儿童保育和家庭环境中的自来水金属：铅与早期儿童执行功能的关联

《Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology》：Metals in tap water across child care and home environments: association between lead and early childhood executive function

　　

摘要背景金属（包括铅）在自来水中经常被检测到。基于生物标志物的研究将铅水平升高与儿童较差的认知结局（包括执行功能（EF）技能）相关联。然而，很少有研究在儿童保育中心和家庭水样中表征金属暴露，或检验单独的自来水铅浓度是否与儿童EF相关。目的研究人员旨在（1）描述来自儿童保育厨房、教室和家庭的自来水中的金属浓度，（2）识别水传播铅的社会人口学和环境预测因子，以及（3）检验铅与儿童EF技能之间的关联。方法从北卡罗来纳州（NC）的51个儿童保育厨房、120个教室和138个家庭中收集了297名儿童（2-6岁）的自来水，并通过EPA方法200.8分析15种金属。儿童EF技能通过基于表现的评估和家长问卷进行评估。回归模型将水传播铅与社会人口学特征和水源相关联。路径模型评估了来自每个场所样本中的铅与EF技能之间的关联。结果铅在67%的儿童保育厨房、34%的教室和57%的家庭厨房饮用水样本中被检测到。虽然8%的儿童保育厨房、3%的教室和7%的家庭厨房水样本超过了美国儿科学会的1十亿分之一（ppb）参考水平，但没有样本超过NC州行动水平和美国环境保护局的10 ppb标准。儿童保育厨房水中的铅浓度与抑制控制呈负相关。意义金属在儿童保育中心和家庭水样中经常被检测到。尽管水传播铅浓度低于州行动水平，但儿童保育厨房铅与儿童EF技能呈负相关。影响声明关键金属（包括铅）在从2-6岁儿童的儿童保育厨房（N=51）、教室（N=120）和家庭（N=138）收集的水样中经常被检测到。尽管铅水平低于州和联邦指南，但儿童保育中心的水传播铅与儿童的执行功能技能（N=297）呈负相关。家庭水铅与儿童执行功能技能之间缺乏关联可能源于选择偏倚，因为铅风险较高的家庭在家庭样本收集中代表性不足。结果强调了儿童日常环境中神经毒性污染物暴露的频率及其潜在影响。

**研究背景、问题与研究意义**
自来水中金属（包括铅、钡、铜、锌、锰等）的污染是公共卫生领域的重要关注点。尽管已知这些金属对健康的影响，儿童保育中心和家庭环境中的金属监测却存在显著不足，特别是儿童每天在这些场所中度过大部分时间。儿童相对于体重摄入更多水分，且处于神经发育的关键脆弱期，因此对化学暴露更为敏感。基于生物标志物的研究已证实铅（一种关键金属污染物）与儿童认知结局（包括执行功能（EF）技能，即支持目标导向行为的高级认知功能）之间的关联，但很少有同行评审研究探讨来自环境来源（如水）的铅的单独效应。现有研究往往仅聚焦于家庭或儿童保育环境之一，缺乏对两者同时进行的系统表征。此外，自来水中的铅浓度即使低于监管标准，也可能对儿童神经发育产生负面影响。为此，本研究旨在填补这些空白，通过描述儿童保育厨房、教室和家庭自来水中金属的浓度，识别水传播铅的社会人口学及环境预测因子，并检验铅与儿童执行功能技能之间的关联。该研究发表在《Journal of Exposure Science》上，其意义在于强调儿童日常环境中神经毒性污染物暴露的普遍性及其潜在影响，为制定监测和缓解策略提供依据。

**关键技术与方法**
本研究采用研究人员主导与参与者驱动相结合的方法。样本来自一项名为“学前环境经验与发展研究”（Preschool Environmental Experiences and Development Study, PEDS）的观察性横断面研究，招募了北卡罗来纳州（NC）中央14个县的69个持证儿童保育中心，最终纳入50个中心及297名儿童（2-6岁）。主要技术方法包括：（1）使用EPA方法200.8通过电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析自来水中的15种金属；（2）通过基于计算机的表现评估（EF Touch，包括抑制控制和工作记忆任务）和家长报告问卷（儿童执行功能量表，CHEXI）评估儿童EF技能；（3）采用简单和多元线性回归检验水传播铅与社会人口学特征（如家长教育水平、经济援助状况、种族/族裔）及水源（公共供水或私人水井）的关联；（4）使用路径模型（Mplus软件）检验儿童保育厨房、教室和家庭水铅与儿童EF技能之间的关联，调整协变量（如家长教育、共暴露金属、灰尘铅、儿童年龄和性别），并处理聚类（以中心为聚类单位）和缺失数据（全信息最大似然法）。

**研究结果**
**金属的检测频率与浓度**
通过对儿童保育厨房（N=51）、教室（N=120）和家庭厨房（N=138）水样中15种金属的分析，发现样本中平均检测到6-7种金属；钡、锌和铜在超过90%的样本中检出，但仅有2%的儿童保育厨房水样锌浓度超过二级最大污染物水平（SMCL，基于口感/气味的非强制指南）。锰在约一半的样本中检出。铝是最常见的超标金属，16%的儿童保育厨房、2%的教室和17%的家庭水样超过SMCL。教室水样的金属检出频率普遍较低。

**铅的检测情况**
铅在67%的儿童保育厨房、34%的教室和57%的家庭厨房水样中被检测到，但仅有8%的儿童保育厨房、3%的教室和7%的家庭水样超过美国儿科学会（AAP）的1 ppb参考水平，没有样本超过NC州行动水平和美国环境保护局（USEPA）的10 ppb标准。这一比例低于其他研究（如“卡罗来纳儿童清洁水”项目），可能由于自愿参与的性质导致高风险中心未纳入，或中心已实施铅缓解措施。

**铅暴露的预测因子**
社会人口学特征（如种族/族裔、经济状况）与儿童保育厨房或家庭水铅无显著关联。仅水源与家庭水铅显著相关：依赖私人水井的家庭水样铅浓度（平均1.26 ppb，标准差1.67）显著高于公共供水系统（平均0.23 ppb，标准差0.46）（p<0.001）。不同场所（儿童保育厨房、教室、家庭）之间的水铅浓度相关性极低（Spearman相关系数r_s=0.04-0.10），组内相关系数（ICC）为0.02，表明同一儿童在不同场所的暴露水平差异较大。

**铅与儿童执行功能的关联**
在调整协变量后，儿童保育厨房水铅（N=297）与基于表现的任务测量的抑制控制技能呈负相关（β=-0.16，p=0.04），即水铅每增加一个标准差（约1.2 ppb），抑制控制得分降低约3个百分点。教室水铅和家庭水铅与任何EF结局（抑制控制、工作记忆、CHEXI评分）均无显著关联。探索性分析中，当限制为主任报告使用厨房自来水饮用的儿童时，该关联消失，可能因样本量减小或变异性丧失。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究首次在儿童保育厨房、教室和家庭三种环境中同时表征水传播金属暴露，并检验铅与儿童EF的关联。尽管水铅浓度普遍低于监管标准，但儿童保育厨房铅与抑制控制之间的负相关表明，即使低水平铅暴露也可能对儿童认知产生可测量影响，这支持了在儿童保育环境中缓解铅暴露的努力。家庭水铅与EF无关联可能源于选择偏倚——家庭样本中社会经济地位较高、种族多样性较低的群体代表性过高，而这类群体可能对铅的神经毒性效应更具抵抗力。此外，教室水铅浓度较低且儿童饮用量可能较少，也可能导致缺乏关联。研究强调了结合研究人员主导和参与者驱动方法的优势，但后者导致了家庭样本的选择偏倚，低估了最脆弱人群的潜在影响。
**结论翻译**：金属（特别是铅、钡、铜、锌和锰）在儿童保育厨房、教室和家庭水样中经常被检测到。尽管铅浓度低于州行动水平和联邦监管指南（10 ppb），但研究人员发现儿童保育中心厨房中的铅与基于表现的抑制控制技能呈负相关。研究结果强调了在儿童活动场所监测和缓解潜在环境危害以保护儿童健康的重要性。