
c{c điều kiện sinh thái và nồng độ của c{c độc chất. Nhiều hệ thống tự nhiên
đƣợc quan sát và mối tƣơng quan giữa c{c điều kiện sinh thái và hóa học đƣợc
x{c định.
6
Bài giảng Độc học mơi trường
Sự tích hợp các thơng tin về ảnh hƣởng của c{c độc tố lên hệ thống sinh
thái cung cấp cơ sở dữ liệu cho việc đƣa ra c{c quyết định về mơi trƣờng. Sự
đóng góp của hệ sinh th{i đối với con ngƣời không chỉ dừng lại ở việc bảo vệ mà
cịn là cơng cụ hiệu quả trong việc thông tin các rủi ro đến công chúng. Trong
khi các kiểm nghiệm độc chất với hệ thống sinh th{i liên quan đến nông nghiệp,
lâm nghiệp và thủy sản là phổ biến, thì việc kiểm nghiệm này vẫn phát triển phát
triển yếu.
1.3. C{ch tra cứu c{c t|i liệu liên quan đến độc chất
A. Key word:
• Toxicology,
• Environmental Toxicology,
• Applied toxicology,
• Pharmacological toxicology,
• Food toxicology,
• Toxic effect, toxic element
• Toxicity, <
B. Tài liệu nƣớc ngồi
1. ARTHUR. C.A., Air pollution, Academic Press, New York, 1977.
2. J.P.F D’ Mello, Food safety contaminants and toxins, CABI Publishing, 2002;
3. Heidelore Fiedler, Presistent Organic Pollutants, Springer, 2003
4. NEPTLAP PUBLICATION, Training In Toxic Chemicals and Hazardous
Wastes for Asia, Pacific, No.9, 1995.
5. PETER CALOW, Handbook of Ecotoxicology, Blackwell science, 1979.
6. RUCHIRAWAT M., SHANK R.C., Environmental Toxicology: Capacity
Buiding Modules, Vol. 3, UNDP, ADP, Bangkok, 1997.
C. Tài liệu tiếng Việt
1. Đặng Kim Chi, Hóa học mơi trƣờng, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật,
Hà Nội, 1998.
2. Phạm Ngọc Đăng, Ơ nhiễm khơng khí đơ thị và khu công , Nhà xuất
bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 1992.
3. Lê Huy B{, Độc học môi trƣờng, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2008;
4.Trịnh Thị Thanh, Độc học môi trƣờng và sức khỏa con ngƣời, NXB Đại
học Quốc gia Hà Nội, 2003;
5. Nguyễn Đức Khiển, Quản lý chất thải nguy hại, NXB Xây dựng, 2003;
6. Nguyễn Đức Lƣợng, Phạm Minh Tâm, Vệ sinh và An toàn thực phẩm.
NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2002;
7
Bài giảng Độc học môi trường
1.4. C{c nguyên lý về độc chất liên quan đến hóa chất trong mơi trƣờng, công
nghiệp v| trong tự nhiên
Độc chất học môi trƣờng là một ngành khoa học trẻ phát triển nhanh trong
40 năm qua. Độc chất học môi trƣờng liên quan đến việc nghiên cứu nguồn gốc,
con đƣờng, sự chuyển hóa và ảnh hƣởng của các hóa chất nguy hại trong mơi
trƣờng. Nghiên cứu ảnh hƣởng nguy hại mở rộng bắt đầu từ cá thể và quần thể
sinh vật cho đến hệ thống sinh thái. Nghiên cứu ảnh hƣởng độc của các chất gây
ô nhiễm môi trƣờng thật sự bắt đầu từ thập niên 60. Vào những năm đầu tiên của
ngành nghiên cứu độc chất học môi trƣờng, các nhà khoa học quan t}m đến việc
sử dụng các hóa chất, hoặc hỗn hợp hóa chất có khả năng g}y độc đặc biệt là các
hợp chất có nguồn gốc từ arsen và thủy ng}n. Trƣớc đ}y, hầu nhƣ việc áp dụng
arsen và thủy ng}n đều mang tính tích cực bởi vì “tiện ích” của chúng nhƣ l| một
chất độc để giả quyết các vấn đề cá nhân và chính trị.
Những ngƣời nghiên cứu về độc chất đầu tiên phải kể đến là các nhà vật lý
và giả kim. Một nhà vật lý ngƣời Thụy sĩ Paracedsus (1499-1541) đặc biệt nổi
tiếng với cơng thức tính mối tƣơng quan giữa nồng độ và phản ứng. Ông đã
quan sát những bệnh nhân nhiễm độc ở nồng độ thấp thì thấy nó có tác dụng tích
cực, trái lại ở nồng độ cao thì phát hiện ra hiện tƣợng nhiễm độc. Nhà vật lý tiếp
theo là Orfila (1787-1853). Ông đã đăng tải một cơng trình quan trọng về độc tính
của các hợp chất tự nhiên, trong đó mơ tả mối tƣơng quan hiện tƣợng nhiễm độc
của bệnh nhân và thành phần các hóa chất có trong cơ thể của ngƣời bệnh (các
mơ). Sau đó ơng đã nghiên cứu các hoạt tính của kháng thể và cho rằng cơ thể
con ngƣời có thế đ|o thải c{c độc chất. Sau đó, nhiều cơng trình nghiên cứu về
độc chất đã đƣợc thực hiện trên độc vật. V| cũng từ đó, ng|nh độc chất học đƣợc
xem nhƣ l| một ngành khoa học. Cho đến giữa thế kỷ 19, khi có sự phát triển
vƣợt bậc của hóa học, cùng với việc mở rộng quá trình tách chiết các hóa chất tự
nhiên và sản xuất những hợp chất nhân tạo mới, ng|nh độc chất bƣớc qua một
giai đoạn phát triển mới. Cho dù độc chất học phát triển nhanh, nhƣng vẫn dựa
vào 2 nền tảng sau:
1. Kiểm nghiệm các loại dƣợc phẩm mới
2. X{c định ảnh hƣởng độc tiềm ẩn từ các hợp chất tự nhiên và nhân tạo.
Kỷ nguyên n|y đánh giá sự khởi đầu của độc ng|nh độc chất học công
nghiệp, liên quan trực tiếp đến sức khỏe công nh}n v| nơi l|m việc. Trong suốt
q trình phát triển hóa học, ngƣời ta đã nhận diện đƣợc độc chất học động vật ở
Châu âu và Bắc Mỹ do một lƣợng lớn hóa chất đƣợc sử dụng đã g}y nên sự chết
của sinh vật hoang dã. Sự ô nhiễm môi trƣờng đã khiến nhiều chính phủ phải có
những chính sách phù hợp để đ{nh gi{ v| kiểm sốt các chất gây ơ nhiễm tiềm
8
Bài giảng Độc học môi trường
năng trong nƣớc thải công nghiệp. Tuy nhiên, cho đến năm 1962, một cuốn sách
của Carson với tiêu đề “Mùa Xu}n thầm lặng” (Silent Spring), một sự nhận diện
về độc tính mơi trƣờng, đƣợc xuất bản. Cuốn sách mơ tả ảnh hƣởng của các hóa
chất độc hại lên đời sống hoang dã, hay còn gọi là sự biến mất của các lồi chim
ven các dịng sông.
Cuối thập niên 60, Truhaut sử dụng thật ngữ “Độc học sinh th{i”
(Ecotoxicology) để mô tả ngành nghiên cứu về độc tính mơi trƣờng. Truhaut đã
định nghĩa độc học sinh th{i nhƣ l| một nhánh của độc chất học mà nó tập trung
vào ảnh hƣởng độc của các hợp chất tự nhiên và nhân tạo lên cơ thể sống.
Truhaut chính thức phân biệt giữa độc học truyền thống v| độc học sinh thái và
mơ tả độc tính sinh th{i qua c{c bƣớc sau:
1. Sự thâm nhập, phân phối và số phận của các chất gây ô nhiễm trong
môi trƣờng
2. Sự thâm nhập và số phận của các chất gây ô nhiễm trong sinh vật của hệ
sinh thái
3. Các ảnh hƣởng có hại của hóa chất lên các cấu thành của hệ sinh thái
(bao gồm cả con ngƣời)
Mỗi một giai đoạn đều phức tạp bởi sự chuyển hóa hữu sinh và vô sinh của
các hợp chất ban đầu. Đến giữa thập niên 70 các nhà khoa học bắt đầu nhận ra
rằng kiểm so{t độc chất trong môi trƣờng phải từ các nguồn do con ngƣời tạo ra,
qua việc thu thập số liệu về số lƣợng các hợp chất trong môi trƣờng đất v| nƣớc.
Trƣớc khi đ{nh gi{ ảnh hƣởng sinh học của độc chất, chúng ta cần nhận
biết cấu tạo của hợp hóa chất, c{c cơ chế m| qua đó chất gây ô nhiễm đi v|o v| di
chuyển trong cơ thể sinh vật, sự chuyển hóa vơ sinh và hữu sinh các hợp chất ban
đầu, tính chất của các phản ứng trong cơ thể sinh vật và sự thay đổi thuộc tính
vật lý và sinh lý của chất gây ơ nhiễm. Trong thời gian này, nhiều nhà khoa học
nhận thấy rằng chỉ qua việc định lƣợng thì chƣa đủ để x{c định và mô tả các vấn
đề của độc chất.
Sự phát triển các mơ hình hóa lý về đặc tính chất lây nhiễm trong môi
trƣờng mở rộng đến những năm 1970. Nhiều thơng số vật lý và hóa học (nhƣ pH,
nhiệt độ, oxy hịa tan) đƣợc biết có thể kiểm sốt sự hình thành các chất lây
nhiễm trong mơi trƣờng, dự đo{n c{c chất lây nhiễm, do đó x{c định đƣợc độc
tính tiềm năng của chúng đối với mơi trƣờng qua việc mơ hình hóa. Những mơ
hình hóa phát triển trong 30 năm cũng vẫn đang đƣợc hoàn thiện và tập trung
vào các nghiên cứu độc tính mơi trƣờng của các chất.
1.5. Ảnh hƣởng của hóa chất đối với sinh vật v| môi trƣờng
9
Bài giảng Độc học môi trường
Từ lâu cộng đồng ch}u Âu đã nhận ra rằng cần phải bảo vệ môi trƣờng và
tạo nên chuẩn mực chung để bảo vệ ngƣời tiêu dùng để bảo đảm sự tự do
thƣơng mại giữa các chính phủ th|nh viên. Vì lý do n|y c{c quy định về môi
trƣờng đƣợc áp dụng cho các sản phẩm, kể cả các hóa chất nguy hại.
Tuy nhiên, trong những năm gần đ}y, phản hồi cho hệ thống hiện tại đƣợc
x{c định và kiểm tra. Điều quan trọng nhất là:
- 100.106 các hợp chất đang tồn tại có thể đƣợc sử dụng mà khơng qua
kiểm nghiệm
- Khơng có cơng cụ hữu hiệu để đảm bảo việc sử dụng an tồn các chất có
nguy cơ cao
- Thiếu động lực cho việc sáng chế, đặc biệt là thay thế các hoặc làm giảm
chất thải nguy hại
Chính vì thế ngày càng có nhiều loại hóa chất đƣợc sử dụng cho các mục
khác nhau khơng đƣợc kiểm nghiệm v| đều có khả năng tiềm tàng trong việc gây
độc đối với sinh vật v| mơi trƣơng sinh th{i. Đặc biệt là các hóa chất đƣợc sử
dụng trong nông nghiệp nhƣ thuốc diệt cỏ, diệt cơn trùng, chất bảo vệ thực
vật
1.5.1. Chất độc da cam
Chất độc da cam đƣợc Mỹ sử dụng trong chiến tranh Việt Nam. Từ năm
1961 đến 1971, khoảng 11 triệu gallon chất độc da cam đƣợc rải xuống miền Nam
Việt Nam chiếm 10% diện tích đất nƣớc, trong đó có 14% l| đất nơng nghiệp. Có
nhiều loại chất độc da cam, trong đó đ{ng quan t}m nhất l| dioxin. Dioxin đƣợc
xem là một chất cực độc, gây ra các bệnh hiểm nghèo. Hầu nhƣ khơng bị phân
hủy sinh học. Có thể tồn tại bền vững trong môi trƣờng.
1.5.2. Độc chất dung môi
Các dung mơi có thể tan trong mỡ cũng nhƣ trong nƣớc cũng nhƣ có thể
hịa tan trong nƣớc. Dung mơi tan trong mỡ khi v|o trong cơ thể thì tích tụ trong
mô mỡ bao gồm cả hệ thần kinh. Dung môi tan trong nƣớc có thể đi v|o cơ thể
qua da nếu tiếp xúc. Dung mơi hữu cơ nhanh chóng hấp thu qua phổi. Khi bị
nhiễm độc các chất dung môi thì chúng làm cản trở qu{ trình trao đổi chất
1. Benzene:
10
Bài giảng Độc học môi trường
Benzene l| một loại dung mơi hịa tan đƣợc rất
nhiều chất nhƣ mỡ, cao su, vecni, da sợi vải len
qu{ trình tổng hợp.
Benzene hấp thu qua phổi v| qua da. Khi tiếp xúc
ở liều cao g}y độc cấp tính, suy giảm hệ thần kinh trung
ƣơng, g}y chóng mặt, nhức đầu, ngộp thở...Nếu bị nhiễm
Ph}n tử benzene
mãn tính thí g}y x{o trộn hệ tiêu hóa, ảnh hƣởng đến
nhiễm sắc thể v| cấu trúc di truyền DNA. Hợp chất
benzene phức tạp khi đƣợc chuyển hóa sinh học. Benzene
dễ d|ng kết hợp với protein hoặc nucleic acid.
2. Chloroform (CCl4)
Chloroform hay còn gọi là carbon tetrachloride đƣợc sử dụng nhƣ l| một
dung môi và chất trung gian trong các quá trình cơng nghiệp.
Chloroform làm suy giảm và tổn thƣơng hầu hết c{c cơ quan trong cơ thể
nhƣ hệ thần kinh trung ƣơng, gan v| mạch máu. Sự nhiễm độc chloroform
thƣờng dẫn đến sự suy nhƣợc c{c cơ quan nhƣ suy yếu cơ tim, suy tho{i thận.
Biểu hiện chính khi bị nhiễm độc chloroform là hơn mê (nhiễm độc cấp tính),
vàng da (nhiễm độc mãn tính).
1.6. Chất g}y ơ nhiễm khơng khí
Chất gây ơ nhiễm khơng khí là chất tồn tại trong khơng khí có khả năng
gây hại đối với con ngƣời v| mơi trƣờng. Các chất gây ơ nhiễm có thể ở dạng rắn,
dạng lỏng hoặc dạng khí, có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc do con ngƣời tạo ra.
Chất gây ơ nhiễm khơng khí có thể phân thành 2 loại sơ cấp và thứ cấp.
Chất gây ô nhiễm sơ cấp là những chất sinh ra từ một qu{ trình n|o đấy, nhƣ tro
bụi từ sự phun trào của núi lửa, khí CO từ khói xe hoặc SO2 từ các nhà máy.
Chất gây ô nhiễm thứ cấp không sinh ra trực tiếp từ c{c qu{ trình m| đƣợc
tạo thành trong khơng khí khi các chất ơ nhiễm sơ cấp tƣơng t{c với nhau.
Một ví dụ điển hình về chất gây ô nhiễm thứ cấp là ozone tầng thấp, một trong
nhiều chất gây ơ nhiễm tạo nên lớp sƣơng quang hóa. Ozone tầng thấp đƣợc tạo
thành bởi phản ứng giữa NOx và các hợp chất hữu cơ bay hơi dƣới tác dụng của
ánh sáng hay còn gọi là phản ứng quang hóa.
Cần lƣu ý rằng, một số chất gây ơ nhiễm khơng khí có thể l| sơ cấp và thứ
cấp. Cả hai đều sinh ra trực tiếp từ các chất gây ô nhiễm sơ cấp. Theo nghiên cứu
của trƣờng sức khỏe công cộng thuộc đại học Harvard, khoảng 4% ngƣời chết ở
Mỹ là do ơ nhiễm khơng khí.
11
Bài giảng Độc học môi trường
Phần lớn hợp chất gây ô nhiễm không khí sơ cấp là do các hoạt động của
con ngƣời bao gồm:
1. Sulfur oxide (SOx)
Đặc biệt là SO2 là khí thải sinh ra từ hoạt động của núi lửa và từ các q
trình cơng nghiệp khác. Bởi vì than và dầu lửa thƣờng chứa các hợp chất có chứa
lƣu huỳnh, do đó qu{ trình đốt cháy nhiên liệu sẽ tạo ra SO2. SO2 tiếp tục bị oxi
hóa dƣới xúc tác NO2 tạo thành SO3, rồi tạo thành H2SO4, cuối cùng tạo nên mƣa
acid. Đ}y l| một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trƣờng khi dầu lửa
đƣợc sử dụng làm nguồn cung cấp năng lƣợng.
2. Nitrogen oxide (NOx)
Đặc biệt là NO2 đƣợc sinh ra từ qu{ trình đốt cháy ở nhiệt độ cao. Là một
khí có m|u n}u đỏ, có vị đắng. NO2 là một trong những chất gây ơ nhiễm khơng
khí chủ yếu.
3. Carbon monoxide (CO)
Là chất khí khơng m|u, khơng mùi, khơng ch{y nhƣng rất độc. Nó là sản
phẩm của qu{ trình đốt cháy khơng hồn tồn nhiên liệu nhƣ khí tự nhiên, than
hoặc gỗ. Khí thải từ xe cộ là một nguồn chính sinh ra CO.
4. Carbon dioxide (CO2) là một khí nhà kính sinh ra từ sự đốt cháy.
5. Các hợp chất hữu cơ bay hơi
Các chất hữu cơ bay hơn l| nguồn gây ơ nhiễm khơng khí quan trọng.
Chúng thƣờng đƣợc chia thành 2 nhóm riêng biệt đó l| nhóm methane (CH4) và
nhóm khơng methane. Methane là loại khí gây hiệu ứng nhà kính chủ yếu, nó
góp phần vào việc gây hiện tƣợng ấm lên của tr{i đất. Các hợp chất hữu cơ bay
hơi kh{c cũng g}y nên hiệu ứng nhà kính tùy theo vai trị của chúng trong việc
tạo thành tầng ozone và trong việc kéo dài thời gian sống của methane trong bầu
khí quyển, mặc dù ảnh sự ảnh hƣởng này biến động theo chất lƣợng khơng khí
vùng. Trong các hợp chất hữu cơ bay hơi, c{c hợp chất có vịng nhƣ benzene,
toluene và xylene là các hợp chất có tiềm năng g}y ung thƣc cao v| cũng có thể
gây nên bệnh bạch cầu nếu tiếp xúc trong thời gian dài. 1,3-butadien là một hợp
chất nguy hiểm thƣờng đƣợc sử dụng trong công nghiệp
6. Bụi lơ lững
Bụi lơ lững là các hạt mịn ở dạng rắn hoặc lỏng hòa tan trong khơng khí.
Trái lại, sol khí liên quan đến các hạt và khí trộn lẫn với nhau. Nguồn gốc bụi lơ
lững có thể do con ngƣời hoặc tự nhiên. Một vài loại bụi có trong tự nhiên sinh ra
từ núi lửa, bão cát, cháy rừng hoặc đồng cỏ, bụi từ thực vật hoặc từ đại dƣơng.
Các hoạt động của con ngƣời nhƣ đốt cháy nhiên liệu hóa thạch cũng sinh ra
một lƣợng lớn các sol khí. Tính trung bình trên tồn cầu, các sol khí từ hoạt động
12
Bài giảng Độc học môi trường
của con ngƣời hiện nay chiếm khoảng 10% tổng số các sol khí trong bầu khí
quyển. Sự gia tăng c{c hạt mịn trong khơng khí liên quan đến sức khỏe cộng
đồng nhƣ gia tăng c{c bệnh về tim mạch, hô hấp v| ung thƣ đặc biệt l| ung thƣ
phổi.
1.7. Độc chất học thủy sinh
1.7.1. Chất hữu cơ dể bị phân hủy trong môi trường nước
Các chất này xuất phát từ các cống thải nƣớc sinh hoạt, chất thải công
nghiệp, trại chăn nuôi. Nƣớc bị ô nhiễm cần một lƣợng oxy cao cung cấp cho vi
sinh vật phân hủy các chất, do đó l|m suy giảm oxy hòa tan trong nƣớc dẫn tới
sự chết của động vật thủy sinh. Ngoài ra các sản phẩm của quá trình phân hủy
chất hữu cơ có thể trở th|nh độc chất đối với thủy sinh vật.
1.7.2. Các tác nhân gây bệnh
Gồm các lồi sinh vật có khả năng l}y nhiễm đƣợc đƣa v|o trong mơi
trƣờng nƣớc. Ví dụ nhƣ nƣớc thải của các bệnh viện khi chƣa đƣợc xử lý hoặc xử
lý không triệt để các mầm bệnh.
1.7.3. Chất dinh dưỡng thực vật.
Chủ yếu l| carbon, nitrogen, phosphore. H|m lƣợng các chất n|y gia tăng
tại những vùng tiếp nhận nƣớc thải sinh hoạt, cơng nghiệp và nơng nghiệp. Khi
có q nhiều chất dinh dƣỡng sẽ tạo ra hiện tƣợng phú dƣỡng làm cho thực vật
thủy sinh phát triển nhanh. Các thực vật thủy sinh có thể sinh ra nhiều loại độc
tố trong q trình phát triển của chúng, ví dụ nhƣ sự nở hoa của tảo. Khi chúng
chết thì lại gây nên sự ô nhiễm hữu cơ cho nguồn nƣớc.
1.7.4. Các hóa chất tổng hợp – bền vững
Những chất này có nguồn gốc từ các chất tẩy rửa, thuốc trừ sâu, thuốc kích
thích sinh trƣởng, thuốc diệt cỏ, hóa chất cơng nghiệp
ở nồng độ thấp nhƣng qu{ trình tích lũy l}u d|i, sẽ dẫn đến hiện tƣợng g}y độc
trong hệ thống sinh thái.
1.7.5. Các chất vô cơ và khoáng chất
Bao gồm các kim loại, các ion, dầu mỏ, các chất rắn và nhiều hợp chất hóa
học khác. Chúng có nguồn gốc từ cơng nghiệp khai thác mỏ, hoạt động khai thác
dầu, sản xuất nông nghiệp, các hiện tƣợng tự nhiên nhƣ xói mịn, phong hóa, lũ
lụt
1.7.6. Các chất phóng xạ
Ơ nhiễm phóng xạ bắt nguồn từ việc khai khác mỏ quặng phóng xạ, hoạt
động của các lị phản ứng hạt nhân. Các chất này làm chết hoặc l|m thay đổi cấu
13
Bài giảng Độc học môi trường
trúc vật liệu di truyền, hoạt động trao đổi chất, qu{ trình sinh trƣởng và phát
triển của sinh vật.
Tóm lại, các loại độc chất đi v|o trong môi trƣờng nƣớc bằng nhiều con
đƣờng kh{c nhau, có cơ chế hoạt động phức tạp hơn khi đƣợc chuyển hóa trong
mơi trƣờng, khi tƣơng qua lại giữa chúng hoặc giữa chúng với các cấu thành của
hệ thống sinh thái thủy sinh.
14
Bài giảng Độc học môi trường
CHƢƠNG 2. ĐƢỜNG ĐI CỦA ĐỘC CHẤT VÀ ĐỘC CHẤT TRONG
MÔI TRƢỜNG (6 TIẾT)
2.1. Sự ph}n bố v| chuyển hóa độc chất trong mơi trƣờng
2.1.1. Sự phân bố
Chất độc phát sinh từ nhiều nguồn (tự nhiên và nhân tạo) và xâm nhập vào
cơ thể bằng nhiều cách, sau một thời gian tích lũy sẽ tăng tính hoạt động hoặc
phân hủy, làm giảm độc tính v| đ|o thải khỏi cơ thể. Sự phân bố độc chất trong
môi trƣờng phụ thuộc vào nguồn ph{t sinh c{c độc chất đó.
A. Nguồn thiên nhiên
a) Từ hoạt động của núi lửa: núi lửa phun nham thạch nóng, giàu sulfur,
methane và các chất khí khác cùng với tro và khói bụi gây ơ nhiễm khơng khí,
sau đó l| g}y độc trên một khu vực rộng lớn, không chỉ của một quốc gia mà ảnh
hƣởng đến nhiều quốc gia lân cận.
b) Cháy rừng (cũng có thể do nhân tạo): lan truyền nhanh và rộng; thải
nhiều tàn tro, khói, bụi g}y độc tàn phá nghiêm trọng hệ sinh thái khu vực. Cháy
rừng tràm U Minh là một ví dụ.
c) Phân giải yếm khí các hợp chất phân tích hữu cơ tự nhiên ở vùng đầm
lầy, sông rạch, ao, hồ: sinh ra nhiều chất ô nhiễm, chất độc (nhƣ CH4, H2S, vi
trùng, vi khuẩn yếm khí...) cho mơi trƣờng nƣớc, đất, khơng khí trong và sau quá
trình phân giải.
B. Nguồn nhân tạo
Rất đa dạng, do quá trình phát triển sản xuất, do nhu cầu xã hội tăng
nhanh để thỏa mãn nhu cầu của con ngƣời. Các hoạt động có thải ra các chất độc
cho môi trƣờng sinh thái bao gồm:
a) Công nghiệp
Ngành nhiệt điện: thải ra bụi, khói v| hơi nóng, c{c khí độc hại, sản phẩm
của hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch (nhƣ SOx, CO, CO2, N2O, NO2).
Ngành vật liệu xây dựng: bụi, khí SO2, CO, CO2, N2O, NO2)...
Ngành hóa chất, phân bón: khói thải lẫn bụi hóa chất, có tính ăn mòn, nƣớc
thải acid (hoặc kiềm), trong nƣớc thải lẫn nhiều chất lơ lửng v| dƣ lƣợng nhiều loại
hóa chất gây hại cho hệ sinh th{i nhƣ toluene, c{c dẫn xuất g}y ung thƣ...
Khai thác và chế biến dầu mỏ: sinh ra dầu rò rỉ, cặn dầu, chất thải rắn của
sản xuất... Ta biết rằng, dầu mỏ và sản phẩm chƣng cất dầu đều g}y độc cho sinh
vật và hệ sinh thái.
Ngành dệt nhuộm, giấy, nhựa, chất tẩy rửa: thải ra nhiều khói bụi, khí độc,
nƣớc thải độc hại, chất thải rắn độc hại.
Ngành luyện kim, cơ khí: bụi, các khí giàu SOx, NOx, CO, CO2, các kim loại nặng.
15
Bài giảng Độc học môi trường
Ngành chế biến thực phẩm: chủ yếu nƣớc thải ra có h|m lƣợng chất hữu
cơ cao, tạo nên c{c độc tố trong môi trƣờng.
Ngành giao thơng vận tải: chất thải do khói xăng, dầu mỡ, bụi chì, bụi đất,
tai nạn, nhất là tai nạn tràn dầu...
Nguồn ơ nhiễm cơng nghiệp do hai qu{ trình g}y ra: đốt nhiên liệu và do
bốc hơi, rò rỉ trên dây chuyền sản xuất v| trên c{c đƣờng ống dẫn.
Quá trình đốt nhiên liệu thải ra rất nhiều chất độc, qua ống khói nhà máy,
đi thẳng vào khơng khí.
Ở c{c nƣớc cơng nghiệp phát triển, rất nhiều diện tích đất rộng lớn đƣợc
dùng l|m nơi chơn chất thải phóng xạ, chất thải hóa chất độc nguy hiểm, chất
thải sinh hoạt. Từ đ}y ph{t sinh nhiều yếu tố ảnh hƣởng xấu cho mơi trƣờng. Ở
Mỹ có khoảng 76.000 bãi rác cơng nghiệp đƣợc thiêu đốt; Đan Mạch 3.200 bãi,
trong đó có 500 bãi r{c hóa học. Nhật Bản có lƣợng rác thải h|ng năm khoảng 20
triệu tấn.
Trong khoảng chục năm gần đ}y, việc chơn chất thải phóng xạ, chất thải
độc hại ngồi biển v| đại dƣơng đang g}y ơ nhiễm và nhiễm độc nặng cho một
số vùng biển. Đ}y l| mối lo lớn cho ngƣời và thủy sinh vật. Ngo|i ra, h|ng năm
biển v| đại dƣơng nhận trung bình 1,6 triệu tấn dầu do tàu thuyền thải xuống;
khoảng 1,1 triệu tấn do các tai nạn tràn dầu.
b) Nông nghiệp: do việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật nhóm clo hữu cơ
(DDT, DDD, lindane, thiodane, heptachlor...) và các hợp chất polychlobiphenyl
(PCB), dioxin... là các chất khó tan trong nƣớc nhƣng có khả năng hấp thụ và tích
lũy trong c{c mơ mỡ.
c) Hoạt động du lịch, sinh hoạt, phá rừng, chiến tranh cũng l| c{c nguyên
nhân làm phát sinh các nguồn ô nhiễm. Ví dụ: hậu quả của việc rải chất độc khai
quang, diệt cỏ của Mỹ trong chiến tranh Việt Nam cịn gây hại vài chục năm sau.
2.1.2. Sự chuyển hóa
Các chất hoá học nhƣ ho{ chất bảo vệ thực vật, các khí thải cơng nghiệp
đƣợc giải phóng ra mơi trƣờng hiếm khi đƣợc lƣu lại tại chỗ hoặc giữ nguyên
dạng. Nhiều hố chất sau đó bị phân giải bởi vi khuẩn và nấm rồi nhanh chóng bị
khử độc, thƣờng bị cắt vụn thành hợp chất có thể nhập v|o chu trình carbon, nitơ
và oxy. Các chất kh{c đặc biệt là hữu cơ chứa halogen, là những chất ít nhiều
khơng bị chuyển hoá bởi vi khuẩn và tồn tại trong đất nhƣ chất ô nhiễm, lại
nhập v|o c{c c}y lƣơng thực - thực phẩm... ví dụ DDT và chất chuyển hố chính
của nó DDE có thể tồn tại nhiều năm sau khi đã ngừng phun DDT.
- Các chất độc dễ tan trong mỡ sẽ dễ bị cơ thể hấp thu khi phơi nhiễm trong
khơng khí, đất, nƣớc và dần dần đƣợc tích luỹ cho đến khi đạt nồng độ g}y độc.
16
Bài giảng Độc học mơi trường
Sự tích lũy hóa chất bảo vệ thực vật trong chuỗi sinh học thực phẩm đƣợc
thể hiện nhƣ sau:
* Hóa chất bảo vệ thực vật tích lũy trong đất:
Động vật khơng xƣơng sống ở đất => khơng xƣơng sống ăn mồi
Động vật có xƣơng sống ở đất => chim/lo|i có vú ăn mồi
Dƣ phẩm trong đất
Cây mọc từ đất => Động vật ăn cỏ => ngƣời
* Hóa chất bảo vệ thực vật tích lũy trong nước:
Dƣ phẩm trong nƣớc => sinh vật nổi => rận nƣớc và lớp giáp xác => cá =>
chim ăn c{, ngƣời v| động vật.
2.2. Ảnh hƣởng của điều kiện môi trƣờng lên sự ph}n rã, di chuyển v| tích lũy
độc chất
Các nhân tố ô nhiễm lan truyền trong c{c môi trƣờng thành phần (mơi
trƣờng nƣớc, khơng khí, đất) có thể gia tăng tính độc v| cũng có thể kết tủa, giảm
tính độc. Các tác nhân ơ nhiễm chịu ảnh hƣởng mạnh của các yếu tố của môi
trƣờng thành phần m| c{c đối tƣợng sinh vật và hệ sinh thái nằm trong mơi
trƣờng đó. Có thể kể một số tác nhân ảnh hƣởng nhƣ sau :
pH mơi trƣờng: tính kiềm, acid hay trung tính của mơi trƣờng là yếu tố
đầu tiên ảnh hƣởng đến tính tan, độ pha lỗng và hoạt tính của tác chất g}y độc.
Một tác nhân ơ nhiễm tồn tại ở trạng th{i hịa tan thƣờng có độc tính cao hơn đối
với thủy sinh.
Ví dụ: ở pH acid, kẽm (Zn) có độc tính cao hơn vì tồn tại ở hình thái Zn2+ và
ZnHCO3+ (hịa tan); trong khi đó ở pH kiềm, kẽm có độc tính thấp do tồn tại ở
trạng thái Zn(OH)2 (kết tủa).
EC (độ dẫn điện): có ảnh hƣởng nhất là với các chất độc có tính điện giải.
Các chất cặn trong mơi trƣờng nƣớc, khơng khí, đất, gây kết dính hay sa lắng độc
chất. Ví dụ, trong vùng đất chua phèn, nếu có các hạt keo sét lơ lửng, độc chất
Al3+ l| độc chất điển hình trong hệ sinh th{i đất phèn, sẽ liên kết với các hạt mang
điện âm này và sẽ trầm lắng xuống, làm giảm độc tính của Al3+ trong dung dịch.
Nhiệt độ: ảnh hƣởng đến khả năng hòa tan, l|m gia tăng tốc độ phản ứng,
tăng hoạt tính của các chất ơ nhiễm. Ví dụ, khi nhiệt độ cao, HgCl2 sẽ tác dụng
nhanh gấp 2 -3 lần so với nhiệt độ thấp. Thuốc trừ sâu DDT và một số loại thuốc
diệt rầy thƣờng tăng độc tính khi nhiệt độ từ 100C lên 300C.
Diện tích mặt thống: ảnh hƣởng trực tiếp đến sự phân bố nồng độ và liều
lƣợng, phân hủy chất ô nhiễm, đặc biệt là chất hữu cơ không bền vững. Dòng
17
Bài giảng Độc học mơi trường
nƣớc có bề mặt lớn, dịng chảy mạnh, lƣu lƣợng lớn có khả năng tự làm sạch cao,
giảm độc tính.
Các chất đối kháng hoặc chất xúc tác: nếu trong môi trƣờng tồn tại chất xúc
tác thì hoạt tính của chất ơ nhiễm sẽ tăng cao nhiều lần. Ngƣợc lại, khi có chất đối
kh{ng thì độc tính sẽ giảm hoặc triệt tiêu.
Các yếu tố về khí tƣợng, thuỷ văn nhƣ độ ẩm, tốc độ gió, ánh sáng, sự lan
truyền sóng, dịng chảy, độ mặn cũng g}y t{c động khá lớn đến hoạt tính của độc
chất, nhất l| t{c động đến khả năng lan truyền độc chất trong môi trƣờng.
Khả năng tự làm sạch của môi trƣờng: Mỗi một hệ mơi trƣờng sinh thái
đều có khả năng tự làm sạch của nó. Khả năng n|y c|ng lớn thì tính chịu độc và
giải độc (detoxification) càng cao.
2.3. Nguồn gốc v| sự hiện diện c{c loại độc chất chủ yếu trong mơi trƣờng
Nguồn gốc độc chất có thể phân thành nguồn có điểm xuất phát hoặc
nguồn khơng có điểm xuất phát (Hình 2.1). Các nguồn thải độc chất có điểm
xuất phát luôn x{c định v| đo đạc đƣợc nhƣ chất thải cơng nghiệp hoặc chất thải
sinh hoạt, rị rỉ dầu, bãi chơn lấp hóa chất, khói thải từ các nhà máy. Nguồn
khơng có điểm xuất ph{t thƣờng phân tán trên diện rộng v| khơng có điểm đi
v|o x{c định nhƣ sự rửa trơi nơng hóa, khói từ xe cơ giới, sự rò rỉ và phân tán
chất thải trên diện tích rộng (trầm tích bị ơ nhiễm, khai thác khống sản) và dịng
chảy nƣớc ngầm. Các nguồn khơng có điểm xuất ph{t thƣờng bao gồm nhiều
nguồn có điểm xuất phát nhỏ hơn nhƣ c{c hầm tự hoại, xe gắn máy. Do vậy, việc
x{c định và mô tả đặc điểm của một nguồn thƣờng liên quan đến cấu thành môi
trƣờng hoặc hệ thống đƣợc xem xét. Ví dụ, có rất nhiều nguồn độc chất đi v|o
trong một dịng sơng, mỗi nguồn phải đƣợc xem xét khi thực hiện việc đ{nh gi{
sự rủi ro của độc chất đối với thủy sinh vật trong con sơng đó hoặc đối với con
ngƣời có thể uống nƣớc của con sơng đó.
Tuy nhiên, việc đo đạc nồng độ thấp của c{c độc chất trong mạng lƣới
dòng thải không phải là một công việc dễ d|ng. Thƣờng c{c phƣơng ph{p ph}n
tích đƣợc đề xuất bởi c{c nh| môi trƣờng nhằm kiểm so{t độc chất không đủ
nhạy hoặc có tính chọn lọc cao để đo đạc c{c độc chất quan trọng hoặc các sản
phẩm phụ của chúng. Việc đ{nh gi{ tốc độ ph{t t{n đối với các nguồn thải khơng
có điểm xuất ph{t thƣờng rất khó. Ví dụ, sự lắng đọng độc chất vào trong khối
nƣớc có thể phụ thuộc rất lớn vào cả không gian và thời gian. Sự tải h|ng năm
cao có thể do sự lắng đọng liên tục các chất. Sự tải chất diệt côn trùng từ một
c{nh đồng đến khối nƣớc gần kề cũng biến động theo thời gian và khơng gian.
Nƣớc mƣa đóng một vai trò quan trọng trong việc tải độc chất đến khối nƣớc, bởi
18
Bài giảng Độc học mơi trường
vì nƣớc mƣa có t{c dụng rửa trôi c{c độc chất tại nguồn thải v| mang độc chất
vào những vùng nƣớc thấp hơn.
Sau khi một độc chất đƣợc thải v|o mơi trƣờng thì các q trình vận
chuyển sẽ x{c định sự phân phối của nó trong môi trƣờng theo không gian và
thời gian. Môi trƣờng vận chuyển độc chất thƣờng là khơng khí hoặc nƣớc, trong
khi đó độc chất có thể tồn tại trong c{c pha hịa tan, khí, cơ đặc hoặc hạt lơ lững.
Có thể phân loại vận chuyển vật lý th|nh đối lƣu hoặc khuếch tán.
Hình 2.1. Nguồn gốc của chất độc đi v|o môi trƣờng
2.4. Kim loại độc
Hầu hết các kim loại có mặt trong mơi trƣờng đ{, đất, nƣớc, khơng khí
thƣờng ở nồng độ thấp và phân tán rộng. Kim loại thƣờng đƣợc sử dụng cho các
mục đích kh{c nhau trong hoạt động của con ngƣời. Chính các hoạt động n|y đã
19
Bài giảng Độc học môi trường
l|m tăng h|m lƣợng kim loại trong môi trƣờng. Thời gian gần đ}y một lƣợng lớn
kim loại đƣợc sử dụng trong công nghiệp, nông nghiệp và y học. Điều n|y đã
l|m gia tăng sự phơi nhiễm khơng chỉ đối với cơng nh}n m| cịn đối với ngƣời sử
dụng các sản phẩm có chứa kim loại. Để một kim loại biểu hiện độc tính, nó phải
xun qua m|ng v| đi v|o bên trong tế bào. Nếu một kim loại ở dạng hòa trong
lipid nhƣ methylmercury (methyl thủy ngân), nó dễ dàng thấm qua màng; một
số kim loại khác (vd. chì) có thể đƣợc hấp thu bằng cách hòa tan thụ độn. Ảnh
hƣởng độc của kim loại thƣơng liên quan tới sự tƣơng giữa các kim loại tự do với
các thành phần khác nhau của màng tế bào qua các một số phản ứng sinh hóa
đặc biệt.
2.4.1. Cơ chế và vị trí tương tác của kim loại đối với cơ thể
- Ức chế hoặc hoạt hóa enzyme
- T{c động đến các bào quan
- G}y ung thƣ
- T{c động đến hệ thần kinh
- T{c động đến tuyến nội tiết v| cơ quan sinh sản
- T{c động đến hệ hô hấp
- Tƣơng t{c hoặc gắn kết với protein
2.4.2. Một số kim loại có độc tính cao (Xem thêm tài liệu tham khảo)
- Chì
- Thủy ngân
- Cadmium
- Crơm
- Arsenic
2.4.3. Xử lý độc tính kim loại
Xử lý phơi nhiễm kim loại nhằm bảo vệ hoặc hoặc giảm độc tính đƣợc thực
hiện bởi các hợp chất có khả năng tạo phức với kim loại. Tạo phức là sự hình
thành một phức hợp ion kim loại m| trong đó ion kim loại nhƣ l| một chất cho
điện tử. kim loại có thể phản ứng với chất gắn kết có chứa O-, S- và N- (vd. –OH,
-COOH, -S-S- và –NH2). Các chất sau khi tạo phức với kim loại có thể di chuyển
đến nơi tích lũy, tạo thành các phức hợp khơng độc và không sẵn sàng liên kết
với các kim loại khác và dễ dàng bị cơ lập hoặc đ|o thải.
2.5. C{c hóa chất trong nông nghiệp (chất diệt cỏ, chất diệt côn trùng)
Hóa chất trong nơng nghiệp là các loại hóa chất đƣợc sử dụng để giết hoặc
kiểm soát sâu bệnh, bảo vệ thực vật, kích thích sinh trƣởng
n|y ln đƣợc xem xét qua sự đ{nh gi{ c}n bằng nguy cơ – lợi nhuận. Đặc biệt
20
Bài giảng Độc học mơi trường
hóa chất đƣợc sử dụng trong nông nghiệp sẽ trở nên nguy hiểm khi đi v|o chuỗi
thức ăn sinh th{i
Khi nghiên cứu về ảnh hƣởng của nơng hóa đến mơi trƣờng v| con ngƣời,
ngƣời ta thƣờng nghiên cứu tính bền vững của nơng hóa và khả năng tích lũy
sinh học của nơng hóa trong mơi trƣờng v| trong cơ thể sinh vật.
Độc tính của nơng hóa liên quan đến cấu trúc hóa học của chúng (Hình
2.2), bởi vì khi đi v|o trong cơ thể sinh vật thì những chất này sẽ tƣơng t{c với
các cấu thành khác nhau của cơ thể sinh vật đặc biệt là màng sinh học và các cấu
thành của màng sinh học
Hình 2.2. Cấu trúc của một số hóa chất diệt côn trùng thông dụng
2.6. C{c chất phụ gia trong thực phẩm
Các chất phụ gia trong thực phẩm là các hóa chất đƣợc bổ sung và thức ăn
bởi một v|i lý do kh{c nhau nhƣ: kh{ng khuẩn, nấm, thay đổi màu, mùi và vị của
thức ăn.
Về cơ bản, phụ gia thực phẩm khơng g}y độc mãn tính. Tuy nhiên, trong
một v|i trƣờng hợp thì phụ gia thực phẩm trở nên độc, đặc biệt là nếu chúng bị
lạm dụng quá mức.
2.7. C{c độc tố sinh học
Độc tố l| độc chất đƣợc sản xuất bởi c{c cơ thể sống nhƣ vi sinh vật, thực
vật động vật. Ngƣời ta phân loại độc tố dựa vào nguồn gốc phát sinh của nó. Có
một số loại độc tố nhƣ sau:
- Độc tố vi sinh
- Độc tố nấm
21
Bài giảng Độc học môi trường
- Độc tố tảo
- Độc tố thực vật
- Độc tố động vật
Độc tố v| c{c sản phẩm từ nhiên nhiên nhìn chung l| có lợi cho c{c hoạt
động của con ngƣời. Ví dụ một v|i độc tố đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ
streptomycin, aspirin
22
