如上所述，地壳以及空气和水的化学组成，为生物可能利用的元素划定了范围。从人体组织中已检出的元素有60多种，其中就含量的多少来分：有11种为主要元素，20多种为微量元素（microelement)；就其生理功能来分：有 30多种为必需元素（essential ele-ments)，其他为非必需元素（non-essential elements)。当然，这种划分是人为的，随着人们认识的深化，或许会有更多的化学元素被列入生命必需元素的行列。

机体缺少必需元素，常可导致相应的功能失调，但如摄入量过多，有时也可能造成某种功能障碍；因此，对于这类元素存在着一个适宜的剂量范围。对于非必需元素，当然不存在最低需要量的问题，如超过最高容许量则可导致中毒。图2-7表明这两类元素的不同的剂量和效应的关系，只有在适宜剂量范围内才能保证生物健康地生存。如上所述，生物与其所在环境是在相互适应的条件下发展起来的，因而生物体内与环境中这些元素能够保持动态平衡。但由于自然的或人为的原因，地球的地质化学条件可能存在着区域性差异。如地壳表面元素分布的不均一性，局部地区的气候差别等。这种区域性差异，在一定程度上影响和控制着世界各地区人类、动物和植物的发展，造成了生物生态的区域性差别。如果这种区域性的差异超出了人类和其他生物所能适应的范围，就可能造成人

图2-7  必需元素和非必需元素的剂量反应关系

A.必需元素供给不足对人体的损害

B.化学毒物作用下引起的生理、生理病理变化及其作用机理，有害因素引起的疾病的防治

C.用最敏感的方法发现有害作用的阈值

D.用生物学和临床的方法定量地研究致死剂量界限

类、动物或植物的各种“地方病”，或称之为“地球化学性疾病”（geochemical disease)。

判断一种疾病是否是地球化学性的，需要用流行病学方法对大量人群中某种健康危害的出现率与某种化学因素之间的关系进行研究，要符合下列条件才能作出比较肯定的结论。

1.疾病的发生有明显的地区性，且与该地区地质中某种化学元素之间关系密切；在不同时间、地点、人群中均有同样的相关性。

2.疾病的发生与地质中某种化学元素之间有明显的剂量-反应关系。

3.上述相关性，可以用现代医学理论加以解释。

我国常见的地方病是甲状腺肿和氟病。另外，克山病、大骨节病等病因尚未完全肯定，但都有明显的地区性，也列入地方病的范围。现简要介绍几种我国较常见的地方病。

（一)地方性甲状腺肿及克汀病

地方性甲状腺肿（endemic goiter)是一种常见的地方病，分布甚广，世界许多国家均有此病流行。我国许多地区也发现本病，尤以西北、华北、西南较多见。山区发病多于平原，内陆多于沿海，乡村多于城市。各年龄组的人都可发病，甚至新生儿中也可见到。在一般情况下以生长发育旺盛的青春期发病率最高，如女性发病高峰在12～18岁间，男性在9～15岁间。重病区男女发病无明显差别，但在轻病区女性患者多于男性。不同病区由于地质及生活条件的差异，发病率差别也很大，个别严重病区患病率可达90%以上。严重病区可见到一些痴呆、矮小、聋哑的患者，即地方性克汀病（endemiccretinism)，这是由于胚胎发育期或婴儿期严重缺碘所致。我国《碘缺乏病防治工作标准》中规定：居民甲状腺肿患病率大于3%，或7～14岁中小学生甲状腺肿大率大于20%，即可定为病区。另外，随机抽取50名健康成人测尿中碘含量，平均值低于50μg/g肌酐，可作为确定病区的参考指标。

1.发病原因

(1)缺碘：缺碘是引起本病流行的主要原因。国内外许多流行病学资料证明：绝大多数地方性甲状腺肿病区内，土壤、饮水或食物中都缺碘。患病率与含碘量密切相关（表2-8、表2-9)，经补充碘后甲状腺肿的流行即可得到控制。甲状腺激素包括甲状腺素（3，5，3′，5′-四碘甲腺原氨酸，T₄)和3，5，3′-三碘甲腺原氨酸（T₃)；缺碘，影响甲状腺激素的合成，使血浆甲状腺激素水平降低，甲状腺发生代偿性增大。根据代谢测定，碘的生理需要量成人约为100～300μg/日，我国推荐每日碘供给量成人为150μg。妊娠与哺乳妇女及青少年的需要量较一般人为高。碘主要来源于水和食物，当碘摄入量低于40μg/日或水中含碘量低于 10μg/L时，即可能出现地方性甲状腺肿不同程度的流行。水中的碘是由岩层及土壤中溶出的，植物性食物中的碘则来源于水和土壤，因此，在一般情况下水中碘含量能反映土壤中可溶性碘的水平，也可间接反映该地区食物中的碘含量。

(2)高碘：日本早在本世纪40年代即发现散发性的高碘性甲状腺肿。后来在北海道沿海居民中调查，长期食用含碘很高的海产品，尿碘很高但甲状腺激素水平及血碘水平低，有地方性甲状腺肿流行。国内在河北及山东沿海也发现了饮高碘深井水（100～1000μg/L)及腌海带盐（含碘约200μg/kg)引起的甲状腺肿流行。高碘食物引起甲状腺肿在动物实验中也得到证实。高碘性甲状腺肿的发病机制，可能是过多的碘占据了在甲状腺激素合成中起重要作用的过氧化酶的活性基，妨碍了酪氨酸的氧化，使甲状腺激素的合成减少。

(3)致甲状腺肿物质（goitrogenic substance)：近年来流行病学调查中发现某些地区饮水含碘量与患病率无明显关系，某些病区经补充碘后发病率也无明显下降。可见缺碘并非唯一的病因，某些病区尚可存在其他致甲状腺肿物质。近年来文献报告过的致甲状腺肿物质有：①硫氰酸盐，可抑制甲状腺对碘的浓集能力，尚可从甲状腺中驱除碘，致甲状腺激素合成不足引起甲状腺肿大。氰化物进入体内可形成硫氰酸盐。杏仁、木薯、黄豆、核桃仁中可含有上述物质，提高碘的供应量可以抵消上述致甲状腺肿物质的致病作用。②硫葡萄糖苷，多存在于芥菜、卷心菜、甘兰等蔬菜中，摄入体内后在肠胃道酶的参与下可形成硫氰酸盐和异硫氰酸盐，引起甲状腺激素合成的障碍。致甲状腺肿物质单独作用者较少见，常与缺碘联合作用而使地方性甲状腺肿和克汀病流行，如扎伊尔的某些病区就是吃木薯和缺碘共同造成的。

(4)其他原因：文献报道过长期饮用高硬度水、含氟化物或硫化物过高的饮水以及某些化学物污染的水而引起的地方性甲状腺肿流行。钴、锰、铁、锌、铅等元素与碘代谢和地方性甲状腺肿的关系，也引起一些学者的关注。某些药物如氯丙嗪、磺胺类、对氨基水杨酸等，也曾有诱发本病的报道。其作用规律尚有待进一步研究。

2.预防措施

(1)缺碘性地方性甲状腺肿的病区，利用各种方式补充碘的摄入量是行之有效的防治办法。合理补充碘一年后的甲状腺肿治疗率在50%以上，新发病率不大于3%，7～14岁甲状腺肿大率在20%以下。补充碘的方法主要有：

1)碘盐：向食盐中加入碘化钾和碘酸钾等。WHO碘和盐的比例推荐为1∶100 000。我国《食盐加碘防治地方性甲状腺肿办法》中规定为1∶20 000到1∶50 000。为防止碘化物损失，碘盐应保持干燥、严防日晒。

2)碘油：一次性注射大剂量碘油，使其在体内缓慢吸收。国内采用碘化核桃油或豆油，每毫升含碘在500mg左右，一次肌肉注射1～2ml，一般间隔三年再重复注射一次。

3)其他：对患者可口服碘化钾，但用药时间长，不易坚持。

(2)非缺碘性甲状腺肿流行区，应进一步调查清楚原因加以针对性防治。如系水源被污染，则应清除污染源、改善水质；如水中不缺碘而硬度过高时，则应另选软水水源或饮用煮沸过的水；存在致甲状腺肿物质时，则应针对性的净化处理，以去除或破坏此类物质。

（二)地方性氟病

地方性氟病（endemic flurosis)是由于长期自环境中摄入过量的氟而引起的以氟骨症和斑釉齿为特征的一种慢性全身性疾病。多在干旱半干旱的盐渍土地区、一些温泉周围地区、富氟矿区、以及与地质结构有关的某些深层地下水地区流行。我国除上海市区外，其他各省、自治区均有本病流行。

1.发病原因长期摄入过量氟是发生本病的主要原因。据报道，摄入总氟量超过每人4mg/日时即可引起慢性中毒，人体氟主要来源于饮水（约65%)及食物（约35%)，饮水含氟量与不同程度氟骨症患病率的关系见表2-10。我国北方大部分病区是饮高氟水所致，但也有些地区水氟并不高（如内蒙古、陕西、辽宁等部分地区)，也有氟骨症发生。贵州地区曾提出食物型氟中毒。后来还发现有些病区氟主要来源于煤烟的污染。本病好发年龄为青壮年，女性常高于男性，患病率可随年龄增长而升高。妊娠和哺乳妇女更易发病或使病情加重。营养不良、特别是蛋白质、钙、维生素供给缺乏时，机体对氟的敏感性增高。

2.发病机制对于氟骨症及斑釉齿的发病机制，目前尚有不同的认识。但据临床及实验资料，发现氟所具有的以下几方面的毒作用，有助于阐明本病的发病机制。

(1)破坏钙、磷代谢；过量的氟进入人体后与钙结合成氟化钙，主要沉积于骨组织中，少量沉积于软骨中，使骨质硬化，甚至骨膜、韧带及肌腱等硬化，从而引起一系列症状。由于血钙减少，使甲状旁腺分泌增多，溶骨作用加强，加速了骨的吸收，使骨质疏松或软化，此种现象更多见于产妇及哺乳期的妇女。

(2)对牙齿的影响：适量的氟可取代牙釉质中的羟磷灰石的羟根而形成氟磷灰石，它是牙齿的基本成分，可使牙质光滑坚硬、耐酸、耐磨，并具有抗酸的作用，也可抑制口腔中的乳酸杆菌，降低碳水化合物分解产生的酸度，从而具有预防龋齿的作用。因此，在某些低氟地区，有人提倡可在自来水中加入适量氟，以降低龋齿的发生率。但当体内进入过量氟时，大量的氟沉积于牙组织中，可致牙釉质不能形成正常的棱晶结构，而形成不规则的球状结构，产生斑点，在此不规则的缺陷处色素沉着，呈现黄色、褐色或黑色，同时牙的硬度减弱，质脆易碎裂或断裂，常早期脱落。

(3)抑制酶的活性：因氟与钙、镁结合成难溶的氟化钙及氟化镁，故体内许多需要钙、镁参加的酶的活性被抑制。例如，抑制烯醇化酶及琥珀酸脱氢酶等，使三羧循环障碍、糖原合成破坏，可致骨组织营养不良；抑制骨磷酸化酶，导致骨组织钙盐的吸收和蓄积障碍。

3.预防措施首先应查清氟的来源，如主要来源于饮水，则应更换适宜的水源。一般讲地面水中含氟常较地下水为低，有时深井水较浅层地下水为低。如更换水源有困难时，则应采取水中除氟的办法。常用的方法有：

(1)集中式给水可采用活性氧化铝法：把活性氧化铝放在过滤池内，当水通过过滤层时，水中含氟量可由8.0mg/L下降至1.0mg/L。

(2)分散式给水：碱式氯化铝法，按0.5g/L加入水中，搅拌半分钟，可使水氟由7.0mg/L降至 1.0mg/L。明矾加碱法，碱、明矾各17g/15L，可使水氟由 7.0mg/L下降至1.2～1.5mg/L。硫酸铝法，向水中按100～120mg/L加入，搅拌均匀，静置沉淀1～2小时，即可饮用。水煮沸半小时，可使水氟减少1/3～5/6。

如系饮水中氟含量不高的病区，则应采取措施降低食品中的含氟量：在高氟地区应选择种植含氟量较低的农作物，不使用含氟高的化肥（如磷矿粉等)和农药（如氟酰胺等)。要及时发现并及时控制氟的其他污染源：燃烧含氟高的煤炭是某些病区的氟源，为此应从改良炉灶、加强排烟、以至更换燃料来解决。有效治理“工业三废”污染，特别对于氟排放大户（如铝厂、水泥厂等)加以严格控制，也具有重要意义。

（三)地方性砷中毒

地方性砷中毒是某些地区居民饮用含砷量过高的水而致的一种地方病，在我国台湾及新疆地区曾有本病流行的报道，台湾地区称之为黑脚病（black-foot disease)。

1.发病原因土壤中含砷量平均为5mg/kg。自然环境中，砷来源于地壳的风化，被风化的砷，大都随地表泾流冲刷沉积于低洼地带或经河流进入海洋，海洋中砷含量为0.000 15～0.006mg/L，我国主要河道干流中水砷为0.01～0.6mg/L。某些地区可能因特殊地貌结构而使砷沉积富集，并导致地下水含砷甚高，如台湾西南沿海某地泉水含砷达 0.01～1. 82mg/L，新疆某地深井水达 0. 6mg/L，这些地区居民都发生了慢性砷中毒现象，主要表现为皮肤色素沉着、掌趾部皮肤过度角化、皮肤皲裂，皮肤癌发病率高；下肢皮肤变黑，肢体末端坏疽等。四肢对称性向心性感觉障碍，四肢疼痛，行动困难，肌肉萎缩。发病者年龄多在15岁以上。

2.预防措施对饮用水中含砷超过卫生标准、流行病学调查证实有本病流行的病区，要改换水源或消除砷的污染源。还可采用饮水除砷措施：方法是首先将水中三价砷氧化成五价砷，再用石灰法处理。

（四)克山病

克山病（Keshan disease)是一种以心肌坏死为主要病变的地区性流行病，该病死亡率高，病因尚未完全阐明，是我国当前重点防治的地方病之一。本病首先于1935年冬季在我国黑龙江克山县被发现，当时有大批病人突然死亡，由于病因不明，遂以地名命名。

1.流行特点及病因克山病在我国分布较广，见于东北、华北、西北、中南、西南以及西藏14个省、市、自治区。根据流行地区现场调查资料，该病的分布与地质环境因素（如地貌、岩性、土壤、地下水等)有密切的关系：山区、丘陵区发病率高于平原地区，发病地区多位于典型的地质侵蚀区，相邻的无病地区多位于地质堆积区。这种地质条件的差异表现在发病地区地表易溶元素的强烈流失，而使饮水中离子总量甚低（主要是钙、镁、钾、钠、硫等离子减少)；在无病地区，地表易溶元素的富集而使饮水中离子总量增高。近年来，有资料证明硒缺乏可能是克山病发病的主要原因之一，病区粮食中硒含量明显下降，人群中血硒、发硒水平也普遍低于非病区。但有些现象目前尚不能解释，缺硒大概并非克山病的唯一致病因素。

2.发病机制本病主要病变是心肌损害及由之而来的心力衰竭。急型克山病是急性心力衰竭，内脏急性缺血、缺氧。小儿多呈亚急性型，表现为亚急性全心功能衰竭。慢型病例则主要为慢性充血性心力衰竭。潜在型病例心肌病变较轻，心脏代偿功能良好，一般并无明显症状，在劳累后可有头昏、心悸、气短等。

3.预防措施

(1)补充硒：目前认为服用硒酸钠可获得较好的预防效果。常用的方法如口服亚硒酸钠片每周剂量为 0. 04mg/kg；供应硒盐，即以1.5g亚硒酸钠溶于少量水，均匀喷撒到100公斤食盐中拌匀；也可在玉米或水稻等作物结穗期，喷撒亚硒酸钠溶液，每亩均匀喷撒0.5～1.0g，分两次喷撒效果更好。

(2)改善居民营养、改善环境卫生条件，尤其是改善饮水水质更为重要。

土壤是人类生活环境的基本因素之一，是生物圈的重要组成部分。土壤（soil)是指地球陆地表层的疏松部分，由岩石风化和生物作用形成，是由矿物质、有机质、水分和空气等组成的复杂综合体。人类的衣、食、住、行都直接或间接地与土壤密切相关。土壤是一切废弃物的容纳场所，在土壤中经过复杂的生物转化和迁移，最终被矿化而成为土壤的组成部分。土壤的构成和性状，能影响微小气候，改变大气的成分。土壤中的元素，可通过水、食物和空气进入人体，影响正常生理功能。由此可见土壤保持良好卫生状态的重要意义。

（一)土壤污染

土壤污染（soil pollution)可分两大类：一类是生物污染，包括各种病原体，另一类是有毒化学物质，包括各种有毒元素及放射性物质等。

1.土壤污染的来源

(1)工业废水和生活污水污染：这种形式的污染又称水型污染。这些废水未经处理，进入土壤，污染物一般集中于表层，但随污水灌溉的量和时间的延长，某些污染物可由上而下的扩散、迁移到土壤深层，以致污染地下水。废水中的污染物很复杂，可含有各种有毒化学物，如铅、汞、镉、铜、锌、氟、砷、有机磷农药、石油、洗涤剂、放射性物质以及病原菌和寄生虫卵等，是土壤污染主要的来源。

(2)城市垃圾和工业废渣的污染：这种形式的污染，又称固体废弃物型污染。土壤作为主要容纳场所，其容纳量有一定限度，若排放量过大或处理方式不当，均可造成污染，成为蚊蝇孳生地、污染水源、恶化空气、破坏农田和植被等。

(3)大气污染物的污染：这种形式的污染，称大气污染型。大气中的污染物自然沉降、或随降水而降落进入土壤。不同类型的厂矿排放到大气中含有汞、镉、铅、砷、锰、苯并（a)芘等毒物的烟尘进入土壤，此外，SO₂、氮氧化物等酸性气体可能随着气象条件的变化而形成酸雨，酸雨的影响范围更大。酸雨的污染已达到令人不安的严重程度，破坏土壤肥力、大片植林受损，毁灭湖泊中的水生生物，造成生态系统的破坏。

(4)其他：目前在农业生产中广泛使用农药、化肥也是造成土壤污染的主要因素，特别是一些在土壤中残留期长的农药，大量化肥，可造成许多有毒物质在土壤中积累。施用未经无害化处理的人畜粪便，是造成土壤被致病微生物和寄生虫污染的主要原因。

2.土壤污染的特点土壤被污染后，常表现出以下特点：

(1)影响的综合性：污染的土壤不仅直接造成组成、结构和理化与生态特性的破坏，而且可以污染农作物、水体而对人发挥间接的影响。通常可检查对农作物、水体的影响，来判断土壤污染的严重程度。

(2)危害的长期性：土壤污染后到造成人类健康危害的后果，常常要经过一个较长的时间，使人不易察觉。如日本神通川地区痛痛病的出现和确诊，是经过了数十年才弄清楚的。因为含镉废水污染土壤、迁移到水稻、并在人体中蓄积达到致病的浓度是需要时间的。

(3)污染物变化的复杂性：污染物在土壤中的转化、迁移过程甚为复杂，不仅取决于污染物的理化特性，而且更受土壤的理化特性、微生物组成以及气象条件的影响。重金属进入土壤后，有的被吸附、有的被络合成难溶络盐，可长期存在医学全在线土壤中。有机化合物如有机氯农药DDT等，在土壤中也分解缓慢。土壤一旦被污染，消除污染的过程需很长时间。

（二)土壤污染对健康的危害

1.生物污染的危害随人畜粪便、动物尸体及医院废弃物的污染，病原微生物可进入土壤并在土壤内生存一定时间，如沙门菌可存活35～70天，志贺菌存活约1个月，霍乱弧菌可存活8～16天，痢疾杆菌存活22～142天，肠道病毒存活2～4个月等。钩虫、蛔虫等蠕虫生活史的一个环节在土壤中。通过直接接触或污染食物、饮水而传播疾病。钩端螺旋体病、炭疽病等动物疾病也可经土壤传播给人。被有机废弃物污染的土壤，是蚊、蝇孳生和鼠类繁殖的场所，在流行病学上也有重要意义。

2.化学性污染的危害工业“三废”污染经常会带来各种有毒化学物质，特别是镉、铅、铜、铬等重金属毒物，造成后果较严重。兹举例如下：

(1)镉污染：含镉的工业废水，未经处理进行农田灌溉，可在农田土壤中不同程度的蓄积，土壤中的镉有水溶性和非水溶性两种，前者易被农作物吸收，后者则不易被吸收，但两者可随环境条件的改变而相互转化：如土壤的pH值偏酸性时，镉的溶解度高，在土壤中易于移动；土壤呈碱性时，镉不易溶解，作物难以吸收。稻谷、蔬菜等农作物可从土壤中吸收、浓集可溶性镉。日本发生的痛痛病就是长期食用含镉大米引起的慢性镉中毒。长期摄入小剂量镉，可引起以肾小管损害为主的肾功能及形态障碍，表现为低分子蛋白尿和蛋白尿，尿中磷酸盐、氨基酸和糖增加；肾小管上皮细胞由退化到坏死、管腔扩大、间质纤维化等；肾功能受损后引起的维生素D代谢障碍，进而影响了钙代谢及骨骼的病变。本病多发生在40～60岁的妇女，男性病例较少，患者主要症状是疼痛。开始是劳累时腰、背疼痛，继而发展至肩、脚、膝、髋关节等部位，休息后消失。随病情加重，可发展至全身关节疼痛，关节活动受限制，多发性病理骨折等。

合理处理工业废水是防止镉污染的关键问题，一旦造成污染，消除镉污染是比较复杂和困难的。曾研究过吸附法、离子交换法、化学沉淀法消除土壤镉污染，但实际应用尚需进一步研究。

(2)铅污染：自然条件下土壤含铅量在2～www.med126.com200μg/g（平均为10μg/g)。污染主要来自有色金属冶炼等工业废气、废水和废渣，应用含乙基铅汽油的交通工具废气也是一个重要污染源。美国某些城市住宅区土壤含铅约1696μg/g，商业区土壤含铅约2413μg/g，可见铅污染的严重。已有报道证明城市居民的血铅、尿铅较农村居民为高。铅对儿童智力发育的影响及对肾的损害，尤其引起学者们的广泛注意。

(3)其他：含汞废水污染土壤后，在土壤微生物的作用下可被甲基化，毒性增大。石油工业废水可造成土壤的多环芳烃积累，并可影响地下水源。

（三)土壤的卫生防护原则

1.工业废渣治理工业废渣主要来自燃料燃烧和冶金、化学、石油化工等工业。工业废渣的特点是产量大，种类繁多，化学成分复杂，常含有难以降解的重金属毒物。如生产金属铬时产生的铬渣，热处理、选矿过程中产生的含氰废渣，冶金化工等产生的含汞、镉、砷等废渣。

目前对工业废渣的处理主要是综合利用，进行回收和处理。例如火力发电站，烧煤锅炉所产生的煤灰渣，可以用作制砖、水泥、混凝土的原料，以及填洼造地等；炼铁的高炉渣可用做混凝料、水泥、铁路道渣等。利用废渣填洼造田、种植作物、制造建筑材料时，应经有关部门鉴定无害后才可使用，以防残毒危害。

2.粪便、垃圾无害化处理人畜粪便、生活垃圾要经过有效的无害化处理，才能排放或利用。粪便处理要点是利用堆肥、发酵、沼气法等多种办法，以杀灭其中的寄生虫卵和致病微生物，消除传染疾病的危险性，并保持其肥料价值。

3.污水处理含有毒污染物的工业废水，必须有效地净化、回收后才可排放；医院污水含有许多致病微生物，应经专门消毒处理。如利用污水灌溉，则应符合我国《农田灌溉用水水质标准》的要求，以防止对土壤、水源及农作物的污染。

4.合理施用农药和化肥对毒性大并在土壤中残留期长的农药、化肥，应控制使用范围和用量；同时大力发展高效低毒、低残留的新品种农药和化肥。