Bài giảng Độc học môi trường - Chương 2: Phân loại độc chất - Nguyễn Thị Thu Hiền

Chương 2 PHÂN LOẠI ĐỘC CHẤT 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 1 Chương 2: PHÂN LOẠI ĐỘC CHẤT 2.1. Cơ sở phân loại 2.2. Phân loại độc chất theo nồng độ, liều lượng 2.3. Phân loại độc chất theo bản chất 2.4. Phân loại độc chất trung gian giữa 2 loại bản chất và nồng độ, liều lượng 2.5. Phân loại theo mức độ nguy hiểm 2.5.1. Ít nguy hiểm 2.5.2. Nguy hiểm 2.5.3. Rất nguy hiểm 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 2 Chương 2: PHÂN LOẠI ĐỘC CHẤT 2.6. Phân loại theo nguồn gốc 2.6.1. Chất độc sinh học 2.6.2. Chất độc phóng xạ 2.6.3. Chất độc hóa học 2.7. Phân loại theo dạng tồn tại 2.8. Phân loại độc chất qua con đường xâm nhập và gây hại 2.8.1. Đối với thực vật 2.8.2. Đối với động vật 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 3 2.1. CƠ SỞ PHÂN LOẠI Có nhiều cách phân loại chất độc: theo gốc, độ độc, cách bảo quản và sử dụng Cách phân loại còn phụ thuộc vào các quốc gia khác nhau do yếu tố xã hội - kinh tế, môi trường và sức khỏe cộng đồng. Một số dạng phân loại chất độc đang được sử dụng: - Phân loại theo nồng độ – liều lượng - Phân loại theo bản chất 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 4 2.1. CƠ SỞ PHÂN LOẠI - Phân loại theo mức độ nguy hiểm - Phân loại theo môi trường (đất, nước, không khí, sinh quyển) - Phân loại theo nguồn gốc độc chất - Phân loại theo dạng tồn tại - Phân loại thông qua đừơng xâm nhập và gây hại - Phân loại theo ngành KT-XH: độc chất trong công nghiệp, nông nghiệp, y tế, quân sự 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 5 2.1. CƠ SỞ PHÂN LOẠI - Phân loại theo qui trình công nghệ : dạng nguyên chất, dạng phụ gia, dạng dung môi, dạng chất thải - Phân loại theo tác dụng sinh học đơn thuần: tác dụng kích ứng, tác dụng gây ngạt, dị ứng, ung thư, đột biến, quái thai - Phân loại theo sinh học hệ thống: gây độc lên cơ quan tạo máu, gây độc lên mô thần kinh, gây độc lên gan, thận, các cơ quan khác. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 6 2.2. Phân loại theo nồng độ, liều lượng Tìm hiểu khái niệm: nồng độ nền? Định nghĩa: “Nồng độ nền là nồng độ của các nguyên tố có sẵn trong môi trường tự nhiên trong sạch, tức là nồng độ hiện diện của chúng không gây ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ của con người và sinh vật, không làm giảm chất lượng các môi trường thành phần”. (Lê Huy Bá, Độc học môi trường cơ bản, NXB ĐHQG TPHCM, 2006) 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 7 2.2. Phân loại theo nồng độ, liều lượng - Hầu hết các nguyên tố hóa học đều hiện diện với một nồng độ thích hợp trong môi trường – là nguyên tố có ích góp phần tạo nên và duy trì sự sống trên trái đất. - Một số nguyên tố hóa học là chất độc tiềm tàng vì: khi ở nồng độ thấp chúng là chất dinh dưỡng có ích nhưng khi nồng độ/ liều lượng có mặt của chúng tăng cao và vượt quá một giới hạn nhất định thì chúng sẽ phát huy độc tính lên vật tiếp xúc. - Loại độc chất này nếu tồn tại trong đất đá (tồn tại ở dạng thể rắn) có nồng độ cho phép cao hơn trong môi trường nước hay không khí rất nhiều. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 8 2.2. Phân loại theo nồng độ, liều lượng Ví dụ: Các nguyên tố kim loại nặng như Cu, Pb, Cd, Hg khi tồn tại trong đất đá, khoáng vật trong tự nhiên với nồng độ đến vài ppm vẫn không gây độc, nhưng khi chúng hòa tan trong nước thì chỉ với nồng độ C < 1 ppm đã gây độc cho một số loài động, thực vật. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 9 2.2. Phân loại theo nồng độ, liều lượng Tính độc của loại độc chất nồng độ – liều lượng liên quan đến 2 yếu tố: - Liều lượng chất độc (ảnh hưởng bởi nồng độ chất độc có trong môi trường, thời gian tiếp xúc với độc chất hoặc đưa độc chất vào cơ thể) - Tính nhạy cảm của sinh vật đối với chất độc đang nghiên cứu. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 10 2.2. Phân loại theo nồng độ, liều lượng Tìm hiểu khái niệm: Nồng độ cho phép ? Định nghĩa: “Nồng độ cho phép là nồng độ dùng để khống chế chất độc trong việc bảo vệ sức khoẻ cho người và sinh vật. Nó là cơ sở giám sát môi trường, đánh giá tiếp xúc nghề nghiệp và tác hại sức khoẻ cũng như có ý nghĩa dự phòng.” (Lê Huy Bá, Độc học môi trường cơ bản, NXB ĐHQG TPHCM, 2006) 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 11 2.2. Phân loại theo nồng độ, liều lượng - Theo Tổ chức Y tế thế giới (WHO): “Nồng độ tối đa cho phép là những nồng độ chất độc mà người công nhân tiếp xúc 8 giờ/ngày và 40 giờ/tuần mà với nồng độ đó nó không hề gây những ảnh hưởng gì cho sức khỏe của họ” - Ở Liên Xô (cũ): “Nồng độ tối đa cho phép là những nồng độ không ảnh hưởng gì đến sức khoẻ công nhân trong thời gian họ đang làm việc và cả sau này, suốt đời họ” 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 12 2.3. Phân loại theo bản chất - Trong môi trường tự nhiên có những chất thể hiện tính độc ngay khi tồn tại ở dạng nguyên thủy của nó (khả năng gây độc của loại độc chất này không phụ thuộc vào nồng độ hiện diện của nó trong môi trường). - Độc chất bản chất có khả năng ức chế, gây rối loạn sinh lý, gây nguy hại cho sức khỏe con người và các sinh vật ở bất cứ môi trường nào. - Một số chất độc bản chất như: H 2 S, CCl 4 , Pb, Hg, CO, nọc ong 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 13 2.3. Phân loại theo bản chất - Tính độc của chất độc bản chất phụ thuộc nhiều vào dạng cấu trúc hóa học của nó: * Chất độc dạng hợp chất hydrocarbon có tính độc tỷ lệ thuận với số nguyên tử Carbon trong phân tử. * Những chất vô cơ có cùng nguyên tố thì chất nào có số nguyên tử ít hơn sẽ độc hơn. (vd: CO độc hơn CO 2 ) * Số nguyên tử halogen thay thế hydro càng nhiều thì chất đó càng độc. (vd: CH 3 Cl < CH 2 Cl 2 < CHCl 3 < CCl 4 ) 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 14 2.3. Phân loại theo bản chất Ví dụ: (Độc học môi trường cơ bản, trang 35-36) Độc chất thủy ngân: - Các dạng hợp chất vô cơ : HgO (đỏ), HgCl 2 , Hg(CN) 2 - Các dạng hợp chất hữu cơ: neptan, mercurocrom, serezan, sanesan Hg ở dạng ion rất độc  là chất độc tế bào, gây thoái hóa các tổ chức, tạo thành các hợp chất protein dễ tan, làm tê liệt chức năng của các nhóm thiol (-SH), các hệ thống men cơ bản và oxy hóa khử của tế bào. Con đường xâm nhập: hô hấp, tiêu hóa, da. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 15 2.3. Phân loại theo bản chất - Hít thở Hg với nồng độ 0,5 µg/ml đã có ảnh hưởng đến hệ thần kinh. - Uống 0,13 g Hg(CN) 2 có thể chết sau 9 ngày (đ/v người khỏe mạnh). 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 16 2.3. Phân loại theo bản chất - Một số độc chất trong không khí (1) Độc chất CO: Đối với con người: CO tích lũy trong lá lách, không tích lũy trong máu và mất đi rất nhanh, do đó nồng độ CO trong không khí biến thiên liên tục và chưa thể xác định chính xác được. CO gây chết đột ngột người và động vật khí hít phải 1 luồng khí CO vì CO tác dụng với hemoglobin (Hb) mạnh gấp 250 lần so với phản ứng giữa Hb và oxy  CO lấy oxy của Hb tạo thành phức bền carboxyhemoglobin  mất khả năng vận chuyển oxy của máu  ngạt thở. Hb.O + CO  Hb.CO + O 2 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 17 2.3. Phân loại theo bản chất - Một số độc chất trong không khí Ngoài ra CO còn tác dụng với Fe trong xytocrom- oxydaza (men hô hấp có chức năng hoạt hóa oxy)  làm bất hoạt men  làm cho tình trạng thiếu oxy càng trầm trọng hơn. Đối với thực vật: CO tác động ít nhạy cảm hơn, nhưng khi ở nồng độ cao C = 100 – 1000 ppm trong không khí sẽ gây ra hiện tượng rụng lá, xoắn lá, cây non chết, cây cối chậm phát triển. CO làm phá vỡ khả năng ngưng kết nitơ của thực vật  làm thực vật thiếu đạm. Nguồn phát sinh: do sự cháy không hoàn toàn của các nhiên liệu hay vật liệu có chứa carbon. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 18 2.3. Phân loại theo bản chất - Một số độc chất trong không khí CO (ppm) % chuyển hóa O 2 Hb  COHb Aûnh hưởng đối với con người 10 2 Làm giảm khả năng phán đoán và giác quan, đau đầu, chóng mặt, mệt mỏi 100 15 Đau đầu, chóng mặt, mệt mỏi nhiều 250 32 Bất tỉnh 750 60 Chết sau vài giờ 1000 66 Chết rất nhanh Hậu quả của sự nhiễm độc CO ở nồng độ khác nhau 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 19 2.3. Phân loại theo bản chất - Một số độc chất trong không khí (2) Độc chất NO x - NO (khí không màu) ít độc hơn NO 2 (khí màu hồng). - NO cũng tạo liên kết với Hemoglobin  làm giảm hiệu suất vận chuyển oxy. - Trong KK bị ô nhiễm: NO có nồng độ thấp hơn CO nhiều  tác động đến Hb nhỏ hơn nhiều lần. - NO 2 độc hại hơn đối với sức khỏe con người, có thể phát hiện được mùi khi C > 0,12 ppm - Nguồn phát sinh: từ các nguồn đốt nhiên liệu dầu, khí đốt, sản xuất hóa chất, hàn cắt kim loại 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 20 2.3. Phân loại theo bản chất - Một số độc chất trong không khí NO 2 (ppm) Thời gian tiếp xúc Aûnh hưởng đối với con người 50 – 100 < 1 h Viêm phổi trong 6-8 tuần 150 – 200 < 1 h 3 – 5 tuần Phá hủy dây khí quản chết ≥ 500 2 – 10 ngày chết Aûnh hưởng nhiễm độc NO 2 ở nồng độ khác nhau 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 21 2.3. Phân loại theo bản chất - Một số độc chất trong không khí (3) Độc chất NH 3 - Là khí không màu, có mùi khai nên rất dễ phát hiện khi bị rò rỉ - Nguồn phát sinh: là chất làm lạnh phổ biến, trong các nhà máy sản xuất phân đạm, sản xuất acid nitric; là chất thải của con người và động vật. - Là khí độc, có khả năng kích thích mạnh lên đường hô hấp và niêm mạc ẩm ướt, gây bỏng rát da do phản ứng kiềm hóa kèm theo tỏa nhiệt. - Ngưỡng chịu đựng đối với NH 3 là 20 – 40 mg/m3 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 22 2.3. Phân loại theo bản chất - Một số độc chất trong không khí - Khi tiếp xúc NH 3 với C = 100 mg/m 3 trong 1 khoảng thời gian ngắn sẽ không để lại hậu quả lâu dài. - Khi tiếp xúc NH 3 với C = 1500 – 2000 mg/m3 trong thời gian 30 phút sẽ nguy hiểm đối với tính mạng con người. - NH 3 làm lá có thể bị úa vàng, khi ở nồng độ cao làm cho lá cây trắng bạch, làm đốm lá và hoa, làm giảm rễ cây, làm cây thấp đi và quả bị thâm tím, giảm tỉ lệ hạt giống nảy mầm. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 23 2.3. Phân loại theo bản chất Thuốc bảo vệ thực vật ? Định nghĩa: Thuốc bảo vệ thực vật (thuốc trừ dịch hại) là những chất được tạo ra để chống lại và tiêu diệt loài gây hại hoặc các mầm bệnh virus hoặc vi khuẩn. Chúng cũng gồm các chất để đấu tranh với các loài sống cạnh tranh với cây trồng (cỏ dại) cũng như nấm bệnh cây. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 24 2.3. Phân loại theo bản chất Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật? “Dư lượng thuốc BVTV là những chất đặc thù tồn lưu trong lương thực và thực phẩm, trong sản phẩm nông nghiệp và trong thức ăn, vật nuôi mà do sử dụng thuốc gây nên”. - Những chất đặc thù này bao gồm: dạng hợp chất ban đầu, các dẫn xuất, sản phẩm phân giải, chuyển hóa trung gian, các sản phẩm phản ứng và các chất phụ gia có ý nghĩa về mặt độc lý. - Đây là những hợp chất độc. - Đơn vị: µg hợp chất độc trong 1 kg nông sản hoặc bằng mg/kg nông sản. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 25 2.3. Phân loại theo bản chất - Từng loại thuốc BVTV đối với từng loại nông sản đều được qui định mức dư lượng tối đa (maximum residue limit – MRL) – tức là lượng hợp chất độc cao nhất được phép tồn lưu trong nông sản mà không gây ảnh hưởng đến cơ thể người và vật nuôi khi sử dụng nông sản đó làm thức ăn. Ví dụ: TCVN 5941-1945 – đối với cà chua và bắp cải thì: - Dư lượng thuốc Mithamidophos cho phép là 0,1x10 -3 ppm. - Dư lượng thuốc Monocrotophos cho phép là 0,1x10 -3 ppm. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 26 2.3. Phân loại theo bản chất Thuốc bảo vệ thực vật (BVTV): - Các loại thuốc BVTV như dioxin, paraquat, carbamat, DDT rất độc, tấn công vào hệ hô hấp của con người. - Dư lượng thuốc BVTV trên nông sản cũng tác động xấu đến người tiêu dùng do nó tấn công vào các mô, gây dị dạng, đột biến gen, gây tác hại lâu dài. - Các loại thuốc BVTV tan được trong mỡ nguy hiểm hơn các loại tan trong nước. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 27 Lý do ?  Thuốc BVTV phá hủy màng tế bào  đẩy Ca ra ngoài, làm tổn thương tế bào  tấn công vào nhân tế bào, làm thay đổi enzyme, thay đổi protein  tạo ra một số phản ứng gây biến đổi gen – là nguyên nhân gây ung thư và trẻ sinh ra bị dị dạng 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 28 2.3. Phân loại theo bản chất Aldrin và Dieldrin - Là chất BVTV nhóm chứa clo, dùng để diệt sâu bọ trong đất, để bảo quản gỗ. - Aldrin nhanh chóng chuyển thành Dieldrin do quá trình phân ly. - Dieldrin là 1 hợp chất hữu cơ clo rất bền, ít linh động trong đất và có thể bốc hơi vào không khí. - Có độc tính cao đối với động vật và người, ảnh hưởng chủ yếu đến hệ thần kinh trung ương và gan. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 29 2.3. Phân loại theo bản chất - Từ thập niên 70 một số quốc gia đã nghiêm cấm sử dụng hoặc hạn chế sử dụng 2 chất này, đặc biệt trong nông nghiệp IARC (cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế) đã xếp aldrin và dieldrin vào nhóm 3 – tác nhân chưa thể xếp vào nhóm chất gây ung thư cho người (nhưng có đầy đủ bằng chứng gây ung thư ở động vật) - JMPR (hội nghị liên hợp FAO/WHO về dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật) đã đề nghị giá trị liều lượng tiếp nhận hàng ngày có thể chấp nhận được cho tổng aldrin và dieldrin là: ADI = 0,1 µg/kg thể trọng (1997). - Giá trị cho phép trong nước uống là 0,03 µg/l. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 30 2.3. Phân loại theo bản chất DDT (Dichloro diphenyl trichloroethane) C 14 H 9 Cl 15 - DDT bị hạn chế hoặc cấm sử dụng ở 1 số quốc gia, nhưng vẫn có nhiều nước còn cho phép sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp. - Là thuốc trừ sâu tồn lưu và ổn định trong hầu hết các điều kiện môi trường. - DDT và các chất chuyển hóa của nó (DDD, DDE) không bị phân hủy bởi vi khuẩn trong đất. - Với liều thấp, DDT và các chất chuyển hóa hầu như được hấp thu hoàn toàn ở người qua đường tiêu hóa hoặc hô hấp, sau đó chúng tích tụ ở các mô mỡ và sữa. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 31 2.3. Phân loại theo bản chất - Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế (IARC) đã xếp DDT vào nhóm 2B (không đủ bằng chứng gây ung thư cho người nhưng đủ bằng chứng gây ung thư trên động vật thí nghiệm) vì nó gây ung thư gan cho chuột bạch và chuột cống trắng. - Uống > 5g DDT khô: nôn mửa nghiêm trọng bắt đầu trong 30 phút hoặc 1 giờ, suy yếu và tê tay chân, lo lắng và cảm xúc mạnh, có thể xuất hiện tiêu chảy. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 32 2.3. Phân loại theo bản chất Độc tố sinh học: ĐN: là những chất mà sinh vật sản sinh ra trong quá trình sống và hoạt động, chỉ cần đưa vào cơ thể một lựơng tương đối nhỏ cũng có thể gây bệnh hoặc chết. Bao gồm: - Độc tố động vật - Độc tố thực vật - Độc tố do nấm mốc tiết ra (mycotoxin) - Độc tố vi sinh vật 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 33 2.3. Phân loại theo bản chất Độc tố động vật: nọc rắn, nọc ong, rết, bò cạp Với 1 lượng cực nhỏ các chất này lại có thể dùng làm thuốc chữa bệnh. Nọc ong: là chất lỏng sánh, không màu, thành phần hóa học phức tạp trong đó có metiline là 1 chất độc chính. Metiline làm tan hồng cầu, co các cơ trơn và hạ huyết áp, phong bế 1 đoạn thần kinh trung ương. Metiline bền vững trong môi trừơng acid mạnh với nhiệt độ nhưng lại tan trong kiềm  người ta sử dụng vôi để giải độc khi bị ong chích. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 34 2.3. Phân loại theo bản chất Độc tố thực vật: cây lá ngón, cây củ đậu, cây thuốc lá. - Cây lá ngón: thuộc họ mã tiền, mọc hoang rất nhiều ở vùng núi phía bắc. Trong cây chứa chất gelsemin (C 20 H 22 O 2 N 2 ) có độc tính rất mạnh, còn kumin (C 22 H 22 ON 2 ) không độc lắm. - Cây thuốc lá: hoạt chất chủ yếu là các alkaloid, trong đó nicotine (C 10 H 14 N 2 ) chiếm 2-10%. Nicotine là một chất rất độc, có thể gây nhiễm độc nghiêm trọng hoặc gây tử vong do sự hấp thụ vào cơ thể qua đường tiêu hóa. Người lớn chết khi cơ thể hấp thụ 15 – 20g nicotine, trẻ con chỉ cần vài gam cũng chết. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 35 2.3. Phân loại theo bản chất Độc tố do nấm mốc tiết ra: (mycotoxin) Có 2 loại nấm gây độc nhất là amanita muscaria và amanita palloides. Nấm Amanita Muscaria (nấm bắt mồi): chứa chất muscarin rất độc, liều gây chết người là 50mg, ngộ độc thường xảy ra vài phút tới vài giờ sau khi ăn. Nấm Amanita Palloides: chứa polypeptides amanitin và phalloidin gây nguy hiểm đến tế bào và cơ thể; ngộ độc xảy ra sau một thời gian 5 – 15 giờ bằng các hội chứng như viêm dạdày, đau ruột, mất thể dịch, gluco huyết áp giảm thấp. 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 36 2.3. Phân loại theo bản chất Độc tố vi sinh vật: - Đối với người và động vật: vi khuẩn thương hàn (salmonella), tiêu chảy, viêm đại tràng (E.coli, tụ cầu, liên cầu, salmonella) - Đối với thực vật: fusarium lycopersici sacc (3 chất độc là licomarazmin, axit fusaric, vazinfuscarin), fusarium oxysporum niveum (sterin – C 29 H 46 O 2 ) 21-Mar-12 CBGD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 37 2.4. Độc chất trung gian giữa hai loại bản chất và liều lượng Có những chất có thể xếp vào loại độc chất nồng độ – liều lượng vì với nồng độ vượt giới hạn nó mới thể hiện tính độc. Cũng có thể xếp nó vào loại chất độc bản chất vì xét ở 1 điều kiện nhất định nó có thể gây rối loạn sinh lý, tổn thương cho cơ thể