第二章 环境与健康的关系

　　人类健康与疾病的生态学基础

　　1.人类环境的基本构成

　　人类主要生活于地球表层。人类生存的自然环境可划分为气圈、水圈、岩石圈以及动植物活动的生态系统(又称为生物圈)。

　　2.生态系统与生态平衡

　　生态系统

是指生物群落(包括微生物、动物、植物及人类等)与非生物环境(空气、水、无机盐类、氨基酸等)所组成的自然系统。

　　生态平衡

 生态系统中各个组成部分都处于不断变化和运动之中。由于长期进化过程而逐渐地建立起了相互协调和相互补偿的关系，使得整个生态系统中的生产者、消费者和分解者之间，生物群落与非生物环境之间，物质、能量的输出和输入之间，始终保持着一种动态平衡关系，这称为生态平衡。

　　食物链

 在生态系统中维系生物种群间物质和能量流动的纽带和渠道是食物链和食物网。即在生态环境中不同营养级的生物逐级被吞食以满足生存需要而建立起来的锁链关系。一种生物被另一种生物吞食，后者再被第三种生物吞食，彼此以食物联接起来的锁链关系称为食物链。而各种食物链在生态系统中又彼此交错构成食物网。食物链对环境中物质的转移和累积有重要影响。

　　生物放大作用(biomagnification)环境中的某些不易降解的化学性污染物，可通过食物链的转移并逐级增大在生物体中的浓度。即在高位营养级生物体内的浓度比在低位营养级生物体内的浓度增加很多倍，这称为生物放大作用。如果与环境中的浓度相比，这种生物放大作用可达千倍、万倍，从而损害人类的健康。世界上已经确认的环境公害病：水俣病、痛痛病都与食物链的生物放大作用有关。

　　全球性环境问题“全球气候变暖”、“臭氧层破坏”和“酸雨”

　　全球气候变暖 大气中的CO2和水蒸气能够吸收由地球发射的波长较长的辐射，从而对地球起到保温作用，这相同于人工温室作用，故称“温室效应”(greenhouse effect)。

　　全球气候变暖将对热相关死亡人数产生重大影响。热浪冲击可能会导致心脏、呼吸系统疾病的发病率增加。对老人、儿童及病人，可导致热胁迫死亡率急剧上升;许多虫媒疾病属于温度敏感型，全球气候变暖将使虫媒疾病流行范围扩大;其他经水、食物传播的疾病也可能出现地区分布的扩展和传播时间延长;此外，气候变暖可导致全球平均降水量增加，冰雪覆盖大陆地面积缩小。因气温上升将加速大气中化学反应的进程，臭氧浓度增加，加速酸雨、酸雾的形成使大气质量更加恶化。

　　臭氧层破坏

　　臭氧层中的臭氧几乎可全部吸收来自太阳而对人类有害短波紫外线的B段(280～320nm)和C段(200～280nm)，保护了地球上的生命物质。

　　从50年代以来，就观察到大气臭氧浓度有减少趋势。尽管大气臭氧遭受破坏的原因及过程极为复杂，但环境化学性污染物的作用则勿容置疑。

　　臭氧层破坏降低了对太阳辐射的过滤作用，使地面辐射量，特别是短波紫外线增强，这将会对生物及人类健康产生不良影响。

　　1.对皮肤癌发生率的影响 太阳辐射与三类皮肤癌(基础细胞癌、磷状细胞癌和皮肤黑瘤)的发生有关。动物实验证实， UV-B对皮肤癌有明显诱导作用。有人估计，总O3减少1%(即UV-B增加2%)，基底细胞癌、鳞状细胞癌、皮肤黑瘤发生率，可能将分别增长4%、6%、2%。

　　2.对居民呼吸道及眼部的损伤 分解臭氧的光化学氧化剂增加后，加上全球变暖，将加速大气中化学污染物的光化学反应速率。这样，光化学氧化剂对人体呼吸道、眼粘膜刺激作用将会增强，致使眼、呼吸道粘膜刺激炎症病例增加。

　　酸雨

　　酸雨是指降水中含有一定数量酸性物质的自由降水现象，其pH值小于5.65，降水包括雨、雪、雹和雾等。

　　酸雨形成的机制和过程很复杂，受多种因素(气象、土壤、污染等)影响。大气受到化学性污染则是主要的成因。根据对酸雨成分分析，硫酸和硝酸占酸雨总酸组分90%以上。可以认为煤、石油燃烧向大气排放SOx和NOx是城市酸雨的基础。

　　酸雨对人类生态环境影响是多方面的，主要是：

　　酸雨对人群健康的危害

　　酸雨中的重金属离子和从土壤中溶出的重金属离子，都会增加饮用水水源金属离子的含量。酸雾对人体健康的直接危害远远超过SO2的作用。

　　人与环境

　　(一)机体与环境间的相互作用

　　(二)环境有害因素对机体作用的一般特征

　　环境有害因素对机体健康能否造成危害及其程度，受到许多条件的影响，其中最主要的影响因素为环境有害因素作用的强度(剂量或浓度)、作用时间和机体的健康状况、易感性特征等。

　　1.剂量-效应(反应)关系

　　剂量通常指进入机体的有害物质的数量。与机体出现各种有害效应关系最为密切的是有害物质到达机体靶器官或靶组织的数量。但在实践中要知道有害物质在靶器官和靶组织中的剂量在测定上尚有许多困难。因而，在实际应用中都是指暴露(或染毒)剂量。

　　剂量与强度含义相同都是指作用于机体的环境有害因素的数量，只是在不同性质的环境有害因素中应用的不同的表示方法。

　　剂量-效应(doso-effect)关系 随着环境有害因素剂量的增加，它在机体内所产生的有害的生物学效应增强，这称为剂量-效应关系。它表示进入机体的剂量与某个机体所呈现出的生物效应强度间的关系。

　　剂量-反应(dose-response)关系 是指随着剂量增加，产生某种特定生物学效应的个体数增加，通常以出现特定生物学效应的个体占总测试个体数的百分数来表示。这是环境有害因素作用于人群后，机体反应的一般表示方法。

　　2.作用时间(物质蓄积与功能蓄积效应)

　　在环境有害因素某个剂量或强度作用条件下，作用时间的长短对机体产生有害生物学效应的严重程度具有重要影响。特别是在环境中存在低剂量的环境污染物，需要经过相当长时间作用后，在人群中才会出现有损健康的效应。

　　物质蓄积 化学性污染物在机体内的蓄积称为物质蓄积。

　　环境有害因素特别是化学性污染物，长时间接触人体，可能在体内贮存和蓄积，逐渐达到可能对靶器官和靶组织产生病理性损害的剂量或浓度，而出现有害的生物学效应。

　　功能蓄积 有些环境有害因素，进入机体后，能较快地被分解并以多种形态迅速排出体外，不在机体内蓄积，但该物质在靶组织或靶器官上产生的功能改变可逐渐累积，从而导致机体对该物质的反应性增强，功能或生化代谢改变加重，最终造成器官或组织的损害，这称为功能蓄积。

　　耐受性 与环境有害因素在体内所致组织和器官功能蓄积改变相反的是机体对该有害因素的耐受性。随着机体摄入该物质次数的增加和时间增长，机体呈现出对该有害因素反应性降低或减弱。

　　(三)健康效应谱与敏感人群

　　1. 健康效应谱(spectrum of health effect)

　　当环境变异或环境有害因素作用于人群时，由于人群中各个个体暴露剂量水平，暴露时间存在着差异，个体在年龄、性别、体质状况(健康和疾病)以及对该有害因素的遗传易感性不同，可能出现各种不同的反应。人群对环境有害因素不同反应的分布模式，类似于金字塔形，构成了人群金字塔形健康效应谱。

　　2.敏感人群

　　通常把易受环境损伤的人群称为敏感人群(易感人群)。敏感人群对环境有害因素作用的反应比普通人群更为敏感和强烈，即在敏感人群中出现某种不良反应的反应率明显高于普通人群。

　　个体差异 长期来人们注意到在健康状况、年龄、生活条件、营养状况大体相近的普通健康人群中，对环境有害因素作用的反应仍有明显差异，即使在相同环境暴露条件下(相同暴露物质、剂量及时间)也是如此，这种现象通常称为个体差异。

　　微量元素与健康

　　在地球地质发展过程中，自然地形成了地壳表面化学元素的不均匀分布。这样，地球上不同地区的土壤、水体和植物中化学元素种类和含量存在着差异，继而影响到该地区生活人群对化学元素的摄入量。由于地质原因使得生活人群对某种化学元素摄入量过高或过低而引发的疾病称为生物地球化学性疾病。

　　(一)常量和微量元素

　　根据化学元素在人体内含量多少，可分为常量和微量元素两类。

　　常量元素 碳、氢、氧、氮、硫、钾、钠、磷、钙、镁、氯等11种元素，占人体内化学元素总量99.95%，称为常量元素。

　　微量元素 在人体内正常含量小于人体体重0.01%的化学元素称为微量元素。它包括锌、铁、铜、锰、钴、铬、钒、锡、硒、氟、碘、铂、铝、铅、镉、汞、铊、镍、锶、锂、硅及多种稀土元素等。

　　必需微量元素 目前认为有14种微量元素(如锌、铁、铜、钼、铬、锰、钴、镍、锡、钒、碘、硒、氟、硅等)在生物体内是维持正常生理、生化功能、生长发育和生殖繁衍所必不可缺的元素，称为必需微量元素。

　　非必需微量元素 因其无或尚未发现在生物体内有益的生物学作用的微量元素，称为非必需微量元素。

　　无论必需或非必需微量元素摄入量过多时，均可能对机体产生有害作用。

　　(二)微量元素与疾病

　　微量元素的生物效应表明了它在维持正常人体功能和健康上有着重要的地位。但由于其生物学效应的两重性，特别是那些安全范围较小的微量元素，人体摄入量过低或过高都会产生危害(砷、氟、碘所致的生物地球化学性疾病将在其他章节讲述)。人体内微量元素不足或缺乏，不仅与摄入量多少有关，而且与机体的先天性代谢功能异常也有关。

　　环境污染与健康

　　环境(化学性)污染对人群健康的影响：

　　(一)环境污染对人群的急、慢性危害

　　1.急性危害

　　环境污染物在短时间大量进人环境，使得暴露人群在较短时间内出现不良反应、急性中毒甚至死亡等。

　　如在英国多次发生的伦敦烟雾事件，美国的洛杉矾、纽约和日本大贩、东京发生的光化学烟雾事件，日本的四日市事件，米糠油多氯联苯污染事件等。

　　事故性废气、废水排放，导致工厂附近生活的居民发生急性中毒(如 Cl2、NH3、H2S、HCN中毒)等。如 1984年印度博帕尔农药厂发生的异氰酸甲酯(CH2NCO)泄漏事件。

　　2.慢性危害

　　环境中有害因素(污染物)以低浓度、长时间反复作用于机体所产生的危害，称为慢性危害。慢性危害的产生是由于低浓度环境污染物本身对机体损害的逐渐积累，即该物质在机体内的物质或功能蓄积所致。

　　环境污染慢性危害所致的机体不良反应和损害结局，大多数都不具有特异性损害特征，更由于时间长，影响机体反应的因素复杂，故不易确证该污染物与机体慢性损害的因果关系。