Nồng độ sinh học là sự tích tụ của một chất hóa học trong hoặc trên cơ thể sống thông qua quá trình hô hấp. Nồng độ sinh học là một thuật ngữ được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực độc học thủy sinh, các hóa chất độc hại đi vào cơ thể của sinh vật thông qua mang và da.

Nồng độ sinh học được định lượng bằng hệ số nồng độ sinh học, biểu thị bằng tỷ số giữa nồng độ hóa chất trong sinh vật hoặc quần xã sinh vật với nồng độ trong nước hoặc với nồng độ của hóa chất đó trong môi trường xung quanh ở trạng thái cân bằng. Trong môi trường nước mặt, hệ số nồng độ sinh học thường được biểu thị bằng đơn vị lit/kg (tỷ lệ giữa mg hóa chất/kg sinh vật với mg hóa chất/lít nước). Hệ số nồng độ sinh học có thể được đo hoặc tính toán dựa vào các mô hình toán học và phụ thuộc vào đối tượng nghiên cứu ví dụ như với các sinh vật sống ở lớp đáy, hệ số tích tụ trầm tích sinh học được sử dụng, do các hóa chất có thể tồn tại cả ở môi trường nước và trong trầm tích đáy. Hệ số nồng độ sinh học được Mỹ và Liên minh Châu Âu sử dụng trong các luật về hóa chất để đánh giá khả năng tích lũy sinh học của các chất khi đăng ký và lưu hành. Đạo luật về kiểm soát các chất độc của Cục môi trường Mỹ quy định một chất được cọi là không tích tụ sinh học khi hệ số nồng độ sinh học nhỏ hơn 1000, tích tụ sinh học khi có nồng độ sinh học từ 1000 đến 5000 và tích tụ sinh học mạnh khi hệ số nồng độ sinh học lớn hơn 5000. Luật về đăng ký, đánh giá, cấp phép và hạn chế đối với hóa chất của Liên minh châu Âu quy định các chất tích tụ sinh học khi có hệ số nồng độ sinh học lớn hơn 2000 và tích tụ sinh học mạnh khi hệ số nồng độ sinh học lớn hơn 5000.

Hệ số nồng độ sinh học có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như nhiệt độ, pH và chất lượng nước. Nhiệt độ môi trường tác động tới quá trình trao đổi chất, sự vận động của sinh vật. pH ảnh hưởng tới sự phân ly của các chất trong môi trường nước. Chất lượng nước khác nhau thay đổi sự liên kết của các hóa chất với các thành phần khác trong môi trường nước (ví dụ: các chất ô nhiễm khi liên kết và tích tụ trong các hạt rắn sẽ giảm khả năng phân bố vào các sinh vật qua đường hô hấp, mà đi vào cơ thể sinh vật thông qua đường ăn uống). Bên cạnh đó, kích thước của sinh vật cũng là một yếu tố được xem xét ở khía cạnh tỷ lệ giữa thể tích cơ thể sinh vật và diện tích bề mặt của cơ thể. Bề mặt tiếp xúc càng lớn thì khả năng và tốc độ xâm nhập của hóa chất vào cơ thể sinh vật càng cao. Hệ số nồng độ sinh học được sử dụng nhiều trong việc dự đoán mức nồng độ của chất ô nhiễm có trong sinh vật dựa vào nồng độ của chất đó trong môi trường nước. Để xâm nhập vào cơ thể sinh vật, các hóa chất phải đi qua lớp màng lipid, khả năng tích lũy của các chất này phụ thuộc nhiều vào tính ưa lipid của nó. Các chất có hệ số nồng độ sinh học lớn hơn 1 thường có tính kị nước hoặc ưa mỡ. Do đó, các chất này có khả năng xâm nhập tốt vào cơ thể sống, tích lũy tại lớp lipid của sinh vật và ít có khả năng đào thải, dẫn tới khả năng tích tụ cao trong cơ thể của sinh vật.

Tài liệu tham khảo

1. Don M., Correlation of bioconcentration factors. Environmental Science and Technology, 16(5): 274-278, 1982.
2. Tinsley I. J., Chemical concept in pollutant behavior (Second Ed.) John Wiley & Sons, Inc., 2004.
3. Arnot J. A., Gobas F. A. P. C., A review of bioconcentration factor (BCF) and bioaccumulation factor (BAF) assessments for organic chemicals in aquatic organisms. Environ. Rev., 14(4): 257-297, 2006.
4. Landis W. G., Sofield R. M., Yu M. H., Introduction to Environmental Toxicology: Molecular Structures to Ecological Landscapes (Fourth ed.). CRC Press, 2011.
5. Di Guardo, Environmental Exposure Assessment in Encyclopedia of Toxicology (Third Ed.). Elsevier Inc., 2014.