严重空气污染环境下颗粒物在人毛发表面粘附及其对毛发表面特性的影响

受污染大气通常指混合着颗粒物和各种气态化合物的一种气溶胶。除了可能发生和不可避免的自然事件（森林大火、火山爆发、土壤侵蚀等）外，这种气溶胶主要由各种人类活动或者生活习惯（如香烟烟雾）所排放的污染物组成，包括不同浓度各种挥发性物质（氮氧化合物、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、臭氧、挥发性脂肪族或芳香烃等）以及不同粒径大小（PM10＜10μm，PM2.5＜2.5μm，PM1＜1μm）颗粒物。这些混合污染物是人类和动物健康的威胁性因素，这些气体化合物和（或）颗粒物主要通过呼吸道吸入而与体内各组织（肺部、气管等）发生接触。另外，由于皮肤表面每天暴露于大面积无遮挡的环境空气中，使其成为颗粒物沉积的目标。两项近期体内研究（分别发表于《中华皮肤科杂志》2015年5月和12月医学简讯栏目中）揭示了相比空气污染较轻的城市周边居民，居住在空气污染较重城区（墨西哥、中国上海徐汇区）的志愿者面部皮表的特定标记物会发生变化（角鲨烯氧化增加），还观察到皮肤屏障功能下降、皮脂分泌量增加以及皮脂成分改变等。 然而对于污染物颗粒物是否存在于头发或头皮表面的相关文献非常少。尽管普通人头发的表面积通常根据其长度的不同而不同，最多可达几平方米。

一些研究提示UV、金属、吸烟或饮食习惯可能导致脱发。此外，毛干表面状态很大程度上受反复摩擦（梳头或洗头等）和日光照射影响而不同。上述这些因素与持续分泌的头皮皮脂或汗液相互作用，可导致人头发表面改变。阴离子位点（例如，磺酸盐基团）增加以及毛鳞片翘起会反过来导致毛发失去光泽。总而言之，毛发表面为外界物体或固体的污染物提供了很大的沉积区域。该研究旨在：①确定和对比体外研究条件和真实生活环境下空气中污染物是如何沉积在头发表面的（污染物沉积均可能在皮脂包裹的毛干和无皮脂包裹的毛干上）；②评估这些污染物沉积对毛发表面某些物理和化学特性的影响。

一、方法

体外研究方案：将清洁干净的6个标准发束样本垂直悬挂在配有内置风扇手套箱（体积为150 L、温度为25±1℃、湿度为60%±1%）内，使黑炭粉末吹10min，使其均匀分散并充分沉积在发束上，以模拟头发处于环境空气污染条件下的状态。将另外6个发束样本提前均匀地浸泡于0.1（±0.01）克人造皮脂乳液（即被人工皮脂包覆的发束样品），随后进行同样的黑碳粉吹入操作。

“真实环境下”的研究方案：将另外24个发束样本悬挂在保定（被认为是中国环境污染程度最重的城市之一）一建筑的开放式屋顶上，使它们充分暴露于当地真实环境中。这些发束于2015年3月连续暴露于真实的空气和日照环境下3 d。与此同时，对照组发束置于暗室中以便后续对比研究。

分别对发束的摩擦特性、光泽度、以及金属物质进行检测。详见原文。

二、结果

1.颗粒物在毛发表面附着：在体外研究方案中，对经不同处理（人造皮脂包覆和无人造皮脂包覆）发束样本上颗粒物附着情况进行扫描电镜（SEM）分析。与对照组相比，无人造皮脂处理的发束上能够看到颗粒物显著附着，而在人造皮脂处理的样本上能够看到更多颗粒物附着。表明皮脂的存在能够增加颗粒物的附着量，同时增加较大尺寸颗粒物的附着。

在真实环境研究中，对比有无人造皮脂处理的发束在严重空气污染下的SEM图像，结果证实皮脂存在能够增强颗粒物在毛发上的附着。且暴露时间增加，污染颗粒物附着明显增多。对比图像发现，相比1～10μm颗粒物，皮脂存在会增加20～50μm颗粒物附着。综上所述，两个研究方案对比结果相似。

2.对毛发摩擦特性的影响：9个未经人造皮脂处理的发束样本使用基本洗发水预洗后进行真实环境研究，随后进行摩擦力测试。相比对照组，暴露24 h和72 h后，发束的摩擦阻力均显著增强，且摩擦力显著增加约90%和100%。这可能是由毛发化学表面状态的改变以及表面附着固体颗粒物所产生的阻力共同导致的。

3.对毛发光泽度的影响：对真实环境研究中无人造皮脂处理的发束样本光泽度进行检测。与未暴露的对照组相比，在空气污染环境下暴露72 h导致毛发光泽度（评估是毛发中段数据）显著下降23%（P＜0.03）。简言之，颗粒物附着会导致毛发表面变得暗淡。

4.金属物质的检测：对暴露在真实环境下24 h和72 h有/无人造皮脂处理发束表面的金属量进行检测，对照组发束为悬挂于暗室中相同处理的样品。人造皮脂存在，使检测到的附着在毛发表面金属量增加，且在暴露72 h后，人造皮脂处理组金属量几乎是非人造皮脂处理组的4倍。值得注意的是，72 h暴露条件下，铁和铝在发束上的附着量（80～160 ppm）远多于铜、钡和锌3种金属物质（为0.7～7 ppm）。

三、讨论

该研究重点从定量和定性的方面突出了毛发上颗粒物附着的情况，揭示了在真实环境中，污染空气中的颗粒物可能会强有力地黏附在头发表面。该过程能够在实验室条件下被重现，这也为开发新的检测方法（如评估毛发状态/漂色/染发的影响、洗发水功效、应对颗粒物附着的对策等）打下基础。

从定量角度看，真实环境条件下的结果表明，在污染更严重的环境下，毛发表面颗粒物可能附着量更多。根据SEM图片结果显示，颗粒物在毛发的不同部位附着的密度相似。假设颗粒物沿毛发均匀附着，通过人造皮脂处理发束的SEM图像可以粗略估算：在真实污染环境下暴露24 h，一根25 cm头发上约附着10 000个颗粒物，这些颗粒物尺寸不一。如此换算下来，意味着在严重的空气污染环境下，相似长度的整头头发上颗粒物附着量约可达到十亿多个。且该数据会随着暴露时间增加和头发表面皮脂量的增加而进一步增多。根据现有知识，该结果揭示了人类头发与环境空气的相互关系。由于该研究是刻意选择了污染较严重的现实环境空气条件，所以在污染较低或者无污染环境条件下，估计头发表面颗粒物的附着情况会比上面的估计值小很多。

从定性角度来看，相比无皮脂样本，人造皮脂包覆毛干能够增强颗粒物的附着，尤其是对于那些较大尺寸的颗粒物。人造皮脂所带来的“黏附”效应可能是引起这种现象的主要因素，这也与颗粒物表面有关。对于无皮脂发束，较大尺寸颗粒物可能难以附着。颗粒物较弱附着很容易被外界因素移除，如风吹或者动头发等。体外研究方案能够模拟这些外界因素且可以对颗粒物的特性和尺寸进行调整。因为气溶胶形式的空气污染物包含了人类不同活动排放来源（特性和尺寸）的多种颗粒物，所以很难对现实生活中颗粒物的标准进行定义。

研究发现，真实的严重污染条件能够改变发束表面的摩擦和光泽属性，使毛发变得更加粗糙和暗淡。可能是由于微小颗粒和许多分散在头发上颗粒物的附着所导致，同时在测试发生24 h或72 h内，UV、可见光或者污染相关的氧化性气体化合物还能够导致毛发表面发生化学变化。虽然在该研究中未被定量，但上述化学变化无非就是毛皮质内黑素的氧化（变暗）以及毛小皮的一些变化（阴离子增加、毛鳞片张开等）所引起的毛发表面变得更脆弱更暗淡。上述氧化过程在高湿度环境下会明显增加，且沿毛发生长长度发生变化。受风化、梳理以及毛发老化因素的影响，毛发不同位置其特性会有不同。因此需要对不同发束进行进一步研究，更好地评估毛发表面状态对颗粒物粘附的影响。

在皮脂存在以及暴露于污染环境时间增加的情况下，研究发现了毛发表面的5种金属元素（Fe、Al、Ba、Cu、Zn）增加的事实。尽管不清楚金属物的来源或结构，也不确定是否是单一元素还是颗粒物本身的组成，但该结果仍清楚地表明了这些金属物质与空气传播有关。金属物质常见而固有的阳离子结构能够使其更容易与毛发表面氧化所产生的致密阴离子位点结合。这些金属中一些元素（如Cu、Fe）具有氧化催化能力，可能还会参与改变毛发表面及发干的物理化学特性，但这需要进一步研究。此外，也不能排除颗粒物本身的氧化能力，因为许多颗粒物都可能包含大量氧化或过氧化物质。

洗发水中含有的螯合剂分子（如EDTA）可能阻止或减少头发上金属残留物的沉积，但需要进一步地探讨。有研究显示，对毛发中残留的金属铜，很大一部分来自于水，如游泳池水（加入了硫酸铜起到杀菌作用）或者来自含铜的旧管道水。可以合理地假设：在毛发表面发现的一些金属，如铜、铁等，虽然是微量的，却能够在氧化过程中充当有效的催化剂。

总而言之，目前的结果证实人类头发的确为空气中的一些固体元素/颗粒物提供了巨大“沉积空间”，同时头发上的皮脂/脂质涂层还会增强固体物质在头发上的粘附。正如一些树木的树叶会被用于进行全球空气污染分析的标记物，人类头发也可以作为空气污染探针被考虑。人的头发可阐明环境空气和人之间的关系。将不同环境空气污染条件下（低污染比重污染），人类头发表面颗粒物和（或）金属物质进行比较是一项正确的尝试，与皮肤相关参数的记录具有同等重要的研究价值。

［孔佩慧 周治君编译摘自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.］