引 言
人们每天在不同的微环境中暴露于MPs，例如家中、办公室、车辆和公共交通工具（巴士、地铁等）。纤维和碎片是空气中最常见的MPs形态，纤维在室内空气环境中占主导地位。室内空气中MPs的来源多种多样，包括家具和建筑材料的碎片，但最常见的来源是衣物、地毯和窗帘中的合成纤维（如尼龙、涤纶）。长期暴露于MPs已成为一个值得关注的问题，迫切需要对其在人体呼吸道（HRT）中的动力学、沉积和清除进行全面调查。
该研究通过改进的ExDoM2剂量学模型，探讨了空气中微塑料（MPs）纤维在人体呼吸道中的沉积和清除机制。研究首次将MPs的物理属性（如尺寸、密度和动态形状因子）整合到模型中，并结合实际环境中的微塑料浓度数据，揭示了不同微环境下人类暴露和MPs清除机制。该方法为理解空气中微塑料对人体健康的危害提供了重要的理论依据，有助于未来健康风险评估的研究发展。
结果简要分析
情景模拟不同长宽比下的沉积分数
文章使用了表格SM1中提供的解剖学和生理学参数。这些参数是所考虑的各组的平均值，因此，文章模拟了纳米纤维在代表性群体中的沉积/清除行为。采用的平均方法首先在组内对个体属性进行平均，然后对一个典型（平均）的个体进行模拟，这种方法应与在组内对多个个体进行模拟并对结果进行平均的方法进行对比。
该研究模拟了不同性别、年龄和活动状态下纳米纤维在人体呼吸道中的沉积分布。结果显示，纤维颗粒的长宽比和粒径是影响沉积分数的关键因素。总体而言，小颗粒更易在呼吸道上部沉积，而大颗粒则在整个呼吸道中均匀分布。此外，年龄和性别也对沉积模式有显著影响，成人的沉积分数高于儿童。
纳米纤维在成人女性鼻呼吸者中的总沉积率（%）范围为基准直径 0.001–10 μm，纵横比为 3、10 和 100，分别在以下四种情境下：(a) 休息状态下，(b) 轻度运动状态下，以及 15 岁儿童的沉积率 (c) 在休息状态下，(d) 轻度运动状态下。
成人男性在鼻呼吸状态下，不同基底直径（0.001-10微米）和长宽比（3、10、100）的纳米纤维总沉积分数（%）：(a) 静息状态下(b) 进行轻度运动时
对HRT（上气道、支气管、肺泡）三个汇总区域分别进行了模拟。在静坐状态下，较长的纤维长度减少了小基底直径粒子（0.001–0.1 μm）在上气道（ET）中的沉积率，而较大基底直径粒子（0.1–10 μm）的沉积率则增加。由于惯性冲击和重力沉降，大直径粒子在ET区域的沉积受到偏好，沉积曲线从0.1 μm起几乎垂直上升，达到100%。
不同基底直径和长短比的颗粒在呼吸道的沉积情况有所不同。较大的颗粒更容易在上气道沉积，而较小且长的颗粒则在肺泡沉积更高。在轻度运动时，由于呼吸频率和空气吸入量的增加，所有呼吸道区域的颗粒沉积率略有上升。
成人男性鼻呼吸者在不同条件下的纤维沉积分数（%），纤维直径范围为0.001–10微米，长宽比为3、10和100：(a) ET/静息状态(b) ET/轻度运动(c) TB/静息状态(d) TB/轻度运动(e) 肺泡/静息状态(f) 肺泡/轻度运动
ExDoM2模型还用于研究基底直径在0.001 μm到10 μm之间、长短比为3、10和100的纤维的保留率。模型研究表明，纤维的保留率受基底直径和长短比的影响。小基底直径纤维（0.001–0.04 μm）保留率随着长短比的增加而增加，长纤维（长短比为100）的保留率显著高于其他尺寸。在0.04–0.5 μm和0.5–10 μm的范围内，保留率保持稳定，但在更大尺寸的颗粒中，保留率会因颗粒穿透能力下降而逐渐降低。
基底直径在0.001–10 μm范围内、长短比为3、10和100的纤维的保留率
不同微环境中的纤维数量和质量剂量
模拟结果表明，纤维的沉积数量在静息状态和轻度运动下有所不同。小颗粒（1 μm）的沉积主要集中在上气道（ET）区域，而较大颗粒（10 μm）几乎完全沉积在ET区域。纤维长度对较小颗粒的沉积分布有影响，长短比的增加会提高沉积数量。在轻度运动期间，沉积的颗粒数量显著增加，主要集中在ET区域。
在不同HRT（上气道ET、支气管TB、肺泡AL）区域中，长短比为3、10和100的非球形颗粒（纳米纤维）的沉积数量剂量。纤维直径为1 μm时的剂量（a）静息状态和（b）轻度运动；纤维直径为10 μm时的剂量（c）静息状态和（d）轻度运动。
不同室内微环境中测量的纤维长短比的箱形图
ExDoM2模拟针对一个处于静息状态的成年男性进行，结果显示，在每个微环境中，纳米纤维主要沉积在上气道（ET）区域：地铁中为97.3%、公交车中为98%、工作场所中为96.2%、家庭中为98.2%（见图a）。因此，在24小时模拟暴露后的最高剂量沉积在ET区域，公交车内沉积为220根纤维，其次是地铁、家庭和工作场所的73根、61根和52根纤维（见图b）。
Torres-Agullo 等（2022）研究中，每个室内微环境下，三大呼吸道区域（HRT）中的（a）纤维沉积率和（b）数量剂量。
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结 论
空气中的微塑料（MPs）被认为是人类的重要暴露危害，尤其是在室内环境中。使用ExDoM2剂量模型对微塑料在人体呼吸道（HRT）中的沉积和清除进行了研究，该模型经过修改以纳入微塑料纤维的沉积和清除。纤维沉积通过其性质如尺寸、密度和动态形状因子来确定的纤维等效气动直径进行计算。模拟场景针对基底直径为1 μm和10 μm的长条形颗粒，以及长短比（纤维长度与基底直径的比值）为3、10和100的情况进行。
建模结果显示，由于大颗粒（纤维圆柱直径 dp > 0.1 μm），最大的纤维沉积发生在胸外区域，而颗粒长度（通过长短比）主要对较小基底直径纤维（dp < 0.1 μm）的沉积产生影响，这些纤维主要沉积在肺泡区域。ExDoM2剂量模型还用于使用不同微环境中微塑料纤维和碎片浓度的实验数据计算HRT中的纤维沉积。在24小时暴露后，最高沉积剂量（220根纤维）是在纤维浓度最高的微环境（公交车）中计算得出的（17.3 ± 2.4 根/立方米）。在清除后，平均沉积纤维质量的66.4%通过粘液纤毛清除转移到食道，32.6%留在呼吸道，1%进入血液，而非常小的一部分（0.0004%）转移到淋巴结。
