【教学课件】第2章环境与健康.ppt

第二章 环境与健康的关系,环境（environment）是指作用于人类所有外界力量（因素）的总和。人与环境既相互对立，又相互制约，既相互依存又相互转化，两者存在着对立统一关系。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。环境包括自然环境（natural environment）和社会环境（social environment），均包含有益因素(beneficial factors)和有害因素harmful factors,环境卫生学是研究自然环境（natural environment）和生活环（living environment）与人群健康的关系，阐明环境因素对人群健康影响的发生和发展规律，为制订环境卫生标准提供科学依据，并研究环境有利因素（profitable factors）和控制环境不利因素（harmful factors）的对策，预防疾病、保障人民健康的一门科学。,第一节 人类的环境：自然环境：指环绕在人类周围的各种自然因素（大气圈-atmospheric sphere、水圈-hydrosphere、土壤岩石圈lithosphere、生物圈-biosphere）；社会环境（social environment）由政治、经济、文化等社会因素构成。人为环境(anthropogenic environment)：工农业生产活动过程造成环境污染；人为环境：利用有利因素、抵御不利因素（严寒、酷暑等）,生活环境(living environment)是与人类生活关系密切的各种自然的和人工的环境条件，如居住、工作、娱乐和社会活动环境。生态环境（ecological environment）是与人类生存和发展有关的生态系统所构成的自然环境。生活环境与生态环境难于截然划分，从广义上讲，生态环境可以包括生活环境。由于人类在改造环境过程中所带来的新的环境问题，生态系统是影响人类健康与疾病发生和流行的重要基础。,深入研究环境与健康的关系，阐明其相互作用规律，对于更好地利用有益因素，避免有害因素，消除环境污染，预防疾病，增进健康，具有十分重要的意义。,一、人类自然环境的构成(constitution of natural environment for humankind),（一）大气圈（atmospheric sphere）包括整个大气层：对流层、平流层、中间层、热层、逸散层各种气体：O2、N2、Ar、CO2、CH4等,（二）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13.6亿km3，覆盖地球面积的71%。除海洋以外的地表水约3500多万km3。,（三）岩石圈（lithosphere）通常指地壳，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。,（四）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。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（substance cycle）、能量流动（energy flow）和信息传递（message transmission），使生物圈充满了生机与活力。,二、生态环境,（一）生态系统（ecosystem）：生物群落（biocenose）与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（producer）（绿色植物、光合细菌等）、消费者（consumor）（动物，根据食物类型可分为多个级别）、分解者(decomposer)（微生物）、无机界（the inorganic world）（空气、水、阳光、矿物质等）,（二）食物链（food chain）,在生态系统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链锁关系，称食物链。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。,生物放大作用（biomagnification）,环境中的重金属（heavy metal）元素和难降解（degradation）的有机物，可通过食物链而转移到高位营养级生物的体内，而使其浓度逐级在生物体内放大，即生物放大作用。,生物富集作用（bioenrichment）,生物从环境中摄入浓度极低的重金属元素或难降解的化合物，在体内逐渐累积起来，使生物体内该元素或化合物的浓度大大超过环境中的浓度，这种现象称为生物富集作用。例如，海水DDT浓度0.00005ppm浮游生物0.04ppm（约1000倍）鱼2.07ppm（约4万倍）海鸟75.5ppm（约100万倍）,世界上已确认的公害病（public nuisance disease）如水俣病（Minamata disease）、痛痛病（Itai-Itai disease）都与食物链的生物放大作用有关。,（三）生态系统健康,生态系统健康(ecosystem health)是指具有活力、结构稳定和自调节能力的生态系统，是生态系统的综合特性。活力指生态系统的功能性，包括维持系统本身复杂特性的功能和为人类的服务功能；结构稳定指具有平衡、完整的生物群落，多样的生物种群；生态系统自调节功能主要靠其反馈作用，通过正、负反馈相互作用和转化，在受胁迫时出现维持系统的正常结构和功能，保证系统达到一定的稳态。,自然资源的过度开发、森林植被的破坏、野生动植物生存环境恶化等，导致生物种群减少及其关系失调，自然生态环境中生物结构和组成改变等，即造成生物多样性（biodiversity）锐减。人类生产、生活活动排放的“三废”，农药、化肥的大量施用等均可污染环境，造成环境破坏，影响人类健康。,第二节 人与环境的辩证关系,“人与天地相参，与日月相应”、天人合一的观点，即人与环境之间的对立统一。客观环境的多样性和复杂性：（1）多种环境介质，（2）生活环境、居住环境，（3）受污染的环境，（4）气候条件的变化，（5）社会环境因素,一、环境与机体的相互作用,人类改造和利用环境的主观能动性：1 利用环境中的有利因素（profitable factors），抵御不利因素（harmful factors）2 向大自然索取，过度开发资源而破坏生态环境,人类为了生存发展向大自然索取、开发资源、创造财富过度开发引起环境破坏危害人类健康。例如：1998年长江流域特大洪灾，是三分天灾，七分人祸。,机体对环境的适应性和环境因素的复杂性：1 机体对环境的适应性：适者生存2 环境因素对机体影响的多样性：内因（遗传），如环境因素致癌，吸烟与肺癌，疾病发生的易感基因起作用。如芳烃羟化酶基因高表达者，则易患肺癌。,人与环境的辩证统一关系,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：无阈值化合物、阈值化合物、必需元素反应曲线各部相同（二）作用时间：时间-效应关系，物质蓄积（substance accumulation）、功能蓄积,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。,功能蓄积（functional accumulation）：功能受损的累加（体内毒物量未见增加，但对机体的功能损伤作用累加）。耐受性（其本质解毒酶活性的诱导、代谢与排泄加速）。,三、健康效应谱和敏感人群,（一）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,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。很多慢性疾病、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。,（二）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）。机体对环境有害因素的反应，与人的健康状况、生理机能状态、遗传因素（易感基因）等有关。一般说来，老、弱、病、幼和特殊体质者对环境污染物较为敏感。,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。,敏感人群对环境污染物敏感性异常增高，最重要的原因是基因对毒物危害易感性高（环境易感基因）。,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。,遗传因素，如：性别、种族、遗传缺陷和环境应答基因多态性等。如：先天性缺乏1-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1020%，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。,对环境因素的作用产生应答反应有关的基因称之为环境应答基因（environmental response gene），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。,表2-2 已知的易感基因多态性及其环境暴露相关疾病,环境基因组计划简介：,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（Environmental Genome Project，EGP），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：,DNA修复基因，外源化合物代谢及解毒基因，激素代谢基因，信号转导基因，受体基因，免疫和炎症反应调节基因，参与氧化过程的基因，营养因素调节基因，细胞周期基因，细胞死亡控制基因,第三节 自然环境与健康,自然环境的有益因素（profitable factors of primary environment）：Primary environment：天然形成的未受或少受人为因素影响的环境。原生环境中存在大量对机体健康的有益因素：清洁并含有正常化学成分的空气、水、土壤、山珍野味；充足的阳光和适宜的气候；优美的植被；秀丽的风光等。,一、不良气象因素与健康气象因素（meteorological factor）包括温度、湿度、气压、风速等多种要素，气象学把瞬间至十余天内多种气象要素的综合状态称为天气（weather），更长时期的天气的总和称为气候（climate）。,人生活在大气中，无时不受天气变化的影响，气象要素对人体的影响是通过皮肤、呼吸系统、感觉系统等来实现的。人体不同部位的感受器可接受不同的气象要素刺激，皮肤和粘膜主要接受气温、湿度、降水、风、大气酸度、太阳辐射、雾等刺激；呼吸系统主要接受气温、湿度、风、气压、气溶胶、大气电及大气中一切化学物质的刺激；感觉器官、包括眼、鼻、耳可接受光线(如可见光)、气压、雾、大气电、气味等刺激。,（一）不良的天气和气候条件对健康的影响极端气温对健康的危害：一般人群死亡人数每年有2个高峰：盛夏和严冬盛夏酷暑、热浪袭人：心脑血管疾病患者热负荷增加，死亡的危险性增大。2003年法国8月初的热浪中有一万多人死亡上海的调查显示，炎热天午后温度每升高1oC,死亡增加10人。严冬季节：冠心病、高血压、呼吸循环系疾病等患者易发作上海气象中心和复旦大学公共卫生学院研究发现，SARS爆发和流行最适温度1728oC,冷空气后的降温和升温引起的温度剧烈变化可能是引起SARS高发的气象原因之一。,（二）天气和气候条件对健康影响的方式1.对人体的物理作用。2.影响人体生理和代谢功能 3.对生物性病原体和生物性传媒的影响4.影响环境质量，增加环境污染物对健康的不良影响,二、生物性有毒有害物质与健康,（一）动物毒素澳洲灯水母高居首位。它的蜇刺会令人极其疼痛，导致恶心、呕吐、呼吸困难，如果不立刻注射抗毒药的话会很快致人于死地。悉尼的漏斗网蜘蛛被视为毒性最强的蜘蛛，其毒牙足以穿透人类的指甲。,非洲的黑曼巴蛇是世界上毒性最强且速度最快的蛇。它能以高达19公里的时速追逐猎物，人一旦被它咬到，致死率将近100%中南美洲的毒箭蛙，它在受到攻击的威胁时，会从皮肤分泌毒液，南美洲印第安人冒极大的生命危险抽取其毒液，使用在自己的箭尖上。毒箭蛙中毒性最强的是小黄金毒箭蛙，一只小黄金毒箭蛙就拥有足以杀死1000人的毒液。,17个国家的科学家评出的10种动物属“世界毒王”：1)澳洲方水母：生活在澳大利亚沿海，人若触及其触手，30秒钟后便会死亡。2)澳洲艾基特林海蛇：它长着一张大嘴，和澳洲方水母栖身于同一水域。3)澳洲蓝环章鱼：这种软体动物的身长仅15厘米，蜿足上有蓝色环节，常在澳大利亚沿海水域出没。4)毒鱼由Synanceia verrucosa Reef Stonefish：栖身于澳大利亚沿海水域。,5)巴勒斯坦毒蝎：生活在以色列和远东的其他一些地方。6)澳大利亚漏斗形蜘蛛：生活在澳大利亚悉尼市近郊。7)澳洲泰斑蛇。8)澳洲褐色网状蛇。9)眼镜王蛇。10)非洲黑色莽巴蛇。,二、植物毒素,天然存在于植物中对人或动物有毒的化学物质称为植物毒素(plant toxins)。植物所产生的有毒物质主要有生物碱、糖苷、毒蛋白、多肽、胺类、草酸盐和霉菌毒素等。,生物碱是含氮化合物，具有碱的性质，可与酸形成盐类。常见有毒植物多属豆科、马钱科、石蒜科、天南星科、防己科、毛茛科、茄科、百合科等。,糖苷类是由糖分子和非糖分子以苷式结合而成，其中非糖分子即糖苷配基，又名配糖体。糖苷类又可分为氰苷和皂苷等，还有许多对心脏具有强烈作用的强心苷类。氰苷多存在于蔷薇科和豆科植物中，也存在于大戟科中。皂苷多存在于豆科、无患子科和薯蓣科中。强心苷类多存在于夹竹桃科、百合科、卫矛科等植物中。,某些藻类含有天然毒素，如软骨藻酸（domoic acid），具有神经毒性；藻类肝毒素（微囊藻和节球藻毒素）具有致癌性。霉菌毒素:如黄曲霉毒素B1（Aflatoxins B1）、赭曲霉素A(Ochratoxin A)、脱氧雪腐镰刀菌烯醇(Deoxynivalenol)等,三、地球化学因素与健康,（一）地表化学在人体内的分布根据化学元素在人体内含量多少，分为常量和微量元素。常量元素（major element）：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。微量元素（trace element）：在人体内正常含量小于人体体重0.01且每日需要量小于100mg的化学元素。,（二）微量元素的生物学效应及对健康的影响,目前认为有14种微量元素(如锌、铁、铜、钼、铬、锰、钴、镍、锡、钒、碘、硒、氟和硅)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（essential trace element）。必需微量元素不能通过机体自身合成，必须从外界摄取。它们的需要量很小，但对生命活动过程的作用极大。,微量元素的生物学效应主要包括：参与酶的构成和酶的激活，影响酶的活性。参与某些蛋白质的合成，发挥特殊功能。参与激素及其辅助因子的合成，与内分泌活动密切相关。维持正常的生殖功能。增强机体的免疫功能,（三）地球化学因素与疾病由于地球结构上的原因，造成地球表面化学元素分布的不均匀性使某一地区水和/或土壤中某种（些）元素过多或过少，当地居民通过饮水、食物等途径摄入这些元素过多或过少，而引起某些特异性疾病，即生物地球化学性疾病（biogeochemical disease）。,由于这类疾病的发病特点具有明显的地区性，故又称之为endemic disease。最常见的生物地球化学性疾病：碘缺乏病、地方性氟病、地方性砷中毒、地方性硒中毒、地方性硒缺乏病；克山病、大骨节病等也与当地地理环境条件有密切关系。,生物地球化学性疾病的发病原因：多与人体的必需微量元素（essential trace elements）有关，如氟、碘、硒等，也有人认为砷也是人体的必需微量元素。,Section 4 environment pollution&health,What is the environmental pollution?The environmental pollution generally refers to excess outputs by various factors produced by natural reasons and human activities into the environment，disruptions of environmental constitution and function and/or increases of normal environmental components，leading to the deterioration of environmental quality and the endangerment of population health.,In this case,excess means something produced in amounts high to be harmful to us,other life or environmental conditions,so it can lead to the environment deterioration.Pollution is a widespread environmental problem:air,water,soil,food and so on,Environmental pollutants:Physical pollutants:abnormal temperature,noise,ultraviolet ray,ionizing radiation,non-ionized radiation,Chemical pollutants:various chemicals(13,000 000 chemicals)Biological pollutants:pathogenic microorganisms,mould toxins(aflatoxin),parasites,pollen,toxic plants,toxic animals(snake and bees venoms),Complications of effects of environmental pollution on the population health:Various environment factors,water,air,food，the individual variation of population effects induced by environmental pollutants，,not easily to find out the special and sensitive biomarkerstransformation，degradation or new pollutants by physical，chemical and biological actions,1.Acute,chronic harmfulness,(1)Acute hazard:acute toxication（most seen in environment pollution incidents）1952,London smog incidentLos Angeles photochemical smog incidentYokkaichi asthma（四日市哮喘）,some serious productive accidents:in Dec.3.1984,Bhopal pesticide factory exploded,45t extremely toxic compound(methyl isocyanate异氰酸甲酯)leaked and caused serious environmental pollution.500,000 persons were intoxication;50,000 persons became blind;2500 were dead The ecological system in the locality was severely destroyed.,Chernobyl nuclear power plant exploded in April,26,1986 and caused a pollution in the range of 150,000 km2.130,000 residents were acutely exposed to irradiation,31persons were dead and 233persons were injured.The ecological environment was severely destructed.Till now,more than 300,000 persons were dead owing to this pollution accident in Europe.North european also were damaged.In Dec.23,2003,natural gas(containing more hydrogen sulfide)blowout accident occurred at Gaoqiao town in kaixian county,Chongqing.243 persons were dead.,Environmental contamination of biological factors:Drinking water(pathogenic microbial，hepatitis virus,cryptosporidium隐孢子虫)Air:respiratory communicable disease,SARS,(2)chronic hazard,Definition:hazard induced by the long term exposure to low concentration pollutants.Substance accumulation:heavy metals,organochloride Functional accumulation:chronic obstructive pulmonary disease,COPD,Characterization of chronic hazard:1.increases of morbidity and mortality in the population 2.chronic disease,i.e.COPD3.increase of pollutant burden in the body4.chronic combined effects,2.Environment pollution and cancer,Dr.Pott reported scrotum cancer of the young boys cleaning chimney in 17756,900,000 cases yearly died from malignant tumor in the world.New cases of cancers:8,700,000In China,yearly new cases of cancers:1,600,000Died of cancer:1,300,000,Classification of carcinogen and environmental chemical carcinogen,International agency of research on cancer(IARC)(2002):878chemicals reported according to the carcinogenicity on humans1.carcinogenicity to humans:872A.probably carcinogenicity to humans:632B.possibly carcinogenicity to humans:2343.unclassifiable as to carcinogenicity to humans:493 4.probably not carcinogenic to humans:1,The International Agency for research on cancer(IARC)classified carcinogens as follows:1.Sufficient evidence of carcinogenicity,which indicates that there is a causal relationship between the agent(s)and human cancer.2.Limited evidence of carcinogenicity,which indicates that a interpretation is credible but that alternative explanations,such as chance,bias,or confounding variables,could not be completely excluded.,3.Inadequate evidence,which indicates that one of three conditions,prevailed:there were few pertinent data;the available studies,while showing evidence of association,did not exclude chance,bias,or confounding variables;studies were available that did not show evidence of carcinogenicity.,According to the activity of chemical carcinogen：Direct carcinogen Indirect carcinogen/procarcinogen According to the mutagenicity of chemical carcinogen：Genotoxic carcinogenNongenotoxic carcinogenCocarcinogen:promoting tumor growth,表2-4 常见的致癌物,Mechanism of carcinogenesis influenced by multi-steps and various factors,1.Multi-steps of carcinogenesisinitiation of tumor:activate proto-oncogen or inactivate tumor suppressor gene-DNA injury-gene mutation-mutated cells-promotion:TPA(佛波酯),croton oil(巴豆油)，saccharine(糖精),progression:changes of the genotype of mutated cell-malignant cells2.Multi-gene and various factors participate in CarcinogenesisActivity of proto-gene and inactivity of tumor impressing gene,p53,Carcinogenesis process of multi-step,several gene,various factors:inducing genetic changes of switch point gene;inducing epigenetic changes of switch point gene;increasing cell clonal expression of genetic changes of switch point gene;,air pollution and lung cancer,Air pollution in urbia is more serious than rural areas.The mortality of lung cancer of urban residents is higher than that of rural areas.Carcinogens(polycyclic aromatic hydrocarbon,PAH)are found out in urban air.Demonstrated by epidemiological investigations,1.1 the difference in lung cancer mortalities of between urbia and rural area Central district:27.26/100,000Suburbia district:14.27/100,000Rural area:8.5/100,000,1.2 indoor air pollution and lung cancerXuanwei county Yunnan province,ChinaBasic data of epidemiological investigation for the lung cancer in Xuanwei county:High mortality of lung cancer came up to 174.21/100 000,lung cancer is in the first place in various kinds of cancerslung cancer mortality in farmers is higher than workers or staff in this countylung cancer mortality of women is higher than in men,Cigarette smoking is not related to lung cancer:male 42.7%,female 0.23%significant difference of lung cancer mortality in various districtsthe mortality of lung cancer is highly related to the indoor air pollution induced by fuel(soft coal烟煤)burning,and the concentration of benzo(a)pyrene is 626 g/m3,Lung cancer mortality is related to fuel burning,soft coalhard coal(无烟煤）wood,表2-5 空气中BaP浓度与肺癌死亡率,WATER POLLUTION AND TUMOR,2221organic compounds were found out from water,765 from tap water,20 of them were recognized carcinogens（确认致癌物）,26 suspected carcinogens（可疑致癌物）,18 tumor promoters and cocarcinogens（促癌物和辅致癌物）,48 mutagens in Ames test,2.1 mutagenicity and tumor,Relationship between mutagenicity of water from Huangpu river and tumor of population(1/100,000)Water area mutagenicity stomach lever Upper reaches neg/suspected 62.7 56.9Middle positive 86.2 67.7Lower sig.positive 146.0 81.3,表2-7 饮用水种类与肝癌发病率,Liver cancer in Guangxi,NanningPond water 39.71/100,000Reservoir water 25.77/100,000Small stream 19.56/100,000Shallow well 19.10/100,000Spring water 18.14/100,000Deep well 12.17/100,000,Trihalogenated methane is the commonest carcinogen in drinking water.Chloroform(CHCl3)in drinking water is not more than 60g/L in China,3.Environmental pollution and Teratogenicity,Birth defect include:Structural malformationBehavioral abnormality Congenital malformation rate:1.28%in China;2%in USA；800,0001,200