嚴重空氣污染環(huán)境下顆粒物在人毛發(fā)表面粘附及其對毛發(fā)表面特性的影響

受污染大氣通常指混合著顆粒物和各種氣態(tài)化合物的一種氣溶膠。除了可能發(fā)生和不可避免的自然事件（森林大火、火山爆發(fā)、土壤侵蝕等）外，這種氣溶膠主要由各種人類活動或者生活習慣（如香煙煙霧）所排放的污染物組成，包括不同濃度各種揮發(fā)性物質（氮氧化合物、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、臭氧、揮發(fā)性脂肪族或芳香烴等）以及不同粒徑大?。≒M10＜10μm，PM2.5＜2.5μm，PM1＜1μm）顆粒物。這些混合污染物是人類和動物健康的威脅性因素，這些氣體化合物和（或）顆粒物主要通過呼吸道吸入而與體內各組織（肺部、氣管等）發(fā)生接觸。另外，由于皮膚表面每天暴露于大面積無遮擋的環(huán)境空氣中，使其成為顆粒物沉積的目標。兩項近期體內研究（分別發(fā)表于《中華皮膚科雜志》2015年5月和12月醫(yī)學簡訊欄目中）揭示了相比空氣污染較輕的城市周邊居民，居住在空氣污染較重城區(qū)（墨西哥、中國上海徐匯區(qū)）的志愿者面部皮表的特定標記物會發(fā)生變化（角鯊烯氧化增加），還觀察到皮膚屏障功能下降、皮脂分泌量增加以及皮脂成分改變等。 然而對于污染物顆粒物是否存在于頭發(fā)或頭皮表面的相關文獻非常少。盡管普通人頭發(fā)的表面積通常根據其長度的不同而不同，最多可達幾平方米。

一些研究提示UV、金屬、吸煙或飲食習慣可能導致脫發(fā)。此外，毛干表面狀態(tài)很大程度上受反復摩擦（梳頭或洗頭等）和日光照射影響而不同。上述這些因素與持續(xù)分泌的頭皮皮脂或汗液相互作用，可導致人頭發(fā)表面改變。陰離子位點（例如，磺酸鹽基團）增加以及毛鱗片翹起會反過來導致毛發(fā)失去光澤?？偠灾l(fā)表面為外界物體或固體的污染物提供了很大的沉積區(qū)域。該研究旨在：①確定和對比體外研究條件和真實生活環(huán)境下空氣中污染物是如何沉積在頭發(fā)表面的（污染物沉積均可能在皮脂包裹的毛干和無皮脂包裹的毛干上）；②評估這些污染物沉積對毛發(fā)表面某些物理和化學特性的影響。

一、方法

體外研究方案：將清潔干凈的6個標準發(fā)束樣本垂直懸掛在配有內置風扇手套箱（體積為150 L、溫度為25±1℃、濕度為60%±1%）內，使黑炭粉末吹10min，使其均勻分散并充分沉積在發(fā)束上，以模擬頭發(fā)處于環(huán)境空氣污染條件下的狀態(tài)。將另外6個發(fā)束樣本提前均勻地浸泡于0.1（±0.01）克人造皮脂乳液（即被人工皮脂包覆的發(fā)束樣品），隨后進行同樣的黑碳粉吹入操作。

“真實環(huán)境下”的研究方案：將另外24個發(fā)束樣本懸掛在保定（被認為是中國環(huán)境污染程度最重的城市之一）一建筑的開放式屋頂上，使它們充分暴露于當地真實環(huán)境中。這些發(fā)束于2015年3月連續(xù)暴露于真實的空氣和日照環(huán)境下3 d。與此同時，對照組發(fā)束置于暗室中以便后續(xù)對比研究。

分別對發(fā)束的摩擦特性、光澤度、以及金屬物質進行檢測。詳見原文。

二、結果

1.顆粒物在毛發(fā)表面附著：在體外研究方案中，對經不同處理（人造皮脂包覆和無人造皮脂包覆）發(fā)束樣本上顆粒物附著情況進行掃描電鏡（SEM）分析。與對照組相比，無人造皮脂處理的發(fā)束上能夠看到顆粒物顯著附著，而在人造皮脂處理的樣本上能夠看到更多顆粒物附著。表明皮脂的存在能夠增加顆粒物的附著量，同時增加較大尺寸顆粒物的附著。

在真實環(huán)境研究中，對比有無人造皮脂處理的發(fā)束在嚴重空氣污染下的SEM圖像，結果證實皮脂存在能夠增強顆粒物在毛發(fā)上的附著。且暴露時間增加，污染顆粒物附著明顯增多。對比圖像發(fā)現，相比1～10μm顆粒物，皮脂存在會增加20～50μm顆粒物附著。綜上所述，兩個研究方案對比結果相似。

2.對毛發(fā)摩擦特性的影響：9個未經人造皮脂處理的發(fā)束樣本使用基本洗發(fā)水預洗后進行真實環(huán)境研究，隨后進行摩擦力測試。相比對照組，暴露24 h和72 h后，發(fā)束的摩擦阻力均顯著增強，且摩擦力顯著增加約90%和100%。這可能是由毛發(fā)化學表面狀態(tài)的改變以及表面附著固體顆粒物所產生的阻力共同導致的。

3.對毛發(fā)光澤度的影響：對真實環(huán)境研究中無人造皮脂處理的發(fā)束樣本光澤度進行檢測。與未暴露的對照組相比，在空氣污染環(huán)境下暴露72 h導致毛發(fā)光澤度（評估是毛發(fā)中段數據）顯著下降23%（P＜0.03）。簡言之，顆粒物附著會導致毛發(fā)表面變得暗淡。

4.金屬物質的檢測：對暴露在真實環(huán)境下24 h和72 h有/無人造皮脂處理發(fā)束表面的金屬量進行檢測，對照組發(fā)束為懸掛于暗室中相同處理的樣品。人造皮脂存在，使檢測到的附著在毛發(fā)表面金屬量增加，且在暴露72 h后，人造皮脂處理組金屬量幾乎是非人造皮脂處理組的4倍。值得注意的是，72 h暴露條件下，鐵和鋁在發(fā)束上的附著量（80～160 ppm）遠多于銅、鋇和鋅3種金屬物質（為0.7～7 ppm）。

三、討論

該研究重點從定量和定性的方面突出了毛發(fā)上顆粒物附著的情況，揭示了在真實環(huán)境中，污染空氣中的顆粒物可能會強有力地黏附在頭發(fā)表面。該過程能夠在實驗室條件下被重現，這也為開發(fā)新的檢測方法（如評估毛發(fā)狀態(tài)/漂色/染發(fā)的影響、洗發(fā)水功效、應對顆粒物附著的對策等）打下基礎。

從定量角度看，真實環(huán)境條件下的結果表明，在污染更嚴重的環(huán)境下，毛發(fā)表面顆粒物可能附著量更多。根據SEM圖片結果顯示，顆粒物在毛發(fā)的不同部位附著的密度相似。假設顆粒物沿毛發(fā)均勻附著，通過人造皮脂處理發(fā)束的SEM圖像可以粗略估算：在真實污染環(huán)境下暴露24 h，一根25 cm頭發(fā)上約附著10 000個顆粒物，這些顆粒物尺寸不一。如此換算下來，意味著在嚴重的空氣污染環(huán)境下，相似長度的整頭頭發(fā)上顆粒物附著量約可達到十億多個。且該數據會隨著暴露時間增加和頭發(fā)表面皮脂量的增加而進一步增多。根據現有知識，該結果揭示了人類頭發(fā)與環(huán)境空氣的相互關系。由于該研究是刻意選擇了污染較嚴重的現實環(huán)境空氣條件，所以在污染較低或者無污染環(huán)境條件下，估計頭發(fā)表面顆粒物的附著情況會比上面的估計值小很多。

從定性角度來看，相比無皮脂樣本，人造皮脂包覆毛干能夠增強顆粒物的附著，尤其是對于那些較大尺寸的顆粒物。人造皮脂所帶來的“黏附”效應可能是引起這種現象的主要因素，這也與顆粒物表面有關。對于無皮脂發(fā)束，較大尺寸顆粒物可能難以附著。顆粒物較弱附著很容易被外界因素移除，如風吹或者動頭發(fā)等。體外研究方案能夠模擬這些外界因素且可以對顆粒物的特性和尺寸進行調整。因為氣溶膠形式的空氣污染物包含了人類不同活動排放來源（特性和尺寸）的多種顆粒物，所以很難對現實生活中顆粒物的標準進行定義。

研究發(fā)現，真實的嚴重污染條件能夠改變發(fā)束表面的摩擦和光澤屬性，使毛發(fā)變得更加粗糙和暗淡?？赡苁怯捎谖⑿☆w粒和許多分散在頭發(fā)上顆粒物的附著所導致，同時在測試發(fā)生24 h或72 h內，UV、可見光或者污染相關的氧化性氣體化合物還能夠導致毛發(fā)表面發(fā)生化學變化。雖然在該研究中未被定量，但上述化學變化無非就是毛皮質內黑素的氧化（變暗）以及毛小皮的一些變化（陰離子增加、毛鱗片張開等）所引起的毛發(fā)表面變得更脆弱更暗淡。上述氧化過程在高濕度環(huán)境下會明顯增加，且沿毛發(fā)生長長度發(fā)生變化。受風化、梳理以及毛發(fā)老化因素的影響，毛發(fā)不同位置其特性會有不同。因此需要對不同發(fā)束進行進一步研究，更好地評估毛發(fā)表面狀態(tài)對顆粒物粘附的影響。

在皮脂存在以及暴露于污染環(huán)境時間增加的情況下，研究發(fā)現了毛發(fā)表面的5種金屬元素（Fe、Al、Ba、Cu、Zn）增加的事實。盡管不清楚金屬物的來源或結構，也不確定是否是單一元素還是顆粒物本身的組成，但該結果仍清楚地表明了這些金屬物質與空氣傳播有關。金屬物質常見而固有的陽離子結構能夠使其更容易與毛發(fā)表面氧化所產生的致密陰離子位點結合。這些金屬中一些元素（如Cu、Fe）具有氧化催化能力，可能還會參與改變毛發(fā)表面及發(fā)干的物理化學特性，但這需要進一步研究。此外，也不能排除顆粒物本身的氧化能力，因為許多顆粒物都可能包含大量氧化或過氧化物質。

洗發(fā)水中含有的螯合劑分子（如EDTA）可能阻止或減少頭發(fā)上金屬殘留物的沉積，但需要進一步地探討。有研究顯示，對毛發(fā)中殘留的金屬銅，很大一部分來自于水，如游泳池水（加入了硫酸銅起到殺菌作用）或者來自含銅的舊管道水。可以合理地假設：在毛發(fā)表面發(fā)現的一些金屬，如銅、鐵等，雖然是微量的，卻能夠在氧化過程中充當有效的催化劑。

總而言之，目前的結果證實人類頭發(fā)的確為空氣中的一些固體元素/顆粒物提供了巨大“沉積空間”，同時頭發(fā)上的皮脂/脂質涂層還會增強固體物質在頭發(fā)上的粘附。正如一些樹木的樹葉會被用于進行全球空氣污染分析的標記物，人類頭發(fā)也可以作為空氣污染探針被考慮。人的頭發(fā)可闡明環(huán)境空氣和人之間的關系。將不同環(huán)境空氣污染條件下（低污染比重污染），人類頭發(fā)表面顆粒物和（或）金屬物質進行比較是一項正確的嘗試，與皮膚相關參數的記錄具有同等重要的研究價值。

［孔佩慧 周治君編譯摘自Galliano A,Ye C,Su F,et al.Particulate matter adheres to human hair exposed to severe aerial pollution：consequences for certain hair surface properties［J］.Int JCosmet Sci,2017,39（6）：610-616.DOI：10.1111/ics.12416.］