GIỚI THIỆU MÔN HỌC
2.2.4. Quỏ trỡnh ủào thải
Tớch tụ và ủào thải chất ủộc luụn luụn diễn ra song song trong cơ thể sống.
Nếu quỏ trỡnh tớch tụ chiếm ưu thế hơn quỏ trỡnh ủào thải, thỡ ủộc chất cú xu hướng tớch lũy trong cơ thể, và lượng tớch tụ sẽ ủược tăng dần theo thời gian tiếp xỳc với chất ủộc. Nếu qỳa trỡnh ủào thải chiếm ưu thế thỡ lượng chất ủộc vào cơ thể hầu
hết ủược ủào thải ra ngoài cơ thể, khụng gõy ủộc tiềm tàng như cỏc ủộc chất dễ gây tích tụ sinh học.
Chất ủộc ủào thải ra ngoài cơ thể cú thể bằng cỏch ủào thải dưới tỏc ủộng của con người như gõy nụn, rửa ruột, lọc mỏu,…hoặc ủào thải theo cơ chế tự nhiờn.
Ở ủõy chỳng ta chủ yếu tỡm hiểu khả năng ủào thải ủộc chất của cơ thể theo cơ chế tự nhiờn. Cơ thể ủào thải chất ủộc theo cơ chế tự nhiờn qua nhiều ủường khỏc nhau như qua gan, thận, phổi, tuyến mồ hụi, da,…Trong ủú ủào thải ủộc chất qua ủường gan - mật và ủào thải ủộc chất qua thận là hai ủường bài tiết chớnh trong cơ thể.
a) đào thải qua thận và ựường nước tiểu:
Cỏc chất ủộc sau khi ủược chuyển húa thành cỏc chất dễ tan, ủược lọc qua thận, qua cỏc bộ phận của thận như sau: tiểu cầu, khuếch tỏn qua ống thụ ủộng, ủào thải qua ống chủ ủộng vào bàng quang và ủược thải ra ngoài theo nước tiểu.
Các chất phân cực dễ hòa tan trong nước như: các cation, anion vô cơ, các anion hữu cơ.
b) đào thải qua ựường tiêu hóa
Cỏc chất hấp thụ qua màng ruột ủược chuyển húa trong gan, hũa tan trong mật, ủi vào ruột và ủào thải ra ngoài theo ủường phõn. Cỏc chất chủ yếu ủược ủào thải qua ủường mật: cỏc nhúm chất phõn cực cú khối lượng phõn tử lớn hơn 300Da.
Khả năng ủào thải ủộc chất qua thận phụ thuộc vào khả năng hũa tan của chất ủú trong mật và trong máu.
ðộc chất bài xuất qua mật thường không hấp thụ trở lại vào máu. Nhưng trong một vài trường hợp cú thể bị hấp thụ trở lại. Vớ dụ như cỏc chất ủó liờn kết với glucuronic cú thể bị thủy phõn bởi hệ vi sinh vật ủường ruột và ủược tỏi hấp thụ trở lại.
c) đào thải qua ựường hô hấp
ðối với cỏc hạt thụng thường ủược ủào thải theo ủường hắt hơi hoặc theo cơ chế thanh lọc ủi vào miệng.
ðối với cỏc khớ thường ủược ủào thải qua khớ thở. Khớ ủộc ủược ủào thải theo cơ chế khuếch tỏn thụ ủộng. Chất ủộc ủược ủào thải theo khớ thở khi ỏp suất riờng phần của chỳng trong khớ thở lớn hơn ỏp suất ngoài khụng khớ. Khả năng ủào thải phụ thuộc vào ủặc tớnh của ủộc chất. Khoảng 90% cỏc hợp chất như ete, cloroform, hydrocacbon, benzen ủược ủào thải ra ngoài theo khớ thở. Ngược lại chỉ một phần rất nhỏ cỏc hợp chất như aceton, anilin ủược ủào thải ra ngoài qua khớ thở sau khi vào cơ thể.
d) đào thải qua tuyến mồ hôi
Những ủộc chất khụng bị ion hoỏ và dễ hoà tan trong chất bộo, cú khả năng ủược ủào thải qua da, dưới dạng mồ hụi.
Bài tiết ủộc chất ủược chủ yếu ủược tiến hành theo cơ chế khuếch tỏn ủộc chất.
e) đào thải qua tuyến sữa và nhau thai
Phụ nữ sau khi sinh nở, chuyển một phần lớn các chất tích tụ trong cơ thể cho con qua nhau thai và qua sữa mẹ. Thủy ngân, asen, dung môi hữu cơ, thuốc bảo vệ thực vật, dioxin, …là những ủộc chất ủược ủào thải qua tuyến sữa và nhau thai.
f) đào thải qua nước bọt:
Cỏc kim loại nặng thường ủược ủào thải qua tuyến nước bọt. Những người bị nhiễm ủộc kim loại nặng hay xuất hiện một viền ủen kim loại trờn chõn răng, gõy viêm lợi.
g) đào thải qua các ựường khác
Ngoài cỏc ủường trờn, chất ủộc cũn ủược ủào thải qua số ủường khỏc như qua lông, tóc, móng, … Kim loại nặng thường tích lũy ở móng làm cho móng dòn và dễ gẫy.
2.2.5. Quá trình tích tụ
Qỳa trỡnh tớch tụ là quỏ trỡnh sản phẩm chuyển húa của chất ủộc ủược giữ lại ở trong cỏc bộ phận cơ quan của cơ thể. Khi nồng ủộ cú trong cơ thể lờn ủến một ngưỡng nào ủú sẽ tỏc ủộng lờn cơ thể sống và gõy biến ủổi cỏc quỏ trỡnh sinh lý sinh hóa của cơ thể.
a) Yếu tố ảnh hưởng ủến khả năng tớch tụ sinh học
- Phụ thuộc vào khả năng tan trong mỡ và nước của ủộc chất.
- Phụ thuộc vào khả năng chuyển húa của ủộc chất.
- Phụ thuộc vào ái lực với một số cơ quan..
- Quá trình tích tụ còn phụ thuộc vào giống, loài, tuổi, giới tính, tình trạng sức khỏe.
- Phụ thuộc vào thời gian và liều lượng tiếp xúc.
b) Phương trỡnh ủộng học mụ tả quỏ trỡnh tớch lũy sinh học Tốc ủộ biến ủổi nồng ủộ ủộc chất trong mụi trường sinh vật:
dCb/dt=k1Cm-k2Cb (1) Cb: Nồng ủộ ủộc chất trong cơ thể sống
Cm: Nồng ủộ ủộc chất mụi trường trong mụi trường nghiờn cứu k1: hằng số tốc ủộ hấp thụ ủộc chất vào cơ thể
k2: hằng số tốc ủộ ủào thải ủộc chất khỏi cơ thể.
Do nồng ủộ ủộc chất trong mụi trường rất lớn so với nồng ủộ hấp thụ ủộc chất và cú thể xem như nồng ủộ này thay ủổi khụng ủỏng kể trong thời gian t.
Lỳc ủú coi Cm là hằng số, giải phương trỡnh (1) ta ủược nồng ủộ ủộc chất trong cơ thể sống ủược tớnh theo cụng thức (2):
) 1
( 2
2
1 kt
m
b C e
k
C = k − − (2)
* Khi quỏ trỡnh hấp thụ và ủào thải ủạt trạng thỏi cõn bằng:
k1Cm-k2Cb=0 (3) k1/k2=Cb/Cm =BCF (4)
BCF: Hệ số tích tụ sinh học (bio-concentration-factor).
Hệ số BCF càng lớn thì khả năng tích tụ sinh học càng lớn Hệ số BCF phụ thuộc vào hệ số phân ly Kow. Với:
lgBCF=n.lgKow+ b (5)
n,b: hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào ủặc tớnh của ủộc chất mụi trường và sinh vật hấp thụ.
Kow: hệ số phân ly trong hệ dung môi octanol-nước.
Chỉ tiờu Kow là một trong những chỉ tiờu ủược dựng ủể ủỏnh giỏ ủộ an toàn của cỏc ủộc chất mụi trường ủặc trưng cho khả năng tớch tụ sinh học của ủộc chất.
lgKow<1: ủộc chất cú khả năng ưa nước, ớt gõy tớch tụ sinh học lgKow>1: ủộc chất thuộc dạng ưa mỡ, dễ gõy tớch tụ sinh học.
* Khi chấm dứt tiếp xỳc với ủộc chất cú trong mụi trường:
Lỳc ủú ta cú:
K1Cm=0 dCb/dt=-k2Cb (6) Giải phương trỡnh ta ủược:
Cb=Cb0 e-k2t (7)
Khi lượng ủộc chất trong cơ thể giảm ủi một nửa, Lỳc ủú: Cb=1/2Cb0, t=T1/2
Thay vào phương trỡnh trờn ta ủược thời gian bỏn phõn hủy T1/2 sẽ là:
T1/2=0,693/k2 (8)
2.3. Tỏc ủộng của ủộc chất ủến cơ thể sống 2.3.1. Cỏc dạng tỏc ủộng của ủộc chất a) Tỏc ủộng cục bộ và tỏc ủộng hệ thống - Tỏc dụng ủộc cục bộ
Tỏc ủộng gõy tổn thương trực tiếp ủến ủiểm tiếp xỳc với cơ thể. Tỏc ủộng này thường liờn quan ủến sự phỏ hủy cỏc tế bào sống núi chung.
- Tỏc dụng ủộc hệ thống
Tỏc dụng ủộc hệ thống là kết quả của tỏc dụng của chất ủộc sau khi chất ủộc ủược hấp thụ và ủược phõn phối trong cỏc bộ phận khỏc nhau của cơ thể. ða phần cỏc phõn tử ủộc gõy tỏc dụng chủ yếu ủến một hoặc một số cơ quan trong cơ thể.
b) Tỏc dụng ủộc tức thời và tỏc dụng ủộc chậm - Tỏc dụng ủộc tức thời:
Tỏc dụng ủộc xảy ra ngay sau khi ủộc chất hấp thụ vào cơ thể - Tỏc dụng ủộc chậm
Tỏc dụng ủộc xảy ra sau một thời gian dài ủộc chất tớch tụ trong cơ thể.
c) Tỏc dụng ủộc hỡnh thỏi và tỏc dụng ủộc chức năng - Tỏc dụng ủộc hỡnh thỏi
Tỏc dụng ủộc hỡnh thỏi là tỏc dụng ủộc dẫn ủến một sự thay ủổi hỡnh thỏi của mụ thấy ủược trờn kớnh hiểm vi. Cỏc tỏc dụng ủộc hỡnh thỏi thường là bất thuận nghịch.
- Tỏc dụng ủộc chức năng
Tỏc dụng ủộc chức năng là tỏc dụng ủộc húa sinh, là những tỏc dụng ủộc khụng làm thay ủổi hỡnh thỏi bờn ngoài. Tỏc dụng ủộc chức năng thường cú tớnh thuận nghịch.
d) Dị ứng và ủặc ứng - Dị ứng
Phản ứng dị ứng là phản ứng miễn dịch không thông thường khi cơ thể tiếp xúc với các dị nguyên như phấn hoa, hạt bụi nhỏ, nọc côn trùng, một số dược phẩm, thực phẩm.
Cỏc ủỏp ứng này thường giải phúng ra histamin, heparin, serotonin, cỏc chất hóa học trung gian gây nên các phản ứng dị ứng khác nhau.
Cỏc triệu chứng cú thể gặp phải là phỏt ban, nụn mửa, ủau bụng, ỉa chảy, khú thở, nổi mề ủay…
- ðặc ứng
Phản ứng ủặc ứng là phản ứng nhạy cảm khụng bỡnh thường cú nguồn gốc di truyền trước một phần tử chất ủộc.
2.3.2. Phản ứng sơ cấp
Phản ứng sơ cấp là phản ứng xảy ra tại vị trớ ban ủầu tiếp xỳc với ủộc chất, làm thay ủổi cấu trỳc và tổn thương chức năng của cơ quan tiếp xỳc.
Ví dụ: Phản ứng hydrat hóa gây bỏng rát da, khi tiếp xúc với các axit mạnh hay bazơ mạnh.
Phản ứng liên kết với Hemoglobin (Hb) trong máu của CO
.OH (R.)
.OO
RCHO (aldehyd), CHO-CH3-CHO
Axit béo không no
Lipid-OO. Lipid.
Lipid-OO.
+ Lipid →LipidOOH + Lipid.
Lipid.
+ Lipid.
→Lipid-Lipid LipidOO.
+ Lipid.
→Lipid-OO-Lipid
Hình 2.5: Phản ứng peroxi hóa lipid Hb.O2 + CO → Hb.CO + O2
là các phản ứng sơ cấp.
Biểu hiện của phản ứng sơ cấp thụng thường là biểu hiện của nhiễm ủộc cấp tính.
2.3.3. Phản ứng sinh học
Phản ứng sinh học là phản ứng của chất ủộc gõy ra ủối với từng cơ quan trong cơ thể dẫn ủến biểu hiện sinh học của cơ thể cú những biến ủổi nhất ủịnh hoặc gõy tổn thương các cơ quan.
a) Một số phản ứng sinh học
- Phản ứng với protein: Cỏc ủộc chất thường tỏc dụng tạo liờn kết ủồng húa trị với các axit amin như histidin, cystein, lysin, tyrosin, tristophan, metionin của protein
Hỡnh 2.4: Aflatoxin B1 là một ủộc tố nấm mốc rất ủộc, ủược biết ủến như là chất gõy ủột biến gen. Aflatoxin B1 tỏc ủộng lờn ADN bằng cỏch tạo liờn kết ủồng húa trị với bazơ nitơ guanin (G) gõy tổn thương ADN.
gõy biến tớnh protein hoặc tỏc ủộng với nhõn kim loại cú trong protein làm mất chức năng của protein. Ví dụ như Pb và một số kim loại nặng khác tác dụng với nhóm –SH của protein.
- Phản ứng với axit nucleic : Một số ủộc chất, dẫn xuất ủộc chất ủộc cú khả năng phản ứng tạo liờn kết ủồng húa trị, phi ủồng húa trị với cỏc axit nucleic. Cỏc tỏc nhõn ủộc này thường tấn cụng vào vị trớ cỏc base nitơ của ADN.
Gốc tự do –OH tấn công vào các bazơ nitơ của AND gây tổn thương ADN và tạo ra các sản phẩm chuyển hóa là các hydroxy. Ví dụ như hydroxy guanosine ủược tạo thành khi gốc –OH tấn cụng vào bazơ nitơ guanin.
- Phản ứng peroxi hóa lipid
Phản ứng peroxi hóa lipid của axit béo không no là phản ứng xảy ra thường xuyờn khi cơ thể bị nhiễm ủộc chất. Do lipid là thành phần cấu tạo chớnh của màng tế bào, nên peroxi hóa lipid sẽ làm suy giảm chức năng của màng tế bào.
Phản ứng peroxi húa lipid là phản ứng giữa cỏc gốc tự do tạo ra trong giai ủoạn 1 với các axit béo không no của lipid. Sản phẩm tạo thành là các aldehyd, melondialdehyd, peroxidized lipid và các gốc tự do peroxy và O., các tác nhân có hoạt tính mạnh. Vitamin E có tác dụng chống oxy hóa lipid màng cũng như các lipid có trong máu.
b) Cỏc biểu hiện của phản ứng sinh học do tỏc ủộng của ủộc chất
- Gõy tổn thương chức năng của enzym và coenzym: Một số ủộc chất cú khả năng tỏc ủộng trực tiếp với cỏc enzym hoặc coenzym làm biến ủổi cấu trỳc của enzym hoặc coenzym và kết quả là làm mất hoạt tớnh của enzym ủú.
- Gõy rối loạn quỏ trỡnh chuyển húa năng lượng: ủộc chất tỏc ủộng ủến cỏc hợp chất trung gian trong quá trình chuyển hóa năng lượng hoặc làm mất hoạt tính enzyme gây rối loạn quá trình chuyển hóa năng lượng.
- Tăng khả năng tớch tụ mỡ: Một số chất ủộc vớ dụ như nicotin cú khả năng oxy hóa phân giải các lipoprotein, các lipoprotein làm nhiệm vụ vận chuyển colesteron và lipit trong hệ tuần hoàn máu, làm giải phóng các colesteron este khụng tan và dễ dàng tớch tụ trong thành mạch mỏu gõy xơ cứng ủộng mạch.
Peroxi hóa lipid tăng tích tụ mỡ trong cơ thể.
- Ngăn cản quỏ trỡnh hụ hấp: một số ủộc chất oxy húa hemoglobin thành methemoglobin là dạng hem protein không có khả năng liên kết với oxy, ngăn cản quá trình hô hấp.
- Can thiệp vào cỏc quỏ trỡnh ủiều hũa trung gian của cỏc hormon trong cơ thể:
một số ủộc chất khi ủi vào cơ thể gõy rối loạn quỏ trỡnh ủiều hũa của cỏc hormon.
Cỏc ủộc chất cú tớnh chất trờn ủược gọi là chất gõy rối loạn nội tiết (ED). Hay núi
ủộng với cỏc thụ thể của hocmon, làm biến ủổi chức năng sinh lý nội tiết, suy giảm quỏ trỡnh sinh sản, gõy biến ủổi giới tớnh và cỏc bất thường khỏc trong tuyến sinh dục.
Cỏc chất này cú khả năng liờn kết với cỏc thụ thể của một hormon nào ủú và gõy ra những ủỏp ứng tương tự như hormon ủú liờn kết với cỏc thụ thể của hormon nào ủú hay bộ phận khỏc cú trờn tế bào ngăn cản hoạt ủộng của hormon ủú.
Ví dụ DDT có tính estrogen (hormon sinh dục nữ), nó có thể liên kết với thụ thể ER (thụ thể của estrogen) và có tác dụng như là hormon sinh dục nữ gây biến ủổi giới tớnh từ ủực sang cỏi.Tại Nhật Bản, người ta phỏt hiện một số cỏ nhỏ nước ngọt ủực cũng cú khả năng ủẻ trứng như cỏ cỏi do bị nhiễm ủộc DDT.
Vớ dụ ủồng phõn dioxin 2,3,7,8-TCDD cú tớnh anti-estrogen, liờn kết cạnh tranh với estrogen dẫn ủến cỏc triệu chứng như giảm khối lượng tử cung, gõy ung thư buồng trứng và các bất thường sinh sản khác.
- ðột biến gen: cỏc tỏc nhõn gõy ủột biến gen tỏc ủộng trực tiếp lờn ADN gõy nờn biến ủổi di truyền trong nhiễm sắc thể và cỏc thụng tin di truyền trong ủú. Cỏc biến ủổi thường gặp trờn AND do cỏc tỏc nhõn gõy ủột biến gen gõy ra là: chuyển ủoạn, mất ủoạn, ủứt ủoạn, tạo vết nứt. Những sai khỏc nhỏ này nếu khụng ủược phục hồi trước khi tế bào nhõn ủụi thỡ sẽ di truyền tới thế hệ con chỏu, gõy ảnh hưởng lâu dài.
2.3.4. Phản ứng thứ cấp
Phản ứng thứ cấp là phản ứng của cơ thể sau khi ủó xảy ra phản ứng sơ cấp và phản ứng sinh học. Phản ứng này ủược thể hiện qua sự thay ủổi về sinh lý, hành vi và biểu hiện suy giảm sức ủề khỏng của cơ thể sống.
Phản ứng thứ cấp bao gồm phản ứng mãn tính và phản ứng cấp tính, với các biểu hiện của phản ứng này như sau:
a. Biểu hiện của phản ứng cấp tính
Phản ứng cấp tính là phản ứng quan sát thấy ngay trong một thời gian ngắn, biểu hiện của phản ứng cấp tớnh chớnh là những biểu hiện của nhiễm ủộc cấp tớnh.
Biểu hiện thường xảy ra sau vài giờ, vài ngày kể từ thời ủiểm tiếp xỳc.
Trong khoảng thời gian này chất ủộc ủó ủược hấp thụ, phõn bố chuyển húa nhưng chưa ủược tớch tụ và ủào thải.
Những biểu hiện của phản ứng cấp tính như là:
- Nhẹ: da ủỏ hồng, phỏt ban, buồn nụn, chúng mặt, chõn tay run rẩy, bồn chồn, khát nước, vã mồ hôi, không tập trung tư tưởng, hoa mắt…
- Nặng: co dật, thở gấp, rối loạn cơ bắp, ủau ngực, sốt cao, vàng da, núi lảm nhảm, khó thở, ngất, …
- Tử vong: nếu tiếp xúc với liều lượng cao sẽ có thể gây ra tử vong.
b. Biểu hiện của phản ứng mãn tính
Phản ứng xảy ra õm thầm sau một thời gian dài tiếp xỳc với ủộc chất chớnh là những biểu hiện của nhiễm ủộc món tớnh. Những biểu hiện hay gặp của phản ứng mãn tính là:
- Suy giảm hệ thống miễn dịch
Miễn dịch là trạng thỏi bảo vệ ủặc biệt của cơ thể ủể chống lại cỏc yếu tố gõy bệnh khi chỳng xõm nhập vào cơ thể . Hệ thống miễn dịch thường tỏc ủộng lờn cỏc phân tử lạ và có kích thước lớn như là vi khuẩn, virut, các polyme lớn; sinh ra khỏng thể ủặc hiệu tiờu diệt cỏc phần tử gõy bệnh ủú.
Một số ủộc chất cú thể gõy ảnh hưởng ủến hệ thống miễn dịch gõy thiếu hụt miễn dịch như Be, Ni, Ce , các thuốc bảo vệ thực vật, hợp chất PAHs, dioxin, DDT, virrut như virut HIV.
Thiếu hụt miễn dịch là sự suy giảm hoặc hư hỏng một số chức năng trong hệ miễn dịch, dẫn ủến tỡnh trạng cơ thể khụng ủỏp ứng ủược với nhiều loại khỏng nguyên.
Triệu chứng biểu hiện do thiếu hụt miễn dịch rất ủa dạng và khỏc nhau ủối với những bệnh nhân khác nhau. Các bệnh hay gặp khi bị suy giảm miễn dịch là viêm phổi, nhiễm trùng dạ dày ruột, nhiễm trùng thần kinh, rối loạn thần kinh, lở loét ở da, nấm miệng…
- Rối loạn do ủột biến gen
Cỏc tỏc nhõn gõy ủột biến gen là những chất siờu ủộc cú khả năng tồn lưu lõu ngày trong môi trường và trong cơ thể sinh vật và có thể gây hại cho cơ thể ở mức liều lượng rất nhỏ. Tỏc nhõn gõy ủột biến gen bao gồm: cỏc tỏc nhõn vậ lý: tia phóng xạ, tia X, tia cực tím…; các tác nhân hóa học: thuốc trừ sâu, dioxin, dung môi hữu cơ…; các tác nhân sinh học: một số virut như virut Retro, Apova, Hecpet; một số ủộc chất cú trong nấm.
Ảnh hưởng do ủột biến gen gõy ra là:
- Sinh tổng hợp cỏc protein cú chức năng khụng bỡnh thường dẫn ủến rối loạn các quá trình sinh lý và sinh hóa bình thường của cơ thể
- Gây ung thư
- Ảnh hưởng ủến khả năng sinh sản: giảm khả năng sinh sản, sinh con quỏi thai, ủẻ non…
- Ung thư
Những tế bào mất ủi cỏc chức năng trờn thỡ phỏt triển khụng bỡnh thường trở thành tế bào ung thư. Hay nói cách khác ung thư là kết quả tăng sinh không kiểm soỏt ủược của tế bào thụng qua con ủường nguyờn phõn.
Tế bào ung thư khác với tế bào thường tế bào ung thư phát triển một cách tự do, cú khả năng di chuyển, xõm lược tế bào khỏc, biến ủổi về bản chất và khú bị tiờu