CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. D ox n và các ợp c ất t n tự d ox n Dioxin và các hợp chất tƣơng tự (dioxins and related compounds - DRCs) là một nhóm bao gồm hàng trăm chất thuộc nhóm các chất hữu cơ tồn tại bền vững và gây ô nhiễm (Persistent Organic Pollutants - POPs). Hiện nay thuật ngữ dioxin đƣợc hiểu là gồm 3 nhóm hợp chất: Polychlorinated dibenzo-p-dioxin (PCDDs), polychlorinated dibenzofuran (PCDFs, hoặc furan) và các polychlorinated biphenyl đồng phẳng (coplanar PCB hay dioxin- like PCBs, dl-PCBs) [8]. Chất da cam là một hỗn hợp gồm 2 loại thuốc diệt cỏ 2,4 - D và 2,4,5 - T đƣợc pha với tỷ lệ 50/50.
Chất da cam có số lƣợng lớn nhất (47/80 triệu lít) trong số các chất diệt cỏ do quân đội Mỹ sử dụng trong chiến tranh ở miền Nam Việt Nam. Chất da cam chứa một lƣợng tạp chất dioxin rất cao, trung bình là 10 mg trong 1 kg (10 ppm) [1], [9], [10]. Dƣới cái tên chung “dioxin” thƣờng đƣợc hiểu là hai nhóm chất dioxin và furan gồm: + 75 chất đồng loại (congener) của poly chloro dibenzo-p-dioxin (PCDD), tùy thuộc vào số lƣợng nguyên tử clo chứa trong phân tử, chia ra tám nhóm đồng phân (isomer) [8]. + 135 chất đồng loại của polychloro-dibenzo-furan (PCDF).
Tƣơng tự nhƣ PCDD, PCDF cũng chia ra tám nh m đồng phân. Không phải tất cả các đồng loại của dioxin và furan đều độc. Chỉ có những chất mà trong phân tử của nó chứa 4 nguyên tử clo ở các vị trí 2,3,7,8 là c độc tính. Trong 75 chất của PCDD có 7 chất độc, trong 135 chất của PCDF có 10 chất độc và trong 209 chất PCB có 12 chất theo qui định của Tổ chức Y tế thế giới là những chất độc tƣơng tự dioxin, tổng cộng là 29 chất dioxin và tƣơng tự dioxin c tính độc [11], [12].
Theo thang phân loại độc chất thì dioxin là loại chất siêu độc mà loài ngƣời đã từng biết đến. IARC xếp dioxin vào nh m độc loại 1, nh m gây ung thƣ dẫn đến tử vong đối với ngƣời. Trong các đồng phân của PCDD, thì 7 đồng phân có 4 Clo ở vị trí 2,3,7,8 c tính độc, độc nhất là đồng phân có 4 nguyên tử Clo ở các vị trí 2,3,7,8 (2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin), viết tắt là 2,3,7,8-TCDD. Độ độc của các PCDD, PCDF và PCB giống dioxin đƣợc biểu thị dƣới dạng một hệ số TEF, đƣợc tính theo chất độc nhất là 2,3,7,8-TCDD đƣợc quy định là 1 (theo WHO, cả 1,2,3,7,8 - penta CDD, có 5 nguyên tử Clo, cũng c TEF là 1).
Trong các đồng phân độc của PCDD, hệ số này nhỏ dần cho đến 0,0001 đối với octa – CDD [12].1:Cấu trúc của TCDD *Nguồn: Văn p òn Ban chỉ đạo Quốc gia khắc phục hậu quả chất độc hóa học do Mỹ sử dụng trong chiến tranh Việt Nam [12]. Trong bản báo cáo của Cục Bảo vệ Môi trƣờng Hoa Kỳ (US.EPA) năm 1994, dioxin đƣợc miêu tả nhƣ là một tác nhân đe doạ nguy hiểm đối với sức khoẻ cộng đồng. Cũng theo US.EPA, không có mức độ phơi nhiễm dioxin nào đƣợc coi là an toàn [10]. Tuy nhiên, trên thực tế, con ngƣời thƣờng phơi nhiễm với một hỗn hợp gồm nhiều chất dioxin khác nhau.
Vì vậy, mức độ độc của hỗn hợp các chất dioxin đƣợc đánh giá thông qua chỉ số tổng đƣơng lƣợng độc TEQs theo WHO [13]: n TEQ = ∑ (Ci x TEFi) i=1 Trong đ : - TEQ là tổng đƣơng lƣợng độc. - Ci là nồng độ của mỗi chất trong hỗn hợp các chất Dioxin. -TEF là đƣơng lƣợng độc của từng chất trong hỗn hợp các chất Dioxin. Các giá trị TEF của WHO trong đánh giá rủi ro đối với con ngƣời trên cơ sở các kết luận tại hội nghị ở Stockholm, Thụy Điển, từ ngày 15 đến 18 tháng 6 năm 1997 Chất đồng dạng Giá trị TEF Chất đồng dạng Giá trị TEF Dibenzo-p-dioxins „D ox n-l ke‟ PCBs Non-ortho (PCDDs) PCBs + Mono-ortho PCBs 2,3,7,8-TCDD 1 1,2,3,7,8-PeCDD 1 Non-ortho PCBs 1,2,3,4,7,8-HxCDD 0,1 PCB 77 0,0001 1,2,3,6,7,8-HxCDD 0,1 PCB 81 0,0001 1,2,3,7,8,9-HxCDD 0,1 PCB 126 0,1 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 0,01 OCDD 0,0001 PCB 169 0,01 Dibenzofurans (PCDFs) Mono-ortho PCBs 2,3,7,8-TCDF 0,1 PCB 105 0,0001 1,2,3,7,8-PeCDF 0,05 PCB 114 0,0005 2,3,4,7,8-PeCDF 0,5 1,2,3,4,7,8-HxCDF 0,1 PCB 118 0,0001 1,2,3,7,8,9-HxCDF 0,1 PCB 156 0,0005 2,3,4,6,7,8-HxCDF 0,1 PCB 157 0,0005 1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 0,01 PCB 167 0,00001 1,2,3,4,7,8,9-HpCDF 0,01 OCDF 0,0001 PCB 189 0,0001 Các từ viết tắt: „T‟ = tetra; „Pe‟ = penta; „Hx‟ = hexa; „Hp‟ = hepta; „O‟ = octa; „CDD‟ = chlorodibenzodioxin; „CDF‟ = chlorodibenzofuran; „C ‟ = chlorobiphenyl.
*Nguồn: Van den Berg M. và cộng sự (2006) [13] 6 Bảng 1.2: Một số tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế thế giới về tổng đƣơng lƣợng độc của dioxin Tiêu chuẩn Năm Đ n vị Ýn ĩa tính Cách tính TEQ khi: các chất đồng loại không WHO(1998)-PCDD/F TEQ 1998 pg/g lipid phát hiện đƣợc thì excl. LOQ [a] (pg/g) nồng độ sẽquy bằng không. Cách tính TEQ khi: các chất đồng loại không WHO(1998)-PCDD/F TEQ 1998 pg/g lipid phát hiện đƣợc thì incl.
1/2 LOQ [b] (pg/g) nồng độ sẽ quy bằng 1/2 giá trị của LOQ. Cách tính TEQ khi: các chất đồng loại không WHO(1998)-PCDD/F TEQ 1998 pg/g lipid phát hiện đƣợc thì incl. LOQ [c] (pg/g) nồng độ sẽ quy bằng giá trị LOQ. Cách tính TEQ khi: các chất đồng loại không WHO(2005)-PCDD/F TEQ 2005 pg/g lipid phát hiện đƣợc thì excl.
LOQ [a] (pg/g) nồng độ sẽ quy bằng không. Cách tính TEQ khi: các chất đồng loại không WHO(2005)-PCDD/F TEQ 2005 pg/g lipid phát hiện đƣợc thì incl. 1/2 LOQ [b] (pg/g) nồng độ sẽ quy bằng 1/2 giá trị của LOQ Cách tính TEQ khi: các chất đồng loại không WHO(2005)-PCDD/F TEQ 2005 pg/g lipid phát hiện đƣợc thì incl. LOQ [c] (pg/g) nồng độ sẽ quy bằng giá trị LOQ Ghi chú: Năm 2005, bảng giá trị TEF c khác (điều chỉnh) so với năm 1998 sau khi đƣợc nghiên cứu lại.
Cách tính TEQ vẫn giống năm 1998. *Nguồn: Van den Berg M. và cộng sự (2006) [13] 7 1. Đặc tín của dioxin Một trong những đặc điểm nổi bật của dioxin là: ái mỡ và kỵ nƣớc, bền vững cao về các phƣơng diện vật lý (nhiệt), hóa học và sinh học.
Ở điều kiện bình thƣờng, chúng đều là những chất rắn, có nhiệt độ nóng chảy khá cao và rất ít tan trong nƣớc. Những tính chất này lý giải sự tồn tại dai dẳng của chúng trong tự nhiêncũng nhƣ trong cơ thể con ngƣời [11], [12]. Thời gian bán hủy của dioxin: Đây là thông số quan trọng để đánh giá độ bền vững của dioxin trong các đối tƣợng khác nhau. Thời gian bán hủy của dioxin là 9 đến 12 năm ở trên lớp đất bề mặt 0,1 cm, ở các lớp đất sâu hơn là 25 cho đến 100 năm.
Thời gian bán hủy trong cơ thể con ngƣời đƣợc đánh giá vào khoảng khá rộng, tùy thuộc vào các đồng phân. Đối với PCDD, từ 5 đến 12,2 năm, PCDF từ 1,4 đến 9,7 năm [11], [12]. C c ế tác độn của d ox n đố vớ con n ờ Theo Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR) và US.EPA thì hơn 90% lƣợng các PCDD, PCDF và các PC đƣợc hấp thu hàng ngày qua đƣờng tiêu hóa từ thực phẩm. Nhƣ vậy, con đƣờng chính để dioxin xâm nhập vào cơ thể con ngƣời là đƣờng thực phẩm (đặc biệt là những thức ăn c nguồn gốc từ động vật).
Khi ăn uống những thực phẩm nhiễm dioxin, cơ thể tích lũy một lƣợng lớn dioxin, tập trung chủ yếu ở mô mỡ và gan - những nơi nhạy cảm nhất [12]. Dioxin di chuyển theo sự tuần hoàn của máu. Song thời gian trong máu không lâu, vì dioxin là loại hợp chất ái mỡ, rất ít tan trong nƣớc. Do đƣợc tích lũy chủ yếu trong các mô mỡ, ngƣời càng béo khả năng tích lũy dioxin càng lớn [14], [15].
Với sự tiến bộ vƣợt bậc của sinh học phân tử, các nhà khoa học đã làm sáng tỏ nhiều vấn đề về cơ chế tác động ở mức phân tử của các ảnh hƣởng trực tiếp cũng nhƣ những hậu quả lâu dài của dioxin đối với cấu trúc và chức năng của các gen cũng nhƣ các protein, enzym. Các tác động này bao gồm: 8 Sự rối loạn chức năng các gen: Dioxin tác động trực tiếp lên tế bào chủ yếu thông qua một protein có tên là AhR. Ngoài ra có thể có những cơ chế tác động khác. Cơ chế tác động thông qua AhR đã đƣợc nhiều nhà khoa học nghiên cứu và đƣợc thừa nhận.
Khi tiếp xúc với dioxin, trong tế bào diễn ra sự tăng cƣờng gen mã hóa AhR kèm theo các rối loạn biểu hiện của hàng loạt gen tham gia vào quá trình điều khiển sự sinh trƣởng tế bào cũng nhƣ các gen tham gia vào chu trình phân bào. Bên cạnh sự rối loạn chức năng các gen, dioxin còn gây ra sự đột biến do độc gen - genotoxicity. Chƣa c nhiều bằng chứng về đột biến gen trên ngƣời, xong các nghiên cứu trên chuột cho thấy, khi xâm nhập tế bào, dioxin có thể chuyển hóa, tƣơng tác với các protein-enzym và gen khác, gây nên các biến đổi DNA, dẫn đến các đột biến, thậm chí tử vong. Dioxin liên kết không thuận nghịchvới protein tan đƣợc gọi là Ah receptor (AhR: Aryl hoặc Aromatic hydrocarbon Receptor) có trong tế bào: Dioxin + AhR → Phức Dioxin * AhR (1) Quá trình này là khâu cơ bản trong cơ chế tác động của dioxin, độ độc càng cao thì mối liên kết Dioxin*AhR càng bền vững [11].
Tiếp tục đi sâu vào tế bào, thông qua phức Dioxin*AhR, dioxin liên kết với một loại protein khác Arnt (Ar nuclear translocator) [16], [17]. Dioxin * AhR + Arnt →Dioxin * AhR * Arnt (2) Với phức này, dioxin vào nhân tế bào và liên kết với ADN là loại vật chất mang thông tin di truyền gây ra các tác động sinh học: Dioxin * AhR * Arnt + ADN →Các tác động sinh học (3) Các tác động sinh học bắt đầu thể hiện khi nồng độ của phức hợp Dioxin*Ah-R đạt tới một mức xác định. Không chỉ có Ah-R, protein Arnt mà cả các loại protein khác cũng bị lôi cuốn vào quá trình tƣơng tác với dioxin, gây ra sự biến dạng của phức Dioxin*Ah-R*Arnt. Chúng đƣợc mã hóa bằng các gen khác nhau đối với các cá thể khác nhau.
Vì vậy, tác động của dioxin rất đa dạng 9 và không giống nhau đối với từng cá thể c cơ địa khác nhau. Cá nhân này có thể bị cloracne, cá thể khác bị suy giảm miễn dịch, hoặc rối loạn hệ thống hormone, hoặc có thể bị tất cả các tác động này… Một trong các loại gen đƣợc nghiên cứu khá kỹ là Cytochrom P450A1 (CYP1A1). Cơ chế nhiễm độc trình bầy trên đây đƣợc mô tả trong hình sau: Hình 1. Cơ chế tác động của dioxin lên tế bào *Nguồn: Denison M.