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1、第四章 地球化学环境与人类健康,人类自诞生以来，就同周围环境有着密切联系，人类从环境中获取维持生命的物质和能量。同时，人类的发展，以及生产和生活活动又在反过来影响着环境，而环境也在不断地给人类以反作用。人类与其生存的地球化学环境之间相互左右、相互影响，共同构成了一个统一的整体。,第一节 人体与地球化学环境的关系,生命是以蛋白质的方式生存着，并以新成代谢的特殊形式运动着。人体通过新成代谢和周围环境进行物质交换。人类在其发展过程中，与其所处的环境，尤其是地球化学环境，始终是处在相互适应、相互协调的对立统一之中。一、人体化学组成与地球化学环境的关系人体的构成从原生质、细胞、酶到骨骼、肌肉各种脏器和器
2、官都是由自然界中的水、氧、碳、氮和无机盐等元素与化合物组成。自然界的各种元素或化合物都是以空气、水和食物等形式经由呼吸道和消化道进入体内的。化学元素把人和地球化学环境紧密联系起来了。自然界是不断变化的，人体总是从内部调节自己的适应性来与不断变化的地壳物质保持平衡关系。,迄今为止，在人体中所发现的60余种元素中，有99.954%是由氢、氧、氮、碳、磷、硫、氯、钾、钠、钙、镁和铁等宏量元素组成的，余下不到0.05%的体重主要是由氟、锌、碘、铜、钒、锰、镍、钴、硒、铬和钼等微量元素(含量0.01%)组成的。人体主要由宏量元素氧、碳、氢、氮组成，它们是人体各种软组织、体液和血液的主要组成元素。在人体的
3、牙和骨组织中钙、镁、氟、磷含量最多，在人体的细胞外液如血浆及淋巴等含钠盐多，而在细胞内钾含量多。微量元素在人体中所占比例虽不到0.05%，但对人体健康有不可忽视的作用。,二、人体与环境的辩证关系 人体与环境之间最本质的联系是能量的传递和物质的交换，人与地壳物质保持的平衡是通过人体的新成代谢与周围环境进行物质交换实现的。所谓新成代谢，是指人体从自己周围的环境中摄取适当的物质，以构成自身的组织和转变为能量储备；同时又不断地分解自身的组织和能量储备以释放能量，并把分解后的废物排出体外。前者称为组成代谢或同化作用，后者称为分解代谢或异化作用。,由于自然界的不断变化，人类总是从内部不断地调节自己的适应性
4、，以保持人体与地球化学环境的动态平衡，维持生命活动的正常进行。如果由于某种自然的或人为的原因，使环境中新出现或增加了某种化学物质，或减少了某种化学物质，超过了人体生理功能所能承受的适应能力，人和地球化学环境的平衡关系就会遭到破坏，人体健康就要受到影响，甚至发生疾病或死亡。人体各系统和器官之间是密切联系着的整体。人体各种生理功能在某种程度上对环境的变化是适应的。如解毒和代谢功能往往使人体与环境达到统一。但是，这些功能有一定的限度。如果大量的工业“三废”、农药等毒物进入环境，并通过各种途径侵入人体，当超过了人体所能忍受的限度时，就会引起中毒，导致疾病和死亡。某些元素在自然界含量过高或偏低，会造成一
5、些地方病。有毒物质通过呼吸、饮水、食物等直接或间接地进入人体会造成疾病，影响遗传甚至危及生命。,三、现代人类疾病类型与地球化学环境的关系,一、疾病的类型农业时期，生产力和科学技术水平落后，人类疾病类型主要以生物性传染病（以病毒、细菌、寄生虫等为动因所引起的疾病，如各种肠胃传染病、结核病等）、营养不良性疾病、原生性地方病等为主。本世纪以来，随着工业的迅猛发展，世界疾病模式发生了巨大的变化。世界卫生组织根据现代医学、生物学和进化论的理论，把现代人的疾病分为四大类型，即遗传性疾病、先天性疾病、匮乏性疾病和现代病。遗传性疾病是由于生殖细胞或受精卵里的遗传物质在结构或功能上发生了不利改变，从而使发育成的
6、个体罹患的疾病。,先天性疾病是怀孕期间，在胚胎发育过程中，由于不利因素的影响造成的疾病。这些不利因素影响了胎儿的正常发育，使得胎儿一出生就患有某种疾病。匮乏性疾病又叫贫穷病，是由于人们所处环境的生活条件恶劣、营养不足、卫生条件差所导致的疾病。现代病主要发生在经济发达的地区和国家，城市的发病率又明显高于农村。2、疾病类型与环境的关系疾病作为人类社会中客观存在的现象，它和生态地理、地球化学环境之间有着不可分割的联系。任何疾病都是在一定环境条件下发生的，环境影响致病因素和人体的功能状态，或者影响致病因素与人体的接触机会，从而影响疾病的发生、类型和发展。,遗传性疾病与环境遗传性疾病起因于生殖细胞或受精
7、卵里物质的不利变化。遗传物质的损害主要是基因缺陷和染色体畸变。环境因素可以影响遗传物质，许多化学物质都可以引起突变。随着环境污染日趋严重，各种有害化学物质大量进入人类环境，其中一些致突变物质染色体结构破坏、数目异常或导致基因突变，从而使人类的遗传性疾病大量增加。先天性疾病与环境该类型疾病是胚胎发育过程中某些环境因素造成的。由于现代环境的变化，先天性疾病患者日益增多。怀孕期间，胎儿在母体内发育过程中，由于受不良环境因素的刺激，如过量放射性的照射。严重噪声的影响以及有害化学物质的侵扰等，使胎儿发育异常，出现各种先天性疾病，如先天性心脏病、先天性畸形所造成的婴幼儿死亡已占到各种死亡原因的前列。在一些
8、工业发达国家，由于环境污染的影响，死于先天性畸形的儿童为死于传染病的2倍。,匮乏性疾病与环境匮乏性疾病主要存在于落后国家或地区，乃是由于区域自然环境恶劣，经济、文化落后所造成。现代病与环境由于现代社会的发展，出现了大量的现代病，以癌症、心血管和各种职业病为典型代表，主要发生在发达国家和地区以及大城市。在当代，心血管疾病和癌症死亡率已构成死亡原因的第一、二位。国际上比较一致地认为90以上人类的癌症与环境因素有关。由于环境污染，我国目前每年有数十万人死于癌症，尤其是肺癌、肝癌、食管癌、胃癌。环境化学致癌原广泛存在于香烟、空气、水、工业废水、农药、药物以及食品中。,有关专家的研究表明，全国14种癌症
9、的大多数主要与城市化有关，即城市化程度越高的地区，其癌症死亡率越高。因此，癌症的高发区趋向于分布在北京、沈阳、上海等大城市及其邻近地区，并认为这种分布差异与城市环境污染、吸烟和饮食有关。在发达国家和地区，心脑血管疾病已成为最主要的死亡原因。尤其是社会环境和当代人们不健康的生活方式是造成这类疾病的重要原因，如吸烟、酗酒、膳食不平衡、缺乏体育锻炼、心理不平衡等。此外，这类疾病也与饮水硬度成正相关，还与某些环境微量元素有关，因而表现出显著的地理分布差异。,第二节 人体中元素的分布概述,一、元素的环境地球化学分类 生命元素包括两组元素：生命组成元素：它们在人体及生物体中的含量最高，可占人体的99%以上
10、，主要是元素周期表中原子序数小的元素，包括：H、C、N、O、Ca、P、K、S、Cl、Na、Mg、Si；生命必需元素：它们是人体维持正常机能所必需的元素Fe、Cu、Zn、Mn、Co、I、Mo、Se、F、Cr、V、Ni、Br，约占人体重量的0.025%，它们在人体中的不足或过剩都会影响健康，甚至危及生命。许多研究者认为生命必需微量元素必须具备以下条件：从饮食(或饲料)中除去某一种元素后，就会出现由该元素引起的生理缺乏状态；加入某一元素后，该缺乏状态就可以得到缓解；这种特异元素必须具有某种特异的生化功能。生命必需元素主要是通过动物实验和人群观察而被发现和证实的。,判断元素的必需性应符合以下条件：1)
11、必须存在于一切生物的所有健康组织内；2)在不同的动物体内的浓度应该相当恒定；3)元素一旦从生物体中缺失，往往会发生结构上或生理上的异常；4)如果补足这种元素，则可防止异常的发生或使其恢复正常 对于必需元素最适营养浓度定律：植物缺少某种必需的元素时就不能成活；当元素适量时，它就能茁壮成长；过量时则有毒害。值得说明的是，该定律不仅适用于植物，也适用于包括人类在内的所有生物。,毒性元素 指对生物有毒性而无生物功能的元素。自然界中，这些元素多数形成硫化物矿物,除Be以外，其原子序数均比较大。不同的元素对不同的生物其致毒量是不同的。该类元素又可分为两类：毒性元素：Cd、Ge、Sb、Te、Hg、Pb、Ga
12、、In、As、Sn、Li。严格说来，几乎每一种元素当人们对它的摄取(或误服)过量都会产生毒性。上面所列的毒性元素是指它们对生物体无有益作用，而只有毒性。潜在毒性和放射性元素：Be、Tl、Th、U、Po、Ra、Sr、Ba。,无毒性稳定性元素该类元素的地球化学性质稳定，多呈氧化矿物或自然元素状态产出，并多数呈副矿物。由于它们在地壳中含量极低，故在生物体内的含量极微，至今未见到它们对生物体有毒性的报道。它们包括：Ti、Zr、Hf、Sc、Y、Nb、Ta、Ru、Os、Rb、Ir、Pd、Pt、Ag、Au。两性元素两性元素指的是B。其氧化物具弱酸性，对人体无明显中毒现象。,二、人体中元素的缺乏和过量供应,化
13、学元素通过肠胃道、肺、皮肤进入体内后，在经血液输送过程中，某些元素在人体各组织中的分布具有明显的选择性，即某些元素特别易于在人体某些组织中富集或被吸收。如：脑：Cd、Sr、Br、Al;肾：Bi、Pb、Cd、Se、As、Si;肝：Pb、I、Sm、Se、As、Zn、Cu;肺：Sb、Sn、Se、Cr、Al;淋巴结：U、Tb、Sb、Mn、Al、Li。,在上图中，环境地球化学工作者更关心曲线平台两侧的异常部分。在左测部分，有机体因得不到足够数量的微量元素而出现缺乏症状。这一类问题经常在第一环境中遇到，这是由于天然地球化学环境中元素的不均匀部分造成的，如缺碘与地方性甲状腺肿大；缺硒、缺钼与克山病的关系等。
14、在曲线的右测部分，因环境中存在过量的某些化学元素而导致有机体中毒。这类问题，除了天然地球化学环境的不均匀性引起外，当前经常遇到的就是所谓第二环境问题，即人为的活动所引起的环境污染。,三、人体中元素的分布,人体主要由骨骼、肌肉、脂肪、血液、脏器、皮肤及毛发组成。元素在人体中分布是不均一的。Ca、P、S、Si、Mg、F、Mn等元素主要分布于骨骼中，是构成骨骼的主要元素，其中的Ca、P、S、Mg等具结构性作用。Sr、Ba、Pb、Be、Cd、U、Au、Li等元素与骨骼有较强的亲合性。前一组元素的多少及其比值的大小对骨骼的生长、发育有重要的影响；后一组元素，在骨中过量的蓄积将会产生不同程度、不同性质的损
15、害。研究表明：人体中铍的蓄积愈高，患骨癌的可能性就愈大；镉大量在骨中沉着可产生骨痛病，大量的镉在骨中蓄积还容易导致骨癌。,牙齿多由Ca、P、F、Si、V等元素组成。而Si、Ni、As、Zn、F、Fe、Ti较多地集中在毛发中。Zn、Cu、Ca、Mg、V、Se、Br等元素易蓄积于肌肉中，它们在肌肉中的量占人体总量的百分数为：Zn，65.2%；Br，60%；Se，38.3%；Cu，34.7%。当肌肉缺镁、钾时，可导致肌肉无力、肌麻痹、肌萎缩等症状。V、Hg、Cr、Nb、Sn等元素易积蓄于脂肪中，其中V、Cr对脂肪代谢和降低胆固醇有重要作用；Hg，尤其是甲基汞易在脂肪和大脑中蓄积，不易排出体外，容易引
16、起汞中毒。钒、汞、铬、铌、锡在脂肪中的蓄积量分别可达总量的90%、69.2%、37%、26%和25%。,Fe、Co、Mo、Cu、V等元素是血液中的主要微量元素，铁在血液中的含量可占人体总铁的70%。这些元素与血液的形成密切相关，可以认为它们是造血元素。维持大脑功能的主要元素有P、V，然而Li、Rb、Hg、Pb、Al、Cd、F、Br、Cu、Sr等元素也易在脑中积蓄，但它们是有害的。汞还可以穿过大脑屏障使细胞产生永久损伤，带来灾难性的后果。随着年龄的增长铝在大脑中富集，铝主要集中于神经元细胞内，可导致神经微纤维缠结性病变。过量的铅可使大脑痴呆，脑中的铅过多可引起神经系统疾病，如神经疼痛、急性脑炎等
17、。过量的氟、溴对脑神经有麻痹作用。,在甲状腺中蓄集了大量的碘。在性腺中含有较大量的锌、锰和少量的砷。在动脉壁上沉着了较多的硅。适量的SiO2对于保持动脉血管的通透性和弹性是必要的，但是过量的SiO2可导致高血压。Sb、Sn、Se、Cr、Al、Si、Fe易聚集于肺中，这很可能是通过粉尘而吸收的。肺癌的产生与上述元素过量地被吸入有关。Cd、Hg、Zn、Bi、Pb、Se、As、Si较易蓄积于肾中，当其含量过高时，肾组织就会受到损伤。Se、Cu、Zn、Fe、As、Cr、Mo、V、I等元素易在肝中贮积，适量的硒、铜、锌、铁等元素对维持肝组织的正常功能是必要的。,研究表明：适量的硒、钼、镁、钙、钾、铜、铁
18、、铬等元素有益于心肌代谢，而镉、铅、铬等元素在心肌中过量聚集会影响心肌代谢，甚至导致心肌坏死。在淋巴系统中易富集Si、U、Te、Sr、Mn、Pb、Li等元素。人体中元素的分布随着年龄的增加，在肺、肾、肝中钙、铜、铁、锰、锌、钼、镍、钛等元素富集，在骨骼中锶、氟、硅明显增加，钙反而减少，在动脉壁和淋巴系统中SiO2积累，在大脑中铝明显积累而铷却减少，在性腺体中Zn也明显减少。人体中元素的这些变化是衰老的象征。就人类的衰老过程而言，表现为Al、As、Ba、Be、Cd、Cr、Au、Ni、Pb、Se、Si、Ag、Sr、Sn、Ti、V等元素的积累，Ca、Zn、Rb减少。,元素与人体健康之间的关系,元 人
19、体内 人体中 缺少和过量可能引起的疾病素 的含量 的作用,缺铁易得传染病和贫血症。过量可引起中毒，表现为肝、肾受损，婴儿铁中毒是呕吐、胃肠道出血、末梢神经衰竭、重者死亡。,Fe 45g,Cu 100150mg,适量铜可保证造血机能正常活动。缺铜会引起贫血、造成局部皮肤脱色(白癜风)、引起白发。过低可导致主动脉血管弹性降低。过量铜严重影响机体的正常代谢。,Zn 1.53.0g,缺锌可导致生殖力下降，形成性发育不全的侏儒，引起味觉不灵敏，食欲不振，视力减退，形成暗视盲。锌过多会引起恶心、呕吐、痉挛、下痢。锌的毒性极小，即使是高浓度毒性也不大。,Mo 1220mg,钼过多患通风病，可引起甲状腺肿大，
20、干扰机体的钙、磷代谢，影响骨、齿的生长，形成佝偻病、软骨病和龋齿。缺钼肝解毒功能下降，以致肝损伤。,Se ng、mg,低硒引起心肌病和多种癌症，营养性肌无力，肌萎缩以及龋齿、白内障等，儿童恶性营养不良及婴儿猝死。高硒引起脱发、指甲畸形或变软和神经中毒。,Mn 20mg,锰不足可导致软骨、生长障碍、易患动脉硬化症。缺锰则影响造血功能。过量锰会引起中枢神经损伤。,参与人体各种酶的组成,元素与人体健康之间的关系,元 人体内 人体中 缺少和过量可能引起的疾病 素 的含量 的作用,I 1520 mg,Cu 100150 mg,Ca 1.25 mg,Mn 20 mg,Cr 6 mg,Co 1 mg,低碘可
21、引起地方性甲状腺肿，生长发育停滞，体力和智商水平下降，中枢神经发育不全，重者导致呆傻症(克汀病)。高碘也可导致甲状腺肿,同前,缺钙容易诱发高血压，引起佝偻病、软骨病、骨质疏松。钙过多会导致缺血性心脏病，引起呕吐，肾脏钙化。,同前,铬适量有助于胆固醇的分解、排泄、可预防冠心病和动脉粥样硬化。缺铬可引起高血压和冠心病。铬过量会引起中毒。,缺钴会引起贫血。钴过量会引起机体代谢障碍。产生中毒。过剩还可以诱发甲状腺肿大。长期摄入会引起心肌病,Ni 9.8 mg,适量镍可以提高胃蛋白酶的活性和改善造血过程。过量镍引起慢性中毒，导致中枢神经障碍，肝脏损坏，贫血和胃肠炎等。镍有很强的致癌作用。,具有催化作用,
22、元素与人体健康之间的关系,元 人体内 人体中 缺少和过量可能引起的疾病 素 的含量 的作用,Zn 1.53.0mg,I 1520 mg,Se N mg,Ti 4.7 mg,同前,同前,同前,微量钛可加强心肌收缩。钛还有降低血压的作用。,增能加提机高体抗免病疫能功力,K 145 mg,缺钾会引起精力疲惫，心脏麻痹。钾过量引起中毒，表现为手足麻木，知觉异常，四肢疼痛，恶心呕吐、心律不齐、心动过缓，直到死亡。,Na 83 mg,钠不足表现为软弱无力，食欲不振，头昏等，长期缺钠则影响发育。过量钠可导致婴儿急性中毒、甚至永久性脑损伤、还可引起高血压。,Li 2.2 mg,锂不足会产生狂燥症。锂过高可导致
23、抑郁症，可抑制心肌活动，降低血压，重者可导致心脏停搏。锂中毒表现为肌无力，发射抗进，震颤、视力模糊、昏睡不醒。,保护心血管,元素与人体健康之间的关系,元 人体内 人体中 缺少和过量可能引起的疾病 素 的含量 的作用,Ca 1.25kg,同前,Mg 24g,镁不足可引起生长停滞、发育障碍、骨质松脆，牙齿生长不良，骨痛、精神抑郁、心动过速、肌肉痉挛。过量镁会引起神经系统作用过程抑制，降低动脉压力。,Ti 14.7g,同前,钒过量可抑制许多酶的活性，从而影响机体的正常代谢。钒中毒可引起肾小管坏死和肝脂肪变性,Se Fe Cu Zn Na Co,V 0.1mg,同前,同前,同前,同前,同前,同前,Nm
24、g 4.5mg100150mg 1.53.0g 83g 1mg,第三节 微量元素与人类健康,一、微量元素的生理功能摄入人体中的各种微量元素，有属于人体必需的，即没有它人就无法生存或不能保持健康状况，如氟、锌、钴、溴、铜、钒、硒、锰、碘、镍、钼、铬等；有些对人体不起生理功能作用，证明为不需要元素，如锆、铷、铌、铝、硼、金、银、钛等；有些则对人体有毒害性作用，如砷、镉、汞、铅、锑、铊及稀土金属等。人体对各种微量元素的需要，依年龄、生理条件、环境条件及遗传因素等情况而定。据联合国世界卫生组织和文献公布，成年人对一些必需元素的需要量见表54所示。,人体必需微量元素对成人的供给量,微量元素的重要生理功能
25、表现在：,在酶系统中起特异的活化中心作用。酶是一种大而复杂的蛋白质结构，它的作用在于强化生化作用。几千种已知的酶中，大多数含有一个或几个金属原子。失去金属元素，酶的活力就丧失或下降；获得金属元素，酶的活力就恢复。在激素和维生素中起着特异的生理作用。如甲状腺激素中缺少碘原子，就失去效用，人体就会得甲状腺肿大病。输送宏量元素的作用，如血红素中的铁是氧的携带者，它把氧带到每个组织、器官的细胞中去，供应代谢的需要。微量元素在体液内，与钾、钠、钙、镁等离子协同，可起调节渗透压、离子平衡和体液酸碱度，以保持人体的正常生理功能。,不同的微量元素在人体内有着不同的作用，一些重要的微量元素的作用是：,铁是哺乳动
26、物血液中交换与输送氧所必需的一种元素，分布于红细胞中；锌是构成蛋白质分子所必需的，蛋白质是构成细胞 大部分的固体物质；铜是极有效的催化剂；锰参与许多酶促反应；铬是糖代谢和脂肪代谢过程的必需元素；钴是维生素B12分子的一个必要组分；钼是催化嘌呤转化为尿酸的代谢过程中最后一步的酶的一个组分；碘参与合成甲状腺；氟促使牙齿和骨骼钙化；硒是强的抗氧化剂。,二、元素的协同和拮抗作用,当某些共存的微量元素一同摄入人体内时，彼此之间往往发生错综复杂的拮抗或协同的作用，影响体内的生理平衡。一些非必需元素置换或取代人体必需的元素，如金或银取代铜、砷取代磷、钨取代钼等都能危害儿童健康。不论人或动物，当铁充足而缺少铜
27、时一样可发生贫血症，说明铜与铁在人体内显示生理协同作用；而另一些元素则具有拮抗作用，即生物体中，一种元素对另一种元素的正常生理功能产生干扰的现象，它既可以是抑制或抵消，也可以是加剧。铜与钼、硒与汞、铜与锌、铊与硒、铜与镉、锌与镉之间存在着生物的拮抗作用，实验证明：硒中毒可由砷酸钠水溶液缓解或完全消除。,元素的拮抗作用根据作用机理的不同，可分为：,直接化学反应产生的拮抗作用 如果两元素能生成难离解的稳定化合物或两元素间能发生氧化还原反应，它们之间可能存在着生物拮抗作用。As、Hg、Cd、Ag、Sb等元素对Se的拮抗，可能是由于生成As2Se3、HgSe、CdSe使Se的活性消失；Cr6+对Fe2
28、+的拮抗，实质是Cr6+在红细胞内被还原成Cr3+，使Fe2+氧化为Fe3+。干扰元素作用于金属酶的辅基或金属蛋白的蛋白质活性基团，使酶或蛋白质遭到破坏，从而实现对酶或蛋白质中有益元素的间接拮抗。如Cd对Zn的拮抗作用，是由于Cd与巯基的结合比与Zn的结合更稳定；Ag、Hg、Pb等重金属作用于巯基或羧基，使蛋白质变性。,由于某一元素的作用，使金属酶反应体系中的一环受阻，从而产生对另一元素的间接拮抗。如铜与钼的拮抗，是由于含钼的脱氢酶使代谢物氧化并产生H2O2，正常情况下H2O2在含铁的过氧化氢酶作用下，迅速分解为水和氢，而当有过量的铜存在时，便抑制过氧化氢酶，从而造成细胞内H2O2的毒性积累，
29、这些过剩H2O2将反过来抑制或破坏含钼的脱氢酶，整体上造成了间接的Cu-Mo拮抗现象。相似原子结构的元素在有机络合物中互相取代。在已经观察到的拮抗关系中，W-Mo、Cd-Ca、V-Mn、Ni-Cu、Mn-Mg应属这种类型。值得说明的是尽管各拮抗元素对之间的离子半径、生成络合物配位数等值都非常接近，但它们的晶格能和电离势相差较大，使得元素间拮抗能力有明显的差别。例如由于Mo6+的晶格能和电能势比W6+要大，所以Mo6+取代W6+很容易，而W6+要取代Mo6+就很困难。实验证明只有百倍量的W6+才能完全对Mo6+产生拮抗。,三、络合作用,许多由污染途径进入人体的有毒元素，可以针对性地采用某些络合剂
30、和螯合剂有效地加以排除。例如，体内过量的钙可以用EDTA(乙二胺四乙酸)加以排除；用Na2(CaEDTA)可以排出侵入体内的铀、钴、锌，用Na3(CaDTPA)(二乙烯三胺五乙酸钠盐)排除体内的钚；当体内蓄积了大量的镉、砷、汞时，可用BAL(二硫基丙醇)加以排除；采用D-青霉胺可排除铜和铅；过量的铍可用金精三羧酸排除；用二苯卡巴腙排除体内过量的铊。,四、常见与元素有关的疾病,与元素有关的疾病疾病类型 疾病名称 摄入过量元素 摄入不足元素(1)心血管病 Ca,Mg,Se(2)动脉粥样硬化 Cd Cr心血管系统疾病(3)冠心病 Ca Mg Se Cr Mo(4)心衰猝死 Mg(5)新生婴儿猝死 M
31、g(6)糖尿病 Cr(7)心肌病 Co(1)脑溢血 SiO2脑血管系统疾病(2)高血压 SiO2(3)脑神经紊乱 Cu,疾病类型 疾病名称 摄入过量元素 摄入不足元素(1)地方性甲状腺肿 I I 内分泌系统疾病(2)脑垂体分泌缺乏症 Zn(3)内分泌紊乱 Zn Mg Mn Ca(1)性发育不全、侏儒症 Zn(2)生长发育不良 Mn生殖系统疾病(3)受精率低下 I(4)不育不孕 MgSO4 Zn Mn(5)不孕症 U Ra(1)地方性肠炎 B消化系统疾病(2)地方性胃肠炎 MgSO4(3)胃肠炎 Cd Mg Zn(1)龋齿 F V(2)氟骨症 F,疾病类型 疾病名称 摄入过量元素 摄入不足元素(
32、3)膝外翻综合症 F Mo Ca(4)骨质松脆、牙发育不良 Mg(5)佝偻病 Sr Mg Ca骨齿系统疾病(6)趴病 Ba(7)大骨节病 腐殖酸 Se(8)软骨代谢障碍 S Mn Se(9)骨质松脆症 Cu Sr(10)骨痛病 Cd(11)扁甲 Ca Mg(1)前列腺癌 Cd(2)乳房、结肠、卵巢癌 Se I(3)肝癌 亚硝胺 Se Mo细胞癌变(4)眼癌 As(5)皮肤癌 As Se Ag(6)骨癌 Be Cd Se,疾病类型 疾病名称 摄入过量元素 摄入不足元素(7)喉癌 Ni As Cd(8)咽喉癌 Ni(9)直肠癌 Ni Cd细胞癌变(10)结肠癌 Mo(11)食管癌 Cd Zn Cu
33、(12)胃癌 Zn Cu(13)白血癌 Pb As Zn(14)肺癌 Cr6+Pb Sn Si As Se Sb(1)中枢神经发育不全、脑发育落后、智力低下 I I Zn(2)神经性疾病 Pb(3)神经性传导性障碍 F 神经系统疾病(4)抑郁症 Li(5)狂躁症 Rb(6)神经中毒（水俣病）Hg Se As Ti,疾病类型 疾病名称 摄入过量元素 摄入不足元素(1)脱毛症、指甲脱落 Ti Se 结缔组织(2)扁甲（营养性）Ca Mg(3)毛发、皮肤异常 I I(1)营养性贫血 Fe cu(2)高铁血红蛋白症 NO2(3)糖尿病 Cr其他(4)地方性肌萎缩 Mg(5)结石症 F Ca(6)缺铁性
34、贫血 Fe(7)溶血性贫血 Pb(8)暗视盲（味、嗅觉异常）Zn V,三、几种主要的地方病,所谓的地方性疾病，是指具有一定的发病区域环节的疾病，它是一种影响范围大，潜伏周期长，并具突发性流行，不易根治的疾病。在我国，目前主要有地方性甲状腺肿、克山病、大骨节病、地方性氟中毒病和地方性克汀病等.1地方性甲状腺肿地方性甲状腺肿是一种世界范围的地方性疾病，它严重危害人类健康，在地方性甲状腺肿严重流行的地区，同时流行克汀病，克汀病的特征是聋、哑、傻、锉、终生残废。碘的缺乏或过剩都会导致人体甲状腺代谢功能障碍，发生甲状腺肿.,（1）地方性甲状腺肿的分布：地方性甲状腺肿主要分布于北半球的高纬度地带，包括欧洲
35、、亚洲、美洲的北半部，略呈带状。非洲的刚果河流域、南美的巴拉那河流域都有较大面积分布，但地带性不明显。地理特征上，集中分布于世界几大著名的山脉，如亚洲的喜马拉雅山区，在尼泊尔境内为最重的病区，患病率高达90100%；欧洲的阿尔卑斯山、高加索山、南美的安底斯山，该病广泛分布：澳大利亚的新西兰岛、新几内亚岛，非洲马达加斯加岛是该病较重的流行地。我国是世界甲状腺肿流行较严重的国家之一，广泛分布于山区和内陆，如长白山、张广才岭、大兴安岭、小兴安岭、燕山、太行山、吕梁山、秦岭、川东和川西山区、云贵高原、青藏高原以及天山山脉、昆仑山山脉都是本病严重流行区。,碘的地球化学与生物地球化学作用,碘在自然界一般呈
36、碘化物、碘酸盐或有机碘化物的形式存在。碘在地表环境中具有很强的迁移能力，容易淋溶淋失。土壤中的碘主要是由岩石提供的，一般比母岩高一个数量级；土壤的上部层位的碘含量比下部层位中高；富含落叶及腐殖质的土壤层碘的含量高，成熟土壤中的粘粒对碘具有较强的吸附性。由于降水对土壤碘起淋溶作用，所以我国的地方性甲状腺肿主要分布在山区，在内陆某些起伏较大的地区，山上山上发育低碘地甲病，山下易涝地带则有高碘地甲病发生。保持碘的能力较差的沙土地区也易发生地甲病；保持碘能力过强的土壤又会使植物对碘吸收发生困难，也可造成低碘地甲病的流行。干旱、半干旱气候的油田区和沿海地区往往因摄取过量的碘而引起地甲病。,人体含碘量约为
37、1025mg，有80%的碘富集于甲状腺体中，它是参与甲状腺素合成的必需微量元素，无机碘进入机体后主要为甲状腺体所吸收，通过甲状腺激素与过氧化酶作用使其氧化，活性得到加强，置换甲状腺球朊中酪氨酸基中的氢离子，通过一系列的置换形成碘酪氨酸、二碘酪氨酸、三碘酪氨酸和四碘酪氨酸，三碘酪氨酸和四碘酪氨酸就是甲状腺素。甲状腺素贮存于滤泡中，它与血清蛋白相结合，被输送到各组织中，起着激素作用，其中的碘被游离出来，再次进入甲状腺体内，最后从肾脏排出体外。缺碘对人的主要表现为：甲状腺体肿大，生长发育停滞，体力和智商水平下降，脑电活动降低，细胞代谢异常，皮肤毛发生长异常，中枢神经发育不全。严重者导致克汀病。,人体
38、主要从饮水和食物中吸收碘，吸收率很高，几乎可达100%，每人每日需碘量为100300g不等。正常需碘量约为200g，摄入量低于50g为不足，大于1000g则会产毒害。碘蒸气可刺激人的眼、鼻粘膜，一次口服23g碘，即可死亡。高碘导致甲状腺肿的机理目前尚不十分清楚，一般认为人体摄入过多的碘，可以抑制甲状腺素的合成与释放，使甲状腺素长期处于低水平状态，从而造成甲状腺的代偿性肿大。高碘引起的甲状腺肿可分为药物型（KI、NaI等含碘药物）、水源型（水源型高碘甲状腺肿病灶分布于河北、山东、山西和新疆局部地区）和食物型（昆布(海藻(0.84.5g/kg)和海带盐(1.0892g/kg)）三类。,地球化学环境
39、中的碘与地方性甲状腺肿,地方性甲状腺肿的发病率山区高，平原低。饮水中的含碘量与地方性甲状腺肿的关系比较一致，具有可比性。当水碘低于最适浓度的下限(10g/L)时，饮水中含碘量愈低，地方性甲状腺肿患病率愈高，二者呈负相关关系；当水碘高于最适浓度的上限浓度时，饮水中的碘含量愈高，地方性甲状腺肿患病率愈高，两者呈正相关关系。多方面研究表明，有些地区的水土并不缺碘，可是甲状腺肿却严重流行。这种现象的产生是由于环境中存在着某些干扰因素，这些干扰因素包括：,1)某些元素的干扰。饮水中较多的钙、镁、锰、氟等元素可以干扰人体对碘的吸收，尤其是钙干扰作用最强。2)污染水干扰碘的吸收。许多资料表明，在亚洲、非洲、
40、拉丁美洲有许多国家因饮用水严重受到有机(微生物)污染，而引起地方性甲状腺肿严重流行。3)食物中的致甲状腺肿物质。某些蔬菜，如卷心菜、黄白菜、大豆等含有致甲状腺肿物质，它们能抑制氧化作用的进行，从而阻碍甲状腺对碘的吸收利用。,地方性甲状腺肿的防治,本病的病因虽然已基本查明，但是，要进行有效地防治，还是一个十分复杂的问题。因为在低碘和高碘环境中都可以发生此病，而且还有许多干扰因素促使该病流行。为了更有效地防治地方性甲状腺肿，环境地球化学工作者应做到：1).查明天然水中碘的分布规律，提供适量碘的饮水水源；2).查明水中Ca、F、Mg、Mn等元素的含量；3).查明地区性的食物特征，如蔬菜、食盐、海产品
41、等对该病的干扰；4).测定水中有机质的含量和细菌指数、水中的亚硝酸盐含量。对于该病的有效防治方法是使用碘盐、进行改水、限制使用“促甲状腺肿”物质。,2 氟的生物地球化学与地方性氟病,地方性氟病是一种世界性地方病，流行于五大洲。我国主要主要流行于贵洲、陕西、甘肃、山西、山东、河北、吉林、黑龙江等省。它的主要表现是氟中毒引起的斑釉牙、氟骨症和氟摄入不足引起的龋齿。地方性氟病的分布地方性氟中毒的分布可分为地带性和非地带性的。地带性氟中毒的分布与自然地理纬度有关，其主要分布于干旱及半干旱带，年降水量为200400mm左右，或更少。这种地带主要位于赤道南北的1535之间，它包括了中国、前苏联、和蒙古境内
42、的干旱、半干旱区。,非地带性的氟中毒在许多国家也有分布，可分为以下几种情况：与火山有关的氟病区，如冰岛、意大利、日本等国；与含氟岩石或含氟矿床有关的氟病区，如埃及、突尼斯、阿尔及利亚、摩洛哥等国；与磷酸盐矿床(Ca5PO43F)有关的氟病区；与冰晶石(Na3AlF6)矿床有关的氟病区；与一些著名温泉有关的氟病区，如我国北京的小汤山温泉、怀来盆地温泉区。氟中毒的发病原因可分为饮水型、燃煤污染型和食物型。危害最大的是饮水型，在我国的干旱、半干旱高氟潜水病区，如“三北”地区、安徽、江苏北部的部分地区；分散分布的深层高氟地下水病区，如河北沧州、天津、新疆奎屯、山东惠民。燃煤污染型，是当地群众采用含氟高
43、的石煤烘烤粮食引起的，在湖北恩施、贵州毕节、云南昭通、四川宜宾、陕西汉中、安康都有发现。食物型高氟中毒的资料较少，已报道的如四川彭水县郁山镇居民食用当地产的井盐发生氟中毒；四川阿坝壤塘县的藏民饮茶过多而引起氟中毒。,氟的地球化学与生物化学作用,氟的来源主要有两种，一是矿物、岩石被风化；二是火山喷发。因自然条件的不同，土壤的含氟量差别很大。在湿润土壤的灰化土带、森林灰棕壤带和热带雨林的红壤带，属于酸性淋溶环境，有利于氟的迁移，土壤中氟的含量较低，为1310-32810-3%；而在草原栗钙土、黑钙土中为2.410-23.210-2%；在盐渍土中含氟量更高。氟极易为水迁移，在酸性环境中呈离子状态。但
44、水的含氟量与气候带密切相关，在湿润的淋溶区，水氟含量很低，为0.020.2mg/L；在干燥区，水氟含量一般为0.81.5mg/L，局部地区大于1.5mg/L；海水氟含量为0.10mg/L，河水氟含量为0.027mg/L，潜水0.0228mg/L，承压水0.51.0mg/L。,天然水中氟的主要来源是含氟矿物、含氟矿脉及矿床。因此，在大的构造盆地和山前断陷带都是氟聚集的有利环境。温泉和古火山的分布多与构造有关，它们是地表环境中氟的另一个重要来源。干旱的古地理环境是高氟地下水形成的主要原因。氟是一种重要的生命必需微量元素。在人的骨骼、肌肉、血液和脏器中都有它的存在。正常人体的含氟量为1390mg。氟
45、在体内的分布是不均匀的，年龄不同、各组织和器官的含氟量也不同，随着年龄的增加，氟在骨骼中明显积累。,人体在高氟环境中，长期摄入过量的氟，在机体内可形成CaF2。CaF2沉着于骨及软骨组织中，破坏钙磷代谢，影响骨骼正常发育生长。CaF2还可导致牙齿钙化不全，牙釉受损。过量的氟可抑制许多酶的活性，干扰基因合成，影响甲状腺、胰腺、肾上腺、性腺等的内分泌功能从而使胃、胰、心脏、大脑、肝脏等脏器和器官受到损伤，对生殖功能也有一定影响；过量的氟对中枢神经有毒害作用，影响神经传导，破坏条件反射，引起神经中毒。氟磷酸盐就具有神经毒性，可用它制作化学武器。生活在高氟区的人群，往往有肢体麻木、知觉异常、反应迟钝、
46、嗜睡不醒等症状。严重的氟中毒就是氟骨症。表现为骨质被破坏、堆积、骨质软化，骨外膜赘骨增生，韧带钙化，骨质疏松。随之而来的是肌肉萎缩、肢体变形。氟骨症的临床特征是腰部和腿部的大关节疼痛、运动障碍、弯腰驼背、四肢畸形，甚至瘫痪残废。,地方性氟病的预防,地方性氟中毒，除了为数不多的食物型和燃煤污染型外，绝大多数属于饮水型。许多国家都采用降低水中氟含量的办法来预防氟中毒。降氟方法大体上可分为化学法、物理吸附法和电化学法三大类，其中以化学法采用较为普遍。就世界范围而言，低氟水的分布也很广泛，因此龋齿广泛流行。对于低氟水的改良方法，主要是进行氟化。,3 砷与砷中毒,在医药方面用砷化物治疗梅毒、贫血、风湿症
47、、白血病、牛皮癣、慢性皮肤病、寄生虫病和贫血。在农业上，常用砷酸铜、砷酸铝、砷酸铅和有机砷化物等作为除莠剂和杀虫剂。在畜牧业上，用砷化物作为饲料添加剂促进猪和禽类的发育生长。林业上，人们常用铬砷合剂、砷酸钠、砷酸锌作为木材的防腐剂，以防止霉菌和昆虫的侵蚀和破坏。在制革工业中常采用较大量的砷化物作为脱毛剂。砷的用途很广，但实际中人们多利用它们的毒理性质。人们对砷的使用是环境中砷的主要来源之一，甚至可造成局部环境的砷污染。据估计，由人类活动释放的砷每年大约为24000吨。,砷的地球化学,砷有0、-3、+3、+5四种价态，以后两种价态常见。它的地壳为1.8g/g，广泛分布于大气、水、土、岩石和生物体
48、中。砷化物有无机砷和有机砷多种形式。作为含砷矿物可分为硫化砷、氧化砷和多金属砷化物三大类。硫化砷矿物经氧化后较易溶解，氧化砷矿物较难溶解，而多金属砷矿物一般情况下难溶解。甲基砷是有机砷化物的一种重要形式，如甲基砷(CH3As)、二甲基砷(CH3)2As)和三甲基砷(CH3)3As)等。在自然界和人体中都可使砷甲基化，某些真菌、酵母菌、细菌可使砷甲基化；环境中的微生物可以转变砷的形态；有些微生物可使难溶的砷化物中的砷释放出来而溶于水。,由于砷的价态不同，其物理化学性质也不同，在氧化的碱性环境中亚砷酸盐不稳定，而砷酸盐比较稳定，所以As3+较多地被转变为As5+；天然水中的砷主要为As5+，约占总
49、砷量的7080%。在酸性还原环境中，亚砷酸盐较稳定，以As3+为主；此时天然水中的砷以As3+为主，可占总砷量的7090%。1).大气中的砷煤烟是大气中砷的主要来源，在炼钢厂周围上空的大气砷含量可达1.4g/m3。无污染的空气，其含砷量为0.011.0g/m3。在我国的抚顺、沈阳、兰州、贵阳、成都、重庆等大城市和一些工业城市的上空，大气砷污染是比较严重的。,2)岩石中的砷岩石中的砷是环境中砷的主要来源。在各类岩石中，页岩含砷可高达13g/g，其他岩石平均砷含量为1.42.5g/g。煤中的含砷量变化幅度较大，我国湖南的煤含砷为12.534.4g/g，捷克的煤含砷量为1500g/g。富含砷矿的岩层
50、含砷量就更高。3)土壤中的砷土壤中砷的平均含量大约为0.19.0g/g。在砷矿区，或富砷地层周围的土壤含砷量可高达17.61302g/g，由于使用大量杀虫剂和除莠剂，许多地区的土壤受到较严重的污染，其含砷量可达1.8830g/g。而非污染的土壤，含砷量仅为0.514g/g。,土壤被砷污染后，其毒性的大小与土壤本身的化学成分、土壤所处的地球化学环境有关。如果土壤富含较大量的铁、铝、钙等成分，虽然它们可促使砷在土壤中积累，但土壤的粘粒、氧化铁、氧化铝易与砷结合，形成难溶的砷化物。因此，可降低砷对作物的毒性，这些土壤被污染后，砷对作物的毒性是逐渐衰减的。在pH值和Eh值较高的环境里，土壤中砷的活性较
