环境卫生学――第二章 环境与健康

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1、环境卫生学第二章 环境与健康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

2、 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

3、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。02和水蒸气能够吸收由地球发射的波长较2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 effec t）。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

4、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（280320nm）和。段（200280nm），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

5、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0减少1%（即UV-B增力口2%），基底细3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力后，力 上全球变暖，将力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力。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565，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

6、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，都会增力饮用水 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SO的作用。2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。

7、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-effec t）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-respon

8、se ）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

9、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（spec trum of health effec t）当环境变异或环境有害因素作用于人群时，由于人

10、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）

11、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9995，称为常量元素。微量元素 在人体内正常含量小于人体体重001的化学元素称为微 量元素。它包括锌、铁、

12、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

13、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。女口 19

14、84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。(二)环境污染与致癌危害自1775年英国外科医生Po tt发现英国伦敦烟囱清扫工人阴囊癌的发生 与烟尘在阴囊部位沉积有关以来，经过了近百年来的医学研究与实践 证实了煤烟中煤焦油

15、的致癌性。化学性致癌物在环境中存在，环境污 染与癌症发生的关系愈来愈受到人们的关注。近半个世纪以来，世界各国疾病谱和死因构成的顺位有了较明显的变 化。过去以急性传染病死亡占首位，已改变为心脏病、恶性肿瘤、脑 血管病死因顺序为前三位。肿瘤已逐渐成为危害人群健康的一种常见 病。1空气污染与肺癌大气污染在城市和乡村有着十分明显差异，对比城市和乡村肺癌发生 率和死亡率可在某种程度上反映出大气污染的致癌危害。2水污染与肿瘤全世界在水中检测出的有机化学污染物共约2221种，美国环保局从自来水中检出约765种。其中20种为确证致癌物(recognized Carcinog ens), 26种为可疑致癌物(S

16、uspec ted Carcinogens)， 18种为促癌 物和辅癌物(t umors prom ot ers and cocarcinogens)、48种为 Ames 试验致突变物。此外，饮水加氯消毒产生的氯化副产物如三卤代甲烷 等具有明显的致突变性，使得人们对加氯消毒后的饮水致突变致癌 性的危害忧虑有所增加。3环境污染致癌的毒理学基础 致突变与致癌效应 环境污染物引起生物体细胞遗传物质发生改 变的作用，称为环境污染物的致突变作用。引起生物体发生致突变作 用的物质，称为致突变物。致突变作用的靶为体细胞时，只影响接触 的个体发生各种病变（肿瘤、畸胎、生育障碍等）但不影响下一代； 当生殖细胞发

17、生突变时，所致后果则会遗传到后代。现已公认，染色体畸变、基因突变与致癌之间有着显著相关关系。癌 是由恶性转化细胞克隆而引起的。因此，对环境污染物进行致突变性 检测，是对该污染物致癌作用初步定性的重要步骤。 环境污染的致突变/致癌性检测常有的检测方法有Ames试验，程序外DNA合成试验（UDS），姐妹染色单体互换试验，微核试验等。 尽管现用的致突变性检测方法日趋成熟，并已逐步稳定，但由于测定 者所采用的萃取方法上的差异，使得在资料的可比性上有一定的难度 但应用相同的测试程序，所获结果仍能比较出环境污染的致突变性/ 致癌性的危险程度。 环境污染物致癌性的检测与确认 在前述中所提到的测试结果， 仅能

18、够反映出环境污染物潜在的致癌性。当需要对环境污染进行致癌 性确认时，尚需要进行动物致癌试验和人群流行病学调查。用试验组与对照组比较，上述四项中任何一项存在统计学上的显著差 异，都可以认为是动物致癌剂。要确认为人类致癌物或对人类具有致 癌性时，需要具有充分的人群流行病学调查资料，即通过流行病学调 查证明人体接触某环境污染物与肿瘤发生之间有明确的因果关系。3环境污染与致畸危害人类出生缺陷又称为先天畸形，它在一定程度上反映出人们对出生缺 陷的遗传学观点。尽管遗传因素对人类出生缺陷的发生有重要影响， 但后天环境因素对生殖细胞遗传物损伤、对胚胎发育过程中的直接损 害和对出生缺陷的发生都具有重要作用。环境

19、因素作用于胚胎发育的不同阶段可引发多种后果，如流产、胎儿 发育迟缓、胎儿结构畸形以及出生后再显现的各种生理和心理缺陷。 环境因素干扰正常胚胎发育过程，使胚胎发育异常而出现的先天畸形 或出生缺陷，它作用的靶是体细胞，因而是不具遗传性的。如果环境 因素作用于生殖细胞，使在分裂中把对遗传物质损害的特征（如突变 传递给子代细胞，它对生殖功能的影响和导致的不良结局是可遗传的 环境污染与致畸的毒理学基础人类出生缺陷或胎儿畸形发生的原因异常复杂。但对外环境因素的致 畸作用，大多数是外因（包括化学、物理和生物性等有害因素）作用 于胚胎发育阶段，干扰正常胚胎发育过程而引发的结构畸形。所以将 胚胎器官发育形成阶段

20、称为外环境因素致畸作用的敏感期，对人来说是妊娠第21天56天；大鼠为第6天17天；兔子为第6天18天；猴 子为第20天 45天。1动物致畸的三段试验环境因素除了引发畸形结构外，还可能对生殖功能，生长发育、生理及生化代谢障碍等产生影响。因此，需 要进行三段试验。（1）1段试验 主要测试环境因素对受孕率和生殖功能的影响。通常 在交配前6080天染毒雄性动物，并在交配前14天染毒雌性动物。开 始交配后继续染毒雌性动物直至授乳期。分娩前处死12雌性动物并 进行胚胎毒性及致畸性检查。另12雌性动物自行分娩、授乳、断乳 后处死仔代观察肉眼可见畸形。本段试验最终能提供受孕率、生育力 着床前后存活及分娩、授乳

21、等方面影响的资料。(2) 11段试验 在孕鼠器官形成期对雌性动物单独进行染毒，并 在分娩前一天处死受孕动物进行胚胎毒性及致畸性检查。本试验最终 能提供外环境因素的胚胎毒性和致结构畸形的资料。(3) 111段试验 对分娩和出生后发育影响的观察。在妊娠最后3天 和整个授乳期染毒。目的在于测试对胎仔后期发育、分娩、授乳及胎 仔生长发育的影响。观察可延续至断乳后直至性成熟以评价神经行为 缺陷，性及生育力障碍以及癌症发生的情况等。(四)环境污染的其他危害环境污染对人群健康的影响和危害是多方面的。环境生物性污染可导 致人群发生疾病，甚至流行。环境污染对植物的损害，可导致农作物 减产，破坏城市生活区的绿化环

22、境，对人群健康产生间接影响。环境与健康关系研究方法1环境流行病学研究方法环境流行病学是应用传统流行病学的方法，结合环境与人群健康关系 的特点，研究外环境因素与人群健康的宏观关系。因此，在研究内容 和方法学上有着自身的特点。环境暴露与健康效应在进行环境流行病学调查时，环境暴露测量和人 群健康效应测量是最基本、也是最重要的研究内容。只有在获得两者 科学的、正确的数据或资料后，才能够将暴露与健康效应联系起来进 行分析，推理并作出结论。（1）暴露测量 环境暴露水平是指人群接触某个环境因素的浓度或剂 量。暴露测量可分为两类：环境暴露测量和生物测量。环境暴露测量（外暴露剂量） 通常是在不同的环境暴露区域，

23、按照调 研计划要求在不同的时间或空间进行抽样测量。测量结果从宏观上可 以为环境流行病学调查划分出高、中、低浓度区和对照区，是研究该 环境因素对人群健康影响的基础资料。在环境流行病学调查中，估计 个体暴露量时，最好考虑到不同暴露途径，并估计总暴露量。生物测量（内暴露剂量） 又称为生物监测，直接测量人体组织、体液 或器官中某种环境暴露因素（子）的含量，以代表人体暴露水平，称 为“生物剂量”，也称“体内负荷”。尽管生物剂量也存在一定的变 异但相对较为稳定，也是反映人体暴露和蓄积的指标。环境中所检测得的物质浓度，对人体来讲称为外暴露水平，在体内直 接测得的为内暴露水平，直接反映机体的负荷，可作为制定生

24、物学接 触限值，并可为确定生物材料如呼出气、血液、尿液等样品中某种因 子或代谢物的正常值提供依据。（2）健康效应测量与评价 环境流行病学调查应根据研究的目的和需 要、各项健康效应的可持续时间、受影响的范围、人数以及危害性大 小等，选取调查时必须测量的健康效应指标进行测量和评价。通常应 当选择在个体中仅产生体内负荷增加或出现轻微生理、生化代谢改变 的指标作为健康效应调查、测量和评价的依据。2环境毒理学研究方法环境毒理学与环境流行病学研究方法，在环境卫生学研究中相辅相成， 互为补充。1）环境毒理学的基本方法般毒性测试方法特殊毒性测试方法1）致突变性测试方法：根据致突变性检测终点可将检测方法分为 基

25、因突变； 染色体畸变；非整信体； DNA损伤与修复。前3种检测终点属遗传学终点，后者则为测定在遗传学终点出现前的通 道上发生的遗传物质改变或损伤事件，以预测其致突变性。2）动物致癌试验方法：主要以直接观察外源物质对哺乳动物细胞形态 变化为终点，以确定其致癌性。3）致畸性测试方法：主要系实验动物三段试验及体外致畸试验。 （2）环境毒理学监测 环境理化监测与生物监测并用，应当是今后环境监测的趋势。 目前利用毒理学方法进行的环境监测，主要可分为两类。1现场直接监测2环境样品监测（3）环境与健康研究中的生物标志物生物标志物（biological marker）是指机体由于接触污染物而产生可在生物介质中

26、测定到的细胞、生物化学和生物分子的改变。1）生物标志物分类： 接触生物标志物（biomarkers of exposure）指在机体内某个隔室中测定到的外来物质及其代谢产物（内剂量）， 或外来因子与某些靶分子或细胞相互作用的产物（生物有效剂量或到 达剂量）。 效应生物标志物（biomarkers of effec t）指机体内可测定的生化、生理或其他方面的改变。依据这些改变的程 度，可表现为确证的或潜在的健康损害或疾病的标志。 易感性生物标志物（biomarkers of suscep ti bili ty）指机体接触某种特定环境因子时，其反应能力的先天性或获得性缺陷 的指标。2）生物标志物对

27、研究和评价环境污染对人群健康影响的重要价值： 体内剂量、生物有效剂量可作为污染物危害监测和鉴定的重要指标; 是定性污染物与暴露后果相联系的重要参考； 生物标志物能应用于确定暴露一反应，暴露一效应关系和危险度的 估计； 生物效应分子生物标志物，细胞结构/功能改变标志物有助于环境 污染物对机体损伤机制的研究； 易感性生物标志物，对发现环境污染易感个体和制定保护易感人群 的卫生措施有着十分重要的价值。生物标志物是当前环境毒理学研究 的热点。4）制定环境卫生学标准的重要依据 慢性毒性试验在制定环境卫生标准中具有十分重要的地位。从设计和 结果中，应当获得剂量一效应或剂量一反应关系资料，最大无作用剂 量(

28、maximal no-effect level MNEL)和阈剂量(minimal effect le vel MEL),相当于未观察到有害作用剂量(no observed-adversed- effect level. NOAEL)和最低观察到有害效应剂量(lowest-observe d-adversed-effect level, LOAEL)。以最大无作用剂量作为外推到 人体暴露安全剂量的基础，根据受试物毒作用性质和特点，选择适宜 的外推方法外推到人，再换算为不同环境介质中的浓度，作为有害物 质浓度基准值，为制定该物质的环境卫生学标准提供依据。健康危险度评价健康危险度评价(health

29、 risk assessment, HRA)是对暴露于某一特 定环境条件下，该环境中的有毒有害物质(因素)可能引起个人和群 体产生某些有害健康效应(伤、残、病、出生缺陷和死亡等)的概率 进行定性、定量评价。1.健康危险度评价的基本组成健康危险度评价(HRA)，是由几个步骤有机组织起来的科学方法，用 以评价所能收集到的科学资料。目前多开展对化学物的健康危险度评 价，评价最终回答： 被评化学物是否具有健康危害的可能性； 进而估计对人群健康危害的程度(以反应概率即危险度表示)。(1)危害鉴定(hazard identification)危害鉴定是健康危险度评价的首要步骤，属于定性评价阶段。目的是 确

30、定化学物是否具有对健康的有害效应，这种效应的产生是否是该化 学物所固有的毒性特征和类型。一般将健康有害效应分为四类： 致癌(包括体细胞致突变)性； 致生殖细胞突变； 发育毒性(致畸性)； 器官/细胞病理学损伤等。前两类有害效应损伤遗传物属无阈值毒物效应，后两类属有阈值毒物 效应。危害鉴定主要来自流行病学和毒理学的资料收集。个案报告及少数病 例临床观察资料对危害鉴定亦有极重要的价值。(2) 暴露评价(exposure assessment)没有人群暴露，也就不存在危险。因此，暴露评价是健康危险度评价 过程中不可分割的一部分。通过暴露评价，可以估计出人群对某化学 物暴露的强度、频率和持续时间。这与

31、评价该化学物毒性效应的诱发 时间和潜伏期有很大关系。(3) 剂量一反应关系的评定(dose-response assessment)剂量-反应关系评定是环境化学物暴露与健康不良效应之间的定量评价 是健康危险度评价的核心。评价资料可以来自于人群流行病学调查资 料，多数是来自于动物实验资料。动物实验资料混杂因素相对较少，得到的剂量一反应（效应）曲线较清晰，但它与人类间存在着明显的 种属差异，所得资料需要外推到人。 危险度特征分析（risk characterization）危险度特征分析是根据上述三个阶段所得的定性定量评定结果，对该 化学物在环境中存在时，所致的健康危险度进行综合评价。分析判断 人群发生某种健康危害的可能性和指出各种不确定因素。2健康危险度评价的应用现行的健康危险度评价，主要应用为：1）预测、预报在特定环境因素暴露条件下，暴露人群终生发病或死亡 的概率（危险度）。2）对各种有害化学物或其他环境因素的危险度进行比较评价，排列治 理次序，用于新化学物的筛选，并从公共卫生、经济、社会、政治等 方面进行论证及各种经济效益、利弊分析，为环境管理决策提供科学 依据。3）有害物质及致癌物环境卫生学标准的研制，提出环境中有害化学物 及致癌物的可接受浓度，同时研制有关卫生法规、管理条例，为卫生 监督工作提供重要依据。