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保持乾淨清潔的水源,是避免砷中毒的根本之道
 

撰文╱口述╱陳建仁(台灣大學流行病學研究所教授、中央研究院院士)

整理╱龐中培

砷其實普遍存在於自然界中,其化合物之一就是古時候常拿來當做毒藥的砒霜。不過國人對砷的印象,應該是從烏腳病得到的。1950年代末期,在台灣西南沿海的北門、布袋、學甲和義竹等地區,開始出現烏腳病。烏腳病一開始並沒有什麼症狀,只有因肢體末端血液循環不良,而出現的手腳末端有冷、麻感覺,以及將手、腳抬高一陣子,指尖和腳尖就變成白色的徵候。另外,一般人手腳如果碰到尖銳的或是熱的東西,就會很快地縮回來;但是烏腳病患者因為手腳末端的末梢神經受到破壞,因此缺乏這種反射動作,使得四肢末端特別容易受傷而發生潰瘍。

 

一般人潰瘍通常很快就會好,但是烏腳病患者的潰瘍卻不容易痊癒,而且會慢慢擴大、變成黑色壞疽,然後繼續往上延伸。當地人稱烏腳病為「烏乾蛇」,這是很傳神的名字,「烏」指的是壞疽的顏色;「乾」是指壞疽部位不會流出血水;「蛇」則是指壞疽會從四肢末端往上延伸。由於患部極度疼痛,有些人甚至會因無法忍受而仰藥自殺。烏腳病的臨床變化與糖尿病末期的周圍血管疾病相似,它的病理變化包括「血栓血管炎栓塞」和「動脈硬化栓塞」,造成血液無法流通,而使肢體呈現烏青壞死的現象。在當時,這種病的唯一治療方式,就是截肢,所以孫理蓮牧師、謝緯醫師和王金河醫師就一起合作,為當地患者免費進行截肢手術。他們還教導截肢患者編織草蓆、竹簍,讓他們有獨立謀生的能力。謝緯和王金河這兩位醫師因此獲得醫療奉獻獎,以表揚他們的仁心仁術。不過,他們無法確定烏腳病的病因,於是將當地的流行狀況轉達給台灣大學醫學院,請台大的團隊來調查。

 

台大研究團隊調查發現,在西南沿海烏腳病流行鄉鎮的居民使用兩種井水。一種是大約只有3~5公尺、可以直接用桶子取水的淺井,取出的水比較鹹。另一種是深約30~100公尺、與地下水層接觸的深井,取出的水是淡水,因此當地人大多飲用這種井水。陳拱北、曾文賓和吳新英等教授調查發現,喝深井水的人特別容易得到烏腳病,而喝淺井水的人則否。進一步分析深井水和淺井水的差異,發現深井水的砷含量特別高。他們同時還發現,喝深井水的人,皮膚上會出現雨點狀的黑斑,黑斑之間還可發現皮膚癌,飲水的砷含量和皮膚癌有劑量效應關係。目前孟加拉的砷中毒狀況,相當於當初台灣西南沿海居民開始喝深井水的前10年,還沒到達出現烏腳病的階段。

 

除了烏腳病和皮膚癌之外,砷也與人體內臟的癌症有關。我在1985年開始發表論文,報導砷會引起內臟癌症,包括肺癌、腎臟癌、膀胱癌、前列腺癌等,一開始有許多人還表示存疑,後來在智利、阿根廷、蒙古、美國等地也有相同的發現。由於台灣對砷中毒的研究最完整而深入,促使美國引用台灣的研究數據,重新訂定飲用水的砷含量標準,由原本的50ppb降為10ppb(1ppb為10億分之一)。

 

我們進行長期研究,嘗試驗證一個假說:「如果砷會引起動脈硬化,應該不只局限在周圍血管。」過去,葉曙教授在從事烏腳病研究時,發現烏腳病患有嚴重的全身性動脈硬化;他從烏腳病患者的屍體解剖調查發現,一位30歲病患的動脈硬化程度,比非烏腳病流行地區的65歲老人還要嚴重。由於血管是相連的,如果手腳的血管會硬化,那麼心臟以及腦的血管也可能會硬化。後來我們確實發現,砷和缺血性心臟病及腦中風等也都有劑量效應關係。(參見2002年7月號〈砷與動脈硬化〉)

 

既然砷會引起動脈硬化,那麼糖尿病和高血壓這兩個動脈硬化的危險因子,是否也和砷有關係呢?在1994和1995年,我們發表兩篇研究論文,分別指出砷也會引起糖尿病和高血壓,當時全世界都沒有相關的文獻發表,直到2000年以後,孟加拉和瑞典才陸續有相同的發現,砷不但會引起糖尿病與高血壓,還有顯著的劑量效應關係。砷和其他重金屬不同,例如有機汞會累積在神經系統,而鎘則會累積在骨頭與腎臟,但無機砷進入人體後,大約兩小時後就會遍佈全身。由於砷會廣佈在身體的各個器官系統,因此在身體各部位都可能造成病變,我們的研究也顯示,除了烏腳病、心臟病、糖尿病、高血壓、腦中風及各種癌症外,慢性砷中毒也可能引起白內障、慢性支氣管炎、神經行為發展遲滯等病變。

當初台灣能解決西南沿海的烏腳病問題,要感謝研究者發現它肇因於飲用含砷的深井水。既然與飲水有關,只要不再喝當地的深井水就可根除該病。當時省政府衛生處著手建立自來水廠,將烏山頭水庫和德基水庫的水,引到西南沿海烏腳病盛行地區。1960年代開始鋪設自來水管線,直到1970年代中期,才讓全部居民都有自來水飲用。

 

1990年代,蘭陽平原也發現含砷井水引起慢性中毒的狀況,所幸台灣此時的經濟狀況已比1960年代好很多,所以只花了兩年就解決全面普及自來水的問題。我們依據台灣的砷中毒防治經驗,建議有相同問題的國家,解決砷中毒之道就是不要喝含砷井水。我在美國哥倫比亞大學環境衛生研究小組擔任顧問,目前該小組正協助孟加拉解決砷污染問題,可惜鋪設自來水系統的方案,在孟加拉並不適用。早期孟加拉的主要飲用水來自池塘與河流,每年雨季可補充這些水源。當人口數不高時,池塘與河流的水還能保持自淨;但當人口大量成長,加上排泄物無法有效處理而流到池塘,水源便遭受污染。1970年代,孟加拉兒童的主要死因,像痢疾、霍亂和其他的腸胃道感染,都是水源污染造成的。當時聯合國兒童基金會和世界銀行為了尋找乾淨水源,因此協助孟加拉開發地下水,但是世事難料,在1980年代早期,當地就陸續發現砷中毒引起的皮膚病變。

 

然而,孟加拉最難解決的問題是人口多,又貧窮。在政府缺乏經費,國民所得也只有300美元的情況下,幾乎不可能全面裝設自來水;而且孟加拉境內的恆河及其支流也已經髒到難以處理的程度,因此不太可能以改善地面水源來解決砷中毒的問題。此外,自1970年代以來,孟加拉國民即不斷大量取用井水,因而造成地下水層移動,同一口井的井水含砷量會因此而變化,必須隨時檢測井水的砷含量,由於一個鄉鎮的井有成千上萬,偵測井水含砷量的方法要簡易、精確又便宜,才適合孟加拉的國情。目前的解決方案,就是測量各口井水的砷含量,將含砷量在安全標準之內的手壓抽水機漆成綠色,表示抽出的井水可以飲用;不符合安全標準的抽水機則漆成紅色,由於砷不會經由皮膚進入身體,所以這些紅色井抽出的水仍可用來洗滌。

 

孟加拉的慢性砷中毒地區和台灣的西南沿海及蘭陽平原有相似之處:都屬於河流的三角洲出海口。北門、布袋、學甲和義竹等地區是八掌溪的出海口,蘭陽平原是蘭陽溪與冬山河的出海口,孟加拉則是恆河的出海口。不過在宜蘭含砷量高的井水是淺井水,而在西南沿海則是深井水,這是因為地下水層的地質構造與成份不同的緣故。西南沿海的砷中毒患者常罹患烏腳病,但在蘭陽平原卻沒有這樣嚴重的患者,這可能是個體易感受性不同造成的。1950年代的西南沿海居民,生活相當清寒,一家四口一天的副食品往往只有一把白菜、兩塊豆腐,而主食是蕃薯簽,營養攝取很缺乏。我們最近的研究發現,營養不良、無機砷代謝差的慢性砷中毒者,各種健康危害的風險比較高;反之,營養較好,例如血清中的α胡蘿蔔素和β胡蘿蔔素濃度較高的人,砷引起的健康危害會比較低。

 

無機砷進入人體後,大多會在肝臟中轉化成單甲基砷酸,再轉變成雙甲基砷酸,然後經由尿液排出。單甲基砷酸轉換成雙甲基砷酸時,會產生很高的氧化壓力。這種氧化壓力會造成DNA突變或基因不穩定,因而產生癌症或血管病變。在烏腳病流行地區取得的膀胱癌檢體,其染色體異常的狀況,要比非烏腳病地區來得嚴重;此外,砷也會造成人類白血球的染色體異常。血液含砷量高的人,抗氧化的能力也會降低。生活在慢性砷中毒地區的人,應該多食用綠色蔬菜,以增加體內的抗氧化能力。由於醫療科技進步,現在治療烏腳病的方法,除了截肢之外,還有比較非侵襲性的療法。例如,血栓清除術可以處理血管阻塞,讓血液恢復流通;或是服用藥物,減少血液的凝集。

 

除了孟加拉之外,亞洲的中國、菲律賓、蒙古、泰國、東歐的羅馬尼亞、南美的智利、阿根廷、墨西哥等國,都有發現飲用水引起砷中毒的案例。這次孟加拉的砷中毒事件,與人口成長及環境開發有密切相關。孟加拉人口成長快速,大片森林砍伐殆盡,不僅無法維護潔淨水源,也沒有燃料將水煮沸飲用,因此才會鑿井使用比較沒有細菌污染的地下水,孰料許多井水卻都含砷量過高,而造成中毒。在1950年代以前,台灣蘭陽平原河水水源充足,不需要用到地下水,但是都市化的蓬勃發展,地面水不再足夠使用,進而開採地下水,才會引發砷中毒事件。人類為了求生存和繁榮,一直在破壞自然環境和生態平衡,這是不得不然的進步代價,還是仍有可能取得永續發展的機會呢?在人類的文明歷程中,一定得消耗這麼多自然資源與寶貴能源,以致造成全球暖化、氣象驟變、水源枯竭等自食惡果的危機嗎?這實在是值得我們深思的課題。

 

轉載自【科學人2004年第31期9月號】

 
     
 
 
 
 
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