砷价态与砷中毒相关性研究

佟建冬 张春华 纪晓红

砷价态与砷中毒相关性研究

佟建冬 张春华 纪晓红

砷是地壳中第20种最常见的元素, 是环境中广泛存在的有毒类金属元素之一。砷能以四种不同的价态(As3-“、AsO、As3+和As5+)存在, 无机砷的主要形态是胂(As3-)、亚砷酸盐(As3+)和砷酸盐(As5+)。大多数无机砷化合物的毒性较有机砷化合物大。过量长期饮用砷浓度超过标准的高砷水,将导致发生慢性砷中毒。

1 水化学环境和水中砷的价态对砷中毒的影响

中国各饮水型砷中毒病区的水化学特点受沉积环境和气候因素所控制, 砷中毒的流行和发病程度与其地下水的水化学环境、水中砷的形态和价态有密切联系。大量的流行病学调查和研究证实：我国台湾、新疆、内蒙古、山西、吉林等省(自治区)饮水型砷中毒病区环境和地下水水化学特征(除台湾外), 均属干旱半干旱区, 各病区多分布在沉积盆地中心或平原内相对低洼的地带, 饮用的地下水均取自中新生代地层。不同病区病情存在差异。砷中毒病情不仅与总砷含量有明显的剂量-效应关系, 还与As3+和甲基胂的浓度直接相关。新疆和吉林病区地下水为以无机砷中As5+为主的氧化环境, 这是其病区患病率较低的主要原因。对山西省大同盆地砷中毒区的环境地球化学调查：盆地周边岩石、煤系地层为富砷岩系, 构成砷的原生物源。富炭质含水层的还原环境促使As5+向As3+转化, 提高了水的毒性, 加剧了砷中毒的发生。通过对大同盆地、内蒙古河套地区地砷病患者和对照者的生活饮用水进行采样, 分析结果显示大同盆地地砷病病区中水砷价态分布以As3+为主。李述刚等对内蒙古自治区和山西省砷中毒病区的研究还发现：水体基质不同及采样、运输和保存样品的过程会造成As3+被氧化为As5+, 导致不能精确测量不同价态砷暴露水平, 说明现场即刻测量砷可以更为准确地测量砷价态暴露水平。

2 不同价态砷在体内代谢对砷中毒致病的影响

饮水中含有高浓度的砷而导致的砷中毒是全世界广泛关注的公共卫生问题。研究无机砷在体内的代谢规律对研究无机砷的致病机理, 为寻找慢性砷中毒的有效治疗手段都有重要的提示意义。专家学者通过研究, 进一步证实不同价态砷在体内代谢和毒性机制对砷中毒产生影响。无机砷的甲基化是其在人体内的主要代谢步骤之一 ;无机砷的致癌作用也与其引起基因的异常甲基化有关。

通过观察不同价态无机砷染毒大鼠肝脏砷形态代谢产物分布的研究发现：As5+砷代谢产物在肝脏蓄积能力强于As3+砷, As5+砷在肝脏一甲基化及二甲基化代谢能力强于As3+砷, 具有较大肝脏毒性。在比较不同价态的饮水砷暴露对小鼠肝脏的损伤作用发现:长期饮水砷暴露可能通过促进肝脏炎症介质及ECM分泌诱导慢性肝损伤、肝纤维化.肝损伤程度与砷的价态及蓄积量有关, 且As3+损伤作用强于As5+。在观察不同价态、不同剂量砷染毒大鼠代谢相关生化指标的活力及大鼠肝脏中甲基转移酶mRNA的表达情况发现：As3+和As5+均可使大鼠肝脏组织中SAM的含量升高,改变MTR的活力, 使As3MT的mRNA表达升高, 增强机体的甲基化代谢能力, 进而影响砷的作用机制, 诱导毒性作用的发生。对新疆奎屯农七师、内蒙古呼和浩特市和山西省山阴县等地对照组及砷中毒患者的血样与尿样进行砷价态形态、肝肾功等指标的检测显示：砷不同价态形态与患者病情程度相关, 主要表现为影响酶的活性。夏荣香等通过比较不同价态和剂量的NaAsO2(As3+)和Na2HAsO4(As5+)染毒对大鼠脏器组织谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活力的影响。得出As3+或As5+染毒后大鼠脏器中抗氧化酶活力均降低, 破坏机体氧化与抗氧化系统的动态平衡, 从而导致机体的脂质过氧化损伤结论。王跃武等研究不同的砷化合物(一甲基亚砷酸、三氧化二砷、砷酸氢二钠、二甲基砷酸钠)对人舌鳞癌细胞株增殖的影响：砷化合物在高于一定浓度时可以明显抑制Tca8113细胞增殖, 其中MMAⅢ的毒性最强;砷价态相同时,有机态砷的毒性高于无机态砷。砷化合物的细胞毒性可能与诱导的氧化损伤有关。金亚平等应用细胞活力检测与形态学方法, 观察不同砷化物对原代培养星型胶质细胞的毒性作用时发现：接触最少25 μmol/L的As3+砷或100 μmol/L的As5+砷对星型胶质细胞可产生明显的毒性损伤作用。As3+砷的毒性明显大于As5+砷。

3 讨论

砷中毒是一种地球化学性疾病, 研究表明砷的价态与砷中毒病情有关, 水化学环境和水中砷的价态对砷中毒有着十分重要的影响；学者过去认为, 对人体造成危害的主要是As3+砷, 砷在体内的代谢过程是其解毒过程。但目前的研究表明, 砷在代谢过程中产生的各种中间代谢产物对机体亦具有毒作用。进一步研究表明, 不同价态砷在体内代谢对砷中毒致病产生影响；发现了不同价态砷体内代谢间的差异, 为探讨砷的毒作用机制提供了参考。这些调查和研究为今后砷中毒的预防和治疗的奠定了理论基础。

137000 白城, 吉林省地方病第一防治研究所(佟建冬)；白城师范学院化学学院(张春华)；中国地方病控制中心地方病控制中心(纪晓红)