砷在自然界的分布範圍很廣泛。4000年前,我國人民就用砷來殺蟲滅鼠,現今砷及其化合物主要用於工農業生產,如砷礦的開采與冶煉;毛皮生產做脫毛劑;生產顏料中使用(如雄黃、雌黃、巴黎綠),在製造地毯、彩色紙、瓷釉、電鍍、熔銅、熔鋅等工業均使用砷鹽。農業上使用含砷的農藥。但是,生產應用中排出大量的砷會汙染周圍的環境,人體長期吸入會導致各種疾病的發生,有損身體健康。
1.砷元素的基本信息
砷元素符號為As。原子序數是33,位於元素周期表中第四周期,第ⅤA族。相對原子質量為74.92,密度為5.727,熔點為817℃(28大氣壓),加熱到613℃,便可不經液態而直接升華,成為蒸氣,砷蒸氣具有一股難聞的大蒜臭味。有黃、灰、黑褐3種同素異形體,其中灰色晶狀體具有金屬性,脆而硬,具有金屬般的光澤,並能傳熱導電,易被搗成粉末。遊離元素易與氟和氮化合,在加熱情況下易與大多數金屬和非金屬發生反應。砷不溶於水,溶於硝酸和王水,也能溶解於強堿,生成砷酸鹽。砷在地殼中含量並不大,但是它在自然界中到處都有。砷的硫化物自古以來被用作顏料和殺蟲劑、滅鼠藥。硫化合物具有強烈毒性,砷的拉丁名稱為arsenium,元素符號As就是由這一詞演變而來。關於砷的發現西方化學史學家都認為是1250年,德國的馬格耐斯(Magnus)在由雄黃與肥皂共熱時得到砷。近年來,我國學者通過研究發現,實際上我國古代煉丹家才是砷的最早發現者。據史書記載,約在317年,我國的煉丹家葛洪用雄黃、鬆脂、硝石3種物質煉製得到砷。
2.砷元素對人體健康的危害
砷吸收後進入血液,95%~99%在紅細胞內與血紅蛋白結合,隨血液分布到全身組織和器官。主要分布在肝髒、腎髒、脾髒、胃腸壁、肌肉等處。由於砷與角質蛋白有親和力,貯存在皮膚、毛發、指甲和骨骼中,因此毛發和指甲含砷較高。砷主要從尿和糞便中排出,從皮膚、肝腺、唾液、乳腺和肺也可排出微量。砷與砷的化合物都有毒,毒性最大的是三價砷(如砒霜),五價砷毒性雖小,但是在人體內仍然能轉化為三價砷。
(1)皮膚:砷對皮膚的損害主要是慢性砷暴露所致,是發現最早、研究較多的危害之一,主要包括色素沉著或脫失、角化過度和細胞癌變。
(2)癌症:由飲水攝入無機砷能引發人體多部位癌症。增加皮膚、膀胱和肺癌的風險。增加肝髒和腎髒癌症的風險。
(3)循環係統:砷吸收後通過循環係統分布到全身各組織、器官,對循環係統的危害首當其衝。臨床上主要表現為與心肌損害有關的心電圖異常,和局部微循環障礙導致的雷諾綜合征、球結膜循環異常、心腦血管疾病等。慢性砷中毒患者常伴有血管損害,其中尤以動脈血管損害為突出,可導致局部循環障礙。砷對血管損害的機製十分複雜,動脈粥樣硬化可能是其中最重要的機製之一。
(4)呼吸係統:肺髒是砷致癌的靶器官之一,長期砷暴露可導致肺癌發病率升高。然而,砷對呼吸係統的影響並非局限於致癌作用。無論是燃煤型砷中毒還是長期飲水型砷暴露,都可出現肺功能受損的臨床表現。
(5)神經係統:砷具有神經毒性,長期砷暴露可觀察到中樞神經係統抑製症狀,包括頭痛、嗜睡、煩躁、記憶力下降、驚厥,甚至昏迷和外周神經炎伴隨的肌無力、疼痛等。腦中化學物質的穩定性影響著人的思維、學習和行為變化,砷對腦組織的損傷不容忽視。另外,砷對周圍神經損害涉及麵廣泛,運動神經、感覺神經都可受到不同程度影響。
(6)免疫係統:流行病學和實驗研究表明,砷的攝入會對機體免疫功能產生抑製作用。急性砷中毒患者,機體細胞和體液免疫功能同時受到損害,原因可能與砷抑製淋巴細胞增殖,誘導淋巴細胞凋亡有關。
(7)泌尿係統:進入人體的砷主要經尿液排出,因此不可避免地對腎髒產生一定的影響。研究表明,急性砷中毒患者可出現溶血,紅細胞碎片堵塞腎小管,導致急性腎衰竭,腎間質和腎小管充血、水腫。