§§§第一节概述
生物与其所处环境是在相互适应的条件下发展起来的，生物体与地质环境中的一些元素保持动态平衡。在自然界中，目前已知天然存在的化学元素有92种，在人体内已发现81种。人体的化学元素组成，在种类和含量上都与地壳表层的元素组成密切相关。在地球地壳的漫长发展过程中，由于各地形成土壤的母质（岩石）成分、气候、地形及地貌等因素的不同，使得地球表面的化学元素分布不均，一些地区的水、土壤、空气中某些或某种化学元素过多或缺乏，可影响到该地区人群对化学元素的摄入量。人类在生活中需要适应环境，并从环境中摄取维持生命过程的必需物质，主要是元素和贮存能量的物质，但与此同时也受到环境中某些因素的损害。某些元素具有明显的营养作用及生理功能，是维持机体健康所必需的；而有些元素是有害的，机体摄入过多会引起疾病。
由于自然的或人为的原因，地球的地质化学条件存在着区域性差异。如地壳表面元素分布的不均一性，局部地区的气候差别等。这种区域性差异，在一定程度上影响和控制着世界各地区人类、动物和植物的发展，造成了生物生态的区域性差别。如果这种区域性的差异超出了人类和其他生物所能适应的范围，就可能使当地的动物、植物及人群中发生特有的疾病，称为生物地球化学性疾病（biogeochemicaldisease），或称为地方病（endemicdisease）。生物地球化学性疾病的判定需要用流行病学方法对人群中某种健康危害的发生率与某种化学元素之间的关系进行研究，要符合下列条件才能作出比较肯定的结论：1、疾病的发生有明显的地区性；2、疾病的发生与地质中某种化学元素之间有明显的剂量反应关系；3、上述相关性可以用现代医学理论加以解释。我国常见的生物地球化学性疾病有碘缺乏病、地方性氟中毒和地方性砷中毒。此外，克山病、大骨节病等病因尚未完全肯定，但都有明显的地区性，也列入生物地球化学性疾病的范围。
一、生物地球化学性疾病的流行特征
（一）明显的地区性分布
由于生物地球化学性疾病是地球表面某种化学元素水平的不均衡所致，所以其疾病的分布具有明显的地区差异。在海拔相对较高的山区、丘陵地带，由于土壤、饮水、粮食和蔬菜中碘含量较低，多有碘缺乏病的流行。我国自东北至西南有一条宽阔的缺硒地带，与缺硒有关的克山病和大骨节病在该地区有不同程度的流行。在我国北方十多个省区的干旱、半干旱地区，由于浅层地下水含氟量较高，多有饮水型地方性氟中毒的流行。一些地下水含砷量较高的地区，则出现许多地方性砷中毒的病例。
（二）与环境中元素水平相关
生物地球化学性疾病人群流行强度与某种化学元素的环境水平有着明显的剂量反应关系。此种相关性在不同的时间、地点和人群之间都表现的十分明显，且能用现代医学理论加以解释。例如碘缺乏病病区环境介质中碘水平普遍偏低，尤以水碘为甚。疾病流行强度与水碘含量在一定的浓度范围内（40ug／L以下）呈负相关。大面积人群调查资料显示，当水氟浓度在0．5mg／L以下时，儿童齲齿发生率较高；当水氟浓度超过1.0mg／L时，恒齿萌发期的儿童中氟斑牙发生率升高；当水氟浓度超过4.0mg／L时，人群中出现氟骨症病病例，且随水氟浓度升高而流行强度加大。
一、影响生物地球化学性疾病流行的因素
（一）营养条件
在生物地球化学性疾病的流行区，人们生活条件和营养状况的改善，可降低流行强度。早年由于经济落后，居民生活贫困，致使碘缺乏病、地方性氟中毒、克山病和大骨节病发生较严重的流行，大多数病人处于因贫致病、因病致贫、贫病交加的境地。20世纪80年代以来，随着人民生活水平的提高和营养条件的改善，与缺硒有关的大骨节病和克山病发病率呈明显 下降中、重度氟中毒的病例。研究表明，蛋白摄入量的增加，可拮抗氟、砷等外来化学物质的毒性作用；维生素C有促进氟的排泄、拮抗氟化酶的毒性作用，从而可促进体内胶原蛋白的合成。膳食中的维生素A、D、B1 、B2 、PP，以及钙、磷、铁和锌等，对调节机体代谢、提高抗病能力均有良好的促进作用。
（二）生活习惯
以往的研究表明，有些生物地球化学性疾病如地方性氟中毒、地方性砷中毒等，其病区类型通常认为以饮水型为主。但自20世纪60年代以来，相继发现了燃煤污染型氟中毒和砷中毒的病例。我国贵州、四川、广西、湖南、湖北和陕西等12个省区的150个县，分布着燃煤污染型地方性氟中毒病区；而四川和贵州也有燃煤污染所致砷中毒病例的报道。饮茶型氟中毒是近年来在我国西藏、内蒙、四川等少数民族地区发现的，当地居民习惯饮用奶茶，煮奶茶的茶叶主要为砖茶。茶可富集氟，砖茶中含氟量很高。因此，在研究氟、砷等因元素的生物学效应时，应全面考虑经饮水、食物和空气三种介质的总摄入量，以便能更加客观、准确地评价人群外暴露水平。
（三）多种元素的联合作用
在生物地球化学性疾病的防治工作中发现，一些地区存在看两种或两种以上疾病，从而加重了防治工作的复杂性。例如在某些山区有地方性氟中毒的流行，同时存在着碘缺乏病；在碘缺乏病的流行病区，往往也存在着与硒缺乏有关的大骨节病、克山病。这种高氟与低碘、高氟与低硒、低碘与低硒并存的地质环境，增加了对人群健康影响的复杂性。自20世纪90年代以来，人们开始关注多种化学元素、多种致病因子同时作用于机体的联合作用。研究资料表明，低硒与低碘之间有一定的协同作用，可使碘缺乏病流行强度加大；在碘（或硒）水平过低的地区，若同时存在有高氟暴露，可使人群较早出现氟中毒效应。多种病因元素并存对生物地球化学性疾病流行强度、流行规律及健康效应的影响，将是环境卫生研究领域内的新课题。
§§§第二节 碘缺乏病
碘是人体必需的微量元素，其摄入量不足则对健康造成危害。根据碘摄入不足的程度和发生时期及持续时间长短，可发生不同程度的碘缺乏病；另一方面，碘摄入过量对健康也有一定危害，如引起高碘甲状腺肿、碘中毒或碘过敏等疾病。
一、碘在自然界中的分布
碘广泛分布于自然界中，空气、水、地壤、岩石以及动植物体内都含有碘，并以碘化物形式存在。一般空气含碘极微，水碘含量与碘缺乏病的流行有密切关系，碘缺乏病区多在10ug／㎏以下.陆产食物中的碘绝大部分为无机碘，受土壤水溶性碘含量的影响，不同地区所产蔬菜和粮食的碘含量不同，大约为10－100ug／㎏以下。在碘缺乏地区碘含量较低，一般在10ug／㎏以下。海产品中碘含量较高，可达到100ug／㎏以上，特别是海藻类碘含量更高。海藻中碘有一部分是以碘化酪氨酸形式存在的有机碘。碘化物溶于水，可随水迁移。因此，山区水碘低于平原，平原低于沿海。
二、 碘在人体内的代谢
碘是人体必需微量元素，主要来源于食物，其余来源于水和空气。人体由食物提供的碘几乎占所需碘的90％以上，食物中的无机碘易溶于水形成碘离子。在消化道，碘主要是在胃和小肠被迅速吸收，空腹时1~2h即可完全吸收，胃肠道有内容物时，3h也可完全吸收。
由消化道吸收的无机碘经过肝脏的门静脉进入体内循环，正常人血浆无机碘浓度为0.8~6.0ug／L。血液中的碘离子可穿过细胞膜进入红细胞，红细胞碘浓度与血浆相当。经过血液循环，碘离子分布到全身组织器官，但一般仅存在于细胞间液而不进入细胞内。甲状腺是富集碘能力最强的组织，24h内可富集摄入碘的15％~45％。在碘缺乏地区，其浓集能力更强，可达到80％。正常成人体内含碘量约为20~50mg，其中20％存在于甲状腺中。血碘被甲状腺摄取，在甲状腺滤泡上皮细胞内生成甲状腺激素。甲状腺激素中的碘被脱下成为碘离子，再重新被甲状腺摄取作为合成甲状腺激素的原料。
碘主要通过肾脏由尿排出，少部分由粪便排出，极少部分可经乳汁、毛发、皮肤汗腺和肺呼气排出。正常情况下，每日由尿排出50~100ug碘，占排出量的40％~80％。通过唾液腺、胃腺分泌及胆汁排泄等从血浆中清除碘，最后从粪便排出，这部分占10％左右。通过乳汁分泌方式排泄的碘，对于由母体向哺乳婴儿供碘有重要的作用，使哺乳婴儿能得到所需碘。乳汁中含碘量为血浆的20~30倍，母体泌乳会丧失较多碘，约在20ug以上。通常用尿碘排出量来估计碘的摄入量。碘的最低生理需要量为每人75ug／d，供给量为生理需要量的2倍，即每人150ug／d。
三、碘的生理作用
碘是人体维持正常生理活动的必需元素，碘的生理作用主要是通过其在甲状腺合成甲状腺素和三碘甲状腺原氨酸来实现的。
1.甲状腺激素的合成 甲状腺上皮细胞是全成人体甲状腺素的功能细胞。血液流过甲状腺时，碘通过甲状腺上皮细胞基底膜进入细胞内并逐渐移至顶部微绒毛附近。进入甲状腺上皮细胞的I在过氨化物酶的作用下被活化，生成 I2并立即与甲状腺球蛋白上的酪氨酸基团结合。首先生成一碘酷氨酸残基（MIT）和二碘酪氨酸残基（DIT）。然后两个分子的DIT偶联生成四碘甲腺原氨酸；一个分子的MIT与一个分子的DIT发生偶联，形成三碘甲腺原氨酸.合成后的T4或T3仍连在甲状腺球蛋白分子上，并分泌到滤泡胶质中贮存。贮存中的胶质被甲状腺上皮细胞微绒毛包围，通过胞饮作用进入细胞，在蛋白水解酶作用下T4和T3解离，通过细胞基底膜释放到毛细血管进入血循环。甲状腺激素包括甲状腺素，即四碘甲 状腺原氨酸（T4）和三碘甲腺原基酸（T3）。在血浆中99％以上的T4和T3均与血浆蛋白结合，起激素作用的游离T4和T3含量极微，这种极微量的游离激素到达体细胞与受体结合发挥其生理作用。甲状腺激素的合成、分泌等受垂体腺分泌的促甲状腺激素及下丘脑分泌的促甲状腺激素释放激素调节。当血中甲状腺激素水平降低时，通过反馈作用于下丘脑旁核与弓状核神经细胞合成、分泌TRH，经门静脉到达垂体，促进TSH的分泌作用。TSH刺激甲状腺集碘与激素碘与激素的合成和释放。当血中激素水平过高时，甲状腺激素又对TRH和TSH分泌起抑制作用，减少TRH及TSH分泌。机体通过下丘脑－垂体－甲状腺轴的反馈与负反馈作用，维持正常T4和T3水平。
2.甲状腺激素的生理作用 甲状腺激素是人体正常生理代谢中不可缺少的激素，碘的生理作用主要是通过甲状腺激素形式而起作用。血液中的甲状腺激素有2％是T3，98％是T4。T4含碘65％，正常情况下T4可在外周组织中脱去一个碘形成T3，T3含碘58％，其发挥生理作用的能力却为T4的3~5倍，但持续时间较短，T4的生理作用很可能是通过T3形式而发挥的。
（1）促进生长发育：甲状腺激素是高等动物生长发育所必需的激素，具有促进组织分化、生长与发育成熟的作用。人类胚胎期缺乏甲状腺激素时，神经系统发育、分化受影响，出生后往往智力低下。儿童期缺乏甲状腺激素，体格和性器官发育受严重影响。
（2）维持正常新陈代谢：甲状腺激素是正常生理代谢中不可缺少的激素，它刺激机体细胞产生ATP酶，使ATP分解产热，BMR升高，耗氧增加。人类甲状腺激素分泌不足时，基础代谢低，耗氧量降低，产热少，体温低，心率慢，语言、思维、行动迟缓，肌肉软弱无力。
（3）影响蛋白质、糖和脂类的代谢：1、适量甲状腺激素促进蛋白质合成，细胞释放氨基酸速度减慢，过量时（甲状腺功能亢进）又促进蛋白质分解。2、甲状腺激素能促进葡萄糖吸收和糖原分解，加速组织对糖的作用。3、甲状腺激素能促进脂肪分解以产热，并能促进胆固醇利用、转化和排泄，使血胆固醇含量降低。
（4）调节水和无机盐：适量甲状腺激素使钙盐在骨组织中沉积，激素分泌不足时，钙盐沉积障碍，骨发育受影响。但过量甲状腺激素又可使钙盐从骨中动员出来。适量甲状腺激素对于维持人体正常水分，防止含透明质酸粘蛋白规程有重要作用，甲状腺激素严重缺乏时常使细胞间水潴留。大量含透明质酸粘蛋白沉积可引起黏液水肿。
（5）维持神经系统正常功能：甲状腺激素除为神经系统发育所必需外，对于维持正常神经活动也十分重要。当其缺乏时病人反应迟钝，智力低下，对交感神经通过加强儿茶酚胺敏感性发挥作用。而过量时则显示过度兴奋，易激动，心率快。
（6）其他：甲状腺激素不足使消化功能减弱，肠蠕动变慢。并可影响造血功能而发生贫血。甲状腺激素不足还可使性器官发育延迟、性功能减弱、男性可出现乳房发育等。
四、碘缺乏病的流行病学
（一）流行特征
碘缺乏病是一种世界性的地方病。全世界有110个国家流行此病，受碘缺乏威胁的人口达16亿，占全世界总人口的28.9％.其中约有6.5亿人患有不同程度的甲状腺肿，3亿人有不同程度的智力落后。在我国，碘缺乏病流行范围广，发病人数多，病情较严重。全国病区人口3.74亿，累计查出地方性甲状腺肿病人3500多万，地方性克汀病人20多万。
据调查，岩石、土壤、水质和气象条件对碘缺乏病的流行有重要影响。病区地理分布特点是山区高于平原，内陆高于沿海，农村高于城市。地方性甲状腺肿可发生在任何年龄的人，以生长发育旺盛的青春期发病率最高。女性患病率一般高于男性。
1.地区分布 明显的地区性是本病的主要流行特征。主要流行在山区、丘陵以及远离
