21 / 2025-03-04 09:07:12

气溶胶的毒性动力学框架：从大气到人体内毒性变化的机制探索

气溶胶毒性，大气污染，生物可利用浓度，环境健康

暴露于大气气溶胶威胁着人类健康，且此问题在全球范围内仍未得到有效解决。气溶胶的毒性在很大程度上取决于化学和生物组分，它们在大气转化过程、人体吸入、分布、代谢和排泄过程中的浓度会不断变化。尽管以往对气溶胶静态的组成及其毒性效应进行了大量研究，但成分浓度的动态变化以及从空气到人体的相关生物效应仍不清楚。在此，我们提出了一个概念性的毒性动力学框架，根据大气中不断变化的气溶胶成分的体积浓度，以数学方法推导出生物可利用浓度。在此，“生物可利用浓度”被定义为可与生物体相互作用并产生生物效应的那部分气溶胶组分的浓度。概念方程依次描述了具有代表性的大气转化（例如溶解、氧化还原反应和生物降解等过程）、颗粒物穿越气血屏障的过程以及生物转化（包括分布、代谢和排泄）。从可被生物利用的离子到可代谢的低分子质量的有机物，再到可刺激免疫系统识别和清除的生物活性成分，不同的成分经历的基于生理的毒代动力学过程各异。根据各组分的生物可利用浓度和各种生物标志物，可通过毒效动力学模型进一步预测单组分或多组分混合物的特定生物效应。尽管此理论框架仍需进一步完善和复杂化，它们仍有弥补气溶胶总体浓度与人体健康结果预测之间差距的潜力，进而能够推动为每种有毒组分制定更精确的、基于风险的指导原则。此外，从吸入角度进行的预测提供了定量的贡献，以进一步与嗅球-大脑、皮肤和胃肠道等综合暴露途径的暴露体（exposome）联系起来。本摘要提倡未来研究应着重将量化不良后果路径（qAOPs）整合应用于暴露-疾病模型，而后与流行病学数据进行交叉验证，这将为空气质量决策和公共卫生管理提供有力的证据。未来也应更新更多关于确定微生物组在环境空气和人体中功能作用的数据，以进一步提高该概念框架的有效性和适用性。