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第二节 环境污染及其对健康的影响
一、环境污染及其来源
由于各种人为或自然的原因,使环境构成发生改变,造成环境质量下降和恶化,破坏了生态平衡,对人类健康造成直接、间接或潜在的有害影响,称为环境污染(environment pollution)。严重的环境污染称为公害(public nuisance)。
(一)污染源
污染源(pollutant source)是指造成环境污染的污染物发生源,通常指向环境排放有害物质或对环境产生有害影响的场所、设备和装置。造成环境污染的原因很多,目前常见的环境污染来源有如下几个方面:
1.生产性污染源
生产性污染是当前主要的污染来源,其主要特点是:有组织排放,污染物数量大、成分复杂、毒性大,但相对较易治理。工业生产过程中排出废气、废水和废渣称为“工业性三废”。“三废”中含有大量对人体健康有害的物质,如未经处理或处理不当就大量排放到环境中,可以造成空气、水、土壤及食物等环境的污染,导致环境质量恶化。农业生产中,长期使用农药(杀虫剂、除草剂以及植物生长调节剂等)可造成农作物、畜产品及野生生物中的农药残留,空气、水和土壤也可能受到不同程度的污染。
2.生活性污染源
生活性污染物较生产性污染物成分相对简单、毒性相对低,但因其是一种无组织排放,治理相对困难。人类生活过程中排出的粪尿、垃圾和污水等称为“生活性三废”。在人口不断增长和消费水平不断提高的同时,生活性三废的产量也在不断地上升,特别是在一些大中城市,随着污染严重的一些工厂外迁,生活性污染已成为城市污染的主要来源。生活性三废成分复杂,不仅含有大量纤维素、碳水化合物、脂肪、蛋白质等物质,还含有大量病原菌、病毒、寄生虫,尤其是医院污水,若卫生处理不当,可污染空气、水及土壤,还可导致一些传染病的流行。生活污水中还含有大量的氮、磷等物质,排入水体后可使水中的藻类及其他浮游生物迅速繁殖,使水体溶解氧量下降,水质恶化,鱼类及其他生物大量死亡,这种现象称为富营养化(eutrophication)。
3.其他污染
随着汽车产业的迅速发展,交通运输工具产生的噪声、振动和各种废气污染物随之快速增长,将对人类健康产生严重的威胁。电磁波通信设备可产生微波和其他电磁辐射波,医用和军用的原子能和放射性同位素机构所排放的各类放射性废弃物和可吸入颗粒物,火山爆发、森林大火、地震等自然灾害所释放的大量烟尘、废气等,都可使自然环境受到不同程度的污染,造成不良后果。
(二)污染物
污染物(pollutant)是指进入环境并引起环境污染的物质。从污染源直接排入环境,其理化性状没有发生改变的污染物称为一次污染物(primary pollutant)。进入环境的一次污染物在物理、化学或生物因素作用下发生变化或与环境中其他物质发生反应,形成与原来污染物理化性状和毒性完全不同的新的污染物称为二次污染物(secondary pollutant)。二次污染物对环境和人体的危害通常比一次污染物严重,例如甲基汞比汞或汞的无机化合物对人体健康的危害要大得多。按污染物的性质可分为三大类:
1.化学性污染物
如铅、汞、铬、镉等重金属,SO 2、氮氧化物(NO x)、CO等有害气体及农药化肥等。
2.物理性污染物
如噪声、振动、电离辐射、电磁辐射等。
3.生物性污染物
如致病菌、病毒、寄生虫卵等。
二、环境污染物的接触途径
环境污染物经各种途径和方式与人体接触。存在于空气、水、土壤及食物中的环境污染物主要通过呼吸道、消化道和皮肤进入人体。
(一)呼吸道
环境中以气体、蒸气和气溶胶形式存在的污染物主要经呼吸道进入人体。其主要特点有:①肺泡的总表观面积大(约50~100m 2),肺泡壁薄(约1~4m),肺泡间毛细血管丰富,污染物经肺泡吸收进入血液极为迅速;②经呼吸道吸收的污染物,不经过肝脏的转化、解毒,直接由肺循环进入全身血液循环。气体及蒸气状污染物多以扩散方式进入血流,其吸收速度与肺泡和血液中物质的分压差有关。呼吸道吸收还受污染物在血液中浓度与肺泡空气中浓度之比(血/气分配系数)的影响,该系数越大,毒物越易吸收入血液。例如,氯仿和乙烯的血/气分配系数分别为15和0.14,氯仿比乙烯更易被吸收。颗粒物的吸收主要取决于颗粒的空气动力学直径和气溶胶中的化学物的水溶性。气溶胶沉积在呼吸道的部位与其颗粒大小有关。此外,活动强度、肺通气量、肺血流量及环境气象条件等因素也可影响污染物经呼吸道吸收。
(二)消化道
存在于饮水和食物中的有害物质可通过消化道吸收。消化道吸收的主要部位是小肠,其他各个部位也有吸收作用。小肠黏膜上的绒毛可使黏膜表面积增大约600倍,大多数化学物在消化道以扩散方式吸收,部分毒物可以借助营养物质运载转移的载体吸收入血液,如镉与钙结合蛋白结合而吸收。消化道各段的pH值相差很大,故在胃肠道不同部位的吸收量也有很大差别。此外,胃肠道内容物多少、排空时间以及蠕动状况也可影响毒物吸收。经消化道吸收的毒物可经肠肝循环过程反复被吸收。
(三)皮肤
环境污染物经皮肤吸收主要通过表皮和皮肤附属器(毛囊、汗腺和皮脂腺)。但后者不如前者重要,附属器的横断面积仅占皮肤表面积的0.1%~1%。污染物经表皮吸收需通过三层屏障:①表皮角质层,这是经皮肤吸收的最主要屏障,分子量大于300的物质不易通过无损的皮肤;②连接角质层,该层能阻止水、电解质和某些水溶性的物质进入,但脂溶性物质则可通过;③表皮和真皮连接处的基膜,能阻止某些物质透过,但大多数物质通过表皮后可自由地经乳突毛细管进入血液。污染物经皮肤的吸收率不仅取决于污染物的溶解度、分子大小、浓度及pH值等因素,还受皮肤完整性和接触条件的影响。一般来说,脂/水分配系数较高的污染物易经皮肤吸收。但溶于脂而难溶于水的物质经皮肤吸收率却相对较低;当其挥发度很高时,吸收率更低,如苯等经皮肤吸收较少。而挥发度低,既溶于脂又溶于水的物质,可经皮肤迅速吸收,如有机磷农药。皮肤有破损或患有皮肤病时,其屏障的完整性被破坏,有利于环境污染物经皮肤吸收。皮肤潮湿可增高其角质层的通透性,增加污染物经皮肤吸收。经皮肤吸收的污染物也可不经肝脏解毒而直接进入大循环。
同一种有害化合物,可以有不同的污染来源。即便是同一污染来源,由于在环境中发生的空间位移作用也可以在不同的介质之间进行。因此,许多环境物质和有害化合物进入环境后都会在多种介质中存在。这些有害化合物往往通过多种途径,很少是单一途径接触人体。
三、环境污染对健康的危害
(一)环境致病因素的健康效应
环境的构成和环境的状态发生任何异常变化,都会不同程度地影响机体的健康。人体具有调节自身的生理功能,以适应环境不断变化的能力。当环境的异常变化在人体适应范围内,机体可通过自身的调节适应这种变化。如果环境中的异常变化超出了人类正常生理调节的范围,则可能引起人体某些功能和结构的变化,严重者可导致病理性的改变。能使人体发生病理性变化的环境因素称为环境致病因素(environmental pathogenic factor)。
一般情况下,当环境毒物开始作用于机体,或作用的强度较小时,由于机体有一定的代偿能力,可保持着相对的稳定,暂时不出现损害作用或生理功能改变,属于正常生理调节范围。如果停止致病因素作用,机体可能向着恢复健康的方向发展。处于代偿状态暂时尚未表现临床症状的人,不能认为是健康的人,其中一些人实际上已处于疾病的早期阶段,即临床前期。机体的代偿能力是有一定限度的,如果环境有害因素继续作用,致使功能发生障碍,机体会向病理状态发展,出现疾病的症状和体征;少数人甚至因病理反应而出现死亡。从预防医学的观点研究环境因素对人体健康的影响,可将生理、生化和病理效应看作连续的健康效应谱。人群对环境因素反应的健康效应谱呈金字塔形或称冰山现象(图1-2-1)。
图1-2-1 人群对环境异常变化的健康效应谱
从环境影响的健康效应谱分析,研究环境对健康的影响,不能只注重有无临床表现,更应该研究生理、生化等方面的早期改变,及早发现环境污染所产生的临床前期表现和潜在的健康效应,并及时加以控制。
(二)环境污染对人类健康影响的特点
1.广泛性
环境受污染后影响的人群范围广且人数多,包括不同年龄、不同性别的人群,甚至可能影响到未出生的胎儿。
2.复杂性
受污染环境中可有多种污染物同时存在,各种毒物间可以产生联合毒性作用;同一种污染物可经受污染的空气、土壤、水、食物等不同途径进入人体,同一个体可摄入不同种环境污染物;环境污染物作为致病因素对健康损害多属多因多果,关系十分复杂。
3.多样性
环境中存在各种污染物,对人体健康损害作用形式表现出明显的多样性,既有直接的,也有间接的;有急性的,也有慢性的;有局部的,也有全身的;有近期的,也有远期的作用;有特异性的损害,也有非特异性的损害等。
4.长期性
一些环境污染物可长时间滞留于环境中,并长时间作用于人体,在低浓度的情况下,污染物造成的健康损害在短时间内不明显,不易被察觉,需要数年甚至几十年才表现出来,有的到下一代才表现出健康危害效应来。
(三)环境污染对健康损害作用的主要表现形式
1.急性危害
是指环境中大量或毒性较大的污染物作用于机体,使暴露人群在短时间内出现有害效应、中毒症状甚至死亡。历史上发生在英国伦敦和美国洛杉矶等地的“烟雾事件”,1984年发生在印度的“博帕尔异氰酸甲酯泄漏事件”,前苏联的“切尔诺贝利核电站事故”等均为急性损害。
2.慢性危害
是指环境中有害物质低浓度、长时间、反复作用于机体所产生的危害。慢性危害是由于毒物的损伤蓄积或在人体内的物质蓄积所致。慢性中毒是慢性危害的主要类型。曾经发生在日本的水俣病、痛痛病,就是环境污染造成慢性中毒的典型例子。另外,低浓度污染物的长期作用还可导致一些非特异性损害,包括暴露人群免疫力下降,人群中一般疾病患病率和死亡率增加等。
3.致癌作用
恶性肿瘤已经成为人类死亡的重要病因,据估计,80%~90%的肿瘤与环境因素有关,其中化学因素起主要作用。在所有的癌症中有19%由包括工作环境在内的环境因素直接引起。国际癌症研究中心(IARC)根据对人类和对实验动物致癌性资料,以及在实验系统和人类其他有关资料的综合评价,将环境因子和类别、混合物以及接触环境与人类致癌危险性分为4组:①人类致癌物,即对人类致癌证据充分;②对人类很可能或可能致癌(2A类和2B类);2A类指对人类很可能致癌,此类致癌物对人类致癌性证据有限,对实验动物致癌性证据充分;2B类指对人类可能致癌,是指对人类致癌性证据有限,对实验动物致癌性证据并不充分;或对人类致癌性证据不足,对实验动物致癌性证据充分;③对人类的致癌性尚无法分类;④对人类很可能不致癌。
4.生殖毒性和发育毒性
某些环境有害物质或因素可产生生殖毒性和发育毒性。生殖毒性(reproductive toxicity)是指外源性化学物对雄性或雌性生殖功能或生殖能力的损害及对子代的有害影响。有害物质或因素毒性可发生于雄性、雌性的任何时期,表现为性功能障碍、不育、不孕、生殖器官和内分泌功能异常、妊娠结局不良等。发育毒性(developmental toxicity)是指外源性化学物能导致机体发育异常的有害作用。主要表现为发育中机体死亡、胎儿畸形、胎儿生长迟缓及器官或系统功能缺陷等。在妊娠期接触外界环境因素而引起后代结构或功能异常的作用称之为致畸作用(teratogenesis),是发育毒性的一种表现。比如,震惊世界的反应停事件造成的8000多例短肢畸形儿(海豹肢畸形儿)就是典型的外源性化学物的致畸作用的例子。
5.遗传毒性
是指环境中化学因素、物理因素和生物因素引起的生物体细胞遗传物质(DNA)和遗传过程的改变。引起生物体细胞遗传物质发生可遗传改变的作用称为致突变作用(mutagenesis)。凡能引起致突变作用的物质称为致突变物(mutagens),又叫诱变剂。突变类型有:①基因突变(gene mutation),指DNA的碱基配对或碱基排列顺序发生了改变,可能导致基因表达产物的功能改变;②染色体畸变(chromosome aberration),是指染色体结构和数目的异常改变;③基因组突变(genomic mutation),是指基因组中染色体数目的改变。如果突变发生在体细胞,则会导致一些疾病发生,甚至形成肿瘤;如果突变发生在生殖细胞,则可导致不孕、早产、死胎或畸形及遗传性疾病。
6.对免疫功能的影响
环境毒物对免疫系统的影响表现为三种类型:①环境毒物对免疫功能的抑制。某些环境污染物可使机体的免疫反应过程的某一个或多个环节发生障碍而出现免疫抑制作用,包括对体液免疫功能、细胞免疫功能、自然杀伤细胞(natural killer cell, NK细胞)的影响等。环境中具有免疫抑制作用的化学物主要有多卤代芳香烃类及多环芳烃类化合物、金属类毒物、某些农药、某些药物以及电离辐射等;②化学物作为致敏原引起机体变态反应。某些化学物进入体内可与组织蛋白结合,形成具有免疫原性的物质,即抗原,然后刺激机体产生相应的致敏淋巴细胞或抗体,在机体第二次接触到致敏原时,则发生变态反应;③少数环境化学物可引起自身免疫反应。过度的自身免疫反应可导致慢性炎症、组织破坏或功能紊乱,即自身免疫性疾病。如氯乙烯、六氯苯、二氧化硅、某些金属(汞、镉)等可引起自身免疫反应。
7.干扰内分泌功能
1996年美国环境保护局将对机体内天然激素的产生、释放、运输、代谢、消除、结合、功能发挥以及维持体内平衡稳定和机体发育过程产生干扰作用的外源物质称为环境内分泌干扰物(environmental endocrine disruptors, EEDs)。已被证实或疑为具有内分泌干扰作用的环境化学物质有上百种,包括邻苯二甲酸酯类、多氯联苯类、有机氯杀虫剂、烷基酚类、双酚化合物类、植物和真菌激素以及重金属类等。
(四)环境污染引起的疾病类型
环境污染对人体健康的危害是多种多样的,其引起的疾病类型可分为4类:
1.公害病
由严重的环境污染引起的区域性疾病称为公害病(public nuisance disease)。公害病不仅是一个医学概念,而且具有法律意义,须经严格的医学鉴定和国家法律正式认可,方可确认。一旦确定为公害病,要追究造成环境污染的责任人的法律责任,并对受害者进行必要的赔偿。历史上发生的有代表性的公害事件如表1-2-1所示。
表1-2-1 历史上的重大公害事件
2.职业病
职业病是指劳动者在职业活动中接触职业病危害因素所引起的疾病。我国政府颁布的法定职业病为10类115种。
3.食源性疾病
是指通过摄取食物而进入人体的致病因子引起的,通常具有感染性或中毒性的一类疾病。其中许多食物中有毒有害的物质来源于环境污染,例如,有机磷农药污染蔬菜等农作物引起的食物中毒。
4.传染病
传染病是由病原微生物引起,可在人与人之间、人与动物之间或动物与动物之间相互传播的一类疾病。环境污染也可以引起此类疾病发生,如处理不当,可能造成疾病暴发流行。例如,未经消毒净化处理的医院废水、生活污水、屠宰场或制革厂废水直接排放到水体,可能引起一些介水传染病(伤寒、霍乱、痢疾等)的暴发流行。
四、环境污染物对健康损害的影响因素
环境污染物对健康的损害受许多因素影响,概括起来包括以下几个方面:
(一)污染物的化学结构和理化性质
污染物的化学结构和理化性质对污染物的毒性、对机体毒作用性质和毒效应大小具有重要影响,污染物的化学结构和理化性质决定对健康损害的程度、性质与部位。污染物的化学结构是最主要的影响因素,如在脂肪烃中,随碳原子增加,其毒性增强;一些不饱和化学物毒性大于饱和化学物(乙炔>乙烯>乙烷);在氯代饱和烃化合物中,氯取代氢愈多,肝脏毒性则愈大(CCl 4>CHCl 3>CH 2Cl 2>CH 3Cl>CH 4);芳香烃苯环上的氢原子被硝基或氨基取代时,则明显地增加其形成高铁血红蛋白的能力。污染物的水溶性、脂溶性、挥发度及分散度等均可影响其在体内的吸收、分布、蓄积、代谢及排泄等过程,以致影响污染物毒作用性质和毒效应大小。如苯、四乙基铅等脂溶性毒物,易渗透至富含类脂质的中枢神经系统组织中而引起损害。
(二)剂量或强度
剂量是指进入机体的化学物的数量。强度一般是指物理因素作用于机体的数量。污染物对人体健康的损害程度,主要取决于污染物进入人体的剂量或作用于机体的强度。同一毒物的不同剂量引起的生物学损害不同。在环境医学研究中,作用剂量与健康损害程度的相互关系有以下两种评价方法:
1.剂量-效应关系
化学物质的摄入量(暴露量)与摄入该化学物质的生物个体或群体中发生某种量效应强度之间的关系称为剂量-效应关系(dose-effect relationship)。例如:有机磷农药对生物机体的危害,体内胆碱酯酶活性随着有机磷农药进入机体数量的增加而降低。
2.剂量-反应关系
化学物质的剂量与接触该化学物质的生物群体中出现某种强度生物效应的发生频率之间的关系称为剂量-反应关系(dose-response relationship),一般以发生率来表示。例如:随着吸烟量的增加,肺癌死亡率逐渐上升,这一关系为剂量-反应关系。
(三)暴露时间
在一定的剂量或强度条件下,机体与污染物接触的时间长短或暴露频率是影响污染物健康危害的重要因素。根据暴露时间长短可分为急性暴露(一次事故或事件中暴露)、亚慢性暴露(重复暴露数周或数月)及慢性暴露(重复暴露多月或多年)。对许多污染物来说,一次暴露与重复暴露所引起的有害效应可完全不同。例如,苯的急性中毒表现为中枢神经系统抑制,重复暴露则可导致骨髓毒性,并可增加患白血病的危险性。
(四)环境因素的联合作用
环境污染物多不是单一存在的,常与其他化学、物理因素同时作用于人体,因此,必须考虑这些因素的综合作用。同时接触两种或两种以上化学物时易发生交互作用,即联合作用(joint effect)。化学物联合作用的主要类型有:
1.相加作用(addition joint action)
是指多种化学物质的联合效应的强度为各单独作用强度的总和。此种类型常见于一些化学结构近似或属同系的化合物,或对机体的毒作用机制相似、靶器官部位相同的化学物。例如,同时接触两种有机磷农药时,对机体胆碱酯酶的抑制作用往往是相加的。
2.协同作用(synergistic effect)
是指两种化学物质所产生的联合效应的强度远远超过各单个物质作用强度的总和。例如,接触石棉的工人肺癌发生相对危险度是非接触者的5倍,吸烟者肺癌发生相对危险度是非吸烟者的11倍,吸烟又接触石棉者肺癌发生相对危险度为55倍。
3.加强作用(potentiation joint action)
又称增效作用,是指某一化学物本身对机体无毒性,另一化学物对机体有一定毒性,但当两者同时进入机体时,前者则可使后者的毒性大为增强。例如,异丙醇无肝脏毒性,但异丙醇与四氯化碳同时作用于机体时,后者的肝脏毒性比其单独作用于机体时更强。
4.拮抗作用(antagonistic joint action)
是指多种化学物同时存在时的联合效应小于各化学物单独作用时毒效应的总和。其机制可以是功能拮抗、化学拮抗、配置拮抗或受体拮抗。一些解毒剂的作用原理可认为是拮抗作用,如二巯基丙醇与金属络合而减轻金属毒性,就是一种化学拮抗作用。
(五)个体易感性
人群中不同的个体在接触同一环境污染物、同一暴露水平或同一暴露条件下,所产生的有害生物学效应不同,有的可不出现效应,有的则出现严重损伤甚至死亡。常见影响人群对环境有害因素易感性的因素有很多,包括个体的健康状况、年龄、性别、生理生化功能状态、营养状态、生活习惯及遗传因素等。不同年龄段的人群易感性也可能有较大差异。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。
人体的健康状态可直接影响机体对环境污染物的反应性。肝、肾功能不良者,由于其解毒、排泄功能下降,暴露于环境污染物下,易发生中毒。
遗传因素是造成某些环境污染物易感的另一重要因素,例如,红细胞中6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺陷的人,对硝基苯类化合物及多种氧化物引起的损害特别敏感;完全缺乏血清抗胰蛋白酶因子的人,对刺激性气体造成的肺损伤特别敏感。
由于环境污染影响整个人群的健康,其中包括由于上述诸多个体因素不同而对某物质特别敏感的人,即高敏感人群(high susceptibility group)或高危人群(high risk group),这部分人群比正常人群更易于受到环境污染物的损害。如图1-2-2所示,在相同剂量作用下,敏感人群中出现某种健康损害效应的反应明显增加。因此,在制定环境卫生标准时应充分考虑到这部分人群。
图1-2-2 敏感人群和正常人群的剂量-反应关系比较
五、环境污染的防治
随着社会的进步和经济的发展,环境污染的问题已备受关注。中国环境保护工作的基本方针是“全面规划,合理布局,综合利用,化害为利,依靠群众,大家动手,保护环境,造福人民”。迄今,我国在环境保护、自然资源管理方面的法律、法规建设日趋完善。尽管如此,环境污染问题仍然十分严重,环境污染的防治工作任重而道远。
(一)健全环境保护法律法规,严格执法
20世纪80年代,中国政府把环境保护确立为一项基本国策,并逐渐完善了环境法律体系,但环境污染的问题仍然是我国面临的严重挑战之一。其根本问题在于执法不严,地方保护主义严重,一些地区未处理好地方经济发展与环境保护的关系。面对环境污染的新形势、新内容,除了继续完善环境保护的法律法规外,要加强执法力度,严格执法,赏罚分明,确实按照环境保护法等法律法规执行,才能从现实意义上保证人们有一个舒适的生活环境。
(二)制定、完善卫生标准
卫生标准是卫生法律法规的重要组成部分,是卫生监督监测的规范性依据,是卫生监督实施过程中进行卫生学评价的技术依据,我国卫生标准与发达国家相比还有不够完善,所以,进一步制定和完善卫生标准,是我国环境保护中使监督监测有法可依的重要保证。
(三)加强卫生监督和卫生管理
卫生部门和相关部门密切配合,相互协作,积极开展预防性卫生监督和经常性卫生监督。对城市功能分区进行全面规划、合理布局;对新建、扩建及改建的工厂、交通路线等设计的合理性要进行审查;对当地污染源和污染物的排放量、排放方式等进行监测,并建立档案,了解辖区空气、水及土壤的动态污染水平;对社区居民的健康状况进行定期监测和管理,建立健康档案,使管辖的区域在严密监督管理视野下运作,从源头上防止污染物进入环境。
(四)改革工艺、综合利用、化害为利
这是治理“三废”的根本性措施。如我国创造的无氰电镀新工艺代替过去的含氰电镀,消除了含氰废水对环境的污染;造纸厂排出的废水可以回收大量烧碱、脂肪酸和木质素等多种产品;对固体废物实行成分回收和合理利用,可回收大量金属、有机物,其中废渣、煤灰可利用加工成建筑材料;对城市垃圾采用卫生填埋、堆肥和焚烧处置,不仅可达到无害化,还可发电、产能。
(五)净化处理
常用的净化方法有物理方法(固化、筛滤、沉淀、浮选等)、化学方法(酸碱中和、还原、氧化等)和生物学方法(生物膜法、活性污泥法等),将有害污染物转化为无害的最终产物。工业企业的“三废”多为成分复杂的混合体,单一的净化方法常常达不到彻底净化的目的,实际工作中往往把几种方法结合起来,才能收到较好的效果。
(徐斌)