地方性砷中毒地區(qū)環(huán)境砷暴露健康風(fēng)險研究進(jìn)展

高健偉，韋炳干，薛源，虞江萍，楊林生

中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京100101

污染物健康風(fēng)險研究的核心是在識別污染物健康危害的基礎(chǔ)上，定量評估不同污染物暴露總量及其生物有效性，建立污染物暴露與健康效應(yīng)的劑量-效應(yīng)關(guān)系，降低風(fēng)險評估的不確定性，減少風(fēng)險管理的成本[1]。砷是國際癌癥研究機構(gòu)(IARC)最早確認(rèn)的一類致癌物質(zhì)[2]，同時可導(dǎo)致皮膚、心肌、呼吸、消化、神經(jīng)、生殖、造血以及免疫等系統(tǒng)不同程度的損傷，因此，環(huán)境砷暴露的健康風(fēng)險評估和風(fēng)險管理研究，一直受到國際組織和世界多個國家的重視，成為全球污染物健康風(fēng)險研究的典范[3]。由于全球近億人生活在飲水高砷環(huán)境中，因此，砷的飲食鏈暴露及其由此引起的地方性砷中毒的現(xiàn)場流行病資料，一直是砷健康風(fēng)險研究的基礎(chǔ)[4-5]。但是，砷存在于多種環(huán)境要素中，尤其是人類活動引起的砷污染往往是空氣、水和食物系統(tǒng)的多重污染，并通過飲食和呼吸等多種途徑進(jìn)入人體[6-7]。不同途徑的砷暴露，由于其含量、形態(tài)和體內(nèi)吸收轉(zhuǎn)化途徑的差異，產(chǎn)生的毒性和健康效應(yīng)也會有較大的差異。然而，目前為止，飲食鏈以外的其他砷暴露途徑，特別是空氣暴露途徑都缺乏足夠的砷暴露現(xiàn)場，關(guān)于其他途徑砷暴露的健康風(fēng)險研究，往往被忽略或者參照飲食鏈的暴露結(jié)果，極大地增加了砷污染風(fēng)險研究的不確定性[8-11]。我國除存在典型的飲水型地方性砷中毒外，還存在燃煤型地方性砷中毒，燃煤導(dǎo)致的環(huán)境高砷暴露是我國特有的一種砷暴露類型，主要由室內(nèi)燃煤高砷污染空氣和烘烤食物所致，為研究環(huán)境砷的飲食和呼吸鏈共同暴露提供了天然的現(xiàn)場。流行病調(diào)查也顯示，燃煤型砷污染區(qū)暴露人群具有與飲水型砷中毒區(qū)類似的健康后果[12-16]，但目前為止，兩種環(huán)境高砷的暴露及其健康效應(yīng)的研究均獨立開展，對燃煤型砷中毒在風(fēng)險評估研究中的作用重視不夠。因此，本文在回顧地方性砷中毒在環(huán)境砷的健康風(fēng)險研究中的作用和存在問題的基礎(chǔ)上，提出以我國存在的飲水型和燃煤型環(huán)境砷暴露為現(xiàn)場，系統(tǒng)開展兩種類型砷暴露途徑、暴露劑量、砷在環(huán)境與食物鏈中的遷移轉(zhuǎn)化和形態(tài)變化綜合研究，建立環(huán)境砷的綜合暴露與其健康效應(yīng)的劑量-效應(yīng)關(guān)系，以期為呼吸途徑的砷暴露和人體多途徑聯(lián)合砷暴露的綜合風(fēng)險研究提供依據(jù)。

1 地方性砷中毒概況

在印度、孟加拉、智利、阿根廷等20 余個國家都存在高砷地下水及砷中毒的報道，至少有1 億人正面臨癌癥和其他與砷相關(guān)疾病的威脅[17]。其中，臺灣地區(qū)的高砷地下水報道始于20 世紀(jì)60 年代，除了地砷病和烏腳病外，多種癌癥都呈高發(fā)趨勢，美國國家環(huán)境保護(hù)局(USEPA)和其他國家和地區(qū)關(guān)于砷的健康風(fēng)險評價的流行病數(shù)據(jù)大多數(shù)都取自這一區(qū)域[17]。恒河三角洲地區(qū)的孟加拉國及比鄰的印度西孟加拉邦是世界上面積最大、影響人口最多的病區(qū)，飲水砷含量在0.05 ～0.5 mg·L-1之間，最高可達(dá)3.0 mg·L-1[18]，是目前全球砷污染健康研究關(guān)注的核心區(qū)域。

我國大陸地區(qū)的原生高砷地下水集中分布在北方干旱—半干旱地區(qū)，自東向西分布在松嫩平原、大同盆地、河套平原、銀川平原、青海貴德盆地和新疆奎屯地區(qū)，總體上呈東西向條帶狀分布[19]，目前檢測到的水砷含量最大值高達(dá)1.86 mg·L-1，全國大約234.3 萬人受到高砷水影響，52.3 萬人口直接暴露于砷含量高于0.05 mg·L-1的高砷水，其中內(nèi)蒙古病區(qū)面積分布最廣，人口最多[20]。為了降低飲水砷的健康效應(yīng)，世界各國都趨于制定更加嚴(yán)格的飲水砷標(biāo)準(zhǔn)。世界衛(wèi)生組織(WHO)、美國、歐盟等將飲水砷濃度的推薦值由0.05 降至0.01 mg·L-1。我國也于2007 年7 月1 日實施了新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，城鎮(zhèn)生活飲用水中允許砷存在的上限也從0.05 調(diào)整為0.01 mg·L-1，但對農(nóng)村小型集中和分散式供水中砷的標(biāo)準(zhǔn)卻依然采用0.05 mg·L-1(GB5749－2006)[21]。

燃煤型地方性砷中毒是我國特有的由生活燃用高砷煤所致生物地球化學(xué)異常型地方病，主要發(fā)生在貴州西南部和陜西省南部地區(qū)。高砷煤暴露區(qū)居民長期使用無煙囪、無爐蓋的地爐做飯和取暖，導(dǎo)致室內(nèi)空氣砷含量增加從而污染空氣和室內(nèi)烘烤的食物。據(jù)統(tǒng)計，我國有33.4 萬人口受到高砷煤影響，直接暴露于100 mg·kg-1以上高砷煤的人口4.8萬[20]。如陜南病區(qū)，石煤砷含量均值高達(dá)141.5 mg·kg-1，是世界煤砷平均含量(5 mg·kg-1)的28 倍[22]，室內(nèi)空氣砷含量平均值和最高值分別達(dá)到4.67 和63.83 μg·m-3，是大氣砷正常含量的數(shù)倍和數(shù)十倍[23]。此外，砷病區(qū)氣候潮濕，食物需要室內(nèi)烘干，燃煤產(chǎn)生的空氣砷污染也對室內(nèi)烘烤的糧食(玉米)和蔬菜(辣椒)造成影響，如貴州高砷煤烘烤的玉米和辣椒的砷含量分別高達(dá)82.3 和512 mg·kg-1[24-25]，遠(yuǎn)超過國家糧食和蔬菜的無機砷限量標(biāo)準(zhǔn)(0.2 mg·kg-1和0.05 mg·kg-1)[26]，然而這些標(biāo)準(zhǔn)是否能有效保護(hù)長期或者終身暴露于該濃度砷的人體健康仍然需要大量的砷毒理學(xué)研究數(shù)據(jù)來證明。

2 地方性砷中毒在環(huán)境砷污染健康危害識別研究中的指示作用

人類長期暴露在高砷環(huán)境中會引起嚴(yán)重的健康危害，尤其是地方性慢性砷中毒引起了國際社會的廣泛關(guān)注[27-28]。砷被國際癌癥研究機構(gòu)(IARC)確認(rèn)為一類致癌物質(zhì)[2]，人體長期暴露于高砷環(huán)境會引發(fā)癌變。在印度、孟加拉國等國家以及臺灣、內(nèi)蒙古等地區(qū)的地方性砷中毒的流行病調(diào)查顯示，長期接觸砷與皮膚癌、肺癌的發(fā)生有明確的因果關(guān)系，而且與肝癌、膀胱癌和腎癌等多種內(nèi)臟癌的發(fā)生密切相關(guān)[18,29-31]。此外，砷是一種原漿毒素，對人體健康的危害是全身性的[32]，接觸過量的砷可導(dǎo)致皮膚、心肌、呼吸、消化、神經(jīng)、生殖、造血以及免疫等系統(tǒng)不同程度的損傷[33]。近來研究發(fā)現(xiàn)，砷對有機體的損害作用從胎兒時期就已經(jīng)開始，影響兒童的生長發(fā)育，成年后患砷相關(guān)疾病的風(fēng)險也會顯著提高[30]。砷化合物也是一類環(huán)境雌激素物質(zhì)，可影響內(nèi)分泌系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和生殖發(fā)育等并引發(fā)這些器官的腫瘤[34]。在環(huán)境高砷暴露區(qū)，當(dāng)切斷砷源多年以后，砷中毒患者中仍有癌癥發(fā)生，表明由砷引起的健康危害持續(xù)時間長，并具有長期潛伏性危害[35]。

慢性砷中毒與大多數(shù)致癌污染物健康效應(yīng)的顯著區(qū)別是其具有明確的臨床特征。流行病學(xué)調(diào)查顯示，慢性砷中毒臨床癥狀以著色、脫色和角化為特異特征的皮膚損傷，且這些皮膚損傷難以消失與痊愈，并與遠(yuǎn)期癌變有關(guān)[36]。目前砷導(dǎo)致皮膚損傷的機理尚不明確，有研究認(rèn)為與砷誘導(dǎo)氧化應(yīng)激有關(guān)[37]。皮膚損傷是慢性砷中毒最突出的臨床癥狀，其指示砷中毒已經(jīng)發(fā)生并有可能發(fā)展成皮膚癌[38]，因此皮膚損傷被作為我國地方性砷中毒的主要診斷標(biāo)準(zhǔn)(WS/T 211－2001)。大量的流行病調(diào)查和研究表明，無論飲水或煤煙污染區(qū)地方性砷中毒病人都具有以皮膚色素異常(脫失或著色)和手、腳掌過度角化為主要特點的皮膚病變，但兩者在皮膚不同病變的嚴(yán)重程度和病變的組合特征等方面，表現(xiàn)出較大的差異。內(nèi)蒙古飲水型砷病區(qū)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，砷中毒患者首先出現(xiàn)皮膚角化，然后才有皮膚脫色和著色[39];而陜南燃煤型砷病區(qū)的研究顯示，砷中毒患者只有皮膚脫色和著色的癥狀，較少出現(xiàn)皮膚角化現(xiàn)象[40]。王連方等在病情程度相似的飲水型和燃煤污染型砷中毒病區(qū)發(fā)現(xiàn)，燃煤型污染區(qū)居民攝入砷的量遠(yuǎn)高于飲水型病區(qū)，但在皮膚色素差異方面輕于飲水型病區(qū);飲水型病區(qū)常見的重度改變形成花斑狀皮膚，病區(qū)群眾稱為“花肚皮”，在燃煤污染型病區(qū)卻很罕見[41]。但目前為止，有關(guān)環(huán)境砷暴露與健康效應(yīng)的研究多集中在致癌和其他的健康影響，而對于具有特異性和指示性的臨床皮膚損傷與砷暴露的關(guān)系研究相對較少，特別是針對不同暴露途徑砷暴露導(dǎo)致的皮膚病變的差異研究十分缺乏。

3 地方性砷中毒病區(qū)環(huán)境砷暴露研究

水、空氣和食物都是環(huán)境砷進(jìn)入人體的主要傳輸介質(zhì)。飲水?dāng)z入即經(jīng)消化道進(jìn)入人體的砷是飲水型砷中毒的主要暴露途徑，該暴露途徑是由于高砷地下水地區(qū)的居民直接飲用未經(jīng)處理的高砷地下水引起的。已有的飲水型砷暴露研究對飲水砷的攝入總量、飲水中砷的形態(tài)等做了大量的工作，但對病區(qū)多種介質(zhì)中砷的共同暴露知之甚少[42]。實際上，在飲水型砷污染區(qū)，通過食物攝入砷是飲水之外人體對砷的最重要的暴露途徑。如孟加拉高砷水砷中毒地區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，高砷水灌溉和烹制大米，會引起米飯中砷含量增加，一個成年人每日平均食用1 500 g的米飯(鮮質(zhì)量)，等于間接飲用大約1 L 高砷水[43-44]。此外，人類攝入正常砷含量的食物所增加砷的攝入也不容忽視，Zavala 和Duxbury[45]研究表明，假設(shè)一個亞洲成年人平均每天食用200 g 大米，以世界谷物砷含量的平均值80 ～200 μg·kg-1且假定其中的無機砷占50%計算，通過大米的日砷攝入量達(dá)到8 ～20 μg，相當(dāng)于每天飲用2 L 含砷10 μg·L-1的水，而10 μg·L-1是目前WHO 推薦以及我國和很多發(fā)達(dá)國家現(xiàn)行的飲用水砷含量標(biāo)準(zhǔn)。大米是我國居民的主食，尤其南方地區(qū)成年人每天消費大米量達(dá)400 ～500 g，其日攝入砷量也超過20 μg[46]。另外，國內(nèi)外有關(guān)飲水型砷中毒病區(qū)砷的研究很少涉及空氣中的砷，目前飲水型砷中毒病區(qū)砷的呼吸暴露研究是一片空白。

空氣中的砷經(jīng)呼吸道進(jìn)入人體應(yīng)當(dāng)是燃煤型砷中毒的主要暴露途徑。但是，目前全球?qū)ξ胄陨楸┞堆芯枯^少。USEPA 呼吸砷暴露的致癌性風(fēng)險評價是以職業(yè)砷暴露的流行病數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。但職業(yè)砷暴露不同于一般人群的環(huán)境砷暴露。首先，職業(yè)暴露人群為成年人，性別單一，多為男性，身體的健康情況經(jīng)過挑選，而一般人群涵蓋各年齡和性別，身體健康狀況復(fù)雜;其次，職業(yè)暴露的暴露時間和環(huán)境砷濃度相對固定;而一般人群行為活動復(fù)雜，砷暴露更具隨機性。因此，職業(yè)暴露的數(shù)據(jù)應(yīng)用于一般人群可能給風(fēng)險評估帶來較大偏差。實際上，燃煤型砷中毒病區(qū)煤砷、空氣砷含量波動大，人的行為活動模式復(fù)雜，人在室內(nèi)、室外等不同環(huán)境的停留時間不確定，通過回憶提供信息等導(dǎo)致的誤差，會使空氣中砷的暴露的定量評估存在很大的不確定性。因此，空氣砷的有效性、空氣砷暴露及其與健康效應(yīng)的研究方面進(jìn)展不大，導(dǎo)致砷的呼吸暴露風(fēng)險評估很不完善，國內(nèi)外也缺乏統(tǒng)一的空氣砷含量的控制標(biāo)準(zhǔn)。因此，加強空氣砷暴露及其與人體健康關(guān)系的研究，對于降低砷的毒性危害和健康風(fēng)險評估的不確定性、制定空氣砷標(biāo)準(zhǔn)具有重要意義。

在以呼吸道為主要砷暴露途徑的燃煤型砷中毒病區(qū)，食物也是不容忽視的砷暴露源。貴州病區(qū)暴露人群的總砷攝入量的分析表明，室內(nèi)烘烤的玉米和辣椒的攝入砷量占總暴露量的28%和16%，是人體砷暴露的重要來源[47]。筆者對陜南砷病區(qū)的4個高砷煤暴露村的人群砷全暴露量的評估發(fā)現(xiàn)，冬季采暖期的日攝入砷量，呼吸途徑占15.9%～63.2%，食物途徑占34.1%～77.3%，其中2 個村子通過食物攝入的砷量超過了呼吸;非采暖季食物攝入砷量占總暴露量的比重更大，4 個村子都在87%以上[40]。除烘干的食物外，其他食物和飲水中砷，對總暴露也有不可忽視的貢獻(xiàn)，但目前相關(guān)研究極其罕見。

4 地方性砷中毒病區(qū)砷暴露與健康效應(yīng)的關(guān)系研究

砷進(jìn)入人體后并非完全被吸收，被人體吸收的那部分砷才對人體產(chǎn)生毒害作用，稱為有效暴露劑量。砷的有效暴露和毒性作用與其暴露途徑密切相關(guān)。飲水和燃煤砷污染地區(qū)處在完全不同的地理環(huán)境中，暴露途徑是兩者最顯著的差異。消化道和呼吸道對砷的吸收率可能差異很大。飲水型病區(qū)砷為溶解狀態(tài)，而燃煤污染的空氣砷則為固態(tài)微粒，不溶或難溶，不容易被呼吸道吸收，且較大的顆粒多在上呼吸道被阻留而難以到達(dá)肺泡，進(jìn)入肺泡的氣溶膠態(tài)砷也只能被部分吸收，其余隨呼吸運動變成廢氣排出。因此，砷在呼吸道的吸收可能不如消化道。有學(xué)者認(rèn)為，消化道吸收60%～90%的砷，而呼吸道只能吸收25%[48]。此外，經(jīng)消化道進(jìn)入人體的砷，一部分直接經(jīng)糞便排泄可能減少了砷的有效暴露。

不同暴露途徑下砷作用于人體的器官不同，砷的毒性也可能有所差異。USEPA 在對砷暴露進(jìn)行健康風(fēng)險評價時，對于無機砷的致癌風(fēng)險和非癌健康風(fēng)險，都將攝入和吸入2 種途徑的暴露風(fēng)險分開評價。2004 年，IARC 確認(rèn)無機砷是第1 種既可以通過消化道攝入也可以通過呼吸道吸入途徑引發(fā)人類肺癌的致癌物[49]。穿過消化系統(tǒng)粘膜和經(jīng)過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體是2 種截然不同的砷毒性作用途徑。然而，Smith 等[31]通過對美國塔科馬冶煉工人(呼吸途徑砷暴露)的群組的肺癌死亡率研究和智利飲水砷暴露人群肺癌的病例-對照的對比研究發(fā)現(xiàn)，2 種砷暴露途徑下，尿砷濃度和肺癌風(fēng)險之間的劑量-反應(yīng)關(guān)系和致癌斜率相似，提出砷致肺癌風(fēng)險可能只與人體接觸砷的劑量有關(guān)，而與無機砷進(jìn)入人體的途徑無關(guān)。因此，砷進(jìn)入人體的暴露途徑是否是砷毒性作用后果的決定因素尚無定論。目前砷暴露評價和風(fēng)險評價只針對一種途徑的砷暴露，很少有研究將2 種暴露途徑的砷中毒同時研究。

砷元素在生態(tài)環(huán)境中的毒性效應(yīng)不僅與砷的總量有關(guān)，還受其賦存的形態(tài)的影響[50-51]。自然界存在20 多種形態(tài)的砷化合物，其毒性具有顯著差異。一般認(rèn)為三價砷的毒性比五價砷強，無機砷的毒性比有機砷強。以砷化合物的半致死量LD50(mg·kg-1)計，其毒性由大到小依次為:As3+(亞砷酸，arsenite)(14) ＞As5+(砷酸，arsenate)(20) ＞ MMA5+(一甲基胂酸，monomethylarsonic acid)(200 ～1 800) ＞ DMA5+(二甲基胂酸，dimethylarsinic acid)(200 ～2 600) ＞AsC(砷膽堿，arsenocholine)(＞6 500) ＞AsB(砷甜菜堿，arsenobetaine)(＞10 000)。飲水型砷中毒病區(qū)，地下水中的砷形態(tài)通常以無機砷(As3+和As5+)為主，As3+是地下水中主要的水溶態(tài)砷。在密西根漢福德地區(qū)的14 個水井中有11 個As3+含量占總砷含量的比例達(dá)到(86±6)%[52]。在臺灣烏腳病區(qū)，As3+/As5+比值達(dá)到3.2[53]。飲水中砷的形態(tài)組成可能與砷中毒的流行和癌癥的高發(fā)有關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)蒙古砷病區(qū)飲水中As3+/As5+的比值和砷中毒呈顯著的劑量-反應(yīng)關(guān)系，輕、重和特重病村分別為0.11、0.55 和1.0，且特重病村癌癥高發(fā)[54]。

砷在煤中屬于揮發(fā)性較強的元素，無論是有機砷還是無機砷經(jīng)燃燒后幾乎都生成劇毒的三氧化二砷，并富集在細(xì)顆粒中。陜南燃煤型砷中毒病區(qū)室內(nèi)外空氣砷的分級分布研究發(fā)現(xiàn)，砷主要富集在粒徑小于2.1 μm 的顆粒物中，病區(qū)室外空氣中粒徑小于0.43 μm 的顆粒物砷含量是北京地區(qū)(大屯)的3 ～5 倍[55]。砷在不同粒徑顆粒物中的含量隨著粒徑的減小表現(xiàn)出上升趨勢[56-57]。粒徑小于2.5 μm的顆粒物可以直接進(jìn)入人體肺部并沉積，因此對人體健康的危害更顯著。除了顆粒物的粒徑，空氣中砷對人體的健康危害還可能跟砷的化學(xué)形態(tài)有關(guān)。由于分離和提取技術(shù)的限制，人們對空氣中的砷形態(tài)知之甚少[57]。研究發(fā)現(xiàn)，空氣中的砷以無機形態(tài)為主[58-60]，也有學(xué)者在大氣顆粒物中檢測到了少量有機砷MMA 和DMA[61]。

食物是環(huán)境砷進(jìn)入人體的重要途徑，引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[43,46,51,62]。海藻是目前砷含量最高的水產(chǎn)品之一，其砷主要以砷糖、AsB 和AsC 等形式存在，一般認(rèn)為是無毒的。相比蔬菜以及玉米等谷物，大米具有更強的富砷能力，含砷大米導(dǎo)致的健康風(fēng)險是近年來的研究熱點。特別是在亞洲地區(qū)，大米是居民的主食。Zhu 等[46]指出，大米中的無機砷占總砷的比例波動較大(10%～90%)，平均50%。盡管X射線吸收光譜已經(jīng)證實了無機As3+(iAs3+)是大米中砷的主要形態(tài)[63]，但目前關(guān)于大米形態(tài)砷的報道依然較少，主要是因為缺少可靠的形態(tài)砷提取方法。Huang 等[64]分析了來自中歐和東亞地區(qū)的121 個市售大米的形態(tài)砷，發(fā)現(xiàn)平均90%的無機砷是As3+。因此，對于砷的健康風(fēng)險來講大米等食物途徑攝入的砷量不容忽視。但無論飲水還是燃煤型砷中毒病區(qū)，關(guān)于食物中砷的形態(tài)研究都非常有限。此外，目前有的砷暴露量評估一直基于食物原材料中的砷濃度，但是原材料在儲存、清洗、去皮、烹飪過程都可能引發(fā)總砷濃度以及砷的形態(tài)改變，影響砷暴露的健康風(fēng)險。研究表明，用未受污染的水煮蔬菜，可以降低蔬菜中60%左右的砷[65]。另一項來自智利的研究表明，用高砷水烹飪蔬菜(特別是大蒜和玉米)，導(dǎo)致總砷濃度顯著增加[43，61，66]，這可能是大米螯合了水中的砷。食物烹飪過程溫度升高，也可能導(dǎo)致砷的形態(tài)發(fā)生改變。Van Elteren 等[67]研究發(fā)現(xiàn)160℃加熱24 h 以后，水溶液中的砷甜菜堿(AsB)轉(zhuǎn)化為三甲基砷氧化物(trimethylarsineoxide,TMAO)(占總AsB 的11%)和四甲基砷(tetramethylarsonium ion,TETRA)(占總AsB 的68%)，DMA5+轉(zhuǎn)化為MMA5+(占總DMA5+的5%)、As3+(占總DMA5+的3%)和揮發(fā)性物質(zhì)，MMA5+轉(zhuǎn)化成As5+(占總MMA5+的9%)和As3+(占總MMA5+的39%)。

由此可見，盡管國內(nèi)外學(xué)者對環(huán)境介質(zhì)中不同形態(tài)砷的分布和遷移轉(zhuǎn)化做了大量研究，但在進(jìn)行暴露評估和健康風(fēng)險評價時，很少考慮到暴露途徑和砷的形態(tài)對評價砷的生物有效性和毒性的差異。分析所有暴露傳輸介質(zhì)中砷的含量和形態(tài)，可以加深人們對砷的毒性、生物有效性的理解，對于研究砷從環(huán)境到人體中的轉(zhuǎn)化和對人類健康的影響有重要意義。

5 地方性砷中毒病區(qū)人體中砷的負(fù)荷量及其與環(huán)境砷暴露的關(guān)系研究

砷進(jìn)入人體后，通過血液循環(huán)擴散到全身各器官。人體內(nèi)砷的負(fù)荷是指砷暴露后人體各種組織、體液或排泄物中存在的砷，包括血液、尿、頭發(fā)、指甲及唾液等。人體內(nèi)的砷負(fù)荷直接反映人體實際的砷暴露劑量，不需考慮環(huán)境砷的可利用性和人體對砷的吸收能力。人體砷負(fù)荷研究有助于解釋砷在人體內(nèi)的代謝、轉(zhuǎn)化機制;靈敏地指示砷暴露或者砷中毒的發(fā)生，為評價砷暴露的劑量-反應(yīng)關(guān)系提供可檢測的指標(biāo)。

砷在血液中的半衰期非常短，大部分砷在數(shù)小時內(nèi)可從血液中消除[68]，因此血砷反映的是近期的而非長期的砷暴露。但是血液的基質(zhì)復(fù)雜，含有大量生物細(xì)胞和蛋白，增加了血液中的砷尤其是砷形態(tài)的分析難度。頭發(fā)和指甲含有大量角質(zhì)蛋白，其中的巰基(-SH)容易與砷結(jié)合，因此是最常用的人體砷負(fù)荷指標(biāo)。實驗表明，砷膽堿不會在頭發(fā)中累積，因此發(fā)砷不受海鮮等食品中有機砷的干擾[68]。砷從血液中進(jìn)入頭發(fā)和指甲，達(dá)到平衡后其砷含量不再受血砷濃度的影響，因此，發(fā)砷和指甲砷能夠穩(wěn)定地指示過去的砷暴露程度。但是，人體出現(xiàn)砷中毒的發(fā)砷含量閾值一直不明確。孟加拉國、尼泊爾以發(fā)砷1.0 mg·kg-1作為砷中毒危險水平[69]。內(nèi)蒙古八音毛道農(nóng)場的研究表明，在不同劑量、攝入砷總量和暴露時間下，發(fā)砷蓄積達(dá)到約2.0 mg·kg-1時出現(xiàn)臨床皮膚改變[39]，而陜南燃煤砷污染區(qū)無臨床癥狀的砷暴露人群發(fā)砷含量均值卻高達(dá)7.83 mg·kg-1[40]。對比內(nèi)蒙古巴音毛道農(nóng)場和陜南病區(qū)的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)陜南病情輕于內(nèi)蒙古，但發(fā)砷含量顯著高于內(nèi)蒙古，高體內(nèi)砷負(fù)荷與低砷中毒相矛盾[40]。燃煤型病區(qū)人群在空氣砷暴露過程中，砷可能滲透進(jìn)入頭發(fā)導(dǎo)致高發(fā)砷含量，因此，燃煤區(qū)發(fā)砷是否真實反映人體的有效砷暴露以及內(nèi)外源砷的比例有待進(jìn)一步研究。

進(jìn)入人體的砷，少部分蓄積在毛發(fā)、指甲以及內(nèi)臟器官中，大部分的砷以代謝產(chǎn)物的方式迅速隨尿排出體外[70]。每天連續(xù)攝入等劑量的砷(0.125 ～1.00 mg)，5 d 內(nèi)尿液中砷的濃度將達(dá)到平衡，每天砷通過尿液的排出量約占攝入劑量的60%[71]。當(dāng)人體暴露于高砷環(huán)境，尿中的總砷濃度會顯著提高，并與環(huán)境的砷污染程度相關(guān)。研究顯示，尿總砷與飲水砷濃度呈顯著正相關(guān)[72-73]，室內(nèi)燃煤同樣導(dǎo)致尿總砷顯著提高[74-75]。

無機砷進(jìn)入人體主要在肝臟內(nèi)發(fā)生甲基化代謝反應(yīng)，在氧化還原酶和甲基化轉(zhuǎn)移酶的參與下，砷在人體內(nèi)產(chǎn)生一系列代謝產(chǎn)物和中間產(chǎn)物，其生物轉(zhuǎn)化過程大體為:iAs5+→iAs3+→MMA5+→MMA3+(一 甲 基 亞 胂 酸，monomethylarsonous acid)→DMA5+→DMA3+(二甲基亞胂酸，dimethylarsonous acid)。砷的甲基化過程，是人體的解毒過程，但在砷暴露人群的尿中檢測到了三價的甲基化砷(MMA3+和DMA3+)[76-77]，其毒性比無機砷更強[78-79]。有研究報道MMA3+很可能是無機砷在體內(nèi)代謝的產(chǎn)物中能夠引發(fā)基因改變的砷化合物[80]。各種砷形態(tài)占總砷的比例以及一甲基化率(PMI= MMA/(iAs3++iAs5+))、二甲基化率(SMI=DMA/MMA)，是人體中各種甲基化酶活性的指標(biāo)[81]，也是常用的砷甲基化代謝能力的指標(biāo)。飲水和燃煤砷污染區(qū)砷暴露人群的甲基化代謝研究都發(fā)現(xiàn)，砷的甲基化代謝能力與性別、年齡有關(guān)，甲基化的砷代謝能力增強能夠降低個體患皮膚損傷的風(fēng)險[82]。

砷在人體內(nèi)的代謝過程及其毒性作用，還與人體接觸砷的持續(xù)時間和強度有關(guān)。飲水型病區(qū)，屬持續(xù)暴露，砷暴露的強度也相對穩(wěn)定;而燃煤型病區(qū)，烤火期時長為3 ～4 個月，與非烤火期的砷暴露量顯著差異，屬間斷性暴露，暴露強度與燃煤類型、燃燒方式和人的活動等密切相關(guān)。人群持續(xù)砷暴露與暴露3 個月后有9 個月時間去代謝，兩者所產(chǎn)生的健康后果應(yīng)該差異顯著。但是，目前針對砷暴露人群的研究多為橫斷面調(diào)查，難以反映出人體砷暴露、代謝以及疾病演變的過程。因此，迫切需要對人體內(nèi)砷的代謝過程進(jìn)行長期跟蹤研究。

6 結(jié)論和展望

由以上的分析可以看出，全球大面積存在地下水砷含量異常導(dǎo)致的地方性砷中毒，可以為開展環(huán)境砷暴露的健康風(fēng)險研究提供大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但由于引起地方性砷中毒的環(huán)境因素單一，由此開展的環(huán)境砷暴露與健康效應(yīng)關(guān)系的研究也多集中基于單一飲水砷暴露與健康的關(guān)系。而實際上，人體砷暴露往往是多途徑的累積暴露，尤其是由人類活動(礦業(yè)開采和冶煉、工業(yè)活動等)導(dǎo)致的砷污染通常都是多要素的，因此，基于單一暴露途徑的地方性砷中毒的數(shù)據(jù)開展人體多途徑聯(lián)合砷暴露的健康風(fēng)險研究時，其結(jié)果必然存在較大的不確定性。

我國特有的燃煤型地方性砷中毒為開展環(huán)境砷暴露另一主要途徑——呼吸暴露的健康風(fēng)險提供了現(xiàn)場。目前為止，盡管有關(guān)燃煤型地方性砷中毒的流行規(guī)律、煤中砷的含量和形態(tài)、煤燃燒過程中砷的釋放和燃煤型砷中毒的控制方面都取得一定的成績，但與飲水型砷中毒相比，對燃煤型砷中毒，尤其是對燃煤型砷中毒在呼吸鏈砷暴露健康風(fēng)險研究的基礎(chǔ)作用，重視不夠。主要表現(xiàn)在:(1)有關(guān)燃煤型砷中毒的砷污染與健康效應(yīng)研究自成體系，未與飲水型砷中毒的水砷暴露的健康效應(yīng)進(jìn)行對比;(2)關(guān)于燃煤型砷中毒地區(qū)砷的暴露估算十分困難，一方面，影響呼吸暴露的因素更加復(fù)雜，除受煤砷的含量、形態(tài)因素影響外，更與暴露人群的居住條件、個人生活行為方式等因素有關(guān);另一方面，燃煤型砷中毒地區(qū)砷的暴露途徑更加多樣化，除呼吸暴露外，室內(nèi)烘烤污染食物、燃燒后的煤渣中砷通過淋溶作用污染的土壤及水體，都可通過糧食、蔬菜或飲用水進(jìn)入人體;(3)目前關(guān)于砷暴露與地方性砷中毒關(guān)系的研究往往基于一次或多次橫斷面的調(diào)查，對于飲水型砷中毒來說，由于水砷含量、形態(tài)和暴露途徑等相對穩(wěn)定，具有較好的代表性，但對于燃煤型砷中毒來說，砷暴露受煤源、使用強度、居住條件、季節(jié)、甚至天氣狀況的影響。因此，未來的研究重點，應(yīng)當(dāng)從區(qū)域著手，以典型飲水型砷中毒和燃煤型砷中毒病區(qū)為對象，以病區(qū)病人的臨床皮膚病變和人體砷負(fù)荷為健康效應(yīng)終端，對比研究燃煤型和飲水型砷中毒區(qū)地理生態(tài)系統(tǒng)中各要素中砷的來源、砷在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化和含量、形態(tài)變化與健康效應(yīng)的關(guān)系，推算呼吸鏈砷暴露的評估，建立各要素砷聯(lián)合暴露的累積暴露評估方法，為進(jìn)一步開展人體多途徑聯(lián)合砷暴露的健康風(fēng)險研究提供基礎(chǔ)。

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