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2018, 35(11):967-972.doi:10.13213/j.cnki.jeom.2018.18320

铝暴露对作业工人执行和视空间认知功能的影响


山西医科大学公共卫生学院劳动卫生教研室, 山西 太原 030001

收稿日期: 2018-05-02;  发布日期: 2018-12-06

基金项目: 国家自然科学基金项目(编号:81430078)

通信作者: 牛侨, Email: niuqiao55@163.com  

作者简介: 王姗姗(1992-), 女, 硕士生; 研究方向:金属毒物的神经毒性研究; E-mail:

[目的] 探讨铝暴露对作业工人执行和视空间认知功能的影响及轻度认知功能障碍可能的影响因素。

[方法] 选取山西省某大型铝厂838名作业工人,采用电感耦合等离子体质谱法测量其血浆中铝质量浓度作为内暴露指标,并根据其中位数(M)值将研究对象分为低铝暴露组和高铝暴露组。采用画钟试验评价其执行和视空间认知功能,筛查在执行和视空间认知功能方面产生损害的轻度认知功能障碍可能者。采用非条件logistic回归分析血浆铝暴露水平与执行和视空间认知功能损害的关系及轻度认知功能障碍可能的影响因素。

[结果] 研究对象的血浆铝MP25P75)为15.22(8.26,27.02)μg/L,执行和视空间障碍的检出率为31.0%。低铝暴露组画钟试验总分(3.00±0.91)高于高铝暴露组(2.78±1.00)(P=0.001)。高铝暴露(相对于低铝暴露)(OR=1.779,P=0.001)、电解铝作业工龄超过1年(相对于不足1年)(OR=2.012,P < 0.001)、吸烟(OR=1.489,P=0.018)、高中文化水平(相对于初中及以下文化水平)(OR=0.689,P=0.034)、大专及以上文化水平(相对于初中及以下文化水平)(OR=0.339,P=0.001)与发生轻度认知功能障碍的风险相关。

[结论] 铝暴露可能引起作业工人执行和视空间认知功能损害。高铝暴露、作业工龄超过1年、吸烟可能是轻度认知功能障碍的危险因素,而受教育水平高可能是其保护因素。

关键词: 铝暴露;  作业工人;  执行和视空间认知功能;  画钟试验;  轻度认知功能障碍可能 

铝作为一种环境毒物和工业毒物广泛分布于人们生产生活中, 与神经退行性病变尤其是阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)有关[1-2]。而AD早期往往表现为轻度认知功能障碍(mild cognitive impairment, MCI), 早期识别和干预MCI有助于AD的防治。因此, 铝与认知功能的关系成为近年的一个研究热点。有研究表明职业性铝暴露可引起认知功能的损害, 使MCI的发生率增加[3-4]。MEYER-BARON等[5]对9项职业性铝暴露研究进行Meta分析, 结果显示工人神经行为认知功能测试的表现与尿铝质量浓度(后称浓度)及铝暴露时间呈负相关关系。

MCI可累及多个认知领域, 包括记忆、语言、注意、执行及视空间等。以往人们的关注点常常放在以记忆为主的认知功能损害上。但有研究表明, 执行和视空间认知功能障碍往往也是AD的早期表现[6]。如果能早期识别这种损害效应, 可及早采取应对措施, 避免不可逆损伤的发生。但目前铝暴露与执行和视空间认知功能关系的研究较少, 且缺乏大样本人群数据的支持。因此, 本研究拟对在岗铝作业工人进行调查, 探讨铝暴露对在岗铝作业工人执行和视空间认知功能的影响及此类型MCI可能的影响因素, 以期为铝作业人群预防此类认知功能损害提供有价值的干预途径信息。

1   对象与方法

1.1   研究对象

采用整群抽样的方法, 于2014年10—12月, 调查山西省某大型铝厂电解铝车间、氧化铝车间及热电车间的铝作业工人。排除标准:有已知的帕金森、阿尔茨海默病、癫痫、脑血管病等精神和神经系统疾病; 有严重心理问题和精神应激; 长期服用精神药物; 失语、耳聋、失明; 长期服用含铝胃药、制剂和(或)食物; 极度不配合者。最终纳入838名年龄为20~59岁的作业工人, 包括291名从事电解铝作业的工人与547名从事生产线上辅助作业的工人。以工人血浆铝浓度中位数(M)为界点, 将其分为低铝暴露组和高铝暴露组。本研究经过山西医科大学医学伦理委员会批准。

1.2   研究方法

1.2.1   基本情况调查

采用本课题组自行设计的“职工健康调查表”, 由经过严格培训的调查人员采用面对面问卷调查的方式收集调查对象一般人口学资料及可能与认知功能障碍有关的因素, 包括年龄(出生年月)、性别、婚姻状况、民族、受教育水平、人均月收入、生活习惯(吸烟、饮酒、是否偏好含铝食物)、职业史、家族史、是否长期服用含铝胃药、是否患有精神和神经系统疾病等。

1.2.2   认知功能的评价

本次研究采用画钟试验(clock-drawing test, CDT)筛选执行和视空间认知功能损害者。CDT是一种广泛使用的认知筛查工具, 它有多种评分方法, 其平均敏感性为85%, 平均特异性为85% [7]。本研究采用的是最为简单、常用的4分法:绘制完整闭合的圆盘计1分, 刻度等分并画在正确的位置计1分, 时针分针从同一圆心出发、指针位置正确计1分, 时针分针长短正确计1分[8]。使用统一的导语:“下面请您在这张空白的纸上画一个钟表, 首先画一个圆形的表盘, 标上相应的刻度, 然后把指针指到9点15分”。CDT评分≤ 2分者, 为MCI可能[9]

1.3   主要变量定义

① 吸烟:连续吸烟超过6个月且平均每日吸烟1支及以上者定义为吸烟, 从未吸烟者、偶尔吸烟者及近6个月未吸烟者定义为不吸烟; ②饮酒:每周至少饮1次酒且1周饮酒量[饮酒量=饮酒体积(mL)×乙醇浓度(%)×0.8]不低于40 g者定义为饮酒, 从未饮酒、偶饮或在节假日饮少量酒及近6个月未饮酒者定义为不饮酒; ③服用含铝胃药:连续服用含铝胃药3个月以上者; ④偏好粉条、油条(含铝食物) :平均1周食用粉条或油条7次以上者; ⑤电解铝作业工龄:从事电解铝作业的工龄记为电解铝作业工龄; 而从事生产线上辅助工作的不纳入, 电解铝作业工龄记为“ 0”。

1.4   血浆铝浓度测定

采集研究对象清晨空腹肘静脉血2 mL置于肝素钠抗凝管中, 以离心半径13.5 cm, 1 000 r/min离心10 min, 将上层血浆转入1.5 mL离心管中用于血浆铝含量的测定。取400 µL血浆加入1 600 µL 4%HNO3混合后, 常温消化24 h, 采用电感耦合等离子体质谱法测定血浆铝含量。取储备液配制成不同浓度梯度的标准溶液, 制作标准曲线, 上机后曲线拟合度大于0.999 9后进行测样。每个样平行测2次, 每测10个样, 回测一次标准样品, 用于质控。此方法测定范围为1~160 µg/L, 检出限为0.39 µg/L, 平均回收率为100.29%, 相对标准偏差为0.03%~0.08%。

1.5   质量控制

问卷调查人员经过严格培训面对面调查; CDT评分采用统一导语及评分标准; 血浆铝浓度检测采用同一仪器、统一检测标准; 数据录入采用双录入, 专人核查。

1.6   统计学分析

采用EpiData 3.1软件建立数据库, 双录入数据; SPSS 22.0进行统计分析。计量资料:服从正态分布者采用x±s进行描述, 成组t检验进行组间比较; 不服从正态分布者采用M (P25, P75)进行描述, MannWhitney U检验进行组间比较; 计数资料采用χ2检验。采用非条件logistic回归进行多因素分析, 计算各变量的OR值及其95%CI。检验水准α=0.05。

2   结果

2.1   血浆铝浓度

研究对象的血浆铝平均浓度为15.22 (8.26, 27.02)µg/L。以血浆铝浓度15.22 µg/L为界, 高于其者纳入高铝暴露组, 低于其者纳入低铝暴露组。

2.2   两组研究对象的一般情况比较

年龄、婚姻状况、受教育水平、人均月收入在两组间分布差异无统计学意义(P > 0.05), 工龄、电解铝作业工龄、吸烟和饮酒情况在两组间分布差异有统计学意义(P < 0.05)。见表 1

表1

两组研究对象的一般情况比较

Table1.Comparisons of demographic characteristics between two groups of participants

2.3   两组研究对象的执行和视空间认知功能比较

低铝暴露组CDT总分(3.00±0.91)高于高铝暴露组(2.78±1.00) (P=0.001)。838名作业工人中, 共筛检出执行和视空间认知功能损害者260名, 即此类型MCI可能的检出率为31.0%, 且高铝暴露组MCI可能的检出率(36.8%)高于低铝暴露组(25.3%) (P < 0.001)。进一步将CDT从圆盘绘制错误、指针或刻度位置错误、指针或刻度缺失、指针或刻度多余、指针长短不分或反向5个维度进行分析, 发现仅指针或刻度位置的错误率在两组间差异有统计学意义, 高铝暴露组的错误率(34.1%)高于低铝暴露组(26.5%) (P=0.016)。见表 2

表2

两组研究对象的执行和视空间认知功能比较

Table2.Comparisons of executive and visuospatial cognitive functions between two groups of participants

2.4   执行和视空间障碍影响因素的非条件logistic回归

以认知功能情况(1=MCI可能, 0=正常)为应变量, 以年龄、电解铝作业工龄、婚姻状况、受教育水平、人均月收入、血浆铝暴露水平、吸烟情况、饮酒情况为自变量进行非条件logistic回归分析。结果显示, 执行和视空间障碍的危险因素为血浆铝暴露水平、电解铝作业工龄、受教育水平、吸烟情况, 高铝暴露(相对于低铝暴露的OR=1.779, P=0.001)、电解铝作业工龄超过1年(相对于不足1年的OR=2.012, P < 0.001)、吸烟(OR=1.489, P=0.018)者发生执行和视空间障碍的风险较高; 而受教育水平越高者, 发生执行和视空间障碍的风险越低, 高中文化水平相对于初中及以下文化水平的OR=0.689, P=0.034, 大专及以上文化水平相对于初中及以下文化水平的OR=0.339, P=0.001。见表 3

表3

执行和视空间认知功能障碍影响因素的非条件logistic回归分析

Table3.Non-conditional logistic regression analysis of executive and visuospatial cognitive functions

3   讨论

铝作为一种金属毒物, 长期接触可在体内产生一定的蓄积, 损害人体健。而血铝一直被认为是反映近期铝负荷的指标, 其相较于环境暴露水平更能真实地反映个体近期铝实际暴露情况。故本研究采用血浆铝质量浓度对在岗铝作业工人的铝暴露水平进行评估。本次研究结果显示, 该铝厂在岗铝作业工人血浆铝平均浓度为15.22 (8.26, 27.02)µg/L, 高于WHO推荐的18岁及以上正常人群最高值标准(5.94µg/L)。

因为铝与神经退行性病变尤其是AD有关, 而MCI被认为是预防AD发生的最佳干预阶段, 所以, 近年来越来越多的学者开始关注铝与MCI的关系。而本课题组的前期研究也表明, 长期职业性铝接触可引起工人认知功能障碍[10]。MCI可累及包括记忆、语言、注意、执行及视空间等在内的多种认知功能, 且往往伴有记忆的丧失。但越来越多的研究发现, 执行和视空间认知功能的损害同样发生在AD的早期阶段, 甚至发生于陈述性记忆损伤之前[11-12]。简易精神状态量表(Mini Mental State Examination, MMSE)是目前最广泛使用的认知功能障碍筛查工具, 但是在痴呆初期MMSE的敏感性只有20%, 而且它侧重于语言测试, 不能充分反映执行和视觉功能方面的改变[13]。因此, 此类型MCI并不适宜用MMSE来进行筛查。CDT作为筛查工具已经使用数十年, 且被应用在不同的语言和背景环境中, 涉及AD早期一系列认知领域受损区域, 如言语理解、空间知识、记忆、抽象思维、规划、集中、执行和视空间功能[14]。CDT常被用来反映大脑顶叶的功能, 而顶叶区域与视空间功能密切相关[15-16]。AHMED等[12]研究发现, 在几种MCI亚型中执行障碍和多区域障碍相较于记忆障碍和正常对照更容易发生CDT绘制错误。而其他学者也提出执行障碍与CDT表现具有明显的相关性[17]。以上研究均表明, CDT可很好地反映执行和视空间认知功能的改变。且基于CDT操作的快速、简单等特点, 故本研究采用CDT作为筛查执行和视空间障碍的工具。

本研究发现, 该铝厂在岗铝作业工人执行和视空间障碍检出率为31.0%, 且高铝暴露组MCI可能的检出率(36.8%)高于低铝暴露组(25.3%)。高铝暴露组较低铝暴露组更易发生CDT的绘制错误, 而将CDT绘制错误类型分为圆盘绘制错误、指针或刻度位置错误、指针或刻度缺失、指针或刻度多余、指针长短不分或反向等不同维度后, 发现两组仅在指针或刻度位置的错误上有差异。而且, 本研究还发现电解铝作业工人工龄稍长者发生执行和视空间障碍的风险增加, 可能是电解铝作为铝生产的最主要环节, 其环境铝浓度远高于其他车间, 且铝在体内可能产生一定蓄积, 从而较快产生神经损害。以上结果表明, 作业人员长期接触于高铝浓度环境中, 可能出现执行和视空间认知功能损害, 且主要表现在对空间位置的正确辨识及执行能力的损害上, 应予以重视。

执行和视空间障碍的影响因素分析中发现, 吸烟是执行和视空间障碍的危险因素, 而受教育水平高是执行和视空间障碍的保护因素。近年来, 吸烟与AD的关系受到了极大关注, 但仍存在争议[18-21]。ZHONG等[22]进行前瞻性队列研究的meta分析显示, 吸烟者患痴呆的风险增加, 戒烟可使患痴呆的风险降到不吸烟的水平。而本研究中, 我们发现吸烟患MCI的风险是不吸烟者的1.489倍。值得注意的是, 本研究中, 低铝暴露组的吸烟率(62.1%)远高于高铝暴露组(38.9%), 而多因素分析中, 发现吸烟是执行和视空间障碍的危险因素。基于大量研究的结果, 在职业卫生宣教中时常倡导禁烟、限酒。而高铝暴露组的人群大多集中在高铝环境中, 其倡导及实行力度可能更大, 所以吸烟比例相对降低。虽然吸烟率在高铝暴露组的比例较低, 但吸烟本身的危险性仍存在, 多因素分析中在校正了血浆铝暴露水平、年龄、教育等因素的影响后, 仍发现吸烟为执行和视空间障碍的危险因素。国内外相关调查均显示, 受教育水平是影响认知的重要因素。ARDILA等[23]研究显示受教育水平不仅影响概念形成, 与视空间结构、视觉感知和执行等认知功能也有关。本研究中, 我们发现受教育水平越高, 发生执行和视空间障碍的风险越低。该铝厂的在岗铝作业工人, 吸烟率高达50.5%, 而低教育水平(未完成基础教育者)率高达38.5%, 提示我们有望继续通过倡导铝作业人群禁烟, 鼓励提高工人受教育水平(如继续教育)以降低在岗铝作业工人发生执行和视空间认知功能损害的风险。

年龄、饮酒等也是MCI的危险因素[24], 但本次研究中未发现其相关性。考虑原因可能有以下几方面: ①可能与单一使用CDT不足以识别这种危险性有关。② MCI患病风险增加主要与高龄有关[25], 且年龄主要影响以记忆为主的认知功能。而本次研究采用的研究对象均为在岗工人, 年龄偏于年轻化, 不足以检测出年龄与MCI患病风险的关系, 有待选用年龄更大的研究对象进行研究。③适当饮酒对人体健康有益, 而过量饮酒可增加患MCI风险[24]。但本研究中未对饮酒者的饮酒量进行量化, 可能饮酒者中适当饮酒情况的存在弱化了这种危险作用, 有待进一步对工人饮酒情况进行量化后做进一步分析。另外, 此次研究中在搜集一般人口学资料时不可避免地会产生回忆偏倚。

本研究为铝暴露水平与在岗铝作业工人执行和视空间认知功能的关系提供了大样本数据的支持, 并为该人群预防MCI的发生提出了一些有价值的干预措施。但本研究也存在不足之处:此次研究仅使用CDT作为执行和视空间认知功能的评价指标, 量表使用单一, 且本研究仅能说明铝暴露可能引起执行和视空间障碍, 并且主要表现在对位置的正确辨识和执行上, 但不能证明具体发生在大脑的哪个功能脑区。在今后的研究过程中, 有待选用更为敏感、准确、全面的筛查方法, 使用脑电地形图或核磁共振等做进一步研究。

表1

两组研究对象的一般情况比较

Table 1 Comparisons of demographic characteristics between two groups of participants

表2

两组研究对象的执行和视空间认知功能比较

Table 2 Comparisons of executive and visuospatial cognitive functions between two groups of participants

表3

执行和视空间认知功能障碍影响因素的非条件logistic回归分析

Table 3 Non-conditional logistic regression analysis of executive and visuospatial cognitive functions

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[基金项目] 国家自然科学基金项目(编号:81430078)

[作者简介] 王姗姗(1992-), 女, 硕士生; 研究方向:金属毒物的神经毒性研究; E-mail: WS54533@163.com

[收稿日期] 2018-05-02 00:00:00.0

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