PDF《医学地质 学及其发展前景》

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7 0 中国科学基金20

0 年・学科进展 与展 望・医学地质 学及其发 展前景唐跃刚 ` 郑宝山卞(*中国矿 业大学煤 炭 资源 教 育部 重点实验 室,北京100

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t 中国科 学院地球 化 学研 究所环 境地 球 化学 国 家重 点实验 室,贵阳550002 ) [摘要]本文简要 介绍 了医学地质 学这 一 新兴 交叉 学科 的研 究 内容 、 指 导思 想和研 究方 法,介绍了医 学地质 在国内外 的发展 过程 , 指出了当前 的研 究热 点 问题 .

〔关键 词1医学地 质学,元素 , 矿物 , 环境 , 健康 医学地质学的定义与研究内容 医 学地 质学 ( M e d i c a l G e o f o g y ) 是 研究 地 质材 料和地质过 程对 动物和人类 健康 影响的学科 , 是处理自然地 质因素和地 质 环境 与生 态 环境 间关系的科学,是认 识人类 健康与疾 病 的地 理分布及其 成因的学科 . 它是采 用深 入而广 泛 的多学科 综合 知识 和手 段 来认 识、解决 和改 善 健康 与疾病间题 的学科 . 它 的研究 范 围包 括确 定和表 征环 境 中有 害物 质 的天然 和人为来源 , 探索导致 疾病的生物的、化学的、物理的以 及其 他 因素 的变 化 和运 动规律,并研究 这些因素是通 过什 么途径对 人类 产生健 康 和疾病影 响的.一般 医学地质 的研 究 对象 涉及到如 砷、汞、氟、碘和硒等微量 元素 , 灰尘 , 有机 物,放射 性物 质,微生物,病原体 , 局 域环境 污染 乃至 全球气 候变化 . 微量元素可 以以气体、液体和固体 三种形态进人人体.天然岩石 中 的微 量元 素通 过风化 作用 和人 为污染 进 人土壤 , 土壤 中微量元 素经 谷物 、 蔬菜 和其他 食 品进 人 人体 ;

另外的途 径是天然岩石 和 土壤 中 的微 量元 素通过淋滤 作用 和人为污 染进人水体 , 水 中微 量元素被人直 接饮 人或水 进人 动植物 体 内后 被人 间接食 用进 人人 体;

第三种途 径是地质 运动、火山活 动、人为活 动形成 的大 气 飘尘 , 一定粒径的飘 尘可经呼吸道进 入人体 并在 肺 部沉 积下来,它们也可 进 入水 体和动植物后 再 被人 体摄人,从而影 响人 体健 康.医学地 质所涉 及 的疾病 与健康 问题有 : 呼 吸道疾 病(由煤的使用 、 粉尘 和氛引起 ) ;

与微 生物和饮水 有关的疾病 ;

肌 肉失常 、 心血管疾 病和癌症;

常见的砷 中毒 和 与碘 、 氟、硒等有关 的疾病 ;

火 山粉尘 所致疾 病;

与土壤有关 的疾 病等 等.医学 地质 主要 以 与人类 和 动物有 关 的有 益有 害 物质 为研究 对象 , 探索 其来源、迁移、富集 及其环境和健 康 的效应 , 其研 究 内容 主要 有 以下 几个 方面 : ( ) I 有益 有 害物质 的来 源 一般 包括 天然来 源与 人为来 源.天然来 源包 括 岩石 、 土壤 、 大气 干湿沉 降、火山喷发 、 海底烟 道和 星外物质等.人为来源有商业肥料、农药、油漆 和染 料、工业 和 生活 垃圾 、 采矿与金属冶炼 、 煤 的燃 烧及其固体 、 气体、水体排 放物 等等 . 元素 在源头 中 的矿 物和 化学形 态将 大大 的影 响它们 在环境 中的行 为及 其对 生物 体的作 用.(2)有益 有害 物质 的搬运 各种复杂的变 化过程导致 化学元素向环 境释放,在环境 中的迁移 , 进 而产 生生 物 的健 康效应 . 搬 运分 物理过 程、化学过程 和 生物过 程,前者有物 理磨 蚀、滑坡 、 碎 屑流 , 沉积 物 的流水搬 运和 粉尘 、 烟雾在 大气 中 的迁 移.化学 和生物 过程包 括 岩石矿物 的化 学风 化、氧化 还 原反 应、含水金属 复合 物 的形 成、矿物的沉 淀、矿物微 粒被有机颗 粒 的吸 收、气体挥发、放射性 衰变 和金属 在水与非 水溶液(油或其他 有机液)之间的分 离等 等.(3)环 境有 益有害物 质的吸收对 人体和动 物的国家自然科学 基金重点资助 项目本文 于2(X)3 年6月论日收 到.DOI: 10.

16262 /j . cnki .

1000 - 8217. 2003. 05.

004 第5期唐跃 刚等 : 医学地质学 及其发 展 前景

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1 生理 和 病理 效应 元素可以通 过各种 物理 的和地球 化 学的过 程从 环境 中移 出进 人 生物 体和人体 , 产生生态的或人 类 健康 的效 应.植物的根 和叶可以从环境中吸 收元素,其他生物 体也 有相似的过 程.化学元素不 仅可以被人 和动 物 的皮肤直接 吸收,也可 被水 、 土壤 和植 物吸取 , 还 可进人 灰尘、气体 和烟 雾,它们最终 都有机会直接 进人 人 体或 者先被生 物 在食 物链 中富 集,最后进 人人体 . 元 素和化 合物 的形态 和浓 度强烈 的 影响着植 物 和生 物体对 它的 吸收及其 生物 活性 与毒 性.(4 ) 检测方 法学 正如 瑞士 出生 的炼 金术 士与 医生帕塞 路司(P.A・pacrelu s

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4 1 ) 的格 言所说: 任何东西都有毒,任何 东西 都没有毒,关键在剂量 . 因此 浓度的大小 , 决定 了物品的毒性 . 医学地质研 究 中需要 测试 的对 象有 岩石、矿物、土壤、水、空气等 地 质体 , 谷物、蔬菜和各种食 品饮 料以及全血、血清、尿、头发、指甲和器官 组织等生 物 组织 样品.测试步骤分 样 品采集 、 前处 理 与测 试分析.测试分 混合样分析 和微 区分析.分析方 法有XRD、EDX 、 穆 氏波 尔谱、红外 光谱 、 离子探 针、差热分析等 热分析方法 、 拉曼光谱 等矿物学、形态学分析方法、NINA、CIP一Ms、XRF、FAAS、IC P 一OES等.(5)与地质 地球化学 有关的健 康与疾病的预防与控 制 环境 中有许 多潜在 的与人 类和 动物健 康有 关的地质 地球化 学 因素 , 为 了预测 、 减少 和改善 环境 的健 康效应 , 必须 把握 这些 因素 的地质 的、矿物 的和 化学 的存在状 态和成 因,控制 其析出和 迁移的地 质地球化学 和生物化 学过 程.丰富 的地质 和地球 化学 理论 和专 门知识是 探索 其潜在 源头 和健康 意义 的关键 所在.2国外 研究 现状地质因素 导致 的疾病 和健康 问题 广泛存 在 于世 界 各地 . 土壤 和岩石 中过 量 的有 害元 素不论 是 自然 形成 的还是 人为 活动造成 的,都会直接或间接 的通 过食 品和饮用水 对人 类健康 产生 影响.饮用 水水 质 与地 球化学 环境 密切 相关.非洲、印度 和中国北 方 都有 大面积 分布 的高 氟地 下水,当地 居民中氟 中毒 广泛 流行 . 在 阿根廷 、 印度 、 孟加 拉邦 、 智利 、 中国大 陆和 台湾 的高砷 地下 水导致 危 害严重 的地 方性 砷中毒的流行.土壤中碘 的缺乏导致碘缺乏性疾病(IDD)的流 行,这是一个 世 界性 的问题.在中国由于局部 地区土壤 中硒 的含 量 偏低 , 导致 了克 山病和大骨节 病 的流行 . 随着 社会 的发展 和科学的进 步,许多新 的环境 与健康 问题开 始浮现出来 . 由于 酸雨 的作 用,人类 生存 的表生 环境发 生 了明显 的变 化.一些重 金属 特 别是 汞更 容易从 土壤 和湖泊、河流的沉 积物中淋 溶 出来 , 如果它 在人 类 的食 物链 中富 集起来 , 其 危害将 是难以控制 的.环境的酸化还 会使 土壤 中一 些人类 所需要 的基 本元素,例如硒,变得不易为植物所吸收,进而降低人 类 的硒 摄人量.对心血 管病发病率 与饮 水硬 度 的关 系已经做了多年 研究,但至今难以得出确 切 的结 论.大量施 用化 肥造 成水 体 中硝酸盐 的富集 , 危害健 康 的可 能性 引人 注目.近年来的研 究确 证 了居 室内的氨 和石棉与肺 癌发病率间的关 系,而居 室 内氧 和 石棉 的 问题 是 完全 由建 筑 物地 基 的地 质条 件,地基 和建 筑材料的矿物 学和地球化学 所决 定的.在这方 面最新 的进 展是 发现饮 水中的氨 对婴 儿有 非常 大 的危害 . 鉴 于地质 因素 对健康 的重 要性 和科学 界对 于地 质与健 康关 系缺 乏 了解 , 为 了让 这类问题 在科 学工作者 、 医学工作者 和公共卫生工作 者 中引 起 高度 重视,国际地 质科 学 与环 境计划委员会(CO G E O E N V I - R O N M E N T ) 在19

9 6 年 建立 了医 学地质 工作 组.20

0 2 年2月,联合 国教 科文组织和国际地 科联授权 设立了第

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4 号国际地 质对比计 划项目―医学地质,由瑞 典地 质调查 所 的资深 地球 化学 专家 o l l e Se l l i n u s 教授担 任项 目和医 学 地质 工作 组 的负责人 . 项 目组 织全球 , 特 别是 发展 中 国家 的学者 、 专家共 同探 讨与 人类 和生 物健康 有关 的地 质科 学 问题 . 医 学地 质工 作 组还 为发 展中国家 进行 人员培训,提供资料交 换 和经验 交流,提供 最新的技 术、技能 和工作 方法 . 工作组成 立以来,已经分别在赞比亚(2001.6),智利(20

02 .

3 ) , 俄罗斯(2X ( )

2 .

5 ) , 日本(2X()2.11),中国(2002.11 ) 和新西 兰(20

0 3 .

2 ) 举办了六次短期 讲座.医学地 质工 作组 已 经有

5 7 个 国家 和 国际组 织参 加,它的活 动得 到 了联合 国教 科文 组织 , 国际地科联 , 地 质科 学 与环 境计 划委员会,国际科 联和一些国家相 关 机构 、 团体 的资助 .

3 国 内研 究现状中国是 世 界上 开展地质、地球化学与健 康 和疾 病关 系研究 最早、取得最大成 绩的国家 之一 . 早在20世纪

6 0 年代末

7 0 年代初,在刘东 生 院士 的倡 导272中国科学基金《洲 〕

3 年下,在中国科学 院地 球化学研 究所建立 了环 境 地球 化 学研究 室,开展了克 山病、大骨节 病、地方性氟中毒的环境 地球 化学 研究.中国学者 在这一领域 内,证明了克山病 、 大骨 节病与地 质、地理、地球化学环 境 的关系 , 证 明了这 两 种疾 病与环境和人体硒的缺 乏 有关 . 在氟 中毒 的研 究上 证 明了 中国西南地 区的氟中毒是 因为 室 内燃 煤污染造成的,与饮水无关.在碘 缺乏性 疾病 、 砷 中毒和 乌 脚病 、 地方 性锐 中毒 的 研究 方面 也都取 得 了令 国际学术 界瞩 目的成就 . 在 中国不 同学科 的学者 都在这 一领 域 内从 事着 工作 , 由于学科不 同,对于这 一研究 领域 的称谓 也不 同.地球化 学界称 此领域的研 究为 地球化学与健 康 和疾 病 或狭义 的 环境 地球化学 . 地质学界 称之为 环境地 质 ,从事水 文地 质、水文地球 化学 研究 的林 年丰教 授在 中国 最 早使 用了 医 学地 质 这一术 语,并出版 了相关 内容 的专 著.地理学界将这 一领域界定 为 化学地 理 的一个分 支 医学地 理 , 中国地方病 与环境 图集 的 出版 是 他们 代表性的研 究成果.在医学界 , 上述 研究归于 地方病 学 、 流行 病学 、 毒理学 和 环境卫生学 的领 域.在化 学界、生态学 界也对 这一 领域 有所 涉及 , 分 别称 为 环境 化学 和 生态 与健康 的研 究.为加 强中国学者 与国际医学地 质界的交 流,由国家 自然 科学基 金委员会资助 , 中 国科 学 院地 球化学研究 所环境 地球 化学 国家重 点实验 室 和中 国矿 业 大学 ( 北京校 区)共同主 办 了医 学地质 学术讲 座 和研 讨会 . 与 会外 国学 者表示,这是 他们在世界 各 地举 办的系列 讲座 和研讨 会 中最成 功 的一 次.4发展前景为推 动世 界范围内医 学地质研 究 的发 展,医学地质工作 组还将 在 世界各 地连续 举办 学术讲 座.由医学地质 工作 组组织 编写 的专 著 医学 地质 学 将于2003年出版 , 该书系统介 绍了医学地质学的理 论、方法 和研究 进展 . 国际 医 学地质 工作 组提 出今后 重点 开展 以下四个方 面 的研 究:(l)研究有 害物质在地 壳 中的存 在及其在环 境 中的运 移规律 , 研 究有 害物 质进人人 体后引起的病 理学改 变.(2)研究物 种与 人类起 源 的地球 化学过 程,研究与人类 和物 种生存 有关 的重 大地质 事件 的模式 . (

3 ) 评 估各 种微量元素、有毒金属离子对 环境、生态和 人 类健康 的影 响,探索其病 理学和毒理学 机制.(4 ) 推 进环 境毒理学、流行 病学、医学地质学 以及各相关 学科 的合 作,共同为 疾病 的预 防,人类健 康水平的提高提 供科 学依据 ................