地方病與地質(zhì)環(huán)境

1、2011年9月,地方病與地球化學(xué)環(huán)境,郭清海,中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）環(huán)境學(xué)院,水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)前沿,常見地方病,氟中毒砷中毒地方性甲狀腺腫地方性克汀病大骨節(jié)病克山病,,國家對地方病與地球化學(xué)環(huán)境方面的研究投入巨大。僅以中國地調(diào)局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心在2006年啟動的一個項目為例,,近年來國家對科學(xué)研究的投入逐年增加，在本研究方向的研究經(jīng)費更是不斷上漲。可見國家對地方病和地球化學(xué)環(huán)境關(guān)系研究的重視。,飲用水中氟化鈣的形成會影響

2、牙齒的鈣化，使牙齒鈣化不全，牙釉質(zhì)受損,氟斑牙,氟骨癥,體中吸收過量的氟會引起氟骨癥早期出現(xiàn)四肢、脊柱骨骼和全身各關(guān)節(jié)疼痛、全身乏力，嚴(yán)重的可造成肢體功能發(fā)生障礙，全身骨骼和關(guān)節(jié)變形，甚至癱瘓；內(nèi)蒙阿拉善右旗雅布賴鹽池地區(qū)飲用水中含氟量達(dá)10 mg/L。根據(jù)國外報導(dǎo)攝入15 -20 mg/d，持續(xù)10 a后，可出現(xiàn)氟骨癥; 攝入總量為20 mg /d，持續(xù)20 a以上，可導(dǎo)致殘廢；飲用水氟含量達(dá)4 mg/L即可導(dǎo)致氟骨癥；

3、超過10 mg/L時，會引起殘廢。,砷中毒,砷中毒,砷中毒,砷中毒,,Skin cancer due to arsenic poisoning,砷中毒,砷中毒,Regions of arsenic poisoning in China,,,Region of arsenic poisoning,,Regions under threat,,地方性甲狀腺腫,俗稱“大粗脖”，以甲狀腺腫 大為主要病癥分布很廣世界約有16億人生活在

4、碘嚴(yán)重缺乏地區(qū)，中國就有4.25億亞洲的喜馬拉雅山地區(qū)——非洲的剛果河流域——南美的安第斯山區(qū)——歐洲的阿爾卑斯山區(qū)——北美的美國和加拿大之間的大湖盆地周圍以及太平洋新西蘭的一些地區(qū)我國除上海市以外，各省、自治區(qū)、直轄市都有不同程度的地方性甲狀腺腫流行區(qū)缺碘性甲狀腺腫病人3000多萬人地方性克汀病的人數(shù)超過25萬,地方性克汀病,地方性克汀病是由于更嚴(yán)重的缺碘而引起的。它主要表現(xiàn)為癡、呆等病癥。在嚴(yán)重的甲狀腺腫流行區(qū)，孕婦缺碘，

5、造成胎兒甲狀腺激素缺乏，患病小孩出生后，就會表現(xiàn)不同程度的呆、小癥狀，所以本病又稱“呆小癥”。,是一種以軟骨壞死為主要改變的地方性變形性骨關(guān)節(jié)病，研究表明可能與缺硒有關(guān)。主要發(fā)生于兒童和少年，臨床表現(xiàn)為關(guān)節(jié)疼痛、增粗變形，肌肉萎縮，運動障礙。本病在我國分布于由東北斜向西南的寬帶狀地域內(nèi)，包括14個省、市、區(qū)的302個縣,多病因地方病-大骨節(jié)病,地理分布東南溫暖濕潤地帶與西北寒冷干旱地帶之間的過渡地區(qū)以山區(qū)、半山區(qū)、丘陵地多見。山

6、谷、河谷、等低洼潮濕地區(qū)發(fā)病尤重。病區(qū)大至與土壤低硒地帶一致,硒地方病-大骨節(jié)病,典型地方病案例研究,1. 山西太原盆地高氟地下水的地球化學(xué)成因2. 西藏部分大骨節(jié)病區(qū)飲用水的水化學(xué)特征,,太原盆地地質(zhì)簡圖與剖面圖,太原盆地位于山西省中部，包括太原市、陽曲縣、清徐縣、榆次市、交城縣、文水縣、祁縣、太谷縣、介休市、孝義市、平遙縣、汾陽縣等12個行政區(qū)。盆地周邊出露的基巖地層包括寒武-奧陶系碳酸鹽巖、石炭-二疊系煤系地層及三疊系碎屑巖

7、。盆地內(nèi)新生代沉積物厚度一般為幾十～2000m，最厚達(dá)3800m。,1. 山西太原盆地高氟地下水的地球化學(xué)成因,盆地地下水流向和氟含量等值線,以田莊斷裂為界，太原盆地可分為南北兩個子盆地；A區(qū)：北部子盆地補給、徑流區(qū)；B區(qū)：北部子盆地排泄區(qū)； C區(qū)：南部子盆地補給、徑流區(qū)；D區(qū)：南部子盆地排泄區(qū)；地下水氟含量沿流向呈上升趨勢，高氟水（> 1.5 mg/L）一般分布在排泄區(qū) (Zone B and Zone D)；山前也

8、有零星高氟水樣，如 well 30 in Zone A, well 3, 4 in Zone C;在所采集的58個水樣中，14個為含量大于1.5 mg/L的高氟水，最高氟含量達(dá)6.2 mg/L。,Box and whisker plots of the concentrations of major ions in groundwater samples in Zone A, B, C, and D,排泄區(qū)地下水所有宏量組分含量均大于

9、補給區(qū)，因此，沿地下水徑流方向含水層礦物的溶濾是影響地下水地球化學(xué)的主要水化學(xué)過程之一。,,,,,,,,石英、長石、云母是含水層沉積物中的主要礦物；所有地下水均落在高嶺土穩(wěn)定區(qū)內(nèi)；盆地孔隙水系統(tǒng)中長石、云母等礦物可發(fā)生非全等溶解，并水解為高嶺土。,[Na]/[Ca] ratio versus TDS value of groundwater samples in Zone A, B, C, D,,雖然從補給區(qū)到排泄區(qū)地下水Na、Ca

10、含量均增加，但排泄區(qū)，特別是D區(qū)的 地下水[Na]/[Ca]比值更高；這與發(fā)生于孔隙含水層中的陽離子交換作用有關(guān)；在盆地邊緣或補給區(qū)一帶，含水層介質(zhì)以粗粒相的砂卵石為主，其離子交換能力非常有限；但在徑流區(qū)及排泄區(qū)，含水層中的細(xì)粒相沉積物、特別是粘土礦物的含量漸漸增加，其表面上吸附的Na+被地下水中的Ca2+ 所交替，結(jié)果為地下水中的Na+含量增加而Ca2+含量相對減少，[Na]/[Ca] 隨之增加。,F- versus HCO3-

11、 and Na+ of all groundwater samples,,地下水中的氟含量受到螢石溶度積常數(shù)的控制，因此水中低Ca含量有利于氟的富集。水中大量HCO3-可沉淀Ca，形成氟富集的有利條件。,含高含量HCO3-和Na+的地下水為pH偏高的蘇打水，這種地下水有利于以下陰離子交換過程的發(fā)生：,,沿地下水徑流方向含水層礦物的溶濾過程使地下水中各宏量組分含量，包括HCO3-和Na+含量從補給區(qū)到排泄區(qū)逐漸上升；排泄區(qū)Ca-Na交換

12、過程的發(fā)生進(jìn)一步提高了地下水的Na含量；排泄區(qū)偏堿性的HCO3-Na型地下水有利于螢石的溶解以及水中羥基與含氟硅酸鹽礦物的離子交換，從而在排泄區(qū)形成了高氟地下水；盆地邊緣的高氟水可能與工業(yè)污染有關(guān)。,太原盆地高氟地下水成因小結(jié),,選擇了一個面積6000平方公里以上的研究區(qū)開展工作；所開展的高氟水成因研究基于系統(tǒng)的水文地質(zhì)和水-巖相互作用研究；建立了一個被廣泛承認(rèn)的高氟水形成的地球化學(xué)模型。,研究意義,已發(fā)表的論文被SCI他引13

13、次,大骨節(jié)病是一種以關(guān)節(jié)軟骨變性、壞死為主的慢性地方性疾病。疾病晚期繼而出現(xiàn)關(guān)節(jié)周圍代償性軟骨及骨質(zhì)增生，使關(guān)節(jié)周徑顯著增粗變形。該疾病主要發(fā)生于兒童和少年，臨床表現(xiàn)為關(guān)節(jié)疼痛、增粗變形，肌肉萎縮，運動障礙。1849年，俄國土地測量員尤倫斯基（Yurenski）在烏洛夫河流域首次發(fā)現(xiàn)大骨節(jié)病，故該病曾稱為烏洛夫病。其后，俄國醫(yī)生卡申（Kashin）、別克（Beck）分別開展了本病的流行病學(xué)調(diào)查，確定其為一種獨立的疾病，并于1906

14、年撰文記述，因此大骨節(jié)病在國際上通稱Kashin-Beck Disease（KBD）。,2. 西藏部分大骨節(jié)病區(qū)飲用水的水化學(xué)特征,中國是世界上大骨節(jié)病發(fā)病和流行范圍最廣的國家。在國外，俄羅斯西伯利亞東南部和朝鮮北部山區(qū)是主要的大骨節(jié)病病區(qū)；我國的大骨節(jié)病病區(qū)主要分布在從東北到西南的帶狀區(qū)域內(nèi)，包括黑龍江、吉林、遼寧、北京、山東、山西、陜西、內(nèi)蒙古、河北、河南、甘肅、四川、青海、西藏和臺灣。,西藏是國內(nèi)大骨節(jié)病分布范圍最廣、病情最嚴(yán)重

15、、活躍程度最高的地區(qū)（中國地方病防治研究中心西藏大骨節(jié)病考察組，2000），所轄7個地區(qū)（市）均有不同程度的大骨節(jié)病流行；20世紀(jì)80年代在西藏開展的初步調(diào)查顯示該地區(qū)有大骨節(jié)病縣13個， 20世紀(jì)末的調(diào)查則發(fā)現(xiàn)了20個新病縣；目前，病區(qū)共涉及33 個縣、108 個鄉(xiāng)、379 個村；病縣總?cè)丝谶_(dá)116.2 萬人，其中病區(qū)人口9.6 萬，現(xiàn)癥病人1.8 萬人。,西藏大骨節(jié)病區(qū)分布示意圖,,,大骨節(jié)病的環(huán)境地質(zhì)成因研究環(huán)境低硒說研究

16、者發(fā)現(xiàn)大骨節(jié)病與環(huán)境低硒有密切關(guān)系：我國本病病區(qū)分布與低硒土壤地帶大體上一致，大部分病區(qū)土壤總硒總量在0.15 mg/kg以下，糧食硒含量多低于0.02 mg/kg。,,,,中國土壤中總硒含量分布（據(jù)Tan 等，2002）,,,大骨節(jié)病成因的環(huán)境低硒說也存在大量反例有些地區(qū)低硒，并不發(fā)生大骨節(jié)病，如陜西的榆林、洛南以及四川、云南一些克山病病區(qū)；有些地方硒并不很低，卻有本病發(fā)生，如山東的益都，山西的左權(quán)、霍縣，陜西的安康，青海的斑瑪?shù)?/p>

17、；補硒后不能完全控制本病的的新發(fā)。,,,,,為深入研究西藏大骨節(jié)病的環(huán)境地質(zhì)成因，我們以西藏桑日縣、尼木縣、謝通門縣、工布江達(dá)縣為研究區(qū)，開展了以上行政區(qū)的大骨節(jié)病村與相鄰非病村飲用水水樣的采集工作；對比了病村和非病村水樣的水化學(xué)特征，總結(jié)出了病村飲用水的水化學(xué)異常。,桑日大骨節(jié)病區(qū)一角,桑日大骨節(jié)病區(qū)病例,青稞地土壤采樣,,,,,大骨節(jié)病村和相鄰非病村飲用水平均TDS對比對比結(jié)果無明顯規(guī)律,,,,,大骨節(jié)病村和相鄰非病村飲用水平

18、均硒含量對比對比結(jié)果無明顯規(guī)律,環(huán)境低硒引發(fā)大骨節(jié)病是一種非常流行的大骨節(jié)病成因論,,,,,大骨節(jié)病村和非病村飲用水的水化學(xué)類型對比主要水化學(xué)類型均為HCO3-Ca, HCO3-Ca·Na, and HCO3·SO4-Ca，病村有1個水樣為SO4-Ca 型，2個為HCO3-Ca·Mg 型；以下組分在病區(qū)和非病區(qū)飲用水中無統(tǒng)計意義上的差別,,,,,大骨節(jié)病村飲用水的異常宏量組分：Al、Fe、Na,,,,

19、,,,,,,,大骨節(jié)病村飲用水的異常微量組分：MnVoshchenko和Ivanov認(rèn)為：從飲用水中過量攝入錳可導(dǎo)致破骨細(xì)胞活化，阻礙骨骼生長并引起大骨節(jié)病。,微量元素對比,,,,大骨節(jié)病村飲用水的異常微量組分：Cd、Co、Cu、Ba（病區(qū)含量高）,,,,,,,,,,,大骨節(jié)病村飲用水的異常微量組分：Mo （非病區(qū)含量高）,,,,,,,,,微量元素對比,,,,飲用水的碘含量對比,,,,,,,,,環(huán)境介質(zhì)碘含量對比,,,,,耕作土地土壤

20、的碘含量對比,,,,,,,,,環(huán)境介質(zhì)碘含量對比,,,,,,主要糧食作物青稞的碘含量對比,,,,,,,,,環(huán)境介質(zhì)碘含量對比,,,,,,,Delange et al. (1972)：人體缺乏碘攝入會引起甲狀腺機能減退，進(jìn)而阻礙兒童骨骼發(fā)展Yamamuro (2001)：人體內(nèi)碘缺乏可影響軟骨損害后的自我修復(fù)Moreno-Reyes et al. (2001) ：碘缺乏引起的甲狀腺機能減退可導(dǎo)致松果體生長障礙、骨質(zhì)發(fā)育延遲以及軟骨硬化

21、，進(jìn)而引起大骨節(jié)病的臨床癥狀,,,,,,,,,環(huán)境碘缺乏和大骨節(jié)病關(guān)系分析,,,,,,,,結(jié)論研究區(qū)內(nèi)大骨節(jié)病村和非病村飲用水的水化學(xué)類型無顯著差別；在宏量組分中，除Al、Fe、Na外，其他組分含量在病村和非病村飲用水中無統(tǒng)計意義上的差別；在微量組分中，Se并不表現(xiàn)出在病村飲用水中含量均明顯低于非病村的特征，但病村飲用水中Mn、Cd、Co、Cu、Ba、Mo等元素與非病村相比含量異常。 除Mn、I之外，其他微量元素異常為何引起大骨

22、節(jié)病尚無病理解釋。,,,,,結(jié)論研究區(qū)內(nèi)大骨節(jié)病村和非病村相比存在明顯的環(huán)境碘缺乏；在飲用水、耕作土壤、主要糧食作物等環(huán)境介質(zhì)中，大骨節(jié)病村主要糧食作物的碘缺乏更加顯著，說明與飲用水相比，糧食作物是更重要的碘攝入源，糧食作物碘缺乏可能是有病理學(xué)證據(jù)的大骨節(jié)病的主要環(huán)境誘因；本次研究結(jié)論尚需在西藏乃至全國的其他病區(qū)進(jìn)一步確證。,,,,,研究意義不盲從已有結(jié)論大骨節(jié)病不同于砷中毒和氟中毒，是一種多因素致病的地方病，其環(huán)境地球化學(xué)病