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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
2、器和器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。
3、在人体的牙和骨组织中钙、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
4、的适应性，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，
5、会造成一些地方病。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
6、而使发育成的个体罹患的疾病。,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
7、疾病起因于生殖细胞或受精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
8、到各种死亡原因的前列。在一些工业发达国家，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
9、。,有关专家的研究表明，全国14种癌症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
10、及生物体中的含量最高，可占人体的99%以上，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
11、证实的。,判断元素的必需性应符合以下条件： 1) 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
12、又可分为两类： 毒性元素：Cd、Ge、Sb、Te、Hg、Pb、Ga、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。
13、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
14、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。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
15、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
16、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。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
