MỞ ĐẦU Dioxin là một nhóm các hợp chất hóa học đƣợc đƣa vào danh sách các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (Persistant Organic Pollutant-POP)[39]. Dioxin đƣợc sinh ra một cách không chủ định và tồn tại nhƣ là một sản phẩm phụ của các quá trình hoạt động, sản xuất công nghiệp khi cómặt chấtclo. Do phân tử của các chất dioxin có cấu trúc gồm hai mạch vòng và có sự góp mặt của clo nên chúng rất ổn định và do đócó thểtồn tại một cách bền vững trong môi trƣờng. Mặt khác, các phân tửdioxin đều không phân cực; vì thế, chúng không tan trong nƣớc và các dung dịch điện ly, nhƣng lại tan trong dung môi hữu cơ và trong mỡ.
Đặc trƣng này làm cho dioxin có một tính chất vô cùng nguy hiểm đối với con ngƣời và động vật là khả năng tích tụ sinh học.Nếu dioxin đi vào cơ thể, chúng sẽ không bị bài tiết ra ngoài mà sẽ tích tụ lại trong các mô mỡ và tế bào cơ thể sống gây ra các tác động đến các quá trình sinh hóa của cơ thể. Những gì để lại sau cuộc chiến là sự tồn lƣu của dioxin trong môi trƣờng và đặc biệt ở một số khu vực lƣợng dioxin tồn lƣu trong đất là vô cùng lớn với nồng độ cỡ vài nghìn, vài chục nghìn hay thậm chí là hàng trăm nghìn pg-TEQ/g mẫu. Các khu vực này đã trở thành điểm nóng ô nhiễm nặng dioxin tại Việt Nam. Sân bay Biên Hòa, Đà Nẵng và Phù Cát là những khu vực chịu ảnh hƣởng nặng nề nhất của chất độc hóa học/dioxin.
Đây là những khu vựctrƣớc đây thuộc căn cứ không quân của quân đội Mỹ và đƣợc sử dụng để tập kết, pha trộn, lƣu trữ và chuẩn bị cho phun rải. Đặc biệt tại đâyđã từng xảy ra những vụ rò rỉ lớn các chất độc hóa học ra môi trƣờng gây hậu quả ô nhiễm nghiêm trọng cho đến tận ngày nay. [9] Vấn đề đánh giá, khảo sát và xử lý ô nhiễm dioxin đang là chủ đề thu hút sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học, chính phủ cũng nhƣ nhân dân Việt Nam 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com cùngcộng đồng thế giới. Các hoạt động quan trắc và các hội thảo báo cáo các vấn đề liên quan đến dioxin và nghiên cứu, xử lý dioxin đƣợc duy trì thƣờng niên.
Tại Việt Nam hiện nay,Chính phủ đã triển khai nhiều hoạt độngquan trắc, khảo sát, đánh giá mức độ ô nhiễm và xử lýô nhiễm dioxin tại các khu vực bị ô nhiễm nặng nhằm giảm thiểu các tác động xấu, mức độ ô nhiễm và phục hồi môi trƣờng tại đây.Các hoạt động này đều yêu cầu một nguồn chi phí rất lớn từ Chính phủ và các tổ chức hợp tác Quốc tế. Nhằm mục đích giảm bớt chi phí và hỗ trợ cho công tác khảo sát và đánh giá ô nhiễm dioxin chúng tôi đã tiến hànhnghiên cứu, phát triển và ứng dụng phƣơng pháp phân tích sàng lọc bằng công nghệ sinh học CALUX (Chemically Activated LUciferase eXpression) để xác định nhanh nồng độ các chất dioxin trong đất tại khu vực điểm nóng và nghiên cứu đề xuất phƣơng án xử lý ô nhiễm thích hợp cho từng khu vực. Vì vậy, với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích sàng lọc CALUX trong đánh giá mức độ ô nhiễm dioxin trong môi trường tại một số khu vực ô nhiễm nặng tại Việt Nam và đề xuất giải pháp xử lý ô nhiễm tại khu vực này”, tôi hi vọngcác kết quả đạt đƣợc sẽ đóng góp một phần nhỏ vào lĩnh vực nghiên cứu và xử lý ô nhiễm dioxin tại Việt Nam hiện nay. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN 1.
TỔNG QUAN VỀ DIOXIN VÀ CÁC TÁC ĐỘNG CỦA DIOXIN TỚI SỨC KHOẺ CON NGƢỜI VÀ MÔI TRƢỜNG 1. Khái niệm về Dioxin Các tính chất lý – hóa của dioxin Dioxin đƣợc biết đến nhƣ là tên gọi chung của một nhóm các hợp chất hóa học có cấu tạo chung gồm các nhóm hydrocacbon mạch vòng liên kết với clotồn tại bền vững trong môi trƣờng cũng nhƣ trong cơ thể con ngƣời và các sinh vật khác. Dioxin bao gồm 75 chất đồng loại PCDD (Polyclorodibenzo-p-dioxin) và 135 chất đồng loại PCDF (Polychlorodibenzofuran). Cấu trúc hóa học của các chất dioxin và các hợp chất tiêu biểu về độ độc.
Tùy thuộc vào số nhóm thế clo trong phân tử mà ngƣời ta chia các hợp chất PCDD/PCDF thành 8 nhóm chất nhƣ sau: 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.Các nhóm đồng loại PCDD và PCDF [17] Các đồng loại Số nguyên tử Clo Số đồng phân Kí hiệu Số đồng phân Kí hiệu Monoclo- 2 MCDD 4 MCDF Diclo- 10 DCDD 16 DCDF Triclo- 14 TrCDD 28 TrCDF Tetraclo- 22 TCDD 38 TCDF Pentaclo- 14 PeCDD 28 PeCDF Hexaclo- 10 HxCDD 16 HxCDF Heptaclo- 2 HpCDD 4 HpCDF Octaclo- 1 OCDD 1 OCDF Tổng số 75 135 Các chất dioxin là những hợp chất có tính bền vững cao và đƣợc tìm thấy trong không khí, đất, nƣớc, trầm tích, động vật và thức ăn. Độc tính của chúng rất khác nhau tùy vào cấu trúc của mỗi phân tử, các phân tử có độ độc cao là các phân tử chứa nguyên tử clo ở các vị trí thế 2,3,7,8, trong đó bao gồm 7 chất PCDD và 10 chất PCDF. Khái niệm về hệ số độc (Toxicity Equivalency Factor-TEF) của các chất dioxin đƣợc Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đƣa ra, hệ số độcđƣợc xác định dựa trêndựa trên những nghiên cứu vềtác dụng của chất dioxin với cơ thể sống và những biểu hiện xấu do nó gây ra. Chất 2,3,7,8-TCDD là chất đƣợc cho là có độc tính cao nhất đƣợc biết đến và đƣợc quy ra hệ số độc cao nhất là 1, tính độc của các dioxin và các hợp chất liên quan khác đƣợc biểu thị dƣới dạng một phân số của độc tính qui cho TCDD.
4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Giá trị hệ số độc của các PCDD, PCDFtiêu biểu[40] Dioxin TEF(*) Furan TEF(*) 2,3,7,8-TeCDD 1 2,3,7,8-TeCDF 0.0003 (*) giá trị TEF được qui định bởi WHO (2005) Các chất dioxin là các chất không màu, không mùi, có nhiệt độ sôi tƣơng đối cao. Các đồng loại này tồn tại ở trạng thái rắn ở điều kiện bình thƣờng. Một số tính chất chính của các chất dioxin nhƣ sau: áp suất hơi thấp (từ 4,0×10-8 mm Hg đối với 2,3,7,8-TCDD đến 8,2×10-13 mm Hg đối với OCDD);độ tan trong nƣớc rất thấp (19,3 ng/L đối với 2,3,7,8-TCDD);độ tan trong dung môi/ chất béo (log Kow có giá trị từ 5,6 đối với TCDF và 6,1/7,1 đối với TCDD đến 8,2 đối với OCDD); liên kết ƣu tiên với các thành phần hữu cơ trong đất và trầm tích (giá trị log Koc của 2,3,7,8-TCDD trong khoảng 6,4 - 7,6).[17] Đặc tính ƣa mỡ (lipophilic) và kỵ nƣớc (hydrophobic) của dioxin liên quan chặt chẽ đến 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 tính ƣa mỡ của dioxin làm cho nó có khả năng tích lũy trong các mô mỡ của cơ thể với thời gian bán hủy từ 7- 12 năm. Chúng cũng đồng thời đƣợc tích lũy sinh học trong các cơ thể động vật là 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nguồn thực phẩm cho con ngƣời. Trong môi trƣờng, thời gian bán hủy của các hợp chất dioxin trong các lớp đất bề mặt và sâu hơn dƣới bề mặt khoảng 9 - 12 và 25 - 100 năm và trong trầm tích thời gian bán hủy lên tới hàng trăm năm.[10] Dioxin rất bền vững, không bị phân huỷ bởi các axít mạnh, kiềm mạnh, các chất oxy hoá mạnh khi không có chất xúc tác ngay ở cả nhiệt độ cao. Dioxin không bị thuỷ phân trong nƣớc ở điều kiện bình thƣờng.
Dioxin có nhiệt độ nóng chảy khá cao, nhiệt độ sôi của 2,3,7,8-TCDD lên tới 412oC, các quá trình cháy tạo dioxin cũng xảy ra ở khoảng nhiệt độ khá cao. Nhiệt độ 750 - 900oC vẫn là khoảng nhiệt độ tạo thành 2,3,7,8-TCDD; ngay cả ở nhiệt độ 1200oC, quá trình phân huỷ dioxin vẫn là quá trình thuận nghịch. Dioxin chỉ bị phân huỷ hoàn toàn ở khoảng nhiệt độ 1200 - 1400oC và cao hơn.[17] Dioxin có thể xâm nhập vào cơ thể thông qua các con đƣờng hô hấp, tiêu hóa và qua da. Trong đó, các kết quả nghiên cứu trên động vật thực nghiệm cho thấy dioxin xâm nhập qua đƣờng tiêu hóa tốt hơn qua da.
Khả năng xâm nhập của dioxin qua đƣờng hô hấp có thể ngang với qua đƣờng tiêu hóa. Khả năng xâm nhập của dioxin vào cơ thể phụ thuộc vào cấu trúc của chúng, trong đó chất 2,3,7,8-TCDD là có khả năng xâm nhập cao hơn so với các đồng loại khác.[10] Đặc tính sinh học của dioxin Hiện nay vẫn chƣacó bằng chứng rõ ràng về cơ chế gây độc của các chất dioxin. Mặc dù vậy, nhiều ý kiến nhất trí rằng thụ thể hydrocarbon thơm (aryl hydrocarbon receptor-AhR) đóng một vai trò trung gian trong cơ chế tác động của dioxin đối với cơ thể sống. AhR là một protein đóng vai trò nhân tố phiên mã (transcription factor) tham gia vào quá trình điều hoà các đáp ứng sinh học đối với hydrocarbon thơm.
Thụ thể AhR khi đƣợc hoạt hoá bởi hydrocarbon thơm sẽ kích hoạt quá trình biểu hiện gen và sinh tổng hợp các enzym nhóm cytochrom P450, đây là các enzym tham gia trong quá trình chuyển hoá chất ngoại lai nhƣ hydrocarbon thơm. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com AhR có khả năng liên kết với các phối tử ngoại lai nhƣ các hợp chất tự nhiên nhóm flavonoid, polyphenolic và indol, cũng nhƣ các hydrocarbon thơm tổng hợp và các chất tƣơng tự dioxin. Bình thƣờng AhR không liên kết với phối tử đƣợc giữ trong tế bào chất dƣới dạng một phức hợp protein ở trạng thái không hoạt động, gắn với một vài chaperon bao gồm cặp protein sock nhiệt 90 kDa (Hsp90) và protein XAP2. Hsp90 có tác dụng giữ thụ thể trong một cấu dạng cho phép liên kết với phối tử.
Ngoài ra nó ổn định thụ thể khi có shock nhiệt, bảo vệ thụ thể khỏi sự thuỷ phân và đặc biệt là ngăn sự liên kết sớm với ARNT. XAP2 đóng vai trò ngăn chặn sự vận chuyển AhR chƣa liên kết phối tử vào trong nhân bằng cách che chắn chuỗi amino axit định vị nhân trên AhR. Sau khi liên kết với phối tử nhƣ dioxin, chaperon XAP2 tách ra khỏi phức hợp dẫn đến việc AhR dịch chuyển qua màng nhân. Khi đã ở trong nhân, cặp Hsp90 đƣợc giải phóng, cho phép AhR dimer hoá với thể vận chuyển AhR trong nhân (ARNT).