佟建冬 張春華 紀曉紅

砷價態(tài)與砷中毒相關性研究

佟建冬 張春華 紀曉紅

砷是地殼中第20種最常見的元素, 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態(tài)(As3-“、AsO、As3+和As5+)存在, 無機砷的主要形態(tài)是胂(As3-)、亞砷酸鹽(As3+)和砷酸鹽(As5+)。大多數(shù)無機砷化合物的毒性較有機砷化合物大。過量長期飲用砷濃度超過標準的高砷水,將導致發(fā)生慢性砷中毒。

1 水化學環(huán)境和水中砷的價態(tài)對砷中毒的影響

中國各飲水型砷中毒病區(qū)的水化學特點受沉積環(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環(huán)境、水中砷的形態(tài)和價態(tài)有密切聯(lián)系。大量的流行病學調查和研究證實：我國臺灣、新疆、內蒙古、山西、吉林等省(自治區(qū))飲水型砷中毒病區(qū)環(huán)境和地下水水化學特征(除臺灣外), 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相對低洼的地帶, 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-效應關系, 還與As3+和甲基胂的濃度直接相關。新疆和吉林病區(qū)地下水為以無機砷中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。對山西省大同盆地砷中毒區(qū)的環(huán)境地球化學調查：盆地周邊巖石、煤系地層為富砷巖系, 構成砷的原生物源。富炭質含水層的還原環(huán)境促使As5+向As3+轉化, 提高了水的毒性, 加劇了砷中毒的發(fā)生。通過對大同盆地、內蒙古河套地區(qū)地砷病患者和對照者的生活飲用水進行采樣, 分析結果顯示大同盆地地砷病病區(qū)中水砷價態(tài)分布以As3+為主。李述剛等對內蒙古自治區(qū)和山西省砷中毒病區(qū)的研究還發(fā)現(xiàn)：水體基質不同及采樣、運輸和保存樣品的過程會造成As3+被氧化為As5+, 導致不能精確測量不同價態(tài)砷暴露水平, 說明現(xiàn)場即刻測量砷可以更為準確地測量砷價態(tài)暴露水平。

2 不同價態(tài)砷在體內代謝對砷中毒致病的影響

飲水中含有高濃度的砷而導致的砷中毒是全世界廣泛關注的公共衛(wèi)生問題。研究無機砷在體內的代謝規(guī)律對研究無機砷的致病機理, 為尋找慢性砷中毒的有效治療手段都有重要的提示意義。專家學者通過研究, 進一步證實不同價態(tài)砷在體內代謝和毒性機制對砷中毒產生影響。無機砷的甲基化是其在人體內的主要代謝步驟之一 ;無機砷的致癌作用也與其引起基因的異常甲基化有關。

通過觀察不同價態(tài)無機砷染毒大鼠肝臟砷形態(tài)代謝產物分布的研究發(fā)現(xiàn)：As5+砷代謝產物在肝臟蓄積能力強于As3+砷, As5+砷在肝臟一甲基化及二甲基化代謝能力強于As3+砷, 具有較大肝臟毒性。在比較不同價態(tài)的飲水砷暴露對小鼠肝臟的損傷作用發(fā)現(xiàn):長期飲水砷暴露可能通過促進肝臟炎癥介質及ECM分泌誘導慢性肝損傷、肝纖維化.肝損傷程度與砷的價態(tài)及蓄積量有關, 且As3+損傷作用強于As5+。在觀察不同價態(tài)、不同劑量砷染毒大鼠代謝相關生化指標的活力及大鼠肝臟中甲基轉移酶mRNA的表達情況發(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表達升高, 增強機體的甲基化代謝能力, 進而影響砷的作用機制, 誘導毒性作用的發(fā)生。對新疆奎屯農七師、內蒙古呼和浩特市和山西省山陰縣等地對照組及砷中毒患者的血樣與尿樣進行砷價態(tài)形態(tài)、肝腎功等指標的檢測顯示：砷不同價態(tài)形態(tài)與患者病情程度相關, 主要表現(xiàn)為影響酶的活性。夏榮香等通過比較不同價態(tài)和劑量的NaAsO2(As3+)和Na2HAsO4(As5+)染毒對大鼠臟器組織谷胱甘肽過氧化物酶(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, 破壞機體氧化與抗氧化系統(tǒng)的動態(tài)平衡, 從而導致機體的脂質過氧化損傷結論。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)對人舌鱗癌細胞株增殖的影響：砷化合物在高于一定濃度時可以明顯抑制Tca8113細胞增殖, 其中MMAⅢ的毒性最強;砷價態(tài)相同時,有機態(tài)砷的毒性高于無機態(tài)砷。砷化合物的細胞毒性可能與誘導的氧化損傷有關。金亞平等應用細胞活力檢測與形態(tài)學方法, 觀察不同砷化物對原代培養(yǎng)星型膠質細胞的毒性作用時發(fā)現(xiàn)：接觸最少25 μmol/L的As3+砷或100 μmol/L的As5+砷對星型膠質細胞可產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性疾病, 研究表明砷的價態(tài)與砷中毒病情有關, 水化學環(huán)境和水中砷的價態(tài)對砷中毒有著十分重要的影響；學者過去認為, 對人體造成危害的主要是As3+砷, 砷在體內的代謝過程是其解毒過程。但目前的研究表明, 砷在代謝過程中產生的各種中間代謝產物對機體亦具有毒作用。進一步研究表明, 不同價態(tài)砷在體內代謝對砷中毒致病產生影響；發(fā)現(xiàn)了不同價態(tài)砷體內代謝間的差異, 為探討砷的毒作用機制提供了參考。這些調查和研究為今后砷中毒的預防和治療的奠定了理論基礎。

137000 白城, 吉林省地方病第一防治研究所(佟建冬)；白城師范學院化學學院(張春華)；中國地方病控制中心地方病控制中心(紀曉紅)