砷價(jià)態(tài)與砷中毒相關(guān)性研究

佟建冬 張春華 紀(jì)曉紅

砷價(jià)態(tài)與砷中毒相關(guān)性研究

佟建冬 張春華 紀(jì)曉紅

砷是地殼中第20種最常見(jiàn)的元素, 是環(huán)境中廣泛存在的有毒類金屬元素之一。砷能以四種不同的價(jià)態(tài)(As3-“、AsO、As3+和As5+)存在, 無(wú)機(jī)砷的主要形態(tài)是胂(As3-)、亞砷酸鹽(As3+)和砷酸鹽(As5+)。大多數(shù)無(wú)機(jī)砷化合物的毒性較有機(jī)砷化合物大。過(guò)量長(zhǎng)期飲用砷濃度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的高砷水,將導(dǎo)致發(fā)生慢性砷中毒。

1 水化學(xué)環(huán)境和水中砷的價(jià)態(tài)對(duì)砷中毒的影響

中國(guó)各飲水型砷中毒病區(qū)的水化學(xué)特點(diǎn)受沉積環(huán)境和氣候因素所控制, 砷中毒的流行和發(fā)病程度與其地下水的水化學(xué)環(huán)境、水中砷的形態(tài)和價(jià)態(tài)有密切聯(lián)系。大量的流行病學(xué)調(diào)查和研究證實(shí)：我國(guó)臺(tái)灣、新疆、內(nèi)蒙古、山西、吉林等省(自治區(qū))飲水型砷中毒病區(qū)環(huán)境和地下水水化學(xué)特征(除臺(tái)灣外), 均屬干旱半干旱區(qū), 各病區(qū)多分布在沉積盆地中心或平原內(nèi)相對(duì)低洼的地帶, 飲用的地下水均取自中新生代地層。不同病區(qū)病情存在差異。砷中毒病情不僅與總砷含量有明顯的劑量-效應(yīng)關(guān)系, 還與As3+和甲基胂的濃度直接相關(guān)。新疆和吉林病區(qū)地下水為以無(wú)機(jī)砷中As5+為主的氧化環(huán)境, 這是其病區(qū)患病率較低的主要原因。對(duì)山西省大同盆地砷中毒區(qū)的環(huán)境地球化學(xué)調(diào)查：盆地周邊巖石、煤系地層為富砷巖系, 構(gòu)成砷的原生物源。富炭質(zhì)含水層的還原環(huán)境促使As5+向As3+轉(zhuǎn)化, 提高了水的毒性, 加劇了砷中毒的發(fā)生。通過(guò)對(duì)大同盆地、內(nèi)蒙古河套地區(qū)地砷病患者和對(duì)照者的生活飲用水進(jìn)行采樣, 分析結(jié)果顯示大同盆地地砷病病區(qū)中水砷價(jià)態(tài)分布以As3+為主。李述剛等對(duì)內(nèi)蒙古自治區(qū)和山西省砷中毒病區(qū)的研究還發(fā)現(xiàn)：水體基質(zhì)不同及采樣、運(yùn)輸和保存樣品的過(guò)程會(huì)造成As3+被氧化為As5+, 導(dǎo)致不能精確測(cè)量不同價(jià)態(tài)砷暴露水平, 說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)即刻測(cè)量砷可以更為準(zhǔn)確地測(cè)量砷價(jià)態(tài)暴露水平。

2 不同價(jià)態(tài)砷在體內(nèi)代謝對(duì)砷中毒致病的影響

飲水中含有高濃度的砷而導(dǎo)致的砷中毒是全世界廣泛關(guān)注的公共衛(wèi)生問(wèn)題。研究無(wú)機(jī)砷在體內(nèi)的代謝規(guī)律對(duì)研究無(wú)機(jī)砷的致病機(jī)理, 為尋找慢性砷中毒的有效治療手段都有重要的提示意義。專家學(xué)者通過(guò)研究, 進(jìn)一步證實(shí)不同價(jià)態(tài)砷在體內(nèi)代謝和毒性機(jī)制對(duì)砷中毒產(chǎn)生影響。無(wú)機(jī)砷的甲基化是其在人體內(nèi)的主要代謝步驟之一 ;無(wú)機(jī)砷的致癌作用也與其引起基因的異常甲基化有關(guān)。

通過(guò)觀察不同價(jià)態(tài)無(wú)機(jī)砷染毒大鼠肝臟砷形態(tài)代謝產(chǎn)物分布的研究發(fā)現(xiàn)：As5+砷代謝產(chǎn)物在肝臟蓄積能力強(qiáng)于As3+砷, As5+砷在肝臟一甲基化及二甲基化代謝能力強(qiáng)于As3+砷, 具有較大肝臟毒性。在比較不同價(jià)態(tài)的飲水砷暴露對(duì)小鼠肝臟的損傷作用發(fā)現(xiàn):長(zhǎng)期飲水砷暴露可能通過(guò)促進(jìn)肝臟炎癥介質(zhì)及ECM分泌誘導(dǎo)慢性肝損傷、肝纖維化.肝損傷程度與砷的價(jià)態(tài)及蓄積量有關(guān), 且As3+損傷作用強(qiáng)于As5+。在觀察不同價(jià)態(tài)、不同劑量砷染毒大鼠代謝相關(guān)生化指標(biāo)的活力及大鼠肝臟中甲基轉(zhuǎn)移酶mRNA的表達(dá)情況發(fā)現(xiàn)：As3+和As5+均可使大鼠肝臟組織中SAM的含量升高,改變MTR的活力, 使As3MT的mRNA表達(dá)升高, 增強(qiáng)機(jī)體的甲基化代謝能力, 進(jìn)而影響砷的作用機(jī)制, 誘導(dǎo)毒性作用的發(fā)生。對(duì)新疆奎屯農(nóng)七師、內(nèi)蒙古呼和浩特市和山西省山陰縣等地對(duì)照組及砷中毒患者的血樣與尿樣進(jìn)行砷價(jià)態(tài)形態(tài)、肝腎功等指標(biāo)的檢測(cè)顯示：砷不同價(jià)態(tài)形態(tài)與患者病情程度相關(guān), 主要表現(xiàn)為影響酶的活性。夏榮香等通過(guò)比較不同價(jià)態(tài)和劑量的NaAsO2(As3+)和Na2HAsO4(As5+)染毒對(duì)大鼠臟器組織谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)活力的影響。得出As3+或As5+染毒后大鼠臟器中抗氧化酶活力均降低, 破壞機(jī)體氧化與抗氧化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡, 從而導(dǎo)致機(jī)體的脂質(zhì)過(guò)氧化損傷結(jié)論。王躍武等研究不同的砷化合物(一甲基亞砷酸、三氧化二砷、砷酸氫二鈉、二甲基砷酸鈉)對(duì)人舌鱗癌細(xì)胞株增殖的影響：砷化合物在高于一定濃度時(shí)可以明顯抑制Tca8113細(xì)胞增殖, 其中MMAⅢ的毒性最強(qiáng);砷價(jià)態(tài)相同時(shí),有機(jī)態(tài)砷的毒性高于無(wú)機(jī)態(tài)砷。砷化合物的細(xì)胞毒性可能與誘導(dǎo)的氧化損傷有關(guān)。金亞平等應(yīng)用細(xì)胞活力檢測(cè)與形態(tài)學(xué)方法, 觀察不同砷化物對(duì)原代培養(yǎng)星型膠質(zhì)細(xì)胞的毒性作用時(shí)發(fā)現(xiàn)：接觸最少25 μmol/L的As3+砷或100 μmol/L的As5+砷對(duì)星型膠質(zhì)細(xì)胞可產(chǎn)生明顯的毒性損傷作用。As3+砷的毒性明顯大于As5+砷。

3 討論

砷中毒是一種地球化學(xué)性疾病, 研究表明砷的價(jià)態(tài)與砷中毒病情有關(guān), 水化學(xué)環(huán)境和水中砷的價(jià)態(tài)對(duì)砷中毒有著十分重要的影響；學(xué)者過(guò)去認(rèn)為, 對(duì)人體造成危害的主要是As3+砷, 砷在體內(nèi)的代謝過(guò)程是其解毒過(guò)程。但目前的研究表明, 砷在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的各種中間代謝產(chǎn)物對(duì)機(jī)體亦具有毒作用。進(jìn)一步研究表明, 不同價(jià)態(tài)砷在體內(nèi)代謝對(duì)砷中毒致病產(chǎn)生影響；發(fā)現(xiàn)了不同價(jià)態(tài)砷體內(nèi)代謝間的差異, 為探討砷的毒作用機(jī)制提供了參考。這些調(diào)查和研究為今后砷中毒的預(yù)防和治療的奠定了理論基礎(chǔ)。

137000 白城, 吉林省地方病第一防治研究所(佟建冬)；白城師范學(xué)院化學(xué)學(xué)院(張春華)；中國(guó)地方病控制中心地方病控制中心(紀(jì)曉紅)