近日，河南师范大学大气污染防控与健康效应团队曹治国老师在环境领域著名期刊《Environment International》上发表了题为“Proposing stratum corneum as an alternative to sebum in dermal exposure assessment of organophosphate esters”的研究论文。本研究基于已有的渗透系数模型，利用估算的角质层渗透系数，建立了基于角质层的皮肤暴露评估方法。在控制条件下，比较了皮脂与角质层中有机磷酸酯（OPEs）的时间变化及部位差异，测定了皮脂-角质层体系中OPEs的垂直梯度，进而比较了基于皮脂和角质层的暴露评估结果，以验证角质层用作皮肤暴露评估生物指示器的稳定性、代表性和可靠性。
图文摘要
引言
皮脂作为污染物进入皮肤的载体，已被视为代表性样品基质用于皮肤暴露评估。然而，该方法存在时间波动性、部位变异性及采样标准化困难等固有缺陷。大量证据表明，人体皮肤附属物（如指甲和头发）可有效作为污染物暴露的生物指示器，据此推测，皮肤最外层的角质层（SC）同样具有这种功能。与皮脂不同，SC至少需要28天才能通过脱屑过程从皮肤最外层逐渐脱落，因此能够反映长期累积的、广泛环境条件下的暴露。从理论上讲，假设同一环境中人群的皮肤暴露处于稳态或近似稳态，根据菲克第一定律可推断，SC中污染物的体积浓度将基本保持恒定。因此，与皮脂相比，SC在评估OPEs皮肤暴露方面可能表现出更好的稳定性与代表性。
图文导读
图1.皮脂和角质层中OPEs面积浓度的时间变化
在12小时暴露期间，胳膊皮脂中的∑₂₀OPEs含量随暴露时间逐渐增加，在12小时后达到最大值，时间浓度波动的RSD中值为55%。相比之下，背部皮脂中的∑₂₀OPEs浓度在增加2小时后趋于稳定，RSD为54%。然而，SC中∑₂₀OPEs浓度随时间变化模式与皮脂存在显著差异。与皮脂不同，SC中OPE浓度在裸露皮肤和衣物覆盖皮肤部位之间没有表现出时间变化的差异，均保持稳定的浓度，RSD分别为26%和23%。相似得，在28天暴露期间，胳膊皮脂中∑₂₀OPEs浓度时间变异的RSD为40%，SC中∑₂₀OPEs浓度时间变异（RSD = 32%）略低于皮脂。上述结果表明皮脂中OPEs的面积浓度随皮肤清洁和表皮更新周期显著波动，而SC中的浓度保持相对稳定。考虑到不同环境OPEs在SC中的长期累积作用，它可能比皮脂更适合作为长期多环境皮肤暴露的生物指示器。
图2. 皮脂和角质层中OPEs面积浓度的部位变化
额头、胳膊、小腿和背部皮脂中∑₂₀OPEs浓度存在显著部位间差异，中位RSD为56%，而不同皮肤部位SC之间∑₂₀OPEs浓度变化较小，RSD为28%。因此，不同皮肤部位皮脂中OPEs的面积浓度存在显著差异，而SC中的浓度高度稳定。因此，与皮脂不同，任何皮肤部位SC中OPE浓度都可以代表整个皮肤的平均暴露水平。
图3. 皮肤表面OPEs的来源识别
在控制条件下，我们分析了同一室内环境中气态空气、空气颗粒物以及从额头、胳膊、小腿和背部采集的皮脂和SC中的OPEs。结果表明皮脂和SC中的OPE组成与气态空气相似，但与空气颗粒物明显不同。为了进一步探究皮脂和SC中OPEs的来源，我们使用主成分分析（PCA）来检测气态空气、空气颗粒物、皮脂和SC中检出率≥50%的OPEs之间的相关性。结果表明，不同皮肤部位皮肤表面的化合物更多来自气态空气，而非空气颗粒物。因此，我们得出结论：气态空气而非空气颗粒物可能是皮脂中OPEs的主要来源。
图4. OPEs在皮脂-角质层体系中的渗透特性及相应机制
此外，我们分析了五层额头皮脂-角质层体系中OPEs的垂直梯度，以识别可能渗透皮肤并具有高生物可利用性的化合物。结果显示OPEs呈现出不均匀的梯度，最外层比内四层高约3.9–4.9倍，并且五层（胶带条 #1–5）之间的浓度变异（中位RSD：94%）大于内四层（胶带条 #2–5，24%）。这表明皮肤表面的OPEs大部分被表层皮脂层所保留。此外，在皮脂-角质层体系的不同层之间，OPE组成也显示出相当大的变化。前两层表现出比内三层更高的亲脂性化合物浓度（分别占∑₂₀OPE的44%和40%，而内三层为16–27%）。内三层表现出比前两层更高的亲水性化合物浓度（73–84%，而前两层为56%和60%）。OPE的层间浓度变化RSD值与其分子量（MW）之间存在显著正相关（rs = 0.75；p < 0.05），与其log KOW接近显著正相关（rs = 0.71；p = 0.07）。上述结果表明低分子量和高亲水性的化合物易于渗透皮脂和角质层，在皮脂-角质层体系的不同层之间实现均匀的梯度分布。
图5. 基于皮脂和角质层暴露评估方法的不确定性比较
基于不同时间，不同部位以及不同皮肤深度皮脂/角质中OPEs的浓度，我们计算了相关的皮肤暴露剂量及风险，进一步定量表征了基于皮脂和角质的两种方法在皮肤暴露评估方面的不确定性。关于时间稳定性，12小时后基于皮脂的暴露剂量和风险分别比2小时后的数值高1.9倍和2.1倍。相比之下，基于SC的结果在12小时后仅比2小时后高1.2倍和1.1倍。关于部位代表性，基于胳膊皮脂的暴露剂量和风险分别比基于背部皮脂的结果高5.3倍和4.5倍，而基于胳膊SC的结果仅比基于背部SC的结果高1.1倍和1.3倍。暴露评估准确性显示，基于皮脂的暴露剂量和风险分别比基于SC的估算值高3.3倍和3.5倍。这些结果表明，基于皮脂的暴露评估对采样时间和部位高度敏感，导致显著变化，降低了稳定性和代表性。相反，基于角质层的暴露评估直接简便，产生的结果一致，不受不同因素的影响。
小结
本研究系统比较了皮脂和角质中OPEs的时间变化，部位变化以及垂直梯度，开发了基于角质的皮肤暴露评估新方法。结果表明，与传统的基于皮脂的方法相比，基于角质层的方法规避了基于皮脂的方法中因时间、部位和擦拭力度不一致所带来的问题，能够实现便捷、稳定、代表且准确的全身体皮肤暴露评估。因此，它代表了传统基于皮脂方法的一种可行替代方案，可用于皮肤暴露于OPEs的定性和定量评估。
回顾我们以往的研究，尽管人们已经关注到如何准确量化OPEs的皮肤吸收量，但现有的评估方法和参数仍存在明显不足。在此基础上，我们综述了两大类被广泛用于评估OPEs皮肤吸收的方法，即相对吸收（RA）模型和渗透系数（PC）模型。该综述对测定Kp的详细体外方法进行了归纳和梳理。此外，还梳理了常用的皮肤膜，并讨论了影响Kp的因素及其相应机制。同时，全面总结了测定OPEs的Kp值的实验条件、结论以及现有数据。最后，指出了相应的知识空白，并建议建立更精确、完善的实验体系，以及获取OPEs未知的Kp值(Environment International, 2024;183:108400)。
值得注意的是，传统暴露评估通常基于样品采集与实验测定，且不同暴露途径需采用不同的采样方式，因此对人力、物力及设备提出了较高要求。基于此，我们收集了来自38个国家（125个城市）的气态PBDEs浓度数据，提出了一种通过气相PBDEs监测数据和环境条件来预测PBDEs吸入和皮肤暴露的评估方法，描述了人类通过吸入和皮肤两种途径暴露于大气PBDEs的全球分布，深入探究了PBDEs暴露途径和相态贡献的暴露规律机制，实现由气相监测数据、环境温度和总悬浮颗粒物浓度（TSP）预测人体呼吸和皮肤暴露摄入量。此外，本研究建立了一个开放的网络平台（eipp-svocs.com），提供了人类对209种PBDEs和8种NBFRs的呼吸和皮肤摄入量暴露预测(Environment International 2025;195:109248)。总结我们的系列研究，其核心在于开发更简便、准确的污染物暴露评估新方法，从基于角质层的暴露评估方法代替基于皮脂层的暴露评估方法，到基于单一气相数据的暴露评估预测，致力于实现更便捷、稳定、低成本的全球污染物暴露评估新范式。
结论与意义
OPEs在角质层中的浓度具有较高的时间稳定性、部位代表性，并能准确反映皮肤暴露情况。它有效规避了传统基于皮脂的方法在采样时间、采样部位和擦拭力度上固有的不一致性。此外，角质层还能反映个体在多种环境中长期累积的OPEs皮肤暴露水平。因此，在任何时间点和任何皮肤部位测得的角质层中OPEs浓度，都可用来估算相对准确的全身平均皮肤暴露量及健康风险。总体而言，基于角质层的方法在便捷性、稳定性、代表性和准确性方面具有显著优势，因此可作为传统皮脂方法的可行替代方案，用于OPEs皮肤暴露的定性与定量评估。
论文链接
Cao, Z.; Zhao, Y.; Chen, Q.; Zhang, J.; Fan, Y.; Wang, Z.; Shi, S.; Li, Z.; Zhao, X.; Wu, F. Proposing stratum corneum as an alternative to sebum in dermal exposure assessment of organophosphate esters. Environment International 2026, 10.1016/j.envint.2026.110198
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