砷及砷化物与人类疾病2

1、砷及砷化物与人类疾病东北师范大学人文学院 生物工程 05 级生物技术 梁晶摘要：砷及其化合物广泛存在于自然界中， 砷及其化合物可以引起人体多系统多 器官的损伤，其中包括砷及其化合物的毒性作用。致畸、致癌、致突变等作用。近年研究发现砷可能是人体必需的微量元素。关键词： 砷及砷化物；人类疾病流行病学研究证明由于环境， 职业和治疗性原因使人类长期暴露于砷及其化合物，皮肤、膀胱及呼吸系统等部位的肿瘤发病率明显增高 1 。在我国大陆部分地 区、台湾、孟加拉、中美和南美洲的居民，长期饮用咼砷 （5弘g/L）水，皮肤损 伤和皮肤癌， 膀胱癌发病率很高， 皮肤癌可以发生在身体暴露和非暴露于阳光的 部位。病理形

2、态上是鳞癌和基底细胞癌， 或者两类混合发生， 并在棘细胞内发现大小不等的黑素颗粒 【2】。若经呼吸道途径吸人砷，机体易发生肺癌 【3】。关于砷 及其化合物的致病实例有很多，本文就砷及砷的化合物及其毒性进行了阐述。1砷及其化合物 11理化性质砷元素位于元素周期表中第 33位，原子量 74921。砷的化学性质很复杂，又 有众多的砷化合物， 所以很难将砷作为一种化学元素看待。 砷以三价和五价的形 式存在于食物、水、和环境中，并广泛分布于 245种物质中，每千克非暴露的土 壤中砷的含量为0. 140 mg世界卫生组织饮用水砷标准为 0. 01 mg/L。砷化物中最普通的无机三价砷化合物有三氧化二砷和亚

3、砷酸钠；五价砷有五氧化二 砷、砷酸和砷酸盐，也有三价和五价的有机砷。12代谢途径空气中的砷大部分是三价砷， 被人体吸收后在肺部的沉积率主要取决于其颗粒的大小，经口摄人的砷大部分能经胃肠道吸收。 As2Q亚砷酸钠、砷酸盐进入人体后，95%97%与红细胞内血红蛋白结合，由于砷与含疏基（一SH）的蛋白质高度 的亲和力，24 h内分布于肝、肾、肺、胃肠道、脾脏及脑等全身各器官和组织中。砷主要经尿排泻，摄人体内的无机砷其t 1/2可达30 h,另外粪便、皮肤、汗腺、 唾液腺及浮汁内也有微量砷排出，人乳汁中砷的浓度可达 3 pg /L。砷可在头发 和指甲中蓄积，正常发砷为0.0250.10 mg/100

4、mg据卫研所报道，北京地区 发砷正常水平低于0. 053 mg/100 m4。发砷和尿砷的测定较之血砷更能反映 人体摄人砷的水平 5,6 。2砷及其化合物对人体各系统的毒性作用三价砷与五价砷或无机砷与有机砷在体内的相互转换和代谢决定着砷的毒性 作用，三价砷与无机砷 7 的毒性较大，五价砷和有机砷相对毒性较低。三价砷是 最主要的毒性形式，其中三氧化二砷，即砒霜，中毒剂量10一50 mg致死量60 mg急性砷中毒人体可出现发热、食欲减退、肝肿大、黑色素沉着，心率不齐、直至 死亡。地方性砷中毒中心血管系统症状体征可表现为心脏杂音、 心脏肥大等， 较 显著的变化是在心电图的改变上，外周血管出现“雷诺氏

5、”现象，甚至下肢出现 坏疽。砷中毒引起的外周血管紊乱， 取决于砷接触时间的长短。 对于神经系统的 损伤主要表现在脑损伤方面，病人出现头痛、头昏，可有相应脑电图的异常，有 些病人甚至出现短暂的脑缺血， 偏瘫和多种精神障碍。 慢性接触无机砷可以引起 周围神经系统的损害， 起初表现为感觉丧失， 麻痹和肌肉痉挛， 随后可有肌力迅 速减退，出现垂腕、垂足和肌萎缩等表现。如果影响血液系统可造成贫血、白细 胞特别是粒细胞减少。砷对脏的损害取决于机体是急性砷中毒还是慢性砷中毒， 亚急性、急性砷中毒肝功能只有轻度变化， 慢性砷中毒肝损害常表现为黄疸、 肝功能异常，以后发展为肝硬化和腹水。急性砷中毒的胃肠道症状有

6、腹痛、腹泻、 恶心及呕吐、伴有血色样便等。 砷对泌尿生殖系统的损害表现在砷中毒可以引起 肾癌、膀胱癌，以及生殖系统的癌。皮肤粘膜综合征是砷中毒最初的指征，而皮 肤角化是地方性砷中毒皮肤损害的又一特征。 恶心、上腹痛及食欲下降在低剂量 慢性砷中毒病例中较多见。 另外，大量的证据已经表明多种生物包括人类的胚胎 期均可受到无机砷的影响 8。砷中毒可致胚胎中轴骨骼、脑颅、面颅、眼睛以及泌尿生殖系统的畸形和胚胎期死亡。3砷及其化合物毒性作用的机制目前砷毒性作用的详细机制尚未完全阐明。现已证明，砷是一种细胞原浆毒， 因与巯基有很强的亲和力， 与含巯基酶结合后， 使酶活性受到抑制， 严重干扰酶 的生理功能、

7、结构与代谢。受影响的重要酶系统有丙酮酸氧化酶、 丙酮酸脱氢酶、 磷酸酯酶、细胞色素氧化酶、 脱氧核糖核酸聚合酶等， 从而直接影响细胞的代谢、氧化过程、染色体结构、核分裂等。如砷与丙酮酸脱氢酶结合，使三羧酸循环受阻。由于砷原子与磷原子结构相似，替代后者后，砷与 3 P甘油醛结合，抑制AT严生，影响细胞的氧化磷酸化过程。砷的细胞毒性作用主要表现为氧化性损害，它通过抑制谷胱甘肽(GSH)等抗氧化酶活性，或选择性增强细胞色素氧化酶P 伽依赖的单胺氧化酶的活性，产生氧化性损害。GS是巯基酶，通过与砷结合，一定程度上抑制了砷的细胞毒性，特别是细胞内 GS依赖的氧化还原状态密切关 系到砷在体内的还原与甲基化

8、后的排泄情况9，故GSH缺乏时，会大大增强砷的 毒性。4砷的致癌、致畸、致突变作用无机砷早已被世界证明具有致癌作用， 世界卫生组织 (1981) 以及国际癌症研究机构(1980) 都将砷列为人类的致癌剂。流行病学上能证明砷能引起人类皮肤癌、 肺癌、肝癌等， 但动物实验至今没有复制出砷致癌的模型。 砷剂主要作用于人类 致癌阶段的进展期， 对是否作用于促进期尚有疑问 10 ，但也有体外实验中得出不 一致甚至相反的结论。关于砷致癌的机理目前还不很清楚。关于砷可以引起不同类型DN损伤的报道很多，有人认为无机砷通过延长细胞分裂， 进而导致异位体的产生 11 。另有报道 砷中毒人群中SCE姐I妹染色单体交

9、换)频率明显高于普通健康人群12。文献已证 明，砷可以诱导哺乳动物细胞染色体异常、姊妹染色体交换、DNAI白交赚和蛋白相关DNAS降解。砷中毒是一个复杂的疾病，原因在于砷在人体的作用是一个非常复杂的过程，它涉及到不同的化学形态、 不同的器官的不同分布与代谢以及其它元素与砷的相 互作用。从它产生效应的对象方面讲是多方位的， 从其发生效应的原因上看又是多方面的。在砷毒性作用、致癌、致畸、致突变作用中何者为因，何者为果，或 互为因果， 至今尚无明确答案。 另外砷中毒中枢神经系统出现损伤中， 出现了一 些行为学变化， 但在此方面尚未见进一步的研究报道。 再有关于砷的代谢中， 有 人报道血脑屏障对砷的作

10、用 13，并以此做作为治疗白血病的依据。 但也有人提出 一定浓度的砷可不受此限制， 此浓度临界值是多少， 尚无定论。 砷在人脑代谢中 的剂量一效应关系尚缺乏临床资料。5展望14 。砷与磷大量的动物实验研究表明， 砷对动物的某些生长发育可能是必需的 同为元素周期表第V主族元素，均为大自然广泛分布，磷可做为生命不可缺少的 元素，那与之化学性质相似的砷的作用又是什么呢 ?研究发现，砷能像磷生成磷脂那样生成砷脂， 但砷脂的作用目前尚不清楚。 有人报道大鼠缺砷时， 磷脂合成 酶活性降低， 砷在其中的作用仍不清楚。 尽管缺砷所伴发的一些生化改变已经被 阐明，但砷作用的基本方式和位点仍不明了， 砷可能是人体

11、必需的微量元素。 最新报道15，美国环境保护署（EPA暂时搁置了降低饮水砷标准的计划，该计划要 求将砷许可量从50弘g/L降为10 pg/L的标准，据说是因为判定这一改变的科学依据不足。但是，砷既可以致癌又对某些肿瘤显示确切的治疗效果。所以，关于 砷元素在人体中的作用还有待于进一步研究、阐明。参考文献：1 Wilson HM， Hyman MS， Jallet sL， et a 1 Mechanism of action of arsenic moxideCancer Res， 2002。 62：389339032 牛健林，杨龙彪砷引起皮肤癌的组织形态学观察 中国皮肤病学杂志， 2002， 1

12、6：2912933 Enterline PE， Day R， Marh GM， et a1Cancer related to exposure to arsenic at a copper Smeher Occup Envimn Med， 1995， 52：28 324 肖传方，陈清，卢国程砷、微量元素与健康北京：北京大学出版社， 1989182 1925 Zhuang G， Zhou Y， Lu H ， et a1Concentration of rareearth element，s As， andTh in human brain and braintumors ， determined

13、 by neutron activation analysis BiolTrace Elem Res， 1996， 53(3)： 456 Kollmer WE Arsenic in induced hair of the rat and itsrelation to the content in various organs during chronicexposureJ Trace Elem Electrolytes Health Dis， 1 992， 6(1)：117 吴顺华，王国荃，刘开泰，等无机砷诱导体外培养人皮肤细胞的增殖作用 中 国地方病学杂志， 2003， 22：385 386

14、8 Hilmy AM， elDomiatyNA ， KamalMA ， et a 1 Effect of some arsenic antagonists on the toxicity ， distribution and excretion of arsenite and arsenate inratsComp-Biochem-PhysiolC，1991，99(3)：3579 Gorby MS Arsenic in human medicine In: Arsenic in theenvironment part n： human heahh and ecosysteemffectsEdi

15、ted by jo Nriou ，JohnInc，1994： 11610 Toshihide TInorganic Arsenic Appl OrganometallicChemistry，1992，6： 30911 Toshihide TInorganic Arsenic Appl OrganometnallicChemistry，1992，6： 33334112 易玲辉，李德章无机砷对遗传物质危害之研究 中华公共卫生杂志， 1996， 15(3) ： 15015413 Zhe ng W, Perry DF, Nels on DI。，et al Choroid plexus protects cerebros pin