Quaternary Ammonium Compounds in Paired Samples of Blood and Indoor Dust from the United States
美国血液和室内灰尘配对样本中的季铵化合物
第一作者：胡敏 南方科技大学
通讯作者：郑国贸 南方科技大学 Amina Salamova Emory University
QACs是一种合成化学品，用于抗菌剂、表面活性剂、防腐剂、抗静电剂和软化剂以及分散剂，包括消毒剂、个人护理和害虫防治产品。由于这些产品在室内的普遍使用，特别是由于新冠肺炎大流行期间消毒剂的使用增加，QAC在室内环境中无处不在，造成了广泛的人类暴露。因此，在美国、欧洲和中国的家庭室内灰尘中检测到了QAC，浓度范围为13.1至58.9μg/g。此外，在人体血液和粪便中检测到QAC，在尿液中发现了羧化和羟基化的QAC代谢物。然而，对QAC的生物监测仍处于起步阶段，尚未确定反映内部QAC暴露的全身负担的最合适的生物监测矩阵。此外，目前尚不清楚导致人类整体暴露的最重要的暴露途径是什么。
相对源贡献（RSC）是确定感兴趣的化学品或试剂的特定暴露途径/途径的重要性的关键因素，以确保总暴露量不超过既定的健康保护参考剂量（RfD）或阈值水平。RSC可以通过直接评估所有已知的人类接触途径来估算，如吸入、摄入或皮肤吸收；然而，这种方法可能会忽视研究较少的暴露途径的潜在贡献，例如口咽介导的摄入（通过手到嘴的接触）。 由于在某些情况下，对所有可能的暴露途径的评估可能是一个限制性步骤，建议使用稳健的药代动力学模型从内部剂量进行反向计算，以更准确地反映多个途径的总暴露量。
PROTEX（PROduction To EXposure）是一个综合的命运和暴露模型，已成功应用于将室内环境中的暴露水平与多氯联苯、短链氯化石蜡以及QAC的内部水平联系起来。 这一创新模型支持通过多种暴露途径（例如，口腔介导的摄入[化学结合的灰尘和化学残留物]、皮肤吸收、吸入和饮食摄入）以及各种体液（如血清和尿液）中的浓度对人体摄入和吸收剂量进行机制模拟。QACs在室内灰尘中的广泛存在强调了评估灰尘摄入作为这些化学物质整体暴露的潜在暴露途径的重要性。本研究使用PROTEX模型，根据匹配的粉尘血液样本的浓度数据，估算粉尘摄入对QAC体内负荷的贡献。这项研究将环境和生物监测与先进的建模相结合，为理解通过粉尘摄入接触QAC的风险提供了一个强有力的框架。
在51-100%的粉尘样本中检测到μg/g浓度水平的QACs。∑QAC在0.613至427μg/g之间（中位数为56.9μg/g）。这些样本中测量的∑QAC浓度与2020年6月在印第安纳州不同队列收集的粉尘样本中检测到的浓度相当（中位数58.9μg/g）。 然而，本研究中发现的QAC水平比比利时家庭灰尘中的水平高出约4倍（中位数14.7μg/g），这可能是由于两国之间使用QAC的差异。欧盟已禁止在洗手液和沐浴露中使用BAC，目前正在评估几种QAC的安全性，包括清洁产品和防腐剂中的C12-C18 BAC和C12-C14 DADMAC，而在美国，QAC被批准用于个人护理、消毒和清洁产品以及其他消费品。C12和C14 BAC、C10-DADMAC和C10和C16 ATMAC是最丰富的QAC，它们共同构成了∑QAC浓度的80%以上。BAC是粉尘样本中检测到的主要QAC。不同研究中发现的这些类似模式表明，室内环境中的QAC污染可能来自类似的来源，如之前的研究所证明的消毒产品的使用。
除C8-ATMAC外，所有QACs均在血清样本中检测到，50%以上的样本中发现了9个QACs。血清∑QAC浓度范围为0.817至30.2 ng/mL，中位浓度为3.66 ng/mL。这些浓度与美国印第安纳州两个不同队列的血清样本中发现的浓度相当。BAC是血清中检测到的最丰富的QAC组，其次是ATMAC。DADMACS的含量较低，仅占∑QAC浓度的0.5%。三种QAC组在血清中的分布与在粉尘中的分布不同（图1）。血清中的这种分布与我们之前的发现一致，DADMAC在血清∑QAC浓度中只占一小部分。 之前的毒代动力学动物研究报告称，DADMAC在摄入后48小时内未被粪便吸收，这为血清中DADMAC水平低提供了可能的解释。C12-和C14 BAC和C14-ATMAC占血清∑QAC浓度的20-32%。我们之前的研究表明，C12-和C14-QAC倾向于在血液中积累，因为它们与血清蛋白的结合亲和力很强，与其他QAC同源物相比代谢相对较慢。
在成对的灰尘和血液样本中，未发现个体或总QAC浓度之间存在显著关联。如上所述，粉尘摄入的估计RSC占QAC身体负担的不到1%，这可能解释了血液和粉尘浓度之间缺乏显著关联。此外，这些结果也可能是由于QACs的生物利用度低。关于QAC的毒代动力学和生物监测的数据非常有限，这需要更多的研究来确定反映人类QAC总暴露量的最合适的生物监测矩阵。同时，对血清、尿液和粪便的分析可以相互补充，提供有关QACs生物累积及其排泄途径的信息。
超过一半的参与者表示，他们经常在家中使用含有QAC的消毒产品。其中41%的人表示每周消毒一次以上，其中78%的人使用消毒喷雾，其余的人使用湿巾。总体而言，使用含QAC消毒剂的家庭的灰尘中∑QAC浓度中位数明显高于使用不含QAC的消毒剂或根本不消毒的家庭。消毒频率较高（每周超过一次）的房屋∑QAC粉尘浓度明显高于消毒频率较低。此外，与使用湿巾的家庭相比，使用消毒喷雾的家庭灰尘中∑QAC浓度的中位数更高，尽管这种差异在统计学上并不显著。血清QAC浓度与人口统计学和行为特征之间没有显著关系。
Strengths and Limitations
这项研究有几个局限性。首先，这项研究从有限的地理区域收集的样本量有限，可能无法代表美国的一般人口。其次，该研究主要关注粉尘摄入，而其他重要的应用后暴露途径，如饮食摄入和皮肤接触，以及应用中的暴露途径，例如喷涂清洁产品时的吸入，已被证明是人类接触QAC的潜在途径。因此，在这项研究中，对QAC的暴露可能被低估了。未考虑可能影响QAC粉尘浓度的其他潜在混杂因素（如通风和房屋大小）。 只收集了血液样本，没有更适合QAC暴露的生物监测基质的尿液和粪便样本。最后，PROTEX模型的算法和参数化存在不确定性。虽然中性疏水性有机化学品的物理化学性质得到了很好的表征，但对于研究较少的可电离和极性有机化学品，如QACs，这些化学品具有高度亲水性和永久带电性，这方面的知识是有限的。这些化学物质在与室内环境中的极性储库以及与人体中的带电蛋白质和磷脂相互作用方面的行为差异尚不清楚。此外，我们目前的建模工作依赖于代表美国普通人群集中趋势值的生理和行为参数，这可能无法完全反映我们研究中抽样人群的具体特征。
尽管如此，这是第一项研究配对灰尘和血清样本中多个QAC之间关系的研究。我们的研究结果表明，QAC在室内环境中无处不在，室内灰尘的水平取决于产品的使用。然而，粉尘中QACs的浓度和产品使用与血液水平之间缺乏相关性，这表明除粉尘摄入以外的因素和途径可能会影响这些化合物的身体负担。值得对QACs的暴露途径、毒代动力学和生物监测进行进一步研究。
