出生缺陷发生与环境因素异常有关已被证实^〔1〕, 但已往的相关研究更多关注的是污染环境、生活环境及工作环境等次生环境的影响作用^〔2-5〕。而大量研究表明, 出生缺陷发生具有一定的地域集中性, 存在明显的高发地区^{〔6, 7〕}。探讨出生缺陷高发区自然环境的异常特征, 对出生缺陷的预防和干预很有意义。山西省是我国出生缺陷高发区, 1996~2002年的调查数据表明, 全省平均出生缺陷发生率为1.77%, 农村地区高达2.77%^〔8〕。本文采用对照比较法, 探索出生缺陷发生率与地球化学环境异常特征之间的相关关系, 为有效干预和防治出生缺陷的发生提供科学依据。

选择出生缺陷高发的山西省交口县和中阳县作为研究区, 出生缺陷发生率低的平遥县作为对照区。根据流行病学调查结果, 在出生缺陷高发区, 选择19个自然村落, 分别采集表层土壤(耕地和林地共146份样本)、饮用水(井水和河水共248份)、粮食(玉米共170份)和人体头发样品(共79份)。在作为对照区的平遥县, 采集上述各类平行样(共21份样本)。在高发区和对照区采集土壤样品时均远离居民住地和道路, 以保证样品的代表性。

土壤样品风干后过100目筛, 然后称取土样0.1 g, 加入3 ml硝酸, 1 ml高氯酸, 1 ml氢氟酸, 放置到烘箱烘烤硝化4~5 h。然后, 放在电热板上加热1~2 h, 直到液体凝结成珠后, 加高纯水定容至10 ml, 待测。人发和粮食等样品, 首先经清洗、烘干后剪碎或磨碎, 称取0.1 g, 再加入1 ml硝酸和1 ml双氧水, 加热消解、定容至10 ml, 待测。处理后的样品用电感耦合等离子发射光谱仪(ICP)测定As、Se、Mo、Zn、Sr、Fe、Sn、Mg、V、Cu、Al、K、S、Ca等14种元素含量。

将实验测得的数据按照高发区和对照区分为2组, 建立SPSS数据库。对各样本中的所有元素进行统计分析, 寻找在样本内相对稳定的元素, 而剔除在样本内变异较大的元素。其次将这些含量相对稳定的元素作为出生缺陷高发区群体样本和对照区进行地球化学特征差异的分析。根据研究目的及样本构成特征, 选择非参数检验(曼-惠特尼U检验)、逐步回归分析法来分析出生缺陷高发区的环境异常特征。采用SPSS 10.0统计软件进行分析。

表 1

表 1 病区指标中元素含量变异系数

表 1 病区指标中元素含量变异系数

由表 1可知, 在疾病高发区, 土壤中微量元素含量相对稳定, 不同采样点的变化不大。而饮用水和粮食中的微量元素存在一定的变异。含量变异度较大的元素在浅层水中有As、Mo、Sn、Cu; 深层水中有Sn、Cu; 粮食中则是Mo、Sn。因此, 在进行非参数检验时将Mo、Sn、Cu 3种元素剔除。同时, 由于有些元素含量极低, 甚至低于仪器的检测限, 也考虑剔除。这些元素在病区有头发样本中As、Mo、Sn; 饮用水中有Fe、V; 耕地和林地土壤中有Se; 粮食中为As、Se、Mo。对于这些元素, 目前还不能忽略其可能的致畸作用, 如果需要可再作进一步研究。

表 2

表 2 高发区与对照区各指标非参数检验结果

表 2 高发区与对照区各指标非参数检验结果

表 2为在剔除Mo、Sn、Cu元素后进行的非参数检验结果。出生缺陷高发区和对照元素含量有显著差异。根据平均轶值的大小比较, 患者发中Sr、Mg、Ca含量明显偏低, Al、Fe明显偏高。病区和非病区土壤中Fe、S有显著差异, 病区林地土壤中S含量明显偏高, 非病区Fe、S含量明显偏低。病区和非病区粮食中Sr、Ca、K差别明显, 在病区这3种元素含量明显偏高。病区和非病区浅层水中Sr、Fe、Mg、Al含量差别明显。病区和非病区深层水中Sr、Fe、Mg、Al、K含量差别明显。此外, 除了耕地外, 病区其他环境指标中的S含量均高于非病区。

为了方便回归分析, 设病区发病率为1, 对照区为-1。病区发病率y₁=1, 对照区发病率y₂=-1为因变量, 14种元素含量为自变量, 进行多元逐步回归分析。进入方程的元素即是对病情影响较大的元素, 分别是:人发中的Se、Mg、Ca, 浅层水中的Mo、Sr、Sn、Ca、Al, 深层水中的Mo、Sr、Sn、Al、K、S, 耕地土壤中Zn、Sr、K、S, 林地土壤中S, 粮食中K等。其中S与病情呈正相关, Se、Mg、Mo、Zn、Sr与病情呈负相关, Sn在浅层水中与病情呈正相关, 在深层水中与病情呈负相关, K在耕地中与病情呈正相关, 在粮食中则呈负相关。

综合考虑非参数检验和逐步回归分析的结果, 就可以检出既在高发区和对照区间含量变异大, 又对高发区环境特征形成贡献大的元素。可以用2种检验结果所构成的微量元素交集来表现出生缺陷高发区地球化学环境的异常特征。结果表明, 尽管高发区微量元素含量差异在不同环境要素中表现不同, 但是总体环境中S元素含量高和Sr、Al、Mg元素含量低的特性明显。因此, 可以认为S元素含量高和Sr、Al、Mg元素含量低构成了出生缺陷高发区地球化学环境异常特征。

人体缺乏锶将会阻碍新陈代谢、产生牙齿和骨骼发育不正常等症状, 精神病患者的头发中锂、锶含量低。如果缺乏Mg会使人体产生疲乏感, 易激动、抑郁、心跳加快和易抽搐等。北方水质较硬, 地下水本身又属硬性水, 其中钙、硫含量往往导致饮用者发生肝、肾、尿道结石即神经系统疾病, 危害人体健康。人体钾含量异常会造成心脏功能不正常。铝是一种对人体有害的元素, 可在人体内蓄积并产生慢性毒性。铝可在脑组织中蓄积, 引起中枢神经功能紊乱。导致中枢神经功能障碍。铝能引起人类的骨病变, 如骨软化和骨发育不全^〔9〕。通过对山西省出生缺陷高发区和低发区土壤、饮水、粮食及人发样品中微量元素含量的统计分析, 可以得到以下结论:(1)出生缺陷高发区和对照区土壤、粮食、饮用水源及人发中微量元素含量具有显著性差异, 可以通过微量元素分析来表征高发区地球化学环境的异常特征。(2)非参数检验和逐步回归分析结果表明, 出生缺陷高发区地球化学环境比较清晰的异常特征是S元素含量高, Sr、Al、Mg元素含量低。(3)由于出生缺陷高低发区水、粮食以及病人头发中Mg、Mn、Mo、Fe、Cu、Ca和Sn的含量也有明显差别, 所以可以推测上述元素对出生缺陷的形成也可能具有重要的影响作用。