氟和砷均是自然环境中分布广泛的两种元素, 存在于地壳、土壤、水、大气中。由于地球化学元素分布不均衡、工业发展引起环境污染以及生活习惯等原因导致某些地区的环境介质富含氟和砷，我国广泛存在高氟、高砷地区。地方性氟、砷中毒可分为地方性饮水型氟、砷中毒和地方性燃煤型氟、砷中毒，部分地区还存在饮茶型氟中毒病例。地方性氟中毒和砷中毒均为多系统、多脏器受损的慢性全身性疾病，是我国病情较重、分布较广的两种地方病，受影响人群较广，危害较严重。同时，某些地区的地下水同时存在高氟和高砷，通过饮水、燃煤等途径引起慢性氟砷联合中毒已引起国内外的广泛关注。这种新的地方病已在中国、印度、墨西哥、阿根廷和孟加拉国等国家被发现而受到重视^[1]，因氟、砷联合中毒而产生的疾病，被称为“氟砷中毒综合症”^[2]。儿童正处于生长发育时期，对化学物质的毒作用更为敏感，地方性氟、砷及其联合中毒对病区儿童的身体发育和智力的危害已经引起国内外学者的广泛关注。研究表明氟、砷中毒对儿童、青少年中枢神经系统的危害主要表现为学习记忆能力的影响。本文就氟、砷及其联合作用对学习记忆能力的影响研究进展综述如下。

1 氟、砷及其联合作用对儿童学习记忆的影响

国内外流行病学研究发现长期饮用高氟水、高砷水可引起儿童智力下降，对学习记忆能力产生不良影响。同时也发现高砷高氟并存病区儿童的生长发育和智力受到一定程度的损害。

1.1 氟暴露对儿童学习记忆的影响

Calderón等^[3]对墨西哥San Luis Potosi市饮用高氟水(水氟浓度为1 500 ~ 3 000 μg/L)的6~8岁儿童调查结果显示，尿氟水平与儿童反应时间呈正相关(r=0.28，P=0.04)，与儿童的视觉空间组织能力呈负相关(r=-0.27，P=0.05)，饮用高氟水影响儿童的学习能力。Rocha-Amador等^[4]对墨西哥Moctezuma、Salitral和5 de Febrero 3个地区的水氟(氟浓度分别为800±1 400 μg/L，5 300±900 μg/L，9 400±900 μg/L)、儿童的尿氟含量和智商进行了测定，调整混杂因素后发现水氟、尿氟含量与儿童的言语智商(intelligence quotient，IQ)、操作IQ和总IQ存在负相关。饮用较高、中等浓度含氟水(氟浓度分别为5 200±1 100 μg/L、3 100±900 μg/L)的伊朗Makoo地区6~11岁儿童的IQ明显低于对照组儿童(水氟浓度为800~300 μg/L)^[5]。印度Madhya Pradesh地区12岁儿童的智力与水氟和尿氟水平呈负相关^[6]。对天津地区物质生活和教育文化条件基本相似的高氟区(水氟浓度为3 150 μg/L)和低氟区(水氟浓度为370 μg/L)地区儿童智商进行测试，结果表明高氟暴露影响儿童智力发育，儿童尿氟水平(分别为4.99±2.57 mg/L，1.43±0.64 mg/ L)与智商呈负相关关系(r=-0.32，P < 0.01)^[7]。来自山西吕梁和大同盆地(水氟浓度分别为4 120 μg/L和8 300 μg/L)的调查结果也表明饮水高氟对病区儿童的智商有不良影响^[8-9]。此外，内蒙古呼伦贝尔地区饮用低氟水(水氟浓度为1 310±1 050 μg/L)的7 ~ 14岁儿童的IQ与尿氟含量(0.10~3.55 mg/L)呈负相关，尿氟每增加1 mg/L，IQ得分降低0.59^[10]。这些来自不同国家的流行病学研究均显示饮水氟暴露可损害儿童的智力发育，且尿氟水平与IQ呈一致的负相关关系。对地方性氟中毒与儿童智力发育之间的关系进行Meta分析，结果发现地方性氟中毒病区儿童智力发育比对照组落后，表明高氟对儿童的智力发育造成了一定的损害^[11]。Tang等^[12]对16篇有关生命早期氟暴露与中国儿童智力之间关系的病例对照研究采用Meta分析，发现居住在氟中毒病区的儿童发生低IQ的危险是非氟中毒病区或轻度氟中毒病区儿童的5倍。这些研究表明高氟可损害儿童的智力发育，从而影响学习记忆能力。

1.2 砷暴露对儿童学习记忆的影响

Calderon等^[13]采用韦氏儿童智力量表(墨西哥修订版)测试了80名6~9岁砷暴露儿童神经心理发育，分析了环境砷暴露对神经心理发育的影响，发现儿童的言语IQ随着尿砷含量(62.9±0.03 μg/L)的增加而显著下降，还发现尿砷含量高的儿童，其长时间记忆得分和语言抽象得分较低。对来自墨西哥托雷翁市9所公立小学(均距离一个金属冶炼厂3.5 km之内)的557名6~8岁儿童进行了环境砷暴露与认知能力之间关系的研究，发现儿童的记忆力等认知能力与尿砷含量(58.1±33.2 μg/L)呈负相关。该研究还发现，砷对认知能力的影响与性别有关。仅男孩的视觉空间能力、图片词汇、视觉搜索、字母排序得分等认知能力与尿砷呈负相关，仅女孩的背诵数字得分与尿砷呈负相关^[14]。Rocha-Amador等^[4]分析了饮水砷暴露与6~10岁墨西哥儿童智商的关系，发现儿童的言语IQ、操作IQ和总IQ与水砷含量存在负相关，而仅总IQ与尿砷存在负相关。长期饮水砷暴露(水砷浓度为131.2±343.7 μg/L)可降低青少年的图像记忆力和转换注意力等认知能力^[15]，11~13岁儿童言语智商和对单词及故事的记忆力与其头发砷含量(平均发砷为17.8±14.1 ng/g)呈负相关^[16]。Wasserman等^[17-18]研究发现饮水砷暴露的孟加拉国Araihazar地区10岁和6岁儿童智力降低与饮水砷含量(水砷浓度分别为117.8±145.2 μg/L和120.1±134.4 μg/ L)呈现负相关。来自印度孟加拉邦地区的研究显示，学龄儿童智力降低与尿砷含量(尿砷浓度为78± 61 μg/L)之间存在弱的联系，未发现孕期及童年期水砷浓度(59±133 μg/L)与儿童智力有关联^[19]。尿砷浓度可反映机体从不同途径(包括食物和水)摄入砷的量，但仅反映短期暴露情况。研究发现砷对儿童智力的影响与性别有关。Hamadani^[20]报道，生命早期饮水暴露砷，5岁女孩的总IQ和言语IQ与其尿砷含量呈负相关，而未发现男孩的总IQ和言语IQ与其尿砷含量相关。康家琦等分析了内蒙古杭锦后旗饮水高砷地区的268名小学生的智力发育与水砷浓度(130 μg/L)之间的关系，发现长期饮用100 μg/L以上高砷水的儿童智力下降，对女生智力的影响更明显。

从以上来自不同国家的流行病学研究结果可得出砷能损害儿童智力发育和学习记忆能力，尿砷含量与儿童智力功能之间呈负相关。但最新的一项来自孟加拉国的大样本(2 112名幼儿)的前瞻性队列研究未发现在生命早期包括妊娠期和生后18个月通过饮水暴露砷对幼儿的生长发育和智力发育造成不良影响，提示生命早期暴露砷对生长发育的不良影响可能在童年期才表现出来^[22]。

1.3 氟砷联合暴露对儿童学习记忆的影响

国内外有关高氟高砷病区儿童的智力流行病学调查文献报道较少。墨西哥高氟高砷区Salitral(水氟浓度为5 300±900 μg/L，水砷浓度为169±0.9 μg/L)和5 de Febrero(水氟浓度为9 400±900 μg/L，水砷浓度为194±1.3 μg/L)区高氟、高砷对儿童智商均有不良影响，但该研究未对高氟高砷并存对儿童智商的影响进行分析^[4]。Wang等^[9]对山西省高氟病区(水氟浓度为8 300±1 900 μg/L，水砷浓度为3±3 μg /L)、高砷病区(水氟浓度为900±500 μg/L，水砷浓度为190±183 μg/L)、中等砷区(水氟浓度为1 700±1 100 μg/L，水砷浓度为142±106 μg/L)及对照区(水氟浓度为500±200 μg/L，水砷浓度为2±3 μg/L)的8 ~ 12岁儿童进行智力测试，结果发现儿童的IQ得分从高到低排列依次为对照组、高氟组、中等砷组和高砷组，后3组与对照组比，IQ差异均有统计学意义。高砷组儿童的IQ得分与其尿砷水平呈负相关，高氟组儿童的IQ得分亦与其尿氟水平呈负相关，但在对照组和中等砷组未发现IQ得分与尿砷或尿氟呈负相关。这些结果提示高砷、高氟暴露均可影响儿童智力，尤以高砷的影响更明显。张建文等^[23]对新疆奎屯地区改水10 a的高砷高氟区(水砷浓度为16 μg/L，水氟浓度为800 μg/L)、高氟区(水砷浓度为49 μg/L，水氟浓度为810 μg/L)的4~10岁儿童的智商进行了测试，9岁年龄段儿童高砷高氟组的智商明显低于高氟组和对照组(水砷浓度为30 μg/L，水氟浓度为580 μg/L)，而高氟组与对照组间差别无统计学意义，提示高氟低砷对智商影响不大，高砷高氟组对智商的影响主要是由高砷引起的；10岁年龄段儿童高砷高氟组，高氟组的智商均明显低于对照组，而高砷高氟组与高氟组间差别无统计学意义，但由于样本量太小，代表性不强。目前，有关氟砷联合暴露对儿童智力、学习记忆功能影响的流行病学研究较少，还不能明确高氟高砷在对儿童智力、学习记忆功能影响中的相互作用，有待于深入研究。

2 氟、砷及其联合作用对实验动物学习记忆的影响

近十年来有关慢性氟、砷染毒对实验动物学习记忆能力方面的影响得到广泛研究。

2.1 氟暴露对实验动物学习记忆的影响

Chioca等^[24]采用旷场试验和双向主动回避试验评价氟化钠对大鼠记忆的影响，结果发现50 mg/L和100 mg/L氟化钠组大鼠习惯化能力受损，而且100 mg/L氟化钠组大鼠在主动回避任务中回避反应次数明显减少。这些结果表明中等程度的氟化钠中毒对学习和记忆能力有潜在损害作用。Wu等^[25]报道自由饮水染氟(100 mg/L氟化钠)30、60和90 d的大鼠学习记忆能力受到损害。与对照组比，高氟组(100 mg/L氟化钠)大鼠仔代学习记忆能力降低^[26]。章子贵等^[27]采用旷场实验和Y型迷宫评价氟染毒小鼠学习记忆能力，旷场实验结果发现中氟组(5 mg/L氟化钠)和高氟组(10 mg/L氟化钠)小鼠后腿站立次数和移动格数均少于对照组和低氟组(1 mg/L氟化钠)，且以高氟组的变化最大。Y型迷宫实验结果发现随着氟浓度(1、5、10 mg/L氟化钠)的升高，小鼠达到学会标准所需训练次数逐渐增多，10 mg/L氟化钠组小鼠训练次数比对照组多将近一倍，说明氟中毒能显著降低小鼠的学习能力，未发现高氟对小鼠的Y型迷宫分辨学习的记忆保持力有影响，这与他们2001年^[28]和2003年^[29]的报道一致。并观察到与学习记忆密切相关的海马CA3区突触结构发生病理性改变^{[28, 30]}。许晓路等^[31]用自由饮水方式染毒小鼠8周后，用Y型迷宫测定氟对小鼠分辨学习记忆能力的影响，结果发现对照组小鼠(饮用无氟的去离子水)达到学会标准所需的训练次数显著增多，说明氟是必需元素，缺氟会影响小鼠大脑的正常生理功能；而低(3 mg/L氟化钠)、中(6 mg/L氟化钠)、高氟组(10 mg/L氟化钠)3个染氟组，随着氟染毒剂量的增高，小鼠达到学会标准所需训练次数逐渐增多，其中中氟组、高氟组小鼠达到学会标准所需训练次数显著多于对照组，这表明氟中毒能显著降低小鼠的学习能力，与章子贵等^[27-31]报道一致。

2.2 砷暴露对实验动物学习记忆的影响

目前认为突触的可塑性改变是学习和记忆的神经生理学基础。在一定条件下的刺激可导致突触活动快速且持续加强，被称为长时程增强(long-term potentiation，LTP)，LTP是突触水平上的一种信息储存方式，是学习和记忆的电生理指标，也是突触可塑性的标志。Krüger等^[32]研究发现亚砷酸钠明显抑制成年鼠(2~4个月)和幼鼠(14~21 d)海马脑片LTP作用，从而抑制学习和记忆。染砷大鼠活动量减少，认知行为表达出现大量错误，学习记忆能力显著下降^[33]，慢性染砷大鼠与对照组比需要较长时间获得操作性学习能力^[34]。李洪才等^[35]应用双盒电击法对实验大鼠进行神经行为学测试，发现与对照组比较，染砷组大鼠的记忆力明显降低，说明砷化物可以显著影响大鼠的记忆功能，对其神经行为产生一定的影响。肖俊等^[36]通过水迷宫实验发现从胚胎期慢性染砷的大鼠学习记忆成绩明显低于对照组，提示胚胎期慢性染砷可引起大鼠的空间学习记忆能力下降。该研究还观察到慢性染砷可抑制子代大鼠海马齿状回LTP的诱导与维持，进一步表明慢性砷暴露可损害海马学习记忆功能。席淑华等^[37]观察到饮水砷暴露对大鼠仔鼠神经行为和学习记忆产生毒性作用。Luo等^[38]采用Morris水迷宫检测染砷大鼠的空间学习记忆能力，结果发现在定向航行实验中，与对照组比，68 mg/L亚砷酸钠组大鼠逃逸潜伏期显著延长，说明较高剂量的饮水砷暴露能降低大鼠的空间学习记忆能力。在透射电镜下观察到染砷大鼠海马神经细胞肿胀，线粒体肿胀、脊减少或无脊，粗面内质网扩张，核染色质浓缩、聚集于核膜附近，突触结构模糊，分界不清，突触小泡数量减少等病理改变，提示慢性砷中毒对大鼠海马神经元、神经胶质细胞及突触具有损伤作用^[39-40]，这些改变可能影响学习记忆能力。

2.3 氟、砷联合暴露对实验动物学习记忆的影响

研究发现随染毒剂量的增加，氟砷联合染毒大鼠仔鼠学习及记忆能力显著降低，电镜观察到神经细胞数量减少，核形态不规则，细胞器病变，突触数量显著减少等脑组织病理学改变，说明氟砷对子代的神经系统有明显的损害作用^[41]。通过自由饮水途径联合给予大鼠50 mg/L亚砷酸和100 mg/L氟化钠，用步下法测试大鼠学习记忆能力，发现染氟组、染砷组和联合组大鼠的第一次错误次数和第二次错误次数均高于对照组，但仅联合组大鼠与对照组比差异有统计学意义^[25]，提示氟砷联合染毒对大鼠学习记忆能力有一定程度的损害，但该研究没有进行氟砷对大鼠学习记忆能力影响的交互作用分析。

3 氟、砷及其联合作用影响学习记忆的可能机制

中枢神经系统对毒物的毒性作用较其它组织系统更为敏感，尤其是处于正在发育中的中枢神经系统。研究表明，过量氟、砷均可通过胎盘屏障或血脑屏障而在脑组织中蓄积，可影响脑发育和神经递质的合成与分泌，因而会对神经系统的正常发育和儿童智力产生不良影响。氟、砷导致学习记忆功能降低，其机制尚未完全阐明，可能与氟、砷致神经细胞形态结构改变、中枢神经系统氧化性损伤、神经细胞凋亡、某些酶的改变、DNA损伤及影响中枢神经递质及其基因调控改变有关。

4 研究展望

以上事实说明慢性氟、砷暴露可引起智力、学习记忆能力降低，但大多数流行病学研究针对较高浓度氟(水氟浓度> 3 000 μg/L)、砷暴露(水砷浓度> 100 μg/L)与儿童智力、学习记忆之间的关联，目前缺乏较低浓度的水氟、砷暴露与儿童智力、学习记忆之间关联的研究成果。此外，氟砷联合作用对学习记忆的影响及氟砷之间的交互作用研究报道较少，因氟砷的交互作用，对健康的影响更加复杂，有待于全面深入的研究。