Tài liệu Tổng quan về selen và các dạng thuốc chứa selen

B ộ YTÊ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI ■ ■ ■ ■ VŨ THỊ PHƯƠNG THẢO TỔNG QUAN VỂ SELEN VÀ CÁC DẠNG THUỐC CHỨA SELEN (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Dược SỸ KHÓA 1997-2002) Người hướng dẫn: PGS.TSKH. Lê Thành Phước Nơi thực hiện: Bộ môn Vô cơ - Hoá lý Thời gian thực hiện: Tháng 5 năm 2002 ÍỜ ÍC Ả M Ơ N Tr-uớũ tièn, tòixỉn Ấàỷ tỏ ểònỷ ầỉểt ơngàu. sắũ đén Pổf£, 7~s/ctf, íè 7~kàẬ Phư.ởữf Kỷư.ữitkà(ỷ> (Ế tà« tÌKầ/ hơLỚKỷdẫn tôiỊioàn thành /Ckoá ểmn 7~ếtKỷkỉèỊ) Kầcỷ, Xin ỷ ả ỉ ểờỉcảm ơn Bở mởn ỉ/ò ũơ - /fớá ểýtf Traơtiỷ Đ aỉko& Dtiơữ //à /Vớ/da tao moi điền £ièn tết nhấtôko tôỉ troKỷ CỊaảtrình/ ểàm/Ckoá ểaẵf(. Cdếỉ cầnỷ, tò im cảm ơn ữác tkầíf>t ũẽt ỷỉa đình ơ-à ếan ế i ẩa ẩÔKý (Hèn, ỷiấị) ẩơ ơ-à đóKỷỷóp nkữ.Kỷệ ùển (Ịtíỷ ểáu. đễ kình thành nền /Ckoả ểu.ànKầỷ. Xi* ôhân t(vànk ÔỎMơn. //à Ạ/ôt] tkánỷ 05 năm2002, £ỉ«k u-ỉín ị/u. 7~ỉvỉPk(iffnỷ 7~kảo. MỤC LỤC ■ ■ MỤC L Ụ C .......................................................................................... 1 ĐẶT VẤN ĐỂ ................................................................................... 3 PHẦN 1. TỔNG QUAN VỂ SELEN ............................................. 4 1.1. Nguyên tố S e le n .................................................................... 4 1.1.1. Đặc đ iểm ........................................................................... 4 1.1.2. Định tính và định lượng Selen ....................................... 5 1.1.2.1. Định tín h .................................................................... 5 1.1.2.2. Định lượng................................................................. 6 1.1.3. Lịch sử nghiên cứu vai trò sinh học của Selen ............ 7 1.2. Phân bố, thuộc tính và chuyển hoá của Selen ................. 8 1.2.1. Phân bố ch u n g ................................................................. 8 1.2.2. Selen trong đ ấ t ................................................................. 9 1.2.3. Selen trong nước tự nhiên .............................................. 11 1.2.3.1. Trong nước sinh h o ạ t................................................ 11 1.2.3.2. Trong sông hồ và nước thuỷ lợi .............................. 12 1.2.3.3. Trong nước biển và đại dương.................................. 12 1.2.4. Selen trong thực v ậ t ........................................................ 13 1.2.4.1. Các nguyên nhân ảnh hưởng đến hàm lượng Selen trong thực v ậ t............................ 13 1.2.4.2. Ảnh hưởng của Selen đến sự phát triển của thực vật 15 1.2.4.3. Sự chuyển hoá Se len và các hợp chất của Seỉen trong thực vật .................... 15 1.2.4.4. Selen trong một số cây trồng ................................... 16 1.2.4.5. Thuộc tính sinh học của Selen trong thực v ậ t......... 17 1.2.5. Selen trong n ấ m ............................................................... 17 1.2.6. Seỉen trong động v ậ t ....................................................... 18 1.2.6.1. Selen trong cá .......................................................... 18 1 Trang 1.2.6.2. Sự phân bố của Selen trong cơ thể người và động vật ................... 18 1.2.6.3. Bẩn chất hoá học của Selen trong cơ thể và sự chuyển hoá của n ó .... ................................................................ 20 1.2.7. Vòng tuần hoàn của Selen trong tự nhiên........................................... 25 1.3. Chức năng sinh học của S elen ...................................................................26 1.3.1. Vai trò antioxydant của Selen ..............................................................26 1.3.2. Vai trò trong lão h o á ...............................................................................28 1.3.3. Selen trong bệnh ung th ư ...................................................................... 28 1.3.4. Vai trò trong HIV - A ID S ...................................................................... 30 1.3.5. Vai trò trong các bệnh phóng xạ............................................................30 1.3.6. Selen trong các bệnh tìm mạch ............................................................. 31 1.3.7. Selen và bệnh loạn dưỡng cơ (bệnh cơ trắng, K eshan)...................... 32 1.3.8. Selen trong hình thành hệ thống miễn đ ịc h .......................................32 1.3.9. Selen đối với quá trình viêm .................................................................. 33 1.3.10. Selen trong nhãn kh oa......................................................................... 33 1.3.11. Selen trong giải độc ............................................................................ 34 1.3.12. Selen trong các bệnh lý k h ác...............................................................34 1.4. Độc tính của S elen .......................................................................................35 1.4.1. Đối vói động vật .....................................................................................35 1.4.2. Đối với con người....................................................................................36 PHẦN 2. CÁC DẠNG THUỐC CHỨA SELEN................................................ 36 2.1. Nhu cầu Selen của con người.....................................................................36 2.2. Một số dạng thuốc chứa Selen...................................................................38 PHẦN 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN................................................................... 41 3.1. Kết q u ả ..........................................................................................................41 3.2. Bàn lu ậ n ........................................................................................................41 KẾT L U Ậ N ..............................................................................................................42 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 43 2 ĐẶT VÂN ĐỂ Selen là nguyên tố có mặt trong tất cả các mô của cơ thể sống. Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình hô hấp tế bào vì liên quan đến sinh tổng hợp Co-enzym Q (ubiquinon), là thành phần cấu tạo nên Glutathion peroxidase (GSHPx) - một enzym chống lại quá trình oxy hoá Lipid bảo vệ tế bào. Ngoài ra, Selen cũng xúc tác cho các phản ứng giải độc kim loại nặng như Arsen, Chì, Thủy ngân, Cadimi... Tuy nhiên, vai trò quan trọng của Selen đối với cơ thể sống nói chung và con người nói riêng không phải sớm được khẳng định. Đầu tiên, người ta biết đến Selen như là một chất độc, gây què và tử vong các động vật ăn cỏ (Franke, 1834). Một số các triệu chứng điển hình ở ngựa được miêu tả như rụng lông đuôi, lông bờm, phù xương móng dẫn đến viêm móng và rụng móng có nguyên nhân liên quan đến Selen. Sau đó, một loạt các công trình khoa học nghiên cứu một cách đầy đủ các tác dụng của Selen trên cơ thể con người và động vật được tiến hành. Đến năm 1960, người ta đã chính thức thừa nhận các tác dụng có lợi của Selen, coi nó là một nguyên tố vi lượng thiết yếu cho người và động vật. Ngoài ra, người ta cũng nghiên cứu hiệu quả của Selen trong phòng ngừa và điều trị một số bệnh như ung thư, tim mạch, lão hoá... Nhờ những tác dụng có lợi như vậy của Selen, cùng với sự phát triển nhanh chóng của các ngành khoa học và công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp dược, người ta đã ứng dụng để sản xuất ngày càng nhiều dạng thuốc chứa Selen, đặc biệt là Selen hữu cơ có trong nấm men. Những dạng thuốc này đã được dùng rất có hiệu quả trong phòng chống và điều trị nhiều quá trình bệnh lý. Chính vì những tác động của nguyên tố Selen: vừa có ích, vừa có hại, cùng vói sự ra đòi rất nhanh chóng của rất nhiều dạng thuốc chứa Selen, chúng tôi chọn đề tài “Tổng quan về Selen và các dạng thuốc chứa Selen” với các mục tiêu sau: - Đưa ra một cái nhìn tổng thể về nguyên tố Selen. - Các tác động của Selen đối với cơ thể sống. - Cập nhật một số thông tin về các loại thuốc chứa Selen trên thị trường hiện nay. 3 PHẦN 1. TỔNG QUAN VỂ SELEN 1.1. Nguyên tố Selen 1.1.1. Đặc điểm Nguyên tố Selen, tên quốc tế là Selenium, được Berzelius (1779 - 1848) - nhà hoá học người Thụy Điển phát hiện năm 1817 như một chất thừa trong quá trình oxy hoá S0 từ quặng đồng pyrit của quá trình sản xuất H S 4. Trong bảng tuần hoàn các 2 2 0 nguyên tố, Selen ở nhóm A, cùng vói Oxy, Lưu huỳnh, Telu và Poloni. Công thức 6 electron lớp ngoài cùng của mỗi nguyên tố trong nhóm: Oxy 2 s 2 2 p Selen 4s 2 4p' Lưu huỳnh 3s 2 3p Telu 5s 2 5p Poloni 6 4 4 s 2 4 6 p< Về tính chất hoá học, Selen rất giống Lưu huỳnh. Trong hoá học vô cơ, cả Lưu huỳnh và Selen đều thể hiện mức oxy hoá -2, +4, + 6 tương ứng với các hợp chất: Sulíid - Selenid, Sulfit - Selenit, Sulíat - Selenat. Vói nhiều hợp chất hữu cơ của Lưu huỳnh, Selen có thể thay thế vị trí của Lưu huỳnh trong các hợp chất đó, cho những hợp chất tương tự của Selen như: Thioure và Selenoure, Cystein và Selenocystein, Methionin và Selenomethionin, các enzym chứa nhóm -SeH tương tự như các enzym chứa nhóm -SH, các chất đạm có chứa các Selenoacid amin... Ở mức oxy hoá +4, Selen tổn tại dạng Selen dioxyd (Se02), acid Selenơ (H Se03) và muối Selenit (Se0 ). Selen nguyên tố cháy trong không khí thành dạng 2 32 Se02. Selen tồn tại dạng acid Selenic (H Se04) hoặc muối Selenat (Se0 ) là do có 2 số oxy hoá + . H Se0 6 2 42 là dạng acid mạnh hình thành do quá trình oxy hoá Selen 4 hoặc H Se0 dưới xúc tác của các tác nhân oxy hoá mạnh như NaBr0 / NaHC0 2 3 3 hoặc Br ,Cl H 0 2/ H 2 2 2 20 . 4 3 Khi ở mức oxy hoá -2, Selen tổn tại dưới dạng Selenid (Se2'). Hydro Selenid (H Se) là một acid khá mạnh. Ở thể khí, nó không màu và có độc tính khá cao. H2Se 2 được hình thành do sự thuỷ phân của hợp chất Selenid kim loại hoặc do Selen nguyên tố bị phân huỷ trong không khí ở điều kiện 400°c. H2Se không bền trong không khí, nó dễ dàng phân huỷ thành Selen và H 0. 2 Các hợp chất Selen đáng chú ý trong dinh dưỡng và sức khoẻ là các dạng methyl hoá của Selen như: (CH ) Se, (CH ) Se+, các dạng Selen hữu cơ là các 3 2 3 2 Selenoacid amin như: Selenocystein, Selenocystin, Selenomethionin... 1.1.2. Định tính và định lượng Selen 1.1.2.1. Định tính • Phương pháp khử Selen (IV,VI) về Selen nguyên tố Khử các hợp chất của Selen (IV) hoặc Selen (VI) về trạng thái nguyên tố Se°. Nếu hàm lượng Selen trong mẫu cao sẽ xuất hiện tủa đỏ. Nếu hàm lượng Selen trong mẫu thấp hơn thì sẽ tạo thành dung dịch keo có màu từ đỏ - đỏ cam - vàng cam vàng. Ví dụ: - Phản ứng với S0 trong môi trường acid mạnh: tạo dung dịch đỏ cam, thêm 2 acid nitric (H N03) dung dịch sẽ mất màu và trở thành trong suốt. Dung dịch keo nói trên Ổn định trong vài tuần. - Phản ứng với thioure trong môi trường acid mạnh sẽ tạo tủa đỏ, tủa này tan trong thioure thừa. - Phản ứng vói iodid trong môi trường trung tính sẽ cho tủa đỏ, khi thêm thioure thì màu đỏ vẫn không mất. • Phương pháp tạo phức - Với amonimolypdat: Selen (IV) và Selen (VI) tạo thành phức xanh lơ. - Với các O-diamino thơm: phản ứng nhạy và chọn lọc, nhất là sự tạo phức giữa Selen (IV) vói 3-3’ diaminobenzidin. 5 - Phương pháp động học xúc tác: Selen xúc tác cho phản ứng khử xanh metylen bằng Natri sulíid (Na S), xanh metylen sẽ mất màu nhanh nếu mẫu thử có 2 chứa vết Selen (so với mẫu chứng). 1.1.2.2. Định lượng • Phương pháp phân tích khối lượng Nguyên tắc: chuyển những hợp chất Selenat (Se042'), Selenit (Se032') trong các mẫu thử về Selen nguyên tố kết tủa đỏ nhờ các chất khử khác nhau như S02, muối Fe2+, Cu1+, thioure... sau đó lại lấy tủa, rửa, sấy khô rồi đem cân để tính kết quả. Cách khác, có thể dùng các thuốc thử O-diamino thơm tạo phức dipiazoselenol kết tủa, loại rửa tủa, sấy, cân tính kết quả. • Phương pháp đo quang Có thể đo quang dung dịch keo Selen hoặc đo quang nhờ phản ứng tạo phức giữa Selen (IV) với các thuốc thử O-diamino thơm. Nguyên tắc của phản ứng tạo phức: Selen phản ứng rất nhạy và rất chọn lọc vói các O-diamino thơm, tạo phức piazoselenol. Trong các dung môi hữu cơ, phức này có cực đại hấp thụ rất đặc trưng, do đó có thể đo quang để xác định hàm lượng Selen trong các mẫu thử. Trong số các thuốc thử thì 3-3’ diaminobenzidin là được dùng phổ biến nhất. Ngoài ra cũng có thể dùng 2 , -diaminonaphtalen (Dược điển 3 Mỹ, The USP - XXIV/2001). Tiến hành: Selen (IV) trong môi trường vô cơ hoá được chuyển sang môi trường HC1 N. Điều chỉnh pH của dung dịch đến 2-3 bằng NH 0H (1:1). Thêm 6 4 complexon (III) và HCOOH 2,5M. Thêm dung dịch thuốc thử 3-3 diaminobenzidin 0.5% vừa pha, để chỗ tối khoảng 1 giờ. Nâng pH lên 8 và chiết bằng toluen. Đo quang ở bước sóng 420 nm để định lượng Selen. • Phương pháp huỳnh quang Nguyên tắc: Phức piazoselenol tạo thành giữa Selen (IV) và các O-diamino thơm phát huỳnh quang ở bước sóng thích hợp. Do đó, có thể đo cường độ huỳnh quang để định lượng Selen. 6 - Với 3-3 diaminobenzidin: Selen (IV) sẽ tạo phức monopiazoselenol. Trong dung mồi hữu cơ, phức này phát huỳnh quang ở bước sóng 580 nm, với bước sóng kích thích là 436 nm. - Với , -diaminonaphtalen: mẫu thử được nghiền nhỏ, vô cơ hoá trong bình 2 3 Keldan bằng hỗn hợp H N 0 + HCIO , pha loãng dịch vô cơ hoá bằng nước cất. Thêm 3 4 vào đó dung dịch Trilon B 0,2 M và dung dịch NH OH 10%, đưa pH đến 2. Thêm 4 dung dịch Hydroxylamin 1%. Sau đó thêm dung dịch thuốc thử 2,3- diaminonaphtalen. Đậy dung dịch và giữ ở 80°c trong 30 phút. Chiết bằng n-hexan. Phức piazoselenol phát huỳnh quang ở bước sóng 520 nm, với bước sóng kích thích là 380 nm. • Phương pháp cực phổ Nguyên tắc: đưa Selen trong mẫu về dạng Selen (IV) rồi đem đo trên thiết bị cực phổ giọt thuỷ ngân với dung dịch điện ly nền là acid. Dưới thế một chiều biến thiên từ 0 đến -lOOOmV, Selen bị khử ở Catod cho 2 thế bán sóng. Đem đo cường độ dòng khuếch tán giới hạn tại thế bán sóng thứ 2 sẽ xác định được nồng độ Selen trong dung dịch đo, từ đó tính được hàm lượng Selen trong mẫu thử. 1.1.3. Lịch sử nghiên cứu vai trò sinh học của Selen Trong những năm đầu thế kỷ 20, hầu như chỉ có những thông báo về tác hại của các hợp chất của Selen đối với sức khoẻ con người và động vật. Việc phát hiện ra Selen là nguyên nhân chính gây bệnh kiềm ở động vật ăn cỏ đã khẳng định thêm độc tính cao của Selen. Súc vật ăn cỏ có chứa Selen ở nồng độ cao có thể bị què, hay cá biệt có những trường hợp bị tử vong. Đặc tính sinh học của Selen chỉ được chú ý do độc tính cao của nó. Selen chính là nguyên nhân gây què và tử vong các động vật ăn cỏ sống ở vùng Dakotas và Wyomine (Franke, 1834). Một số các triệu chứng điển hình ở ngựa được Nadison và những người khác (nnk) (1860) miêu tả như rụng lông đuôi, lông bờm, phù xương móng dẫn đến viêm móng và rụng móng. Tuy nhiên sau đó, ngưòi ta cũng phát hiện ra rằng, bên cạnh các tác hại của Selen đối vói động vật, Selen còn có tác dụng có lợi. Năm 1959, khi nghiên cứu về 7 hiện tượng thoái hoá gan ở chuột, Klaus Schwarz đã nhận thấy rằng, Selen có khả năng làm giảm hiện tượng này. Tiếp theo đó, một loạt các công trình khoa học nghiên cứu một cách đầy đủ các tác dụng của Selen trên cơ thể con người và động vật được tiến hành. Đến năm 1960, người ta đã chính thức thừa nhận các tác dụng có lợi của Selen, coi nó là một nguyên tố vi lượng thiết yếu cho người và động vật. Ngoài ra, người ta cũng nghiên cứu hiệu quả của Selen trong phòng ngừa và điều tri một số bệnh như ung thư, tim mạch, lão hoá... Từ những khía cạnh có lợi của Selen, người ta đã ứng dụng và sản xuất các loại thuốc chữa bệnh có chứa Selen. Điển hình trên thị trường hiện nay có các loại thuốc chứa Selen điều chế từ Selen hữu cơ có trong nấm men: Belaf, Youngton, Saylom, Binacle, Cigelton... 1.2. Phân bố, thuộc tính và chuyển hoá của Selen 1.2.1. Phân bố chung Selen là thành phần chính của 40 chất khoáng và thành phần phụ của 37 chất khác có trên vỏ trái đất Selen phân bố khắp noi với những lượng nhỏ ở trên vỏ trái đất với hàm lượng trung bình khoảng 0,09 ppm. Ta thường gặp Selen trong các loại đất đá, khoáng sản, các vật liệu trên măt trăng và núi lửa, trong nhiên liệu hoá thạch, thực vật và nước. Selen thường không tập trung với lượng lớn thành mỏ để có thể khai thác lâu dài. Trong tự nhiên ta thường gặp Selen ở dạng hợp chất trong những lượng nhỏ quặng như Chì Selenat (PbSe04), Chì Selenit (PbSe03), Chì Selenid (PbSe), Đồng Selenit (CuSe03)..., rất hiếm gặp Selen tự do ở trạng thái tự nhiên. Hàm lượng Selen trong đất phụ thuộc vào bản chất khoáng thạch bị phong hoá đã tạo thành đất đó. Ngoài ra, do các hạt keo đất và Hydroxid sắt (Fe(OH)3) có khả năng lớn trong việc hấp phụ ion Selenit (Se4+), nên trong các quá trình địa chất, Selen thường tập trung ở những vùng đất có hàm lượng sắt cao. Ngoài ra đất mùn hoặc đất có hàm lượng carbonat cao cũng tạo điều kiện cho việc tập trung Selen. 8 Ở những noi có hàm lượng Lưu huỳnh lớn thường tìm thấy Selen lẫn trong các khoáng vật dưới dạng tạp chất. Selen được tìm thấy trong các khoáng Sulíid vói hàm lượng khoảng 0 đến 2,1 ppm. Ngoài ra Selen còn có trong nhiên liệu hoá thạch vói lượng từ 1 đến 5 ppm và có trong dầu thô từ 0,06 đến 0,35 ppm. Trong các quặng Sulfid kim loại nặng như pyrit, Đồng Sulíid, Bạc Sulíid... có nhiều tạp chất Selen. Do vậy, Selen thường được khai thác ở những nai chế biến đồng hoặc ở các xưỏng chế acid sulíuric dùng nguyên liệu là pyrit. Các nhà máy superphosphat đã bắt đầu khai thác Selen từ bụi lắng trong các bể acid sulíuric. 1.2.2. Selen trong đất Selen trong hầu hết các loại đất có hàm lượng từ 0,1 đến 2 ppm và hàm lượng Selen mà thực vật có thể hấp thụ được phụ thuộc nhiều yếu tố, trong đó chủ yếu do dạng tồn tại của Selen trong đất. Một số vùng đất có hàm lượng Selen cao làm cho các thực vật sống trên đó có khả năng gây độc cho những động vật ăn phải được gọi là những vùng đất độc. Tuy nhiên, có một số vùng đất mặc dù hàm lượng Selen chứa trong nó rất cao, nhưng thực vật không hấp thụ được và không gây độc cho động vật thì không phải là vùng đất độc. Đất độc có chứa Selen thường có tính kiềm. Ở những vùng này thường có lượng mưa thấp, trung bình ít hơn 80 mm tổng lượng mưa hàng năm. Theo Beaths và nnk (1937), Se6+ là dạng Selen hoà tan trong nước chiếm ưu thế hơn cả ở những vùng đất này. Các cây trồng mọc trên những vùng đất giàu Selen sẽ tập trung hàm lượng Selen cao, nên khi súc vật ăn những cây này sẽ xảy ra các trường hợp ngộ độc. Tại Mỹ, hàm lượng Selen trung bình của những mẫu đất lấy từ các vùng giàu Selen là 4,4 ppm, cao nhất có thể tới 80 ppm. Năm 1957, người ta phát hiện ra bệnh kiềm ở gia súc chăn thả ở thung lũng Huleh (Israel), sau khi phân tích đã có kết quả hàm lượng Selen lớn hơn 6 ppm. Se6+ là dạng Selen hoà tan chính trong đất, Se6+ đã được thực vật đồng hoá vói lượng đủ để gây độc. Nhiều loại đất có chứa lượng Selen cao nhưng nếu Selen hoà tan trong nước thấp thì thực vật ở đây có lượng Selen không đủ để gây độc cho động vật. Ví dụ như tại Hawaii, đất có chứa 6-15 ppm Selen nhưng nồng độ Selen trong thực vật ở đây lại thấp dưới mức gây độc cho động vật. Điều này có thể giải thích do đất ở 9 Hawaii có pH từ 4,5-6,5 (acid nhẹ) và sự có mặt của Fe(OH đã làm Selen trong đất ) 3 chuyển thành dạng mà thực vật không sử dụng được. Vì vậy, hàm lượng Selen trong đất cao chưa hẳn đã nói lên là thực vật mọc ở đó sẽ có hàm lượng Selen cao hơn ở những nơi khác. Điều này phụ thuộc vào tỷ lệ Selen hoà tan chứa trong đất đó và tỷ lệ này lại phụ thuộc vào tính chất cơ học, lý học, hoá học của đất. Các phản ứng hoá học chính của Selen trong đất và khoáng thạch bị phong hoá được tổng kết theo chu trình của Allaway (1968) (hình 1) Đất acid Selenid kim loại nặng - (Se2-) ' 4 — Selen nguyên tố (Se*) pH acid Không hoà tan Mất hoat tính sinh học Không hoà tan pH kiềm Fe(0H)Se0 Mất hoat tính sinh học 3 Thực vật Lắng đọng Không hoà tan Mất hoat tính sinh học Mất hoat tính sinh học Hình 1. Chu trình Allaway Các Selenid kim loại nặng có độ hoà tan trong dung dịch thấp, đặc biệt là Đồng Selenid, nên nó tồn tại rất lâu trong đất.Tuy nhiên, nó vẫn có thể bị oxy hoá tạo thành Se4+ với tốc độ chậm. Chính do tốc độ chậm này và sự ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài mà dạng Selen này biến đổi khác nhau trong các điều kiện khác nhau. Selen nguyên tố có trong đất vói một lượng nhỏ. Nó có thể là một dạng trung gian quan trọng trong quá trình oxy hoá từ dạng Selenid (Se2') thành các dạng Selen 10 hoà tan trong dung dịch, hoặc là một thành phần chuyển tiếp giữa đất trang tính và đất acid trong quá trình khử của Selenit (Se4+) trong môi trường acid. Selen nguyên tố trong đất bị oxy hoá thành dạng Selenit (Se4+). Trong đất acid và đất trung tính, sau khi bị oxy hoá thành Se4+, chúng bị Fe(OH ) 3 hấp phụ tạo thành phức chất có độ hoà tan thấp và thực vật không sử dụng được Selen ở dạng phức này. Khi pH tăng tới , phức này bị phân huỷ tạo lại thành 8 dạng Selenit (Se4+) dễ hoà tan hơn. Đối với đất kiềm và đất trung tính, sau khi bị oxy hoá thành Selenit (Se4+), chúng tiếp tục bị oxy hoá thành Selenat (Se6+) vói tốc độ rất chậm. Se6+có mặt trong dịch hoà tan của đất kiềm. Người ta thấy rằng, Se6+ gần như chỉ có mặt ở điều kiện đất kiềm, và hiếm thấy tồn tại trong các loại đất khác. Ngoài ra, Selen còn tồn tại ở dạng hợp chất hữu cơ. Nguồn gốc hình thành dạng này là do Selen hữu cơ được giải phóng từ xác thối rữa của các thực vật. Dạng Selen hữu cơ này có khả năng hoà tan trong đất kiềm tốt hơn đất acid. 1.2.3. Selen trong nước tự nhiên 1.2.3.1. Trong nước sinh hoạt Tiêu chuẩn do Tổ chức Y tế Thế giới quy định hàm lượng Selen trong nước sinh hoạt không được quá 1 0 p.g/l. Tuy nhiên, trong thực tế, hàm lượng Selen của nước tự nhiên cung cấp cho sinh hoạt thường thấp hơn chỉ tiêu trên. Gần như tất cả các nhà máy cấp nước đều không xử lý Selen vẫn đảm bảo hàm lượng Selen trong nước sinh hoạt dưới tiêu chuẩn cho phép. Taylor (1963) đã phân tích 194 mẫu nước lấy từ các nguồn cấp nước sinh hoạt và thấy rằng trong hầu hết các mẫu này đều có lượng Selen thấp chỉ đủ để nhận biết có tồn tại Selen; chỉ một số ít mẫu có nồng độ cao trên |ig/l. Ngay tại vùng đất chứa 8 Selen phía Nam Dakota, người ta cũng không thể phát hiện Selen tại 34/44 giếng khoan; ở 10 giếng còn lại có chứa từ 50 đến 300 Ịig/1- 11 1.2.3.2. Trong sông hồ và nước thuỷ lợi Người ta đã tiến hành phân tích một loạt các mẫu nước lấy từ các sông trên nước Mỹ và thấy rằng, trong số rất nhiều sông, chỉ có 2 con sông có mẫu nước chứa hàm lượng Selen cao trên 10 ng/1 là sông Animas (New Mexico) 10(ig/l và sông Missouri (St. Louis) 14 ụg/ì (theo số liệu của Tổ chức Sức khoẻ, Giáo dục và Phúc lợi của Mỹ). Dùng các phương pháp phân tích chính xác hơn, các nhà khoa học đã phát hiện ra sông Animas có hàm lượng Selen từ l-40|ug/l, trung bình xấp xỉ 10 |ig/l. Các tác giả đó còn thấy rằng lượng Selen cao trong nước mặt ở Colorado có quan hệ chặt chẽ với độ pH. Một vài báo cáo khoa học cho biết, nồng độ Selen trong nước sông dùng cho thuỷ lợi chảy qua vùng đất giàu Selen lên đến 2680 |!g/l. Những con sông đổ vào sông Colorado có nồng độ Selen ở điểm hợp lưu lên tới 400|ig/l. Nước hồ, kể cả hồ trong vùng chứa nhiều Selen, đều có chứa rất ít chất này. Điều này có thể giải thích là do có sự kết tủa khi muối Selenit (Se4+) tác dụng với các oxid kim loại như sắt, Mangan... 1.2.3.3. Trong nước biển và đại dương Trong hầu hết các biển và đại dương, nồng độ Selen chứa trong nước vào khoảng 0,09 ịigA- Ở một số vùng khác, nồng độ Selen có thể lên tối |j,g/l. Tương tự 6 như nước hồ, hàm lượng Selen trong nước biển và đại dương thấp được giải thích là do sự kết tủa và lắng đọng giữa các muối Selenit (Se032') và oxid kim loại. Nói chung, trong nước thiên nhiên, hàm lượng Sulfat càng cao thì hàm lượng Selen càng cao. Các mạch nước khoáng ở một số vùng có hàm lượng Selen rất cao. Nhiều loại nước khoáng Sulíid (chứa H S) có hàm lượng Selen khá cao và thường ở 2 dạng khí H2Se hoà tan. Những nước khoáng Sulíid ở dãy Cacpat chứa Selen tới 200|ig/l, còn ở các mẫu nước khoáng gần quặng pyrit vùng núi Ưran (Liên Xô cũ) cũng chứa tới 900 |!g/l Selen. Ngoài ra nước thải của một số xí nghiệp có quan hệ đến Selen như tinh luyện đồng, chế acid sulíuric dùng nguyên liệu pyrit và của một số cơ sở tuyển khoáng và xử lý các quặng Sulíid kim loại nặng (quặng Sulíid đồng, bạc... ) thường chứa Selen với nồng độ cao. Nước thải đưa Selen đến những đất bùn xung quanh, và phần lớn 12 Selen bị lắng đọng, không vận chuyển xa được. Điều này làm cho đất xung quanh các cơ sở công nghiệp trên bị ô nhiễm. Có thể lấy ví dụ ở sông Gioocdan (Mỹ). Sông chảy qua vùng tuyển quặng bạc và vàng có chứa tạp chất Selen với hàm lượng cao, bùn ở hai bờ sông chứa tói 25 mg/kg, cỏ ở đó có chứa tới 116mg/kg. Súc vật ăn cỏ ở đó thể hiện rõ rệt những triệu chứng của bệnh kiềm ( ngộ độc trường diễn Selen). 1.2.4. Selen trong thực vật 1.2.4.1. Các nguyên nhân ảnh hưởng đến hàm lượng Selen trong thực vật • Ảnh hưởng của đất trồng: Hàm lượng Selen trong đất là một trong những yếu tố quan trọng. Những địa phương có xuất hiện ngộ độc trường diễn Selen ở gia súc thường có hàm lượng Selen trong đất cao hơn mức bình thường khoảng 100 lần. Tuy nhiên, tính chất cơ - lý - hoá của đất, bản chất hoá học của Selen có nhiều ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ nguyên tố này ở cây cối. Thực vật chỉ hấp thụ được các hợp chất Selen hoà tan, tốt nhất là các muối Selenat (Se042'), sau đó đến các hợp chất hữu cơ của Selen, rồi đến các muối Selenit (Se032-). Trong những hợp chất không tan của Selen có những hợp chất có thể chuyển hoá từ từ sang dạng các hợp chất hoà tan do các vi sinh vật trong đất hoặc do các tác nhân hoá học. Selen nguyên tố không hoà tan có thể bị oxy hoá thành Selenit, rồi thành Selenat. Các hạt keo đất sét, Hydroxyd sắt (III) hấp phụ rất mạnh các muối Selenid hoà tan, ngăn cản rễ cây lấy nguyên tố này trong đất. Độ xốp của đất tạo điều kiện cho sự vận chuyển Oxy vào những lớp đất sâu, như vậy cũng tạo điều kiện cho sự oxy hoá Selenit (Se4+) thành Selenat (Se6+) mà không bị đất sét, Hydroxyt sắt (III) hấp phụ, do đó làm tăng hàm lượng nguyên tố này trong thực vật. Điện thế oxy hoá khử của đất càng cao, Selenit (Se4+) càng dễ chuyển thành Selenat (Se6+) làm cho thực vật càng dễ hấp thụ nguyên tố này. 13 Độ pH của đất cũng là một yếu tố quan trọng. Trong vùng đất kiềm (pH từ 7,3 đến 7,8) cây cối hấp thụ Selen nhiều hơn hẳn vùng đất acid (pH từ 5,4 đến 6,2). Độ ẩm của đất, của không khí có ảnh hưởng nhiều dến hàm lượng của Selen trong thực vật. Vào mùa khô, hàm lượng Selen tăng lên rõ rệt. • Ảnh hưởng của loài thực vật Quan trọng nhất là hàm lượng Selen trong thực vật phụ thuộc vào từng loại cây. Có một số cây có khả năng cho hàm lượng Selen cao, nhưng đa số cây không có khả năng đó. Người ta thường dùng tỷ số giữa hàm lượng Selen trong cây trên hàm lượng Selen trong đất để đo khả năng tập trung Selen của từng cây. Tỷ số đó thường được gọi là hệ số tập trung Selen của cây. Thông thường xét về khả năng tập trung Selen ta có thể chia thực vật làm 3 nhóm: - Nhóm 1 gồm các loại cây ít tập trung Selen. Đa số thực vật thuộc loại này. - Nhóm 2 gồm các loại cây tập trung Selen ở mức vừa phải, đặc biệt trong nhóm này, lúa mỳ là loại ngũ cốc giàu Selen nhất. - Nhóm 3 gồm một số cây có hệ số tập trung Selen cao, rất hiếm có thực vật thuộc nhóm này. Những cây tập trung Selen thường thuộc họ Đậu, họ Cà phê. Đặc biệt trên thế giới có những cây có hệ số tập trung Selen lớn như Morinda reticulata Benth. (họ Cà phê) và cây Neptunia amplexicaulis Benth. (họ Đậu), và cao nhất là những cây thuộc loài Astragalus. Trong những cây giàu Selen có thể có hai loại: có những cây chỉ mọc được ở những vùng đất giàu Selen, chúng thường được gọi là những cây chỉ thị Selen. Dựa vào sự có mặt của các cây chỉ thị, người ta có thể điều tra được vùng đất nào giàu Selen. Có nhiều cây vừa là loại tập trang Selen, vừa là loại chỉ thị Selen. Tuy các cây chỉ thị Selen chỉ mọc ở những noi giàu nguyên tố này, nhưng hàm lượng của nó thay đổi rất nhiều từ cây này sang cây khác. 14 1.2.4.2. Ảnh hưởng của Selen đến sự phát triển của thực vật Vai trò của Selen trong thực vật ít quan trọng so với động vật, trừ những cây chỉ thị Selen và những cây tập trung Selen. Tuy nhiên, hàm lượng Selen trong đất có ảnh hưởng rõ đến sự phát triển của thực vật nói chung. Ở một vài loài không tập trung Selen, người ta bón các hợp chất Selen dưới dạng dễ hoà tan: Selenat (Se6+), Selenit ( Se4+) cho cây trong giai đoạn nảy mầm của hạt thì thấy cây sinh trưởng tốt. Nếu bón cho ngũ cốc một hàm lượng lớn Selen thì độc tính của Se6+ sẽ thể hiện, làm cho cây có những biểu hiện đặc trưng như mất màu chất diệp lục, gây vàng lá... ở các thực vật có khả năng tập trung Selen cao thì không có những ảnh hưởng bất lọi như thế. Selen không gây thiệt hại cho mùa màng, trừ phi hàm lượng Selen tích lũy trong thực vật lớn hớn 300 ppm, mà hàm lượng này chưa bao giờ có ở hầu hết các vùng đất chứa Selen trên thế giới. 1.2.4.3. Sự chuyển hoá Seỉen và các hợp chất của Selen trong thực vật Trong các nghiên cứu của Franke và Painter năm 1936 đã chỉ ra rằng hầu hết Selen tồn tại trong các loài ‘thực vật không tập trung Selen’ ở dạng protein liên kết với Selenomethionin. Còn ở các loài chỉ thị, hầu hết Selen ở dạng hoà tan và không liên kết vói protein. Làm thí nghiệm tách hợp chất Selen hữu cơ từ thực vật, trộn cùng với dịch chiết của cây Astragalus pectinatus, người ta đã tìm ra 2 chất Cystathionin và Selencystathionin... Sau đó người ta đã tách được Selen-methyl Selenocystin từ Astragalus bisulcatus. Rất nhiều các hợp chất Selen khác đã được tách chiết từ thực vật gồm có Selenomethionin., Selenoglutathion, Selenocystein... Trong quá trình sinh trưởng, cây cối hấp thu Selen và đào thải nguyên tố này ra môi trường ở dạng các hợp chất dễ bay hoi. Chất bay hơi này có mùi hôi đặc biệt giống mùi của Seơ sinh ra khi đốt Selen. Lượng Selen đào thải phụ thuộc vào mức 2 độ trưởng thành của cây và hàm lượng Selen trong cây. Chủ yếu Selen được đào thải qua lá, do đó, dùng than hoạt để thu hồi những hợp chất bay hơi của Selen do cây cối đào thải, đem phân tích dịch chiết từ than hoạt ta thấy có nhiều hợp chất Selen như Dimethyl diselenid (CH -Se-Se-CH3), 3 Hydroselenid (H Se) và một số chất khác. Quá trình chuyển hoá Selen trong thực vật 2 15 tương tự quá trình chuyển hoá các hợp chất chứa Lưu huỳnh. Lượng Selen hấp thu qua rễ được dùng để tổng hợp các acid amin, trong đó Lưu huỳnh được thay thế bằng Selen: Selenomethionin, Selenocystin. Những acid amin này sau đó được gắn vói protein của cây theo chu trình như sau: Đầu tiên Selenat (Se6+) và Selenit (Se4+) được rễ cây hấp thụ, rồi chuyển thành Adenosin - 5 -phosphoselenat và Adenosin - 5 - phosphoselenit. Những hợp chất này được alkyl hoá, sau đó được khử hoá nhờ enzym reductase. Hợp chất tạo thành được kết hợp với các acid amin hữu cơ chứa trong cây, tạo thành các acid amin chứa Selen như: Selenomethionin, Selencystein , và các sản phẩm oxy hoá của các acid amin đó như Selenotaurin... Tiếp sau đó, các acid amin đó được gắn vào protein thông qua các ARN vận chuyển, như Selenomethionin được gắn vào protein thông qua N - íbrmil - methionin - ARN vận chuyển. 1.2.4.4. Selen trong một số cây trồng Hàm lượng Selen trong cây trồng phụ thuộc nhiều vào sự có mặt của các hợp chất Selen trong đất mà cây trổng có thể hấp thu được. Điều này giải thích trường hợp ở một số nơi trên thế giới, hàm lượng Selen có trong đất rấtcao,song cây lại không hấp thu được, dẫn đến thiếu Selen cho động vật. Trong các loại cây trồng, lúa mỳ có khả năng tập trung Selen nhiều hơn cả. Một số cây ngũ cốc khác như đại mạch, tiểu mạch cũng có khả năng tập trung Selen nhưng không bằng lúa mỳ. Các loại đậu có hàm lượng Selen không lớn như các loạingũ cốc.Tuy nhiên, cũng có vài loại đậu tập trung Selen tương đương vói lúa mỳ. Các loài rau thường có hàm lượng Selen thấp. ở những đồng cỏ chăn nuôi, hàm lượng Selen trong cây trồng có tác dụng quyết định với chế độ dinh dưỡng của các súc vật sống trên đó. Đây cũng chính là nguyên nhân của hai bệnh rất phổ biến là bệnh kiềm (do ngộ độc trường diễn Selen) và bệnh cơ trắng (do thiếu Selen). ở một mức độ nhất định, điều đó cũng có ảnh 16 hưởng đến hàm lượng Selen trong thịt, sữa các gia súc, do dó ảnh hưởng đến khẩu phần Selen của con người. Ở cùng những vùng có hàm lượng Selen trong đất cao, gọi là các vùng đất giàu Selen, hàm lượng Selen có trong thực vật lại rất khác nhau giữa các loài khác nhau. Một số cây chỉ có ở vùng này, có nhu cầu rất cao về Selen thường không sinh trưởng được ở những nơi hàm lượng Selen trong đất thấp. Hàm lượng Selen trong thực vật không chỉ phụ thuộc vào lượng Selen trong đất trồng mà còn liên quan đến độ ẩm của đất. Những vùng đất ẩm thì hàm lượng Selen trong cây thường thấp hơn. 1.2.4.5. Thuộc tính sinh học của Selen trong thực vật Theo một số nhà khoa học, Selen trong cỏ linh lăng có các tác dụng tương tự như Na2Se trong việc sử dụng để ngăn ngừa các tổn thương gan ở chuột, và Selen trong sữa của bò ăn cỏ linh lăng trên có tác dụng còn mạnh hơn Selen trong Na2Se đối với việc ngăn ngừa trạng thái tạng tiết dịch. Cantor và nnk cho rằng đối với việc ngăn ngừa quá trình xơ hoá tuỵ ở gà con thì Selenomethionin có tác dụng tốt hơn cả Se4+ và Selenocystein. Vì thế, khi sử dụng lúa mì để phòng ngừa xơ hoá tụy và trạng thái tạng tiết dịch người ta thấy có kết quả rất khả quan, ban đầu xác định đó là vai trò của Selenomethionin trong lúa mì. Trong một so sánh giữa tác dụng của Selen có trong cá ngừ và Selen trong lúa mỳ, Alexander (1982) đã sử dụng các động vật thí nghiệm và thấy rằng đối với những con chuột suy gan, Selen chiết xuất từ cá ngừ có khả năng tăng cường hoạt tính enzym Glutathion peroxydase gan. Nhưng tác dụng này của Selen lấy từ cá ngừ chỉ bằng một nửa tác dụng của Selen chiết từ các sản phẩm lúa mì trồng ở vùng đất chứa Selen. Điều này chứng tỏ hoạt tính rất cao của Selen có trong lúa mỳ. 1.2.5. Selen trong nấm Nhiều loại nấm có hệ số tập trung Selen khá cao, có thể kể đến nấm Amanita muscaria Hooker. Hàm lượng Selen trong nấm thường biến đổi cùng với hàm lượng Vanadi. Hàm lượng Selen có không những chỉ ở những nấm 17 ăn được. Sau đây là một vài loại nấm đã được xác định là có hệ số tập trung Selen cao: Paxillus involutus Fr., Amanita mappa Batsch., Calvatia caclata Merg... 1.2.6. Selen trong động vật 1.2.6.1. Selen trong cá Cá là loài sinh vật có hàm lượng Selen khá cao. Đây là nguồn chủ yếu cung cấp Selen cho con người trong khẩu phần ăn hàng ngày. Trong các loại cá tươi thì cá ngừ có hàm lượng Selen cao hơn cả, sau đó đến cá nục, cá thu. Nói chung, hàm lượng Selen trong cá nước ngọt cũng tương đương với cá biển. Da và gan cá là nơi tập trang hàm lượng Selen cao nhất, vì vậy dầu gan cá có tác dụng rất tốt đối với sức khoẻ của con người có lẽ một phần là do vai trò của Selen. 1.2.6.2. Sự phân b ố của Selen trong cơ thể người và động vật Sử dụng các hợp chất Selen chế tạo từ đồng vị phóng xạ 75Se để theo dõi sự phân bố của Selen trong cơ thể động vật thí nghiệm. Selen được đưa vào cơ thể bằng các đường uống, tiêm bắp, tiêm dưới da, tiêm tĩnh mạch, dưới dạng các hợp chất Selenit, Selenat, Selenomethionin, hoặc dùng cỏ linh lăng có bón Natri Selenid (Na Se) cho động vật ăn. Sau khi đưa Selen vào trong cơ thể, nguyên tố này tập trung 2 ở gan, sau đó có nồng độ cao nhất ở thận, tụy tạng, tuyến yên, rồi đến tim, cơ, não... Các mô ruột và phổi có sự tập trung khá cao hàm lượng Selen, trong khi các mô thần kinh lại có lượng Selen thấp. 6 giờ sau khi Selen được đưa vào cơ thể, người ta thấy 75Se có mặt trong nhân tế bào, trong các protein của dịch tuỵ tạng, trong hồng cầu, bạch cầu, huyết thanh, cơ và trong hầu hết các tổ chức của cơ thể. Cuối cùng Selen được đào thải ra khỏi cơ thể bằng qua ba con đường: đường tiêu hoá, đường tiết niệu và đường hô hấp. Selen đào thải qua đường hô hấp chủ yếu là ở dạng Dialkyl diselenid, có lượng rất nhỏ so với hai đường còn lại. Đường tiết niệu là đường đào thải chủ yếu của súc vật. Khi đó Selen đào thải ra ở dạng các hợp chất có khả năng hoà tan tốt, rất dễ được thực vật hấp thu. Nhưng với những loài nhai lại, như trâu bò... Selen lại chủ yếu được đào thải qua đường tiêu hoá (phân) dưới dạng các muối Selenid kim loại nặng mà cây cỏ khó hấp thu. Dạng này cũng rất khó chuyển thành dạng Selen dễ hoà tan. Lượng 18