《GeoHealth》：Groundwater Chemistry and Children's Blood Lead Levels: A County-Wise Analysis in the United States
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本研究通过分析美国1104个以地下水为公共供水源的县级数据，探讨了地下水化学成分与儿童血铅水平升高（BLL5%，即血铅>5μg/dL）的关联。采用加权最小二乘回归（WLS）和贝叶斯核机器回归（BKMR）模型，发现砷（As）、铜（Cu）、溶解氧（DO）和硒（Se）浓度升高与BLL5%增加显著相关，而碱度、pH、钙（Ca）等传统认为具有保护性的指标关联不一致。研究强调了监测地下水水质及在弱势群体中实施干预措施的重要性。
引言
铅在19世纪末被广泛应用于美国的基础设施中，如输水管道和油漆。尽管美国在1978年禁止了含铅油漆的使用，并在1986年禁止了在饮用水管道中使用铅，但估计仍有920万条含铅输水管道在使用中。饮用水中铅暴露的主要途径是含铅管道的腐蚀，而水的某些特性（如低pH值和低矿物质含量）会加剧腐蚀。儿童由于摄入量相对体重更高、胃肠道吸收率更高等原因，对铅暴露更为敏感。铅暴露对儿童可造成严重的认知、行为及身体损害，且不存在安全阈值。此外，铅暴露对少数族裔和低收入社区的影响尤为严重。
材料与方法
研究数据来源于美国疾病控制与预防中心（CDC）的饮用水氟化报告系统、儿童血铅州监测数据，以及美国地质调查局（USGS）的美国微咸水评估地球化学数据库。分析仅限于公共供水系统至少使用一个地下水源的县，共涵盖1104个县。分析了30种地下水化学品。血铅数据存在大量“NA”值（3525/4844），这些值在主要分析中被排除，在敏感性分析中进行插补。统计分析方法包括使用加权最小二乘回归（WLS）评估每种化学品与BLL5%的单独关联（模型根据各县儿童总数进行加权，并调整了县级协变量如失业率、家庭收入中位数等），以及使用贝叶斯核机器回归（BKMR）评估所有化学品的联合效应并识别重要变量。
结果
描述性统计显示，所选化学品的中位数及四分位距（IQR）如下：pH为7.3（IQR: 6.9–7.6），碱度为206 mg/L（IQR: 115–301），HCO3-为243 mg/L（IQR: 128–354），溶解氧为3.1 mg/L（IQR: 0.9–6.2），总溶解固体为360 mg/L（IQR: 199–642），硒为0.5 μg/L（IQR: 0.2–1），铜为2 μg/L（IQR: 2–10），砷为1 mg/L（IQR: 0.5–2）。
WLS回归结果显示，砷、铜、溶解氧和硒浓度的增加与BLL5%的显著升高相关。具体而言，砷、铜、溶解氧每增加1 mg/L，分别与BLL5%增加0.0512%、0.0358%、0.0956%相关；硒每增加1 μg/L，与BLL5%增加0.3038%相关。而pH、碱度、钙、碳酸氢盐和总溶解固体等指标与BLL5%的关联未达到统计学显著性。地下水中的铅浓度在WLS模型中与BLL5%无显著关联。
BKMR分析确定钙（Ca）、锂（Li）和碱度的后验包含概率（PIP）最高（PIP = 1.000），表明它们是模型中的重要变量，但其对BLL5%的效应估计值很小。硒的PIP为0.7182。
敏感性分析显示，主要分析中显著的离子（如砷、铜、溶解氧、硒）的结果在不同缺失数据插补假设下不一致，而非显著离子的结果则相对稳定。BKMR的敏感性分析结果同样不一致，大多数化学品的效应可忽略不计，其可信区间包含零。
讨论
本研究整合多源数据，评估了美国22个州1104个依赖地下水的县的地下水化学成分与儿童血铅水平升高 prevalence 之间的关系。结果揭示了砷、铜、溶解氧和硒与BLL5%的显著关联，但这些发现在不同的统计方法中存在变异性。这种不一致性提示观察到的某些关联可能依赖于具体情境，需谨慎解读。
一些与BLL5%呈正相关的地下水成分可能通过间接途径影响铅暴露。例如，较高的溶解氧可通过促进氧化反应增加水的腐蚀性，破坏管道保护层，从而促进铅的释放。铜则可能通过电偶腐蚀加剧铅的析出。砷和硒虽然本身不是腐蚀剂，但它们常出现在碱度低、硬度低、氧化还原电位高的地下水环境中，这种水文地球化学条件已知会促进铅的溶解。
与先前研究提示碱度、pH、钙等参数可能通过减少铅浸出和生物利用度而对血铅水平产生保护作用的发现不同，本研究的分析并未一致地支持这一证据。可能的原因包括：公共水厂对原水进行处理（如pH调节、添加腐蚀控制剂如正磷酸盐）会改变关键参数；地下水化学数据时间跨度大，与儿童实际暴露时的水质可能存在时间错配；以及生态异质性（如管道材料、腐蚀控制实践等的差异）可能削弱了保护性关联。
较低的pH值和较低的溶解固体总量会增加水的腐蚀性，加速含铅管道的腐蚀和铅的浸出。相反，较高的pH值和溶解固体（特别是钙和碳酸钙）有助于在管道内形成保护性垢层。铁浓度升高与BLL5%降低相关，可能与铁氧化物垢层吸附铅或铁充足状态减少胃肠道对铅的吸收有关。有趣的是，地下水铅浓度本身在若干敏感性分析中与BLL5%呈负相关，这可能源于水处理过程的有效去除或水质调节。
少数族裔和低收入家庭因更可能居住在由含铅管道供水的旧房中，受铅暴露影响的风险更高。使用不受《安全饮用水法案》监管的私人水井的用户也面临更高的铅暴露风险。
局限性
本研究为县级水平的生态学分析，结果不能直接推论到个体水平。缺乏个体饮用水源数据。儿童血铅数据存在大量因隐私保护而隐藏的“NA”值。分析未包含膳食矿物质摄入信息。所采用的血铅参考值（5 μg/dL）并非CDC当前使用的更严格标准（3.5 μg/dL）。地下水化学性质可能无法精确代表经过水厂处理后的用户水龙头出水化学性质。
结论
本研究识别出地下水中的砷、铜、溶解氧和硒与儿童血铅水平升高的显著关联，并对碱度、pH、钙等参数的保护作用提出了疑问。研究结果强调了在脆弱社区（如居住在老旧房屋或使用私人水井的群体）进行针对性地下水水质监测的重要性，以降低铅暴露风险。未来的研究应优先获取儿童个体水平的纵向数据，包括饮用水化学成分、膳食矿物质摄入量和血铅浓度，以更准确地评估地下水化学成分对铅暴露的因果效应。
