1 砷的代谢过程
1.1 砷的吸收
砷化合物可经消化道、呼吸道及皮肤等途径而吸收。砷酸盐在肠道中的吸收方式与磷酸盐相似。有机砷化合物的吸收主要通过肠壁部膜的简单扩散方式进行,吸收速率与其浓度呈正相关。无机砷化合物进入消化道后,以可溶性砷化物的形式在胃肠道中被迅速吸收。
1.2 砷的运输
砷吸收后进入血液,95%-99%在红细胞内与血红蛋白结合,然后随血液分布到各组织和器官。
1.3 砷的贮存
砷在体内的蓄积性较强,其蓄积规律与砷的化学性质有关。三价砷易与流基结合,在角蛋白中含流基的肌氨酸、半胱氨酸含量很高,三价砷很容易蓄积在角蛋白含量较高的组织中。因此,摄入三价碎时,砷主要蓄积在皮肤、毛发和指(趾)甲中。由于砷酸盐与磷酸盐的结构相似,砷酸盐可取代骨质磷灰石中的磷酸盐。摄入五价砷时主要蓄积在骨骼中。在体内三价砷和五价砷可以相互转变,故摄入三价砷时也可导致骨砷含量增高,摄入五价砷时皮肤、毛发等组织中也有一定的积累。正常人毛发和指(趾)甲中含碎量远高于其他组织,但其含砷量随地区和饮食等的差异而有很大不同,这也是目前尚无统一的发、甲砷含量正常值的原因。
对于母鸡,大部分砷贮存于骨骼肌,其次是骨骼、肝脏、血液、肺脏、肾脏、羽毛和卵巢。由于砷与角质蛋白亲和力很高,易贮存在皮肤、毛发、指甲和骨骼中。神在动物组织中的贮存随摄入量的变化而变化,屠宰前一段时间停止向日粮中加砷,可以防止禽产品中砷含量超标。
1.4 砷的分布
经呼吸道、消化道、皮肤以及肌肉注射进入动物体的砷,首先进入血液,大部分与血红蛋白结合,少量与血浆蛋白结合,然后迅速通过血液分布到肝、肾、肺、脾、肌肉、骨骼及一些神经组织中。砷不易透过血脑屏障,但很容易透过胎盘从母体转运到胎儿。在砷的首次分布中,肝和肾的浓度最高,脾、肺和肌肉次之;但这些组织的砷水平下降很快。砷与小肠部膜、肾皮质、骨骼及毛囊有较高的亲和力,尤其是皮肤、骨骼及毛发。在这些组织中,砷的贮备时间较长。
有人发现,猪饲喂3一硝基一4一羟基苯肿酸后,肝脏中砷的残留量最多,其次为肾脏,肌肉中含量最低,但停喂10天后,各组织砷含量都恢复到安全水平。如果在屠宰前5天停饲砷添加剂,机体含砷量不会超过国家的相关标准。但排泄物中砷对环境造成的污染是不可避免的。
1.5 砷的排出
进入人体内的砷主要排泄途径是通过肾随尿排出,其次是经胆汁随粪排出,也可由汗液、乳汁。毛发和指(趾)甲排出。当人食用含砷量较高的比目鱼时,经8天后,摄入的砷在尿中能排出76%,而在粪中只有0.33%,说明经胆汁随粪排出的砷量很少。只有粗颗粒砷化合物在溶解前容易随粪排出。据报道,对氨基苯肿酸在消化道中吸收率较低,大部分无变化就被排出体外。摄入无机砷时,一般要在体内经生物甲基化后再排出。体内砷的清除是很迅速的,砷全部排泄需2-3天。
1.6 影响砷吸收和利用的因素
无机砷化合物进入消化道后,其吸收程度取决于它的溶解度和物理状态。极难溶于水的三氧化二砷难以通过新膜而被吸收;一般可溶性砷化合物在胃肠道中吸收较迅速。瘤胃和瘤胃微生物菌群可以减缓反刍动物对解的吸收、贮存和排泄的速度。砷在体内的蓄积作用还与砷摄入量有关。动物摄人的砷量不超过正常水平时,砷可通过生物甲基化作用被排出体外,使之不能在体内贮留和蓄积。当长期摄入砷或砷摄入量较高时,砷便会蓄积在组织中。给肉鸡饲喂能促进其生长的阿散酸(90 mg/kg干物质)42天后,造成肝脏和腿肌的砷含量增加,但在停止给饲料中添加砷7天后,其砷含量降至最低(分别为0、14和0.23μg/g)。如果不是长期摄入砷,则贮留的砷就会逐渐减少,采用含流基解毒剂也可使贮留的砷量降低。
2 砷的作用
三价砷和五价砷在体内可相互转变,兼有还原剂或氧化剂的作用,影响物质代谢。大量试验证明,小剂量的砷能起活化酶的作用,在机体内与氧化酶的巯基相互作用,增进同化,减弱异化。另外,3价砷易与半胱氨酸结合,所形成络合物作为氧化过程的催化剂,其作用要比单纯的半胱氨酸强得多。但其大剂量时会发生与小剂量时相反的作用,而破坏氧化过程。
也有人认为,砷能直接通过血液中红细胞的分解产物来刺激造血器官。小剂量时,能加速骨骼生长,使骨髓造血机能活跃,促使红细胞和血色素新生,兴奋神经系统,增进食欲,提高消化率。大剂量时,则抑制了造血器官。
砷制剂在促生长方面有类似抗生素的作用。阿散酸可杀死有害菌,使肠壁变薄,有利于物质的吸收和转运。洛克杀生有抗球虫作用,减少了对胡萝卜素的破坏,从而改善了家禽色素的沉积。有机砷对肠道中病原微生物的抑制作用是其重要的促生长作用机理之一。一方面使肠壁变薄,改善肠道细胞代谢,促进物质的消化吸收,提高饲料消化率;另一方面减轻或避免了病原微生物产生的有害代谢产物对动物机体中间代谢过程中的不利影响,节约了机体用于解毒作用的能量。三氧化二砷的促生长作用与其对肠道中病原微生物的抑制作用关系不大。三氧化二砷可影响血清谷草转氨酶活性、血清无机磷含量、血清碱性磷酸酶活性等生化指标,从而提高机体免疫力,促进骨骼钙化。
3 砷的生物学功能
①参与蛋白质的代谢;②影响血清碱性磷酸酶、γ一谷氨酸转移肽酶的活性;③刺激造血器官;小剂量时能使骨骼造血机能活跃,促使红细胞和血色素新生,改善皮肤营养,兴奋神经系统;大剂量时则抑制造血器官;④防止硒中毒,砷还是碘、汞、铅的颉颃剂;磷能影响砷的摄入,砷可能与大脑活动有关;⑤使肠壁变薄,从而有利于营养物质的吸收;⑤能有效抑制肠道寄生虫,降低肠道细菌数量。砷化合物对各种链球菌、大肠杆菌,沙门氏菌及厌氧菌均有抵抗作用。
4 动物的砷缺乏症
过去只注重了砷的毒性作用,忽视了其营养方面的作用。20世纪对年代以后,人们逐渐发现动物缺砷时会出现异常,当摄入砷量恢复到正常水平时,这些异常症状又会消失。
缺砷会导致仔猪生长受阻,死亡率增加,被毛粗乱,机体锰含量增加。母猪缺砷时受孕率降低,产期死亡率增高,仔猪初生重下降。
砷不足可使母山羊发生流产,羔羊体重增长缓慢。缺砷山羊采食量减少,生长受阻,产奶量下降,乳脂率和乳蛋白率降低,流产率、无预兆产期死亡率增加,血清甘油三脂下降,骨骼肌、心肌、肝细胞中线粒体膜出现异常变化,羔羊初生重降低。Anke等(1980)人报道,分别饲喂给两组母山羊含砷2µg/kg和350 µg/kg的两种日粮,结果缺砷组羔羊存活率明显降低,其死亡率达77%。后来他又观察了两组山羊分别饲喂含砷<10和350 µg/kg日粮干物质的结果,缺砷组山羊表现为:皮肤和骨骼生长不良,流产率增加,羔羊初生重减轻,乳脂量减少,繁殖力降低,寿命减短,第二哺乳期的羔羊容易卒死。
仔鸡缺砷,血浆尿酸和精氨酸的浓度及肝微粒体蛋白均降低,血液赖氨酸浓度及肾精氨酸酶活性升高。缺碎导致小鸡生长受阻、腿都异常和血细胞的比容值升高。此外,缺砷小鸡血红蛋白、血浆碱性磷酸酶、肾精氨酸酶以及肝脏铁含量等均有某种程度的改变,且砷的这些影响还受锌和精氨酸的制约。
5 总 结
作为饲料添加剂的砷化物,目前常用的有对氨基苯胂酸(阿散酸、AA制剂、康乐剂、普乐键)、3-硝基-4-羟基苯胂酸(洛克杀生)、对氨基苯胂酸钠等,在实际应用中应注意一些相关事项:①砷化合物种类很多且毒性强弱、残留程度不一,因此在使用时不能只按化合物中含砷量确定用量,必须同时考虑其毒性大小,严格控制喂量;②选用有机砷制剂时应注意不同制剂、畜禽种类及生长阶段作用的差异;③砷添加剂毒性大,添加量很少,添加时必须注意称量的准确性,必须进行预混合,且与饲料搅抖均匀;④有机砷对人的健康影响很大,操作人员必须戴防护中口罩和乳胶手套。
总之,砷制剂在畜牧业中使用,产生了良好的效果。但砷制剂会给人类带来诸多负面效应,进而影响农业和整个国民经济可持续发展战略,应尽量避免和杜绝不良影响,解决的措施大致有3 点:①厂家要严格近国家相关规定生产砷制剂,畜牧生产者要严格控制用量和使用范围;②国家管理部门要切实做好环境监近工作,解决好由畜禽排泄物带来的砷污染,加大环保研究力度。