Bài giảng Các phản ứng của sinh vật với chất độc

CÁC PHẢN ỨNG CỦA SINH VẬT VỚI CHẤT ĐỘC  MP XÂM NHẬP ĐỘC CHẤT VÀO CƠ THỂ CÁC PHẢN ỨNG CỦA SINH VẬT VỚI ĐỘC TỐ Sự di chuyển chất độc qua chuỗi sinh dưỡng (food chain) Sự tích tụ các chất độc trong cơ thể sinh vật (bioaccumulation) Sự tích ứng sinh học của các cá thể sinh vật (bioavailability) Sự tích tụ sinh học TCDD trong chuỗi dinh dưỡng Những chỉ số đánh giá độc học Hệ số cô đọng sinh học BCF (Bioconcentration factor) Hệ số tích tụ sinh học BAF (Bioaccumultion factor) Hệ số khuyếch đại sinh học BMF (Biomagnification factor) SỰ TÍCH TỤ SINH HỌC (BIOACCUMULATION) Thường thì sự tích tụ sinh học được nghiên cứu khi chất độc tiếp xúc trực tiếp với cá thể sinh vật trong môi trường sống qua hai chỉ số BCF và BAF. Việc nghiên cứu này thường đơn giản hơn và tìm ra được nguyên nhân nhanh chóng. Hệ số cô đọng sinh học BCF là tỷ số đo bằng nồng độ chất độc trong cơ thể sinh vật (mg/kg) với nồng độ chất độc trong môi trường thành phần (mg/kg). BCF = Cbio/Cenv SỰ TÍCH TỤ SINH HỌC (BIOACCUMULATION) Cũng có thể tính hệ số BCF bằng tỷ số giữa hằng số tốc độ đồng hóa Ka và hằng số tốc độ đào thải (dị hóa hay bài tiết) Kd. BCF = Ka/Kd Hệ số tích tụ sinh học BAF là tỷ số đo bằng nồng độ chất độc trong cơ thể sinh vật (mg/kg) với nồng độ chất độc trong thức ăn (mg/kg). Đôi khi thức ăn cũng có thể là nước uống (mg/l). BAF = Cbio/Cfood (Cwater) SỰ TÍCH TỤ SINH HỌC (BIOACCUMULATION Các chỉ số này được tính toán sau khi phân tích hàm lượng các chất độc trong cơ thể bằng phương pháp phân tích hóa học. Mẫu sinh vật có thể là gan cá hay thịt cá nếu như nghiên cứu tích tụ sinh học trong cá, Mẫu có thể là mỡ hay sữa nếu như nghiên cứu các động vật có vú, có thể là trứng hay thịt chim Sự lựa chọn mẫu sinh học phụ thuộc vào cơ quan có khả năng tích tụ sinh học lớn nhất. Các yếu tố ảnh hưởng lên sự tích tụ sinh học Chất độc càng bền (khả năng phân hủy kém) thì chỉ số tích tụ sinh học càng lớn Chất độc có khả năng hòa tan trong mỡ cao sẽ có chỉ số tích tụ sinh học cao. Các cơ thể sinh vật khác nhau có chỉ số tích tụ sinh học khác nhau với cùng một lọai độc chất. Các sinh vật có hàm lượng mỡ ít hơn thì khả năng tích tụ sinh học các chất độc ít hơn. Gía trị BCF và tích tụ sinh học Giá trị Kow của chất độc trong khoảng từ 2 – 6,5 là những chất có sự tích tụ sinh học lớn. Khi tính toán sẽ thấy giá trị logBCF và logKow là hai giá trị có hàm bậc nhất, sự tương ứng rất lớn. BCF của một vài độc chất San Francisco Bay, California – Delta Model Selenium 1950s DYMBAM model SỰ KHUYẾCH ĐẠI SINH HỌC (BIOMAGNIFICATION) Sự khuyếch đại sinh học chỉ được thiết lập khi chất độc được đưa vào cơ thể bằng chuỗi thức ăn. Việc nghiên cứu sẽ phức tạp hơn và để tìm ra nguồn gốc chất độc không phải là điều đơn giản. BMF là tỷ số đo bằng nồng độ chất độc trong cơ thể sinh vật ăn mồi (mg/kg) với nồng độ chất độc trong con mồi (mg/kg). BMF = Cpredator (ăn mồi)/Cprey (bị ăn) Nghiên cứu điển hình: Cảng Fundy – Nam Mỹ Khuyếch đại sinh học PCBs-Fundy bay Nghiên cứu điển hình: Nghiên cứu điển hình:Tích tụ Hg tại Canada Nghiên cứu điển hình:Tích tụ Hg tại Canada Nghiên cứu điển hình:Tích tụ Hg tại Canada Tích tụ Hg tại Canada Nghiên cứu điển hình:Tích tụ Hg tại Canada Hàm lượng Hg trong con cá vua Hàm lượng Hg trong con hào Hàm lượng Hg trong con chồn CÁC DẤU HIỆU SINH HỌC (BIOMAKERS) Dấu hiệu sinh học là tất cả những đáp ứng, trả lời của tế bào sinh vật hay cá thể sinh vật đối với tác dụng của một chất độc Dấu hiệu sinh học khác với chỉ thị sinh học. Chỉ thị sinh học (bioindicateur) là những biểu hiện của quần thể sinh vật (có thể quan sát được) khi có tác dụng của chất độc. Dấu hiệu sinh học mở đầu cho việc đánh dấu cho sự tiếp xúc của sinh vật với chất độc. Qua đó có thể đánh giá ảnh hưởng các tác hại chất độc lên sinh vật. Mức độ của dấu hiệu sinh học Mức độ 1: Phản ứng sinh học của tế bào – rất đặc trưng cho từng loại chất độc. Mức độ 2: Thay đổi sinh lý trên cơ thể sinh vật. Mức độ 3: Thay đổi quần thể. Mức độ 4: Thay đổi hệ sinh thái, cộng đồng sinh vật. Dấu hiệu sinh học mức độ tế bào Ức chế một chất nào đó trong tế bào: khi chất độc gắn vào vị trí phản ứng làm chất đó không tham gia phản ứng sinh hóa được nữa - thường gặp khi chất độc có nhóm chức giống chất tham gia phản ứng. Thay đổi phản ứng sinh hóa trong tế bào: khi chất độc thay thế một chất phản ứng và làm sai lệch cơ chế phản ứng. Thường trong trường hợp chất độc có cấu tạo hóa học gần giống chất tham gia phản ứng (hocmon). Dấu hiệu sinh học mức độ tế bào Nhiễm độc Pb ức chế ALAD (aminolaevulinic acid dehydratase-enzime chính liên quan đến quá trình tổng hợp máu) Theo dõi phản ứng khử Methallothionen của chất độc là Cd POPs, Carbamat…trong cơ thể sinh vật liên quan đến phản ứng ức chế AChE Rodenticides ảnh hưởng đến Anticogulant Clotting Protein (một lọai protein chống động tụ) PAHs ảnh hưởng đến phản ứng khử của nhóm enzime Monooxygenase: CYTP450 (Cytochrom), EROD (Ethoxyresorufin - O – Deethylase) hay AHH (Aryl hydrocacbon hydroxylase). Dấu hiệu sinh học mức độ cá thể Thay đổi về hình dạng: Như làm vỏ trứng mỏng, dày khi chim bị nhiễm DDT hay PCBs. Thay đổi về sinh lý: Hiện tượng các cá thể cái có biểu hiện giới tính đực. Mất khả năng sinh sản: Hiện tượng số lượng cá thể trong quần thể sinh vật giảm. Ví dụ điển hình: Tràn dầu Exxon Valdez  Năm 1989, một vụ tràn dầu lớn xảy ra tại Prince William Sound, Alaska, khi tàu chở dầu Exxon Valdez đang cập cảng Aleyeska Marine Khoảng 10,000,000 gallons dầu tràn ra do một lỗ thủng lớn 600 foot tại đáy hầm chứa dầu. Hậu quả: Hàng ngàn ốc hến chết và một thời gian sau 35,000 con chim chết trong vùng Phí xử lý: 1 tỷ USD Ví dụ điển hình: NASA Challenger  Năm1986, tai nạn làm 73 thùng chứa chất oxy và hydro lỏng phát nổ tại Kennedy Space Center ở Florida. Trong đó có khoảng 51L chất nổ TNT Tai nạn làm hỏng 7 tàu vũ trụ trị giá hàng tỷ USD Tác hại