TS. Lê Quốc Tuấn
Khoa Môi Trường và Tài Nguyên, ĐH Nông Lâm TP.HCM
Chương 2.
MỘT SỐ NGUYÊN LÝ VỀ ĐỘC CHẤT HỌC
MÔI TRƯỜNG
2.1. Các nguyên lý về độc chất liên quan đến hóa chất trong môi trường,
công nghiệp và trong tự nhiên
Độc chất học môi trường là một ngành khoa học trẻ phát triển nhanh
trong 40 năm qua. Độc chất học môi trường liên quan đến việc nghiên cứu nguồn
gốc, con đường, sự chuyển hóa và ảnh hưởng của các hóa chất nguy hại trong
môi trường. Nghiên cứu ảnh hưởng nguy hại mở rộng bắt đầu từ cá thể và quần
thể sinh vật cho đến hệ thống sinh thái. Nghiên cứu ảnh hưởng độc của các chất
gây ô nhiễm môi trường thật sự bắt đầu từ thập niên 60. Vào những năm đầu tiên
của ngành nghiên cứu độc chất học môi trường, các nhà khoa học quan tâm đến
việc sử dụng các hóa chất, hoặc hỗn hợp hóa chất có khả năng gây độc đặc biệt là
các hợp chất có nguồn gốc từ arsen và thủy ngân. Trước đây, hầu như việc áp
dụng arsen và thủy ngân đều mang tính tích cực bởi vì “tiện ích” của chúng như
là một chất độc để giả quyết các vấn đề cá nhân và chính trị.
Những người nghiên cứu về độc chất đầu tiên phải kể đến là các nhà vật
lý và giả kim. Một nhà vật lý người Thụy sĩ Paracedsus (1499-1541) đặc biệt nổi
tiếng với công thức tính mối tương quan giữa nồng độ và phản ứng. Ông đã quan
sát những bệnh nhân nhiễm độc ở nồng độ thấp thì thấy nó có tác dụng tích cực,
trái lại ở nồng độ cao thì phát hiện ra hiện tượng nhiễm độc. Nhà vật lý tiếp theo
là Orfila (1787-1853). Ông đã đăng tải một công trình quan trọng về độc tính của
các hợp chất tự nhiên, trong đó mô tả mối tương quan hiện tượng nhiễm độc của
bệnh nhân và thành phần các hóa chất có trong cơ thể của người bệnh (các mô).
Sau đó ông đã nghiên cứu các hoạt tính của kháng thể và cho rằng cơ thể con
người có thế đào thải các độc chất. Sau đó, nhiều công trình nghiên cứu về độc
chất đã được thực hiện trên độc vật. Và cũng từ đó, ngành độc chất học được
xem như là một ngành khoa học. Cho đến giữa thế kỷ 19, khi có sự phát triển
vượt bậc của hóa học, cùng với việc mở rộng quá trình tách chiết các hóa chất tự
nhiên và sản xuất những hợp chất nhân tạo mới, ngành độc chất bước qua một
giai đoạn phát triển mới. Cho dù độc chất học phát triển nhanh, nhưng vẫn dựa
TS. Lê Quốc Tuấn
Khoa Môi Trường và Tài Nguyên, ĐH Nông Lâm TP.HCM
vào 2 nền tảng sau:
1. Kiểm nghiệm các loại dược phẩm mới
2. Xác định ảnh hưởng độc tiềm ẩn từ các hợp chất tự nhiên và nhân tạo.
Kỷ nguyên này đánh giá sự khởi đầu của độc ngành độc chất học công
nghiệp, liên quan trực tiếp đến sức khỏe công nhân và nơi làm việc. Trong suốt
quá trình phát triển hóa học, người ta đã nhận diện được độc chất học động vật ở
Châu âu và Bắc Mỹ do một lượng lớn hóa chất được sử dụng đã gây nên sự chết
của sinh vật hoang dã. Sự ô nhiễm môi trường đã khiến nhiều chính phủ phải có
những chính sách phù hợp để đánh giá và kiểm soát các chất gây ô nhiễm tiềm
năng trong nước thải công nghiệp. Tuy nhiên, cho đến năm 1962, một cuốn sách
của Carson với tiêu đề “Mùa Xuân thầm lặng” (Silent Spring), một sự nhận diện
về độc tính môi trường, được xuất bản. Cuốn sách mô tả ảnh hưởng của các hóa
chất độc hại lên đời sống hoang dã, hay còn gọi là sự biến mất của các loài chim
ven các dòng sông.
Cuối thập niên 60, Truhaut sử dụng thật ngữ “Độc học sinh thái”
(Ecotoxicology) để mô tả ngành nghiên cứu về độc tính môi trường. Truhaut đã
định nghĩa độc học sinh thái như là một nhánh của độc chất học mà nó tập trung
vào ảnh hưởng độc của các hợp chất tự nhiên và nhân tạo lên cơ thể sống.
Truhaut chính thức phân biệt giữa độc học truyền thống và độc học sinh thái và
mô tả độc tính sinh thái qua các bước sau:
1. Sự thâm nhập, phân phối và số phận của các chất gây ô nhiễm trong môi
trường
2. Sự thâm nhập và số phận của các chất gây ô nhiễm trong sinh vật của hệ
sinh thái
3. Các ảnh hưởng có hại của hóa chất lên các cấu thành của hệ sinh thái (bao
gồm cả con người)
Mỗi một giai đoạn đều phức tạp bởi sự chuyển hóa hữu sinh và vô sinh
của các hợp chất ban đầu. Đến giữa thập niên 70 các nhà khoa học bắt đầu nhận
ra rằng kiểm soát độc chất trong môi trường phải từ các nguồn do con người tạo
ra, qua việc thu thập số liệu về số lượng các hợp chất trong môi trường đất và
nước.
TS. Lê Quốc Tuấn
Khoa Môi Trường và Tài Nguyên, ĐH Nông Lâm TP.HCM
Trước khi đánh giá ảnh hưởng sinh học của độc chất, chúng ta cần nhận
biết cấu tạo của hợp hóa chất, các cơ chế mà qua đó chất gây ô nhiễm đi vào và
di chuyển trong cơ thể sinh vật, sự chuyển hóa vô sinh và hữu sinh các hợp chất
ban đầu, tính chất của các phản ứng trong cơ thể sinh vật và sự thay đổi thuộc
tính vật lý và sinh lý của chất gây ô nhiễm. Trong thời gian này, nhiều nhà khoa
học nhận thấy rằng chỉ qua việc định lượng thì chưa đủ để xác định và mô tả các
vấn đề của độc chất.
Sự phát triển các mô hình hóa lý về đặc tính chất lây nhiễm trong môi
trường mở rộng đến những năm 1970. Nhiều thông số vật lý và hóa học (như pH,
nhiệt độ, oxy hòa tan) được biết có thể kiểm soát sự hình thành các chất lây
nhiễm trong môi trường, dự đoán các chất lây nhiễm, do đó xác định được độc
tính tiềm năng của chúng đối với môi trường qua việc mô hình hóa. Những mô
hình hóa phát triển trong 30 năm cũng vẫn đang được hoàn thiện và tập trung vào
các nghiên cứu độc tính môi trường của các chất.
2.2. Ảnh hưởng của hóa chất đối với sinh vật và con người
Từ lâu cộng đồng châu Âu đã nhận ra rằng cần phải bảo vệ môi trường và
tạo nên chuẩn mực chung để bảo vệ người tiêu dùng để bảo đảm sự tự do thương
mại giữa các chính phủ thành viên. Vì lý do này các quy định về môi trường
được áp dụng cho các sản phẩm, kể cả các hóa chất nguy hại.
Tuy nhiên, trong những năm gần đây, phản hồi cho hệ thống hiện tại được
xác định và kiểm tra. Điều quan trọng nhất là:
- 100.106 các hợp chất đang tồn tại có thể được sử dụng mà không qua
kiểm nghiệm
- Không có công cụ hữu hiệu để đảm bảo việc sử dụng an toàn các chất
có nguy cơ cao
- Thiếu động lực cho việc sáng chế, đặc biệt là thay thế các hoặc làm
giảm chất thải nguy hại
Chính vì thế ngày càng có nhiều loại hóa chất được sử dụng cho các mục
khác nhau không được kiểm nghiệm và đều có khả năng tiềm tàng trong việc gây
độc đối với sinh vật và môi trương sinh thái. Đặc biệt là các hóa chất được sử
dụng trong nông nghiệp như thuốc diệt cỏ, diệt côn trùng, chất bảo vệ thực
vật…Sau đây, một số hóa chất độc trong môi trường và ảnh hưởng của nó sẽ
được đề cập đến
2.2.1 Chaát ñoäc da cam
TS. Lê Quốc Tuấn
Khoa Môi Trường và Tài Nguyên, ĐH Nông Lâm TP.HCM
Chaát ñoäc da cam ñöôïc Myõ söû duïng trong chieán tranh Vieät Nam. Töø
naêm 1961 ñeán 1971, khoaûng 11 trieäu gallon chaát ñoäc da cam ñöôïc raûi xuoáng
mieàn Nam Vieät Nam chieám 10% dieän tích ñaát nöôùc, trong ñoù coù 14% laø ñaát
noâng nghieäp. Coù nhieàu loaïi chaát ñoäc da cam, trong ñoù ñaùng quan taâm nhaát laø
dioxin. Dioxin ñöôïc xem laø moät chaát cöïc ñoäc, gaây ra caùc beänh hieåm ngheøo.
Haàu nhö khoâng bò phaân huûy sinh hoïc. Coù theå toàn taïi beàn vöõng trong moâi
tröôøng.
2.2.2. Ñoäc chaát dung moâi
Caùc dung moâi coù theå tan trong môõ cuõng nhö trong nöôùc cuõng nhö coù theå
hoøa tan trong nöôùc. Dung moâi tan trong môõ khi vaøo trong cô theå thì tích tuï
trong moâ môõ bao goàm caû heä thaàn kinh. Dung moâi tan trong nöôùc coù theå ñi vaøo
cô theå qua da neáu tieáp xuùc. Dung moâi höõu cô nhanh choùng haáp thu qua phoåi.
Khi bò nhieãm ñoäc caùc chaát dung moâi thì chuùng laøm caûn trôû quaù trình trao ñoåi
chaát
1. Benzene:
Benzene laø moät loaïi dung moâi hoøa tan ñöôïc raát nhieàu chaát nhö môõ, cao su,
SAU
TRÖÔÙC
Vieäc söû duïng dioxin vaø haäu quaû cuûa chuùng
TS. Lê Quốc Tuấn
Khoa Môi Trường và Tài Nguyên, ĐH Nông Lâm TP.HCM
vecni, da sôïi vaûi len…Trong coâng nghieäp hoùa hoïc, benzene ñöôïc söû duïng trong
caùc quaù trình toång hôïp.
Benzene haáp thu qua phoåi vaø qua da.
Khi tieáp xuùc ôû lieàu cao gaây ñoäc caáp tính,
suy giaûm heä thaàn kinh trung öông, gaây
choùng maët, nhöùc ñaàu, ngoäp thôû...Neáu bò
nhieãm maõn tính thí gaây xaùo troän heä tieâu
hoùa, aûnh höôûng ñeán nhieãm saéc theå vaø caáu
truùc di truyeàn DNA. Hôïp chaát benzene
phöùc taïp khi ñöôïc chuyeån hoùa sinh hoïc.
Benzene deã daøng keát hôïp vôùi protein
hoaëc nucleic acid.
2. Chloroform (CCl4)
Chloroform hay coøn goïi laø carbon tetrachloride ñöôïc söû duïng nhö laø moät
dung moâi vaø chaát trung gian trong caùc quaù trình coâng nghieäp.
Chloroform laøm suy giaûm vaø toån thöông haàu heát caùc cô quan trong cô theå
nhö heä thaàn kinh trung öông, gan vaø maïch maùu. Söï nhieãm ñoäc chloroform
thöôøng daãn ñeán söï suy nhöôïc caùc cô quan nhö suy yeáu cô tim, suy thoaùi thaän.
Bieåu hieän chính khi bò nhieãm ñoäc chloroform laø hoân meâ (nhieãm ñoäc caáp tính),
vaøng da (nhieãm ñoäc maõn tính).
2. 3. Chất gây ô nhiễm không khí
Chất gây ô nhiễm không khí là chất tồn tại trong không khí có khả năng
gây hại đối với con người và môi trường. Các chất gây ô nhiễm có thể ở dạng rắn,
dạng lỏng hoặc dạng khí, có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc do con người tạo ra.
Chất gây ô nhiễm không khí có thể phân thành 2 loại sơ cấp và thứ cấp.
Chất gây ô nhiễm sơ cấp là những chất sinh ra từ một quá trình nào đấy, như tro
bụi từ sự phun trào của núi lửa, khí CO từ khói xe hoặc SO2 từ các nhà máy.
Chất gây ô nhiễm thứ cấp không sinh ra trực tiếp từ các quá trình mà
được tạo thành trong không khí khi các chất ô nhiễm sơ cấp tương tác với nhau.
Một ví dụ điển hình về chất gây ô nhiễm thứ cấp là ozone tầng thấp, một trong
nhiều chất gây ô nhiễm tạo nên lớp sương quang hóa. Ozone tầng thấp được tạo
thành bởi phản ứng giữa NOx và các hợp chất hữu cơ bay hơi dưới tác dụng của
ánh sáng hay còn gọi là phản ứng quang hóa.
Cần lưu ý rằng, một số chất gây ô nhiễm không khí có thể là sơ cấp và
Phaân töû benzene