運用事件相關電位探討鉛暴露對兒童認知功能的影響

楊 穎，郜振彥，顏崇淮

(1.上海交通大學公共衛生學院，上海 200025；2.上海交通大學醫學院附屬新華醫院/教育部和上海市環境與兒童健康重點實驗室，上海 200092)

鉛是具有神經毒性的環境污染物，可以通過消化道、呼吸道和皮膚等途徑進入人體，并通過血液循環分布至全身，最終在人體各個系統組織器官中長期蓄積[1]。鉛干擾了神經突觸形成、突觸連接的修飾和髓鞘形成，而后兩個過程主要發生在兒童時期[2]。大量研究發現鉛暴露對處于大腦生長發育期兒童的智商和心理行為造成嚴重的不良影響[3-4]。事件相關電位(event related potentials，ERP)是研究心理活動電位變化的一個客觀手段，ERP具有較高的時間分辨率，能客觀反映認知過程中大腦神經電活動的變化，因此研究者常借助ERP對認知過程進行研究[5]。失匹配負波(the mismatch negativity，MMN)屬于認知ERP家族。目前關于MMN的誘發原理主要是記憶痕跡假設，該假設認為MMN的產生是由于持續出現頻率較高的標準刺激在大腦中形成了記憶痕跡，當頻率小的靶刺激出現時，大腦將接收到的新刺激與記憶痕跡進行比較，并且自動處理這個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加工處理的指標[6]。ERP家族中的P3a是未預料到的、與標準刺激具有較大差異的新異刺激突然出現而誘發的一個正向波[7]，被認為是朝向反應出現的標志。朝向反應是大腦應對預料之外事件的保護機制，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知功能，然而量表所評估的行為通常是感覺、認知和運動三個層面上相互作用的結果。當施測者觀察到行為變化時，難以判斷究竟是由哪個層面的變化引起的。因此本研究運用研究認知功能的ERP探討鉛暴露對兒童腦功能的影響，進一步證實鉛對兒童認知層面的影響，對鉛的神經毒性由動物實驗向人群研究轉變，由智商分數的主觀評價轉向認知功能的客觀指標，為早期發現鉛中毒兒童認知障礙提供神經電生理依據。

將MMN運用于鉛暴露兒童的相關研究國內外鮮少報道。明顯臨床癥狀的鉛中毒對兒童中樞神經系統認知功能損害雖已有證明，但目前客觀地量化評估較少。本研究運用非注意條件下所誘發的ERP來探討鉛暴露對兒童認知的影響，不要求兒童主動注意，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醫學院附屬新華醫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。排除標準：①曾經接受過驅鉛治療；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有聽覺系統疾病史。所有研究對象的監護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行測定。每天測定樣本前，使用5個濃度的血鉛繪制標準曲線(0～500μg/L)，然后使用低、中、高三個水平的質控來檢驗標準曲線的準確性。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的科學性和無創性，爭取受試兒童積極配合。在實驗的同時，兒童觀看無聲動畫片，并告知其要專心觀看。給兒童正確佩戴電極帽后，打開信號記錄設備，連接無線Trigger發射系統與無線干電極帽，系統中的各電極阻抗正常后開始記錄腦電信號。本研究使用的是聽覺三刺激Oddball范式(標準刺激80%、靶刺激15%及新異刺激5%)誘發ERP。安放好各個電極后，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(central zone，Cz)和額點(frontal zone，Fz)。

1.2.3智力測試

使用Wechsler學齡前兒童智力量表(上海-WPPSI)對兒童進行智力測試。該量表由美國引進的Wechsler學齡前兒童智力量表進行適當修改及標準化后應用，包括操作商和語言商。各年齡組的粗分分布可以轉化為量表分分布，每一個兒童的粗分可根據其在一條正態分布曲線上的位置，確定相應的量表分，從而計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，囑其填寫重金屬門診問卷及學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統計學方法

2結果

2.1研究兒童的基本特征

本研究共納入66名受試兒童，且均為學齡前期兒童。兒童血鉛中位數為42.50(12.00～120.75)μg/L，范圍為5.10～348.00μg/L；年齡均數為(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經濟狀況以及智力測試結果的關系

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相關關系(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相關關系(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經濟狀況以及智力測試的相關關系分析

2.3兒童血鉛水平與心理行為評分的關系

兒童血鉛與心理行為量表各項目的相關分析中，尚未發現血鉛水平與心理行為量表評估之間的相關關系(均P>0.05)，見表3。

表3 兒童血鉛與心理行為評分的相關分析

2.4運用ERP分析鉛暴露對兒童認知功能的影響

MMN屬于認知ERP家族，P3a是ERP中的朝向反應標志，相關分析結果表明血鉛水平、年齡與大腦Cz區的MMN波幅存在負相關關系(r值分別為-0.293、-0.307，均P<0.05)，母親教育程度與大腦Cz區的P3a波幅存在正相關關系(r=0.254，P<0.05)，年齡與大腦MMN潛伏期存在負相關關系(r=-0.292，P<0.05)，尚未發現兒童血鉛與MMN潛伏期以及P3a的波幅和潛伏期之間存在相關關系(均P>0.05)，見表4。線性回歸分析結果顯示，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β值及95%CI為-0.01(-0.02～0.00)，標準回歸系數為-0.34，提示血鉛升高對MMN波幅呈負性影響，見表5。

表4 血鉛水平與ERP的相關分析

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的關系

兒童血鉛水平與兒童語言商為負相關關系，未發現血鉛與操作商和總智商之間的關系，該結果與國內外相關研究的結果一致，鉛暴露對語言智商的影響更明顯[9]。鉛暴露對發育中腦海馬的代謝型谷氨酸受體基因表達有不良影響，該受體在參與學習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]。

鉛暴露被認為是認知障礙的危險因素之一[11-12]。兒童鉛暴露導致的認知缺陷包括注意力不集中、記憶缺陷、語言能力下降、視覺-運動協調障礙以及反應時間延長等[2]。一項新西蘭的隊列研究發現，兒童11歲測定的血鉛與38歲時認知功能下降以及社會經濟情況的降低有關，并且38歲時通過韋氏成人智力測驗第四版(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歲時測量的血鉛水平相關[13]。且研究表明鉛暴露兒童會表現出ADHD類似癥狀，例如沖動、注意缺陷和攻擊性，因此，本研究排除了ADHD患兒。

3.2運用ERP可探索鉛暴露與兒童認知功能的關系

近年來已有大量將ERP用于神經疾病、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道[14-15]。國內外將ERP運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性。加拿大一項隊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的關系，結果發現鉛中毒兒童事件相關電位P300潛伏期明顯延長；還有學者發現鉛中毒兒童的P300及N200波幅較正常兒童明顯降低，潛伏期明顯延長[18]。

本研究中相關性分析結果表明兒童在Cz區MMN波幅與血鉛水平為負相關關系。調整混雜因素后，在回歸分析中進一步確認了二者之間的相關關系，鉛暴露可能干擾了大腦的信息自動加工過程，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生了負面影響。前注意是最早對刺激產生的無意識注意，是指在刺激之后，對于該刺激是否進行注意或分析的過程。前注意過程是大腦對周圍環境變化的自動信息處理過程，對于適應環境有重要意義[19]。本研究并未發現P3a與血鉛的相關關系，提示血鉛未影響大腦的朝向反應。

本研究中血鉛中位數為42.5μg/L，屬于低水平鉛中毒，結果未發現鉛暴露對SDQ問卷和SNAP-IV量表中心理行為項目的影響，但發現血鉛水平與兒童語言商和Cz區MMN波幅為負相關關系，提示鉛暴露影響了兒童認知功能的信息自動加工能力，可以考慮將MMN作為早期鉛暴露的一個敏感客觀指標，并且可以依據ERP的變化進一步探索鉛暴露對大腦認知功能的神經生理學機制。