环境锰暴露与儿童神经行为的关系

孙中兴+王桂敏+姜永根

锰是人体的必需微量元素，不仅参与蛋白质和脂肪代谢所需酶的构建，还用于体内多种酶的激活及神经递质传递的调节，对人体的生长发育、维持正常功能活动起非常重要的作用。锰如果摄入过量，会在脑部蓄积，产生神经毒性作用。由于职业人群空气锰接触浓度高，健康危害效应容易检出，关于锰暴露健康影响的研究绝大多数围绕职业锰暴露开展。锰暴露除了职业接触外，锰矿石的开采冶炼、含锰产品的使用以及锰元素富集的地质环境，都会使环境锰处于较高水平。与成人相比，儿童锰吸收率较高，并且生长发育的需求可能进一步提高锰吸收率[1][2]，国内外调查研究显示长期环境锰暴露会损害儿童的中枢神经系统，引起儿童神经行为的改变[3]。

1 环境锰来源

锰（Mn），原子量54.94，广泛分布于自然界和生物圈内，在地壳中的丰度为0.085%，是第5最丰富性金属和第12最丰富的元素，主要以氧化物（MnO2或Mn3O4）的形态存在[4]。

空气中锰浓度较低，多种人类活动会造成空气锰污染。锰矿石的开采冶炼会对周围空气造成严重的锰污染，调查[5]显示距锰矿区12km处空气中锰浓度达358 mg/m3；一些含锰化学品特别是汽油防爆剂（甲基环戊二烯三羧基锰，MMT）的使用也会造成空气锰污染，邵莉等[6]调查显示高速公路旁空气中锰浓度为1.3μg/m3，而远离高速路的对照区为0.44μg/m3；王充等[7]调查发现广州市区主要交通道路空气锰浓度高达59μg/m3。

水体中锰浓度差异较大[8]，浓度范围为0.01～ 6.80mg/L。地表水中锰主要以溶解态和胶体态（铁锰化合物胶体）存在，受水中有机物浓度的影响[9]；水库水流动性较差时，水越深锰浓度越高[10]；地下水中的锰主要来自地下岩石及矿物中含锰化合物的溶解，受氧化还原环境控制[11]。此外，水体很

容易被含锰废水、含锰垃圾污染，导致水中锰浓度升高。

土壤中锰主要来自于成土母岩，不同地区不同类型的土壤锰含量变化幅度较大[12]（173～1008mg/kg）。企业排放的含锰烟尘、废水、废渣都会污染土壤，影响土壤中有效态锰的含量，使该片土壤上生长的农作物含有较高浓度的锰。

不同环境介质中的锰由于自然沉降、水中溶解等物理因素的作用，还会在空气、水、土壤间迁移。

2 儿童环境锰暴露

儿童环境锰暴露主要来源于空气和饮水。空气中锰除可以随呼吸道进入肺部或被吞咽进入消化道外，某些锰氧化物的超微粒子还能从嗅觉神经通路直接进入中枢神经系统[13]；水锰主要通过直接被饮用进入消化道吸收外，还可在喷淋时通过呼吸摄入引起暴露。在交通密度高的地区，机动车使用含MMT的汽油会排放含锰废气，由此带来的空气锰暴露威胁不容忽视。地下水锰浓度高，调查[11]显示珠三角地区地下水锰超标率达49.00%，直接饮用可导致儿童锰摄入过量。政府对企业排污监管日益严格，含锰三废的排放逐步规范，但一些含锰电子垃圾的管理还存在漏洞，会对水环境造成污染。

与成人相比，儿童对环境锰暴露的易感性更高。一方面，锰在儿童生长发育不同时期都易在体内蓄积。新生儿胆道系统发育不完善，而体内已吸收的锰主要通过胆汁排泄，使锰的代谢减少[14]；婴幼儿胃肠道屏障还未发育完全，锰的调节机制还没有发育完善，使通过胃肠道吸收的锰增加[15]，生长发育的需求也使儿童对锰的吸收率高于成人[3]，这些因素的作用都会增加环境锰在儿童体内的负荷。另一方面，锰具有神经毒性，能在脑部蓄积，儿童正处在神经系统发育完善的过程中，在这一过程中儿童神经系统更容易受到锰的影响[1]。

环境锰暴露会引起儿童体内锰负荷的增加，影响儿童神经系统的正常发育。在长期低剂量环境锰暴露下，相比较于高浓度锰暴露的职业工人，儿童不会出现明显的锰中毒临床症状，但可表现为儿童神经行为的改变[16]。

3 环境锰暴露与儿童神经行为关系

锰能在脑内蓄积并引起不可逆的脑损伤。动物实验发现脑是锰的重要靶器官[17]，空气中含锰超微粒子能直接通过嗅觉神经通路进入脑部，血液中的锰能通过血脑屏障上的载体转运入脑内，而脑内的锰却不能转运出去，脑部锰摄入的速度远大于排出的速度，造成锰在脑内蓄积[18]。

过量锰引起脑损伤可能涉及多种机制，主要有突触传导功能障碍、神经递质代谢紊乱和神经细胞凋亡[19]。锰能通过影响“谷氨酸—谷氨酰胺循环”通路，使脑内兴奋性氨基酸和抑制性氨基酸失衡，动物实验[20]发现锰能引起谷氨酰胺合成酶活性降低，谷氨酰胺酶活性升高，造成谷氨酸代谢紊乱。过量锰在脑部也能通过抑制多巴脱羧酶破坏“左旋多巴胺—乙酰胆碱平衡”，降低脑内多巴胺和其他单胺类神经递质水平。过量锰还能在富含线粒体的神经细胞内，诱导产生大量自由基损伤线粒体，还可诱导溶酶体的损伤，最终导致细胞死亡[21]。

环境锰暴露如导致儿童脑部锰的过量蓄积，会影响大脑的兴奋性和多巴胺系统，而这与儿童的注意力、记忆力、协调能力关系密切。近年国内外多个流行病学调查（表1）显示环境锰暴露会损害儿童的认知功能，表现在多个方面。

3.1 影响儿童的智力发育，智商（Intellligence Quotient，IQ）评分下降。多个空气锰暴露研究显示儿童体内锰负荷增加，IQ评分下降。Riojas- Rodriguez等[22]調查显示锰矿区儿童发锰、血锰浓度显著高于对照组，发锰与言语智商（95%CI：-0.51，-0.08）呈显著负相关。Menezes-Filho等[23]调查发现铁锰冶炼厂附近儿童发锰与言语智商、全量表智商显著负相关。Haynes等[24]研究发现发锰、血锰浓度高（P75～）的儿童IQ评分均低于发锰、血锰浓度在中间区域（P25～P75）的儿童，发锰、血锰（P25～）与全量表IQ及分量表IQ存在显著负相关。在对饮水锰暴露儿童的调查中也发现了类似的结果。Bouchard等[25]调查结果表明儿童饮水锰水平与发锰浓度显著正相关，饮水锰与言语智商、操作智商及全量表智商存在显著负相关。Khan等[26]研究孟加拉国儿童饮水锰暴露与数学成绩的关系，结果显示饮水锰浓度高（>400μg/L）的儿童数学成绩比其他儿童要低6.4分（95%CI：0.5，12.3）。Oulhote等[27]发现儿童饮水锰与记忆力评分显著负相关，发锰与记忆力、注意力评分均呈显著负相关。

3.2 作用儿童的运动功能，使儿童的反应时间延长，运动协调能力受影响。王荔等[28]调查发现环境锰暴露儿童发锰浓度显著高于对照组，简单反应时间为（627±137）ms，也显著高于对照组（580±99）ms，发锰浓度与简单反应时显著正相关。Lucchini等[29]对锰污染地区儿童的调查发现，土

壤锰浓度与儿童运动协调、手指敏捷评分均显著负相关，儿童血锰、发锰浓度与震颤密度呈显著正相关。Oulhote等[27]在对饮水锰暴露儿童调查中发现类似结果，儿童饮水锰暴露水平与运动功能评分显著负相关。

3.3 引起儿童行为发生改变，外向行为评分升高（行为评分越高，代表儿童行为问题越多）。Khan等[30]调查饮水锰暴露与儿童教室行为的关系，发现水锰与儿童行为外向分、总分存在显著正相关。Menezes-Filho等[31]按不同性别对锰暴露学龄儿童的行为进行调查，发现女童的发锰浓度与外向分呈显著正相关。

环境中空气锰和饮水锰的过多暴露，会引起儿童神经行为发生改变，其中女童的变化更为明显[22][31]。与环境锰暴露相比，食物锰是人体锰摄入的主要来源，在表1中仅Bouchard等[25]对儿童经饮水和食物的锰摄入水平进行了比较，结果显示儿童（按体重）水锰月摄入量中位数为8μg/kg，而食物锰高达2335μg/kg，儿童水锰摄入水平和发锰浓度、IQ评分均显著相关，而食物锰摄入水平和发锰浓度、IQ评分均无显著相关，提示饮水锰和食物锰在人体内的吸收代谢可能存在不同机制。锰作为人体必需微量元素，目前仅查阅到1个文献[24]显示儿童发锰浓度与IQ评分之间存在倒U形剂量反应关系，这可能与该文献中发锰的检测精度高（ng/g级别）有关。

4 控制措施

首先，加强监测，强化管理。通过监测发现高锰环境，尽早采取预防或控制措施。现有的文献提示饮水锰是儿童环境锰暴露的重要来源，此外我国汽油用量不断攀升，其中MMT的使用会带来环境锰污染，都需引起重视。还要加强锰污染源的管理，按照锰污染控制标准[8]严格执行，加强对废旧电池等电子垃圾的回收管理，尽量从源头上控制和解决锰污染，减少儿童锰暴露。

其次，应用降锰技术，开发替代产品。对锰含量高的饮用水要选用合适的除锰工艺，降低饮用水中的锰含量；研制新技术，减少机动车含锰尾气的直接排放，开发替代MMT的新材料，减少空气锰污染。

最后，探索灵敏的生物标志物，深入研究长期低剂量锰暴露对儿童的健康影响机制。常见的锰暴露生物标志物还存在不足，血锰、尿锰与锰外暴露浓度的相关性较差[32][33]，唾液锰检测结果不稳定[34]，发锰、指甲锰与神经行为测定结果相关性较好[35]，但检测结果易受样品处理方法的影响[36]，要继续寻找能特异性反映锰暴露的生物标志物，还要建立结果精准的检测方法，逐步完善儿童锰暴露评估体系。

5 总结

目前关于儿童锰暴露与神经行为关系的研究还比较少，由于儿童对锰神经毒性存在易感性，所以环境锰暴露对儿童的健康威胁不容忽视。科学的生物标志物、高精度的检测方法、不同途径锰暴露对儿童神经行为的影响机制还有待深入研究。

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