Luận văn thạc sĩ xác định hệ số tích tụ pb và cd của cá rô phi oreochromis niloticus cá trôi labeo rohita và cá chép cyprinus carpio nuôi trong phòng thí nghiệm

Luận văn: Nghiên cứu hệ số tích tụ Pb, Cd ở cá rô phi, trôi, chép (Oreochromis niloticus, Labeo rohita, Cyprinus carpio) trong điều kiện thí nghiệm.

• Tác giả: Phạm Thị Minh Uyên
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Thu Hà
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Sinh thái học
• Đề tài: Xác Định Hệ Số Tích Tụ Pb Và Cd Của Cá Rô Phi (Oreochromis Niloticus), Cá Trôi (Labeo Rohita) Và Cá Chép (Cyprinus Carpio) Nuôi Trong Phòng Thí Nghiệm
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Trạng thái tự nhiên và hiệu ứng hóa sinh của Chì (Pb) và Cadimi (Cd)
• 1.2. Ảnh hưởng của ô nhiễm chì và cadimi đến con người và quần xã sinh vật thủy sinh
• 1.2.1. Ảnh hưởng của chì và cadimi đến cơ thể con người: [3,6,12]
• 1.2.2. Ảnh hưởng của chì và cadimi đến quần xã thủy sinh vật
• 1.3. Tổng quan một số kết quả nghiên cứu về hàm lượng kim loại nặng trong sinh vật ở Việt Nam
• 1.4. Vai trò của enzim catalaza đối với ô nhiễm kim loại nặng
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu. Thiết kế thí nghiệm
• 2.3. Phân tích hàm lượng kim loại nặng Pb và Cd trong các mẫu cơ cá
• 2.4. Xác định hoạt tính enzim catalaza trong mẫu gan cá
• 2.5. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Sự tích tụ kim loại nặng trong mô thịt cá
• 3.1.1. Sự tích tụ Pb
• 3.1.2. Sự tích tụ Cd
• 3.2. Hoạt tính của Catalaza trong gan cá
• 3.2.1. Trong môi trường nước có Pb
• 3.2.2. Trong môi trường nước có Cd
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• MỞ ĐẦU

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Tích Tụ Pb Cd Ở Cá Rô Phi Trôi Chép

Kim loại nặng, đặc biệt là Chì (Pb) và Cadimi (Cd), được xem là những chất ô nhiễm dai dẳng trong môi trường thủy sinh. Do khả năng tích lũy sinh học cao và tính bền vững trong môi trường, chúng có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe của sinh vật thủy sinh, bao gồm cả các loài cá được sử dụng làm thực phẩm cho con người. Nghiên cứu về sự tích tụ Pb và Cd ở các loài cá như rô phi, trôi và chép là vô cùng quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm, nguy cơ tiềm ẩn cho sức khỏe cộng đồng và đề xuất các biện pháp quản lý phù hợp. Luận văn thạc sĩ của Phạm Thị Minh Uyên (2014) đã đi sâu vào xác định hệ số tích tụ Pb và Cd của ba loài cá này trong điều kiện nuôi phòng thí nghiệm, cung cấp những dữ liệu quan trọng về quá trình tích lũy kim loại nặng và ảnh hưởng của chúng đến hoạt động enzyme của cá. Các nghiên cứu này hầu hết tập trung phân tích và đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong sinh vật sinh sống trong môi trường ô nhiễm, Vì vậy, đề tài “Xác định hệ số tích tụ Pb và Cd của cá Rô phi (Oreochromis niloticus), cá Trôi (Labeo rohita) và cá Chép (Cyprinus carpio) nuôi trong phòng thí nghiệm” được thực hiện với mục tiêu như sau: Đánh giá sự tích tụ của chì và cadimi trong thịt cá rô phi, cá trôi và cá chép được nuôi trong môi trường chứa kim loại ở các nồng độ khác nhau. Đánh giá sự ảnh hưởng của môi trường có kim loại nặng đến hoạt tính của enzim catalaza trong gan cá.

1.1. Trạng Thái Tự Nhiên và Hiệu Ứng Hóa Sinh Của Pb Cd

Chì là kim loại mềm, dễ uốn, có tính chống ăn mòn cao. Trong tự nhiên, chì tồn tại phổ biến trong vỏ trái đất và có thể phát tán vào môi trường từ các hoạt động đốt cháy nhiên liệu, khai thác khoáng sản. Cadimi là kim loại màu trắng bạc, mềm, dễ dát mỏng. Cadimi được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp mạ, luyện kim, sơn, chế tạo đồ nhựa. Cả hai kim loại này đều có thể tồn tại trong nước dưới dạng ion và dễ dàng liên kết với các chất hữu cơ. Chì có độc tính cao và Cadimi cũng là các hợp chất gây ung thư. Vai trò tích cực của chì với cơ thể là rất ít, ngược lại nó là một nguyên tố có độc tính cao với sức khỏe con người và động vật. Chì gây độc cho hệ thần kinh trung ương lẫn hệ thần kinh ngoại biên. Chì có tác động lên hệ enzyme, nhất là enzyme có nhóm hoạt động chứa OH. Người bị nhiễm độc chì có triệu chứng rối loạn một số chức năng cơ thể, thường là rối loạn bộ phận tạo huyết (tủy xương). Tùy theo mức độ nhiễm độc có thể gây các triệu chứng như đau bụng, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp vĩnh viễn, tai biến não, có thể tử vong nếu nhiễm độc nặng. Chì có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường nước uống, không khí bị ô nhiễm, thức ăn động vật và thực vật bị nhiễm chì.

1.2. Ảnh Hưởng Của Ô Nhiễm Pb Cd Tới Sức Khỏe Con Người

Chì và Cadimi xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu qua đường hô hấp, ăn uống và da (khi da bị trầy xước). Nhiễm độc chì có thể gây ra các triệu chứng cấp tính như nôn mửa, đau bụng dữ dội, co giật và tử vong. Trong trường hợp nhiễm độc mãn tính, chì có thể tích lũy trong xương, ảnh hưởng đến hệ thần kinh, gây thiếu máu, rối loạn chức năng thận và phá hủy não. Chì tích tụ trong hồng cầu với hàm lượng cao sẽ liên kết với các ion sắt trong phân tử hemoglobin của hồng cầu làm giảm khả năng vận chuyển O2 của nó. Khi nồng độ chì trong máu cao hơn 0,8mg/l có thể gây hiện tượng thiếu máu. Chì và các hợp chất còn làm giảm tốc độ dẫn truyền xung thần kinh ngay ở nồng độ thấp và khi tích tụ với nồng độ cao chì làm thoái hóa hệ thần kinh. Cadimi gây hiện tượng giòn xương. Nếu tích tụ với hàm lượng lớn gây đau thận, thiếu máu và phá hủy tủy xương. Phần lớn Cd xâm nhập vào cơ thể được giữ lại ở thận một phần được đào thải. Một phần nhỏ được liên kết mạnh với protein của cơ thể thành thionin- kim loại có mặt ở thận và phần còn lại được giữ trong cơ thể, tích tụ lại và gia tăng dần theo thời gian.

II. Thách Thức Nghiên Cứu Tích Tụ Pb Cd Ở Cá Tại Việt Nam

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về kim loại nặng ở Việt Nam, tuy nhiên, số lượng nghiên cứu tập trung vào hệ số tích tụ Pb và Cd ở cá còn hạn chế. Các nghiên cứu hiện tại thường tập trung vào phân tích hàm lượng kim loại nặng trong sinh vật sống trong môi trường ô nhiễm, thiếu các nghiên cứu có kiểm soát trong điều kiện phòng thí nghiệm. Điều này gây khó khăn trong việc đánh giá chính xác khả năng tích lũy kim loại nặng của từng loài cá và ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến quá trình này. Các nghiên cứu này hầu hết tập trung phân tích và đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong sinh vật sinh sống trong môi trường ô nhiễm. Vì vậy, đề tài “Xác định hệ số tích tụ Pb và Cd của cá Rô phi (Oreochromis niloticus), cá Trôi (Labeo rohita) và cá Chép (Cyprinus carpio) nuôi trong phòng thí nghiệm” được thực hiện với mục tiêu như sau: Đánh giá sự tích tụ của chì và cadimi trong thịt cá rô phi, cá trôi và cá chép được nuôi trong môi trường chứa kim loại ở các nồng độ khác nhau. Đánh giá sự ảnh hưởng của môi trường có kim loại nặng đến hoạt tính của enzim catalaza trong gan cá.

2.1. Tổng Quan Kết Quả Nghiên Cứu Về Kim Loại Nặng Ở Việt Nam

Các nghiên cứu về hàm lượng kim loại nặng trong sinh vật ở Việt Nam còn hạn chế, đặc biệt là về hệ số tích lũy Pb và Cd ở cá. TS. Trần Văn Quang và KS. Phan Thị Kim Thủy đã nghiên cứu mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong hồ công viên 29/3 (Đà Nẵng), kết quả cho thấy hàm lượng Pb, Cd, Hg, Cu, As trong động vật thủy sinh vượt quá QCVN 8-2-2011/BYT. Hàm lượng kim loại nặng Cd trong thịt cá nuôi ở Yên Sở và hàm lượng Cu, Hg ở cả hai vùng nghiên cứu vẫn ở mức cho phép của Bộ Y tế (Theo QĐ 46). Tất cả các kim loại khác đều tích tụ quá hàm lượng cho phép của bộ y tế, đặc biệt là kim loại As và Pb, hàm lượng Pb vượt quá tiêu chuẩn cho phép là 12,8 lần ở Đông Mỹ và 12,14 lần ở Yên Sở. Cd trong thịt cá Trôi tại các vùng nghiên cứu đều nằm trong giới hạn cho phép của Bộ Y tế, còn với Pb ở hai vùng nghiên cứu này đều vượt mức cho phép của Bộ Y tế: Ở Đông Mỹ gấp 18,5 lần, còn ở Yên Sở gấp 15,5 lần cho phép.

2.2. Vai Trò Của Enzim Catalaza Đối Với Ô Nhiễm Kim Loại Nặng

Catalaza (CAT) là một enzyme quan trọng trong cơ thể, giúp phân giải H2O2, một chất độc với tế bào. CAT được tìm thấy ở hầu hết các mô, đặc biệt là gan. Khi cơ thể bị stress (ví dụ: ngộ độc kim loại nặng), H2O2 được giải phóng, gây tổn thương tế bào. CAT được huy động để phân hủy H2O2, bảo vệ tế bào. Catalaza phân hủy H2O2 theo các bước sau: Phân tử H2O2 đi vào trung tâm hoạt động của catalaza, tương tác với các vị trí đặc hiệu tại trung tâm và chuyển một nguyên tử Oxi sang liên kết với Fe3+ kết quả tạo thành một phân tử H2O và phức hệ enzim – Fe4+- Oxi. Phức hệ I sau đó lại tiếp tục phản ứng với phân tử H2O2 thứ hai để giải phóng ra một phân tử H2O, một phân tử Oxi (O2) và trả lại dạng Fe3+ ban đầu cho enzim. Catalaza là enzim có họat tính mạnh nhưng bị ức chế bởi các ion kim loại nặng như: Cu2+ , Pb2+ , Hg2+ , Cd. các ion này cạnh tranh liên kết với nhân hem trong trung tâm hoạt động của enzim thay vì với phân tử H2O2 , do đó làm mất hoạt tính của enzyme.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Tích Tụ Pb Cd Ở Cá Rô Phi Trôi Chép

Nghiên cứu của Phạm Thị Minh Uyên sử dụng phương pháp nuôi cá trong phòng thí nghiệm với các nồng độ Pb và Cd khác nhau, dựa trên Quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam về chất lượng nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT). Ba loài cá được nghiên cứu là rô phi, trôi và chép. Cá được nuôi trong môi trường có kim loại nặng trong 60 ngày, sau đó thu mẫu phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mô thịt và hoạt tính enzyme catalaza trong gan. Nghiên cứu của tác giả mang tính thiết thực, cung cấp những cơ sở khoa học cần thiết để đánh giá đúng thực trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước, nhất là ở các khu vực nuôi trồng thủy sản và có các biện pháp phù hợp để bảo vệ nguồn lợi thủy sản và sức khỏe cộng đồng.

3.1. Đối Tượng Nghiên Cứu và Thiết Kế Thí Nghiệm

Nghiên cứu sử dụng ba loài cá phổ biến là rô phi (Oreochromis niloticus), trôi (Labeo rohita) và chép (Cyprinus carpio), được mua từ Viện nghiên cứu thủy sản 1. Cá được nuôi trong phòng thí nghiệm, sau giai đoạn phục hồi sức khỏe, được đưa vào các bể có nồng độ Pb và Cd khác nhau (0; 0,02; 0,05; 0,2 mg/l Pb và 0; 0,005; 0,01; 0,05 mg/l Cd). Mật độ cá nuôi là 40-45 con/100 lít, cho ăn 2 lần/ngày và thay nước 2 ngày/lần. Nồng độ Pb và Cd được thiết kế như sau: bể đối chứng, bể thí nghiệm 1 (0,02mg/l Pb, 0,005mg/l Cd), bể thí nghiệm 2 (0,05mg/l Pb, 0,01mg/l Cd), bể thí nghiệm 3 (0,20mg/l Pb, 0,05mg/l Cd).

3.2. Phương Pháp Phân Tích Hàm Lượng Kim Loại Nặng và Enzim CAT

Hàm lượng Pb và Cd trong mẫu cơ cá được phân tích dựa trên phương pháp của Gerstmann và Frank, cải tiến bởi Ngô Thị Thúy Hường (2010). Mẫu được phá bằng axit, sau đó đo bằng máy ICP-MS tại Viện Địa chất, Viện khoa học và công nghệ Việt Nam. Hoạt tính enzyme catalaza (CAT) trong mẫu gan cá được xác định bằng phương pháp đo quang phổ. Xác định hoạt tính CAT: Cần 1 mẫu làm mẫu trắng. Đem mẫu trong eppendorf đến máy đo ở cường độ ánh sáng là 240nm đo 9 lần, một phút đọc kết quả một lần. So sánh với mẫu chuẩn để có kết quả cuối cùng. Với tỉ lệ các chất trong 1 cuvette ở 1 lần đo như sau: Mẫu cho vào(μl) 1X Assay Buffer(μl) UV(μl) Blank 0 500 500 Mẫu 20 480 500. Quan sát sự sụt giảm ở A240 trong 30 giây với chương trình động. Tính toán: Units/ml = ([∆A/min(Blank) – ∆A/min(Sample)] x D x 1)/(V x 0.0436)

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Tích Tụ Pb Cd Trong Mô Cá Thịt

Nghiên cứu của Phạm Thị Minh Uyên đã chỉ ra rằng hàm lượng Pb và Cd trong thịt cá rô phi, trôi và chép có xu hướng tăng theo thời gian phơi nhiễm và nồng độ kim loại trong môi trường. Tuy nhiên, mức độ tích tụ khác nhau giữa các loài cá. Kết quả cũng cho thấy hệ số tích lũy không tăng tỉ lệ thuận theo nồng độ Pb và Cd trong môi trường, điều này có thể do các yếu tố sinh lý của cá và cơ chế điều hòa kim loại trong cơ thể.

4.1. Sự Tích Tụ Pb ở Cá Rô Phi Chép Trôi Theo Thời Gian

Lượng chì tích lũy trong thịt cá ở bể nuôi đối chứng cho thấy sau 60 ngày thí nghiệm thì hàm lượng chì trong thịt cá có sự tăng nhẹ nhưng không có ý nghĩa thống kê. Trong khi đó ở các bể thí nghiệm hàm lượng chì trong thịt cá có sự tăng dần theo thời gian phơi nhiễm. Riêng ở bể thí nghiệm có nồng độ chì 0,05 mg/l vào thời điểm 45 ngày phơi nhiễm hàm lượng chì trong thịt cá có giảm nhẹ so với thời điểm trước đó (30 ngày phơi nhiễm), điều này có thể do chu kì đào thải kim loại. Hàm lượng chì lớn nhất trong thịt cá chép ở tất cả các bể thí nghiệm đều là ở thời điểm sau 60 ngày phơi nhiễm. Riêng ở bể đối chứng cũng có sự tăng nhẹ nhưng không có ý nghĩa thống kê. Ở cá trôi ta thấy sự khác biệt so với hai loài trước, thời gian từ 0 đến 15 ngày đầu hàm lượng chì trong thịt cá trôi hầu như không thay đổi.

4.2. Sự Tích Tụ Cd ở Cá Rô Phi Chép Trôi Theo Thời Gian

Sau 30 ngày phơi nhiễm trở đi cho thấy thịt cá rô phi ở tất cả các bể thí nghiệm 1, 2 và 3 đều có hàm lượng Cd tăng rất mạnh. Sau 30 ngày là thời điểm bắt đầu tích lũy Cd trong thịt cá trôi. Trong đó thời điểm 30 ngày lượng Cd tích lũy tỉ lệ thuận với nồng độ Cd trong bể nuôi. Số liệu hình 10 cho thấy hàm lượng Cd trong thịt cá chép ở bể đối chứng có sự tăng nhẹ, nhưng sự sai khác giữa các đợt phân tích mẫu là không có ý nghĩa. Hàm lượng Cd trong thịt cá ở các bể thí nghiệm với các nồng độ 0,005; 0,01 và 0,05 mgCd/l có sự tăng liên tục theo thời gian. Với bể đối chứng mặc dù không được bổ sung kim loại này nhưng kết quả phân tích ở ngày thứ 15 khá cao thậm chí cao hơn hẳn cả những bể thí nghiệm, điều này có thể do bản thân các cá thể này đã có lượng nhất Cd từ trước khi được nuôi thí nghiệm.

V. Hoạt Tính Enzim Catalaza Ảnh Hưởng Bởi Pb Cd Ra Sao

Nghiên cứu cũng đánh giá ảnh hưởng của Pb và Cd đến hoạt tính enzyme catalaza (CAT) trong gan cá. Kết quả cho thấy hoạt tính CAT có sự thay đổi theo thời gian phơi nhiễm và nồng độ kim loại. Nhìn chung, hoạt tính CAT có xu hướng tăng sau một thời gian phơi nhiễm, cho thấy cơ chế phản ứng của cơ thể cá để chống lại tác động của kim loại nặng. Tuy nhiên, ở nồng độ kim loại quá cao, hoạt tính CAT có thể giảm, cho thấy khả năng giải độc của cơ thể đã bị quá tải.

5.1. Tác Động Của Pb Đến Hoạt Tính Catalaza Ở Cá

Kết quả nghiên cứu cho thấy hoạt tính CAT trong gan cá rô phi sau 15 và 30 ngày phơi nhiễm Pb đều thấp hơn thời điểm trước phơi nhiễm. Sau 45 và 60 ngày phơi nhiếm Pb hoạt tính CAT cao hơn thời điểm trước phơi nhiễm. Khi so sánh hoạt tính CAT của gan cá ở các bể thí nghiệm có nồng độ chì khác nhau thì sự sai khác không có ý nghĩa thống kê. Với cá chép ta thấy qua hai đợt phân tích đầu là thời điểm 15 và 30 ngày thì lượng enzyme chỉ giảm, trừ trường hợp của bể 3 ở đợt phân tích thứ hai hoạt tính CAT có cao hơn so với ngày 0. Kết quả nghiên cứu cho thấy hoạt tính CAT trong gan cá trôi sau 15 và 30 ngày phơi nhiếm thấp hơn rất nhiều lần so với thời điểm 0 ngày trước khi bị phơi nhiễm Pb.

5.2. Tác Động Của Cd Đến Hoạt Tính Catalaza Ở Cá

Qua phần số liệu và đồ thị ta có thể thấy ở cá rô phi CAT được tăng khá sớm ở tất cả các bể nuôi. Sau 15 phơi nhiễm Cd hoạt tính CAT trong gan cá rô phi đã tăng đáng kể so với thời điểm 0 ngày và sau 45 ngày hoạt tính CAT đo được đạt giá trị cao nhất. Sự biến thiên về hoạt tính CAT gần giống như đồ thị hình sin, tăng và giảm luân phiên nhau. Khi so sánh hoạt tính CAT của gan cá giữa các bể thí nghiệm có nồng độ khác nhau thì ta thấy sự sai khác đều không có ý nghĩa thống kê. Trong giai đoạn 15 đến 30 ngày đầu của quá trình nghiên cứu hoạt tính catalaza ít biến động so với thời điểm 0 ngày đầu. Đến thời điểm 45 ngày ta thấy sự thay đổi đáng kể về hoạt tính CAT (với p>0,05) điều này chứng tỏ đây là thời điểm lượng Cd trong cá tích lũy đủ lớn để gây ra hiện tượng stress cho cá nên Catalaza bắt đầu được tổng hợp mạnh trong gan.

VI. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Tích Tụ Pb Cd Tiếp Theo

Nghiên cứu của Phạm Thị Minh Uyên đã cung cấp những bằng chứng quan trọng về khả năng tích lũy Pb và Cd ở cá rô phi, trôi và chép. Kết quả cho thấy các loài cá này có thể tích lũy kim loại nặng đến mức vượt quá tiêu chuẩn cho phép của Bộ Y tế, gây nguy cơ cho sức khỏe người tiêu dùng. Nghiên cứu cũng cho thấy hoạt tính enzyme catalaza có thể được sử dụng như một chỉ thị sinh học để đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường. Cần có thêm nhiều nghiên cứu để hiểu rõ hơn về cơ chế tích lũy kim loại nặng ở cá, ảnh hưởng của các yếu tố môi trường và tác động của kim loại nặng đến sức khỏe của các loài cá khác.

6.1. So Sánh Khả Năng Tích Tụ Pb Cd Giữa Các Loài Cá

Sau 60 ngày phơi nhiễm Pb với 3 nồng độ chì trong môi trường nước khác nhau sự tích tụ Pb ở 3 loài cá là cá chép có lượng Pb tích tụ cao nhất, tiếp theo là cá rô phi và cuối cùng là cá trôi, thứ tự này giống nhau ở cả 3 bể thí nghiệm. Sau 60 ngày nuôi với các nồng độ Cd trong môi trường nước khác nhau thì sự tích tụ Cd trong thịt cá chép ở cả ba bể thí nghiệm đều cao nhất, tiếp theo là cá trôi và cuối cùng là cá rô phi.

6.2. Ứng Dụng Hướng Nghiên Cứu Tương Lai Về Ô Nhiễm KLN

Kết quả nghiên cứu này có thể được sử dụng để đánh giá nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng trong các khu vực nuôi trồng thủy sản, từ đó đề xuất các biện pháp quản lý phù hợp. Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố môi trường (pH, nhiệt độ, độ mặn) đến quá trình tích lũy kim loại nặng ở cá, nghiên cứu cơ chế giải độc của cơ thể cá và tìm kiếm các biện pháp giảm thiểu sự tích tụ kim loại nặng trong cá.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Trạng thái tự nhiên và hiệu ứng hóa sinh của Chì (Pb) và Cadimi (Cd) 1. Chì (Pb) Trạng thái tự nhiên của chì Chì là kim loại có màu trắng bạc và sáng, bề mặt cắt còn tươi của nó xỉn nhanh trong không khí tạo ra màu tối, rất mềm, dễ uốn, nặng và có tính dẫn điện kém so với các kim loại khác. Chì có tính chống ăn mòn cao, vì thuộc tính này nên chì được sử dụng để chứa các chất ăn mòn (như axit sulfuric).

Do tính dễ dát mỏng và chống ăn mòn, chì được sử dụng trong các công trình xây dựng như trong các tấm phủ bên ngoài các tấm lợp. Chì tồn tại khá phổ biến trong tự nhiên, chiếm khoảng 1,6.10-3 % khối lượng vỏ trái đất ứng với khoảng 1,6.10-4 tổng số nguyên tử của vỏ trái đất. Trong khí quyển chì tương đối giàu hơn so với kim loại khác. Nguồn chính của chì phân tán trong không khí xuất phát từ quá trình đốt cháy các nhiên liệu xăng dầu chứa chì.

Chì được trộn thêm dưới dạng Pb(CH3)4 và Pb(C2H5)4 cùng với các chất làm sạch 1,2- dicloetan và 1,2 – đibrommetan. Trong nước, dạng tồn tại của chì là dạng ion Pb2+. Chì trong nước máy có nguồn gốc tự nhiên chiếm tỉ lệ rất ít, chủ yếu là từ đường ống dẫn, các thiết bị tiếp xúc có chứa chì. Vai trò và hiệu ứng sinh hóa của chì Chì được sử dụng để chế tạo pin, acquy chì – axit, hợp kim, thiết bị bảo vệ tia phóng xạ trong lò phản ứng hạt nhân.

lượng lớn chì được dùng để điều chế hợp kim quan trọng: Thiếc hàn chứa 20 – 90% Sn và 80 – 10% Pb, hợp chất chữ in chứa 81% Pb, 15,5%Sb và 3,5% Sn. Hợp kim ổ trục chứa 80% Sn, 12% Sb, 6% Cu và 2% Pb. Hợp chất chì hữu cơ Pb(CH3)4 ; Pb(C2H5)4 một thời gian dài được sử dụng khá phổ biến làm chất phụ gia cho xăng dầu bôi trơn nhưng hiện nay đã được thay thế. Một trong những ảnh hưởng của chì vô cơ là nó ức chế sự tổng hợp hemoglobin dẫn đến bệnh thiếu máu.

Hai enzym của ty thể là delta hoặc anpha – amino levunin axit dehydrogenase (ALAD) và ferochelatase bị làm ức chế hoạt 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] động, điều này dẫn đến kết quả làm giảm sự tổng hợp protoporphyrin ( là phân tử kết hợp với sắt để tạo nhân heme) và làm ức chế sự kết hợp của ion Fe2+ với heme (là phân tử không phải protein, có màu đỏ và mỗi phân tử hemoglobin chứa 4 heme). Việc giảm hem sẽ kích thích sự hoạt động của enzym synthetase(ALAS), là loại enzyme có vai trò trong việc xúc tác quá trình giải phóng năng lượng từ ATP. Sự ức chế hoạt động của ALAD và tăng cương hoạt động của ALAS sẽ dẫn đến kết quả làm tăng mạnh mẽ delta – amino levulin axit (ALA) [21] Vì chì có cấu trúc ion tương tự canxi, do vậy chì được đưa vào các tế bào thần kinh và ty thể (Tổ chức quan trọng cung cấp năng lượng cho tế bào) theo cách thức giống canxi. Sự bắt chước của chì với canxi dẫn đến hai ion này có thể thay thế lẫn nhau trong các tổ chức, điều này làm ảnh hưởng đến các chức năng của tế bào và các quá trình trao đổi chất, nó làm giảm quá trình tổng hợp ATP và dẫn đến xuất hiện nhiều hoạt động khác thường của tế bào.

Chất này đặc biệt nguy hại vì nó làm ảnh hưởng đến sự dẫn truyền xung động của các xynap của nơron thần kinh. [21] Chì hấp thụ tốt tia phóng xạ và tia Ronghen nên được làm tấm bảo vệ khi làm việc với những tia đó. Tường của phòng thí nghiệm phóng xạ được lót bằng gạch chì, mỗi viên gạch thường nặng hơn 10kg. Vai trò tích cực của chì với cơ thể là rất ít, ngược lại nó là một nguyên tố có độc tính cao với sức khỏe con người và động vật.

Chì gây độc cho hệ thần kinh trung ương lẫn hệ thần kinh ngoại biên. Chì có tác động lên hệ enzyme, nhất là enzyme có nhóm hoạt động chứa OH. Người bị nhiễm độc chì có triệu chứng rối loạn một số chức năng cơ thể, thường là rối loạn bộ phận tạo huyết (tủy xương). Tùy theo mức độ nhiễm độc có thể gây các triệu chứng như đau bụng, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp vĩnh viễn, tai biến não, có thể tử vong nếu nhiễm độc nặng.

Chì có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường nước uống, không khí bị ô nhiễm, thức ăn động vật và thực vật bị nhiễm chì. Đặc tính nổi bật của chì khi xâm nhập vào cơ thể là nó ít bị đào thải mà tích tụ theo thời gian đến một mức độ nào đó mới gây độc hại. Xương là nơi tích lũy chì trong cơ thể, nó kìm hãm quá trình chuyển hóa canxi bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua quá trình kìm hãm sự chuyển hóa vitamin D.[3] 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Tác dụng hóa sinh chủ yếu của chì là ảnh hưởng đến hệ thần kinh, tác động đến máu (phá hủy hồng cầu) và quá trình tổng hợp máu. Cản trở việc sử dụng oxi và glucozo để sản xuất năng lượng cho quá trình sống.

Cơ thể nhiễm độc chì có triệu chứng mệt mỏi, chán ăn, đau đầu, chóng mặt, sưng khớp. Sự cản trở này có thể nhận thấy khi nồng độ chì trong máu khoảng 0,3ppm. Ở các nồng độ cao hơn 0,3ppm thì chì có thể gây nên hiện tượng thiếu máu do thiếu hemoglobin và ở khoảng 0,5 – 0,8ppm chì sẽ gây rối loạn chức năng của thận và phá hủy não. [3] Nhiễm độc chì có thể chữa bằng tác nhân chelat có khả năng liên kết mạnh với chì.

Ví dụ phức chelat của canxi trong dung dịch dùng để giải độc cho chì. Pb2+ thế chỗ của Ca2+ trong phức chelat và kết quả là phức chì chelat được tách ra nhanh ở nước tiểu. Cadimi (Cd) Trạng thái tự nhiên của cadimi Cadimi được phát hiện vào năm 1817 bởi nhà khoa học người Đức. Đây là kim loại màu trắng bạc, mềm, dễ dát mỏng và dễ mất ánh kim trong môi trường không khí do tạo màng oxit.

Trong nước, cadimi tồn tại chủ yếu dưới dạng ion hóa trị +2 và rất dễ bị thủy phân trong môi trường kiềm. Trung bình cứ một lít nước biển có chứa 1,1.10-4 mg cadimi ở dạng ion Cd2+. Ngoài dạng hợp chất vô cơ, nó liên kết với các chất hữu cơ, đặc biệt là axit humic tạo thành phức chất và phức chất này có khả năng hấp phụ tốt trên các hạt sa lắng. Vai trò và hiệu ứng sinh hóa của cadimi Cadimi là một nguyên tố tồn tại tự nhiên trong vỏ trái đất và nó tồn tại rải rác trong môi trường, một phần trong vỏ trái đất, cặn lắng ở sông, trong đất, nước biển, nước ngọt, nước ngầm, không khí và thực vật.

Cadimi được sủ dụng trong công nghiệp mạ, luyên kim, sơn, chế tạo đồ nhựa, làm chất ổn định trong công nghiệp chất dẻo, hợp chất của cadimi được sử dụng phổ biến để sản xuất pin và chất bán dẫn như cadimi oxit. Do vậy, nó có trong các loại nước thải của ngành công nghiệp hiện nay. 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Cadimi và hợp chất của nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: cadimi dùng trong công nghiệp mạ để chống ăn mòn, Cadimi sunfit dùng trong công nghiệp chất dẻo, gốm sứ……hay Cadimi stearat còn dùng như một chất làm bền PVC. Cadimi phosphors dùng làm ống trong vô tuyến, làm đèn huỳnh quang, màn chắn tia X, ống phát tia catốt… Cadimi và dung dịch các hợp chất của nó là những chất cực độc, thậm chí với nồng độ cực thấp chúng sẽ tích lũy sinh học trong cơ thể cũng như trong hệ sinh thái.

Một trong những lí do giải thích độc tính của cadimi là chúng can thiệp vào phản ứng của các enzyme chứa kẽm trong các tế bào thần kinh khi tích lũy trong cơ thể do đó gây suy giảm và mất trí nhớ. Kẽm là một nguyên tố quan trọng trong hệ sinh học, cadimi dù rất giống kẽm về phương diện hóa học nhưng không thể thay thế kẽm trong vai trò sinh học đó. Cadimi cũng có thể tham gia vào quá trình sinh học có chứa canxi và magie theo cách tương tự như với kẽm. Hít thở phải bụi có chứa cadimi nhanh chóng dẫn đến các vấn đề có liên quan đến hệ hô hấp và thận như gây nên hội chứng cao huyết áp, thủng vách ngăn mũi, có thể dẫn đến tử vong ( thường là do hỏng thận).

Nuốt phải một lượng nhỏ cadimi có thể phát sinh ngộ độc tức thì làm tổn thương gan và rối loạn chức năng thận. Với nồng độ cadimi cao gây đau thận, thiếu máu và phá hủy xương gây ra bệnh loãng xương và nhuyễn xương. Các hợp chất của cadimi cũng là các hợp chất gây ung thư. Ngoài ra nhiễm độc cadimi còn ảnh hưởng đến nội tiết, máu, tim mạch.

Ảnh hưởng của ô nhiễm chì và cadimi đến con người và quần xã sinh vật thủy sinh 1. Ảnh hưởng của chì và cadimi đến cơ thể con người: [3,6,12] Chì Qua đường hô hấp, khi bụi bặm hoặc không khí có chứa chì sẽ đi vào phổi và dần đi vào máu. Qua đường ăn uống, có thể ăn phải thức ăn có chì hoặc tay có dính chì thì chì có thể được đưa vào cơ thể qua ăn uống. Hàm lượng chì được hấp thụ vào máu tùy thuộc vào độ tuổi và tùy thuộc vào lượng thức ăn trong dạ dày: ăn no chỉ có khoảng 6% chì được hấp thụ vào máu, khi đói thì lượng chì vào máu có thể lên tới 60%.

Tương tự như vậy, trẻ em sẽ hấp thụ chì nhiều hơn so với người lớn. 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Qua đường da thường chỉ xảy ra khi da bị chầy xước, từ máu chì sẽ đi đến các cơ quan bộ phận trong cơ thể như gan, thận, lách, não, cơ. Sau vài tuần lễ, đa số chì sẽ được chuyển đến xương và răng và có thể tồn tại ở đó đến hàng chục năm. Lượng chì còn lại sẽ được cơ thể đào thải qua nước tiểu.

Nếu chúng ta tiếp xúc với chì càng lâu thì lượng chì tích tụ trong cơ thể ngày càng nhiều. Khi bị nhiễm độc chì cơ thể rơi vào trạng thái hưng phấn, mất ngủ gây mệt mỏi. Về lâu dài sẽ ảnh hưởng đến thần kinh tuần hoàn và nhiều bộ phận khác. Đối với trẻ em có thể gây chậm phát triển về trí tuệ.

Trẻ em hấp thụ lượng chì cao gấp 2 lần so với người lớn nên hàm lượng chì cho phép có trong thức ăn của trẻ em chỉ bằng ½ của người lớn.