Khi đề cập sự tồn tại đơn độc dai dẳng trong môi trường, các nhà độc chất học không phải nhằm nói đến vấn đề khó giải quyết về mặt hóa học trong môi trường.
Nếu một hóa chất không thể đi vào cơ thể sinh vật, sau đó nó sẽ không thể hiện độc tính.
Sau khi được hấp thu, hóa chất phải tích lũy trong cơ thể đến mức độ đủ thì mới bộc lộ độc tính.
Sự tích lũy sinh học được định nghĩa là quá trình mà sinh vật tích lũy hóa chất cả trực tiếp từ môi trường vô cơ (nước, không khí, đất) và từ nguồn thức ăn (chuyển dinh dưỡng). Các hóa chất từ môi trường đa số được sinh vật hấp thu bằng sự khuếch tán thụ động. Các vị trí chủ yếu hấp thu bao gồm các màng của phổi, mang và ống tiêu hóa.
Trong khi hệ da và các cấu trúc kết hợp (vẩy, lông…) cung cấp một rào chắn bảo vệ chống lại sự xâm nhập vào từ môi trường thì sự hấp thu qua da thì khá đáng kể đối với một số hóa chất. Bởi vì các hóa chất phải đi qua màng đôi lipid để vào cơ thể, sự tích lũy sinh học các hóa chất tương quan thuận với khả năng hòa tan trong lipid.
Môi trường nước là vị trí chủ yếu mà ở đó các hóa chất ưa lipid di chuyển qua rào cản giữa môi trường vô cơ và hữu cơ. Điều này là vì hồ, sông và biển là những nơi lắng các hóa chất này và sinh vật biển cho qua các màng hô hấp của chúng (ví dụ: mang) một lượng nước vô cùng lớn, cho phép chiết xuất một cách hiệu quả các hóa chất từ nước. Các sinh vật sống trong nước có thể tích lũy sinh học các hóa chất ưa lipid và đạt đến nồng độ lớn hơn rất nhiều so với nồng độ của hóa chất đó tìm thấy trong môi trường. Mức độ mà các sinh vật sống trong nước tích lũy các xenobiotic từ môi trường lớn tùy thuộc vào hàm lượng lipid của sinh vật, bởi vì các lipid cơ thể được xem như là vị trí chủ yếu giữ lại các hóa chất.
Sự tích lũy sinh học một số chất xâm nhiễm môi trường vào cá
Mối quan hệ giữa hàm lượng lipid của các sinh vật khác nhau (lấy mẫu từ hồ Ontario) với hàm lượng PCB trong toàn cơ thể
Các hóa chất có thể được chuyển theo chuỗi thực phẩm từ sinh vật mồi tới động vật ăn thịt. Đối với các hóa chất ưa lipid cao, sự vận chuyển này có thể làm tăng nồng độ hóa chất trong mỗi tiến trình liên kết chuỗi thực phẩm (khuếch đại sinh học).
Chuỗi thực phẩm vận chuyển DDT có trách nhiệm trong việc làm giảm nhiều quần thể chim ăn thịt, dẫn đến quyết định cấm dùng loại thuốc này ở Hoa Kỳ.
Sự tích lũy sinh học của một hóa chất theo chuỗi thực phẩm
Những yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy sinh học
• Xu hướng của một chất nhiễm vào môi trường để tích lũy sinh học bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Điều quan tâm đầu tiên là sự tồn tại bền bỉ trong môi trường.
Mức độ một hóa chất tích lũy được ghi nhận bằng nồng độ hiện diện trong môi trường.
Các chất nhiễm được loại trừ dễ dàng ra khỏi môi trường thì không có giá trị trong tích lũy sinh học.
• Tính ưa lipid là một yếu tố quyết định tiềm năng tích lũy sinh học của một hóa chất. Tuy nhiên, một số hóa chất ưa lipid cũng có xu hướng hút bám để lắng cặn, do đó ít sẵn sàng để tích lũy sinh học. Ví dụ, sự hút bám benzo[a]pyrene vào acid humic làm giảm tiềm năng tích lũy sinh học của chúng trong cá thái dương. Cá từ các hồ thiếu dinh dưỡng, có mức độ các chất rắn lơ lững thấp, được thấy là tích lũy DDT nhiều hơn cá từ những hồ phú dưỡng có hàm lượng chất rắn lơ lững cao.
• Khi đã được hấp thu bởi sinh vật, số phận của chất nhiễm sẽ ảnh hưởng đến sự tích lũy sinh học của nó. Các hóa chất biến đổi sinh học nhanh là những chất hòa tan nhiều trong nước và ít hòa tan trong lipid. Hóa chất được biến đổi sinh học do đó ít ẩn nấp trong những thành phần lipid và sẽ dễ bị loại trừ ra khỏi cơ thể.