飲水砷暴露大鼠血砷、尿砷和組織砷含量測定分析

高 怡， 仇玉蘭， 田鳳潔， 卿 艷， 周楠楠， 張世鑫， 裴秋玲 (山西醫科大學衛生毒理學教研室，太原 030001;通訊作者，Tel:0351－4135173，E-mail:pqlpei@x263.net)

飲水砷暴露大鼠血砷、尿砷和組織砷含量測定分析

高 怡， 仇玉蘭， 田鳳潔， 卿 艷， 周楠楠， 張世鑫， 裴秋玲*(山西醫科大學衛生毒理學教研室，太原 030001;*通訊作者，Tel:0351－4135173，E-mail:pqlpei@x263.net)

目的 探討飲水砷暴露大鼠血砷、尿砷和各臟器組織中砷含量的分布。 方法 將32只健康Wistar大鼠隨機分為4組，分別為對照(自來水)組和低(50 μg/L)、中(150 μg/L)、高(450 μg/L)濃度亞砷酸鈉染毒組，每組8只，雌雄各半。采用自由飲水方式進行染毒，每只大鼠每日飲水消耗量約37 ml，連續染毒4周后，取尿樣測定尿砷;并處死大鼠測定血砷及肝、腎、肺、心、脾、腦組織重量、臟器系數及砷含量。 結果 與對照組比較，第2周時低濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠體重較高，第4周時中、高濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠體重較低，差異均有統計學意義(P＜0.05)。低、中濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠肝臟臟器系數高于對照組，差異均有統計學意義(P＜0.05)。各組大鼠腎、肺、心、脾、腦的臟器系數間比較，差異均無統計學意義。與對照組比較，高、中、低濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠血、尿、脾、腎組織和高、中濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠心、肝、肺、腦組織砷含量較高，差異均有統計學意義(P＜0.05)。且隨著染砷濃度的增加，血砷、尿砷和各臟器組織中的砷含量均呈上升趨勢。相同濃度亞砷酸鈉染毒組不同臟器中的砷含量不同，脾組織中砷含量最高，腦組織中最低，差異有統計學意義(P＜0.05)。血砷，尿砷與各臟器組織中砷含量均顯著相關(P＜0.05)。 結論 飲水砷暴露大鼠體內各臟器組織中均有砷蓄積，但分布并不均勻;血砷和尿砷含量均可一定程度反映砷在體內的負荷情況。

血砷; 尿砷; 臟器; 環境毒理學

由砷污染地下水源而引發的慢性砷中毒在許多國家和地區都有報道，其中以東南亞地區的孟加拉國、印度以及我國病情最重［1］，慢性砷中毒已成為當今一個世界關注的環境問題。大量研究已經證實，飲水型高砷暴露與心血管系統、神經系統疾病、糖尿病以及多組織器官惡性腫瘤的發生密切相關［2，3］，而低水平砷(＜200 μg/L)暴露對機體損傷效應如何，目前仍有待闡明。本試驗通過觀察飲水砷暴露大鼠體內各臟器組織中砷的分布特征以及其與血砷和尿砷的相關性，旨在為進一步探討低砷暴露對機體的損傷效應及其損傷機制研究提供依據。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑 AF-610A型原子熒光光譜儀(北京瑞利分析儀器公司)，DB型不銹鋼電熱板(常州市國立實驗設備研究所)。實驗過程中所用全部玻璃器皿在使用前均以10%硝酸浸泡24 h，再用去離子水洗凈、烘干，備用。亞砷酸鈉、硫脲、硼氫化鉀、硝酸、高氯酸(均為分析純，天津化學試劑三廠)，鹽酸(優級純，北京北化精細化學品有限責任公司)。

1.2 實驗動物 選擇健康成年Wistar大鼠32只，體重180－220 g，雌雄各半，由山西醫科大學實驗動物中心提供。依據預實驗結果和相關文獻［4］，將實驗動物隨機分為4組，分別為對照(自來水)組和低(50 μg/L)、中(150 μg/L)、高(450 μg/L)濃度亞砷酸鈉染毒組，每組8只，雌雄各半。采用自由飲水方式進行染毒，每日飲水量約190 ml/kg，連續染毒4周。

1.3 臟器系數的計算 每周對動物稱重1次。染毒結束后，處死大鼠，取出肝、腎、肺、心、脾及腦組織，稱重，并計算臟器系數(臟器系數=臟器重量/體重×100%)。

1.4 砷含量的測定 稱取肝、腎、肺、心、脾、腦各0.1 g，加入1 ml生理鹽水制成勻漿。每種臟器各取0.2 ml勻漿，加入硝酸∶高氯酸(體積比為3∶1)混合酸1 ml;取肝素抗凝全血0.5 ml，混合酸1 ml;取尿樣約 1 ml，加入硝酸 0.25 ml、過氧化氫溶液0.5 ml，在電熱板上加熱消化至無色結晶。用去離子水溶解后轉移入比色管中，利用氫化物發生－原子熒光光譜法測定各臟器組織中的砷含量。

1.5 統計學分析 應用SPSS11.0統計分析軟件對數據進行分析。多組間比較采用方差齊性檢驗和單因素方差分析(one way ANOVA)。進一步進行組間兩兩比較，若方差齊時，采用SNK檢驗(Student-Newman-Keuls法);若方差不齊時，采用 Games-Howell檢驗，并進行相關分析。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 體重的變化 與對照組比較，第2周時低濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠體重較高，第4周時中、高濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠體重較低，差異均有統計學意義(P＜0.05，見表1)。

表1亞砷酸鈉染毒對大鼠體重的影響(n=8，±s，g)Tab 1Effect of arsenic on body weight of rats(n=8，±s，g)

表1亞砷酸鈉染毒對大鼠體重的影響(n=8，±s，g)Tab 1Effect of arsenic on body weight of rats(n=8，±s，g)

與0 μg/L(對照)組比較，*P ＜0.05

濃度 第0周 第2周 第4周0 μg/L 198.63 ±9.87 251.25 ±7.42 293.13 ±9.93 50 μg/L 198.88 ±9.31 268.00 ±12.93* 293.88 ±11.28 150 μg/L 198.00 ±8.11 257.50 ±11.53 281.63 ±6.07*450 μg/L 198.00 ±7.93 255.63 ±6.16 278.38 ±10.46*

2.2 臟器系數的變化 低、中濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠肝臟臟器系數高于對照組，差異均有統計學意義(P＜0.05，見表2)。各組大鼠腎、肺、心、脾、腦的臟器系數間比較，差異均無統計學意義。

表2亞砷酸鈉染毒對大鼠肝、腎、肺、心、脾、腦臟器系數的影響(n=8，±s)Tab 2Effect of arsenic on organ coefficients of rats(n=8，±s)

表2亞砷酸鈉染毒對大鼠肝、腎、肺、心、脾、腦臟器系數的影響(n=8，±s)Tab 2Effect of arsenic on organ coefficients of rats(n=8，±s)

與0 μg/L(對照)組比較，*P ＜0.05

濃度 0 μg/L 50 μg/L 150 μg/L 450 μg/L心 質量/g 0.95 ±0.06 0.98 ±0.12 0.87 ±0.11 0.89 ±0.07臟器系數/% 0.33 ±0.02 0.34 ±0.04 0.31 ±0.04 0.32 ±0.03肝 質量/g 9.84 ±0.53 10.85 ±0.38* 10.67 ±0.27* 9.04 ±0.46*臟器系數/% 3.35 ±0.12 3.70 ±0.11* 3.79 ±0.08* 3.25 ±0.17脾 質量/g 0.67 ±0.04 0.69 ±0.15 0.74 ±0.57 0.75 ±0.17臟器系數/% 0.23 ±0.02 0.24 ±0.05 0.27 ±0.06 0.25 ±0.04肺 質量/g 1.69 ±0.19 1.64 ±0.09 1.73 ±0.26 1.56 ±0.12臟器系數/% 0.58 ±0.05 0.56 ±0.03 0.62 ±0.08 0.56 ±0.04腎 質量/g 2.13 ±0.19 2.21 ±0.12 2.15 ±0.11 2.05 ±0.13臟器系數/% 0.73 ±0.04 0.75 ±0.04 0.76 ±0.02 0.74 ±0.03腦 質量/g 2.05 ±0.19 1.85 ±0.07 1.95 ±0.28 1.86 ±0.58臟器系數/% 0.70 ±0.06 0.63 ±0.04 0.69 ±0.10 0.67 ±0.21

2.3 血砷、尿砷以及各臟器組織中砷含量的變化

與對照組比較，高、中、低濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠血、尿、脾、腎組織和高、中濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠心、肝、肺、腦組織砷含量較高，差異均有統計學意義(P＜0.05，見表3)。且隨著染砷濃度的增加，血砷、尿砷和各臟器組織中的砷含量均呈上升趨勢。相同濃度亞砷酸鈉染毒組不同臟器中的砷含量不同，脾組織中砷含量最高，腦組織中砷含量最低，差異均有統計學意義(P＜0.05)。

表3亞砷酸鈉染毒對大鼠血、尿、肝、腎、肺、心、脾、腦組織中砷含量的影響(n=8，±s)Tab 3Effect of arsenic on arsenic contents in blood，urine and organs of rats(n=8，±s)

表3亞砷酸鈉染毒對大鼠血、尿、肝、腎、肺、心、脾、腦組織中砷含量的影響(n=8，±s)Tab 3Effect of arsenic on arsenic contents in blood，urine and organs of rats(n=8，±s)

與0 μg/L(對照)組比較，*P＜0.05;相同濃度脾與腦組織中砷含量比較，均P＜0.05

濃度 血/(mg/L) 尿/(mg/L) 心/(μg/g) 肝/(μg/g) 脾/(μg/g) 肺/(μg/g) 腎/(μg/g) 腦/(μg/g)0 μg/L 0.06 ±0.01 0.14 ±0.08 1.27 ±0.22 4.31 ±1.014.68 ±0.86 0.37 ±0.10 1.37 ±0.38 0.15 ±0.03 50 μg/L 0.41 ±0.08* 2.05 ±0.43* 4.63 ±0.46 6.38 ±2.09 11.40 ±2.78* 1.08 ±0.31 3.45 ±0.35* 0.35 ±0.13 150 μg/L 0.96 ±0.14* 4.85 ±0.88*10.33 ±2.91* 8.53 ±2.33*20.51 ±5.97* 5.45 ±2.71* 5.65 ±0.11* 2.03 ±0.61*450 μg/L 2.13 ±0.21*10.28 ±1.76*18.50 ±5.57* 9.45 ±1.95*31.75 ±5.56* 8.55 ±2.56* 9.33 ±1.57* 3.38 ±0.88*

2.4 血砷、尿砷和各臟器組織中砷含量兩兩之間的相關性 血砷和各臟器組織中砷含量以及尿砷和各臟器組織中砷含量間的相關關系均有統計學意義(P＜0.05，見表 4)。

表4 血砷、尿砷和各臟器組織中砷含量兩兩之間的相關關系 (r值)Tab 4 Correlation of arsenic contents in blood，urine and organs of rats (r value)

3 討論

砷已被國際癌癥組織確定為人類致癌物。因此，WHO和世界各國將飲用水中砷對健康的影響視為重要的衛生問題［5］。美國環保局(EPA)已于2001－01公布了新飲水砷的衛生標準建議值為10 μg/L［6］，旨在通過改水降砷措施達到保護人群健康，有效預防控制癌癥、心臟病和糖尿病等砷相關疾病發生的目的。而同時又有調查發現，飲用水中砷含量在10－50 μg/L時仍會使膀胱癌的患病危險增加［7］。另外，低水平砷(＜200 μg/L)暴露還與周圍神經損傷、心腦血管疾病和糖尿病等疾病發生有關［8］。基于以上原因，低砷暴露與健康效應及致癌的相關性引起研究者的廣泛關注，并認為是目前亟待解決的突出問題。本實驗通過建立飲水型低砷暴露大鼠模型，觀察低砷暴露對大鼠的一般毒性效應，并闡明大鼠體內各臟器組織中砷的分布特征及其與血砷和尿砷的相關性。

3.1 飲水型砷暴露對大鼠體重的影響 體重是動物毒性實驗中反映機體毒性效應的一個重要綜合性指標。本實驗結果顯示，低濃度組大鼠在染毒第2周末時體重高于對照組，差異有統計學意義(P＜0.05)。這可能與低水平砷可以刺激機體代謝增加，促進機體蛋白質合成有關。有資料表明，在家禽飼料日糧中添加0.01% －0.02%有機砷制劑時，可促進家禽生長，提高飼料效率［9］。

本實驗結果還顯示，隨著染毒時間的延長，砷對大鼠體重呈現抑制趨勢，第4周末時中、高濃度組體重低于對照組，差異有統計學意義(P＜0.05)。

3.2 飲水型砷暴露對大鼠臟器系數的影響 臟器系數是反映臟器受損的一個靈敏、有效的指標，可為進一步進行生物化學和病理組織學檢測以及尋找毒物作用靶器官提供重要線索。有研究表明，慢性砷暴露可導致不同程度的肝損傷、肝纖維化、肝硬化，甚至誘導肝癌的發生［10］。本實驗結果顯示，染毒結束后，50，150 μg/L亞砷酸鈉暴露大鼠肝臟臟器系數高于對照組，差異有統計學意義(P＜0.05)。提示低水平砷暴露可使肝臟出現代償性增生。本實驗未顯示出 50，150，450 μg/L砷暴露對大鼠腎、肺、心、脾、腦臟器系數有顯著影響。

3.3 飲水型砷暴露對大鼠血砷和尿砷的影響 本次實驗結果顯示，隨染砷濃度增加，血砷和尿砷均呈上升趨勢，且血砷、尿砷和各臟器組織中砷含量兩兩之間均呈正相關，提示血砷和尿砷含量均可一定程度反映砷在體內的負荷情況。

3.4 飲水型砷暴露對大鼠各臟器組織中砷含量的影響 本次實驗測定了6種臟器組織，結果顯示，砷主要蓄積在脾臟、肝臟和腎臟中。脾臟是機體最重要的免疫器官，提示脾可能是砷毒作用的主要靶器官之一，這與楊瑞瑛等［12］的研究結果一致。有動物實驗顯示，砷可在大鼠肝組織中蓄積，且慢性砷暴露大鼠肝組織中砷含量與暴露濃度呈正相關［11］。毒物在組織器官的蓄積是導致損害的物質基礎，由實驗可見，50，150 μg/L亞砷酸鈉暴露大鼠肝臟出現代償性增生，提示低砷暴露對肝臟具有一定毒性作用。

以往有動物實驗表明，砷可以通過血腦屏障進入腦實質，慢性砷暴露豚鼠和大鼠腦中砷含量與砷暴露濃度呈正相關［13］。有報道稱，即使砷在飲用水衛生標準濃度范圍內，也能影響體內氧化還原平衡，增高腦脂質過氧化水平，降低谷胱甘肽(GSH)濃度和抗氧化酶活力，使腦組織受到自由基損害，引起神經細胞異常凋亡［13］。本實驗結果顯示，低砷暴露大鼠腦組織中有一定含量砷蓄積，因此，砷對神經系統的影響不容忽視。造成各臟器組織中砷分布不均的原因可能與各臟器與砷的親和力不同有關，或與臟器本身的代謝情況有關。

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Detection of arsenic contents in blood，urine and organs of rats exposed to arsenic through drinking water

GAO Yi，QIU Yu-lan，TIAN Feng-jie，QING Yan，ZHOU Nan-nan，ZHANG Shi-xin，PEI Qiu-ling*(Dept of Toxicology，Shanxi Medical University，Taiyuan 030001，China;*Corresponding author，Tel:0351－4135173，E-mail:pqlpei@x263.net)

ObjectiveTo investigate the contents of arsenic in blood，urine，liver，kidney，lung，heart，spleen，and brain of rats after exposure to arsenic.MethodsThirty-two healthy Wistar rats were randomly divided into four groups.The rats were exposed to arsenic through drinking water at doses of 0(control group)，50，150，450 μg/L for four weeks，respectively.The water consumption per day per rat was about 37 ml.Rats were sacrificed after four weeks.The weight of liver，kidney，lung，heart，spleen and brain were recorded，organ coefficients were calculated and contents of arsenic in blood，urine and organs were detected.ResultsCompared with control group，the body weight in low dose group was higher at the end of 2 weeks(P＜0.05)，and the body weight in middle and high dose groups was lower at the end of 4 weeks(P＜0.05).The liver organ coefficient in low and middle dose groups were significantly higher than that in control group(P＜0.05)，but there was no significant difference in organ coefficients of kidney，lung，heart，spleen and brain among 4 groups.The levels of arsenic in blood，urine，spleen and kidney were significantly higher in three arsenic groups than in control group.Arsenic levels in heart，liver，lung and brain were higher in middle and high-dose groups than that in control group(P＜0.05).Arsenic contents in blood，urine，liver，kidney，lung，heart，spleen and brain increased in a dose-dependant manner.The arsenic level was significantly different among different organs in the same group，and it was the highest in spleen and the lowest in brain(P＜0.05).The arsenic contents in blood and urine were significantly correlated with the contents of arsenic in liver，kidney，lung，heart，spleen，brain(P＜0.05).ConclusionArsenic can accumulate in certain important organs of rats after exposure to arsenic，but the distribution of arsenic in various organs is different.Both blood arsenic and urine arsenic can reflect the burden of body in rats to some extent.

blood arsenic;urine arsenic;organs;environment toxicity

R994.6

A

1007 －6611(2011)01 －0033 －04

10.3969/J.ISSN.1007 －6611.2011.01.009

山西省科技攻關項目(2006031087－11);山西醫科大學青年基金資助項目(200615);山西高校科技研究開發項目(200713009)

高怡，女，1977－09生，碩士，講師.

2010－11－11］