嚴(yán)重空氣污染環(huán)境下顆粒物在人毛發(fā)表面粘附及其對(duì)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(dòng)或者生活習(xí)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(zhì)（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(dòng)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(nèi)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(biāo)。兩項(xiàng)近期體內(nèi)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(xué)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(biāo)記物會(huì)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(duì)于污染物顆粒物是否存在于頭發(fā)或頭皮表面的相關(guān)文獻(xiàn)非常少。盡管普通人頭發(fā)的表面積通常根據(jù)其長度的不同而不同，最多可達(dá)幾平方米。

一些研究提示UV、金屬、吸煙或飲食習(xí)慣可能導(dǎo)致脫發(fā)。此外，毛干表面狀態(tài)很大程度上受反復(fù)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(dǎo)致人頭發(fā)表面改變。陰離子位點(diǎn)（例如，磺酸鹽基團(tuán)）增加以及毛鱗片翹起會(huì)反過來導(dǎo)致毛發(fā)失去光澤。總而言之，毛發(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(duì)比體外研究條件和真實(shí)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(píng)估這些污染物沉積對(duì)毛發(fā)表面某些物理和化學(xué)特性的影響。

一、方法

體外研究方案：將清潔干凈的6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)束樣本垂直懸掛在配有內(nèi)置風(fēng)扇手套箱（體積為150 L、溫度為25±1℃、濕度為60%±1%）內(nèi)，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(gè)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(jìn)行同樣的黑碳粉吹入操作。

“真實(shí)環(huán)境下”的研究方案：將另外24個(gè)發(fā)束樣本懸掛在保定（被認(rèn)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(dāng)?shù)卣鎸?shí)環(huán)境中。這些發(fā)束于2015年3月連續(xù)暴露于真實(shí)的空氣和日照環(huán)境下3 d。與此同時(shí)，對(duì)照組發(fā)束置于暗室中以便后續(xù)對(duì)比研究。

分別對(duì)發(fā)束的摩擦特性、光澤度、以及金屬物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。詳見原文。

二、結(jié)果

1.顆粒物在毛發(fā)表面附著：在體外研究方案中，對(duì)經(jīng)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(jìn)行掃描電鏡（SEM）分析。與對(duì)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(shí)增加較大尺寸顆粒物的附著。

在真實(shí)環(huán)境研究中，對(duì)比有無人造皮脂處理的發(fā)束在嚴(yán)重空氣污染下的SEM圖像，結(jié)果證實(shí)皮脂存在能夠增強(qiáng)顆粒物在毛發(fā)上的附著。且暴露時(shí)間增加，污染顆粒物附著明顯增多。對(duì)比圖像發(fā)現(xiàn)，相比1～10μm顆粒物，皮脂存在會(huì)增加20～50μm顆粒物附著。綜上所述，兩個(gè)研究方案對(duì)比結(jié)果相似。

2.對(duì)毛發(fā)摩擦特性的影響：9個(gè)未經(jīng)人造皮脂處理的發(fā)束樣本使用基本洗發(fā)水預(yù)洗后進(jìn)行真實(shí)環(huán)境研究，隨后進(jìn)行摩擦力測(cè)試。相比對(duì)照組，暴露24 h和72 h后，發(fā)束的摩擦阻力均顯著增強(qiáng)，且摩擦力顯著增加約90%和100%。這可能是由毛發(fā)化學(xué)表面狀態(tài)的改變以及表面附著固體顆粒物所產(chǎn)生的阻力共同導(dǎo)致的。

3.對(duì)毛發(fā)光澤度的影響：對(duì)真實(shí)環(huán)境研究中無人造皮脂處理的發(fā)束樣本光澤度進(jìn)行檢測(cè)。與未暴露的對(duì)照組相比，在空氣污染環(huán)境下暴露72 h導(dǎo)致毛發(fā)光澤度（評(píng)估是毛發(fā)中段數(shù)據(jù)）顯著下降23%（P＜0.03）。簡言之，顆粒物附著會(huì)導(dǎo)致毛發(fā)表面變得暗淡。

4.金屬物質(zhì)的檢測(cè)：對(duì)暴露在真實(shí)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(jìn)行檢測(cè)，對(duì)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(cè)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(yuǎn)多于銅、鋇和鋅3種金屬物質(zhì)（為0.7～7 ppm）。

三、討論

該研究重點(diǎn)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(shí)環(huán)境中，污染空氣中的顆粒物可能會(huì)強(qiáng)有力地黏附在頭發(fā)表面。該過程能夠在實(shí)驗(yàn)室條件下被重現(xiàn)，這也為開發(fā)新的檢測(cè)方法（如評(píng)估毛發(fā)狀態(tài)/漂色/染發(fā)的影響、洗發(fā)水功效、應(yīng)對(duì)顆粒物附著的對(duì)策等）打下基礎(chǔ)。

從定量角度看，真實(shí)環(huán)境條件下的結(jié)果表明，在污染更嚴(yán)重的環(huán)境下，毛發(fā)表面顆粒物可能附著量更多。根據(jù)SEM圖片結(jié)果顯示，顆粒物在毛發(fā)的不同部位附著的密度相似。假設(shè)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(shí)污染環(huán)境下暴露24 h，一根25 cm頭發(fā)上約附著10 000個(gè)顆粒物，這些顆粒物尺寸不一。如此換算下來，意味著在嚴(yán)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(dá)到十億多個(gè)。且該數(shù)據(jù)會(huì)隨著暴露時(shí)間增加和頭發(fā)表面皮脂量的增加而進(jìn)一步增多。根據(jù)現(xiàn)有知識(shí)，該結(jié)果揭示了人類頭發(fā)與環(huán)境空氣的相互關(guān)系。由于該研究是刻意選擇了污染較嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)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(jì)頭發(fā)表面顆粒物的附著情況會(huì)比上面的估計(jì)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(qiáng)顆粒物的附著，尤其是對(duì)于那些較大尺寸的顆粒物。人造皮脂所帶來的“黏附”效應(yīng)可能是引起這種現(xiàn)象的主要因素，這也與顆粒物表面有關(guān)。對(duì)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(fēng)吹或者動(dòng)頭發(fā)等。體外研究方案能夠模擬這些外界因素且可以對(duì)顆粒物的特性和尺寸進(jìn)行調(diào)整。因?yàn)闅馊苣z形式的空氣污染物包含了人類不同活動(dòng)排放來源（特性和尺寸）的多種顆粒物，所以很難對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中顆粒物的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定義。

研究發(fā)現(xiàn)，真實(shí)的嚴(yán)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。可能是由于微小顆粒和許多分散在頭發(fā)上顆粒物的附著所導(dǎo)致，同時(shí)在測(cè)試發(fā)生24 h或72 h內(nèi)，UV、可見光或者污染相關(guān)的氧化性氣體化合物還能夠?qū)е旅l(fā)表面發(fā)生化學(xué)變化。雖然在該研究中未被定量，但上述化學(xué)變化無非就是毛皮質(zhì)內(nèi)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(huì)明顯增加，且沿毛發(fā)生長長度發(fā)生變化。受風(fēng)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(huì)有不同。因此需要對(duì)不同發(fā)束進(jìn)行進(jìn)一步研究，更好地評(píng)估毛發(fā)表面狀態(tài)對(duì)顆粒物粘附的影響。

在皮脂存在以及暴露于污染環(huán)境時(shí)間增加的情況下，研究發(fā)現(xiàn)了毛發(fā)表面的5種金屬元素（Fe、Al、Ba、Cu、Zn）增加的事實(shí)。盡管不清楚金屬物的來源或結(jié)構(gòu)，也不確定是否是單一元素還是顆粒物本身的組成，但該結(jié)果仍清楚地表明了這些金屬物質(zhì)與空氣傳播有關(guān)。金屬物質(zhì)常見而固有的陽離子結(jié)構(gòu)能夠使其更容易與毛發(fā)表面氧化所產(chǎn)生的致密陰離子位點(diǎn)結(jié)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(huì)參與改變毛發(fā)表面及發(fā)干的物理化學(xué)特性，但這需要進(jìn)一步研究。此外，也不能排除顆粒物本身的氧化能力，因?yàn)樵S多顆粒物都可能包含大量氧化或過氧化物質(zhì)。

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(jìn)一步地探討。有研究顯示，對(duì)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(shè)：在毛發(fā)表面發(fā)現(xiàn)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(dāng)有效的催化劑。

總而言之，目前的結(jié)果證實(shí)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(shí)頭發(fā)上的皮脂/脂質(zhì)涂層還會(huì)增強(qiáng)固體物質(zhì)在頭發(fā)上的粘附。正如一些樹木的樹葉會(huì)被用于進(jìn)行全球空氣污染分析的標(biāo)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(guān)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(zhì)進(jìn)行比較是一項(xiàng)正確的嘗試，與皮膚相關(guān)參數(shù)的記錄具有同等重要的研究價(jià)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.］