1、 认识地方性砷中毒 关键词：地理学，中毒，地方病，医学地理学，全球性 简介地方性砷中毒是在特定地理环境下的居民长期通过饮水、空气、食物摄入过多的砷，而引起的以皮肤色素脱失、着色、角化及癌变为主的全身性的慢性中毒性疾病。地方性砷中毒是因自然界环境中含砷量过高所引起的生物地球化学性疾病。地方性砷中毒在世界范围内流行广泛，已成为一种世界性的严重威胁人类健康的公害病。目前世界上有许多国家的饮用水中砷浓度超过WHO指导标准0.01mg/L或超过了其国家所规定的标准，包括阿根廷、澳大利亚、孟加拉国、智利、中国、匈牙利、印度、墨西哥、秘鲁、泰国和美国等。多年来，世界各国学者对地方性砷中毒进行了广泛而深入的研
2、究，在病因学、主要临床表现、发病机制、流行规律及防治措施等方面取得了显著进展。目前人们已对地方性砷中毒的发病机制有了初步的了解。但由于缺乏有效的手段,早期发现并确定高砷暴露对人体健康的影响以及地方性砷中毒病情、预后的预警、评价系统，制约了砷与健康关系研究的进一步深入。 我国的地方性砷中毒类型饮水型砷中毒和燃煤型砷中毒。 分布饮水型砷中毒分布：山西、内蒙古、新疆、宁夏、吉林、四川、安徽、青海、黑龙江、河南、山东等省（区）。其中以山西、内蒙古病情为重。 燃煤型砷中毒部分：贵州、陕西。其中以贵州分布最为严重。我国是世界上地方性砷中毒流行比较严重的国家之一，据中国预防医学科学院的资料估计，目前暴露在饮
3、用水砷浓度0.05 mg/L的人口为560万，暴露在饮用水砷浓度0.01 mg/L的人口为1 466万,这还不包括由于燃煤引起的燃煤型地方性砷中毒人口。在我国，除贵州省主要为燃煤污染型病区外，其他地区大都属于饮水型病区。新疆奎屯垦区是我国大陆上报道的第一起地方性砷中毒病区，也是我国饮水型地方性砷中毒的主要流行区之一。新疆医科大学氟砷研究课题组自1980年开始对该病区开展综合性防治研究，取得了大量的研究成果。今后应在对病区进行流行病学跟踪调查的基础上，应用现代分子生物学技术检测分析慢性砷中毒发病以及致癌的相关危险因素，从生物统计学和遗传流行病学等方面综合分析砷中毒易感性标志物与砷中毒的关系，率先
4、在国内开展对地方性砷中毒较为系统的生物标志物的研究。为揭示慢性砷中毒发病以及致癌的分子机制和寻找特异、敏感、快速的生物标志物奠定基础，为全面了解地方性砷中毒的早期诊断、防治以及预后危险度评价提供可靠的理论依据。地方性砷中毒概念地方性砷中毒是居住在特定地理环境条件下的居民，长期通过饮水、空气、食物摄入过量的砷而引起的以皮肤色素沉着、色素脱色、掌跖角化及癌变为主的全身性的慢性中毒，具有远期毒效应。 国外的地方性砷中毒世界卫生组织将孟加拉国的地方性砷中毒称为“历史上一国人口遭遇到的最大的群体中毒事件”。 据2009年11月报道，孟加拉国可能有两百万人集体砷中毒，且已经造成多人丧命，未来将有更多人因此
5、失去生命，堪称人类史上最大的中毒案。孟加拉国挖掘许多池塘作为养殖鱼类与储水灌溉用，科学家发现，这些池塘是居民集体砷中毒的罪魁祸首。研究指出，祸首就是数万个人工池塘。孟加拉国当局挖掘这些池塘，并以挖出的泥土防洪。科学家很早即知，这些砷来自孟加拉国全境、数百万个以低科技挖掘的“管状深井”的井水。讽刺的是，这些井多数是靠国际援助机关开凿而成。据孟加拉国政府估计，大约有三千万人饮用含砷量超过50ug/L的水源。但是，如果按世卫组织推荐的10ug/L的临时标准计算，则这一数据将超过七千万。政府根据2001年的实地调查结果估计，每10万口管井中大约有40%-50%受到砷污染。有些乡镇的这一数据甚至高达80
6、%-100%。现在的问题是，原本未受污染的一些管井仍在不断遭受污染。砷浓度最高的井水约有50年历史，同时砷这种有机碳一旦经过微生物新陈代谢，会让砷从沉积物释放出来，且很快就能从地表渗入地底。2010年，医学期刊柳叶刀报告称，孟加拉国7700万人因饮用水被砷污染而面临危险。过去十年间，研究人员对孟加拉国首都达卡Araihazar区近1.2万人的跟踪调查发现，20%以上的死亡者似乎都是由被砷污染的井水引起的。据估计，由于20世纪70年代一次灾难性运动的误导，孟加拉国有3500万至7700万的人口已经逐渐受到砷污染的水的侵害。当时，为了给村民提供清洁无菌的生活用水，该地区开挖了数百万口管井。许多管井
7、的底部不慎探进土壤表层，而土壤表层中天然产生的砷含量非常高。 中毒机理根据所摄入的砷化物的种类、毒性、摄入量及持续时间，可呈现急性、亚急性和慢性中毒临床表现。地方性砷中毒以慢性中毒为主要表现，临床上主要表现为皮肤色素脱失、沉着和掌跖角化，并作为特异性诊断标志，同时伴有中枢神经、周围神经、消化、心血管系统等多方面的症状和体征。地砷病是严重危害人体健康的地方病。无机砷是国际癌症研究中心确认的人类致癌物，可致皮肤癌、肺癌、并伴有其他系统和内脏癌症高发。地砷病的潜伏期很长，一般在10年左右，皮肤癌的潜伏期长达20年。所以在离开高砷区后很长时间人仍然可能患病。同时地砷病还严重影响病区经济的发展，致使许多
8、家庭因病致贫、因病返贫。 砷中毒生物标志物 生物标志物是指反映机体与环境因子(物理的、化学的或生物的) 交互作用所引起的所有可测定的改变, 包括生化的、生理的、行为的、免疫的、细胞的、遗传的等多方面的改变。1987 年美国国家生物标志物研究委员会将生物标志物划分为3类:(1)暴露标志物( biomarker of exposure) : 反映机体生物材料中外源性化学物或其代谢物或外源性化学物与某靶细胞或靶分子(或其代替物) 交互作用产物浓度的指标, 包括反映内暴露剂量和生物有效剂量两类标志物。(2)效应标志物(biomarker of effect) :反映外来因素作用后, 机体中可测定的生化
9、、生理、行为或其它方面改变的指标, 可以是生物机体内某一内源性成分或机体功能容量或结构的改变或功能障碍或产生疾病。可进一步分为早期生物学效应、结构和(或) 功能改变及疾病3类。(3)易感性标志物( biomarker of susceptibility) : 反映机体先天具有或后天获得的对接触外源性化学物的反应能力的指标。1砷的暴露标志物1.1血砷(AsB)由于血砷的生物半衰期为60 h，砷进入血液后,大部分均以较高的速率从血浆清除，因而血砷仅是监测短期接触水平的指标。1.2尿砷（AsU）砷的排泄主要是在肾脏，大部分是从尿中排出,且排泄速度相当缓慢。故尿砷被认为是反映近期砷暴露的敏感指标，比血
10、砷更有说服力，常用于检测环境和职业中的砷暴露。通常砷代谢在人的尿液中分布为10%15%的无机砷（iAs， iAs）、 10%15% 单甲基胂酸（MMA）和60%80%二甲基胂酸（ DMA） 。Hakala等2研究空气中砷的平均浓度和接砷作业工人尿砷浓度的相关性，分别测定了0、08、816和1620 h 4个时段，结果发现在0、8 h二者有显著相关性(r = 0.78, P = 0.000 1)，在这个时间段暴露在砷浓度为10 mg/L空气中的工人尿砷浓度为5 mg/L。1.3尿卟啉（Uroporphyrins）最近的研究表明，尿卟啉也是砷暴露的早期生物标志物，Wang等3在动物实验和人体研究了
11、砷暴露在血红素合成途径中的作用，以5 mg/kg体重As喂饲Wista大鼠，收集24 h尿样,用HPLC法测血、肝、肾中原卟啉，粪卟啉，粪卟啉的含量，结果几种组织中的卟啉浓度均在24 h内升高，尿原卟啉在48 h达最高峰，尿粪卟啉24 h达最高峰。人体实验取了113份砷中毒区病人尿样，检测发现在暴露组中所有的尿卟啉浓度都高于对照组，且以年轻人居多。提示卟啉可成为砷暴露早期危害的生物标志物。1.4发砷、指(趾)甲砷（HAs，FTAs）毛发和指(趾)甲中都含有较高的角蛋白和大量的含硫氨基酸，砷可与头发中的二硫键结合抑制头发中含巯基的酶。被吸收的砷掺入到发根的生长部，通过影响头发正常的物质代谢而改变
12、它的一些基本性状如头发的伸长和相对强力发生改变。张晨等4发现正常对照区(水砷0.003mg/L)居民与砷中毒病区(水砷0.58mg/L)患者及非患者间的头发伸长及相对强力差异均有统计学意义(P0.01)。正常对照区与改水后砷中毒地区(水砷0.05 mg/L)居民间相对强力差异无统计学意义;男性间头发伸长差异亦无统计学意义。因此，发砷与慢性砷中毒有密切关系，指甲如同毛发一样是砷的富集靶组织，能够蓄积砷， Lin等5研究台湾的乌脚病发现发砷和指甲砷和尿砷一样在乌脚病的发生中可作为慢性砷中毒有效的生物标志物。2砷的效应标志物2.1砷甲基化容量（capacity of methylation）甲基化容
13、量是指生物样品中MMA和DMA的含量百分比。Yu等6为了验证砷的甲基化容量与砷性皮肤损害的关系，采用病例对照的流行病学方法，检测了26例有皮损砷中毒病人的iAS、MMA和DMA百分比，结果发现实验组MMA和DMA显著高于对照组，MMA/DMA为0.240.06，其中MMA超过15.5%的病人患砷性皮肤病的危险性是对照组的5.5倍。说明砷的甲基化可能在砷诱导的皮肤损害中起重要作用。2.28羟基2脱氧鸟苷（8OHdG）8OHdG 是活性氧（ROS）导致DNA损伤的主要形式。Matsui等7用免疫组化的方法检测28例砷性皮肤肿瘤和砷角化及11例与砷无关的鲍文氏瘤。结果发现8OHdG在28例砷性皮肤肿
14、瘤中有22例阳性，阳性率为78%；11例与砷无关的鲍文氏瘤中仅检出1例，阳性率为9%，两者差异有统计学意义（P0.001），结果证实8OHdG是参与砷致皮肤癌的氧化损伤标志物。Yamanaka等8同样以8OHdG作为DNA氧化标志物，给哺乳动物口服二甲基胂酸（DMA），观察DMA是否有诱导DNA氧化损伤的能力，结果发现口服DMA后，砷作用的靶器官（如皮肤、肺、肝和膀胱）和尿中8OHdG的量显著升高，然而亚砷酸盐组中则没有，结果显示DMA在砷诱导氧化损伤致癌的路径中起重要的作用。2.3脂质过氧化（LPO）脂质过氧化指标也是砷中毒的效应标志物，它包括丙二醛（MDA）、过氧化物歧化酶（SOD）、谷胱
15、甘肽（GSH）等。砷在体内可以与酶、蛋白质中的巯基(SH)、胱氨酸及半胱氨酸等含硫的氨基(NH)有很强的亲和力。Subbarao等9研究认为谷胱甘肽和砷的复合物的形成利于砷的胆道排泄。Ramos等10发现As能降低鼠体内肝、肾及心脏中的GSH水平而增加LPO的量，且肝中GSH水平与LPO量间呈负相关。近年流行病学资料也证实，砷与脂质过氧化有关，李富君等11发现地方性砷中毒病人血中GSH含量显著增高。因此， LPO的检测可以较灵敏反映砷中毒的膜损伤效应。2.4遗传毒性（Genotoxicity）外源化合物遗传效应最常用的3个检测终点是微核率(MNF)、姐妹染色体交换（SCE）和染色体畸变（CA）
16、。在砷中毒的研究中，Smith等12提出了选用膀胱细胞微核分析作为砷毒作用生物学标记的理论依据,进而认为膀胱细胞微核分析是砷遗传毒作用的一个恰当生物标记物。Warner等13研究发现饮用含砷水(1 313 g/L)人群的膀胱细胞MNF(2.79/1 000)是对照(1.57/1 000)的1.8倍，且膀胱细胞MNF与尿中无机砷及其甲基化产物的浓度呈正相关。MNF在砷人群遗传学损伤的监测和砷中毒早期诊断方面是一个较灵敏的辅助指标之一。Liou等14应用病例对照研究观察了SCE的变化,一组为慢性砷中毒区的病人，其中有22例是仅患肿瘤的病人（CA），8例是患肿瘤的乌脚病病人（BFCA），10例仅患乌脚病的病人（B
