Bài giảng Các độc chất môi trường

Chương 9: Các Độc Chất Môi Trường  (Environmental Toxicants) Giới thiệu về các độc chất môi trường ° Các độc chất môi trường là những tác nhân trong môi trường có khả năng gây hại cho sức khỏe của con người ° Một số hợp chất, chẳng hạn các chất gây ô nhiễm nước và không khí, là những chất mà tính độc của chúng đã được thừa nhận ° Những tác nhân gây độc khác, mà cũng có hại cho sức khỏe con người không kém (chất phụ gia thực phẩm và tạp chất, độc tố vi khuẩn, độc tố nấm, độc tố thực vật, các sản phẩm gia dụng và hóa chất công nghiệp), thì độc tính nghiêm trọng của chúng chưa được nhận thức đầy đủ ° Mặc dù các sản phẩm do con người tạo ra (ví dụ, các hóa chất công nghiệp) thường bị gán cho là có tính độc lớn hơn, các số liệu lịch sử cho thấy rằng các hợp chất thiên nhiên lại là một mối lo lắng lớn hơn đối với sức khỏe con người. Ví dụ: Chứng tiêu chảy bí hiểm, gây ra bởi các độc tố vi khuẩn (ví dụ, Vibrio, Salmonella, Shigella và Escherichia), là nguyên nhân cái chết của 5.000.000 người trên toàn cầu mỗi năm—phần lớn là trẻ em. Những người này chết do một sự kết hợp giữa mất nước và mất quân bình điện giải Nội dung Chương 9: ° Tổng hợp những thông tin về sự tiếp xúc, độc động học, độc động lực học, sự nhiễm độc chọn lọc cơ quan, sự gây nên quái thai, sự gây nên đột biến và sự gây nên ung thư trong mối tương quan với các độc chất môi trường ° Nêu các ví dụ cho mỗi lãnh vực, cùng với các thông tin thích hợp về con đường hấp thụ, mô thức tác động, độc động học và các triệu chứng lâm sàng đi kèm với sự nhiễm độc . Cụ thể gồm có gì? Thuốc trừ vật hại - Thuốc diệt côn trùng: Các phosphat hữu cơ, các carbamat và các clor hữu cơ - Thuốc diệt cỏ: Các bipyridyl, các hợp chất clorphenoxy và dinitrophenol - Thuốc diệt nấm: Hexaclorbenzen, các thủy ngân hữu cơ, các phtalimid và các dithiocarbamat - Thuốc diệt loài gặm nhấm: Các chất chống đông, các chất ức chế hô hấp tế bào, các chất co mạch và các chất gây tiểu đường Chất dẻo Các kim loại: Arsen, beryli, cadmi, crôm, chì, thủy ngân và nikel Các dung môi hữu cơ: Các ancol béo, các dẫn xuất clor béo, carbon disulfua, các glycol và các hydrocarbon thơm Các yếu tố môi trường khác: Tia phóng xạ, trường điện từ Cách trình bày? °Độc chất có tính độc với cơ quan nào? °Độc động lực học và độc động học? °Các liều Thuốc trừ vật hại Là gì? Thuốc trừ vật hại là những tác nhân phá hủy hay đẩy lùi những đối tượng không mong muốn Phân loại: Thuốc diệt nấm, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt côn trùng và thuốc diệt loài gặm nhấm. Có hại không? Không chỉ gây ảnh hưởng lên đối tượng nhằm đến mà cả con người Vì sao hại? Chúng có cùng độc động lực học khi gây sự nhiễm độc cho con người. Chỉ những sự khác nhau về liều, sự tiếp xúc và độc động họ là thường rất rõ ràng Ví dụ: Sự truyền tín hiệu thần kinh ở gián bao gồm những hiện tượng sinh lý tương tự như ở người Thuốc diệt côn trùng Phần lớn thuốc diệt côn trùng là những chất độc thần kinh. Chúng làm nhiễu loạn sự truyền xung thần kinh khi xung đi dọc axon hoặc khi xung đến khớp thần kinh (synapse). Côn trùng khi tiếp xúc với những chất độc thần kinh sẽ đáp ứng với sự quay vặn, sự yếu lả và sự tê liệt và dẫn đến cái chết. Những triệu chứng tương tự cũng thấy ở người Các Phosphat Hữu Cơ (Organophosphate) Parathion, diazinon và malathion đều là những chất ức chế các cholinesterase (đặc biệt là acetylcholinesterase). Các cholinesterase là những enzym chịu trách nhiệm cho sự tạo thành chất truyền thần kinh acetylcholine. Không tạo được acetylcholine để đưa vào các khớp thần kinh CNS và vào các khớp nối thần kinh cơ (myoneural junction) sẽ dẫn đến kết qủa là lập lại liên tục sự truyền và có thể dẫn đến sự tê liệt. Ở người, sự hấp thụ xảy ra qua đường da, hệ hô hấp, hay hệ tiêu hóa. Khi phân bố, các phosphat hữu cơ đi qua hàng rào máu-não (blood-brain barrier) để gây sự nhiễm độc CNS. Độc chất sẽ trải qua các chuyển hóa sinh học pha I và pha II ở gan và sau đó đào thải. Vì là những chất độc thần kinh, các phosphat hữu cơ gây ảnh hưởng đến phần lớn các cơ quan. Đó là đường ruột-dạ dày (buồn nôn, nôn mửa), hệ hô hấp (tiết nhiều dịch ở phế nang), hệ thống tim mạch (giảm/tăng nhịp tim hoặc huyết áp), cơ vân (yếu lả, tê liệt) và CNS (rối loạn tâm thần, mệt mỏi). Các Carbamat -Giống phosphat hữu cơ, các carbamat (aldicarb, carbaryl, propoxur) ức chế các hoạt động enzym của các cholinesterase. Độc chất thâm nhập vào cơ thể qua đường da, hệ hô hấp, và hệ tiêu hóa. Ở người, liều qua miệng chỉ cần 3 mg/kg là có thể dẫn đến nhiễm độc. Các phản ứng chuyển hóa sinh học nhanh chóng bẻ gãy (thủy phân) phân tử carbamat cholinesterase và dẫn đến hoạt hóa cholinesterase. Điều này giải thích tại sao carbamat đưa đến một sự nhiễm độc thần kinh trong một thời gian rất ngắn. Các triệu chứng của sự nhiễm độc CNS và các khớp thần kinh cơ bao gồm buồn nôn, nôn mửa, toát mồ hôi, yếu cơ và—trong trường hợp trúng độc nặng—co giật Các Clor Hữu Cơ (Organochlorine) DDT và các thuốc diệt côn trùng clor hữu cơ khác tác động bằng cách kích thích hoặc làm suy yếu CNS. Sự nhiễm độc thần kinh do DDT được cho là kết qủa của các qúa trình màng bị thay đổi làm giảm bớt tốc độ của sự tái phân cực hóa . Chẳng hạn, sự vận chuyển Na+ và K+ trong axon bị suy yếu đi, cũng như với Ca2+ khi nó phát tín hiệu giải phóng chất truyền thần kinh trong vùng của synapse. Khi đó, các neuron không được tái phân cực hóa hoàn toàn sẽ đòi hỏi một sự kích thích ít hơn để bắt đầu sự truyền tín hiệu và vì vậy, các neuron bị ảnh hưởng sẽ gia tăng độ nhạy, dẫn đến sự phát tín hiệu lặp đi lặp lại. Con đường hấp thụ đối với các clor hữu cơ khác nhau là khác nhau. Ít thấy có báo cáo nói đến sự nhiễm độc do tiếp xúc qua da. Điều này có lẽ là do sự hấp thụ qua đường da là rất kém. Trường hợp nhiễm độc DDT phổ biến nhất là do sự hấp thụ qua ăn uống Các Clor Hữu Cơ (Organochlorine) Các tính chất độc động học làm cho clor hữu cơ trở thành những thuốc diệt côn trùng tốt thì cũng làm cho chúng bị cấm sử dụng. Chẳng hạn, do có độ bền hóa học cao, DDT và các sản phẩm chuyển hóa của nó tồn tại rất lâu trong môi trường. Tính tan của DDT trong lipid cộng với một sự chuyển hóa sinh học rất chậm càng làm tăng sự tích lũy DDT trong cơ thể một cá thể riêng biệt cũng như trong cá thể tiếp nối khác trong dây chuyền thực phẩm (food chain). Các clor hữu cơ lưu trữ dễ dàng trong mỡ và đào thải chậm với tốc độ 1% một ngày. Sau các con đường chuyển hóa sinh học phức tạp bao gồm các phản ứng pha I (declor hóa, demetyl hóa) và pha II (liên hợp glutathione), sự đào thải mới xảy ra. Các triệu chứng lâm sàng chứng tỏ sự nhiễm độc CNS cấp tính là nhức đầu, choáng váng, run và co giật. Các triệu chứng của sự nhiễm độc mãn tính bao gồm mất trí nhớ, thay đổi tính cách, và sụt giảm số lượng tinh trùng ở nam giới Thuốc diệt cỏ Tác động bằng cách quấy rối hệ thống hóc môn điều hòa sinh trưởng hoặc bằng cách thúc đẩy sự mất nước Phần lớn các thuốc trừ cỏ có tính độc yếu đối với con người. Điều này có lẽ là do sự khác biệt vốn có trong cấu trúc tế bào thực vật và động vật (ví dụ, màng tế bào) và trong chức năng (ví dụ, các cơ chế sinh hóa). Các Bipyridyl Các bipyridyl (ví dụ, diquat, paraquat) hoạt động bằng cách làm khô cây. Mặc dù các độc chất này có thể được hấp thụ qua các con đường da, hệ hô hấp, hoặc hệ tiêu hóa, khả năng tập trung ưu tiên trong phổi của paraquat đã được ghi nhận. Khi được phân bố trong phổi, paraquat làm giảm sự trao đổi khí bằng cách phá hủy các tế bào phổi (pneumocyte). Hệ qủa là sẽ làm giảm sự vận chuyển O2 và CO2 qua màng tế bào túi phổi (alveolar cell membrane). Sự chuyển hóa sinh học của bipyridyl được hiểu biết rất ít. Tuy nhiên, sự đào thải xảy ra qua con đường tiểu tiện và đại tiện. Các triệu chứng lâm sàng của sự nhiễm độc paraquat bao gồm sự thiếu oxy huyết, sự hôn mê cũng như sự thương tổn phổi, gan và thận. Uống paraquat đậm đặc hầu như luôn luôn dẫn tới cái chết Thuốc diệt nấm Hexaclorbenzen: được dùng để xử lý hạt giống ngăn chặn sự làm hỏng hạt giống do nấm mốc. Đáp ứng nhiễm độc bao gồm: bỏng da, lớn gan, viêm khớp, viêm xương và loãng xương Các thuỷ ngân hữu cơ: cũng được dùng để xử lý hạt giống. Sự nhiễm độc cấp tính gây nên các triệu chứng bệnh lý ở hệ thống tiêu hoá, thận. Các phtalimid: dưới dạng hạt bụi nhũ tương hay bụi lỏng loại hoá chất này hấp thụ chủ yếu qua da và hệ hô hấp. Sự nhiễm độc mãn tính có thể dẫn tới đột biến, ung thư và quái thai. Sự tương tự về mặt cấu trúc của một tác nhân gây quái thai và một loại thuốc diệt nấm Thuốc diệt nấm Các dithiocarbamat: có chứa các ion kim loại như Fe2+, Zn2+, Mn2+, Na+. Các dithiocarbamat thâm nhập vào cơ thểqua đường tiêu hoá hô hấp và qua da. Tuỳ thuộc vào kim loại hiện diện sự nhiễm độc có thể là viêm da, hoặc suy yếu CNS. Ngoài ra các nghiên cứu ở động vật cho thấy loại hoá chất này có thể gây đột biến và ung thư. CÁC KIM LOẠI Nhiều kim loại đóng vai trò thiết yếu trong các hoạt động tế bào bình thường tuy nhiên khi có mặt với một hàm lượng lớn thì chúng trở thành những tác nhân gây nhiễm độc cho cơ thể Ngoài ra các kl còn được sử dụng trong một số loại dược phẩm Một số loại dược phẩm được sử dụng để thúc đẩy quá trình đào thải các kl ra khỏi cơ thể. Các dược phẩm này được sử dụng dưới dạng các tác nhân tạo chelat, chúng sẽ tạo thành các dạng phức chất có hoạt tính cao với các kim loại và do vậy sẽ nhanh chóng được đào thải ra khỏi cơ thể. ARSENIC (As) As(III) thể hiện độc tính của nó bằng sự tấn công vào nhóm – SH của enzyme, làm ức chế hoạt động của enzyme. SH - O S Enzyme + As O- Enzyme As - O + 2OH- SH - O S O- - O – As + Protein – CO – (CH2)4 – CH(SH) – CH2 – CH2 – SH O- Dihydrolipoic acid protein  Protein – CO – (CH2)4 - CH – CH2 – CH2 S S As O   * Mặt khác do có tính chất hoá học tương tự như phospho mà As cũng có thể gây tương tác xấu trong các quá trình sinh hoá có sự tham gia của phospho. Ở đây được thấy rõ sự tạo thành ATP (ademosine triphosphate) nếu có mặt của As thì As sẽ gây trở ngại trong quá trình tạo 1,3–Diphosphoglycerate, sẽ cho sản phẩm là 1-arseno-3- phosphoglycerate. Hiệu ứng hoá sinh của cadmium Cd được tích lũy trong các cơ quan như là kết quả của sự tích lũy độc tố. Cd thâm nhập vào cơ thể phần lớn bằng con đường từ tiêu hoá. Khi hấp thu vào cơ thể Cd có khuynh hướng tập trung trong gan, thận và lá lách, ở trạng thái kết hợp với protein thionein. Cd có tính chất liên kết mạnh với các nhóm SH.  Trong sự chuyển hoá Cd trong cơ thể thì: - Một phần lớn của Cd tiêu hoá và dẫn đến thận rồi loại thải ra khỏi cơ thể. - Một phần nhỏ sẽ liên kết một cách hữu hiệu với protein cơ thể – chẳng hạn, metallothionien hiện diện trong thận và lưu trữ trong cơ thể và dần dần được tích lũy theo thời gian. - Một lượng dư của Cd được tiêu hoá và thay thế Zn của cơ thể dẫn đến mất trật tự của sự trao đổi chất. Độc tính của Cd đã gây bệnh ở Nhật trong khoảng 1939 – 1954 gọi là bệnh “Itai– Itai” hay “Ouch–ouch”. Bệnh này dẫn đến bể xương, làm hỏng chức năng của thận; đã làm chết 100 người và 200 mất khả năng ở vùng Jintsu River (Toyama) – Nhật do nhiễm độc Cd từ gạo. Hiệu ứng sinh hoá của Pb: Pb là kim loại phổ biến tương đối trong tự nhiên. Nguồn Pb chính yếu trong các phương tiện vận chuyển là trong xăng. Trong xăng dầu Pb chì được đưa vào dưới dạng tetraalkyl Pb. Nếu so với thủy ngân thì Pb ít độc tính hơn và cũng như các độc tố kim loại nặng khác, Pb có ái lực với nhóm – SH. Ở người, bệnh lý gây nên bởi độc tính của chì bao gồm phá hủy thận và gan, gây thiếu máu và làm mất tính tái sinh sợi neuron và mao quản trong não. Vì chì có tính hoá học tương tự như Ca2+ nên sự tập trung sau cùng là ở xương, từ đó sẽ gây tác hại chậm. Hiệu ứng sinh hoá của thủy ngân: Thủy ngân được biết như độc tố kim loại sau sự cố” Minamata disease”, khoảng thời gian 1953 –1960 ở Nhật, với tổng số 111 trường hợp ngộ độc thuỷ ngân khi người dân ăn phải cá nhiễm thủy ngân ở vùng vịnh Minamata. Người ta nhận thấy cá ở vùng vịnh này có khoảng 27 –102 ppm thủy ngân ở dạng methyl thủy ngân. Nguồn gốc thủy ngân thoát ra từ “Minamata chemical company”. Độ phổ biến của thủy ngân trong tự nhiên là thành phần vết của nhiều loại khoáng. Thủy ngân từ các nguồn sản xuất pin, điện, đèn, các loại điện cực… Nguồn cung cấp thủy ngân cũng tương đối, là các hoá chất phục vụ nông nghiệp, mà thường sử dụng là: CH3 – Hg –C  N : Metylmercurynitrile CH3 – Hg – N(NHCN) – C (NH2) = NH : Metylmercurydicyandiamide CH3 - Hg – CO – OCH3 : Metylmercuryacetate C2H5 – Hg – Cl : Metylmercurychloride Fetal Effects of MeHg Life-Long Effects of MeHg Thủy ngân thâm nhập vào môi trường thông qua hoạt động của con người. Từ các nguồn nước thải, Hg được hấp thụ trên trầm tích và dần dần thâm nhập vào các nguồn nước sinh hoạt, thực phẩm…. Độc tố Hg phụ thuộc vào từng loại dạng, sau đây là các dạng của thủy ngân và độc tính: Hg nguyên tố không độc, nhưng hơi thuỷ ngân sẽ độc nếu hô hấp bị nhiễm, khi đó hơi thủy ngân sẽ vào trong não và các hệ máu dẫn đến làm nguy hại hệ thần kinh trung tâm. Hg+2 thể hiện độc tính nhẹ vì ái lực cao của thuỷ ngân với các nguyên tử sulfur, nó sẽ dễ dàng tấn công vào các phân tử amino acide chứa sulfur. Độc nhất có lẽ là methyl thủy ngân CH3Hg+, tan trong mỡ, trong các bộ phận mỡ béo của tế bào và tế bào não bộ. Ở đây độc tính cao của methyl mercury dẫn đến sự cô lập tách riêng chromosomes, sự bẻ gãy chromosome trong tế bào và ức chế sự phân chia tế bào. Tất cả các triệu chứng về ngộ độc thủy ngân khi mức độ trong máu là 0,5 ppm của CH3Hg+, thực tế sự cố “ the Minamate chemical company” là do thải thủy ngân vào vùng vịnh Minamate, thủy ngân trong cá ở vùng vịnh được tìm thấy ở dạng CH3Hg+. CÁC DUNG MÔI HỮU CƠ Nói chung sự tiếp xúc với dung môi hữu cơ có thể dẫn tới 2 đáp ứng: -làm suy yếu CSN Kích thích các mô và các màng