第二章-环境与健康的关系

第二章环境与健康的关系第一节人类的环境第二节人与环境的辨证统一关系第三节环境改变与机体反应的基本特征第四节自然环境与健康第五节环境污染与健康第六节环境与健康标准体系第七节环境与健康关系研究方法第八节健康危险度评价首页教学目的1.掌握人与环境的辨证统一关系自然环境与健康环境污染与健康。。2.熟悉环境与健康关系研究方法，健康危险度评价的基本内容和方法教学重点1．人与环境的相互作用，环境因素暴露特征和人群健康效应谱，环境污染对人群的急慢性作用，生物标志的概念和意义，健康危险度评价教学难点环境污染对人群健康影响的暴露反应关系，生物标志物在环境流行病学研究中的应用，健康危险度评价。•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-atmosphericsphere、水圈-hydrosphere、土壤岩石圈lithosphere、生物圈-biosphere）；•社会环境：由政治、经济、文化等社会因素构成。•人为环境(anthropogenicenvironment)：•经过人类加工改造，改变了其原有面貌结构特征的物质环境。•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(constitutionofnaturalenvironmentforhumankind)•（一）大气圈（atmosphericsphere）•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等海拔高度（km）80010080604020-100-50050100temperature（℃）对流层•最靠近地表且密度最大•气象变化复杂•和人类生命活动的关系最密切平流层臭氧层•空气以水平运动为主•没有气象现象，利于高空飞行•有20km左右臭氧层中间层热层外大气层•（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）土壤岩石圈•通常指地壳，主要由岩浆岩和沉积岩和变质岩构成。•土壤是联系有机界和无机界的重要环节。（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（substancecycle）、能量流动（energyflow）和信息传递（messagetransmission），使生物圈充满了生机与活力。生物圈：生物生存的地球表层。范围：12km深地壳、海洋及15km以内的地表大气层•生态环境（ecologicalenvironment）是与人类生存和发展有关的生态系统所构成的自然环境。二、生态环境二、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。•借助于各种功能流（物质流、能量流、物种流和信息流）所连结的稳态系统。•具有整体性、开放性、自调性和可持续性等特征。（二）生态系统的服务功能•生态系统服务（ecosystemservice）•由自然生态系统的生境、物种、生物学状态、性质和生态过程所产生的物质及其所维持的良好生活环境对人类的服务性能•生境是生物生活的空间和其中全部生态因素的综合体。•是人类的力量无法替代的。（三）生态系统健康•生态系统健康(ecosystemhealth)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环境的辩证统一关系•1新陈代谢维持生态平衡；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•2人类对客观环境的适应性•3人与环境的生态平衡•4环境因素及其对机体影响的双重性（duality）(一)统一性通过物质、能量、信息交换保持动态平衡，形成统一体人体血液中和地壳中元素含量的相关性(二)适应性生理生化调节，动员防御系统，与不利环境因素保持平衡，适应环境例如：人体对高原缺氧的适应主动依赖、适应环境，人类生存、发展(三)人与环境之间的生态平衡通过物质、能量、信息交换保持动态平衡(四)环境因素对健康影响的双重性有利因素，有害因素，Hormesis效应（五）人与环境相互作用的生物学基础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（NationalInstituteofEnvironmentHealthSciences，NIEHS）提出环境基因组计划（EnvironmentalGenomeProject，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（genepolymorphisms）。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•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（environmentalresponsegene），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基因多态分类环境暴露相关疾病CYPlAlNATl及NAT2GSTTl(null)对氧磷酶LA-HTGF-HLA-DPbetl标记ALADCYP2D6激活解毒解毒解毒营养因子生长因子免疫反应生物合成生物氧化吸烟吸烟氯化消毒剂神经杀虫剂饮食中铁母亲吸烟铍铅锰肺癌膀胱痛，乳腺癌癌症神经系统损伤血色素沉着病唇裂、颚裂慢性铍性肺病铅中毒锰中毒•三、人与环境的可持续、协调发展第三节环境改变与机体反应的基本特征•一环境介质与环境因素暴露•（一）环境物质在环境介质中的迁移•单一介质内的迁移•不同介质间的迁移•生物性迁移食物链（foodchain）•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（heavymetal）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。•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）•发生生物放大的必备条件：•化学物质易为各种生物体吸收；•污染物较难分解和排泄；•通过食物链进行；•世界上已确认的公害病（publicnuisancedisease）如水俣病（Minamatadisease）、痛痛病（Itai-Itaidisease）都与食物链的生物放大作用有关。•（二）环境化学物在环境介质中的转化•化学转化：光化学烟雾•生物转化：无机汞变成甲基汞•（三）环境介质中的迁移和转化对环境因素暴露的影响•扩大暴露范围；增加暴露途径，改变污染物性质和毒性，影响暴露剂量。•二、暴露特征与反应•（一）暴露途径：呼吸道、口、皮肤•影响总暴露量；影响吸收率；改变作用靶。二、暴露特征与反应•（二）剂量-反应关系：剂量（dose）:剂量是指进入机体的化学物的数量，一般以mg／kg表示；剂量－反应关系(dose-responserelationship):它表示化学物的剂量与某一生物群体中出现某种强度的生物效应的发生率之间的关系，一般以百分率来表示。二、暴露特征与反应•（二）剂量-反应关系曲线的类型：•无阈值化合物、阈值化合物剂量-反应曲线的类型剂量-反应关系可用曲线表示，即以表示反应的百分率或比值为纵坐标，以剂量为横坐标，绘制散点图所得的曲线。环境毒理学研究可见直线型、S形曲线、抛物线型、指数曲线、双曲线和受干扰的曲线等六种曲线类型。二、暴露特征与反应二、暴露特征与反应剂量－反应曲线的类型•无阈值化合物：延长线过原点•有阈值化合物：低于阈剂量不产生效应，S形或抛物线形，必需微量元素和hormesis效应：U形三、暴露时间毒物→机体→蓄积（物质、功能）→中毒蓄积量主要受摄入量、生物半减期和作用时间的影响。生物半减期是污染物在生物体内浓度减低一半所需要的时间，某一化学物对某种生物的生物半减期是一个相对稳定的常数。蓄积量的计算公式：Y：蓄积量；I:吸收量（摄入量*吸收系数）；t:作用时间（天）；k：排泄率。二、暴露特征与反应•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。理论蓄积曲线：三、环境多因素暴露与联合作用•环境作用因素的多样性•联合作用类型•相加作用•协同作用•增强作用•拮抗作用•独立作用竞争受体或配置，化合物间引起体内代谢过程的变化，功能（效应性）拮抗四、人群健康效应谱与易感人群健康效应：是在某一环境暴露水平条件下，人体（群）接受有害因素的影响而产生的健康状况的损害。健康效应从无到有，从小到大，从量变到质变的连续过程。①污染物在体内负荷增加，但不引起生理功能和生化代谢的变化②体内负荷进一步增加，出现某些生理功能和生化代谢变化(非病理性的)③引起某些生化代谢或生理功能的异常改变，这些改变已能说明对健康有不良影响，具有病理学意义④机体功能失调，出现临床症状，成为临床性疾病⑤出现严重中毒，导致死亡四、人群健康效应谱与易感人群健康效应谱（spectrumofhealtheffect)：不同级别的效应在人群中的分布称为健康效应谱。四、人群健康效应谱与易感人群•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-preclinicalphase）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。四、人群健康效应谱与易感人群•人群易感性•易感人群：对环境有害因素作用的反应更为敏感和强烈的人群称为易感人群(敏感人群)。•影响人群易感性的因素非遗传因素遗传因素四、人群健康效应谱与易感人群(三）影响人群易感性的因素•1.影响人群易感性的非遗传因素•年龄、人的健康状况、营养状态、生活习惯、暴露史、心理状态、保护性措施、•2.影响