地方病与地质环境课件.ppt

1、地方病与地球化学环境地方病与地球化学环境水文地质环境地质前沿水文地质环境地质前沿常见地方病常见地方病 氟中毒氟中毒 砷中毒砷中毒 地方性甲状腺肿地方性甲状腺肿 地方性克汀病地方性克汀病 大骨节病大骨节病 克山病克山病国家对地方病与地球化学环境方面的研究投入国家对地方病与地球化学环境方面的研究投入巨大。仅以中国地调局水文地质环境地质调查巨大。仅以中国地调局水文地质环境地质调查中心在中心在2006年启动的一个项目为例年启动的一个项目为例近年来国家对科学研究的投入逐年增加，在本近年来国家对科学研究的投入逐年增加，在本研究方向的研究经费更是不断上涨。可见国家研究方向的研究经费更是不断上涨。可见国家对地

2、方病和地球化学环境关系研究的重视。对地方病和地球化学环境关系研究的重视。饮饮用水中用水中氟氟化化钙钙的形成的形成会会影影响响牙牙齿齿的的钙钙化，使牙化，使牙齿齿钙钙化不全，牙釉化不全，牙釉质质受受损损氟斑牙氟斑牙氟氟骨症骨症 体中吸收体中吸收过过量的量的氟会氟会引起引起氟氟骨症骨症 早期出早期出现现四肢、脊柱骨骼和全身各四肢、脊柱骨骼和全身各关节关节疼痛、全身乏力，疼痛、全身乏力，严严重的可造成肢体功重的可造成肢体功能能发发生障碍，全身骨骼和生障碍，全身骨骼和关节变关节变形，甚形，甚至至瘫痪瘫痪；内内蒙阿拉善右旗雅布蒙阿拉善右旗雅布赖盐赖盐池地池地区饮区饮用水用水中含中含氟氟量量达达10 mg

3、/L。根据根据国国外外报导报导 摄摄入入15-20 mg/d，持，持续续10 a后，可出后，可出现氟现氟骨症骨症;摄摄入入总总量量为为20 mg/d，持，持续续20 a以以上，可上，可导导致致残废残废；饮饮用水用水氟氟含量含量达达4 mg/L即可即可导导致致氟氟骨症；骨症；超超过过10 mg/L时时，会会引起引起残废残废。砷中毒砷中毒 砷中毒砷中毒砷中毒砷中毒 砷中毒砷中毒 Skin cancer due to arsenic poisoning砷中毒砷中毒 砷中毒砷中毒Regions of arsenic poisoning in ChinaRegion of arsenic poisoni

4、ngRegions under threat地方性甲地方性甲状状腺腺肿肿 俗俗称称“大粗脖大粗脖”，以甲，以甲状状腺腺肿肿 大大为为主要病症主要病症 分布很广分布很广 世界世界约约有有16亿亿人生活在人生活在碘严碘严重缺乏地重缺乏地区区，中，中国国就有就有4.25亿亿 亚亚洲的喜洲的喜马马拉雅山地拉雅山地区区非洲的非洲的刚刚果河流域果河流域南美的南美的安第斯山安第斯山区区欧欧洲的阿尔卑斯山洲的阿尔卑斯山区区北美的美北美的美国国和加和加拿大之拿大之间间的大湖盆地周的大湖盆地周围围以及太平洋新西以及太平洋新西兰兰的一些地的一些地区区 我我国国除上海市以外，各省、自治除上海市以外，各省、自治区区、直

5、、直辖辖市都有不同程度市都有不同程度的地方性甲的地方性甲状状腺腺肿肿流行流行区区 缺缺碘碘性甲性甲状状腺腺肿肿病人病人3000多万人多万人 地方性克汀病的人地方性克汀病的人数数超超过过25万万地方性克汀病地方性克汀病 地方性克汀病是由于更地方性克汀病是由于更严严重的缺重的缺碘碘而引起的。而引起的。它它主要表主要表现为现为痴、呆等痴、呆等病症。病症。在在严严重的甲重的甲状状腺腺肿肿流行流行区区，孕，孕妇妇缺缺碘碘，造成胎，造成胎儿儿甲甲状状腺激素缺乏，患腺激素缺乏，患病小孩出生后，就病小孩出生后，就会会表表现现不同程度的呆、小症不同程度的呆、小症状状，所以本病又，所以本病又称称“呆小呆小症症”。

6、是一是一种种以以软软骨坏死骨坏死为为主要改主要改变变的的地方性地方性变变形性骨形性骨关节关节病病，研研究表明可能究表明可能与与缺缺硒硒有有关关。主要主要发发生于生于儿儿童和少年，童和少年，临临床床表表现为关节现为关节疼痛、增粗疼痛、增粗变变形，形，肌肉萎肌肉萎缩缩，运动运动障碍。障碍。本病在我本病在我国国分布于由分布于由东东北斜向北斜向西南的西南的宽带状宽带状地域地域内内，包括，包括14个个省、市、省、市、区区的的302个县个县多病因地方病多病因地方病-大骨节病大骨节病 地理分布地理分布 东东南南温温暖暖湿润湿润地地带与带与西西北寒冷干旱地北寒冷干旱地带带之之间间的的过过渡地渡地区区 以山以山

7、区区、半山、半山区区、丘陵、丘陵地多地多见见。山谷、河谷、。山谷、河谷、等低洼潮等低洼潮湿湿地地区发区发病尤病尤重。重。病病区区大至大至与与土壤低土壤低硒硒地地带带一致一致硒地方病硒地方病-大骨节病大骨节病典型典型地方病案例地方病案例研研究究1.1.山西太原盆地高氟地下水的地球化学成因山西太原盆地高氟地下水的地球化学成因2.2.西藏部分大骨节病区饮用水的水化学特征西藏部分大骨节病区饮用水的水化学特征太原盆地地质简图与剖面图太原盆地地质简图与剖面图 太原盆地位于山西省太原盆地位于山西省中部，包括太原市、中部，包括太原市、阳曲县、清徐县、榆阳曲县、清徐县、榆次市、交城县、文水次市、交城县、文水县、

8、祁县、太谷县、县、祁县、太谷县、介休市、孝义市、平介休市、孝义市、平遥县、汾阳县等遥县、汾阳县等12个个行政区。行政区。盆地周边出露的基岩盆地周边出露的基岩地层包括寒武地层包括寒武-奥陶奥陶系碳酸盐岩、石炭系碳酸盐岩、石炭-二叠系煤系地层及三二叠系煤系地层及三叠系碎屑岩。盆地内叠系碎屑岩。盆地内新生代沉积物厚度一新生代沉积物厚度一般为几十般为几十2000m，最厚达最厚达3800m。1.1.山西太原盆地高氟地下水的地球化学成因山西太原盆地高氟地下水的地球化学成因盆地地下水流向和氟含量等值线盆地地下水流向和氟含量等值线 以田庄断裂为界，太原盆地以田庄断裂为界，太原盆地可分为南北两个子盆地；可分为南

9、北两个子盆地；A区：北部子盆地补给、径流区；区：北部子盆地补给、径流区；B区：北部子盆地排泄区；区：北部子盆地排泄区；C区：南部子盆地补给、径流区；区：南部子盆地补给、径流区；D区：南部子盆地区：南部子盆地排泄排泄区；区；地下水氟含量沿流向呈上升趋势，地下水氟含量沿流向呈上升趋势，高氟水（高氟水（1.5 mg/L）一般分布在）一般分布在排泄区排泄区(Zone B and Zone D)；山前也有零星高氟水样，如山前也有零星高氟水样，如 well 30 in Zone A,well 3,4 in Zone C;在所采集的在所采集的58个水样中，个水样中，14个为含个为含量大于量大于1.5 mg/

10、L的高氟水，最高氟的高氟水，最高氟含量达含量达6.2 mg/L。Box and whisker plots of the concentrations of major ions in groundwater samples in Zone A,B,C,and D 排泄区地下水所有宏量组分含量均大于排泄区地下水所有宏量组分含量均大于补给区，因此，沿地下水径流方向含水补给区，因此，沿地下水径流方向含水层矿物的溶滤是影响地下水地球化学的层矿物的溶滤是影响地下水地球化学的主要水化学过程之一。主要水化学过程之一。ABCDZone02004006008001000HCO3-(mg/L)ABCDZone0

11、5001000150020002500SO42-(mg/L)ABCDZone05001000150020002500Cl-(mg/L)ABCDZone02004006008001000Ca2+(mg/L)ABCDZone0100200300400500Mg2+(mg/L)ABCDZone020040060080010001200Na+(mg/L)ABCDZone02468F-(mg/L)石英、长石、云母是含石英、长石、云母是含水层沉积物中的主要矿水层沉积物中的主要矿物；物；所有地下水均落在高岭所有地下水均落在高岭土稳定区内；土稳定区内；盆地孔隙水系统中长石、盆地孔隙水系统中长石、云母等矿物可发

12、生非全云母等矿物可发生非全等溶解，并水解为高岭等溶解，并水解为高岭土。土。Na/Ca ratio versus TDS value of groundwater samples in Zone A,B,C,D0200040006000800010000TDS(mg/L)01020304050Na/CaZone AZone BZone CZone D 虽然从补给区到排泄区地下虽然从补给区到排泄区地下水水Na、Ca含量均增加，但排含量均增加，但排泄区，特别是泄区，特别是D区的区的 地下水地下水Na/Ca比值更高；比值更高；这与发生于孔隙含水层中的这与发生于孔隙含水层中的阳离子交换作用有关；阳离子交

13、换作用有关；在盆地边缘或补给区一带，在盆地边缘或补给区一带，含水层介质以粗粒相的砂卵含水层介质以粗粒相的砂卵石为主，其离子交换能力非石为主，其离子交换能力非常有限；常有限；但在径流区及排泄区，含水但在径流区及排泄区，含水层中的细粒相沉积物、特别层中的细粒相沉积物、特别是粘土矿物的含量渐渐增加，是粘土矿物的含量渐渐增加，其表面上吸附的其表面上吸附的Na+被地下水被地下水中的中的Ca2+所交替，结果为地所交替，结果为地下水中的下水中的Na+含量增加而含量增加而Ca2+含量相对减少，含量相对减少，Na/Ca 随随之增加。之增加。F-versus HCO3-and Na+of all groundwa

14、ter samples地下水中的氟含量受到萤石溶度积常数的控制，因此水中低地下水中的氟含量受到萤石溶度积常数的控制，因此水中低Ca含量有利于氟的富集。水中大量含量有利于氟的富集。水中大量HCO3-可沉淀可沉淀Ca，形成，形成氟富集的有利条件。氟富集的有利条件。含高含量含高含量HCO3-和和Na+的地下水为的地下水为pH偏高的苏打水，这种地偏高的苏打水，这种地下水有利于以下阴离子交换过程的发生：下水有利于以下阴离子交换过程的发生：沿地下水径流方向含水层矿物的溶滤过程使地下水中各宏沿地下水径流方向含水层矿物的溶滤过程使地下水中各宏量组分含量，包括量组分含量，包括HCO3-和和Na+含量从补给区到排

15、泄区逐含量从补给区到排泄区逐渐上升；渐上升；排泄区排泄区Ca-Na交换过程的发生进一步提高了地下水的交换过程的发生进一步提高了地下水的Na含含量；量；排泄区偏碱性的排泄区偏碱性的HCO3-Na型地下水有利于型地下水有利于萤石的溶解萤石的溶解以及以及水中羟基与含氟硅酸盐矿物的离子交换水中羟基与含氟硅酸盐矿物的离子交换，从而在排泄区形，从而在排泄区形成了高氟地下水；成了高氟地下水；盆地边缘的高氟水可能与工业污染有关。盆地边缘的高氟水可能与工业污染有关。太原盆地高氟地下水成因小结太原盆地高氟地下水成因小结选择了一个面积选择了一个面积6000平方平方公里以上的研究区开展工公里以上的研究区开展工作；作；

16、所开展的高氟水成因研究所开展的高氟水成因研究基于系统的基于系统的水文地质和水水文地质和水-岩相互作用岩相互作用研究；研究；建立了一个被广泛承认的建立了一个被广泛承认的高氟水形成的地球化学模高氟水形成的地球化学模型。型。研究意义研究意义已发表的论文被已发表的论文被SCI他引他引13次次大骨节病是一种以大骨节病是一种以关节软骨变性、坏死为主关节软骨变性、坏死为主的慢性地方性的慢性地方性疾病。疾病晚期继而出现关节周围代偿性软骨及骨质增生，疾病。疾病晚期继而出现关节周围代偿性软骨及骨质增生，使关节周径显著增粗变形。使关节周径显著增粗变形。该疾病主要发生于该疾病主要发生于儿童和少年儿童和少年，临床表现为

17、关节疼痛、增，临床表现为关节疼痛、增粗变形，肌肉萎缩，运动障碍。粗变形，肌肉萎缩，运动障碍。1849年，俄国土地测量员尤伦斯基（年，俄国土地测量员尤伦斯基（Yurenski）在乌洛）在乌洛夫河流域首次发现大骨节病，故该病曾称为夫河流域首次发现大骨节病，故该病曾称为乌洛夫病乌洛夫病。其后，俄国医生卡申（其后，俄国医生卡申（Kashin）、别克（）、别克（Beck）分别开）分别开展了本病的流行病学调查，确定其为一种独立的疾病，并展了本病的流行病学调查，确定其为一种独立的疾病，并于于1906年撰文记述，因此大骨节病在国际上通称年撰文记述，因此大骨节病在国际上通称Kashin-Beck Disease

18、（KBD）。）。2.2.西藏部分大骨节病区饮用水的水化学特征西藏部分大骨节病区饮用水的水化学特征中国中国是世界上大骨节病发病和流行范围最广的国是世界上大骨节病发病和流行范围最广的国家。在国外，家。在国外，俄罗斯西伯利亚俄罗斯西伯利亚东南部和东南部和朝鲜朝鲜北部北部山区是主要的大骨节病病区；山区是主要的大骨节病病区；我国的大骨节病病区主要分布在从东北到西南的我国的大骨节病病区主要分布在从东北到西南的带状区域内，包括黑龙江、吉林、辽宁、北京、带状区域内，包括黑龙江、吉林、辽宁、北京、山东、山西、陕西、内蒙古、河北、河南、甘肃、山东、山西、陕西、内蒙古、河北、河南、甘肃、四川、青海、西藏和台湾。四川

19、、青海、西藏和台湾。西藏是国内大骨节病西藏是国内大骨节病分布范围最广分布范围最广、病情最严重病情最严重、活跃程活跃程度最高度最高的地区（中国地方病防治研究中心西藏大骨节病考的地区（中国地方病防治研究中心西藏大骨节病考察组，察组，2000），所辖），所辖7个地区（市）均有不同程度的大骨个地区（市）均有不同程度的大骨节病流行；节病流行；20世纪世纪80年代在西藏开展的初步调查显示该地区有大骨节年代在西藏开展的初步调查显示该地区有大骨节病县病县13个，个，20世纪末的调查则发现了世纪末的调查则发现了20个新病县；个新病县；目前，病区共涉及目前，病区共涉及33 个县、个县、108 个乡、个乡、379

20、个村；病县总个村；病县总人口达人口达116.2 万人，其中病区人口万人，其中病区人口9.6 万，现症病人万，现症病人1.8 万万人。人。西藏大骨节病区分布示意图西藏大骨节病区分布示意图大骨节病的环境地质成因研究大骨节病的环境地质成因研究 环境低硒说环境低硒说 研究者发现大骨节病与环境低硒有密切研究者发现大骨节病与环境低硒有密切关系：我国本病病区分布与低硒土壤地关系：我国本病病区分布与低硒土壤地带大体上一致，大部分病区土壤总硒总带大体上一致，大部分病区土壤总硒总量在量在0.15 mg/kg以下，粮食硒含量多低以下，粮食硒含量多低于于0.02 mg/kg。中国土壤中总硒含量分布（据中国土壤中总硒含

21、量分布（据Tan 等，等，2002）大骨节病成因的环境低硒说也存在大量反例大骨节病成因的环境低硒说也存在大量反例 有些地区低硒，并不发生大骨节病，如陕西的榆林、洛有些地区低硒，并不发生大骨节病，如陕西的榆林、洛南以及四川、云南一些克山病病区；南以及四川、云南一些克山病病区；有些地方硒并不很低，却有本病发生，如山东的益都，有些地方硒并不很低，却有本病发生，如山东的益都，山西的左权、霍县，陕西的安康，青海的斑玛等；山西的左权、霍县，陕西的安康，青海的斑玛等；补硒后不能完全控制本病的的新发。补硒后不能完全控制本病的的新发。为深入研究西藏大骨节病的环境地质成因，为深入研究西藏大骨节病的环境地质成因，我

22、们以西藏我们以西藏桑日县桑日县、尼木县尼木县、谢通门县谢通门县、工工布江达县布江达县为研究区，开展了以上行政区的大为研究区，开展了以上行政区的大骨节病村与相邻非病村饮用水水样的采集工骨节病村与相邻非病村饮用水水样的采集工作；作；对比了病村和非病村水样的水化学特征，总对比了病村和非病村水样的水化学特征，总结出了结出了病村饮用水的水化学异常病村饮用水的水化学异常。桑日大骨节病区一角桑日大骨节病区一角桑日大骨节病区病例桑日大骨节病区病例青稞地土壤采样青稞地土壤采样大骨大骨节节病村和相病村和相邻邻非病村非病村饮饮用水平均用水平均TDS对对比比对对比比结结果无明果无明显规显规律律S-ES-NN-EN-N

23、X-EX-NG-EG-NType20406080100120140160TDS(mg/L)S-ES-NN-EN-NX-EX-NG-EG-NType0.00.20.40.60.81.01.2Se g/L大骨大骨节节病村和相病村和相邻邻非病村非病村饮饮用水平均用水平均硒硒含量含量对对比比对对比比结结果无明果无明显规显规律律环环境低境低硒硒引引发发大骨大骨节节病是一病是一种种非常流行的大骨非常流行的大骨节节病成因病成因论论大骨大骨节节病村和非病村病村和非病村饮饮用水用水的水化学类型对比的水化学类型对比主要水化学类型均为主要水化学类型均为HCO3-Ca,HCO3-CaNa,and HCO3SO4-Ca

24、，病村有，病村有1个水样为个水样为SO4-Ca 型，型，2个为个为HCO3-CaMg 型；型；以下组分在病区和非病区饮用水中无统计意义上的差别以下组分在病区和非病区饮用水中无统计意义上的差别 大骨节病村饮用水的异常大骨节病村饮用水的异常宏量组分：宏量组分：Al、Fe、NaS-ES-NN-EN-NX-EX-NG-EG-NType02468101214Na mg/LS-ES-NN-EN-NX-EX-NG-EG-NType0.050.505.00Al mg/LS-ES-NN-EN-NX-EX-NG-EG-NType0.050.505.00Fe(mg/L)S-ES-NN-EN-NX-EX-NG-EG-

25、NType550500Mn(L)大骨节病村饮用水的异常微量组分：大骨节病村饮用水的异常微量组分：MnVoshchenko和和Ivanov认为：从饮用水中过量摄入锰可导认为：从饮用水中过量摄入锰可导致破骨细胞活化，阻碍骨骼生长并引起大骨节病。致破骨细胞活化，阻碍骨骼生长并引起大骨节病。微量元素对比微量元素对比大骨节病村饮用水的异常微量组分：大骨节病村饮用水的异常微量组分：Cd、Co、Cu、Ba（病区含量高）（病区含量高）S-ES-NN-EN-NX-EX-NG-EG-NType0.000.050.100.150.200.25Cd(g/L)S-ES-NN-EN-NX-EX-NG-EG-NType05

26、101520Co(L)S-ES-NN-EN-NX-EX-NG-EG-NType0306090120150Cu(g/L)S-ES-NN-EN-NX-EX-NG-EG-NType46820406080Ba(g/L)大骨节病村饮用水的异常微量组分：大骨节病村饮用水的异常微量组分：Mo（非病区含量高）（非病区含量高）S-ES-NN-EN-NX-EX-NG-EG-NType01234567Mo(g/L)微量元素对比微量元素对比饮用水的碘含量对比饮用水的碘含量对比环境介质碘含量对比环境介质碘含量对比S-ES-NN-EN-NG-EG-NType0.10.20.30.40.5I(g/L)耕作土地土壤的碘含量对

27、比耕作土地土壤的碘含量对比环境介质碘含量对比环境介质碘含量对比S-ES-NN-EN-NG-EG-NType0.00.30.60.91.21.5I(g/g)主要粮食作物青稞的碘含量对比主要粮食作物青稞的碘含量对比环境介质碘含量对比环境介质碘含量对比S-ES-NN-EN-NG-EG-NType0123456I(g/g)Delange et al.(1972)：人体缺乏碘摄入会引起人体缺乏碘摄入会引起甲状腺机能减退，进而阻碍儿童骨骼发展甲状腺机能减退，进而阻碍儿童骨骼发展Yamamuro(2001)：人体内碘缺乏可影响软骨损人体内碘缺乏可影响软骨损害后的自我修复害后的自我修复Moreno-Reyes

28、 et al.(2001)：碘缺乏引起的甲碘缺乏引起的甲状腺机能减退可导致松果体生长障碍、骨质发育状腺机能减退可导致松果体生长障碍、骨质发育延迟以及软骨硬化，进而引起大骨节病的临床症延迟以及软骨硬化，进而引起大骨节病的临床症状状环境碘缺乏和大骨节病关系分析环境碘缺乏和大骨节病关系分析 结论结论 研究区内大骨节病村和非病村饮用水的水化学类研究区内大骨节病村和非病村饮用水的水化学类型无显著差别；型无显著差别；在宏量组分中，除在宏量组分中，除Al、Fe、Na外，其他组分含量外，其他组分含量在病村和非病村饮用水中无统计意义上的差别；在病村和非病村饮用水中无统计意义上的差别；在微量组分中，在微量组分中，

29、Se并不表现出在病村饮用水中含并不表现出在病村饮用水中含量均明显低于非病村的特征，但病村饮用水中量均明显低于非病村的特征，但病村饮用水中Mn、Cd、Co、Cu、Ba、Mo等元素与非病村相等元素与非病村相比含量异常。比含量异常。除除Mn、I之外，其他微量元素异常为何引起大骨之外，其他微量元素异常为何引起大骨节病尚无病理解释。节病尚无病理解释。结论结论 研究区内大骨节病村和非病村相比存在明显的环研究区内大骨节病村和非病村相比存在明显的环境碘缺乏；境碘缺乏；在饮用水、耕作土壤、主要粮食作物等环境介质在饮用水、耕作土壤、主要粮食作物等环境介质中，大骨节病村主要粮食作物的碘缺乏更加显著，中，大骨节病村主要粮食作物的碘缺乏更加显著，说明与饮用水相比，粮食作物是更重要的碘摄入说明与饮用水相比，粮食作物是更重要的碘摄入源，粮食作物碘缺乏可能是有病理学证据的大骨源，粮食作物碘缺乏可能是有病理学证据的大骨节病的主要环境诱因；节病的主要环境诱因；本次研究结论尚需在西藏乃至全国的其他病区进本次研究结论尚需在西藏乃至全国的其他病区进一步确证。一步确证。研究意义研究意义 不盲从已有结论不盲从已有结论 大骨节病不同于砷中毒和氟中毒，是一种多因素大骨节病不同于砷中毒和氟中毒，是一种多因素致病的地方病，其环境地球化学病因复杂，需要致病的地方病，其环境地球化学病因复杂，需要做更深入更详细的研究做更深入更详细的研究