综述：人造玻璃纤维(MMVF)/合成玻璃纤维(SVF)的生物持久性：从动物模型到无细胞测试的进展

这篇综述深入探讨了人造玻璃纤维（MMVF/SVF）的生物持久性（biopersistence）评估方法，强调其理化特性（如直径、长度和耐久性）与吸入毒性的关联。文章系统比较了传统动物模型与新兴无细胞测试（如静态溶解和连续流系统）的优劣，提出通过体外溶解速率（Kdis）预测体内清除半衰期（WT1/2）的策略，为减少动物实验并符合REACH法规要求提供了科学依据。

　　

引言

人造玻璃纤维（MMVF）或合成玻璃纤维（SVF）因其优异的隔热隔音性能广泛应用于建筑材料。这类非晶态无机纤维的化学组成多样，包括玻璃棉、岩棉、矿渣棉等。早期研究认为其可能引发呼吸道疾病，但后续发现纤维的物理化学特性（尤其是生物持久性）是决定毒性的关键因素。纤维毒性的"3D原则"——剂量（dose）、尺寸（dimension）和耐久性（durability）中，生物持久性（biopersistence）通过影响纤维在肺部的滞留时间，成为慢性毒性的核心调控因子。

纤维生物持久性与毒性机制

纤维在肺泡区的命运取决于两种清除机制：

1. 物理清除：短纤维（<5μm）可被肺泡巨噬细胞吞噬并通过粘液纤毛 escalator 排出；
2. 化学溶解：长纤维（>20μm）因" frustrated phagocytosis"（受挫吞噬）难以被清除，但可通过溶解或断裂转化为短纤维。

实验数据表明，加权半衰期（WT_1/2）>40天的纤维易诱发肺纤维化和肿瘤（如石棉），而高溶解性纤维（如HT岩棉，WT_1/2仅6天）则无显著病理变化。这种差异源于长纤维在肺泡表面液（pH≈7）和巨噬细胞溶酶体（pH 4-6）中的差异溶解行为。例如，低铝含量（Al₂O₃≤5%）的玻璃棉在中性pH溶解快，而高铝岩棉（Al₂O₃≥17%）需酸性环境才能加速溶解。

现行测试方法的局限

欧盟现行标准（EUR 18748 EN）依赖大鼠吸入或气管灌注实验，需60-96只动物/材料，耗时长达12个月。尽管能获得纤维长度特异性清除数据（如>20μm纤维的T_1/2），但存在伦理争议且成本高昂。德国TRGS 905指南仅关注WHO纤维（>5μm），忽略了长纤维的特殊病理意义。

无细胞测试新进展

静态溶解法将纤维浸泡于模拟肺液（如Gamble's溶液），通过元素分析（如Si释放量）或形态学变化评估溶解率。其优势是操作简便，但易因局部饱和导致溶解速率低估。近期USP-4系统的封闭循环设计提升了标准化程度。

连续流系统（CFT）通过恒定流速（0.03-10 mL/min）的模拟液冲刷纤维垫，直接测定溶解速率常数（K_dis，单位ng/cm²/h）。关键参数——流速与表面积比（F/A）需优化至0.1 cm/min以避免饱和效应。单纤维显微观察技术则能直观记录直径缩减过程。