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2020, 37(1):30-35.doi:10.13213/j.cnki.jeom.2020.19602

職業鋁暴露對工人認知功能影響的因子分析


山西醫科大學公共衛生學院勞動衛生學教研室, 山西 太原 030001

收稿日期: 2019-09-02;  錄用日期:2019-01-15;  發布日期: 2020-02-14

基金項目: 國家自然科學基金(81472959,81430078)

通信作者: 路小婷, Email: [email protected]  

作者簡介:

徐詩夢(1994-), 女, 碩士生; E-mail:[email protected]

利益沖突??無申報

[背景] 職業鋁暴露可以引起工人出現明顯的認知功能障礙,而認知功能障礙可涉及記憶、學習、語言、執行、視空間等多個方面。由于各研究采用的認知評價量表不同,且量表指標間存在相關性,導致研究得到的結果不能直接進行比較,未能明確職業鋁暴露對機體認知功能損害的主要領域。

[目的] 利用因子分析的方法探究職業鋁暴露影響工人認知功能的主要領域。

[方法] 采用整群抽樣的方法于2014年在山西省某大型鋁廠選取1 304名鋁電解作業工人及檢修車間工人作為研究對象。采集研究對象的空腹肘靜脈血10mL,其中2mL全血提取血漿,利用電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)測定血漿鋁含量,根據三分位法將研究對象分為低、中、高暴露組(分別以Q1、Q2、Q3組表示);采用研究組自行設計的職業流行病學調查問卷收集研究對象的一般情況資料,包括年齡、性別、婚姻狀況、教育水平、職業史、疾病史和生活習慣等;采用組合問卷進行認知功能測試,包括簡易精神狀態量表、畫鐘測驗、數字廣度測試、物體記憶測驗、言語流暢性測驗、簡單反應時測試。運用因子分析從16個原始指標中提取6個公共因子代替原始指標,采用方差分析比較公共因子得分差異,采用多重線性回歸分析血漿鋁濃度與認知功能之間的關系。

[結果] 研究對象均為男性,年齡為20~56歲,血漿鋁中位數(P25,P75)為26.3(11.8,50.7)μg/L。Q1、Q2、Q3組的血漿鋁濃度范圍分別為 < 16.21、16.21~40.83和≥ 40.83 μg/L。三組在年齡、文化程度、婚姻狀況、吸煙、飲酒等方面均不存在統計學差異(P>0.05)。從原始認知功能觀察指標中提取6個公共因子,公共因子1~6分別為注意力、長延時記憶力、反應能力、執行功能、短延時記憶力、即刻記憶力。方差分析結果顯示僅公共因子4得分在三組間的差異有統計學意義(P < 0.05)。多重線性回歸結果顯示:當血鋁濃度作為分類變量時,在Q3組中,公共因子1和4的得分與血鋁濃度呈負相關(b分別為-0.136和-0.180,P < 0.05),與Q1組相比,公共因子1和4得分分別下降12.7%、16.5%;當血鋁濃度作為連續變量時,趨勢檢驗顯示血鋁濃度與公共因子1和4的得分存在劑量-效應關系(t=-2.15、-2.67,P < 0.05)。

[結論] 職業鋁暴露會損害工人的認知能力,主要影響注意力和執行功能。

關鍵詞: 職業鋁暴露;  認知功能;  因子分析;  注意力;  執行功能 

我國是世界上最大的原鋁生產和出口國家之一,職業鋁暴露人群眾多,其健康問題引人關注。1976年,Alfrey等[1]首先在一組死于透析性腦病綜合征的患者中提到了鋁的神經毒性;1985年,Longstreth等[2]觀察到3名鋁冶煉廠工人的認知缺陷,之后大量職業流行病學研究表明鋁可以損害人體的定向力[3]、反應時間[4]、記憶力[5-6]、注意力[7]等認知功能,也有meta分析表明職業性鋁暴露與認知障礙之間存在劑量-反應關系[8]。認知功能由多個認知領域組成,包括學習、記憶、語言、執行功能、方向、注意力、視覺空間能力等方面[9],可采用多種量表進行認知功能的評價。由于各研究采用的認知評價量表不同,且量表指標間存在相關性,導致研究結果不能直接進行比較,學者們對職業鋁暴露損害的認知域看法相左。因子分析利用降維的思想,從分析多個原始指標的相關關系入手,找到支配這種相關關系的有限個不可觀測的公共因子,并用這些公共因子來解釋原始指標之間的相關性。因此,可以利用因子分析的方法綜合不同量表中認知功能評價指標的全面信息,從而更直觀地確定職業鋁暴露對機體認知功能損害的具體方面。

本研究對山西某大型鋁廠職業鋁暴露工人展開橫斷面調查,采用認知功能測試問卷(6種問卷,共16個分析指標)評價工人的認知功能,利用因子分析,從原始認知指標提取若干個能夠反映認知功能的公共因子,分析職業鋁暴露損害工人認知功能的主要領域。

1   對象與方法

1.1   對象

采用整群抽樣的方法于2014年調查了山西省某大型鋁廠,本次研究共納入1 304名鋁電解作業工人及檢修車間工人。研究對象在車間工作過程中均配備相同的防護措施,包括口罩、防護面罩、防護服和防護眼鏡。納入標準:年齡為20~60歲,工作環境中存在鋁暴露。剔除標準:長期服用含鋁胃藥;曾經受過腦外傷;已知本人或父母患有精神和神經系統疾??;極度不配合。所有受試者均已簽署知情同意書,研究方案經山西醫科大學醫學倫理委員會批準(編號:2014059)。

1.2   方法

1.2.1   問卷調查

采用研究組自行設計的職業流行病學調查問卷在相同條件下收集工人的一般情況資料(年齡、性別、婚姻狀況、教育水平、職業史、疾病史和生活習慣)和認知功能情況。認知功能測試問卷包括:①簡易精神狀態量表(Mini-mental State Examination,MMSE)。MMSE是目前運用最廣泛的認知功能篩查量表,包括定向力、短記憶力、注意力和計算力、回憶能力和語言能力共5個指標[10],總分30分。②畫鐘測驗(Clock-drawing Test,CDT)。CDT可以在不同的語言和環境中使用,常用于篩查執行和視空間知覺功能損害者,評價指標為畫鐘測驗得分[11-12]。本研究采用常用的4分法:繪制完整閉合的圓計1分,標上完整的12個數字計1分,數字位置及順序正確計1分,指針位置正確計1分。③數字廣度測試(Digit-span Test,DST)。DST包括順序測試(Digit Span Forward Test,DSFT)和倒序測試(Digit Span Backward Test,DSBT),主要測試內容為聽覺注意和聽覺記憶能力,DST總分側重反映注意力的集中程度,共有DST、DSFT和DSBT 3個指標[13]。正確回憶1組數字序列得1分,DSFT和DSBT分別累計得分。④物體記憶測驗(Fuld Object Memory Evaluation,FOME)。FOME包括首次回憶個數、再次回憶個數、末次回憶個數3個指標,主要用于評價被試者的延時記憶能力,常與DST聯用,可檢出以記憶受損為主的認知功能障礙,還可反映觸覺、視覺、聽覺等多方面的功能[14]。評分為0~30分。⑤言語流暢性測驗(Verbal Fluency Test,VFT)。VFT主要用于評價被試者的語言理解、應用和表達能力,以VFT得分為評價指標[15-16],要求被試者在規定時間內正確地說出盡可能多的動物、蔬菜、水果,每1項得1分,累計得分。⑥簡單反應時(Simple Reaction Time,SRT)測試。該測試可以衡量被試者的注意力和反應速度[17-18],包含3個指標。本研究中使用行為測試儀進行測試[19]。測試中,會有3種不同顏色的燈隨機亮起,被試者應立即區分并按下按鈕,總共測試30次。儀器會自動記錄操作正確的次數,并給出SRT、SRT最快值(Fastest of Simple Reaction Time,SRTF)和SRT最慢值(Slowest of Simple Reaction Time,SRTS)。主要根據問卷以及量表包含的問題進行詢問、測試得分。

1.2.2   公共因子提取和命名

從原始認知功能觀察指標中提取公共因子,因子載荷是原始指標與公共因子之間的相關系數,它反映了兩者之間相互聯系的密切程度,體現了原始指標的信息在公共因子上的反映程度。當變量在某因子上的因子載荷大于0.5時,表示該因子可較好地代表變量,提取為公共因子,并結合各原始指標的內容進行命名。

1.2.3   血漿鋁濃度測定

采集調查對象的空腹肘靜脈血10 mL,取2 mL全血置于含肝素鈉的抗凝管內,以1 000 r/min離心10 min(離心半徑13.5 cm),將分離出的血漿移入1.5 mL離心管中。測定時采用電感耦合等離子體質譜法測定血漿鋁含量。此方法測定范圍為1~160 μg/L,檢出限為0.39 μg/L,平均回收率為100.29%,相對標準偏差為0.03%~0.08%。

1.2.4   質量控制

調查人員經統一培訓,使用統一標準,嚴格按照調查要求操作,調查中所用問卷各自采用統一的導語及評分標準;測試時,僅被試者本人與調查員單獨處在某一安靜環境中,進行一對一的認知功能測評;采用同一儀器檢測血漿鋁濃度,統一檢測標準;調查中的相關儀器設備均按照計量認證要求按時校準,并保證在檢定周期內使用;數據錄入采用雙錄入,專人核查。

1.3   統計學分析

所有數據采用EpiData 3.0軟件雙人錄入。采用因子分析提取能夠代表認知功能指標的公共因子,然后以認知功能指標因子得分作為研究對象的認知功能評價得分;采用方差分析進行組間認知功能公共因子得分的比較;以認知功能公共因子為應變量,調整年齡、文化程度、婚姻狀況、吸煙、飲酒等因素,將血鋁濃度(經過對數轉換)分別作為連續變量、分類變量進行多重線性回歸分析,并對相應的回歸系數進行反變換{100×[(expβ)-1)] }以獲得公共因子得分的百分比變化值Z[Z=100%×(eb-1)]。使用軟件SAS 9.4進行統計分析,檢驗水準α=0.05,雙側檢驗。

2   結果

2.1   研究對象一般情況

本研究共納入1 304名鋁電解作業工人及檢修車間工人,均為男性,年齡為20~56歲,血漿鋁濃度中位數(P25,P75)為26.3(11.8,50.7)μg/L;根據三分位法將研究對象分為低、中、高暴露組(分別以Q1、Q2、Q3組表示),Q1、Q2、Q3組的血漿鋁濃度范圍分別為 < 16.21、≥ 16.21~ < 40.83和≥ 40.83 μg/L。三組在年齡、文化程度、婚姻狀況、吸煙、飲酒等方面的差異均無統計學意義(P> 0.05)。見表 1。

表1

研究對象的一般情況(n=1 304)

Table1.

General information of study participants

2.2   研究對象認知功能的因子分析

表 2為經過最大方差法旋轉的公共因子矩陣,DST、DSFT、DSBT在第1個公共因子上的載荷較高,所以公共因子1命名為注意力;首次回憶個數、再次回憶個數、末次回憶個數在第2個因子上的載荷較高,將公共因子2命名為長延時記憶力;SRT、SRTF、SRTS在第3個公共因子上的載荷較高,將公共因子3命名為反應能力;定向力、CDT在第4個公共因子上的載荷較高,將公共因子4命名為執行功能;同樣根據載荷,將公共因子5命名為短延時記憶力,公共因子6命名為即刻記憶力。

表2

1 304名鋁暴露工人原始認知功能指標的公共因子矩陣

Table2.

Common factor matrix of original cognitive function indicators of 1 304 aluminum exposed workers

2.3   不同鋁暴露組認知功能公共因子得分比較

不同暴露組的認知功能得分結果顯示,僅公共因子4得分在三組間的差異有統計學意義(P < 0.05)。見表 3。

表3

不同鋁暴露組工人認知功能公共因子得分

Table3.

Common factor scores of cognitive function across different aluminum exposure groups

2.4   血鋁濃度對認知功能影響的多重線性回歸分析

當血鋁濃度作為分類變量時,在Q3組中,公共因子1與公共因子4與血鋁濃度呈負相關(b分別為-0.136和-0.180,P < 0.05),與Q1組相比,公共因子1、公共因子4得分分別下降12.7%、16.5%。公共因子2、3、5、6與血鋁濃度間不存在相關關系(P >0.05)。當血鋁濃度作為連續變量時,趨勢檢驗顯示血鋁濃度與公共因子1、4的因子得分存在劑量-效應關系(t=-2.15、-2.67,P < 0.05),與公共因子2、3、5、6的因子得分不存在劑量-效應關系(t=0.27、1.19、1.29和1.28,P > 0.05)。圖 1顯示了血鋁濃度與認知功能各公共因子間的關系。

圖 1

認知功能指標公共因子與血鋁濃度間的關系

3   討論

認知功能包括學習、記憶、語言、執行功能、方向、注意力、視覺空間推理等多個認知領域,流行病學研究表明職業鋁暴露可引起認知功能的損害,導致輕度認知功能障礙[20]。Akila等[21]對79位鋁焊工進行了神經心理學測試,結果顯示高鋁暴露(尿液中鋁濃度為9.98 μmol/L)的焊工在空間任務中表現不佳;Bast-Pettersen等[4]研究20名鋁焊工發現職業鋁暴露可以影響焊工的反應時間;任佩等[6]調查了358名鋁作業工人發現鋁暴露會對工人造成一定程度的記憶障礙;Lu等[3]通過調查退休鋁冶煉工人,發現鋁暴露降低了工人的定向力、短期記憶和計算能力;Guo等[5]研究了167名職業鋁暴露工人,發現年輕工人記憶力變差,老年工人運動活動和準確性受到損害。然而,這些研究樣本量較小,主要關注單一認知功能改變,未能綜合認知功能改變的有效信息以探究職業鋁暴露對支配認知表現的潛在變量的影響。而因子分析則可以通過挖掘不同量表認知功能的全面信息,綜合不同量表中相關性較高的原始認知指標,從原始認知指標提取能夠反映各認知功能的公共因子,避免重復信息所造成的數據分析冗雜,較全面地評價職業鋁暴露對工人認知功能損害的具體方面。因此,本次研究充分考慮組合問卷中認知功能評價指標間的相關性,采用因子分析的方法分析職業鋁暴露對工人認知功能的損害。

本研究根據血鋁濃度將研究對象分為低暴露組、中暴露組、高暴露組,采用因子分析從16個原始認知功能指標中提取了注意力、長延時記憶力、反應能力、執行功能、短延時記憶力和即刻記憶力6個因子,既可以很好地保留原始變量的信息,又可以減少分析指標,避免了多個指標間的共線性。采用多重線性回歸分析血鋁濃度與各公共因子間的關系,發現血鋁濃度與注意力因子、執行功能呈負相關,且兩者的損害均出現在高暴露組,相較于低暴露組分別下降12.7%、16.5%;趨勢檢驗結果顯示隨著血鋁濃度的升高,工人的注意力、執行功能下降,與Akila等、王姍姍等的研究結果均一致[21-22]。

H?nninen等[23]曾對17名鋁焊工進行神經心理學評估,發現職業鋁暴露可損害焊工的短期記憶力,Buchta等[24]發現職業接觸鋁焊接煙霧的工人反應能力下降。本研究未直接觀察到職業鋁暴露對反應能力、即刻記憶力和延時記憶力的損害,提示鋁暴露對于記憶力的損害可能存在類別選擇差異。

本次研究采用因子分析從多個認知功能指標中提取公共因子,較深層次地分析了職業鋁暴露對工人認知功能的影響,發現職業鋁暴露主要損害工人的注意力和執行功能。本研究整合了6種問卷所包含的16個分析指標,大大降低了回歸建模的不穩定性,為職業性鋁暴露對認知功能的損害研究提供了新的分析方法和數據支持;但是研究未能結合臨床數據,應在后續研究中結合臨床數據進一步探索職業鋁暴露對認知功能的損害特點。

表1

研究對象的一般情況(n=1 304)

Table 1

General information of study participants

表2

1 304名鋁暴露工人原始認知功能指標的公共因子矩陣

Table 2

Common factor matrix of original cognitive function indicators of 1 304 aluminum exposed workers

表3

不同鋁暴露組工人認知功能公共因子得分

Table 3

Common factor scores of cognitive function across different aluminum exposure groups

圖 1

認知功能指標公共因子與血鋁濃度間的關系

Figure 1

Relationships between common factors of cognitive function indicators and blood aluminum concentrations

[注] Q1、Q2、Q3分別表示低、中、高暴露組(根據三分位法分組)。因子1~6分別代表注意力、長延時記憶力、反應能力、執行功能、短延時記憶力和即刻記憶力。 [Note] Q1, Q2, and Q3 represent low, medium, and high exposure groups, respectively (according to tertiles of blood aluminum concentration). The factors 1-6 represent attention, long delay memory, reaction ability, executive function, short delay memory, and immediate memory, respectively.

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[作者簡介]

[收稿日期] 2019-09-02

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