Chương III NGUYÊN LÝ___________ CÚA Đ ột HỌC •______ MÔI TRƯỜNG •_______________________ 3. Các nguyẻn tắc toong nghiên cứu độc học môi trưởng Độc học môi trường là một ngành khoa học phát triển mạnh mẽ từ nhũng năm 1970 vói sự khẳng định rõ ràng về các mối liên quan giữa chất độc ứong môi trường và hậu quả của nó lên sinh vật sông, lên chuỗi thức ăn và sức khoẻ con người trong hệ sinh thái. Từ năm 1979, Uỷ ban Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) và Uỷ ban Môi trường châu Âu (ECC) đã ban hành những quy định đầu tiên trong việc châp thuận các sản phẩm hoá học theo khía cạnh môi trường. Vào những năm cuối thập niên 80, ngành độc tố học môi trường bắt đầu được đưa vào nghiên cứu và giảng dạy trong các trường đại học, một số sách chuyên ngành cũng bắt đìu được xuâ't bản, kể cả tạp chí Độc học môi trường (Envữonmenial Toxicology) cũng ra đòi trong giai đoạn này.
Các nhà khoa h?c trên th ế giới đã thực hiện nhiều nghiên cứu chuyên sâu về độc hạc môi trường và đúc kết được sáu nguyên tắc chung nhâ't troxg nghiên cứu độc học môi trường. Nguyên tác thung ừong nghiên cửu độchọc Nguyên tắc 1: Hai khả năng gây tác động của độc châỉ đến cơ thểsổrg Khi một chất độc xuất hiện sẽ có hai khả năng gây tác độxg tói cơ thê sông: Một là, chất độc tác động trực tiếp lên sinh vật và có khả nă»g hủy diệt sinh vật đó 140 GIÁO TRlNH Đ ỘC H Ọ C MÔI TRƯỜNG Hai là, chất độc không tác động trực tiếp lên sinh vật nhưng lại làm biến đổi môi trường vật lý, hóa học nơi mà sinh vật đó đang sinh sông, do đó gián tiếp gây hại cho sinh vật, có thể hủy diệt sinh vật. Ví dụ, các tác nhân ô nhiễm môi trường như hoá châ't bị rò ri (hơi axit, khí do) hoặc các chất phóng xạ tác động trực tiếp đẽn sinh vật gây tử vong hoặc làm biên tính, thay đổi tính chất lý hóa môi trường sông của sinh vật, tích luỹ nồng độ theo thời gian thông qua các chuỗi thức ăn, lưới thức ăn. Nguyên tắc 2: Độc học môi trường mô tả theo hai phương thức độc châl đi vào cơ th ể Độc châ't môi trường đi vào cơ thể sông theo hai phương thức cụ thể sau: Vận chuyển châ't độc trong môi trường từ thành phần này sang thành phần khác cùa môi trường, quá trình này được gọi là động độc học môi trường.
Ví dụ, độc châ't đi từ môi trường không khí đến môi trường đất (quá trình hâ'p phụ khô pha khí - rắn), độc châ't đi từ môi trường nước, đâ't đến môi trường không khí (quá trình bay hoi). Nghiên cứu sự vận chuyển và biên đổi tác nhân độc trong cơ thê’ sông (động vật, thực vật) và hệ quả của quá trình này làm động, thực vật bị ảnh hưởng theo nhiểu mức độ khác nhau (suy giảm phát triển và chết). Độc châ't từ các môi trường khác nhau xâm nhập vào cơ thể sông được chuyển hoá theo nhiều cơ chế khác nhau tuỳ cơ thể sinh vật tiếp nhận, có thể được đào thải hoặc tích tụ lại bên trong cơ thể sinh vật sống. Quá trình này được gọi là động dược học môi trường.
Nguyên tắc 3: Độc học môi trường nghiên cứu tác động của châì độc lên một quân th ể trong một hệ sinh thái nhâĩ định Có nhiều yếu tô' môi trường ánh hưởng đến quần thể (hơn là cá thể) nhất là khi môi trường có thê ảnh hưởng đến phản úng sinh vật khi tiếp xúc với chất độc. Chương III. NGUYÊN LÝ CỦA Độc HỌC MŨI TRƯỜNG 141 Ví dụ, ỉhệ sinh thái rừng bao gồm các thực vật thân mềm, thân gỗ như lan rừng, thông, sổi. động vật như vọc, hổ, báo.
nhưng khi nghiên cứu tác động của độc châ't chi nghiên cứu từ một cá thê’ trong quần thể. Nguyên tắc 4: Độc học môi trường nghiên cứu trên hiệu ứng dưới tử vong và trên tử vong Hiệu ứng dưới tử vong: là liều lượng của châ't độc đủ để phát hiện những ảnh hưởng có hại mà không làm sinh vật đó chết, v í dụ đối với cơ chế nhiễm độc mãn tính có thể hiểu là nồng độ cực đại có thê’ châp nhận được - MATC hoặc cơ chế nhiễm độc câp tính - LOEL (nồng độ mà ở đó biểu hiện nhiễm độc được biểu hiện ở mức độ thấp nhâ't). Hiệu ứng trên tử vong: là liều lượng độc chất môi trường đủ để sinh vật trong môi trường đó chết, v í dụ cụ thể về các hiệu ứng dưới tử vong và ừên tử vong đối với khí c o được trình bày ở bảng 3. Mối liên quan giữa nổng độ c o và triệu chứng nhiễm độc Nỗng độ CO (ppm) Triệu chứng 50 Nhiễm độc nhẹ 100 Nhiễm độc vừa phải, chóng mặt 250 Nhiễm độc nặng, chóng mặt 500 Buôn nôn, nôn, truy 1.000 Chết Nguyên tắc 5: Độc học môi trường nghiên cứu tương tác chung giữa các châl độc Trong môi trường sông, sinh vật thường tiếp xúc với nhiều châ't độc cùng một lúc.
Sự tương tác với các chất độc có thê’ làm 142 GIÁO TR)NH Đ Ộ C HỌC MÔI TRƯỜNG tăng hoặc giảm tính độc của hỗn hợp. Sự tương tác có thể do câu trúc hóa học của các phân tử hoặc do biên đổi của các quá trình sinh lý trong cơ thể sinh vật. Những biên đổi này xảy ra trong quá trình sinh hóa: bài tiết, hằ'p thụ. Các dạng tương tác thường gặp: Tương tác tăng cường: làm tăng độc tính, thường thấy khi hai hợp chất lân hữu cơ trong đất cùng xuâ't hiện một lần, Tương tác hợp lực: thường thấy ở loài chuột khi hâp thụ cùng một lúc heptatotoxin và ethanol.
Tương tác tiềm ẩn: trường hợp hai châ't không độc với sinh vật, vói cơ thể nêu để riêng rẽ. Nêu hai châ't này cùng vào cơ thể sinh vật thì tính độc sẽ tăng lên. Ví dụ, chúng ta thường có thói quen ăn trứng kết hợp với uôhg sữa đậu nành mà không biết rằng protein trong trứng sẽ kết hợp vói trypsin trong sữa đậu nành, gây cản trở quá trình phân huỷ và hấp thụ protein trong cơ thể. Tương tác đối kháng: châ't độc này sẽ cản trở tính độc của chất độc khác khi hâp thụ cùng một lúc hoặc kế tiếp nhau (giảm tính độc đi).
Có 4 dạng phản ứng đôi kháng: a) Phản ứng đối kháng hóa học: là trường hợp tương tác hoá học trực tiếp xảy ra giữa châ't đôi kháng và chất chủ vận dẫn đến làm mất tác dụng của châ't chủ vận. Trong lâm sàng người ta vận dụng đôi kháng hoá học để giải độc trong một số trường hợp quá liều hoặc ngộ độc thuốc. Ví dụ dùng protamin Sulfat khi quá liều heparina, dùng các châ't gây chelat trong nhiễm độc kim loại nặng (dùng dimercaprol trong điểu trị ngộ độc asen, thuỷ ngân. Trong lĩnh vực hoá sinh, Selen (Se) liên kết với thuỷ ngân (Hg) sẽ tạo phức ngăn cản phản ứng của Hg vào liên kết sinh học trong protein.
b) Phản ứng đôi kháng không cạnh tranh: là trường hợp chất đối kháng làm giảm tác động của chất chủ vận khi nó tương tác ngoài vị trí gắn của chất chủ vận. Ví dụ: Acetylchlorine(ACh) liên Chương III. NGUYÊN LỸ CỦA Độc MỌC MỠI TRƯỜNG 143 kết với các thành phần liên quan tói tê' bào thần kinh, khi tế bào thần kinh bị thuốc bảo vệ thực vật lân hữu cơ không chế sẽ gây ngăn cản tác động cùa ACh. c) Phản ứng đối kháng chức năng: là trường hợp hai chất chủ vận khác nhau tương tác trên hai loại cơ quan thụ cảm khác nhau và gây nên tác dụng đối lập nhau.
Ví dụ sự đối kháng giữa ACh và Adrenalin trên một số chức năng của cơ thể: ACh gây chậm nhịp tim, co đổng tử còn Adrenalin gây tăng nhịp tìm, giãn đổng tử. d) Phản ứng đối kháng cạnh tranh: là loại đối kháng khi châ't đối kháng gắn trên cùng chất chủ vận nhưng không có hoạt tính nội tại (không gây ra đáp ứng), v í dụ các chất phong toả a hoặc p adrenoceptor là các châ't đối kháng cạnh tranh với các chất kích thích a hoặc p adrenoceptor. Trong đối kháng cạnh tranh có loại cạnh tranh cần bằng và canh tranh không cân bằng. Nguyên tắc 6: Độc học môi trường nghiên cứu nồng độ hấp thụ chai độc vào sinh vật làm liều lượng thí nghiệm Cách tiếp xúc và tần số tiếp xúc, cách hấp thụ.
châ't độc lên cơ thể sống đều có ảnh hưởng đến tính độc đối với sinh vật nghiên cứu. Nghiên cứu này có thể ứng dụng trong quan trắc môi trường bằng cách sử dụng các sinh vật chi thị nhạy cảm với độc tô' môi trường. Ví dụ nghiên cứu mức độ hấp thụ độc tố kim loại nặng của động vật thân mềm hai mảnh vỏ trong môi trường nước để xác định chất lượng nước hoặc có thể xác định độc tố vô cơ, hữu cơ trên các mô sinh học (tóc, mÓỊig tay) của con người để biết được mức độ tích luỹ cũng như chất lượng môi trường mà con người trực tiếp sinh sông trong một khoảng thời gian xác định (Le Phuoc Cuong và cộng sự, 2013). Nghiên cứu đánh giá độ an toàn của độc chát Đánh giá độ an toàn là đánh giá độc tính tiềm năng của một tác nhân hóa học hay lý học trên cơ thể sinh vật (thông thường là 144 GIÁO TRÌNH Đ Ộ C H Ọ C MÔI TRƯỜNG động vật) và sau đó là đánh giá độc tính đối với cơ thể người dựa trên các số liệu thu thập được từ các nghiên cứu trên động vật (OECD, 1981; OECD, 2001; OECD, 2004; OECD, 2005).
Điều kiện tiếp xúc an toàn cho con người được thiết lập trên cơ sở số liệu đầy đủ tương ứng nghiên cứu trên động vật hay số liệu nghiên cứu trên cơ thể người từ các nguồn khác. Phương pháp thiết k ế thí nghiệm (Holĩhũtter H., ỉ997) a) Mục tiêu thí nghiệm Xác định mục tiêu là bước đầu tiên cần thiết cho một thí nghiệm đánh giá độ an toàn của một độc chất nào đó. Mục tiêu của thí nghiệm phải ngắn gọn cụ thể vâh đề cần phải giải quyết. Ví dụ: Xác định lượng thuốc trừ sâu cho phép trên một khối lượng nông sản nhất định.
b) Thu thập thông tin số liệu nền Thu thập thông tin và số liệu nền về tác nhân nghiên cứu để có thể thiết kê' thí nghiệm một cách phù hợp. Các thông tin, số liệu nền thông thường bao gồm: Tính chất hóa học, vật lý của châ't cần nghiên cứu; Các phương pháp phân tích; Biến đổi của châ't đó trong quá trình chếbiêh, xử lý. c) Điểu kiện thí nghiệm Một thiết kế phù hợp của các nghiên cứu phải được thiết kê' thật sát đối với điều kiện tiếp xúc của con người.