phần mở đầu: 05 trang; Chƣơng 1: Tổng quan dài 41 trang, có 07 bảng và 12 hình; Chƣơng 2: Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu dài 19 trang, có 09 bảng và 03 hình; Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận dài 48 trang, có 22 bảng và 09 hình; Kết luận: 01 trang. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1. GIỚI THIỆU VỀ DIOXIN VÀ FURAN 1. Tính chất vật lý và hóa học của dioxin và furan Các chất ô nhiễm hữu cơ chậm phân hủy (Persistent Organic Pollutants – POPs) là các hợp chất hữu cơ tồn tại tự nhiên và do con ngƣời tạo ra, các hợp chất này có tính chất chung là ít bị phân hủy quang, phân hủy hóa học và sinh học trong môi trƣờng [17, 36].
Các hợp chất này ít tan trong nƣớc nhƣng lại có ái lực cao với lipit, và với độc tính vốn có chúng dễ dàng tích lũy sinh học và gây ảnh hƣởng tới sinh vật và con ngƣời. Theo nghĩa hẹp hơn, thuật ngữ POPs dùng để chỉ 12 nhóm chất ban đầu trong Công ƣớc Stockholm về các chất ô nhiễm hữu cơ chậm phân hủy do Chƣơng trình Môi trƣờng Liên hiệp quốc (UNEP) xây dựng nhằm giảm thiểu việc sản xuất, sử dụng và thải bỏ các chất POPs. Trong 12 chất/nhóm chất POPs đầu tiên đƣợc đƣa vào Công ƣớc gồm có 10 chất là các sản phẩm hóa chất do con ngƣời chủ định tạo ra, bao gồm aldrin, dieldrin, diclodiphenytricloetan (DDT), endrin, clordan, hexaclobenzen (HCB), mirex, toxaphen, heptaclo, và policlo biphenyl (PCB). Hai nhóm chất POP đƣợc hình thành không chủ định (Unintentionally POP – UPOP) là policlo dibenzo-p-dioxin (PCDD) và policlo dibenzofuran (PCDF).
Do đó, thuật ngữ U-POP thƣờng đƣợc dùng để nói đến dioxin và furan, các chất đƣợc hình thành nhƣ là các sản phẩm phụ không mong muốn trong một số hoạt động công nghiệp và quá trình đốt cháy [31, 70].1: Cấu trúc hóa học của dioxin và furan Thuật ngữ “dioxin và furan” cũng thƣờng đƣợc dùng để chỉ 75 đồng loại (congener) của dioxin (PCDD) và 135 đồng loại của furan (PCDF). Cấu trúc hóa 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com học của dioxin gồm 3 vòng ête tồn tại 2 mặt phẳng với 8 vị trí thế clo hóa ở các nguyên tử cacbon từ 1 đến 4 và từ 6 đến 9 (Hình 1. Nhƣ vậy có tổng cộng 210 đồng loại và 8 nhóm đồng phân (isomer) của dioxin và furan (Bảng 1. Trong đó 17 đồng loại có nguyên tử clo nằm ở các vị trí 2,3,7,8 là có cấu trúc đồng phẳng, và chính cấu trúc này đã tạo nên độc tính của dioxin.
Các nghiên cứu từ những năm 1970 về dioxin và furan đều tập trung vào đồng loại 2,3,7,8-TCDD, là đồng loại độc nhất và đặc trƣng nhất. Sau này, khi nói tới dioxin là nói tới cả 17 đồng loại độc có ít nhất 4 nguyên tử clo nằm ở các vị trí thế 2,3,7,8. Số lƣợng các đồng phân và công thức phân tử của các chất dioxin và furan đƣợc chỉ ra ở Bảng 1.1: Số lƣợng các đồng loại và kí tự viết tắt của dioxin và furan Số lƣợng các đồng phân Số lƣợng nguyên tử Dibenzo-p- Viết tắt Dibenzofuran Viết tắt clo trong các đồng dioxin (PCDF) loại (PCDD) Monoclo- 2 MoCDD 4 MoCF Diclo- 10 DiCDD 16 DiCDF Triclo- 14 TrCDD 28 TrCDF Tetraclo- 22 TeCDD 38 TeCDF Pentaclo- 14 PeCDD 28 PeCDF Hexaclo- 10 HxCDD 16 HxCDF Heptaclo- 2 HpCDD 4 HpCDF Octaclo- 1 OCDD 1 OCDF Tổng cộng 75 135 Ở điều kiện môi trƣờng, tất cả các đồng loại của dioxin và furan đều là những chất hữu cơ tồn tại ở trạng thái rắn, có nhiệt độ nóng chảy khá cao, áp suất hơi rất thấp và rất ít tan trong nƣớc. Nhiệt độ sôi của 2,3,7,8-TCDD, chất độc nhất trong các dioxin, đƣợc đánh giá vào khoảng 412,2oC [17].
7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điểm nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của dioxin là khá cao, do đó các quá trình cháy tạo dioxin cũng xảy ra ở khoảng nhiệt độ khá cao. Ở nhiệt độ 750-900oC vẫn có thể tạo thành 2,3,7,8-TCDD, và thậm chí ngay cả ở nhiệt độ 1200oC, quá trình phân hủy dioxin vẫn là quá trình thuận nghịch, dioxin chỉ bị phân hủy hoàn toàn ở trong khoảng nhiệt độ 1200-1400oC và cao hơn [17, 36]. Tính chất hóa học đặc trƣng nhất vủa dioxin và furan là ái mỡ (lipophilic) và hầu nhƣ kị nƣớc (hydrophobic). Tính chất này có liên quan chặt chẽ với độ bền vững của chúng trong cơ thể sống cũng nhƣ trong tự nhiên và sự phân bố của chúng trong các cơ quan của cơ thể, đặc biệt là các mô mỡ.
Dioxin rất bền vững về mặt hóa học, không bị phân hủy dƣới tác dụng của các axit mạnh, kiềm mạnh, các chất oxy hóa mạnh khi không có chất xúc tác ngay cả ở nhiệt độ cao [36]. thời gian bán hủy (haft-life time) của dioxin trong lớp đất bề mặt ở độ dày 1 mm là từ 9 đến 15 năm, trong khi đó ở độ sâu dƣới 1 mm thì thời gian bán hủy lên tới 25 đến 100 năm [57]. Một số tính chất vật lý và hóa học của dioxin và furan đƣợc trình bày trong Bảng 1.2: Một số tính chất vật lý và hóa học của dioxin và furan Áp suất hơi Độ tan Nhóm đồng loại (mm Hg, 25oC) Log KOW (mg/L, 25oC) TCDD 8,1 x 10-7 6,4 3,5 x 10-4 PeCDD 7,3 x 10-10 6,6 1,2 x 10-4 HxCDD 5,9 x 10-11 7,3 4,4 x 10-6 HpCDD 3,2 x 10-11 8,0 2,4 x 10-6 OCDD 8,3 x 10-13 8,2 7,4 x 10-8 TCDF 2,5 x 10-8 6,2 4,2 x 10-4 PeCDF 2,7 x 10-9 6,4 2,4 x 10-4 HxCDF 2,8 x 10-10 7,0 1,3 x 10-5 HpCDF 9,9 x 10-11 7,9 1,4 x 10-6 OCDF 3,8 x 10-12 8,8 1,4 x 10-6 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Độc tính của dioxin và furan Các nghiên cứu đƣợc thực hiện trong nhiều thập kỷ qua về độc tính của dioxin và furan đã chỉ ra rằng 17 đồng loại có clo ở các vị trí thế 2,3,7,8 là các chất độc đối với môi trƣờng, sinh vật và con ngƣời [17, 18].
Thêm vào đó, do tính chất bền vững, dioxin tồn tại rất lâu trong cơ thể động vật và gây ra sự tích lũy làm gia tăng nồng độ theo thời gian. Khi đạt đến một khoảng nồng độ nhất định, dioxin sẽ bắt đầu kìm hãm sự hoạt động bình thƣờng của các cơ quan chức năng và gây hại tới sự phát triển của sinh vật. Đồng loại 2,3,7,8-Tetraclodibenzo-p-dioxin (2,3,7,8- TCDD) là đồng loại độc nhất, và đƣợc nghiên cứu nhiều nhất [17, 56, 57, 90]. Các dấu hiệu và triệu chứng ngộ độc với các hóa chất có chứa 2,3,7,8-TCDD ở ngƣời cũng đƣợc quan sát thấy trên động vật thí nghiệm.
Các kết quả thử nghiệm trên động vật thí nghiệm cho thấy biểu hiện độc tính của dioxin nhƣ: gây độc cho gan (tính độc hại gan); giảm khả năng bảo vệ của hệ thống miễn dịch (kháng độc tố); hình thành và phát triển của bệnh ung thƣ (ung thƣ); phát triển bào thai bất thƣờng (gây quái thai); phát triển và tái sản xuất của độc tính; da khuyết tật (chứng ban clo và tăng sắc tố da); các ảnh hƣởng đa dạng về hormone và các yếu tố tăng trƣởng; và quá trình chuyển hóa các hoạt động enzyme (làm tăng nguy cơ quá trình chuyển hóa chất độc để tạo ra những chất khác trong đó có nhiều ảnh hƣởng sinh học) [17, 36]. Cơ chế phân tử của dioxin tác động lên tế bào của ngƣời và động vật đã đƣợc nghiên cứu trong nhiều thập kỷ và đã thống nhất về cơ bản, tuy vẫn còn một số tranh cãi về chi tiết. Dioxin gây độc tế bào thông qua một thụ thể chuyên biệt cho các hydratcacbon thơm có tên là AhR (Aryl hydrocarbon Receptor), một dạng thụ thể nhân thơm có mặt ở tất cả các mô động vật có vú và con ngƣời. AhR cũng tạo phức hợp bền với các đồng loại 2,3,7,8-TCDF; 1,2,3,7,8-PeCDF và 2,3,4,7,8- PeCDF tƣơng tự nhƣ đối với 2,3,7,8-TCDD.
Tuy nhiên, phức hợp này cũng yếu đi khi số nguyên tử clo tăng lên, điều này lý giải tại sao độ độc của các đồng loại có thế clo càng lớn thì độ độc càng giảm [17]. Bằng chứng khoa học hiện nay cho thấy hầu hết độc tính sinh học của 2,3,7,8-TCDD và các chất dioxin và furan khác là do sự kết hợp ban đầu với AhR. Sự kết hợp giữa 2,3,7,8-TCDD với AhR tạo ra phức 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hợp 2,3,7,8-TCDD - AhR, sau đó phức hợp này sẽ kế hợp với protein vận chuyển ArnT (AhR nuclear Translocator) để xâm nhập vào trong nhân tế bào. Tại đây dioxin sẽ gây đóng mở một số gen giải độc quan trọng của tế bào nhƣ CYP1A (cytochrome P450 1A1) và CYP1A2 (cytochrome P450 1A1) [17, 59].
Đồng thời, một số thí nghiệm trên chuột cho thấy dioxin làm tăng nồng độ các gốc ion tự do trong tế bào. Điều này, có thể là làm phá huỷ các cấu trúc tế bào, các protein quan trọng và quan trọng hơn cả, nó có thể gây đột biến trên phân tử DNA, dẫn tới các chứng bệnh liên quan là ung thƣ, bệnh di truyền và quái thai. Báo cáo của nhóm nghiên cứu cho Cơ quan quốc tế nghiên cứu về ung thƣ (IARC, Lyon, Pháp) cũng đã phân loại 2,3,7,8-TCDD là chấy gây nên nhiều bệnh ung thƣ ở động vật cũng nhƣ con ngƣời [39, 52]. Đánh giá rủi ro và tiếp cận hệ số độc Những đánh giá rủi ro sức khỏe đầu tiên về dioxin và furan hầu hết tập trung vào chất độc nhất là 2,3,7,8-TCDD.
Tuy nhiên, thực tế cho thấy dioxin và furan thƣờng tồn tại trong môi trƣờng và sinh vật ở dạng hỗn hợp gồm nhiều đồng loại, trong đó có cả các đồng loại khác có thế clo ở vị trí 2,3,7,8. Điều này dẫn tới cần phải có một phƣơng pháp tiếp cận trong đánh giá rủi ro của dioxin và furan. Năm 1984, Bộ Môi trƣờng bang Ontario (OME, Canada) đã đề nghị rằng để đánh giá rủi ro sức khỏe do phơi nhiễm hỗn hợp các chất dioxin và furan cần dựa vào 2,3,7,8- TCDD nhƣ là chất độc nhất để tham chiếu [58]. Theo đề nghị đó, Cơ quan bảo vệ Môi trƣờng Mỹ (U.
Environmental Protection Agency – US EPA) cũng đã kết luận rằng hệ số độc tƣơng đƣơng (Toxicity Equivalency Factors – TEFs) là tiếp cận khoa học tốt nhất hiện có để đánh giá rủi ro liên quan đến hỗn hợp dioxin và furan. EPA đã đề xuất hệ số độc cho từng đồng loại của dioxin và furan. Hệ số độc tƣơng đƣơng của từng đồng loại của dioxin và furan đƣợc xây dựng dựa trên các thí nghiệm với thụ thể AhR và các nghiên cứu hóa sinh và độc học trong phòng thí nghiệm và trên cơ thể sống (in vitro và in vivo).