第二章 环境与健康的关系

第一节 人类的环境

一、环境的概念 在环境卫生学中，环境（environment）是指以人类为主体的外部世界，包括地球表面与人类发生相互作用的自然要素及其总体。它是人类生存发展的基础，也是人类开发利用的对象。

人类依赖环境，受到环境的影响，不断适应环境；同时，人类又在与自然界的长期斗争中发挥主观能动性而改造环境，成为自然界的主人。但人类改造和利用环境的过程中也对环境带来了负面影响，甚至使环境遭受严重破坏。

二、环境的分类 自然环境(原生环境、次生环境) 社会环境

原生环境 (primary environment) 是指未受人为活动影响的自然环境，包括清洁的、具有正常化学组成的空气、水、土壤、食物、森林、太阳辐射等，这些因素一般对人类健康是有益的。但某些自然环境也对人类的健康及生存不利。

次生环境 (secondary environment) 即由于人类各种活动（包括集居、工农业生产、战争等）而改变了的自然环境。

社会环境 （social environment） 社会环境是人类社会在长期的发展过程中，为了不断提高人类物质和文化生活而创造出来的，包括社会制度、经济状况、文化卫生、职业分工等。

三、人类自然环境的基本构成 1. 大气圈 2. 水圈 3. 土壤岩石圈 4. 生物圈

1.大气圈 （atmospheric sphere） 大气圈是地球表面到1000km至1400km的高空。 分层：对流层、平流层、中间层、热层、逸散层。 正常化学组成：O2、N2、Ar、CO2、O3、CH4等。

2.水圈 （hydrosphere） 包括地表水和地下水，还有大气中的水 水圈中的总水量1.38×109km3，覆盖地球面积的71% 海水：97.41% 便于取用的淡水：0.2% 固态水：2.07%

3.土壤岩石圈 （lithosphere） 土壤圈是指岩石圈最外面一层疏松的部分，其表面或里面有生物栖息。 岩石圈主要由岩浆岩和沉积岩构成。 岩浆岩是由地球深处的炽热岩浆侵入地壳或喷出地表冷却而形成的岩石。 沉积岩又称水成岩，由沉积在水盆地中或陆地上的物质固结而形成的岩石。大多含有动植物化石。占地壳岩石总体积的5%，地表分布面积的75%。所含矿产极为丰富，如煤、石油等。

4.生物圈 （biosphere） 有生物生存的地球表层，叫生物圈。包括大气圈下层、岩石圈的上层、水圈和土壤圈。 其范围通常指海平面以下12km至海平面以上约10km。绝大多数生物生存于地球表面上下100m范围内。 生物圈内生存着200多万种生物,我国有60多万种，其中昆虫20多万种。 各种生物之间相互依赖、相互制约，不断进行着物质循环、能量流动和信息传递，使生物圈充满了生机与活力。

充足太阳光能 液态水 适宜温度 营养元素（O、N、C、K、Ca、Na、Fe、S等） 生物生存的基本条件 充足太阳光能 液态水 适宜温度 营养元素（O、N、C、K、Ca、Na、Fe、S等）

二、生态系统与生态平衡 （一）生态系统（ecosystem）： 定义：生物群落（biocenose）及其生存环境所构成的整体系统，即生态系统。 生态系统的组成：生产者（绿色植物、光合细菌等）、消费者（动物，根据食物类型可分为多个级别）、分解者（微生物）、无机界（空气、水、阳光、矿物质等）。

生产者 （绿色植物） 大气、水 消费者 （动物、人） 土壤 分解者 （细菌、真菌） 生态系统示意图

生态系统作为一个整体没有纯粹的废物。

池塘生态系统 森林生态系统 农田生态系统 流域生态系统 城市生态系统 海洋生态系统 荒漠生态系统 生态系统的类型 池塘生态系统 森林生态系统 农田生态系统 流域生态系统 城市生态系统 海洋生态系统 荒漠生态系统

池塘生态系统

生态平衡 (ecological balance) 生态系统各个组成部分的质和量保持相对稳定、相互适应的状态称为生态平衡。

案例--狼和鹿的故事 20世纪初，在美国西部落基山脉的凯巴伯森林中约有4000头野鹿，而与之相伴的却是一群群凶残的狼，威胁着鹿的生存。为了这些鹿的安宁，1906年，美国总统决定开展一场除狼行动，到1930年累计枪杀了6000多只恶狼。狼在凯巴伯林区不见踪影了。于是鹿在那里开始无忧无患“无计划”地生育了，不久鹿增长到10万余头。

兴旺的鹿群啃食一切可食的植物，吃光野草，毁坏林木，并使以植物为食的其他动物锐减，为此，也使鹿群陷于饥饿和疾病的困境。到了1942年，凯巴伯森林中鹿的数量下降到8000头，且病弱者居多，兴旺一时的鹿家族急剧走向衰败。 问题： 1.没有狼了，鹿群为什么还会大量死亡？ 2.什么叫生态平衡？ 3.生物多样性与生态平衡的关系是什么？

（二）食物链(food chain) 定义：一种生物以另一种生物为食，后者又成为第三种生物的食物，彼此以食物联结起来的锁链关系称为食物链。 其本质是生物通过食物链使物质和能量在生物种群之间得以循环和流动。 食物链对环境中的物质转移和累积起重要作用。

多条食物链相互交叉相连，形成复杂的网络状食物关系即食物网。 食物网 (food web) 多条食物链相互交叉相连，形成复杂的网络状食物关系即食物网。

生物放大作用 (biomagnification) 环境污染物可通过食物链转移并逐级增大其在生物体内的浓度，使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。

● 浓集系数 = ———————— C b C e C b-------- 某物质在生物体内的浓度

1 265倍 500倍 8.5万倍 ？ DDT 在湖水中的生物放大作用 0.2~0.5 1~5 ppm 0.0001 0.001~0.002 浮游生物 小鱼 （脂肪） 湖水 食肉鱼 人 （脂肪） 1 265倍 500倍 8.5万倍 ？ DDT 在湖水中的生物放大作用 浮游生物 海水 小鱼 大鱼 0.2~0.5 1~5 ppm 0.0001 0.001~0.002 汞的生物放大作用

表2-1 美国图尔湖生物群落对DDT的浓缩倍数 物种 DDT含量(㎎/kg) 浓缩倍数 湖水 0.06 1 藻类 0.1～0.3 167～500 大型水生植物 0.0～1.6 2667 无脊椎动物 0.0～2.1 3500 鱼类 0.0～6.0 10000 水鸟 63.0～75.5 105000～125873

水生植物 水生动物 银鸥卵 胡瓜鱼 鲑鱼 多氯联苯的生物放大作用

第二节 人与环境的关系

一、环境与人体的相互关系 1 新陈代谢 2 人与环境在物质上的统一性，环境元素与人 体元素呈丰度相关 3 人类对客观环境的适应性 1 新陈代谢 2 人与环境在物质上的统一性，环境元素与人 体元素呈丰度相关 3 人类对客观环境的适应性 4 环境因素及其对机体影响的双重性（duality）

二、环境有害因素对机体作用的 一般特征 (一) 剂量－效应(反应)关系 是指随着环境有害因素剂量的增加，机体内所产生的有害生物学效应随之增强的相关关系。

剂量-效应（dose-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。

剂量-效应（反应）关系可以曲线来表示。不同化合物的曲线形状和特征不同, 有三种类型: 1. 无阈值化合物 指遗传毒性致癌物。从理论上说，一个致癌物分子即可能在一个细胞引发肿瘤，因此认为这类化合物无安全剂量。 2. 有阈值化合物 在大于其阈值才产生有害效应，属于阈值化合物。 3. 必需元素 有两个阈值，低于或高于其阈值均会产生有害效应。

(二) 作用时间与蓄积效应 物质在体内蓄积的量与其摄入量、生物半减期和暴露时间有密切关系。 暴露量大、生物半减期长、暴露时间长，在体内蓄积量大，易发生慢性中毒。 对于具体某毒物来说，暴露浓度相对稳定、生物半减期为一常数，这时是否发生慢性中毒就取决于暴露时间。

物质蓄积 化学物本身在机体内的蓄积

化学物本身并没有蓄积，但造成的损害效应逐渐累积，最终造成器官和组织的病理损害。 功能蓄积 化学物本身并没有蓄积，但造成的损害效应逐渐累积，最终造成器官和组织的病理损害。

(三) 人群健康效应谱 （spectrum of health effect） 指人群暴露于环境污染物时产生的不良反应在性质、程度和范围上所表现出的征象。它反映了环境污染引起的健康危害在人群中的分布情况。

（1）无效应负荷 （2）生理性波动 （3）代偿状态 （4）患病 （5）死亡

(spectrum of health effect) 人群健康效应谱 条件可逆

预防医学工作一个很重要的任务就是发现代偿状态（临床前期-preclinical phase）的早期敏感指标。 很多慢性病、传染病、地方病、职业病、公害病等在代偿状态时早期发现，对于预防这类疾病的发生非常重要。

(四) 人群易感性 易受环境有害因素影响的人群，称为敏感人群（susceptive group）。 高危（险）人群（high risk group）： 敏感人群和高暴露人群。 如吸烟者是肺癌的高危人群；交通警察是汽车废气和铅危害的高危人群。

影响人群易感性的因素 1.年龄、健康状况、营养状态和生活习惯(吸 烟、饮酒、膳食、锻炼等)。 婴幼儿和老人对环境有害因素的作用往往有更高的易感性。 如1952年伦敦烟雾事件期间，年龄在45岁以上的居民死亡人数为平时的3倍，1岁以下婴儿死亡数比平时也增加了1倍，在4000名死亡者中，80％以上患有心脏或呼吸系统疾患。

2.遗传因素：性别、种族、遗传缺陷、环境应答基因多态性等。如： 先天性缺乏α1-抗胰蛋白酶的个体，对刺激性气体非常敏感，易造成肺的损伤； 红细胞6-磷酸葡萄糖脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase,G6PD)缺陷者，对硝基苯类化合物及多种氧化物的损害异常敏感； 显性慢性乙酰化状态，在白种人和黑种人中约占60%,而在东方人中仅占10～20%，由于该类个体乙酰化作用慢而增加芳香胺化合物诱导的膀胱癌发生的危险度。

环境应答基因 (environmental response gene) 对环境因素的作用产生应答反应有关的基因。 环境应答基因的多态性是造成人群易感性差异的重要原因。

环境基因组计划简介 (environmental genome project, EGP) 1997年10月美国国家环境卫生科学研究所（National Institute of Environment Health Sciences，NIEHS）提出环境基因组计划，拟在美国人口中寻找环境相关疾病的遗传基因的多态性（gene polymorphisms）。收集、分析和确定200多个环境疾病易感基因。

EGP的主要目标： 推进有重要功能意义的环境应答基因的多态性研究，确定它们引起环境暴露致病危险性的差异； 推进基因-环境相互作用对疾病发生影响的流行病学研究。

拟研究的环境相关疾病和缺陷有7类： 1 癌症：肺癌、膀胱癌、乳腺癌及前列腺癌； 2 呼吸系统疾病：哮喘、纤维囊性肿； 3 退行性神经系统疾病：早老性痴呆、帕金森综合征、肌萎缩内侧硬化症；

4 发育紊乱：智力低下、注意力缺陷-多动症； 5 先天缺陷：口面裂； 6 生殖功能缺陷：不育、子宫肌瘤、子宫内膜异位、青春期早熟； 7 自身免疫疾病：全身性红斑狼疮、多发性硬化症。

提出的需鉴定的十类基因： ①DNA修复基因，②外源化合物代谢及解毒基因，③激素代谢基因，④信号转导基因，⑤受体基因，⑥免疫和炎症反应调节基因，⑦参与氧化过程的基因，⑧营养因素调节基因，⑨细胞周期基因，⑩细胞死亡控制基因。

花了９年时间准备，共２亿美元； 除供电和信息联系外，与外界隔绝； 1993年1月，８名科学家进驻，计划生活２年，１年后环境恶化，被迫撤出。 “生物圈二号”实验 花了９年时间准备，共２亿美元； 除供电和信息联系外，与外界隔绝； 1993年1月，８名科学家进驻，计划生活２年，１年后环境恶化，被迫撤出。

一年后，氧气含量从21%下降到14%； 二氧化碳、二氧化氮含量直线上升； 大气和海水变酸； 用于吸收二氧化碳的牵牛花疯长； 大部分脊椎动物死亡，所有传粉昆虫死亡； 植物全部死亡； 很多物种死亡； 空气质量恶化，危及人类健康。