第二章 環(huán)境與健康的關(guān)系

　　人類健康與疾病的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)

　　1.人類環(huán)境的基本構(gòu)成

　　人類主要生活于地球表層。人類生存的自然環(huán)境可劃分為氣圈、水圈、巖石圈以及動(dòng)植物活動(dòng)的生態(tài)系統(tǒng)(又稱為生物圈)。

　　2.生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)平衡

　　生態(tài)系統(tǒng)

是指生物群落(包括微生物、動(dòng)物、植物及人類等)與非生物環(huán)境(空氣、水、無機(jī)鹽類、氨基酸等)所組成的自然系統(tǒng)。

　　生態(tài)平衡

 生態(tài)系統(tǒng)中各個(gè)組成部分都處于不斷變化和運(yùn)動(dòng)之中。由于長(zhǎng)期進(jìn)化過程而逐漸地建立起了相互協(xié)調(diào)和相互補(bǔ)償?shù)年P(guān)系，使得整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者之間，生物群落與非生物環(huán)境之間，物質(zhì)、能量的輸出和輸入之間，始終保持著一種動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，這稱為生態(tài)平衡。

　　食物鏈

 在生態(tài)系統(tǒng)中維系生物種群間物質(zhì)和能量流動(dòng)的紐帶和渠道是食物鏈和食物網(wǎng)。即在生態(tài)環(huán)境中不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物逐級(jí)被吞食以滿足生存需要而建立起來的鎖鏈關(guān)系。一種生物被另一種生物吞食，后者再被第三種生物吞食，彼此以食物聯(lián)接起來的鎖鏈關(guān)系稱為食物鏈。而各種食物鏈在生態(tài)系統(tǒng)中又彼此交錯(cuò)構(gòu)成食物網(wǎng)。食物鏈對(duì)環(huán)境中物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和累積有重要影響。

　　生物放大作用(biomagnification)環(huán)境中的某些不易降解的化學(xué)性污染物，可通過食物鏈的轉(zhuǎn)移并逐級(jí)增大在生物體中的濃度。即在高位營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物體內(nèi)的濃度比在低位營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物體內(nèi)的濃度增加很多倍，這稱為生物放大作用。如果與環(huán)境中的濃度相比，這種生物放大作用可達(dá)千倍、萬倍，從而損害人類的健康。世界上已經(jīng)確認(rèn)的環(huán)境公害�。核畟R病、痛痛病都與食物鏈的生物放大作用有關(guān)。

　　全球性環(huán)境問題“全球氣候變暖”、“臭氧層破壞”和“酸雨”

　　全球氣候變暖 大氣中的CO2和水蒸氣能夠吸收由地球發(fā)射的波長(zhǎng)較長(zhǎng)的輻射，從而對(duì)地球起到保溫作用，這相同于人工溫室作用，故稱“溫室效應(yīng)”(greenhouse effect)。

　　全球氣候變暖將對(duì)熱相關(guān)死亡人數(shù)產(chǎn)生重大影響。熱浪沖擊可能會(huì)導(dǎo)致心臟、呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率增加。對(duì)老人、兒童及病人，可導(dǎo)致熱脅迫死亡率急劇上升;許多蟲媒疾病屬于溫度敏感型，全球氣候變暖將使蟲媒疾病流行范圍擴(kuò)大;其他經(jīng)水、食物傳播的疾病也可能出現(xiàn)地區(qū)分布的擴(kuò)展和傳播時(shí)間延長(zhǎng);此外，氣候變暖可導(dǎo)致全球平均降水量增加，冰雪覆蓋大陸地面積縮小。因氣溫上升將加速大氣中化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程，臭氧濃度增加，加速酸雨、酸霧的形成使大氣質(zhì)量更加惡化。

　　臭氧層破壞

　　臭氧層中的臭氧幾乎可全部吸收來自太陽而對(duì)人類有害短波紫外線的B段(280～320nm)和C段(200～280nm)，保護(hù)了地球上的生命物質(zhì)。

　　從50年代以來，就觀察到大氣臭氧濃度有減少趨勢(shì)。盡管大氣臭氧遭受破壞的原因及過程極為復(fù)雜，但環(huán)境化學(xué)性污染物的作用則勿容置疑。

　　臭氧層破壞降低了對(duì)太陽輻射的過濾作用，使地面輻射量，特別是短波紫外線增強(qiáng)，這將會(huì)對(duì)生物及人類健康產(chǎn)生不良影響。

　　1.對(duì)皮膚癌發(fā)生率的影響 太陽輻射與三類皮膚癌(基礎(chǔ)細(xì)胞癌、磷狀細(xì)胞癌和皮膚黑瘤)的發(fā)生有關(guān)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)， UV-B對(duì)皮膚癌有明顯誘導(dǎo)作用。有人估計(jì)，總O3減少1%(即UV-B增加2%)，基底細(xì)胞癌、鱗狀細(xì)胞癌、皮膚黑瘤發(fā)生率，可能將分別增長(zhǎng)4%、6%、2%。

　　2.對(duì)居民呼吸道及眼部的損傷 分解臭氧的光化學(xué)氧化劑增加后，加上全球變暖，將加速大氣中化學(xué)污染物的光化學(xué)反應(yīng)速率。這樣，光化學(xué)氧化劑對(duì)人體呼吸道、眼粘膜刺激作用將會(huì)增強(qiáng)，致使眼、呼吸道粘膜刺激炎癥病例增加。

　　酸雨

　　酸雨是指降水中含有一定數(shù)量酸性物質(zhì)的自由降水現(xiàn)象，其pH值小于5.65，降水包括雨、雪、雹和霧等。

　　酸雨形成的機(jī)制和過程很復(fù)雜，受多種因素(氣象、土壤、污染等)影響。大氣受到化學(xué)性污染則是主要的成因。根據(jù)對(duì)酸雨成分分析，硫酸和硝酸占酸雨總酸組分90%以上�？梢哉J(rèn)為煤、石油燃燒向大氣排放SOx和NOx是城市酸雨的基礎(chǔ)。

　　酸雨對(duì)人類生態(tài)環(huán)境影響是多方面的，主要是：

　　酸雨對(duì)人群健康的危害

　　酸雨中的重金屬離子和從土壤中溶出的重金屬離子，都會(huì)增加飲用水水源金屬離子的含量。酸霧對(duì)人體健康的直接危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過SO2的作用。

　　人與環(huán)境

　　(一)機(jī)體與環(huán)境間的相互作用

　　(二)環(huán)境有害因素對(duì)機(jī)體作用的一般特征

　　環(huán)境有害因素對(duì)機(jī)體健康能否造成危害及其程度，受到許多條件的影響，其中最主要的影響因素為環(huán)境有害因素作用的強(qiáng)度(劑量或濃度)、作用時(shí)間和機(jī)體的健康狀況、易感性特征等。

　　1.劑量-效應(yīng)(反應(yīng))關(guān)系

　　劑量通常指進(jìn)入機(jī)體的有害物質(zhì)的數(shù)量。與機(jī)體出現(xiàn)各種有害效應(yīng)關(guān)系最為密切的是有害物質(zhì)到達(dá)機(jī)體靶器官或靶組織的數(shù)量。但在實(shí)踐中要知道有害物質(zhì)在靶器官和靶組織中的劑量在測(cè)定上尚有許多困難。因而，在實(shí)際應(yīng)用中都是指暴露(或染毒)劑量。

　　劑量與強(qiáng)度含義相同都是指作用于機(jī)體的環(huán)境有害因素的數(shù)量，只是在不同性質(zhì)的環(huán)境有害因素中應(yīng)用的不同的表示方法。

　　劑量-效應(yīng)(doso-effect)關(guān)系 隨著環(huán)境有害因素劑量的增加，它在機(jī)體內(nèi)所產(chǎn)生的有害的生物學(xué)效應(yīng)增強(qiáng)，這稱為劑量-效應(yīng)關(guān)系。它表示進(jìn)入機(jī)體的劑量與某個(gè)機(jī)體所呈現(xiàn)出的生物效應(yīng)強(qiáng)度間的關(guān)系。

　　劑量-反應(yīng)(dose-response)關(guān)系 是指隨著劑量增加，產(chǎn)生某種特定生物學(xué)效應(yīng)的個(gè)體數(shù)增加，通常以出現(xiàn)特定生物學(xué)效應(yīng)的個(gè)體占總測(cè)試個(gè)體數(shù)的百分?jǐn)?shù)來表示。這是環(huán)境有害因素作用于人群后，機(jī)體反應(yīng)的一般表示方法。

　　2.作用時(shí)間(物質(zhì)蓄積與功能蓄積效應(yīng))

　　在環(huán)境有害因素某個(gè)劑量或強(qiáng)度作用條件下，作用時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)機(jī)體產(chǎn)生有害生物學(xué)效應(yīng)的嚴(yán)重程度具有重要影響。特別是在環(huán)境中存在低劑量的環(huán)境污染物，需要經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間作用后，在人群中才會(huì)出現(xiàn)有損健康的效應(yīng)。

　　物質(zhì)蓄積 化學(xué)性污染物在機(jī)體內(nèi)的蓄積稱為物質(zhì)蓄積。

　　環(huán)境有害因素特別是化學(xué)性污染物，長(zhǎng)時(shí)間接觸人體，可能在體內(nèi)貯存和蓄積，逐漸達(dá)到可能對(duì)靶器官和靶組織產(chǎn)生病理性損害的劑量或濃度，而出現(xiàn)有害的生物學(xué)效應(yīng)。

　　功能蓄積 有些環(huán)境有害因素，進(jìn)入機(jī)體后，能較快地被分解并以多種形態(tài)迅速排出體外，不在機(jī)體內(nèi)蓄積，但該物質(zhì)在靶組織或靶器官上產(chǎn)生的功能改變可逐漸累積，從而導(dǎo)致機(jī)體對(duì)該物質(zhì)的反應(yīng)性增強(qiáng)，功能或生化代謝改變加重，最終造成器官或組織的損害，這稱為功能蓄積。

　　耐受性 與環(huán)境有害因素在體內(nèi)所致組織和器官功能蓄積改變相反的是機(jī)體對(duì)該有害因素的耐受性。隨著機(jī)體攝入該物質(zhì)次數(shù)的增加和時(shí)間增長(zhǎng)，機(jī)體呈現(xiàn)出對(duì)該有害因素反應(yīng)性降低或減弱。

　　(三)健康效應(yīng)譜與敏感人群

　　1. 健康效應(yīng)譜(spectrum of health effect)

　　當(dāng)環(huán)境變異或環(huán)境有害因素作用于人群時(shí)，由于人群中各個(gè)個(gè)體暴露劑量水平，暴露時(shí)間存在著差異，個(gè)體在年齡、性別、體質(zhì)狀況(健康和疾病)以及對(duì)該有害因素的遺傳易感性不同，可能出現(xiàn)各種不同的反應(yīng)。人群對(duì)環(huán)境有害因素不同反應(yīng)的分布模式，類似于金字塔形，構(gòu)成了人群金字塔形健康效應(yīng)譜。

　　2.敏感人群

　　通常把易受環(huán)境損傷的人群稱為敏感人群(易感人群)。敏感人群對(duì)環(huán)境有害因素作用的反應(yīng)比普通人群更為敏感和強(qiáng)烈，即在敏感人群中出現(xiàn)某種不良反應(yīng)的反應(yīng)率明顯高于普通人群。

　　個(gè)體差異 長(zhǎng)期來人們注意到在健康狀況、年齡、生活條件、營(yíng)養(yǎng)狀況大體相近的普通健康人群中，對(duì)環(huán)境有害因素作用的反應(yīng)仍有明顯差異，即使在相同環(huán)境暴露條件下(相同暴露物質(zhì)、劑量及時(shí)間)也是如此，這種現(xiàn)象通常稱為個(gè)體差異。

　　微量元素與健康

　　在地球地質(zhì)發(fā)展過程中，自然地形成了地殼表面化學(xué)元素的不均勻分布。這樣，地球上不同地區(qū)的土壤、水體和植物中化學(xué)元素種類和含量存在著差異，繼而影響到該地區(qū)生活人群對(duì)化學(xué)元素的攝入量。由于地質(zhì)原因使得生活人群對(duì)某種化學(xué)元素?cái)z入量過高或過低而引發(fā)的疾病稱為生物地球化學(xué)性疾病。

　　(一)常量和微量元素

　　根據(jù)化學(xué)元素在人體內(nèi)含量多少，可分為常量和微量元素兩類。

　　常量元素 碳、氫、氧、氮、硫、鉀、鈉、磷、鈣、鎂、氯等11種元素，占人體內(nèi)化學(xué)元素總量99.95%，稱為常量元素。

　　微量元素 在人體內(nèi)正常含量小于人體體重0.01%的化學(xué)元素稱為微量元素。它包括鋅、鐵、銅、錳、鈷、鉻、釩、錫、硒、氟、碘、鉑、鋁、鉛、鎘、汞、鉈、鎳、鍶、鋰、硅及多種稀土元素等。

　　必需微量元素 目前認(rèn)為有14種微量元素(如鋅、鐵、銅、鉬、鉻、錳、鈷、鎳、錫、釩、碘、硒、氟、硅等)在生物體內(nèi)是維持正常生理、生化功能、生長(zhǎng)發(fā)育和生殖繁衍所必不可缺的元素，稱為必需微量元素。

　　非必需微量元素 因其無或尚未發(fā)現(xiàn)在生物體內(nèi)有益的生物學(xué)作用的微量元素，稱為非必需微量元素。

　　無論必需或非必需微量元素?cái)z入量過多時(shí)，均可能對(duì)機(jī)體產(chǎn)生有害作用。

　　(二)微量元素與疾病

　　微量元素的生物效應(yīng)表明了它在維持正常人體功能和健康上有著重要的地位。但由于其生物學(xué)效應(yīng)的兩重性，特別是那些安全范圍較小的微量元素，人體攝入量過低或過高都會(huì)產(chǎn)生危害(砷、氟、碘所致的生物地球化學(xué)性疾病將在其他章節(jié)講述)。人體內(nèi)微量元素不足或缺乏，不僅與攝入量多少有關(guān)，而且與機(jī)體的先天性代謝功能異常也有關(guān)。

　　環(huán)境污染與健康

　　環(huán)境(化學(xué)性)污染對(duì)人群健康的影響：

　　(一)環(huán)境污染對(duì)人群的急、慢性危害

　　1.急性危害

　　環(huán)境污染物在短時(shí)間大量進(jìn)人環(huán)境，使得暴露人群在較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)不良反應(yīng)、急性中毒甚至死亡等。

　　如在英國(guó)多次發(fā)生的倫敦?zé)熿F事件，美國(guó)的洛杉礬、紐約和日本大販、東京發(fā)生的光化學(xué)煙霧事件，日本的四日市事件，米糠油多氯聯(lián)苯污染事件等。

　　事故性廢氣、廢水排放，導(dǎo)致工廠附近生活的居民發(fā)生急性中毒(如 Cl2、NH3、H2S、HCN中毒)等。如 1984年印度博帕爾農(nóng)藥廠發(fā)生的異氰酸甲酯(CH2NCO)泄漏事件。

　　2.慢性危害

　　環(huán)境中有害因素(污染物)以低濃度、長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)作用于機(jī)體所產(chǎn)生的危害，稱為慢性危害。慢性危害的產(chǎn)生是由于低濃度環(huán)境污染物本身對(duì)機(jī)體損害的逐漸積累，即該物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的物質(zhì)或功能蓄積所致。

　　環(huán)境污染慢性危害所致的機(jī)體不良反應(yīng)和損害結(jié)局，大多數(shù)都不具有特異性損害特征，更由于時(shí)間長(zhǎng)，影響機(jī)體反應(yīng)的因素復(fù)雜，故不易確證該污染物與機(jī)體慢性損害的因果關(guān)系。