運(yùn)用事件相關(guān)電位探討鉛暴露對兒童認(rèn)知功能的影響

楊 穎，郜振彥，顏崇淮

(1.上海交通大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，上海 200025；2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院/教育部和上海市環(huán)境與兒童健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092)

鉛是具有神經(jīng)毒性的環(huán)境污染物，可以通過消化道、呼吸道和皮膚等途徑進(jìn)入人體，并通過血液循環(huán)分布至全身，最終在人體各個(gè)系統(tǒng)組織器官中長期蓄積[1]。鉛干擾了神經(jīng)突觸形成、突觸連接的修飾和髓鞘形成，而后兩個(gè)過程主要發(fā)生在兒童時(shí)期[2]。大量研究發(fā)現(xiàn)鉛暴露對處于大腦生長發(fā)育期兒童的智商和心理行為造成嚴(yán)重的不良影響[3-4]。事件相關(guān)電位(event related potentials，ERP)是研究心理活動(dòng)電位變化的一個(gè)客觀手段，ERP具有較高的時(shí)間分辨率，能客觀反映認(rèn)知過程中大腦神經(jīng)電活動(dòng)的變化，因此研究者常借助ERP對認(rèn)知過程進(jìn)行研究[5]。失匹配負(fù)波(the mismatch negativity，MMN)屬于認(rèn)知ERP家族。目前關(guān)于MMN的誘發(fā)原理主要是記憶痕跡假設(shè)，該假設(shè)認(rèn)為MMN的產(chǎn)生是由于持續(xù)出現(xiàn)頻率較高的標(biāo)準(zhǔn)刺激在大腦中形成了記憶痕跡，當(dāng)頻率小的靶刺激出現(xiàn)時(shí)，大腦將接收到的新刺激與記憶痕跡進(jìn)行比較，并且自動(dòng)處理這個(gè)與記憶痕跡不匹配的新刺激，因此MMN可以作為反映大腦對信息自動(dòng)加工處理的指標(biāo)[6]。ERP家族中的P3a是未預(yù)料到的、與標(biāo)準(zhǔn)刺激具有較大差異的新異刺激突然出現(xiàn)而誘發(fā)的一個(gè)正向波[7]，被認(rèn)為是朝向反應(yīng)出現(xiàn)的標(biāo)志。朝向反應(yīng)是大腦應(yīng)對預(yù)料之外事件的保護(hù)機(jī)制，反映大腦對新異刺激覺察后的積極加工過程。

目前在臨床和科研中，主要使用心理行為量表來評估鉛神經(jīng)毒性對大腦造成的影響。各種心理行為量表通過評估兒童的行為來反映其大腦認(rèn)知功能，然而量表所評估的行為通常是感覺、認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)三個(gè)層面上相互作用的結(jié)果。當(dāng)施測者觀察到行為變化時(shí)，難以判斷究竟是由哪個(gè)層面的變化引起的。因此本研究運(yùn)用研究認(rèn)知功能的ERP探討鉛暴露對兒童腦功能的影響，進(jìn)一步證實(shí)鉛對兒童認(rèn)知層面的影響，對鉛的神經(jīng)毒性由動(dòng)物實(shí)驗(yàn)向人群研究轉(zhuǎn)變，由智商分?jǐn)?shù)的主觀評價(jià)轉(zhuǎn)向認(rèn)知功能的客觀指標(biāo)，為早期發(fā)現(xiàn)鉛中毒兒童認(rèn)知障礙提供神經(jīng)電生理依據(jù)。

將MMN運(yùn)用于鉛暴露兒童的相關(guān)研究國內(nèi)外鮮少報(bào)道。明顯臨床癥狀的鉛中毒對兒童中樞神經(jīng)系統(tǒng)認(rèn)知功能損害雖已有證明，但目前客觀地量化評估較少。本研究運(yùn)用非注意條件下所誘發(fā)的ERP來探討鉛暴露對兒童認(rèn)知的影響，不要求兒童主動(dòng)注意，適用于年齡較小兒童或自閉癥兒童。

1資料與方法

1.1一般資料

選取2017年3月至2019年11月就診于上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院兒童重金屬門診的3歲半至7歲共66例兒童為研究對象。排除標(biāo)準(zhǔn)：①曾經(jīng)接受過驅(qū)鉛治療；②有注意缺陷障礙患兒(attention deficit hyperactivity disorder，ADHD)；③有其他重金屬暴露、缺鐵性貧血；④智力缺陷；⑤有聽覺系統(tǒng)疾病史。所有研究對象的監(jiān)護(hù)人均知情同意自愿參與研究。

1.2研究方法

1.2.1血鉛測定方法

血鉛濃度檢測使用美國PerkinElmer公司的PinAAcle900Z型原子吸收光譜儀進(jìn)行測定。每天測定樣本前，使用5個(gè)濃度的血鉛繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(0～500μg/L)，然后使用低、中、高三個(gè)水平的質(zhì)控來檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)曲線的準(zhǔn)確性。檢測限為0.1μg/L，本研究所有的血鉛值均高于檢測限。

1.2.2事件相關(guān)電位的采集

向家長和兒童講解采集記錄過程，使其了解ERP的科學(xué)性和無創(chuàng)性，爭取受試兒童積極配合。在實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，兒童觀看無聲動(dòng)畫片，并告知其要專心觀看。給兒童正確佩戴電極帽后，打開信號(hào)記錄設(shè)備，連接無線Trigger發(fā)射系統(tǒng)與無線干電極帽，系統(tǒng)中的各電極阻抗正常后開始記錄腦電信號(hào)。本研究使用的是聽覺三刺激Oddball范式(標(biāo)準(zhǔn)刺激80%、靶刺激15%及新異刺激5%)誘發(fā)ERP。安放好各個(gè)電極后，將參考電極放置于耳垂，記錄兒童15分鐘腦電。本研究主要采集中央點(diǎn)(central zone，Cz)和額點(diǎn)(frontal zone，F(xiàn)z)。

1.2.3智力測試

使用Wechsler學(xué)齡前兒童智力量表(上海-WPPSI)對兒童進(jìn)行智力測試。該量表由美國引進(jìn)的Wechsler學(xué)齡前兒童智力量表進(jìn)行適當(dāng)修改及標(biāo)準(zhǔn)化后應(yīng)用，包括操作商和語言商。各年齡組的粗分分布可以轉(zhuǎn)化為量表分分布，每一個(gè)兒童的粗分可根據(jù)其在一條正態(tài)分布曲線上的位置，確定相應(yīng)的量表分，從而計(jì)算出每位受試對象的智商(intelligence quotient，IQ)。

1.2.4心理行為問卷評估

向受試兒童及其家長說明填寫問卷的注意事項(xiàng)，囑其填寫重金屬門診問卷及學(xué)齡前兒童心理行為評估問卷。本研究使用的心理行為評估問卷是家長版的長處與困難問卷(strengths and difficulties questionnaire，SDQ)以及中文版注意缺陷多動(dòng)障礙SNAP-Ⅳ評定量表-父母版(Chinese version of Swan-son Nolan and Pelham,Version Ⅳ Scale-parent form，SNAP-Ⅳ)。

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2結(jié)果

2.1研究兒童的基本特征

本研究共納入66名受試兒童，且均為學(xué)齡前期兒童。兒童血鉛中位數(shù)為42.50(12.00～120.75)μg/L，范圍為5.10～348.00μg/L；年齡均數(shù)為(62.73±8.65)月齡，年齡范圍為44～78月齡，見表1。

表1 兒童一般情況[n(%)]

2.2兒童血鉛水平與社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況以及智力測試結(jié)果的關(guān)系

兒童語言分、操作分和智商總分均值分別為(111.12±14.71)分、(111.56±14.62)分和(112.53±13.64)分，其中兒童血鉛與語言分為負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.257，P<0.05)。兒童血鉛水平與父親的受教育程度、母親的受教育程度和家庭收入均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(r值分別為-0.498、-0.431、-0.349，均P<0.05)，見表2。

表2 血鉛水平與兒童社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況以及智力測試的相關(guān)關(guān)系分析

2.3兒童血鉛水平與心理行為評分的關(guān)系

兒童血鉛與心理行為量表各項(xiàng)目的相關(guān)分析中，尚未發(fā)現(xiàn)血鉛水平與心理行為量表評估之間的相關(guān)關(guān)系(均P>0.05)，見表3。

表3 兒童血鉛與心理行為評分的相關(guān)分析

2.4運(yùn)用ERP分析鉛暴露對兒童認(rèn)知功能的影響

MMN屬于認(rèn)知ERP家族，P3a是ERP中的朝向反應(yīng)標(biāo)志，相關(guān)分析結(jié)果表明血鉛水平、年齡與大腦Cz區(qū)的MMN波幅存在負(fù)相關(guān)關(guān)系(r值分別為-0.293、-0.307，均P<0.05)，母親教育程度與大腦Cz區(qū)的P3a波幅存在正相關(guān)關(guān)系(r=0.254，P<0.05)，年齡與大腦MMN潛伏期存在負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.292，P<0.05)，尚未發(fā)現(xiàn)兒童血鉛與MMN潛伏期以及P3a的波幅和潛伏期之間存在相關(guān)關(guān)系(均P>0.05)，見表4。線性回歸分析結(jié)果顯示，控制年齡、家庭收入、父親的受教育程度和母親的受教育程度后，兒童血鉛水平與MMN波幅之間的回歸系數(shù)β值及95%CI為-0.01(-0.02～0.00)，標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)為-0.34，提示血鉛升高對MMN波幅呈負(fù)性影響，見表5。

表4 血鉛水平與ERP的相關(guān)分析

表5 血鉛水平與ERP的多元線性回歸分析

3討論

3.1血鉛與兒童智商和心理行為指標(biāo)的關(guān)系

兒童血鉛水平與兒童語言商為負(fù)相關(guān)關(guān)系，未發(fā)現(xiàn)血鉛與操作商和總智商之間的關(guān)系，該結(jié)果與國內(nèi)外相關(guān)研究的結(jié)果一致，鉛暴露對語言智商的影響更明顯[9]。鉛暴露對發(fā)育中腦海馬的代謝型谷氨酸受體基因表達(dá)有不良影響，該受體在參與學(xué)習(xí)記憶中起著重要作用，這有可能是造成智商降低的根本原因[10]。

鉛暴露被認(rèn)為是認(rèn)知障礙的危險(xiǎn)因素之一[11-12]。兒童鉛暴露導(dǎo)致的認(rèn)知缺陷包括注意力不集中、記憶缺陷、語言能力下降、視覺-運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)障礙以及反應(yīng)時(shí)間延長等[2]。一項(xiàng)新西蘭的隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，兒童11歲測定的血鉛與38歲時(shí)認(rèn)知功能下降以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況的降低有關(guān)，并且38歲時(shí)通過韋氏成人智力測驗(yàn)第四版(Wechsler adult intelligence scale，WAIS-Ⅳ)量表測量的知覺推理和工作記憶能力降低與11歲時(shí)測量的血鉛水平相關(guān)[13]。且研究表明鉛暴露兒童會(huì)表現(xiàn)出ADHD類似癥狀，例如沖動(dòng)、注意缺陷和攻擊性，因此，本研究排除了ADHD患兒。

3.2運(yùn)用ERP可探索鉛暴露與兒童認(rèn)知功能的關(guān)系

近年來已有大量將ERP用于神經(jīng)疾病、心理疾患、精神障礙與聽力疾病等健康問題的輔助診斷的報(bào)道[14-15]。國內(nèi)外將ERP運(yùn)用于鉛暴露的研究有限，均表明ERP特征值與血鉛水平之間存在相關(guān)性。加拿大一項(xiàng)隊(duì)列研究證明鉛暴露降低了兒童的P3b波幅[16]。李麗君等[17]探討兒童鉛中毒與P300的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鉛中毒兒童事件相關(guān)電位P300潛伏期明顯延長；還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)鉛中毒兒童的P300及N200波幅較正常兒童明顯降低，潛伏期明顯延長[18]。

本研究中相關(guān)性分析結(jié)果表明兒童在Cz區(qū)MMN波幅與血鉛水平為負(fù)相關(guān)關(guān)系。調(diào)整混雜因素后，在回歸分析中進(jìn)一步確認(rèn)了二者之間的相關(guān)關(guān)系，鉛暴露可能干擾了大腦的信息自動(dòng)加工過程，MMN波幅隨著血鉛水平的升高而減少，提示大腦辨別偏差刺激特征差異的能力降低，鉛對大腦的前注意產(chǎn)生了負(fù)面影響。前注意是最早對刺激產(chǎn)生的無意識(shí)注意，是指在刺激之后，對于該刺激是否進(jìn)行注意或分析的過程。前注意過程是大腦對周圍環(huán)境變化的自動(dòng)信息處理過程，對于適應(yīng)環(huán)境有重要意義[19]。本研究并未發(fā)現(xiàn)P3a與血鉛的相關(guān)關(guān)系，提示血鉛未影響大腦的朝向反應(yīng)。

本研究中血鉛中位數(shù)為42.5μg/L，屬于低水平鉛中毒，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)鉛暴露對SDQ問卷和SNAP-IV量表中心理行為項(xiàng)目的影響，但發(fā)現(xiàn)血鉛水平與兒童語言商和Cz區(qū)MMN波幅為負(fù)相關(guān)關(guān)系，提示鉛暴露影響了兒童認(rèn)知功能的信息自動(dòng)加工能力，可以考慮將MMN作為早期鉛暴露的一個(gè)敏感客觀指標(biāo)，并且可以依據(jù)ERP的變化進(jìn)一步探索鉛暴露對大腦認(rèn)知功能的神經(jīng)生理學(xué)機(jī)制。