I. GIỚI THIỆU

Selen (Se) là một nguyên tố hóa học kỳ lạ trong sinh quyển và địa quyển, vừa có nét giống với sulfur, vừa có nhiều đặc tính của tellur. Se trong địa quyển có thể tồn tại dưới nhiều dạng hóa trị khác nhau, dễ dàng di chuyển từ quyển này sang quyển khác và phổ biến trong môi trường tự nhiên. Chức năng của nó trong sinh quyển cũng rất thú vị, vừa có ích lại vừa có hại. Đối với cây trồng, nếu hàm lượng Se trong đất nhỏ hơn 2,5 mg/kg, thì năng suất cây trồng sẽ bị hạn chế. Khi đó, nếu bón thêm một lượng Se nhất định, thì năng suất cây trồng sẽ tăng rõ rệt. Ngược lại, nếu hàm lượng Se trong đất quá cao, thì cây cối sẽ bị nhiễm độc và sinh bệnh.

Đối với động vật, Se là một nguyên tố vi lượng không thể thiếu, nó hoạt động như một chất chống oxy hóa, làm trung hòa những chất gây hại cho tế bào, tăng khả năng miễn dịch của cơ thể và làm giảm nguy cơ bị ung thư [Goldhaber, 2003 và Thomson, 2004]. Tuy nhiên, nếu hàm lượng cao quá ngưỡng cho phép, nó lại là một độc tố đối với cơ thể. Hàm lượng Se trong bữa ăn hàng ngày dưới mức 25-100 ppb được xem là thiếu, trong khi hàm lượng trên 2000-5000 ppb sẽ gây độc [9, 16, 18]. Viện Hàn lâm Y khoa Hoa Kỳ đưa ra gợi ý mức 400 ppb Se trong bữa ăn hàng ngày cho người lớn, riêng với trẻ em thì cần ít hơn tùy theo độ tuổi và cân nặng. Trên thế giới có rất nhiều công trình nghiên cứu về Se và điều đó đã và đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học ở Việt Nam, đặc biệt là những nghiên cứu về dược học và dịch tễ học; ví dụ sự phát hiện ra Se trong hai vị thuốc cổ truyền nổi tiếng phương đông là chu sa và thần sa [1, 10, 11, 17]. Trong quá trình tiến hóa của Trái đất, hàm lượng của Se ngày một tăng cao và có xu hướng tích tụ trong các đá trầm tích. Trong chu trình sinh địa hóa, hệ số tích lũy của Se rất khác nhau tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên của từng vùng cũng như các loài nhất định và có thể gia tăng theo chuỗi thức ăn. Ví dụ, hệ số tích lũy của Se trong đất / cát kết = 5; mô động vật / cát kết = 2; và mô động vật / ngũ cốc = 5 [7]. Đối với một số hệ thực vật / đất hoặc động vật / đất nhất định, hệ số tập trung sinh học ở động thực vật thường được ước lượng tương đối, bởi sự không đồng nhất về khả năng hấp thụ cũng như ngưỡng tới hạn của hàm lượng Se trong cơ thể mỗi loài. Một số loài động thực vật có khả năng hấp thụ Se rất mạnh và phát triển rất tốt trong môi trường có nồng độ Se cao, được gọi là nhóm ưa Se, trong khi một số loài khác lại gần như không hấp thụ Se và sẽ bị nhiễm độc nếu hàm lượng Se trong môi trường vượt quá một giới hạn nhất định. Do đó, người ta thường xác lập hệ số tích lũy đối với từng loài động vật, thực vật nhất định. Đối với những loài ưa Se, chúng có khả năng hấp thụ Se và làm sạch môi trường nếu chúng ta sử dụng chúng như là một công cụ xử lý ô nhiễm. Đồng thời, sản phẩm từ các loài tập trung cao Se cũng có thể được sử dụng làm nguồn dinh dưỡng cho các vùng thiếu hụt Se. Khả năng thích nghi trong môi trường có hàm lượng Se cao của động vật, thực vật liên quan đến cơ chế trao đổi chất và cấu tạo đặc biệt của từng loài nhất định. Các sinh vật này đóng vai trò quan trọng trong công tác tìm kiếm sinh địa hóa cũng như là công cụ hữu hiệu và rẻ tiền trong việc xử lý các bãi thải bị ô nhiễm Se. Trái lại, sự phát triển mạnh mẽ các loài thực vật kỵ Se cho phép khoanh định khu vực đang bị thiếu hụt Se và chúng được coi như là những chỉ thị sinh địa hóa hữu hiệu trong việc nghiên cứu mối liên quan giữa địa chất, sinh học và sức khỏe cộng đồng.

II. ĐẶC ĐIỂM CHUNG

Se là nguyên tố chalcogen lưỡng tính, có số thứ tự nguyên tử là 34, thuộc nhóm XVI (hoặc 6A) trong Bảng hệ thống tuần hoàn. Trong vỏ Trái đất, hàm lượng của Se rất nhỏ, chỉ 0,05 ppm với tổng trữ lượng là 1.10^-5%, ít tạo thành các mỏ độc lập, mà thường đi kèm với các thành tạo sulfur đa kim, điển hình là các sulfur Cu, Pb, Zn, Hg, Ag, Au dưới dạng tạp chất. Hiếm khi gặp sự tập trung cao các khoáng vật Se độc lập. Se được nhà hóa học Thụy Điển Berzelius tìm thấy lần đầu tiên trong chất thải của nhà máy sản xuất axit sulfuric năm 1817.

Về hoạt tính hóa học và tính chất vật lý, Se có một số tính chất giống với sulfur và một số đặc tính của tellur, thể hiện rõ là nguyên tố phi kim và là một chất bán dẫn. Nó là nguyên tố đa hóa trị và có nhiều đồng vị với độ phổ biến trong tự nhiên khác nhau. Mặc dù vậy, dạng phổ biến của Se trong tự nhiên là -2, +4 và +6. Se xuất hiện dưới nhiều dạng thù hình khác nhau, phổ biến nhất là dạng bột vô định hình màu đỏ, tiếp đến là tinh thể màu đỏ, tinh thể mầu xám và dạng giống kim loại.

Se là một nguyên tố hoạt động mạnh. Nó tạo thành trên 170 hợp chất rắn, 3 hợp chất lỏng và 2 hợp chất khí [3]. Số lượng các hợp chất hữu cơ của Se rất lớn và thường có tác dụng sinh học đối với độngvật và thực vật. Có thể kể tới các nhóm như: seleno-axit amin, selenosulfur, các dẫn chất Se của purin và pirimidin, seleno-semicarbazit, selenophen, Se peptide và nhiều dẫn chất khác của Se.

Dưới đây là một số hợp chất vô cơ phổ biến của Se:

Dihydro-selenur (H₂Se) là chất khí không màu, mùi thối, rất độc, tương đối bền và chỉ bị phân hủy ở nhiệt độ trên 300^oC. Dihydro-selenur có khả năng hòa tan trong nước, tạo thành những axit yếu với hằng số phân ly K = 1,7×10^-4.

Selen dioxit (SeO₂) là chất ở dạng tinh thể không màu, thăng hoa ở nhiệt độ 315^oC. Khi đun nóng dưới áp suất cao, selen dioxit nóng chảy thành chất lỏng màu vàng cam. Hơi selen dioxit cũng có màu vàng, giống như hơi lưu huỳnh dioxit. Selen dioxit dễ tan trong nước tạo thành axit selenơ theo phản ứng: SeO₂+H₂O = H₂SeO₃

Selen trioxit (SeO₃) là chất rắn không màu, tồn tại dưới một vài dạng tinh thể trong đó dạng amiăng giống với SO₃-b. Hợp chất này không bền, dễ dàng bị phân hủy ở nhiệt độ trên 185^oC để tạo thành Se đơn nguyên tố. Đây là hợp chất có tính oxy hóa rất mạnh và gây nổ với các dung môi cho nên việc điều chế không đơn giản.

Axit selenơ (H₂SeO₃) có cấu tạo tinh thể dạng lục phương không màu, dễ dàng hút ẩm khi để trong không khí dẫn đến chảy rữa và vụn dần trong không khí khô. Đây là axit tương đối bền ở điều kiện trong phòng, nhưng kém bền với nhiệt. Axit selenơ dễ bị mất nước (dehydrated) để tạo thành SeO₂.

Axit selenic (H₂SeO₄) có dạng tinh thể không màu, nhiệt độ nóng chảy thấp (62^oC). Axit selenic đậm đặc có khả năng hút nước rất cao, do vậy, dễ dàng biến nhiều chất hữu cơ thành than.

III. HÀNH VI ĐỊA HÓA CỦA SELEN TRONG TỰ NHIÊN

Là một nguyên tố đa hóa trị, hành vi địa hóa của Se trong tự nhiên phụ thuộc nhiều vào trạng thái hóa trị và mối liên kết của nó trong từng hợp chất cụ thể. Hóa trị của Se phụ thuộc nhiều thông số, đặc biệt quan trọng là pH, Eh và hoạt tính sinh học tự nhiên. Trong môi trường axit và khử, các selenit (Se⁴⁺) dễ dàng bị phân hủy thành Se nguyên tố, trái lại, selenat (Se⁶⁺) phổ biến trong môi trường bazơ và oxy hóa. Se nguyên tố không tan trong nước và không dễ dàng bị oxy hóa hoặc khử trong điều kiện tự nhiên. Mặc dù Se⁴⁺ và Se⁶⁺đều dễ hòa tan trong môi trường, nhưng dạng Se⁶⁺ được thực vật hấp thu dễ dàng hơn. Trong môi trường bazơ (pH 7-8,5), Se tồn tại chủ yếu dưới dạng Se⁶⁺, do vậy thực vật dễ dàng hấp thu. Lợi dụng đặc tính này, trong các vùng thiếu hụt hoặc thừa Se trong cây trồng, người ta chỉ cần biến đổi pH của môi trường, làm tăng hoặc giảm độ linh động và hoạt tính sinh học của Se trong môi trường đất.

Trong đất, pH và Eh là hai tác nhân chính quyết định hành vi địa hóa của Se. Selenit của kim loại nặng và Se nằm trong cấu trúc khoáng vật thường khó tan, độ linh động kém. Về cơ bản, các hợp chất của Se dưới dạng selenit và selenat tương đối linh động, nhưng trong môi trường đất chua (có độ pH thấp) và đất có chứa nhiều vật chất hữu cơ, thì các hợp chất đó lại khó tan, do vậy, Se kém linh động và tích lũy trong đất. Trong đất trung tính, Se tồn tại chủ yếu dưới dạng selenit của Na và K. Trong đất kiềm (pH > 7,5), môi trường oxy hóa mạnh, Se tồn tại chủ yếu dưới dạng selenat. Do khả năng hòa tan lớn và khả năng hấp phụ lên bề mặt các hạt đất kém, nên các selenat đều rất linh động [7] và cây cối dễ dàng hấp thụ như một nguồn dinh dưỡng quan trọng hoặc di chuyển xuống các tầng đất phía dưới.

Trước đây, một số hợp chất của Se được sử dụng làm thuốc trừ sâu trong nông nghiệp, nhưng do chúng rất bền vững trong môi trường đất, gây độc cho cây trồng và vật nuôi, nên hiện nay bị cấm sử dụng. Việc bón phân hóa học đã và đang cung cấp một lượng đáng kể Se vào đất trồng, bởi lẽ trong thành phần của phân bón, Se hoặc có sẵn trong thành phần của khoáng chất hoặc được đưa thêm vào như là một nguồn vi dinh dưỡng cho cây trồng và vật nuôi. Se được sử dụng cùng với phân bón trong hoạt động nông nghiệp, nên hàm lượng Se trong đất trồng thường tăng theo thời gian. Ngoài ra, Se còn tích lũy một cách tự nhiên từ không khí và nước mưa.

Trong các vùng khô và bán khô, do lượng mưa hạn chế, Se không bị rửa trôi theo nước mưa mà thấm từ từ xuống các tầng dưới và tái tích tụ ở đó. Ở những vùng như vậy, hàm lượng Se trong tầng dưới thường cao hơn trên mặt. Trái lại, đối với những vùng có sự tích tụ mạnh mẽ Se từ khí quyển do các hoạt động nhân sinh, thì hàm lượng Se trong đất tầng trên thường cao hơn so với tầng dưới.

Se là nguyên tố rất linh động trong môi trường nước. Nhiệt độ, độ ẩm, số lượng vi sinh vật trong nước và các tính chất hóa lý khác quyết định khả năng hòa tan, di chuyển và tích tụ của Se trong tự nhiên. Khi độ linh động của Se tăng lên cùng với hàm lượng cao trong môi trường nước, thì khả năng gây phơi nhiễm Se đối với cộng đồng sẽ tăng lên rất nhiều, bởi lẽ, con người không thể sống thiếu nước. Hơn nữa, hàm lượng Se cao gây ngộ độc trực tiếp cho các loài động thực vật thủy sinh như tảo, tôm, cua, cá, v.v..

Trong môi trường nước, Se tồn tại phổ biến ở hai dạng, selenit và selenat. Đối với selenit, cân bằng được lập cho các gốc H₂SeO₃, HSeO₃^-, SeO₃^-, HSe₂O₅^-, and Se₂O₅^2-. Hàm lượng tương đối của từng gốc ion do pH của dung dịch và tổng hàm lượng của các phối tử quyết định. Khi pH nằm trong khoảng 3,5-9, selenit hòa tan chủ yếu dưới dạng ion diselinit, trái lại selenat lại tồn tại chủ yếu dưới dạng SeO₄^2-. Na là phối tử chính của selenat và selenit trong hầu hết các nước mặt. Trong môi trường rất axit, selenit bị phân hủy để tạo thành Se nguyên tố. Selenat có thể chuyển thành selenit hoặc Se nguyên tố, tuy nhiên, phản ứng này diễn ra rất chậm. Khi được hình thành, Se nguyên tố tương đối bền vững trong dải pH và thế oxy hóa khử khá rộng. Do vậy, rất dễ bắt gặp Se nguyên tố trong các thành tạo trầm tích giàu vật chất hữu cơ. Điều này giúp giải thích tại sao trong các hệ tầng chứa than, hàm lượng Se thường rất cao.

Hoạt động nhân sinh không chỉ làm tăng hàm lượng Se trong đất, mà còn làm tăng hàm lượng Se trong nước mặt, nước dưới đất, trầm tích sông hồ và động vật, thực vật trong khu vực. Hàm lượng Se trong nước mặt thường biến động theo không gian và thời gian do sự bổ sung Se thường xuyên từ không khí, nước mưa, nước chảy tràn trên mặt đất xung quanh, nước thải hoặc từ các nguồn cấp nước từ xa như sông, suối v.v. Hoạt động nhân sinh đôi khi là nguồn chính gây ô nhiễm Se môi trường xung quanh. Ví dụ, hàm lượng Se (TB: 0,067 mg/l) ở các cửa sông gần các nhà máy xử lý chất thải và nhà máy lọc dầu khu vực vịnh San Francisco, Mỹ cao hơn so với nguồn nước tự nhiên ở đó. Kết quả kiểm tra xác nhận, các nhà máy xử lý chất thải và lọc dầu là nguồn chính gây ô nhiễm Se cho hệ thống cửa sông ở vịnh San Francisco [4].

Hàm lượng Se trong môi trường nước mặt rất nhạy cảm với các tác động nhân sinh và hoàn toàn có thể kiểm soát được. Nhờ cảnh báo của các nhà khoa học, chính quyền Mỹ đã buộc các nhà máy nhiệt điện chạy bằng than trong khu vực phải xử lý hàm lượng Se trong nước thải trước khi đổ vào hồ Belews, Bắc Carolina, nên hàm lượng Se trong nước hồ từng ở mức ô nhiễm nặng những năm trước 1986 (giá trị lớn nhất đạt 0,02 mg/l) đã giảm xuống mức an toàn cho sinh vật (<0,001 mg/l) sau đó [Lemly, 1997].

Se liên quan nhiều đến các thành tạo khoáng sản đa kim. Do vậy, môi trường nước xung quanh các khu mỏ này thường bị ô nhiễm Se. Glover và nnk. [1979] phát hiện hàm lượng Se đạt tới 0,6 mg/l trong nước dưới đất thuộc các thành tạo địa chất như vậy ở Hoa Kỳ.

IV. SELEN TRONG THỰC VẬT

Cho tới nay, lương thực chủ yếu của thế giới đều có nguồn gốc từ thực vật và đó là nguồn cung cấp đáng kể Se. Hàm lượng Se trong lương thực phụ thuộc vào hàm lượng Se trong đất trồng và khả năng tích lũy Se của từng loài nhất định. Do vậy, cùng một loại cây trồng, nhưng hàm lượng Se trong nó chưa chắc đã giống nhau nếu nó được trồng ở những vùng địa lý khác nhau.

Trong thực vật, Se thường tập trung ở các cây họ Đậu, Cà phê, tỏi ta, táo, lê, ngũ cốc, củ cải trắng, cải bắp, lúa mì, cây ba kích và một vài loại nấm. Đặc biệt, trên thế giới có những cây có hệ số tập trung Se (Kp) rất lớn, như cây Moringa reticulata Benth (họ Cà phê), cây Neptunia amplexicaulis Benth (họ Đậu) và nhiều cây thuộc giống Astragalus. Cây Moringa reticulata Benth có khả năng đặc biệt, dù cho mọc trên vùng đất nghèo Se với hàm lượng trong đất nhỏ hơn 0,01 ppm, thì hàm lượng Se trong cây vẫn đạt tới 1141 ppm trong cây khô. Cây trinh nữ phát triển rất mạnh trên vùng đất giàu Se với Kp đạt tới 4000 ppm. Tuy nhiên, nó cũng phát triển trên các vùng đất nghèo Se với Kp cao hơn các loài cây khác trong vùng trong khoảng 400-500 ppm. Hàm lượng Se trong một số cây cỏ ở Việt Nam trung bình khoảng 0,072 mg/kg. Hàm lượng cao nhất tới nay được phát hiện trong cây trinh nữ (cây xấu hổ) là 30,7-201,1 mg/kg [1].  

Ở động vật, Se là chất vi lượng có nhiều trong cá, tôm, cua, sò, ốc, thịt bò, thịt lợn và các thực phẩm giàu protein, trong đó mức độ tập trung cao nhất là ở da và gan các loài cá, đặc biệt nhiều trong cá ngừ. Tiếp đến là trong tôm đồng, thịt lợn nạc và lòng đỏ trứng gà. Các loài động vật khác có lượng Se ít và không ổn định. Hàm lượng Se trong cá nước ngọt và cá biển tương đương nhau, dao động trong khoảng từ 1 đến 4 mg/kg. Hàm lượng Se trong động vật chăn nuôi và trong cơ thể con người dao động khá lớn, trung bình là 0,1-1 mg/kg tùy thuộc vào khẩu phần ăn và bộ phận cơ thể. Hàm lượng Se trong máu người Việt Nam khỏe mạnh khoảng 0,4 mg/kg. Nhưng hàm lượng Se trong máu các sản phụ chỉ bằng một nửa so với người khỏe mạnh [1].

Selen dễ dàng lan truyền từ các bãi thải ra môi trường xung quanh, khiến cho hàm lượng của nó ở các khu vực lân cận có xu hướng ngày một tăng cao. Theo Bản kiểm kê việc thải chất độc của Hoa Kỳ (Toxic release inventory - TRI), riêng năm 2000 các ngành sản xuất và chế biến nước này đã thải ra mặt đất khoảng 58,79 tấn Se kim loại và 2.691,05 tấn hợp chất của Se. Kết quả điều tra của Cục Đăng ký Bệnh lý và Chất độc Hoa Kỳ đã xác định sự tăng cao hàm lượng Se xung quanh 508 bãi thải [Hazdat, 2003].

Selen tập trung khá cao trong than và các thành tạo chứa than. Bởi vậy, trong môi trường nước xung quanh các mỏ than, hàm lượng Se thường cao hơn phông địa hóa khu vực. Hàm lượng Se trong nước đoạn hạ lưu sông Elk cao gấp 12 lần so với tiêu chuẩn của Canada (2 µg/l). Nguyên nhân dẫn tới hàm lượng cao bất thường này được xác định là do hoạt động khai thác lộ thiên các mỏ than ở khu vực phía nam thung lũng sông Elk, vùng British Columbia [8].

Nhiều nghiên cứu đã khẳng định Se được làm giầu trong các hệ tầng chứa than so với vỏ Trái đất. Đặc biệt trong than đá, hàm lượng của Se thường rất cao. Tại vùng Enshi, Trung Quốc, hàm lượng Se trong than đá phổ biến trên 80 ppm, trung bình 300 ppm và là nguồn chủ yếu gây ô nhiễm toàn bộ môi trường sống khu vực thông qua quá trình phong hóa, rửa trôi và tái tích tụ trong đất, đá, nước và không khí [Yang và nnk., 1983]. Hoạt động khai thác than giải phóng Se vào môi trường do quá trình oxy hóa khoáng vật pyrit chứa Se.

V. VAI TRÒ CỦA SELEN VỚI SỨC KHỎE CỘNG ĐỒNG

Giống như đa số nguyên tố vi lượng khác, Se là nguyên tố không thể thiếu cho sự sống và có tính hai mặt, vừa tích cực, vừa tiêu cực. Ở nồng độ vừa phải, Se có vai trò tích cực làm tăng khả năng miễn dịch của cơ thể, là nguyên tố bảo đảm cho quá trình tổng hợp collagen, bảo đảm sự toàn vẹn của cơ, hồng cầu, keratin và thủy tinh thể. Ở những người có hàm lượng Se trong máu thấp, nguy cơ ung thư tuyến tiền liệt cao gấp 4-5 lần so với người bình thường. Se tham gia quá trình tổng hợp ARN và AND. Đặc biệt, Se đẩy mạnh quá trình tổng hợp coenzim, là một chất chống oxy hóa có khả năng phá hủy các lipopeoxit và làm trung hòa những chất gây hại cho tế bào.

Các loại vitamin rất cần thiết cho cơ thể, tuy nhiên, nếu thiếu Se, cơ thể không thể tổng hợp được nhiều loại vitamin hoặc tác dụng của các vitamin cũng bị giảm đi đáng kể. Vitamin E và Se có tác dụng tương hỗ lẫn nhau và tăng cường tác dụng nếu sử dụng kết hợp, do vậy, nếu thiếu Se, thì cơ thể sẽ không tổng hợp đủ lượng vitamin C cần thiết.

Se có vai trò làm tăng khả năng miễn dịch của cơ thể, do nó là chất xúc tác cho quá trình tổng hợp các globulin miễn dịch, làm tăng miễn dịch tế bào, đảm bảo chức năng tiêu hóa lipit của tuyến tụy, tham gia điều khiển sự vận chuyển ion qua màng tế bào. Se có tác dụng bảo vệ màng tế bào chống lại các hiện tượng oxy hóa, ngăn cản sự tạo thành các lipopeoxit, do đó, có tác dụng làm chậm quá trình lão hóa và chống lại sự tổn hại của hệ tim mạch. Cho tới nay, nhiều nghiên cứu đã chứng minh, thiếu Se sẽ gây nên nhiều bệnh tật đối với động vật. Có thể kể tới một số bệnh như bệnh Keshan, bệnh cơ trắng, bệnh kashin-beck, ung thư, rối loạn nội tiết, v.v..

Bệnh cơ trắng (white muscle), hay còn gọi là bệnh loạn dưỡng cơ, là một trong các bệnh rất phổ biến đối với gia súc ăn cỏ còn non. Nguyên nhân chính là do trong khẩu phần ăn thiếu Se. Khi cơ thể bị thiếu Se lâu dài, hệ thống cơ bị tổn thương dưới dạng thoái hóa hoại tử, đặc biệt là cơ tim và kèm theo loạn dưỡng cơ ở gan, do vậy gia súc thường bị đột tử. Từ thực tế này, việc đánh giá tỷ lệ trẻ sơ sinh bị mắc các bệnh tim mạch ở các vùng thiếu hụt Se là điều nên làm. Bởi lẽ, Se có mối liên quan chặt chẽ với hoạt động của tim, đặc biệt trong giai đoạn đầu đời của trẻ.

Bệnh Keshan được mô tả lần đầu tiên ở Trung Quốc trên trăm năm trước đây và được quan tâm nhiều trong những thập kỷ gần đây khi người ta xác định được nguyên nhân gây bệnh là do cơ thể thiếu hụt Se. Người mắc bệnh Keshan chủ yếu tập trung ở những vùng có hàm lượng Se trong đất thấp. Nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng, các thông số địa hóa đóng vai trò quan trọng đối với diện phân bố của bệnh Keshan. Đất có nồng độ axit cao, giàu vật chất hữu cơ và các keo oxit sắt đóng vai trò quan trọng cố định Se trong đất, làm giảm khả năng hấp thu Se của cây lương thực và dẫn đến sự thiếu hụt Se trong khẩu phần ăn hàng ngày của cư dân khu vực ĐB và TN Trung Quốc. Trong ngũ cốc trồng ở các vùng phát triển bệnh Keshan, hàm lượng Se thường ở dưới mức 0,01 ppm [Johnson và nnk., 1996]. Kết quả tương tự quan sát thấy ở khu vực Transbaikalia, Nam Siberia. Ở đó, lượng Se thiếu hụt trong khẩu phần ăn hàng ngày dẫn đến bệnh Keshan và bệnh cơ trắng trong cộng đồng dân cư địa phương [Reilly, 1996]. Như vậy, ở các vùng có sự thiếu hụt Se trong môi trường tự nhiên, nếu không bổ xung Se vào khẩu phần ăn hàng ngày, thì sẽ dẫn đến thiếu hụt Se lâu dài trong cơ thể, hậu quả là dân cư trong vùng có thể mắc một trong các bệnh vừa nêu.

Một số kết quả nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng, Se cũng có mối liên quan với bệnh ung thư. So sánh hàm lượng Se trong máu giữa các bệnh nhân ung thư da, xương, v.v. với người khỏe mạnh ở Phần Lan, Virtamo và nnk. [1987] nhận thấy, hàm lượng Se trong máu nhóm bệnh nhân ung thư thấp hơn so với nhóm khỏe mạnh. Kết quả điều tra dịch tễ học cho thấy, ở địa phương nào có phông địa hóa của Se trong môi trường tự nhiên và hàm lượng Se trong máu cộng đồng dân cư thấp, thì tỷ lệ bệnh nhân ung thư ở vùng đó cao hơn so với vùng có hàm lượng Se trong máu cao [Allaway, 1968]. Đối với cư dân các vùng có khẩu phần ăn chứa nhiều Se, tỷ lệ mắc bệnh ung thư đại tràng, máu, ung thư vú và ung thư phổi hết sức thấp. So sánh tỷ lệ người Nhật sống trong nước và di cư ra nước ngoài, Schrauzer G. và nnk. [14] nhận thấy, tỷ lệ người Nhật trong nước mắc các bệnh ung thư nêu trên rất thấp, trái lại, người Nhật di cư ra nước ngoài lại có tỷ lệ mắc bệnh ung thư cao hơn nhiều và tương đương với tỷ lệ của cộng đồng dân cư địa phương nơi họ sinh sống. Điều đó được lý giải do dân Nhật bản địa ăn nhiều cá (70-85 g/ngày) so với dân Nhật di cư ra nước ngoài. Như vậy, Se thấp trong máu và hàm lượng Se trong môi trường tự nhiên thấp có thể là một chỉ thị của bệnh ung thư, nhưng cũng có thể là một tác nhân gây ung thư. Điều này còn có nhiều tranh luận và chưa có kết luận cụ thể.

Từ trước đến nay, khi giải thích nguyên nhân bệnh bướu cổ và đần độn, hầu hết các nhà nghiên cứu đều cho rằng do thiếu iod. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu ở vùng đồng bằng Cửu Long cho thấy, tỷ lệ người mắc bệnh bướu cổ ở Tiền Giang lên tới 9,2-27,7%, ở Hậu Giang 19,3%, trong khi hàm lượng iod trong môi trường sống ở đây vẫn thuộc diện cao [13]. Khu vực đồng bằng Bắc Bộ cũng cho kết quả tương tự. Tại Cát Bà (Hải Phòng), tỷ lệ bướu cổ trong cư dân vùng đảo này lên tới 58,81% [12], mặc dù hàm lượng iod trong môi trường tự nhiên nơi đây khá phong phú: trong đất = 3,56 ppm, trong nước suối = 4,90 mg/l, nước tầng nông = 11,4 mg/l và nước mưa = 3,6 mg/l. Tỷ lệ mắc bệnh cao trong vùng được gán cho nguyên nhân từ môi trường đất và nước trong vùng có tính kiềm [2]. Như trên đã nêu, trong môi trường kiềm, độ linh động và hoạt tính sinh học của Se rất cao và thực vật dễ dàng hấp thụ Se hơn so với các môi trường khác. Hàm lượng Se trong đất cao sẽ dẫn đến sự ô nhiễm Se tràn lan. Trái lại, nếu hàm lượng Se trong môi trường tự nhiên thấp, thì hàm lượng của nó trong đất sẽ càng giảm nhanh chóng do chúng dễ dàng bị rửa trôi và mang đi khỏi lớp đất trồng, gây thiếu hụt Se quy mô lớn. Như vậy, phạm vi ảnh hưởng của Se trong môi trường đất kiềm đến sức khỏe cộng đồng sẽ rộng và dễ phát hiện hơn so với các loại hình đất khác.

Nếu gắn tình hình bệnh lý của cư dân những nơi vừa nêu với sự thiếu hụt nguyên tố iốt, e rằng có điều gì chưa ổn. Bên cạnh iod, chắc chắn phải có một tác nhân nào khác cần được nghiên cứu. So sánh hàm lượng Se trong đất giữa các vùng (Hình 1 ), ta thấy có sự khác biệt giữa Hải Phòng (0,008 ppm), Quảng Nam - Đà Nẵng (0,098 ppm) và Thái Bình (2,15 ppm). Nếu so sánh với hàm lượng trung bình Se trong đất là 0,004 ppm ở vùng Keshan, Trung Quốc [19], nơi đầu tiên trên thế giới phát hiện mối liên quan giữa sự thiếu hụt hàm lượng Se trong môi trường tự nhiên với bệnh Keshan, thì có thể nhận định rằng, phải chăng, hàm lượng Se quá thấp trong môi trường sống ở đảo Cát Bà (Hải Phòng) đã gây nên hiện tượng suy giảm hệ miễn dịch hoặc rối loạn nội tiết của cộng đồng dân cư địa phương và nguy cơ mắc không chỉ đối với bệnh bướu cổ mà còn nhiều căn bệnh khác cho tới nay chưa có kết quả điều tra cụ thể.

Từ những luận giải nêu trên, có thể nêu lên một nghi vấn, hiện tượng tập trung cao bệnh nhân bướu cổ ở Hải Phòng và một vài nơi ở Việt Nam liệu có mối liên quan gì với sự thiếu hụt hoặc thừa Se trong môi trường hay không? Điều này cần những nghiên cứu chuyên sâu để khẳng định.

VI. TƯƠNG TÁC GIỮA SELEN VỚI CÁC NGUYÊN TỐ KHÁC

Vai trò của Se vô cùng quan trọng đối với sự sống; nó không chỉ là một nguyên tố cần thiết cho sự phát triển của cơ thể, mà còn có mối tương tác và làm thay đổi vai trò của các nguyên tố vi lượng khác cũng như các vitamin và protein trong cơ thể sống. Bởi vậy, cho tới nay, các tài liệu nghiên cứu về vai trò sinh học của Se nhiều hơn bất cứ một nguyên tố vi lượng nào khác. Một trong các vai trò của Se thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học là khả năng làm giảm độc tính của các kim loại nặng như Hg, As, Cd, Pb, Cu, Ag v.v., phòng chống ung thư, làm tăng nguy cơ mắc bệnh bướu cổ và đần độn [6] và làm biến đổi hành vi địa hóa của các nguyên tố độc hại. Tuy nhiên, sự tương tác giữa Se với các nguyên tố và hợp chất trong cơ thể sống cũng như trong môi trường tự nhiên là vô cùng phức tạp và còn nhiều điều chưa sáng tỏ. Do đó, nghiên cứu ảnh hưởng của các chất vi lượng và độc tố đối với cơ thể, cũng như đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường tự nhiên không thể bỏ qua Se. Dưới đây là một vài vi nguyên tố có mối tương tác trực tiếp với Se.

1. Thủy ngân (Hg)

Cả Se và Hg đều có độc tính cao, điều này được biết đến từ lâu. Tuy nhiên, sulfur Hg được xác định cũng có vai trò là chất chữa bệnh trong y học cổ truyền Việt Nam với hai vị thuốc nổi tiếng là chu sa và thần sa. Trong các bài thuốc chữa bệnh an thần, thần kinh giật, mất ngủ, v.v. thường không thể thiếu hai vị thuốc này. Do những hạn chế về công cụ phân tích, trước đây người ta chủ yếu để ý đến hàm lượng Hg cao của hai vị thuốc này, do đó, có thể xếp chúng vào dạng chất độc cấm sử dụng. Thật thú vị, những nghiên cứu gần đây chỉ ra, ngoài Hg, hàm lượng Se trong chu sa và thần sa cũng rất cao [1]. Như vậy, tác động giải độc và hoạt tính sinh học có được từ hai vị thuốc này là do sự tương tác giữa hai nguyên tố Hg và Se mang lại. Điều này hoàn toàn trùng hợp với các kết quả thực nghiệm trên thế giới khi cho động vật tiếp xúc liên tục với cả Hg và Se, thì độc tính của cả hai nguyên tố đều giảm rõ rệt. Người ta quan sát thấy khả năng chống độc của động vật rất cao, cho dù sử dụng Hg và Se dưới dạng vô cơ hay hữu cơ [Chang, 1983; Rao et al., 1998]. Trong thí nghiệm với chuột, Se bảo vệ cơ thể khỏi bị nhiễm độc bởi ion Hg và methyl Hg [Hansen, 1988; Magos et al., 1987] và tăng tốc quá trình giải độc methyl Hg qua nước tiểu [Urano et al., 1997]. Như vậy, vai trò bảo vệ cơ thể của Se không chỉ làm tăng khả năng chống chịu độc tố Hg của cơ thể mà còn tăng cường khả năng đào thải Hg.

2. Arsen (As)

Giống như Hg, As là một chất cực độc, nhưng lại là một chất giải độc Se rất tốt và ngược lại. Kết quả thực nghiệm khi tiêm đồng thời các hợp chất của As và Se vào động vật với liều cao, thì không thấy hiện tượng ngộ độc xảy ra, trái lại, nếu chỉ tiêm một trong hai loại, thì xuất hiện triệu chứng ngộ độc. Khi tăng liều lượng As trong thuốc tiêm, thì hàm lượng Se trong gan giảm và hàm lượng Se trong dạ dày - đường ruột tăng. Người ta nhận thấy rằng, khi sử dụng As để điều trị súc vật bị nhiễm Se, thì số lượng các vết đốm đỏ trên cơ thể chúng giảm đáng kể [Holmberg and Ferm, 1969], và nếu sử dụng selenit natri để điều trị các con chuột bị nhiễm As thì các triệu chứng nhiễm độc giảm rõ rệt [Biswas et al., 1999]. Thí nghiệm trên thỏ và lợn khẳng định Se làm tăng khả năng đào thải As và ngược lại, As làm tăng khả năng đào thải Se. Điều này chỉ ra rằng, As có thể giải độc Se và nó không chỉ đóng vai trò là chất hấp phụ Se, mà chắc rằng có sự tương tác giữa chúng. Những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng, khả năng làm giảm độc tố của As và Se là do sự hình thành hợp chất seleno-bis (S-gluathiony) arsen [Gailer et al., 2000]. Hợp chất này được phân lập từ thận thỏ bị tiêm Se và As và xác định bằng quang phổ huỳnh quang tia X.

VII. KIẾN NGHỊ VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI

Se có vai trò quan trọng với sức khỏe cộng đồng là điều không thể phủ nhận. Nó không chỉ là một chất vi lượng cần thiết với hoạt động sống, mà còn là một vị thuốc quý trong điều trị nhiều căn bệnh hiểm nghèo. Do vậy, nghiên cứu hành vi địa hóa nguyên tố Se trong tự nhiên và mối liên quan đến sức khỏe cộng đồng là việc cần phải làm, càng sớm càng tốt nhằm thực hiện tốt phương châm phòng bệnh hơn chữa bệnh và bảo đảm mục tiêu phát triển bền vững đất nước.

TÁC GIẢ

QUÁCH ĐỨC TÍN¹, NGUYỄN THỊ XUÂN², PHẠM THỊ NHUNG Lݳ,

 NGUYỄN THỊ THỦY⁴, MAI TRỌNG NHUẬN⁵

VĂN LIỆU

1. Đàm Trung Bảo, Đặng Hồng Thúy, 1983. Selen trong sinh học. Nxb Y học, Hà Nội.

2. Đỗ Văn Ái (Chủ biên), 2004. Báo cáo Điều tra các yếu tố địa hoá môi trường gây ra bệnh bướu cổ trong cộng đồng cư dân một số khu vực đồng bằng và hải đảo Bắc Bộ. Lưu trữ Liên hiệp các Hội KHKT VN. Hà Nội.

3. Chizhikov D.M., Shchastlivyi V.P., 1968. Selenium and selenides. Collet’s Ltd., London, 403 pp.

4. Cutter G.A., 1989. The estuarine behavior of selenium in San Francisco Bay. Estuarine, Coastal Shelf Sci., 28/1 : 13-34.

5. Goldhaber S.B., 2003. Trace element risk assessment: Essentiality vs. toxycity. Regulatory Toxycol. and Pharm., 38 : 232-242.

6. Jin Gan et al, 1993. IDD, 3-10.

7. Lussier C., Veiga V., Baldwin S., 2003. The geochemistry of selenium associated with coal waste in the Elk River Valley. Canada Envir. Geol., 44/8 : 905-913.

8. McDowell L.R., Conrad J.H., Ellis G.L., Looski J.K., 1983. Mineral for grazing ruminants in tropical regions. Gainesville, Univ. Florida. 86 pp.

9. Nguyễn Ngọc Tuấn, Nguyễn Mộng Sinh, Nguyễn Giằng, Nguyễn Thanh Tâm, Bùi Duy Cam, 1994. Xác định selen trong các mẫu địa chất và môi trường bằng phương pháp kích hoạt nơtron có xử lý mẫu. TC Khoa học, Đại học Tổng hợp, 4 : 33. Hà Nội.

10. Pendias Kabata A., 1998. Geochemistry of selenium. J. Environ-Pathol-Toxicol-Oncol., 17 /3-4 : 173-177.

11. Phạm Huy Nhu và nnk., 1995. Liên quan các yếu tố nguy cơ của các nguồn nước dùng trong sinh hoạt với bệnh bướu cổ tại Đảo Cát Bà, Hải Phòng. TC Y học, 12. Hà Nội.

12. Phạm Thị Huỳnh Mai, 2002. Báo cáo Nghiên cứu xây dựng phương pháp phân tích và khảo sát hàm lượng Se trong một số thực phẩm chính và trong máu, huyết thanh người tại Tp. HCM.

13. Phan Văn Duyệt và nnk., 1990. Bướu cổ ở Hậu Giang. Hội thảo QG PCRLTHI. Hà Nội.

14. Schrauzer G., White D., Schneider C., 1977. Cancer mortality correlation studies. III. Statistical associations with dietary selenium intakes. Bioinorg. Chem., 7 : 23-24.

15. Tan Jianan, 1990. Chemicogeography of some life elements and endemic diseases with an emphasis on China. In Intern. Symp. Envir. Life Elements and Health, pp. 145-157, Beijing.

16. Thomson C.D., 2004. Assessment of requirements for selenium and adequacy of selenium status: A review. Eur. J. Clin. Nutr., 58 : 391-402.

17. Trần Hữu Chí, Tạ Thanh Hà, Đặng Minh Ngọc, Đàm Anh Thư, Nguyễn Đình Thái, Phí Vân Phi, 19??. Thử nghiệm phương pháp định lượng Se trong nước tiểu. Viện Y học lao động và Vệ sinh môi trường. Hà Nội.

18. Yin Zhaohan, Ju Shangjiain, Ma Xiaoli, Cui Jiambo, Chaeng Borong, 1990. Se deficiency in environment and Keshan disease. In Intern. Symp. Envir. Life Elements and Health, pp. 176-178. Beijing.

19. Yu W.H., 1982. A study of nutritional and bio-geochemical factors in the occurrence and development of Keshan disease. Japn. Circ. J., 46 : 1201-1207.