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第39章 污染水体的毒物——砷

砷在自然界的分布范围很广泛。4000年前,我国人民就用砷来杀虫灭鼠,现今砷及其化合物主要用于工农业生产,如砷矿的开采与冶炼;毛皮生产做脱毛剂;生产颜料中使用(如雄黄、雌黄、巴黎绿),在制造地毯、彩色纸、瓷釉、电镀、熔铜、熔锌等工业均使用砷盐。农业上使用含砷的农药。但是,生产应用中排出大量的砷会污染周围的环境,人体长期吸入会导致各种疾病的发生,有损身体健康。

1.砷元素的基本信息

砷元素符号为As。原子序数是33,位于元素周期表中第四周期,第ⅤA族。相对原子质量为74.92,密度为5.727,熔点为817℃(28大气压),加热到613℃,便可不经液态而直接升华,成为蒸气,砷蒸气具有一股难闻的大蒜臭味。有黄、灰、黑褐3种同素异形体,其中灰色晶状体具有金属性,脆而硬,具有金属般的光泽,并能传热导电,易被捣成粉末。游离元素易与氟和氮化合,在加热情况下易与大多数金属和非金属发生反应。砷不溶于水,溶于硝酸和王水,也能溶解于强碱,生成砷酸盐。砷在地壳中含量并不大,但是它在自然界中到处都有。砷的硫化物自古以来被用作颜料和杀虫剂、灭鼠药。硫化合物具有强烈毒性,砷的拉丁名称为arsenium,元素符号As就是由这一词演变而来。关于砷的发现西方化学史学家都认为是1250年,德国的马格耐斯(Magnus)在由雄黄与肥皂共热时得到砷。近年来,我国学者通过研究发现,实际上我国古代炼丹家才是砷的最早发现者。据史书记载,约在317年,我国的炼丹家葛洪用雄黄、松脂、硝石3种物质炼制得到砷。

2.砷元素对人体健康的危害

砷吸收后进入血液,95%~99%在红细胞内与血红蛋白结合,随血液分布到全身组织和器官。主要分布在肝脏、肾脏、脾脏、胃肠壁、肌肉等处。由于砷与角质蛋白有亲和力,贮存在皮肤、毛发、指甲和骨骼中,因此毛发和指甲含砷较高。砷主要从尿和粪便中排出,从皮肤、肝腺、唾液、乳腺和肺也可排出微量。砷与砷的化合物都有毒,毒性最大的是三价砷(如砒霜),五价砷毒性虽小,但是在人体内仍然能转化为三价砷。

(1)皮肤:砷对皮肤的损害主要是慢性砷暴露所致,是发现最早、研究较多的危害之一,主要包括色素沉着或脱失、角化过度和细胞癌变。

(2)癌症:由饮水摄入无机砷能引发人体多部位癌症。增加皮肤、膀胱和肺癌的风险。增加肝脏和肾脏癌症的风险。

(3)循环系统:砷吸收后通过循环系统分布到全身各组织、器官,对循环系统的危害首当其冲。临床上主要表现为与心肌损害有关的心电图异常,和局部微循环障碍导致的雷诺综合征、球结膜循环异常、心脑血管疾病等。慢性砷中毒患者常伴有血管损害,其中尤以动脉血管损害为突出,可导致局部循环障碍。砷对血管损害的机制十分复杂,动脉粥样硬化可能是其中最重要的机制之一。

(4)呼吸系统:肺脏是砷致癌的靶器官之一,长期砷暴露可导致肺癌发病率升高。然而,砷对呼吸系统的影响并非局限于致癌作用。无论是燃煤型砷中毒还是长期饮水型砷暴露,都可出现肺功能受损的临床表现。

(5)神经系统:砷具有神经毒性,长期砷暴露可观察到中枢神经系统抑制症状,包括头痛、嗜睡、烦躁、记忆力下降、惊厥,甚至昏迷和外周神经炎伴随的肌无力、疼痛等。脑中化学物质的稳定性影响着人的思维、学习和行为变化,砷对脑组织的损伤不容忽视。另外,砷对周围神经损害涉及面广泛,运动神经、感觉神经都可受到不同程度影响。

(6)免疫系统:流行病学和实验研究表明,砷的摄入会对机体免疫功能产生抑制作用。急性砷中毒患者,机体细胞和体液免疫功能同时受到损害,原因可能与砷抑制淋巴细胞增殖,诱导淋巴细胞凋亡有关。

(7)泌尿系统:进入人体的砷主要经尿液排出,因此不可避免地对肾脏产生一定的影响。研究表明,急性砷中毒患者可出现溶血,红细胞碎片堵塞肾小管,导致急性肾衰竭,肾间质和肾小管充血、水肿。

(8)生殖、发育毒性:由于男女在砷的生物代谢(甲基化)方面存在差异,导致妇女更容易受到砷的危害,尤其是砷对母体及其胚胎产生双重毒害将影响子代的健康。砷可通过母体胎儿屏障进入胚胎而产生胚胎毒性。砷可导致新生儿体重减轻,甚至畸形和死亡,具有潜在的发育毒性。

3.砷元素的中毒表现

(1)急性中毒:急性砷中毒多是因误食砷的化合物,如三氧化二砷。通常食用半小时后就会感到口干舌燥、灼热、疼痛,呼吸时带有金属味,并且导致内脏毛细血管麻痹及渗透性增强,出现腹痛、恶心、呕吐、腹泻等现象,严重者会发生脱水、尿血,甚至休克。如不及时治疗,24小时内可导致死亡,即使抢救及时,中毒者也有可能患有脑炎、皮炎或者骨髓炎。这种情况易发生在工业生产中吸入含砷的气体和粉尘,或者是水体被污染,饮水中砷含量过高。

(2)慢性中毒:慢性砷中毒多是因长期接触受砷环境污染的空气、食物及饮用水,虽然接触量较少,但也会影响人体的心血管系统、神经系统和皮肤的健康。慢性砷中毒对心血管系统的影响主要表现为心律失常、心肌受损导致的心电图检查异常,以及末梢血管发生病变。对神经系统的影响主要是患有多发性周围神经病,患者身体痛痒难忍、四肢不协调等。对皮肤的影响主要表现为色素沉着、肤色黯淡并出现棕褐色斑点,或者是色素脱色,出现微白色脱色斑,手足部位易发生角化。随着中毒的深入,色素沉着和脱色越来越严重,斑点变大、颜色加深,四肢和身躯都会出现角化现象。慢性中毒患者还有可能出现呼吸困难、嗅觉灵敏度下降、听力和视力异常等现象,并且他们的尿液、指甲和头发中的砷含量也会增加。因此,发生这些情况的人要及时就医,以免病情严重,不可挽回。

“专家健康提醒”

(1)砷元素的摄入:实验室检查,正常人24小时尿砷为0~0.126毫克/升,如果尿砷超过0.2毫克/升,视为异常;人的正常头发中砷含量为0.25~1.0微克/克,如果高于1.0微克/克,则视为异常;指甲含砷如果大于1.0微克/克,可能为砷中毒。鱼、海产品、谷类、酒和粮谷制品是砷的主要膳食来源。

如果是口服急性砷中毒,应尽快催吐,使用温水、生理盐水或10%碳酸氢钠溶液;口服牛乳和蛋清保护胃黏膜,给硫酸钠导泻;立即就医。如果是慢性中毒,应及早就医,以免拖延使病情加重。

(2)饮食建议:由于海水的污染,海产品中含砷量相对较高,如海带中含砷量高达35~50毫克/千克,世界卫生组织规定人体每日容许摄入的砷量为0.05毫克/千克。而干海带的含砷量已经大大超过了上述标准。为了保证食用海带的安全,可根据砷能够溶于水的特性,将食用的海带用足够的水浸泡24小时,浸泡过程中换水要勤,24小时后出水晒干贮存备用,以防止砷中毒。另外,虾类忌与维生素C同食。食用虾类等水生甲壳类动物含砷量也比较高,如果同时服用大量的维生素C能够致人死亡,因为通常被认为对人体无害的砷类在维生素C的作用下能够转化为有毒的砷的化合物。

扩展阅读资料

1.彭欣,陈国树,“食物中微量元素砷的分布规律与人体健康关系”,《南昌大学学报》(理科版),2003年第1期

2.唐志华,“微量元素砷与人体健康”,《广东微量元素科学》,2003年第3期

3.王秀红,边建朝,“微量元素砷与人体健康”,《国外医学医学地理分册》,2005年第3期

4.郑华,“砷及其化合物与人体健康”,《漯河职业技术学院学报》,2007年第2期

5.刘秉志,郑晓玉,“砷与人体健康”,《内蒙古民族大学学报》(自然科学版),2007年第4期

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