Science：皮肤表面产生的羟基自由基变成有毒的化学物？
COVID-19的大流行引发了人们对室内空气质量的新兴趣。人们如今正在考虑病毒颗粒如何在室内传播，但室内环境的危害并不限于造成大流行的病原体。根据世界卫生组织（WHO）的说法，空气污染是世界上最大的环境健康威胁，但大多数人可能不会想到他们自己的身体也是问题的一部分，尤其是在他们自己的家里。
如今，在一项新的研究中，来自德国、丹麦、法国和美国的大气化学家和工程师之间的跨学科合作表明，来自人类皮肤的油质与臭氧反应，产生强大的羟基自由基，而羟基自由基可以与室内环境中存在的大多数有机化合物进一步反应，从而产生危险的污染物。相关研究结果发表在2022年9月2日的Science期刊上，论文标题为“The human oxidation field”。
这项新的研究详细介绍了这种反应途径，有助于解释人体如何直接影响室内环境的化学成分。专家说，它也可能有助于研究吸入部分上由我们产生的有毒化合物对健康的不利影响。
论文共同通讯作者、德国马克斯-普朗克化学研究所大气化学家Jonathan Williams说，“人们意识到了室外的污染，但是当我们进入室内时，我们认为，‘哦，现在我们是安全的。’事实并非如此。这是一个令人惊讶的发现，臭氧在我们的皮肤上发生了反应，这就向我们周围的大气中释放了更多的化学物。”
在这项新的研究中，Williams和他的同事们要求三组不同的四名成年参与者在不同的日子里长达5小时坐在一间气候受到控制的不锈钢室中，其大小与一间小卧室差不多。然后，通过使用他们开发的高度灵敏的仪器，他们测量了不锈钢室内空气中的有机化合物和羟基自由基的浓度。他们还通过让这些参与者在特制的口罩上呼吸来观察他们呼吸的化学成分，以确保不是参与者的呼吸改变了房间的空气成分。
在获得这些测量结果后，这些作者重复了这个实验，这次在不锈钢室内引入了35% ppb的臭氧，这与人们乘坐飞机时接触的臭氧水平相当。Williams说，他惊讶地发现，皮肤油质角鲨烯（squalene）与臭氧反应产生的化合物随后与臭氧再次反应，产生强大的氧化剂，即羟基自由基。Williams说，这些羟基自由基随后可以与室内环境中的其他分子---例如那些从家具、家用清洁剂，甚至是刚煮好的饭菜中散发出来的分子---发生反应，产生有毒化合物。
这些羟基自由基本身并不有害，而且也存在于室外环境中。它们是在阳光将臭氧分解成氧原子然后氧原子攻击水而产生的。加拿大萨斯喀彻温大学大气化学家Tara Kahan（未参与这项新的研究）说，它们有时被称为 “洗涤剂”，因为它们继续与空气中的碳氢化合物污染物发生反应，将大气洗涤干净。但是它们在室内的存在是危险的，因为它们也可以将空气中的有机化合物氧化成引起呼吸道和心血管疾病的产物。
Kahan说，“这项新研究中揭示的羟基自由基产生机制有助于回答我们如何影响我们周围空气的化学成分，因为它表明即使只是有人类存在也能改变空气中的物质。”
为了验证他们的发现，Williams及其研究团队与美国加州大学欧文分校和宾夕法尼亚州立大学的研究人员合作。这两个研究团队利用对室内空气中化学物的测量结果，开发并运行计算流体动力学模型和化学模型，模拟空气中化学物三维分布，包括在人体周围形成反应区（reactive field）的羟基自由基。
在马克斯-普朗克化学研究所研究室外空气颗粒的健康影响的大气化学家Thomas Berkemeier（未参与这项新的研究）说，“如果你谈论室内化学物，在阅读这篇文章之前，我一直认为臭氧是最重要的氧化剂。让我印象深刻的是，羟基自由基才是，它让一切都变得困难。”Berkemeier解释说，虽然臭氧的反应更具选择性，但羟基自由基的反应性非常强，要预测它们产生的所有类型的化学物非常具有挑战性。
Williams说，有很多因素，如温度、湿度和皮肤暴露程度，可以影响羟基自由基的产生。他和他来自世界各地的同事们目前正在深入研究空气中的湿度如何影响羟基自由基的产生。
Berkemeier认为，这些发现提出了一个问题，即香水、除臭剂和清洁剂等家用物品中的化学物氧化对健康的潜在长期影响。Kahan对此表示赞同，并说她期待看到科学家们在他们的实验中在各种臭氧水平下进行测试，看看它们如何影响羟基自由基的产生，特别是因为在晴天开着窗户的房子里的臭氧浓度只有大约20ppb。通过进一步的实验，科学家们也许可以测量在典型的家庭环境中可能发生的不良氧化反应的数量，有可能回答一些健康问题。
