TS. Lê Quốc Tuấn
Khoa Môi Trường và Tài Nguyên, ĐH Nông Lâm TP.HCM
Chương 1
GIỚI THIỆU VỀ ĐỘC CHẤT HỌC
1.1. Một số nguyên lý và khái niệm về độc chất
1.1.1. Định nghĩa về độc chất
Độc chất học có để được định nghĩa như là một ngành khoa học nghiên cứu
về độc chất. Một chất độc có thể được định nghĩa như là chất gây nên ảnh hưởng có
hại khi được đưa vào trong cơ thể sống. Từ lâu, độc chất học là ngành nghiên cứu
các ảnh hưởng có hại bởi các tác nhân vật lý như phóng xạ và tiếng ồn. Tuy nhiên,
trong thực tế, sự tồn tại của độc chất phức tạp hơn nhiều so với định nghĩa trên,
những định nghĩa này liên quan đến ảnh hưởng của độc chất và sự đo lường ảnh
hưởng của độc chất. Những định nghĩa rộng hơn về độc chất, như là “ngành nghiên
cứu liên quan đến sự phát hiện, biểu hiện, thuộc tính, ảnh hưởng và điều tiết các chất
độc”.
Độc chất học không đơn giản là nghiên cứu một phân tử đơn lẻ mà là một
loạt các phản ứng bắt đầu từ phơi nhiễm, tiếp theo là phân bố và đồng hóa, cuối
cùng là phản ứng với các hợp chất cao phân tử trong tế bào (thường là DNA hoặc
protein) và biểu hiện độc tính. Kết
quả là, độc chất có thể bị đào thải
qua bài tiết hoặc các biến tính bởi
độc chất được sửa chữa.
Các nhà khoa học nghiên
cứu về độc chất đang cố gắng giải
thích tại sao và bằng cách nào các
chất có thể phá hủy hệ thống sinh
học dẫn đến những ảnh hưởng
mang tính độc hại. Do đó, họ đã
làm việc cùng nhau để đưa ra
những giải pháp nhằm khoanh vùng
ngành khoa học nghiên cứu về độc
chất.
Ngành độc chất học phục
vụ xã hội bằng nhiều cách, không
chỉ bảo vệ con người và môi trường
Ñi vaøo cô theå
Tieâu hoùa Qua da Hít thôû
Phôi nhieãm
Haáp thu qua maùu vaø phaân phoái ñeán
caùc cô vaø cô quan
Gaây ñoäc Tích luõy Baøi tieát
Ñoàng hoùa
Ñöôøng ñi vaø aûnh höôûng cuûa ñoäc chaát
trong cô theå
TS. Lê Quốc Tuấn
Khoa Môi Trường và Tài Nguyên, ĐH Nông Lâm TP.HCM
khỏi các ảnh hưởng nguy hại của độc chất mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho sự
phát triển các chất độc có tính chọn lọc cao như chất chống ung thư, thuốc chữa
bệnh và chất diệt cỏ trong nông nghiệp.
Độc tính là một khái niệm về liều lượng, hầu như các chất đều độc ở một vài
nồng độ nhất định, ở nồng độ thấp thì nó không độc, nồng độ cao thì trở nên độc.
Khoảng biến động giữa hai giới hạn ngưỡng độc đó vẫn có những ảnh hưởng nhất
định. Tuy nhiên, nếu thời gian tiếp xúc lâu dài thì một chất cũng có thể trở nên rất
độc. Vinyl chlroride là một ví dụ. Là một chất có khả năng gây ung thư gan ở nồng
độ cao hoặc nồng độ thấp hơn nhưng tác động trong một thời gian dài và hầu như
không độc ở nồng độ rất thấp.
Sự đo lường độc tính rất phức tạp. Độc tính có thể cấp thời, có thể lâu dài và
biến động từ cơ quan này đến cơ quan khác, biến động theo lứa tuổi, di truyền, giới
tính, tình trạng sức khỏe của sinh vật. Cách đo độc tính đơn giản nhất của một chất
được biểu diễn qua giá trị LD50 (nồng độ cần thiết để giết chết 50% một quần thể
sinh vật trong điều kiện nhất định. Giá trị LD50 phụ thuộc rất nhiều vào các thông
số khác nhau của môi trường ví dụ như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, độ pH...
1.1.2. Các nguyên lý và khái niệm về độc chất
Có nhiều thuật ngữ được sử dụng trong ngành độc chất học. Tuy nhiên, một
vài thuật ngữ đặc biệt quan trọng đến độc chất học sẽ được đề cập đến trong bài
phần này
A. Các dạng hoạt độc. Bao gồm sự xem xét chức năng cơ bản của cơ quan, tế bào
và phân tử dẫn đến sự nhiễm độc: hấp thu, phân phối, đồng hóa, dạng hoạt động và
bài tiết. Cơ chế hoạt độc ngày nay được sử dụng rộng rãi hơn nhằm mô tả hàng loạt
các quá trình bắt đầu từ sự phơi nhiễm cho đến việc gây chết sinh vật.
1. Độc học hóa sinh và phân tử (biochemical and molecular toxicology)
xem xét các quá trình ở mức hóa sinh và phân tử, bao gồm: các enzyme tổng hợp
các ngoại độc tố sinh học, sự sinh ra các hoạt chất trung gian, phản ứng của ngoại
độc tố sinh học hoặc sản phẩm của chúng với các hợp chất cao phân tử.
2. Độc học hành vi (Behavioral toxicology) liên quan đến ảnh hưởng của
các chất độc đối với hành vi của động vật và con người. Là một quá trình biểu hiện
chức năng của thần kinh. Nó liên quan đến cả hệ thống thần kinh ngoại biên và thần
kinh trung ương, cũng như tác động đến các cơ quan khác như các tuyến tiết.
3. Độc học dinh dưỡng (Nutritional toxicology) đề cập đến ảnh hưởng của
khẩu phần ăn đến sự biển hiện độc và đến các cơ chế của các ảnh hưởng này.
4. Quá trình ung thư (Carcinogenesis) bao gồm các hoạt động hóa học, sinh
hóa và phân tử dẫn đến sự tăng sinh tế bào một cách bất thường có nguy cơ dẫn đến
bệnh ung thư.
TS. Lê Quốc Tuấn
Khoa Môi Trường và Tài Nguyên, ĐH Nông Lâm TP.HCM
6. Đột biến (Mutagenesis) liên quan đến ảnh hưởng của độc chất lên vật
liệu di truyền và sự di truyền những ảnh hưởng này.
7. Độc tính cơ quan (Organ toxicity) xem xét các ảnh hưởng ở mức độ chức
năng của cơ quan (độc tính thần kinh, độc tính gan, độc tính thận …)
B. Đo lường độc chất và độc tính. Các công cụ quan trọng được sử dụng như hóa
phân tích, hoạt chất sinh học và toán ứng dụng được sử dụng để cung cấp phương
pháp luận nhằm trả lời các câu hỏi quan trọng trong quá trình nghiên cứu độc chất.
Chất này có độc hay không? Nó thuộc loại hóa chất nào? Nồng độ bao nhiêu? Làm
thế nào chúng ta có thể đánh giá ảnh hưởng độc tính và nồng độ tối thiểu là bao
nhiêu để gây độc và có thể phát hiện được. Sau dây là một số ngành có liên quan
1. Độc chất học phân tích là một ngành của hóa phân tích liên quan đến
việc định dạng và đánh giá các hóa chất độc và hợp chất của chúng trong các vật
liệu sinh học và trong môi trường.
2. Kiểm nghiệm độc tính liên quan đến việc sử dụng các cơ thể sống để
đánh giá ảnh hưởng của độc tố. Nó vào gồm các kiểm nghiệm nhanh về độc tính gen
như kỹ thuật nuôi cấy tế bào để sử dụng các mô cho nhiều kiểm nghiệm khác nhau
từ độc tính cấp đến độc tính lâu dài. Nó thường được sử dụng để mô tả các kiểm
nghiệm độc tính trong cơ thể sống.
3. Bệnh học nhiễm độc là một ngành của bệnh học liên quan đến ảnh hưởng
của các tác nhân gây độc như sự thay đổi hình thái của bào quan, tế bào, mô hoặc cơ
quan.
4. Toán sinh học và thống kê liên quan đến nhiều lĩnh vực của độc chất học.
Chúng bao gồm phân tích số liệu, xác định độ tin cậy, mô hình hóa đánh giá nguy cơ
và mô phỏng.
5. Phát nhiễm quan trọng trong mối liên quan giữa sự phơi nhiễm hóa chất
và nhiễm bệnh trong cộng đồng dân cư.
C. Độc chất học ứng dụng. Nó bao gồm nhiều khía cạnh của độc chất học như áp
dụng để phát triển các phương pháp mới hoặc các độc chất chọn lọc mới nhằm áp
dụng sớm cho các lãnh vực khác nhau.
1. Độc chất học lâm sàng nhằm phát hiện và chữa trị người bị nhiễm độc
2. Độc chất học thú y nhằm phát hiện và điều trị cho động vật bị nhiễm độc,
đặc biệt là gia súc. Một khía cạnh khác của độc chất học thú y là nghiên cứu sự
truyền nhiễm các độc tố đến cộng đồng dân cư qua thức ăn như sữa, cá các loại thịt
khác.
TS. Lê Quốc Tuấn
Khoa Môi Trường và Tài Nguyên, ĐH Nông Lâm TP.HCM
3. Độc chất học môi trường nghiên cứu sự di chuyển các độc tố và hợp chất
của chúng, các sản phẩn của sự phân hủy trong môi trường và trong chuỗi thức ăn.
Đánh giá ảnh hưởng của các chất lây nhiễm lên các cá thể, đặc biệt là các cộng đồng
dân cư.
4. Độc chất học công nghiệp là một lĩnh vực đặc biệt của độc chất học môi
trường liên quan đến môi trường làm việc và tạo nên một phần quan trọng của vệ
sinh công nghiệp.
D. Phân loại hóa chất được sử dụng. Nó bao gồm các khía cạnh của độc chất trong
phát triển các hóa chất mới cho mục đích thương mại. Một vài hóa chất được sử
dụng là điều tất yếu, nhưng một số khác thì có những ảnh hưởng không mong muốn
đối với người sử dụng. Các loại hóa chất được sử dụng không phải tất cả đều là chất
tổng hợp, mà có rất nhiều chất có nguồn gốc từ thiên nhiên. Các sản phẩm tự nhiên
được chiết xuất và sử dụng cho mục đích thương mại và các mục đích khác đều phải
qua kiểm nghiệm độc tính như giống như các hóa chất tổng hợp.
1. Các hóa chất nông nghiệp bao gồm nhiều hợp chất như chất diệt côn
trung, chất diệt cỏ, diệt nấm…tất cả đều độc đối với sinh vật
2. Thuốc là một phần của hóa dược và dược học. Tuy nhiên, ảnh hưởng độc
tính và kiểm nghiệm độc tính đối với chúng đều nằm trong ngành khoa học độc
chất.
3. Chất gây nghiện là các hóa chất được sử dụng cho việc điều trị các bệnh
liên quan đến thần kinh và có thể gây nên sự lệ thuộc và gây độc. Nhiều chất bị cấm
sử dụng, nhưng một số khác lại có tác dụng chữa trị nếu được sử dụng đúng liều.
4. Các chất phụ gia thực phẩm là mối quan tâm của các nhà độc chất học
khi chúng có độc tính hoặc được kiểm kiểm nghiệm để xác định độc tính tiềm ẩn.
5. Hóa chất công nghiệp có số lượng lớn, được kiểm nghiệm độc tính hoặc
phơi nhiễm có kiểm soát. Tất cả đều độc.
6. Các hợp chất tự nhiên bao gồm nhiều độc chất từ thực vật, độc chất từ
nấm và khoáng chất có mặt trong môi trường. Việc sử dụng một lượng lớn thảo
dược và các chất bổ sung trong khẩu phần ăn đã trở thành mối quan ngại cho các
nhà độc chất học và hoạch định chính sách. Hiệu quả của các chất này thì không
chắc chắn, nhưng độc tính của nó thì hầu như ít được biết đến.
7. Các sản phẩm của sự đốt cháy thường ít khi được sử dụng nhưng chiếm
thành phần lớn và có độc tính, sinh ra từ việc đốt nhiên liệu và các hóa chất công
nghiệp khác.
E. Những quy định về độc chất học. Các khía cạnh này liên quan đến đến việc ban
hành luật và các quy định có thẩm quyền theo pháp luật được đưa ra nhằm giảm
TS. Lê Quốc Tuấn
Khoa Môi Trường và Tài Nguyên, ĐH Nông Lâm TP.HCM
thiểu các ảnh hưởng độc hại của hóa chất đến sức khỏe con người và môi trường.
1. Khía cạnh pháp lý là việc ban hành luật, các quy định và thực thi pháp
luật. Ở Mỹ, việc thực thi pháp luật được thực hiện bởi các cơ quan thuộc chính phủ
như các Cục bảo vệ môi trường (EPA, Environmental Protection Agency), Cơ quan
Thực phẩm và Dược phẩm (FDA, Food and Drug Administration), Cơ quan sức
khỏa và an toàn lao động (OSHA, Occupational Safety and Health Administration).
Tương tự các cơ quan trực thuộc chính phủ tồn tại trong nhiều các quốc gia khác
trên thế giới.
2. Đánh giá rủi ro là việc xác định về rủi ro, rủi ro tiềm ẩn và cân bằng rủi
ro và lợi nhuận. Nó cần thiết cho việc điều tiết các hợp chất độc hại. Đánh giá rủi ro
về cơ bản được hình thành trước khi việc thông báo rủi ro và quản lý rủi ro được tiến
hành.
1.1.3. Mối tương quan giữa độc chất học với các ngành khoa học khác.
Độc chất học là một ngành khoa học có tính biến động cao, nghiên cứu độc
tính của các sản phẩm tự nhiên hay hoạt động của con người tạo ra. Ngành này giúp
mở rộng các ngành khoa học khác. Các ngành khoa học khác đóng góp nhiều
phương pháp và nhiều khái niệm khoa học để phục vụ cho nhu cầu của các nhà độc
chất học trong nghiên cứu cũng như trong ứng dụng độc chất học cho phục vụ con
người. Và độc chất học cũng đóng góp rất nhiều cho các ngành khoa học khác.
Đầu tiên phải kể đến là hóa học, hóa sinh, bệnh học, lý sinh, y tế dự phòng,
miễn dịch học, sinh thái học và toán sinh học từ lâu đã rất quan trọng, trong khi sinh
học phân tử mới phát triển trong hai hoặc ba thập niên gần đây đã đóng góp một
phần quan trọng cho độc chất học.
Độc chất học đóng góp đáng kể cho các ngành khoa học như y học, độc học
lâm sàng, dược và dược học, sức khỏe cộng đồng và vệ sinh công nghiệp. Độc chất
học cũng góp một hướng quan trọng cho thú y, cho các khía cạnh khác nông nghiệp
như phát triển và sử dụng an toàn các hóa chất nông nghiệp. Các đóng góp của độc
chất học trong nghiên cứu môi trường trở nên quan trọng hơn trong những năm gần
đây.
Từ đó cho thấy độc chất học là một ngành khoa học ứng dụng nhằm tăng
cường chất lượng cuộc sống, bảo vệ môi trường và hơn thế nữa. Sự xáo trộn thường
xuyên của các quá trình sống bởi hóa chất độc hại làm cho chúng ta có thể học được
nhiều điều về các quá trình sống. Lĩnh vực độc chất học mở rộng nhanh chóng trong
các thập niên gần đây cả về số lượng các nhà độc chất học và kiến thức được tích
lũy. Việc mở rộng này mang đến sự thay đổi từ một ngành khoa học mô tả lúc ban