Chương III SỰ HẤP THỤ PHÂN BỐ VÀ ĐÀO THẢI 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG Cơ thể người ngăn cách với mơi trường bên ngồi loại màng chính: • Da • Biểu mơ hệ tiêu hóa • Biểu mơ hệ hơ hấp Nhìn chung, độc chất hấp thụ vào thể qua đường tiêu hóa so với đường da biểu mô hệ hô hấp Độ độc chất bị giảm bớt qua đường tiêu hóa tác động dịch tiêu hóa Phổi người có diện tích tiếp xúc với khơng khí 90 m2 70 m2 diện tích tiếp xúc phế nang Mạng lưới mao mạch phổi có diện tích tới 140 m2 Để Xâm nhập vào máu, độc chất phải vượt qua màng trước công lên khu vực thể Sự xâm nhập độc chất qua màng sinh học định tính chất hóa lý như: - Mức độ lớn hóa thấp - Hệ số phân bố mỡ/nước dạng không ion hóa cao - Các bán kính ngun tử phân tử chất có khả tan nước Ngay độc chất vượt qua màng, nhập vào vịng tuần hồn máu mang khắp thể với số dạng khác nhau: - Các phân tử có khả khuếch tán tự hòa tan 51 nước nhũ tương - Các phân tử liên kết thuận nghịch với protein, chylomicron cấu tử khác huyết - Các phân tử tự liên kết nám hồng cầu yếu tố tạo thành khác Phản ứng sinh học hóa chất nguy hại phụ thuộc trực tiếp vào liều lượng hóa chất hấp thụ vào quan nội tạng Tác động độc chất phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ khu vực tác động Tiếp xúc Sự tiếp xúc độc chất với thể sống hiểu có mặt xenobiotic (hóa chất lạ thể) thể sinh vật Đơn vị tiếp xúc thường tính ppm (đơn vị phần triệu) hay đơn vị khối lượng mét khối khơng khí, lít nước hay kg thực phẩm Liều lượng tiếp xúc qua da thường tính nồng độ dung dịch tiếp xúc với diện tích bề mặt thể Hấp thụ Hấp thụ trình chất thấm qua màng tế bào xâm nhập vào máu Sự hấp thụ độc chất cịn xảy qua đường tiêu hóa, hơ hấp, da, Sự vận chuyển độc chất từ hệ tuần hồn vào mơ gọi hấp thụ, tương tự q trình hấp thụ hóa chất từ bề mặt thể vào hệ tuần hồn Do vậy, phải ln cân nhác hai khía cạnh hấp thụ: Sự vận chuyển từ bề mặt thể vào máu hay huyết Từ máu vào mô Lượng hấp thụ chất thể động vật phụ thuộc vào lượng chất đưa vào, thời gian thể bị tiếp xúc, kiểu, loại xâm nhập 52 Ví dụ: Độc chất khơng khí dạng khí, dạng hạt bụi Sự hấp thụ thời gian lưu trữ độc chất thể động vật phụ thuộc nhiều vào kích thước hạt chúng Những hạt kết lắng bề mặt quan hô hấp theo trình sau: Phân tán hạt: xảy hạt có kích thước vài micron luồng khí gặp bề mặt dốc Lắng đọng theo lực hấp dẫn: Phụ thuộc vào khối lượng hình dạng hạt Đối với hạt có đồng mật độ q trình thường có hạt có đường kính từ 0,5 - micro Khuếch tán: Hiện tượng thường có hạt có kích thước nhỏ Ngồi ra, hấp thụ cịn phụ thuộc vào q trình phân bố, chuyển hóa tiết thể Phân chuyển Từ hệ thống tuần hoàn thể, độc chất qua một, nhiều hay chí tất quan thể gọi trình phân chuyển hay phân chuyển Phân chuyển trình vận chuyển độc chất sau xâm nhập vào máu đến quan thể Sau số chất chuyển hóa, số chất bị tích đọng thể Tốc độ phân chuyển độc chất tới tế bào quan phụ thuộc vào dòng máu lưu chuyển qua quan Tuy nhiên, phân chuyển chất bị ảnh hưởng tích lũy tế bào khác thể mà xem khu vực lưu giữ Các khu vực là: - Các protein huyết tương - Mỡ thể - Xương - Gan thận 53 Do phản ứng lý hóa độc chất với hệ thống quan tương ứng mà có phân bố đặc biệt cho chất: Độc chất có tính điện ly lưu giữ số tổ chức quan khác chì, fluor tập trung xương, bạc, vàng da, lắng đọng gan, thận dạng phức chất Các chất không điện ly loại dung môi hữu tan mỡ tập trung tổ chức giàu mỡ thần kinh Các chất khơng điện ly khơng hịa tan chất béo nói chung thấm vào tổ chức phụ thuộc vào kích thước phân tử nồng độ độc chất Bài tiết Các độc chất đào thải ngồi thể theo đường thận, tiêu hóa, da, tuỳ thuộc vào tính chất lý hóa chúng Thận quan đào thải Bên cạnh đó, độc chất đào thải qua nội quan khác như: Kim loại nặng thường đào thải khỏi thể qua đường ruột , gan số độc chất chuyển hóa liên hợp sulfo glucuonic, sau đào thải Qua thở đào thải số lớn độc chất dạng khí Ngồi độc chất cịn tiết qua mồ hôi sửa Tồn lưu Khả tồn lưu chất thể phụ thuộc vào đặc điểm hóa học, cấu trúc phân tử tính chất vật lý chúng Một số chất thường tập trung tổ chức mỡ Chlordane, DDT, PCB (polyclorobiphenyl) Protein plasma liên kết với Cu, Zn Cịn Pb tích đọng xương 3.2 MÀNG TẾ BÀO Để hiểu q trình hấp thụ hóa chất từ bề mặt thể vào máu từ máu vào đến mô cần phải nghiên cứu cấu trúc chất hóa học màng tế bào Hầu tất 54 trường hợp độc chất phải qua màng tế bào tới điểm định để gây nên phản ứng sinh học Hình sơ đồ đặc trưng màng tế bào động vật Một phần màng tế bào phóng đại hình để biểu diễn phospholipid protein cấu tạo nên màng tế bào Hình phân tử phosphohpid biểu thị hình van sẫm màu với hai đuôi protein màng tế bào 55 biểu diễn đường xoắn mang theo hai điện tích âm điện tích dương Hình biểu diễn phân tử phospholipid, thành phần tạo nên màng tế bào Trong minh họa phosphatidylchohne distearate sử đụng làm ví dụ (trong thực tế có nhiều loại phân tử tương tự màng tế bào) tính phân cực, đầu tan nước tính khơng phân cực, phần tan mỡ phân tử Màng tế bào đóng vai trị lớp dầu mỏng (chất lipid lỏng) môi trường lỏng (nước) Các protein hình cầu 56 phần lỏng màng tế bào di chuyển tự phần phóng màng (hình 5) Một số protein hoàn toàn qua màng tế bào, tạo rãnh lỏng xuyên qua lớp màng lipid Những phân tử tan nước có kích thước nhỏ thẩm thấu qua rãnh lỏng này, phân tử tan mỡ thẩm thấu tự qua thành phần phospholipid màng tế bào Các phân tử tan nước có kích thước lớn khơng thể qua màng tế bào trữ chế vận chuyển đặc biệt Do thành phần chủ yếu cấu tạo nên màng tế bào phospholipid, nên hợp chất tan mỡ qua màng tế bào nhanh nhiều so với hợp chất tan nước Những hợp chất tan nước qua màng tế bào rãnh protein không tạo thành Do vậy, sở cấu trúc màng tế bào tóm tắt chung q trình hấp thụ sau: Các hợp chất tan mỡ hấp thụ qua bề mặt thể nhanh (thường nhanh gấp nhiều lần) so với hợp chất tan nước, hợp chất tan nước qua màng tế bào chế vận chuyển đặc biệt Con đường để độc chất môi trường vào thể thông qua da, qua phổi thành ruột Một số xenobiotic tác động trực tiếp từ bề mặt bên màng dịch bào, chúng gắn vào protein đặc biệt (cơ quan tiếp nhận) màng tế bào Phản ứng mà quan tiếp nhận màng tế bào làm cho hợp chất sẵn chuyển động từ màng dịch bào đến phận khác tế bào (như nhân tế bào) tác động đến phản ứng 3.3 HẤP THỤ ĐỘC CHẤT QUA DA Rất nhiều hợp chất sử dụng cho mục đích nơng nghiệp cơng nghiệp có khả tan mỡ cao gây độc cho người sử dụng Các hợp chất thuốc trừ sâu photphát (DFP, parathion, malathion) dung môi hữu 57 khác CCL4 v.v Một chất dính da có phản ứng sau: Da tồ chức mỡ tác dụng hàng rào bảo vệ chống lại xâm nhập độc chất gây tổn thương thể - Độc chất phản ứng với bề mặt da gây viêm da sơ phát - Độc chất xâm nhập qua da, kết hợp với tổ chức protein gây cảm ứng da - Độc chất xâm nhập qua da vào máu Có hai đường hấp thụ qua da qua tế bào.da, qua tuyến bã tuyến khác Qua tế bào đường Có nhiều yếu tố ảnh hương đến hấp thụ độc chất qua da: Cấu trúc hóa học, tính chất lý hóa, độc chất, nhiệt độ mơi trường, vùng giải phẫu da khác 58 Hầu hết độc chất hấp thụ thông qua tế bào biểu bì Tuyến mồ chân tóc chiếm 1% diện tích bề mặt thể số độc chất hấp thụ vào thể qua điểm Lớp sừng lớp ngồi biểu bì Các tế bào biểu bì gắn với tạo nên lớp màng khoẻ, uốn Những sợi keratin chứa tế bào phủ lớp lipid mỏng Lớp biểu bì lớp màng khống chế tốc độ hấp thụ Một độc chất muốn hấp thụ qua da vào hệ tuần hoàn phải qua hàng loạt lớp tế bào Tốc độ di chuyển độc chất từ lớp biểu bì vào hệ tuần hồn phụ thuộc vào độ dày da, tốc độ dòng máu, huyết yếu tố khác Tốc độ hấp thụ nhanh, lượng độc chất có máu cao Những vùng da khác thể có tốc độ hấp thụ độc chất khác 3.4 HẤP THỤ ĐỘC CHẤT QUA PHỔI Các độc chất tiếp xúc hít thở hấp thụ qua phổi Các độc chất thuộc nhóm thường khí CO, NO2, SO2 chất lỏng dễ bay benzen, CCl4 chì xăng Sol khí Phơi người có diện tích tiếp xúc với khơng khí 90m2 70m2 diện tích tiếp xúc phế nang Ngồi cịn có mạng lưới mao mạch phong phú với diện tích 140m2, dịng máu qua phổi nhanh tạo điều kiện thuận lợi cho hấp thu chất có khơng khí qua phế nang vào mao mạch Khoảng cách lớp biểu mô màng phổi thành mạch máu khoảng 10 micron (hình 7) 59 Tùy theo chất độc chất mà gây phản ứng đường hô hấp dẫn đến tổn thương kích thích, viêm nhiễm, phù nề, giãn phế nang, xơ phổi v.v Các chất khí có khả nàng tan nước vào thể tan nước nhầy khí quản, tích đọng gây tổn thương Các chất khí tan mỡ thẩm thấu qua màng phổi với tốc độ phụ thuộc vào hệ số tỷ số phân bố mỡ/nước hồ tan khí máu Các hạt bụi có đường kính lớn 10 µm thường gây tác động đến dường hô hấp trên, đặc biệt phần mũi khí quản Các hạt có đường kính từ đến µm tác động đến phổi mao mạch phổi Các hạt có đường kính nhỏ cm thường đến tới màng phổi Các hạt lọt vào phân hệ hô hấp thường bị thải thông qua việc ho, hắt nuốt vào theo đường tiêu hóa Các hạt mắc vào phần hệ hơ hấp vận chuyển ến tận màng phổi Sự vận chuyển phụ thuộc vào tốc độ vận chuyển bạch cầu, hoạt động mao mạch thành mạch máu màng phổi yếu tố khác Trung 60 bình khoảng 1/2 chất thâm nhập vào thể vòng ngày, điều phụ thuộc vào chất độc chất Phần lại thâm nhập ngày tiếp theo, chí hàng năm sau Các hạt tan thấm qua màng phổi vào hệ tuần hồn máu Các hạt khơng tan khuếch tán chậm vào đến mạch máu thông qua hệ tuần hồn bạch cầu Bên cạnh đó, qua thở đào thải số độc chất dạng khí, 3.5 HẤP THỤ ĐỘC CHẤT QUA MÀNG RUỘT Nhiều độc chất môi trường cấu tử thực phẩm hấp thụ qua hệ tiêu hóa Các độc chất thường giống chất dinh dưỡng cấu trúc chất điện ly thường vận chuyển chúng vào máu Nhìn chung, độc chất hấp thụ qua đường tiêu hóa so với hai đường hơ hấp da Ngồi ra, tính độc nhiều chất bị giảm qua đường tiêu hóa tác động dịch dày (axít) dịch tụy (kiềm) Sự hấp thụ xảy từ miệng ruột già Nói chung, hợp chất hấp thụ qua ruột nơi chúng có mặt với nồng độ cao dạng tan mỡ Rất nhiều độc chất mang tính axít nhẹ hay kiềm nhẹ tồn dạng hỗn hợp chất ton hóa khơng ion hóa 61 Các dạng khơng ton hóa có độ phân cực thấp thường có khả tan mỡ dễ khuếch tán qua màng mỡ Những trình chuyển hóa sinh hóa quan trọng diễn ruột q trình làm thay đổi hấp thụ độc chất hay thay đổi độc tính hóa chất Những chuyển hóa thực nhờ có vi khuẩn đường ruột Phần độc chất tồn dạng không ton hoả phụ thuộc vào số điện ly hợp chất vào pa dung dịch mà chúng hòa tan Phương trình Henderson-Hasselbach mối quan hệ mơi trường axít yếu pH= pKa + log [(kiềm)/(axít)] Kiềm coi chất nhận ion H+ axít chất cho ion H+ Khi axít yếu ton hóa nửa, nồng độ kiềm tương đương với nồng độ axít, giá trị Logarit biểu diễn phương trình nói khơng Do điểm bán lợn hóa pha pH axít yếu kiềm yếu pH thấp khơng ion hóa ion hóa pH CaO ion hóa khơng ion hóa 3.6 CHUYỂN HÓA ĐỘC CHẤT Độc chất vào thể tham gia vào phản ứng sinh hóa học q trình biến đổi sinh học Q trình xảy nhiều phận mô Vị trí xảy trao đổi hóa học gan, da phổi Hoạt tính enzym trao đổi chất tìm thấy ngun sinh chất, ty lạp thể, màng nội chất tế bào gan (parenchymal) Đặc tính chung hầu hết q trình chuyển hóa sản phẩm trao đổi chất phân cực so với chất ban 62 đầu Quá trình thuận lợi cho đào thải độc chất vào nước tiểu mật Sự trao đổi chất chia thành loại tuỳ theo phản ứng enzym: Các phản ứng giai đoạn - Oxy hóa: Là dạng thơng thường phản ứng chuyển hóa sinh học gồm oxy hóa rượu, aldehyt thành axit tương ứng, oxy hóa nhóm alkyl thành alcol, thành nitrat - Khử oxy: gặp q trình oxy hóa, ví dụ aldehyt xe ton thành alcol, clorat thành tricloretanol, nitro (- NO2) cacbua thơm khử thành quan (- NH2) - Thủy phân: Đối với chất hữu cơ, q trình thủy phân nhờ enzym, cịn chất vô phản ứng thông thường Thủy phân hợp chất carbon, sulfuanit rogen photphat đưa đến hình thành axit rượu Các ester thủy phân thành amide nhờ nhiều loại enzym tuỳ thuộc vào nhóm alkyl Các phản ứng giai đoạn chuyển hóa hóa chất thành dẫn xuất với nhót?i chức thích hợp cho phản ứng giai đoạn Các hệ thống enzym tham gia vào phản ứng giai đoạn oxydaza monooxygenaza phối hợp với cytochrome Các phản ứng giai đoạn 2: Phản ứng liên hệ Các phản ứng giai đoạn tham gia vào tổng hợp dẫn xuất chất lạ Các phản ứng xem phản ứng liên hợp Nó đóng vai trị quan trọng q trình trao đổi chất loại bỏ độc tính Có nhiều loại liên lợp: - Liên hợp với lưu huỳnh (S): axit cyanhydric cyanua liên hợp với S để tạo thành thiocyanat không độc thải vào nước tiểu 63 Liên hợp với nhóm methyl (- CH3) - Liên hợp với H2SO4: Phần lớn cacbua thơm dẫn xuất ni tro quan bị oxy hóa (hoặc khử), sau liên hợp với H2SO4 thải vào nước tiểu dạng muối kiềm Liên hợp với glucuronic: nhiều chất đào thải qua nước tiểu dạng liên hợp với axit glucuronic phenol dẫn xuất, alcaloid, steroid Các phản ứng liên hợp glucuronic xảy gan - Liên hợp với glycin: Các axit thơm thường liên hợp với glycin 3.7 CÁC ĐỘC CHẤT KẾT HỢP VỚI PROTEIN Sự phân bố đào thải độc chất phụ thuộc vào: Hàm lượng nước Hàm lượng mỡ Sự kết hợp phân tử lớn Quá trình di chuyển não Đào thải qua phổi Đào thải qua thận Đào thải qua mật Quá trình trao đổi chất Sản xuất sữa, mồ hôi, nước bọt, nước mắt Sự kết hợp độc chất với protein tương tự lớp liên kết enzym Sự liên kết liên kết hóa trị mà liên kết tồn, q trình đảo ngược Sự kết hợp với protein diễn protein nằm dịch bào mô Không phải tất protein liên kết với mức độ mà phụ thuộc vào kiểu, số lượng điểm liên kết, pa môi trường (tác nhân điều tiết q trình ion hóa) Albumin protein quan trọng (chúng chiếm đến 50% protein dịch bào) 64 Tại pH= 7,4 albumin có nhiều điện tích âm điện tích dương Tại pH = chúng có khoảng 100 điện tích âm 100 điện tích dương phân tử Các phản ứng sinh học phụ thuộc vào nồng độ độc chất không liên kết dịch bào Các độc chất liên kết ổn định với protein máu tích tụ lại thể trở nên nguy hiểm Các hợp chất liên kết dịch bào bất ngờ thải nhu xuất hợp chất cạnh tranh để liên kết địa điểm liên kết độc chất cũ Ví dụ: Một số trẻ sơ sinh thiếu enzym glucuronyl transferase máu, enzym có chức kết hợp với bilirubin (sản phẩm phân hủy hemoglobin) Kết có lượng lớn bilirubin liên kết với albumin máu (bệnh hyperbilirubinemaia) Nếu lý trẻ sơ sinh sử dụng liều sulphonamide hay vitamin K hợp chất thay vị trí bilirubin albumin, lượng bihrubin giải phóng vừa đủ chúng thâm nhập vào não để gây bệnh gọi kernicterus (một.loại bệnh phá hủy số lượng lớn tế bào não) 3.8 ĐÀO THẢI CÁC CHẤT ĐỘC Đào thải độc chất khỏi thể xảy theo nhiều cách khác Thận quan chịu trách nhiệm thải loại độc chất chất lạ khỏi thể Bên cạnh đó, mật phổi đào thải độc chất khỏi thể Về nguyên tắc, trình đào thải giống với q trình hấp thụ, vận chuyển hóa chất qua màng sinh học dựa vào chênh lệch nồng độ hóa chất Hóa chất di chuyển từ điểm có nồng độ cao đến điểm có nồng độ thấp Bài tiết dịch vàng gan ví dụ đào thải 65 hợp chất hóa học tan nước Các tác nhân gây độc đào thải vào nước tiểu qua đường lọc tiểu cầu, khuy ếch tán tiết qua ống nước tiểu Cơ chế đào thải thận thường loại phần độc chất không bị biến đổi máu qua thận Bài tiết độc chất thơng qua hai chế tiết ơng: Một chế anion hữu (axit) chế cho chuồn hữu (bazơ) Các độc chất liên kết protein không bị đào thải lọc tiểu cầu thận khuếch tán thụ động, bị thải qua q trình tiết chủ động Các chất sử dụng chế vận chuyển chủ động cạnh tranh để giành hệ thống vận chuyển chủ động thận Các hợp chất tan mỡ đào thải khỏi thể chậm qua dịng tuần hồn thải chất lỏng (nước) nước tiểu hay địch vàng gan Do vậy, hợp chất tan mỡ thường tích đọng lâu thể người, tận chúng bị chuyển hóa thành dẫn xuất tan nước Các hợp chất tan mỡ thận lọc khỏi máu thường lại nhanh chóng bị hấp thụ lại vào máu lại thận nước tiểu khơng thải ngồi thể Một độc chất đào thải tế bào gan vào mật, sau vào ruột Nếu tính chất thích hợp cho hấp thụ lại, số hợp chất quay vịng qua q trình hấp thụ lại từ hệ tiêu hóa vào hệ tuần hồn (chu trình gan ruột) thải loại cuối qua thận Sự tiết qua mật đóng vai trị chủ yếu việc đào thải ba loại hợp chất với trọng lượng phân tử lớn 300: Các anion, chuồn phân tử khơng bị ton hóa chửa nhóm phân cực nhóm ưa mỡ Các hợp chất có khối lượng phân tử thấp bị tiết chủ yếu mật, điều có lẽ đo chúng bị hấp thụ lại qua Một số độc chất chuyển hóa liên hợp sufo glucuronic đào thải qua mật 66 Tốc độ đào thải Sự đào thải phụ thuộc vào - Tốc độ khử hoạt tính sinh hóa - Tốc tiết Cường độ tác động độc hại phụ thuộc vào hàm số nồng độ hóa chất khu vực bị nhiễm Trong hầu hết trường hợp, hấp thụ thẩm thấu thụ động Do vậy, chênh lệch nồng độ khu vực hấp thụ máu, nồng độ hấp thụ biểu thị phương trình mũ log M = Log Mo - (Kat)/2,30 Trong đó: Mo: nồng độ hóa chất địa điểm hấp thụ thời điểm bắt đầu M: nồng độ hóa chất địa điểm hấp thụ thời điểm t Ka: số hấp thụ, tương đương với 0,693: t1/2 t1/2: thời gian bán hấp thụ (thời gian M/Mo=1/2) Ví dụ: Nồng độ độc chất tiêu hóa dày xác định tốc độ độc chất hấp thụ vào máu Khi nồng độ độc chất dày giảm hấp thụ bớt vào máu, tốc độ hấp thụ sau giảm dần Phần lớn, độc chất với nồng độ thấp bị thải loại khỏi thể với tốc độ phụ thuộc vào nồng độ máu khả chuyển hóa sang hợp chất tan nước Nếu độc chất tan mỡ, đào thải trực tiếp khó khàn, lúc tốc độ đào thải coi không 67 ... HỢP VỚI PROTEIN Sự phân bố đào thải độc chất phụ thuộc vào: Hàm lượng nước Hàm lượng mỡ Sự kết hợp phân tử lớn Quá trình di chuyển não Đào thải qua phổi Đào thải qua thận Đào thải qua mật Quá... mặt thể Hấp thụ Hấp thụ trình chất thấm qua màng tế bào xâm nhập vào máu Sự hấp thụ độc chất cịn xảy qua đường tiêu hóa, hơ hấp, da, Sự vận chuyển độc chất từ hệ tuần hoàn vào mô gọi hấp thụ, tương... độ thấp Bài tiết dịch vàng gan ví dụ đào thải 65 hợp chất hóa học tan nước Các tác nhân gây độc đào thải vào nước tiểu qua đường lọc tiểu cầu, khuy ếch tán tiết qua ống nước tiểu Cơ chế đào thải