地方性砷中毒的综述.doc

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%-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、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）。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（BF）；26例健康居民（HRs）为内对照组，来自非砷中毒区、无砷接触的23例工人作为外对照组（HCs）。以问卷的形式展开调查，抽取静脉血10 ml做淋巴细胞培养检测SCE。基线SCE检测结果显示,5组之间差异均无统计学意义。SCE（丝裂霉素诱导的SCE基线SCE）检测结果发现，CA、BF、HRs 3个砷暴露组显著高于外对照组HCs，但(BFCA)组与HCs组之间差异无统计学意义。丝裂霉素诱导的SCE结果提示早期砷暴露中人淋巴细胞对致癌和突变物高度敏感，这种敏感性与早期的砷暴露有关而不是疾病状态。SCE可用于早期砷中毒检测。Liou等15应用病例对照和队列研究检测了686例乌脚病病人，结果病例组染色体裂隙、染色体断裂易位和染色体置换等染色体畸变率显著高于对照组（P4.023%，有9倍的患癌危险性，提示染色体型分析在癌症预测方面是一个较好的生物标志物。 3砷的易感性标志物3.1金属硫蛋白（MT）MT是具有基因多态性的一类蛋白，在金属解毒中起重要作用。Hermesz等16应用半定量RTPCR检测体内砷暴露的鲤鱼表达MT1和MT2的水平，结果显示2种MT具有组织和金属特异性，其中肝MTmRNA表达水平较肾高，都存在时间、剂量效应关系。砷主要影响MT2的表达，在其它器官也没有检出MT1转录水平的改变。提示MT2的表达可作为砷暴露的一个敏感标志物,但目前尚缺乏砷暴露与MT基因多态性的人群资料。3.2谷胱甘肽（GST）尽管近年来许多资料显示GST转移酶的基因多态性与肿瘤有关，但对GST何种基因型影响何种肿瘤还不清楚。比如GSTT1基因缺失会增加脑胶质细胞瘤的危险性，然而脑肿瘤与环境污染物之间并没有确切的联系；GSTM3在一些脑胶质瘤中及喉癌鳞状上皮细胞和慢性吸烟与饮酒的病理学检查中都特异的表达增高。目前缺乏可信的资料阐明GST基因多态性与肿瘤的关系。Schuliga等17发现低浓度无机砷可以诱导GSTs酶活性增高和GR相关基因表达的上调。GST基因多态性与无机砷的甲基化有密切的关系。Chiou等18研究发现慢性砷中毒甲基化容量被GSTT1和GSTM1调节，在GSTT1和GSTM1缺失的患者，其头发和指趾甲MMA和DMA检出阳性率较高。 3.3髓过氧化物酶 (MPO)和过氧化氢酶 (CAT)MPO和CAT是2个重要的氧化应激基因，在参与细胞氧化压力调节中起重要作用。Ahsan19为了检测无机砷的遗传易感性，用SNP方法筛选463GA和262CT 的MPO和CAT在砷暴露人群中的分布，结果显示在孟加拉国砷中毒区MPO和CAT基因与砷诱导的皮肤损害和皮肤癌有联系，在调整砷暴露和其它变异因素后，携带易感的MPO和CAT基因患皮肤过度角化症的危险比分别是2.1和1.9；携带高危险性MPO基因并暴露在高砷环境的人群患皮肤过度角化的危险比是5.8，几乎是携带低危险性基因型和低砷暴露人群的6倍；同样携带高危险性CAT基因的患病危险比为4.6，是低危险性基因型和低砷暴露人群的4倍，提示MPO和CAT在砷中毒所致的皮肤过度角化症中起重要作用。3.4嘌呤核苷酸磷化酶（hNP）和谷胱甘肽S转移酶11（hGSTO11）最近的研究资料表明砷代谢存在家族聚集性与遗传因素和个体变异有关,Yu等20选择了2个砷代谢相关的基因hNP和hGSTO11，hNP是砷酸盐转化为亚砷酸盐过程中的还原酶，hGSTO11是MMA的还原酶，可以使MMA（）转化成MMA（）。分析这两个基因在22名欧洲家系(EA)、24名美国土著家系（IA）的遗传多态性。(Italic)hNP(/Italic)基因遗传多态性分析，检测了48个位点，6个在外显子区，其中有1个位点不同义（G51S）。1个内含子多态性位点发生在已知的增强子区。hGSTO11基因多态性分析，检测了33个位点，6个在外显子区，4个位点不同义。相反，hNP在IA组的多态性位点比EA多，hGSTO11在EA组的多态性位点比IA多（IA组只有1个位点的频率大于10%）。在EA和IA混合组里如墨西哥人和西班牙人群中这两个基因的也有一定的遗传多态性变异，提示hNP和hGSTO11可作为慢性砷中毒的潜在易感性基因。砷暴露的人群流行病学和动物实验资料已证实，慢性砷暴露可引起以皮肤损害为主的全身各系统、各器官改变的毒副反应，而最严重的后果则是其致癌效应1。生物标志物在生物监测和环境监测中的研究已成为热点，它可以反映机体对外源性物质的接触程度、早期毒效应及不同个体对外源物质及其代谢物的易感性，对早期发现和早期控制外源性物质对机体的健康损害起着重要的作用，因此对于慢性砷中毒生物标志物的研究具有重要的意义。综上所述，生物标志物在环境健康评价的研究和应用中发挥着重要的作用,目前已应用于：（1）对环境暴露的生物有效剂量的标志物研究；（2）从分子水平生物标志物(如DNA 加合物) 研究致癌物在化学致癌进程中DNA 加合物的形成与致癌作用之间的因果和定量的关系；（3）随细胞分子遗传学技术的进展，遗传学方面的改变(如姐妹染色体交换, SCE) 作为诱变作用的终点；（4）癌基因和抑癌基因作为较特异的肿瘤标志物；（5）生物体内酶多态性及基因多态性作为环境因素、生活方式以及遗传因素所致疾病的易感性标志物。砷中毒的预防措施 饮水型地方性砷中毒的预防措施改饮低砷水，打建新的低砷井，引江河泉水以合格饮用水源取代高砷水源是预防饮水型砷中毒最有效的措施；可将雨水、雪水，用一定的方法收集于水窖贮存起来，以供饮用，这种方法主要用在缺水或无低砷水源的病区；在找不到合适低砷水源的病区，对原有高砷水可采用理化降砷的措施 燃煤污染型地方性砷中毒的预防措施改炉改灶、燃用低砷煤是燃煤型地方性砷中毒的主要措施。燃煤烘烤的食物采用清洗的方法可洗去表面吸附的含砷烟尘，减少砷的摄入量。除改炉改灶外，不要将粮食和食物悬挂在炉灶上方熏烤，采取自然晾晒或利用烤烟房烘干。病区经熏烤的玉米和辣椒含砷量很高，在食用前要进行淘洗，以减少机体对砷的摄入。 地方性砷中毒的治疗效果地方性砷中毒的治疗，目前尚无特效药物，在医生的指导采取对症治疗、驱砷治疗外，主要靠预防。减少机体对砷的摄入，改善生活条件，增强机体抵抗力。 参考文献：1吴顺华，王国荃，刘开泰.砷对健康影响研究的进展J.国外医学医学地理分册，2002，23（4）：145146. 2新浪网：报告称孟加拉国7700万人饮用水砷超标 3腾讯网：孟加拉或有两百万人砷中毒 科学家找到祸首 4张晨,肖碧玉,王国荃,等.新疆地方性砷中毒地区人群头发的伸长和相对强力的研究J.新疆医学院学报,1991,14(4):2692.5Lin TH, Huang YL, Wang MY, et al. 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