當人體皮膚暴露在含有臭氧（O?）的室內(nèi)空氣中時，會與皮脂成分發(fā)生反應，生成被稱為羥基自由基（OH）的高度反應性化學物種。它們是大氣化學中“清道夫”般的存在，能夠氧化多種有機污染物。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，人在室內(nèi)環(huán)境中可自發(fā)形成一個環(huán)繞全身的“氧化場”，而這可能對個人暴露和空間空氣質(zhì)量產(chǎn)生深遠影響……

 

5 月 21日 ，刊登于《Science Advances》的一項國際合作研究發(fā)現(xiàn)，個人護理產(chǎn)品中的某些成分——如香水中的乙醇與護膚品中的苯氧乙醇，可能會削弱人體氧化場。

 

 

這意味著，人們?nèi)粘Ｊ褂玫膫€護產(chǎn)品，可能已在無意中改變了身邊的空氣化學狀態(tài)。

 

 

 

Part 1

人體氧化場？

皮膚與空氣之間的化學反應

 

近年來，室內(nèi)空氣化學研究的重心逐步從建筑材料和外源污染轉(zhuǎn)向了人體自身的排放。人類并非被動的空氣污染接受者，而是活躍的化學反應參與者。

 

2022 年，德國馬克斯·普朗克化學研究所（Max Planck Institute for Chemistry）的研究團隊首次提出“人體氧化場”（personal oxidation field）這一概念，并通過實驗觀察到，當臭氧濃度適中時，人類皮膚表面的天然脂質(zhì)，尤其是角鯊烯，會與臭氧發(fā)生快速反應，生成一系列中間產(chǎn)物，其中包括羥基自由基（OH）。

 

 

羥基自由基是大氣化學中最具反應活性的物種之一，其反應速率普遍高于臭氧，能夠與多種揮發(fā)性有機化合物（VOCs）反應，形成氧化產(chǎn)物。這些氧化反應不僅改變了空氣中污染物的存在形式，還會影響其在人體內(nèi)的沉積行為與健康影響。

 

在室內(nèi)環(huán)境中，由于空氣流動速度慢、空間密閉，圍繞人體形成的 OH 濃度梯度更為顯著。這種“人體氧化場”被認為對呼吸區(qū)的局部空氣質(zhì)量具有重要影響。

 

一項由德國馬克斯-普朗克化學研究所大氣化學部的 Nora Zannoni 等研究者主導的研究顯示，在一個約 22.5 m³ 的實驗艙中，僅由 1 名志愿者在 O? 濃度為 35 ppb 的條件下，即可產(chǎn)生約 2 × 10? 個 OH 分子 cm?³，這一數(shù)值與部分城市戶外環(huán)境相當。

 

該實驗使用了“穩(wěn)態(tài)法”（steady-state method）估算室內(nèi) OH 濃度，通過臭氧反應生成 OH 的速率與所有可與 OH 反應的物質(zhì)所決定的總 OH 反應活性（OH reactivity）之間的平衡關系，推算出最終 OH 濃度。這種方法尤其適用于測定難以直接采樣的短壽命物種，已成為當前室內(nèi)空氣化學研究中的標準手段之一。

 

這項研究還進一步模擬了 OH 在人體周圍的空間分布特征。

 

通過計算流體力學（CFD）模型發(fā)現(xiàn)，OH 濃度最高值通常出現(xiàn)在靠近地面（臭氧輸入口附近）以及人體胸前區(qū)域，而呼吸區(qū)（鼻部附近）濃度通常約為室內(nèi)平均值的 2.8 倍。這意味著，我們吸入的空氣，其化學狀態(tài)很大程度上受我們自身生理過程及其被干擾程度所決定。

 

這一發(fā)現(xiàn)為評估室內(nèi)空氣中揮發(fā)性化合物（特別是與皮膚接觸或呼吸吸入相關的物質(zhì)）提供了新的視角。也正因如此，當護膚品與香水進入這一體系時，其影響值得仔細考量。

 

 

Part 2

護膚品與香水

會如何改變這一氧化機制？

 

在人體氧化場這一自然反應系統(tǒng)中，個人護理產(chǎn)品扮演了新的化學變量。

 

為了系統(tǒng)評估它們對 OH 生成機制的影響，據(jù)了解，論文的共同通訊作者之一、加州大學歐文分校（UC Irvine）化學教授 Manabu Shiraiwa 主導開發(fā)的多相化學動力學模型，對不同組分在室內(nèi)空間中的反應與輸運行為進行了動態(tài)模擬。

 

圖：加州大學歐文分?；瘜W教授 Manabu Shiraiwa

 

研究團隊設計了兩組對照實驗，分別測試了無香護膚乳液和含典型香氛成分的香水在人體皮膚上的實際影響。

 

實驗在丹麥技術大學的氣候控制艙內(nèi)進行，參與者為 4 名青年志愿者，在控制臭氧濃度（約 40-45 ppb）與通風速率（2.9 次/h）的條件下，分別測試不使用 PCP、使用乳液、使用香水，以及兩者疊加的情況。

 

 

 

護膚乳液的作用機制：

稀釋與阻隔

 

實驗使用的無香護膚乳液含有典型的脂肪酸類基礎油（如油菜籽油、乳木果脂、霍霍巴籽油）以及苯氧乙醇作為防腐成分。

 

研究發(fā)現(xiàn)，在志愿者進入艙體前 5-7 分鐘均勻涂抹乳液后，人體表面羥基自由基生成量顯著下降。

 

機制可歸結為兩個層面——

 

首先，乳液覆蓋皮膚后，會稀釋皮膚表面脂質(zhì)層（尤其是含雙鍵的角鯊烯），使得臭氧與其反應生成 6-MHO（一種關鍵 OH 前體分子）等產(chǎn)物的路徑被削弱。實驗中，6-MHO 濃度相較于不使用乳液的基準條件下降了 34%。

 

其次，乳液中揮發(fā)性成分苯氧乙醇本身是一種 OH 的高反應性捕獲劑。在暴露后約 30 分鐘內(nèi)，其氣相濃度可達 30 ppb，約占室內(nèi)總 OH 反應活性的 54%。這意味著，雖然乳液本身不釋放可生成 OH 的物質(zhì)，但卻大幅提升了 OH 的損耗速率，降低了室內(nèi)穩(wěn)態(tài) OH 濃度（下降幅度可達 30%-140%）。

 

圖：護膚乳液對人體氧化場的影響實驗結果。使用無香乳液后，苯氧乙醇濃度（B）上升，6-MHO 濃度（C）下降，OH 濃度（D）顯著低于無乳液條件（藍線）。圖中紅色為實測值，黑色為基于氣體數(shù)據(jù)計算結果，藍色為模擬結果，青色為無使用乳液的模擬條件。數(shù)據(jù)反映出乳液通過成分釋放與表皮反應阻斷雙重機制顯著抑制了 OH 的生成

 

 

 

 

香水的短時強擾動：

乙醇主導的 OH 捕獲效應

 

相比乳液的持續(xù)性釋放，香水的擾動則更為劇烈且短暫。

 

實驗選用市售香水（Calvin Klein 的 “ck one”）作為測試對象，施用部位為兩位志愿者雙手背部。香水主要含有香精（如檸檬烯、β-蒎烯等）與乙醇作為溶劑。

 

 

實驗發(fā)現(xiàn)，香水施用后室內(nèi)乙醇濃度飆升至 3.7 ppm，而單萜類香精（主要是檸烯）僅約 10.6 ppb。

 

由于乙醇不含雙鍵，不能通過臭氧反應生成 OH，反而與 OH 快速反應，形成強 OH 捕獲效應。在香水噴灑后 1 分鐘內(nèi)，OH 濃度下降幅度達到 86%。

 

值得注意的是，雖然香精中的萜類理論上可以生成 OH，但在真實使用情境中，其釋放量遠低于乙醇，且存在于空氣中的時間也更短。

 

模型分析指出，乙醇占香水釋放揮發(fā)物質(zhì)的 99% 以上，這使其成為主導 OH 濃度變化的關鍵成分。

 

圖：香水使用前施用對人體氧化場的影響實驗。圖中乙醇濃度（B）與單萜類香精（C）釋放曲線表明香水中揮發(fā)性組分以乙醇為主。OH 濃度（D）相較于未使用香水條件明顯下降，短時間內(nèi)形成強 OH 捕獲效應。說明香水對氧化場的抑制主要由乙醇所致

 

 

雙重應用的復合效應：

快速與持續(xù)的擾動疊加

 

當志愿者同時使用香水與乳液時，研究人員發(fā)現(xiàn)兩者擾動機制并非線性疊加，而是時間維度上的接力——香水在最初幾十秒內(nèi)主導 OH 的快速消耗，而乳液通過更穩(wěn)定的成分釋放，在隨后數(shù)小時內(nèi)維持對 OH 生成路徑的持續(xù)壓制。這種動態(tài)干預的特性，在實際室內(nèi)空間中可能導致長期暴露模式的變化。

 

圖：香水在密閉艙體內(nèi)當場噴灑的實驗結果。與上面的香水使用前施用對人體氧化場的影響實驗圖相比，OH 反應活性（A）和乙醇濃度（B）在施用瞬間顯著飆升，OH 濃度（D）急劇下降，反應更為強烈。進一步強調(diào)香水的擾動作用具有時間集中性，尤其在密閉空間中噴灑時影響更為顯著

 

 

Part 3

配方需考慮“空間”

室內(nèi)空氣質(zhì)量的新變量？

 

這項研究所揭示的，不僅是護膚乳液和香水對人體氧化場的即時化學影響，更為整個個護產(chǎn)品行業(yè)提出了一個值得關注的命題——在高度密閉、空氣交換率偏低的現(xiàn)代室內(nèi)環(huán)境中，產(chǎn)品配方是否應考慮“空氣相容性”？

 

傳統(tǒng)意義上，個護產(chǎn)品設計強調(diào)皮膚接觸的安全性、皮膚屏障功能、膚感體驗與氣味持久性。

 

然而，這項新實驗顯示，這些產(chǎn)品中揮發(fā)性成分一旦釋放，不再僅作用于皮膚，而是在幾分鐘內(nèi)迅速擴散至人體周圍空氣中，并參與氧化反應。計算流體力學（CFD）模擬顯示，揮發(fā)物濃度在人體胸部、呼吸區(qū)的局部聚集可達室內(nèi)平均值的 2 至 10 倍，成為室內(nèi)空氣中主要的 OH 反應物。

 

這種變化意味著，香水與護膚品不再只是“個人行為”的延伸，而是空間空氣化學結構的參與者，影響的不只是佩戴者自身，也可能對周圍人員造成“共享式暴露”。

 

在研究中發(fā)揮主導作用的，是往往被視為“載體”的乙醇與苯氧乙醇。盡管它們在產(chǎn)品設計中承擔溶解、抗菌、滲透促進等功能，但其強 OH 捕獲能力表明，它們在室內(nèi)空氣中的化學行為不可忽視。

 

這對香氛產(chǎn)品提出了更高要求。研究團隊進一步模擬了單一成分香氛（僅含芳樟醇不含乙醇）的釋放情境。結果顯示：芳樟醇與臭氧反應可生成 OH，其對整體 OH 濃度影響較?。?lt;10%），沒有顯著抑制作用。這說明，若能減少乙醇等載體濃度，選擇反應路徑更清晰、影響可控的香氛原料，有望在維持嗅覺體驗的同時減小對氧化場的干擾。

 

圖：僅含芳樟醇的香水模擬結果顯示：盡管芳樟醇對 OH 反應性有所提升（A），但其與臭氧反應也可生成 OH，因而整體 OH 濃度（C）下降幅度小于 10%。相比乙醇主導的香氛配方，芳樟醇本身對氧化場干擾較小，提示香氛組分結構在空氣化學中的關鍵作用

 

此外，近年來，“Clean Beauty”（純凈美妝）作為行業(yè)熱點，廣泛關注成分來源、安全性與可持續(xù)性。而本研究則提示行業(yè)，所謂“純凈”，不應僅停留在對皮膚無害，更應延伸至“空氣中的化學命運”。

 

尤其在高密度人群室內(nèi)空間，如辦公樓、公共交通、健身房、母嬰場所，個護產(chǎn)品的氣相成分可能與空間構造、通風系統(tǒng)形成復雜交互，對個體健康暴露、化學感受性群體（如兒童、哮喘患者）構成長期影響。

 

圖：應用護膚乳液與香水后，人體周圍空間內(nèi) OH 反應活性與關鍵化學物種濃度的空間分布。圖中紅色區(qū)域表明 OH 反應最活躍的區(qū)域集中在胸前與頭部上方（呼吸區(qū)），表明這些部位的空氣組成受到產(chǎn)品釋放組分顯著影響，最高濃度可達周圍空氣 2–10 倍

 

與其說這是對產(chǎn)品開發(fā)的警示，不如說是對配方工程提出的下一道題——當我們重新定義“溫和”“安全”“低敏”時，是否也應將“空氣友好性”納入考量？

 

尤其對于香水、護膚品、頭發(fā)造型類產(chǎn)品的研發(fā)人員而言，這項研究帶來兩項重要啟示——

 

一是應更系統(tǒng)性評估揮發(fā)組分在室內(nèi)空氣中的動力學行為；

 

二是應探索在保持產(chǎn)品功效的同時，降低對人體氧化機制的負面干擾，尤其是高反應性溶劑的配方替代策略。

 

個護產(chǎn)品與“健康生活方式”之間聯(lián)系的日益緊密，消費者不再滿足于對“成分表”的理解，而是逐漸關注產(chǎn)品對身體與環(huán)境更深層次的互動。這項“人體氧化場”的新研究為行業(yè)提供了一個前沿但穩(wěn)健的研究樣本——在皮膚表面之外，空氣也是我們應當認真對待的“使用場景”。

 

 

參考資料：

Nora Zannoni, Pascale S. J. Lakey, Youngbo Won, Manabu Shiraiwa, Donghyun Rim, Charles J. Weschler, Nijing Wang, Tatjana Arnoldi-Meadows, Lisa Ernle, Anywhere Tsokankunku, Gabriel Bekö, Pawel Wargocki, Jonathan Williams. Personal care products disrupt the human oxidation field. Science Advances, 2025; 11 (21) DOI: 10.1126/sciadv.ads7908

Zannoni, N., Lakey, P.S., Won, Y., Shiraiwa, M., Rim, D., Weschler, C.J., Wang, N., Ernle, L., Li, M., Bekö, G. and Wargocki, P., 2022. The human oxidation field. Science, 377(6610), pp.1071-1077.

 

來源：

作者：John Xie