如上所述，地殼以及空氣和水的化學(xué)組成，為生物可能利用的元素劃定了范圍。從人體組織中已檢出的元素有60多種，其中就含量的多少來分：有11種為主要元素，20多種為微量元素（microelement)；就其生理功能來分：有 30多種為必需元素（essential ele-ments)，其他為非必需元素（non-essential elements)。當(dāng)然，這種劃分是人為的，隨著人們認(rèn)識的深化，或許會有更多的化學(xué)元素被列入生命必需元素的行列。 機(jī)體缺少必需元素，�？蓪�(dǎo)致相應(yīng)的功能失調(diào)，但如攝入量過多，有時也可能造成某種功能障礙；因此，對于這類元素存在著一個適宜的劑量范圍。對于非必需元素，當(dāng)然不存在最低需要量的問題，如超過最高容許量則可導(dǎo)致中毒。圖2-7表明這兩類元素的不同的劑量和效應(yīng)的關(guān)系，只有在適宜劑量范圍內(nèi)才能保證生物健康地生存。如上所述，生物與其所在環(huán)境是在相互適應(yīng)的條件下發(fā)展起來的，因而生物體內(nèi)與環(huán)境中這些元素能夠保持動態(tài)平衡。但由于自然的或人為的原因，地球的地質(zhì)化學(xué)條件可能存在著區(qū)域性差異。如地殼表面元素分布的不均一性，局部地區(qū)的氣候差別等。這種區(qū)域性差異，在一定程度上影響和控制著世界各地區(qū)人類、動物和植物的發(fā)展，造成了生物生態(tài)的區(qū)域性差別。如果這種區(qū)域性的差異超出了人類和其他生物所能適應(yīng)的范圍，就可能造成人 .jpg)
圖2-7 必需元素和非必需元素的劑量反應(yīng)關(guān)系 A.必需元素供給不足對人體的損害 B.化學(xué)毒物作用下引起的生理、生理病理變化及其作用機(jī)理，有害因素引起的疾病的防治 C.用最敏感的方法發(fā)現(xiàn)有害作用的閾值 D.用生物學(xué)和臨床的方法定量地研究致死劑量界限 類、動物或植物的各種“地方病”，或稱之為“地球化學(xué)性疾病”（geochemical disease)。 判斷一種疾病是否是地球化學(xué)性的，需要用流行病學(xué)方法對大量人群中某種健康危害的出現(xiàn)率與某種化學(xué)因素之間的關(guān)系進(jìn)行研究，要符合下列條件才能作出比較肯定的結(jié)論。 1.疾病的發(fā)生有明顯的地區(qū)性，且與該地區(qū)地質(zhì)中某種化學(xué)元素之間關(guān)系密切；在不同時間、地點(diǎn)、人群中均有同樣的相關(guān)性。 2.疾病的發(fā)生與地質(zhì)中某種化學(xué)元素之間有明顯的劑量-反應(yīng)關(guān)系。 3.上述相關(guān)性，可以用現(xiàn)代醫(yī)學(xué)理論加以解釋。 我國常見的地方病是甲狀腺腫和氟病。另外，克山病、大骨節(jié)病等病因尚未完全肯定，但都有明顯的地區(qū)性，也列入地方病的范圍。現(xiàn)簡要介紹幾種我國較常見的地方病。 （一)地方性甲狀腺腫及克汀病 地方性甲狀腺腫（endemic goiter)是一種常見的地方病，分布甚廣，世界許多國家均有此病流行。我國許多地區(qū)也發(fā)現(xiàn)本病，尤以西北、華北、西南較多見。山區(qū)發(fā)病多于平原，內(nèi)陸多于沿海，鄉(xiāng)村多于城市。各年齡組的人都可發(fā)病，甚至新生兒中也可見到。在一般情況下以生長發(fā)育旺盛的青春期發(fā)病率最高，如女性發(fā)病高峰在12～18歲間，男性在9～15歲間。重病區(qū)男女發(fā)病無明顯差別，但在輕病區(qū)女性患者多于男性。不同病區(qū)由于地質(zhì)及生活條件的差異，發(fā)病率差別也很大，個別嚴(yán)重病區(qū)患病率可達(dá)90%以上。嚴(yán)重病區(qū)可見到一些癡呆、矮小、聾啞的患者，即地方性克汀病（endemiccretinism)，這是由于胚胎發(fā)育期或嬰兒期嚴(yán)重缺碘所致。我國《碘缺乏病防治工作標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定：居民甲狀腺腫患病率大于3%，或7～14歲中小學(xué)生甲狀腺腫大率大于20%，即可定為病區(qū)。另外，隨機(jī)抽取50名健康成人測尿中碘含量，平均值低于50μg/g肌酐，可作為確定病區(qū)的參考指標(biāo)。 1.發(fā)病原因 (1)缺碘：缺碘是引起本病流行的主要原因。國內(nèi)外許多流行病學(xué)資料證明：絕大多數(shù)地方性甲狀腺腫病區(qū)內(nèi)，土壤、飲水或食物中都缺碘�；疾÷逝c含碘量密切相關(guān)（表2-8、表2-9)，經(jīng)補(bǔ)充碘后甲狀腺腫的流行即可得到控制。甲狀腺激素包括甲狀腺素（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，影響甲狀腺激素的合成，使血漿甲狀腺激素水平降低，甲狀腺發(fā)生代償性增大。根據(jù)代謝測定，碘的生理需要量成人約為100～300μg/日，我國推薦每日碘供給量成人為150μg。妊娠與哺乳婦女及青少年的需要量較一般人為高。碘主要來源于水和食物，當(dāng)?shù)鈹z入量低于40μg/日或水中含碘量低于 10μg/L時，即可能出現(xiàn)地方性甲狀腺腫不同程度的流行。水中的碘是由巖層及土壤中溶出的，植物性食物中的碘則來源于水和土壤，因此，在一般情況下水中碘含量能反映土壤中可溶性碘的水平，也可間接反映該地區(qū)食物中的碘含量。 (2)高碘：日本早在本世紀(jì)40年代即發(fā)現(xiàn)散發(fā)性的高碘性甲狀腺腫。后來在北海道沿海居民中調(diào)查，長期食用含碘很高的海產(chǎn)品，尿碘很高但甲狀腺激素水平及血碘水平低，有地方性甲狀腺腫流行。國內(nèi)在河北及山東沿海也發(fā)現(xiàn)了飲高碘深井水（100～1000μg/L)及腌海帶鹽（含碘約200μg/kg)引起的甲狀腺腫流行。高碘食物引起甲狀腺腫在動物實驗中也得到證實。高碘性甲狀腺腫的發(fā)病機(jī)制，可能是過多的碘占據(jù)了在甲狀腺激素合成中起重要作用的過氧化酶的活性基，妨礙了酪氨酸的氧化，使甲狀腺激素的合成減少。 (3)致甲狀腺腫物質(zhì)（goitrogenic substance)：近年來流行病學(xué)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)某些地區(qū)飲水含碘量與患病率無明顯關(guān)系，某些病區(qū)經(jīng)補(bǔ)充碘后發(fā)病率也無明顯下降�？梢娙钡獠⒎俏ㄒ坏牟∫�，某些病區(qū)尚可存在其他致甲狀腺腫物質(zhì)。近年來文獻(xiàn)報告過的致甲狀腺腫物質(zhì)有：①硫氰酸鹽，可抑制甲狀腺對碘的濃集能力，尚可從甲狀腺中驅(qū)除碘，致甲狀腺激素合成不足引起甲狀腺腫大。氰化物進(jìn)入體內(nèi)可形成硫氰酸鹽。杏仁、木薯、黃豆、核桃仁中可含有上述物質(zhì)，提高碘的供應(yīng)量可以抵消上述致甲狀腺腫物質(zhì)的致病作用。②硫葡萄糖苷，多存在于芥菜、卷心菜、甘蘭等蔬菜中，攝入體內(nèi)后在腸胃道酶的參與下可形成硫氰酸鹽和異硫氰酸鹽，引起甲狀腺激素合成的障礙。致甲狀腺腫物質(zhì)單獨(dú)作用者較少見，常與缺碘聯(lián)合作用而使地方性甲狀腺腫和克汀病流行，如扎伊爾的某些病區(qū)就是吃木薯和缺碘共同造成的。 (4)其他原因：文獻(xiàn)報道過長期飲用高硬度水、含氟化物或硫化物過高的飲水以及某些化學(xué)物污染的水而引起的地方性甲狀腺腫流行。鈷、錳、鐵、鋅、鉛等元素與碘代謝和地方性甲狀腺腫的關(guān)系，也引起一些學(xué)者的關(guān)注。某些藥物如氯丙嗪、磺胺類、對氨基水楊酸等，也曾有誘發(fā)本病的報道。其作用規(guī)律尚有待進(jìn)一步研究。 2.預(yù)防措施 (1)缺碘性地方性甲狀腺腫的病區(qū)，利用各種方式補(bǔ)充碘的攝入量是行之有效的防治辦法。合理補(bǔ)充碘一年后的甲狀腺腫治療率在50%以上，新發(fā)病率不大于3%，7～14歲甲狀腺腫大率在20%以下。補(bǔ)充碘的方法主要有： 1)碘鹽：向食鹽中加入碘化鉀和碘酸鉀等。WHO碘和鹽的比例推薦為1∶100 000。我國《食鹽加碘防治地方性甲狀腺腫辦法》中規(guī)定為1∶20 000到1∶50 000。為防止碘化物損失，碘鹽應(yīng)保持干燥、嚴(yán)防日曬。 2)碘油：一次性注射大劑量碘油，使其在體內(nèi)緩慢吸收。國內(nèi)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，一般間隔三年再重復(fù)注射一次。 3)其他：對患者可口服碘化鉀，但用藥時間長，不易堅持。 (2)非缺碘性甲狀腺腫流行區(qū)，應(yīng)進(jìn)一步調(diào)查清楚原因加以針對性防治。如系水源被污染，則應(yīng)清除污染源、改善水質(zhì)；如水中不缺碘而硬度過高時，則應(yīng)另選軟水水源或飲用煮沸過的水；存在致甲狀腺腫物質(zhì)時，則應(yīng)針對性的凈化處理，以去除或破壞此類物質(zhì)。 （二)地方性氟病 地方性氟�。╡ndemic flurosis)是由于長期自環(huán)境中攝入過量的氟而引起的以氟骨癥和斑釉齒為特征的一種慢性全身性疾病。多在干旱半干旱的鹽漬土地區(qū)、一些溫泉周圍地區(qū)、富氟礦區(qū)、以及與地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)的某些深層地下水地區(qū)流行。我國除上海市區(qū)外，其他各省、自治區(qū)均有本病流行。 1.發(fā)病原因長期攝入過量氟是發(fā)生本病的主要原因。據(jù)報道，攝入總氟量超過每人4mg/日時即可引起慢性中毒，人體氟主要來源于飲水（約65%)及食物（約35%)，飲水含氟量與不同程度氟骨癥患病率的關(guān)系見表2-10。我國北方大部分病區(qū)是飲高氟水所致，但也有些地區(qū)水氟并不高（如內(nèi)蒙古、陜西、遼寧等部分地區(qū))，也有氟骨癥發(fā)生。貴州地區(qū)曾提出食物型氟中毒。后來還發(fā)現(xiàn)有些病區(qū)氟主要來源于煤煙的污染。本病好發(fā)年齡為青壯年，女性常高于男性，患病率可隨年齡增長而升高。妊娠和哺乳婦女更易發(fā)病或使病情加重。營養(yǎng)不良、特別是蛋白質(zhì)、鈣、維生素供給缺乏時，機(jī)體對氟的敏感性增高。 2.發(fā)病機(jī)制對于氟骨癥及斑釉齒的發(fā)病機(jī)制，目前尚有不同的認(rèn)識。但據(jù)臨床及實驗資料，發(fā)現(xiàn)氟所具有的以下幾方面的毒作用，有助于闡明本病的發(fā)病機(jī)制。 (1)破壞鈣、磷代謝；過量的氟進(jìn)入人體后與鈣結(jié)合成氟化鈣，主要沉積于骨組織中，少量沉積于軟骨中，使骨質(zhì)硬化，甚至骨膜、韌帶及肌腱等硬化，從而引起一系列癥狀。由于血鈣減少，使甲狀旁腺分泌增多，溶骨作用加強(qiáng)，加速了骨的吸收，使骨質(zhì)疏松或軟化，此種現(xiàn)象更多見于產(chǎn)婦及哺乳期的婦女。 (2)對牙齒的影響：適量的氟可取代牙釉質(zhì)中的羥磷灰石的羥根而形成氟磷灰石，它是牙齒的基本成分，可使牙質(zhì)光滑堅硬、耐酸、耐磨，并具有抗酸的作用，也可抑制口腔中的乳酸桿菌，降低碳水化合物分解產(chǎn)生的酸度，從而具有預(yù)防齲齒的作用。因此，在某些低氟地區(qū)，有人提倡可在自來水中加入適量氟，以降低齲齒的發(fā)生率。但當(dāng)體內(nèi)進(jìn)入過量氟時，大量的氟沉積于牙組織中，可致牙釉質(zhì)不能形成正常的棱晶結(jié)構(gòu)，而形成不規(guī)則的球狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生斑點(diǎn)，在此不規(guī)則的缺陷處色素沉著，呈現(xiàn)黃色、褐色或黑色，同時牙的硬度減弱，質(zhì)脆易碎裂或斷裂，常早期脫落。 (3)抑制酶的活性：因氟與鈣、鎂結(jié)合成難溶的氟化鈣及氟化鎂，故體內(nèi)許多需要鈣、鎂參加的酶的活性被抑制。例如，抑制烯醇化酶及琥珀酸脫氫酶等，使三羧循環(huán)障礙、糖原合成破壞，可致骨組織營養(yǎng)不良；抑制骨磷酸化酶，導(dǎo)致骨組織鈣鹽的吸收和蓄積障礙。 3.預(yù)防措施首先應(yīng)查清氟的來源，如主要來源于飲水，則應(yīng)更換適宜的水源。一般講地面水中含氟常較地下水為低，有時深井水較淺層地下水為低。如更換水源有困難時，則應(yīng)采取水中除氟的辦法。常用的方法有： (1)集中式給水可采用活性氧化鋁法：把活性氧化鋁放在過濾池內(nèi)，當(dāng)水通過過濾層時，水中含氟量可由8.0mg/L下降至1.0mg/L。 (2)分散式給水：堿式氯化鋁法，按0.5g/L加入水中，攪拌半分鐘，可使水氟由7.0mg/L降至 1.0mg/L。明礬加堿法，堿、明礬各17g/15L，可使水氟由 7.0mg/L下降至1.2～1.5mg/L。硫酸鋁法，向水中按100～120mg/L加入，攪拌均勻，靜置沉淀1～2小時，即可飲用。水煮沸半小時，可使水氟減少1/3～5/6。 如系飲水中氟含量不高的病區(qū)，則應(yīng)采取措施降低食品中的含氟量：在高氟地區(qū)應(yīng)選擇種植含氟量較低的農(nóng)作物，不使用含氟高的化肥（如磷礦粉等)和農(nóng)藥（如氟酰胺等)。要及時發(fā)現(xiàn)并及時控制氟的其他污染源：燃燒含氟高的煤炭是某些病區(qū)的氟源，為此應(yīng)從改良爐灶、加強(qiáng)排煙、以至更換燃料來解決。有效治理“工業(yè)三廢”污染，特別對于氟排放大戶（如鋁廠、水泥廠等)加以嚴(yán)格控制，也具有重要意義。 （三)地方性砷中毒 地方性砷中毒是某些地區(qū)居民飲用含砷量過高的水而致的一種地方病，在我國臺灣及新疆地區(qū)曾有本病流行的報道，臺灣地區(qū)稱之為黑腳�。╞lack-foot disease)。 1.發(fā)病原因土壤中含砷量平均為5mg/kg。自然環(huán)境中，砷來源于地殼的風(fēng)化，被風(fēng)化的砷，大都隨地表涇流沖刷沉積于低洼地帶或經(jīng)河流進(jìn)入海洋，海洋中砷含量為0.000 15～0.006mg/L，我國主要河道干流中水砷為0.01～0.6mg/L。某些地區(qū)可能因特殊地貌結(jié)構(gòu)而使砷沉積富集，并導(dǎo)致地下水含砷甚高，如臺灣西南沿海某地泉水含砷達(dá) 0.01～1. 82mg/L，新疆某地深井水達(dá) 0. 6mg/L，這些地區(qū)居民都發(fā)生了慢性砷中毒現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為皮膚色素沉著、掌趾部皮膚過度角化、皮膚皸裂，皮膚癌發(fā)病率高；下肢皮膚變黑，肢體末端壞疽等。四肢對稱性向心性感覺障礙，四肢疼痛，行動困難，肌肉萎縮。發(fā)病者年齡多在15歲以上。 2.預(yù)防措施對飲用水中含砷超過衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、流行病學(xué)調(diào)查證實有本病流行的病區(qū)，要改換水源或消除砷的污染源。還可采用飲水除砷措施：方法是首先將水中三價砷氧化成五價砷，再用石灰法處理。 （四)克山病 克山病（Keshan disease)是一種以心肌壞死為主要病變的地區(qū)性流行病，該病死亡率高，病因尚未完全闡明，是我國當(dāng)前重點(diǎn)防治的地方病之一。本病首先于1935年冬季在我國黑龍江克山縣被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時有大批病人突然死亡，由于病因不明，遂以地名命名。 1.流行特點(diǎn)及病因克山病在我國分布較廣，見于東北、華北、西北、中南、西南以及西藏14個省、市、自治區(qū)。根據(jù)流行地區(qū)現(xiàn)場調(diào)查資料，該病的分布與地質(zhì)環(huán)境因素（如地貌、巖性、土壤、地下水等)有密切的關(guān)系：山區(qū)、丘陵區(qū)發(fā)病率高于平原地區(qū)，發(fā)病地區(qū)多位于典型的地質(zhì)侵蝕區(qū)，相鄰的無病地區(qū)多位于地質(zhì)堆積區(qū)。這種地質(zhì)條件的差異表現(xiàn)在發(fā)病地區(qū)地表易溶元素的強(qiáng)烈流失，而使飲水中離子總量甚低（主要是鈣、鎂、鉀、鈉、硫等離子減少)；在無病地區(qū)，地表易溶元素的富集而使飲水中離子總量增高。近年來，有資料證明硒缺乏可能是克山病發(fā)病的主要原因之一，病區(qū)糧食中硒含量明顯下降，人群中血硒、發(fā)硒水平也普遍低于非病區(qū)。但有些現(xiàn)象目前尚不能解釋，缺硒大概并非克山病的唯一致病因素。 2.發(fā)病機(jī)制本病主要病變是心肌損害及由之而來的心力衰竭。急型克山病是急性心力衰竭，內(nèi)臟急性缺血、缺氧。小兒多呈亞急性型，表現(xiàn)為亞急性全心功能衰竭。慢型病例則主要為慢性充血性心力衰竭。潛在型病例心肌病變較輕，心臟代償功能良好，一般并無明顯癥狀，在勞累后可有頭昏、心悸、氣短等。 3.預(yù)防措施 (1)補(bǔ)充硒：目前認(rèn)為服用硒酸鈉可獲得較好的預(yù)防效果。常用的方法如口服亞硒酸鈉片每周劑量為 0. 04mg/kg；供應(yīng)硒鹽，即以1.5g亞硒酸鈉溶于少量水，均勻噴撒到100公斤食鹽中拌勻；也可在玉米或水稻等作物結(jié)穗期，噴撒亞硒酸鈉溶液，每畝均勻噴撒0.5～1.0g，分兩次噴撒效果更好。 (2)改善居民營養(yǎng)、改善環(huán)境衛(wèi)生條件，尤其是改善飲水水質(zhì)更為重要。 | 
