Wpływ związków arsenu na organizm człowieka

Cover Image for Wpływ związków arsenu na organizm człowieka
dr inż. Łukasz Weber
dr inż. Łukasz Weber

Pierwiastek ten przedostaje się do organizmu trzema możliwymi drogami, poprzez [3]:

  • układ oddechowy,

  • układ pokarmowy i

  • bezpośrednio przez skórę.

Rozpuszczalne związki arsenu łatwiej przyswajane są przez układ pokarmowy, natomiast nierozpuszczalne pyły, na których znajdują się cząstki arsenu, wchłaniane są wraz z powietrzem przez układ oddechowy.

Arsen w mniejszym stopniu wdychany jest z powietrzem. Zakładając, że człowiek wdycha około 20m3 powietrza dziennie, oszacowano, że dzienna jego dawka w postaci pyłu wynosi 20 - 200 ng na obszarach wiejskich, 400 - 600 ng w miastach, gdzie nie ma dodatkowej emisji powodowanej przez przemysł [1]. Wdychając zanieczyszczone arsenem powietrze, wiele jego cząstek osiada na powierzchni płuc, a następnie znaczna część z nich przedostaje się do innych części ciała [2].

Podstawową drogą wprowadzania arsenu do organizmu jest układ pokarmowy. Wchłanianie arsenu z przewodu pokarmowego zależy głównie od jego formy chemicznej. W 80% pierwiastek jest przyjmowany w postaci nieorganicznej, nierozpuszczalnej w wodzie oraz organicznej - metylowanych związków tego pierwiastka [3].

Przeciętnie dorosły człowiek przyjmuje wraz z pożywieniem 53 do 330 μg As dzienniei około 50% jest akumulowane w organizmie. Największą ilość tego pierwiastka zawierają owoce morza oraz w mniejszej ilości grzyby i drób [4]. Owoce morza mogą zawierać stężenie arsenu powyżej 5000 μgAs/kg, jednak jego forma jest mało toksyczna. Jest to tzw. „rybny arsen" - arsen organiczny w postaci arsenobetainy (CH3)3AsCH2COOH i arsenocholiny [4]. Wino i wody mineralne mogą niekiedy zawierać kilkaset μgAs/L, prawdopodobnie na skutek stosowania pestycydów zawierających związki arsenu. W winach dominują nieorganiczne (bardziej niebezpieczne) formy arsenu [2].

Po wchłonięciu arsenu przez jakąkolwiek drogę, dostaje się do krwi, po czym wiązany jest przez białka w aż 95 - 99%. Jednak szybko wydostaje się z organizmu przez układ moczowy (nerki), albo w postaci pierwotnej lub po biotransformacji. Niewielkie ilości arsenu mogą zostać wyeliminowane z organizmu innymi drogami (np. wraz z potem). Mniej szkodliwe dla zdrowia związki arsenu organicznego nie podlegają przemianom biologicznym, natomiast jego związki nieorganiczne ulegają przemianom w procesach enzymatycznych (częściowa metylacja). Głównymi metabolitami są kwas dimetyloarsenowy (DMA), monometyloarsenowy (MMA) oraz arsen nieorganiczny. Arsen wydalany z organizmu przez układ moczowy zawiera zwykle 10 - 20% arsenu, który nie uległ metylacji, 10 - 20% MMA oraz 60 - 80% DMA [2,3].

Generalnie toksyczność arsenu zależy od jego formy chemicznej, stopnia utlenienia oraz przede wszystkim od odporności danego organizmu i rozpuszczalności w mediach biologicznych. Uważa się, że arsen trójwartościowy jest bardziej szkodliwy niż pięciowartościowy a związki nieorganiczne od organicznych. Zdarzają się tu jednak wyjątki. Nieorganiczne i organiczne związki arsenu kumulują się w organizmie oraz wydalane są z moczem. Związki zawierające arsen(III) kumulują się w tkankach i są toksyczne dla wątroby i nerek [3]. Ponadto arsen(III) wykazuje duże powinowactwo do grup sulfhydrolowych (-SH) białek, przez co hamuje działanie ponad 200 enzymów. Związki te zakłócają takie procesy życiowe jak oddychanie wewnątrzkomórkowe, przemiany węglowodanów i lipidów, co skutkuje zmianami zwyrodnieniowymi narządów wewnętrznych [3, 4]. Szczególnie niebezpieczny jest arsenowodór AsH****3, który występuje w postaci gazu. Jego dawka śmiertelna dla człowieka wynosi około 100 - 150 mg [5].

Związki arsenu postrzegane są w większości jako silne trucizny. Ich nadmiar w organizmie powoduje negatywne skutki zdrowotne. W zależności od dawki i czasu oddziaływania wyróżnia się zatrucia ostre, przewlekłe i prowadzące do rozwijania się nowotworów a nawet natychmiastowego zgonu.

Do ostrych zatruć dochodzi po przyjęciu relatywnie dużej dawki arsenu w krótkim czasie. Symptomy takiego zatrucia pojawiają się natychmiastowo. Zazwyczaj powodowane są prze arsynę (arsenowodór). Skutkami ostrego zatrucia arsenem są m.in.:

  • zmiany skórne, np. swędzenie, wysypka, oparzenia bądź rany,

  • podrażnienia dróg oddechowych,

  • zaczerwienienia i łzawienia oczu (zapalenie spojówek),

  • zmniejszenie apetytu, ostre podrażnienie żołądkowo - jelitowe, skurcze mięśni,

  • zaburzenie układu krążenia,

  • łamliwość włosów i paznokci a nawet

  • śmierć na skutek zapaści, którą spowodować może 0,1 - 0,5 g As(III).

Chroniczne zatrucia, do których dochodzi na skutek przyjmowania niewielkich dawek przez długi czas, arsenem mogą powodować problemy z:

  • układem oddechowym - perforacje przegrody nosowej, ciągły kaszel, skrócenie oddechu,

  • skórą - zapalenie skóry, łuszczenie,

  • układem krążenia - arytmia serca, nadciśnienie, niedokrwienie kończyn, uszkodzenie składników krwi,

  • układem nerwowym - drgawki, bóle głowy, halucynacje.

Nie wszyscy są jednakowo podatni na negatywne oddziaływanie związków arsenu. Grupą najbardziej narażoną są pracownicy zatrudnieni przy piecach hutniczych, przy których stężenie As może wahać się w szerokim zakresie od 0,01 do 68 mgAs/m3. Poza tym duże niebezpieczeństwo zatrucia stwarza woda zawierająca ten pierwiastek. Ludzie spożywający zanieczyszczoną wodę stanowią duży procent ogółu narażonego na zatrucia.

Badania dowiodły, że arsen jest pierwiastkiem mutagennym i kancerogennym (IARC - International Agency for Research on Cancer). Typowym późnym objawem chronicznego zatrucia arsenem spowodowanym przyjmowaniem wody zawierającej arsen, leczenia roztworem Fowlera (KH2AsO4) i kontaktu z herbicydami arsenowymi, jest rak skóry i okrężnicy. Poza tym arsen powoduje zwiększenie podatności na wady wrodzone u noworodków, obniżoną urodzeniową masę ciała i większy współczynnik poronień.

Jak wspomniano wcześniej podatność na zachorowania jest związana z dawką i czasem oddziaływania i działaniem innych czynników kancerogennych, lecz co ciekawe, także z płcią. Mężczyźni są bardziej podatni na zachorowania [3].

W Polsce o dopuszczalnej wielkości stężenia arsenu w wodzie do picia mówi Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007 roku w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz. U. z 2007r. nr 61 poz. 417). Stężenie to jest zgodne z wymaganiami stawianymi przez Unię Europejską (0,01mgAs/L).

Przeredagowała: Ewelina Puk

[1] Air Quality Guidelines Second Edition, WHO Regional Office for Europe, Copenhagen, Denmark, 2000

[2] Departament of Health And Human Services, Public Health Statement, Agency for Toxic Substances and Disease Registry

[3] Piech, A.: „Występowanie i usuwanie związków arsenu z wód ujmowanych do celów pitnych", Praca doktorska, promotor: Granops, M., Politechnika Poznańska Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska, 2004

[4] Kociołek-Balaweider, E.; Ociński, D.: „Arsen w technice i środowisku", Wiadomości Chemiczne, rok: 2005, [Z] 59, 3-4, s. 353 - 386

[5] Brandys, J., Red.: „Toksykologia. Wybrane zagadnienia", Wydawnictwo UJ, Kraków 1999