香水会削弱“人体氧化场”？Science子刊揭个护产品对羟基自由基生成的影响

当人体皮肤暴露在含有臭氧（O₃）的室内空气中时，会与皮脂成分发生反应，生成被称为羟基自由基（OH）的高度反应性化学物种。它们是大气化学中“清道夫”般的存在，能够氧化多种有机污染物。近年来的研究发现，人在室内环境中可自发形成一个环绕全身的“氧化场”，而这可能对个人暴露和空间空气质量产生深远影响……

 

5 月 21日 ，刊登于《Science Advances》的一项国际合作研究发现，个人护理产品中的某些成分——如香水中的乙醇与护肤品中的苯氧乙醇，可能会削弱人体氧化场。

 

 

这意味着，人们日常使用的个护产品，可能已在无意中改变了身边的空气化学状态。

 

 

 

Part 1

人体氧化场？

皮肤与空气之间的化学反应

 

近年来，室内空气化学研究的重心逐步从建筑材料和外源污染转向了人体自身的排放。人类并非被动的空气污染接受者，而是活跃的化学反应参与者。

 

2022 年，德国马克斯·普朗克化学研究所（Max Planck Institute for Chemistry）的研究团队首次提出“人体氧化场”（personal oxidation field）这一概念，并通过实验观察到，当臭氧浓度适中时，人类皮肤表面的天然脂质，尤其是角鲨烯，会与臭氧发生快速反应，生成一系列中间产物，其中包括羟基自由基（OH）。

 

 

羟基自由基是大气化学中最具反应活性的物种之一，其反应速率普遍高于臭氧，能够与多种挥发性有机化合物（VOCs）反应，形成氧化产物。这些氧化反应不仅改变了空气中污染物的存在形式，还会影响其在人体内的沉积行为与健康影响。

 

在室内环境中，由于空气流动速度慢、空间密闭，围绕人体形成的 OH 浓度梯度更为显著。这种“人体氧化场”被认为对呼吸区的局部空气质量具有重要影响。

 

一项由德国马克斯-普朗克化学研究所大气化学部的 Nora Zannoni 等研究者主导的研究显示，在一个约 22.5 m³ 的实验舱中，仅由 1 名志愿者在 O₃ 浓度为 35 ppb 的条件下，即可产生约 2 × 10⁵ 个 OH 分子 cm⁻³，这一数值与部分城市户外环境相当。

 

该实验使用了“稳态法”（steady-state method）估算室内 OH 浓度，通过臭氧反应生成 OH 的速率与所有可与 OH 反应的物质所决定的总 OH 反应活性（OH reactivity）之间的平衡关系，推算出最终 OH 浓度。这种方法尤其适用于测定难以直接采样的短寿命物种，已成为当前室内空气化学研究中的标准手段之一。

 

这项研究还进一步模拟了 OH 在人体周围的空间分布特征。

 

通过计算流体力学（CFD）模型发现，OH 浓度最高值通常出现在靠近地面（臭氧输入口附近）以及人体胸前区域，而呼吸区（鼻部附近）浓度通常约为室内平均值的 2.8 倍。这意味着，我们吸入的空气，其化学状态很大程度上受我们自身生理过程及其被干扰程度所决定。

 

这一发现为评估室内空气中挥发性化合物（特别是与皮肤接触或呼吸吸入相关的物质）提供了新的视角。也正因如此，当护肤品与香水进入这一体系时，其影响值得仔细考量。

 

 

Part 2

护肤品与香水

会如何改变这一氧化机制？

 

在人体氧化场这一自然反应系统中，个人护理产品扮演了新的化学变量。

 

为了系统评估它们对 OH 生成机制的影响，据了解，论文的共同通讯作者之一、加州大学欧文分校（UC Irvine）化学教授 Manabu Shiraiwa 主导开发的多相化学动力学模型，对不同组分在室内空间中的反应与输运行为进行了动态模拟。

 

图：加州大学欧文分校化学教授 Manabu Shiraiwa

 

研究团队设计了两组对照实验，分别测试了无香护肤乳液和含典型香氛成分的香水在人体皮肤上的实际影响。

 

实验在丹麦技术大学的气候控制舱内进行，参与者为 4 名青年志愿者，在控制臭氧浓度（约 40-45 ppb）与通风速率（2.9 次/h）的条件下，分别测试不使用 PCP、使用乳液、使用香水，以及两者叠加的情况。

 

 

 

护肤乳液的作用机制：

稀释与阻隔

 

实验使用的无香护肤乳液含有典型的脂肪酸类基础油（如油菜籽油、乳木果脂、霍霍巴籽油）以及苯氧乙醇作为防腐成分。

 

研究发现，在志愿者进入舱体前 5-7 分钟均匀涂抹乳液后，人体表面羟基自由基生成量显著下降。

 

机制可归结为两个层面——

 

首先，乳液覆盖皮肤后，会稀释皮肤表面脂质层（尤其是含双键的角鲨烯），使得臭氧与其反应生成 6-MHO（一种关键 OH 前体分子）等产物的路径被削弱。实验中，6-MHO 浓度相较于不使用乳液的基准条件下降了 34%。

 

其次，乳液中挥发性成分苯氧乙醇本身是一种 OH 的高反应性捕获剂。在暴露后约 30 分钟内，其气相浓度可达 30 ppb，约占室内总 OH 反应活性的 54%。这意味着，虽然乳液本身不释放可生成 OH 的物质，但却大幅提升了 OH 的损耗速率，降低了室内稳态 OH 浓度（下降幅度可达 30%-140%）。

 

图：护肤乳液对人体氧化场的影响实验结果。使用无香乳液后，苯氧乙醇浓度（B）上升，6-MHO 浓度（C）下降，OH 浓度（D）显著低于无乳液条件（蓝线）。图中红色为实测值，黑色为基于气体数据计算结果，蓝色为模拟结果，青色为无使用乳液的模拟条件。数据反映出乳液通过成分释放与表皮反应阻断双重机制显著抑制了 OH 的生成

 

 

 

 

香水的短时强扰动：

乙醇主导的 OH 捕获效应

 

相比乳液的持续性释放，香水的扰动则更为剧烈且短暂。

 

实验选用市售香水（Calvin Klein 的 “ck one”）作为测试对象，施用部位为两位志愿者双手背部。香水主要含有香精（如柠檬烯、β-蒎烯等）与乙醇作为溶剂。

 

 

实验发现，香水施用后室内乙醇浓度飙升至 3.7 ppm，而单萜类香精（主要是柠烯）仅约 10.6 ppb。

 

由于乙醇不含双键，不能通过臭氧反应生成 OH，反而与 OH 快速反应，形成强 OH 捕获效应。在香水喷洒后 1 分钟内，OH 浓度下降幅度达到 86%。

 

值得注意的是，虽然香精中的萜类理论上可以生成 OH，但在真实使用情境中，其释放量远低于乙醇，且存在于空气中的时间也更短。

 

模型分析指出，乙醇占香水释放挥发物质的 99% 以上，这使其成为主导 OH 浓度变化的关键成分。

 

图：香水使用前施用对人体氧化场的影响实验。图中乙醇浓度（B）与单萜类香精（C）释放曲线表明香水中挥发性组分以乙醇为主。OH 浓度（D）相较于未使用香水条件明显下降，短时间内形成强 OH 捕获效应。说明香水对氧化场的抑制主要由乙醇所致

 

 

双重应用的复合效应：

快速与持续的扰动叠加

 

当志愿者同时使用香水与乳液时，研究人员发现两者扰动机制并非线性叠加，而是时间维度上的接力——香水在最初几十秒内主导 OH 的快速消耗，而乳液通过更稳定的成分释放，在随后数小时内维持对 OH 生成路径的持续压制。这种动态干预的特性，在实际室内空间中可能导致长期暴露模式的变化。

 

图：香水在密闭舱体内当场喷洒的实验结果。与上面的香水使用前施用对人体氧化场的影响实验图相比，OH 反应活性（A）和乙醇浓度（B）在施用瞬间显著飙升，OH 浓度（D）急剧下降，反应更为强烈。进一步强调香水的扰动作用具有时间集中性，尤其在密闭空间中喷洒时影响更为显著

 

 

Part 3

配方需考虑“空间”

室内空气质量的新变量？

 

这项研究所揭示的，不仅是护肤乳液和香水对人体氧化场的即时化学影响，更为整个个护产品行业提出了一个值得关注的命题——在高度密闭、空气交换率偏低的现代室内环境中，产品配方是否应考虑“空气相容性”？

 

传统意义上，个护产品设计强调皮肤接触的安全性、皮肤屏障功能、肤感体验与气味持久性。

 

然而，这项新实验显示，这些产品中挥发性成分一旦释放，不再仅作用于皮肤，而是在几分钟内迅速扩散至人体周围空气中，并参与氧化反应。计算流体力学（CFD）模拟显示，挥发物浓度在人体胸部、呼吸区的局部聚集可达室内平均值的 2 至 10 倍，成为室内空气中主要的 OH 反应物。

 

这种变化意味着，香水与护肤品不再只是“个人行为”的延伸，而是空间空气化学结构的参与者，影响的不只是佩戴者自身，也可能对周围人员造成“共享式暴露”。

 

在研究中发挥主导作用的，是往往被视为“载体”的乙醇与苯氧乙醇。尽管它们在产品设计中承担溶解、抗菌、渗透促进等功能，但其强 OH 捕获能力表明，它们在室内空气中的化学行为不可忽视。

 

这对香氛产品提出了更高要求。研究团队进一步模拟了单一成分香氛（仅含芳樟醇不含乙醇）的释放情境。结果显示：芳樟醇与臭氧反应可生成 OH，其对整体 OH 浓度影响较小（<10%），没有显著抑制作用。这说明，若能减少乙醇等载体浓度，选择反应路径更清晰、影响可控的香氛原料，有望在维持嗅觉体验的同时减小对氧化场的干扰。

 

图：仅含芳樟醇的香水模拟结果显示：尽管芳樟醇对 OH 反应性有所提升（A），但其与臭氧反应也可生成 OH，因而整体 OH 浓度（C）下降幅度小于 10%。相比乙醇主导的香氛配方，芳樟醇本身对氧化场干扰较小，提示香氛组分结构在空气化学中的关键作用

 

此外，近年来，“Clean Beauty”（纯净美妆）作为行业热点，广泛关注成分来源、安全性与可持续性。而本研究则提示行业，所谓“纯净”，不应仅停留在对皮肤无害，更应延伸至“空气中的化学命运”。

 

尤其在高密度人群室内空间，如办公楼、公共交通、健身房、母婴场所，个护产品的气相成分可能与空间构造、通风系统形成复杂交互，对个体健康暴露、化学感受性群体（如儿童、哮喘患者）构成长期影响。

 

图：应用护肤乳液与香水后，人体周围空间内 OH 反应活性与关键化学物种浓度的空间分布。图中红色区域表明 OH 反应最活跃的区域集中在胸前与头部上方（呼吸区），表明这些部位的空气组成受到产品释放组分显著影响，最高浓度可达周围空气 2–10 倍

 

与其说这是对产品开发的警示，不如说是对配方工程提出的下一道题——当我们重新定义“温和”“安全”“低敏”时，是否也应将“空气友好性”纳入考量？

 

尤其对于香水、护肤品、头发造型类产品的研发人员而言，这项研究带来两项重要启示——

 

一是应更系统性评估挥发组分在室内空气中的动力学行为；

 

二是应探索在保持产品功效的同时，降低对人体氧化机制的负面干扰，尤其是高反应性溶剂的配方替代策略。

 

个护产品与“健康生活方式”之间联系的日益紧密，消费者不再满足于对“成分表”的理解，而是逐渐关注产品对身体与环境更深层次的互动。这项“人体氧化场”的新研究为行业提供了一个前沿但稳健的研究样本——在皮肤表面之外，空气也是我们应当认真对待的“使用场景”。

 

 

参考资料：

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.

 

来源：

作者：John Xie