引言
1.1 氰基丙烯酸酯的历史演变
氰基丙烯酸酯粘合剂经历了从工业胶粘剂到医疗级产品的重大转变。1998年，美国食品药品监督管理局（FDA）批准了2-辛基氰基丙烯酸酯（2-OCA，商品名Dermabond）用于皮肤表面闭合。然而，其初始的510(k)申请数据显示，使用Dermabond治疗的患者疑似感染率（3.6%）高于两个缝合对照组（0.9%和1.2%）。2012年，一种网状增强粘合系统Dermabond Prineo被引入，它将浸有苯扎氯铵催化剂的聚酯网与2-OCA粘合剂笔式涂药器相结合。大量的临床证据已将这些粘合剂的使用与严重不良事件联系起来，其中最显著的是过敏性接触性皮炎（ACD），这是一种可导致水疱大疱反应、系统性红斑和手术部位感染（SSI）风险增加的IV型超敏反应。
1.2 氰基丙烯酸酯的配方
所有氰基丙烯酸酯都具有共同的化学通式CH2=C(CN)CO2R，其中可变的烷基侧链R决定了强度、柔韧性、固化时间和毒性等属性。在接触阴离子（通常是水分）后，氰基丙烯酸酯通过放热反应快速聚合形成聚氰基丙烯酸酯刚性网络。用于工业应用的短链氰基丙烯酸乙酯在10秒内固化，但会产生脆性薄膜并释放大量不适合人类皮肤的甲醛。具有更长碳链的2-辛基氰基丙烯酸酯（2-OCA）允许更慢的聚合（60–90秒），提高了柔韧性，并比早期的工业配方减少了甲醛释放。
1.3 氰基丙烯酸酯的聚合与化学降解途径
氰基丙烯酸酯的聚合和随后的降解通过不同的化学途径发生。粘合剂应用后，最容易获得的阴离子水会中和酸稳定剂，攻击单体并引发一连串的放热反应，每个单体随后攻击下一个，快速形成聚合物网络，如图1A所示。在降解过程中，聚合物可以发生水解断裂，随后进行逆缩合反应，如图1B所示，生成氰基乙酸酯和甲醛。作为一种过敏原和致癌物，甲醛在皮肤表面直接形成，其生成主要通过两个主要过程：i) 任何未反应单体的分解，以及 ii) 聚合物本身的逐渐降解。2-OCA网片系统的几种成分和降解产物可能导致过敏性或刺激性接触性皮炎，包括氰基丙烯酸酯单体、（甲基）丙烯酸酯、染料、苯扎氯铵和甲醛。尽管氰基丙烯酸酯单体作为主要致敏物的作用已有充分描述，但甲醛作为共同致敏物或刺激物的贡献仍不确定。甲醛是一种在普通斑贴试验人群中已确立的接触性过敏原，具有较低的激发阈值，并且在2-OCA聚合和降解时直接在皮肤-粘合剂界面产生。因此，量化2-OCA网片系统的甲醛释放解决了当前文献中的一个重要空白。
1.4 毒性与过敏性接触性皮炎
过敏性接触性皮炎（ACD）是一种迟发型（IV型）超敏反应，由T细胞和其他免疫介质的激活引发。氰基丙烯酸酯单体和甲醛等降解产物可以与皮肤蛋白质结合，形成半抗原，被巨噬细胞等抗原呈递细胞摄取，最终引发局部炎症性免疫反应。此外，甲醛被国际癌症研究机构（IARC）列为1类致癌物，通过任何暴露方式对细胞健康（如遗传毒性和细胞凋亡）都表现出有害影响。甲醛诱发ACD的人体激发阈值较低。在甲醛致敏患者的封闭斑贴试验研究中，报告的无观察不良反应水平（NOAEL）约为1.5 μg/cm2，最低观察不良反应水平（LOAEL）为7.5 μg/cm2，另一项研究则报告了4.5 μg/cm2的LOAEL。这些值共同定义了致敏个体约4.5–7.5 μg/cm2的激发范围。尽管甲醛在开放性皮肤上易挥发，但2-辛基氰基丙烯酸酯粘合剂在应用后几分钟内会固化成固体薄膜结构，从而限制了向外的散失，并将暴露集中在皮肤界面。因此，封闭斑贴试验阈值是进行临床比较的相关基准。美国环境保护署（EPA）的监管评估结合了这些人体数据、动物证据和安全系数，得出了保守的健康保护性皮肤负荷基准1 μg/cm2。本研究即使用这些参考范围来评估模拟的皮肤暴露。除了皮肤暴露，美国国家职业安全卫生研究所（NIOSH）建议的空气中甲醛限值为0.016 ppm，这是本研究的吸入基准。
材料与方法
2.1 测试材料
微室测试由环境健康中心委托，并由应用技术服务公司独立进行，遵循ASTM D7706和NIOSH方法2016。准备并评估了两个重复的4 × 4厘米2-OCA网片样品。DRM001 Dermabond Prineo皮肤闭合系统包含浸有苯扎氯铵的聚酯网和装有2-OCA粘合剂的独立涂药器，测试前保持其原始无菌包装。为适应微室尺寸，从较大的完整样品中裁出4 × 4厘米的网片。在每片网段上涂上一层薄薄的2-OCA粘合剂，符合标准临床实践。所有组件在组装前均进行称重。通过将去离子水添加到温度可控的微室中的铝盘中，启动聚合和甲醛释放。
2.2 微室布置
甲醛释放量在一个30升的微室中量化，在受控条件下（25°C，1个大气压，1 h-1空气交换）进行整个测试。排放采样遵循ASTM D7706指南，概述了室内材料中挥发性有机化合物的筛查技术。以恒定流量引入清洁空气以允许脱气。甲醛捕获采用NIOSH方法2016中的2,4-二硝基苯肼（DNPH）涂层硅胶采样管，并通过高效液相色谱（HPLC）-紫外检测法测量。受控气流将甲醛带入与DNPH接触，发生反应并产生稳定的衍生物，然后通过色谱法定量。排放样本采集时间超过2小时。
2.3 放大与暴露模型
16 cm2样品的属性按比例放大到临床实践中使用的全尺寸2-OCA网片系统的表面积。每种尺寸（22 × 4厘米，60 × 2厘米，42 × 4厘米）分别对应5.5、7.5和10.5倍的增加，用于估算相应的网片和2-OCA质量。所有计算均在两个样品上重复，然后取平均值。
皮肤表面甲醛浓度基于质量排放量与已知表面积的比率进行估算，以计算皮肤负荷。表面密度（D）计算为m/A，其中m是甲醛质量（微克），A是面积（平方厘米）。该模型假设粘合剂表面均匀释放，皮肤完全接触，并且甲醛随时间积累。由于2-辛基氰基丙烯酸酯快速聚合成固体薄膜，界面可能表现为一个封闭的微环境，限制了向外的挥发。为了保守地考虑甲醛潜在的向外损失（例如，固化过程中从边缘或外表面扩散），我们还报告了一个保留分数敏感性案例，假设50%的生成甲醛对皮肤界面负荷有贡献。
我们将2小时的微室测量结果延长至48小时，然后至7、10和14天，这是基于Pascual等人报告的氰基丙烯酸酯粘合剂的排放动力学，其中累积甲醛释放从0到38天被跟踪，并在早期持续呈近似线性增加，正丁基氰基丙烯酸酯在第38天仍在线性上升。为了研究一个更保守的情况，即初始固化期后排放减慢，我们模拟了一个场景，其中2小时的通量在48小时内保持不变，然后在剩余的佩戴时间内减少50%。在30升、1 h-1的微室中测量的空气中甲醛浓度被归一化到粘合剂表面积。我们没有像在通风室中那样将浓度随时间线性外推，因为浓度会达到一个由排放速率、室体积和通风决定的稳态。最终浓度（μg/m3）使用理想气体定律和标准温度压力（25°C，1个大气压）下甲醛的特定常数转换为百万分率（ppm）：摩尔体积24.45升/摩尔，摩尔质量30.03克/摩尔。
结果
3.1 粘合剂网片系统的甲醛排放
在两个重复的4 × 4厘米（16 cm2）2-OCA网片样品中，总样品质量为0.30–0.31克，微室测试产生的甲醛浓度分别为4.3和4.7 μg/m3，质量归一化排放量分别为2.5和2.9 μg/g样品。因此，两个样品平均每克材料释放2.7微克甲醛，对应于每个16 cm2样品约0.8微克总甲醛，平均2小时表面密度为0.05 μg/cm2。
3.2 放大后的2-辛基氰基丙烯酸酯与聚酯网片的皮肤甲醛负荷
这些标准化结果随后被放大到全尺寸2-OCA网片系统尺寸（22 × 4厘米，60 × 2厘米，42 × 4厘米），这些尺寸保持了相似的每单位面积粘合剂质量，因此也具有相似的2小时表面密度（所有配置均为0.05 μg/cm2）。由于皮肤负荷是按单位面积表示的，模型计算的剂量在不同尺寸之间仅略有不同；因此，我们报告42 × 4厘米系统的值作为代表性的上限。在恒定通量模型下（即2小时通量在整个佩戴期间保持不变），该配置的累积皮肤剂量在48小时时达到1.16–1.31 μg/cm2，已经超过了1 μg/cm2的EPA健康保护基准。到第7、10和14天，基于平均2小时表面密度的模型剂量分别增加到约4.2、6.0和8.4 μg/cm2，导致暴露量超过4.5–7.5 μg/cm2的激发范围（图3A）。在更保守的模型中（初始通量保持48小时，然后减少50%），42 × 4厘米系统的累积表面密度在第7天为2.7 μg/cm2，第10天为3.6 μg/cm2，第14天为4.8 μg/cm2，比EPA健康保护水平高出约3-5倍，并且在第14天仍高于人体斑贴试验中观察到的最低激发剂量4.5 μg/cm2。在考虑非封闭潜在挥发的50%保留分数敏感性情况下，14天皮肤界面负荷为4.2 μg/cm2（恒定通量）和2.4 μg/cm2（通量减半）。这些值仍比EPA 1 μg/cm2基准高出2.4-4.2倍（图3B）。
3.3 放大后的2-辛基氰基丙烯酸酯与聚酯网片的空气甲醛负荷
平均模型计算的空气中甲醛浓度超过了NIOSH推荐暴露限值（REL）0.016 ppm约1.25–2.41倍，对于22 × 4厘米、60 × 2厘米和42 × 4厘米配置，平均预测水平分别为0.020、0.0275和0.0385 ppm（图3C）。在重复运行中，22 × 4厘米配置的2小时浓度范围为0.019–0.021 ppm，60 × 2厘米配置为0.026–0.029 ppm，42 × 4厘米配置为0.037–0.040 ppm。
讨论
4.1 皮肤与气态甲醛排放
本研究中，所有2-OCA网片粘合系统的模型皮肤甲醛剂量都大大超过了通常认为对致敏皮肤可接受的水平。在恒定通量假设下，14天表面密度达到约8.4 μg/cm2，比EPA监管风险评估中使用的健康保护性皮肤负荷1 μg/cm2高出约八倍，并且高于4.5–7.5 μg/cm2的人体激发范围。即使在更保守的场景下，模型计算的14天剂量达到4.8 μg/cm2，比EPA健康保护基准高出近五倍，且刚刚高于人体最低激发剂量4.5 μg/cm2。这些发现表明，在典型的7-14天佩戴期内，2-OCA网片系统可以在伤口表面产生持续的甲醛负担，不仅远高于EPA的健康保护水平，而且达到或进入了甲醛过敏患者的人体激发带。由于甲醛是IV型超敏反应的有力诱因，即使皮肤暴露的微小增加也可能显著提高过敏性接触性皮炎（ACD）的风险。在常规临床实践中，临床医生可能将2-OCA网片系统应用于身体相同或不同的区域，可能导致甲醛的累积暴露，并增加局部或全身过敏反应的风险。除了在粘合剂-皮肤界面的持续积累外，甲醛也从粘合剂-空气界面释放到周围环境中，通过吸入创造了第二个暴露途径。在我们的30升微室中，放大系统中的平均2小时空气浓度为0.020–0.0385 ppm，对应于NIOSH推荐暴露限值0.016 ppm的约1.25–2.41倍。最大系统中的峰值高达0.040 ppm，并与报告导致医院工作人员出现症状的浓度（0.019 ppm）有重叠。这种蒸气可以迁移到患者或提供者的呼吸区，在早期佩戴或粘合剂应用期间产生持续的吸入共同暴露。
重复开放应用试验（ROAT）提供了一个有用的比较点，因为它们代表了甲醛挥发的影响。在一项双盲ROAT研究中，将约0.1克2000 ppm的甲醛保湿霜每天两次涂抹在5 × 5厘米区域（每次应用负荷为8 μg/cm2），持续最多4周，17名甲醛敏感参与者中有9人出现湿疹样反应，而对照组则没有。在我们最保守的假设下（48小时后通量减半，且只有50%保留在皮肤界面），模型计算的14天粘合剂甲醛负荷2.4–4.2 μg/cm2大约相当于半个单次ROAT应用当量。这表明，即使假设有大量向外损失，临床上有意义的甲醛负担仍可能持续存在于皮肤-粘合剂界面。
4.2 安全性与预防
反复接触2-OCA与过敏性接触性皮炎（ACD）发病率增加密切相关，这与迟发型（IV型）超敏反应机制一致。在一项包含234例小儿骨科手术的前瞻性队列研究中，首次使用Dermabond后ACD发生率为12%。在随后再次接触2-OCA的儿童中，发病率上升至21%，反映出75%的相对增长。在髋膝关节置换术患者的前瞻性研究中，先前未接触过聚酯网和2-OCA粘合剂的患者ACD发生率为1.9%，而先前接触过的患者为8.1%，这代表了4.3倍的增加。在分阶段双侧全膝关节置换术中效果最为显著，ACD发生率从首次未接触手术后的1%上升到第二次再次接触膝关节后的22%，代表了22倍的增加。
这种相同的致敏途径超出了临床再接触的范围。氰基丙烯酸酯广泛用于消费品，包括家用强力胶、模型胶、快干底漆以及用于人造指甲和睫毛的化妆品粘合剂。与这些产品的社区接触同样可以启动记忆T细胞反应。Sato等人描述的一个病例中，一名24岁女性在使用Dermabond后发生ACD，数月后又对商业睫毛粘合剂和家用胶水出现类似反应。
湿度是影响2-OCA固化的另一个关键因素，因为水是引发阴离子聚合的亲核试剂。在低湿度环境中，聚合减慢，导致与未反应单体的皮肤接触时间延长，并增加了甲醛等降解副产物的生成。Bitterman等人记录了一例使用Dermabond后发生ACD的病例，其反应可能因使用降低环境湿度的空间加热器而加剧。同样，Bowen等人报告了几例与2-OCA相关的ACD病例，集中发生在美国较干旱的州。
Dermabond Prineo等2-OCA网片系统通过苯扎氯铵（一种作为促进剂嵌入聚酯网的季铵盐化合物）放大了这种反应。虽然更快的固化缩短了单体与皮肤的接触时间，但也加剧了放热反应，并可能增加聚合物的热和化学降解，这同样能释放甲醛。最值得注意的是，苯扎氯铵本身是一种已知的刺激物。在梅奥诊所的一项包含2667名患者的斑贴试验系列中，苯扎氯铵是反应率最高的15种过敏原之一，突显了其作为接触性过敏原日益增长的相关性。
4.3 局限性与未来方向
本研究的一个关键限制是甲醛排放是在标准化的微室方案下，在受控的实验室条件下测量的，而不是在人体皮肤上或动态的临床环境中。虽然这种方法提供了一致的气流、温度，并遵循了国家指南，但并未完全捕获由解剖轮廓、伤口渗出液、粘合剂汇集或部分封闭引入的变异性。尽管如此，2小时的DNPH采样窗口是基于既定的NIOSH和ASTM指南有意选择的，以捕获固化后早期的排放速率，此时封闭和敷料相互作用尚未占主导。这种设计使我们能够分离并分别模拟来自皮肤-粘合剂界面（代表网片封闭下的皮肤暴露）和粘合剂-空气界面（代表应用和早期佩戴期间的空气暴露）的甲醛通量。未来的研究应调查应用技术、粘合剂厚度和环境条件的变化如何影响总甲醛暴露，包括皮肤界面和随时间的变化。
结论
本研究首次对Dermabond Prineo皮肤闭合系统的甲醛排放进行了定量评估。在我们的测试中，在典型的14天佩戴期内，估计的皮肤甲醛负荷达到约8.4 μg/cm2，比EPA健康保护基准1 μg/cm2高出约八倍，并高于在甲醛致敏患者中引发反应的4.5–7.5 μg/cm2范围。平均2小时空气浓度0.020–0.0385 ppm超过了NIOSH限值0.016 ppm约1.25–2.41倍。固化过程中释放的甲醛蒸气对患者和医护人员在应用和干燥过程中构成额外的危害，当密封在敷料下时，可创造一个有毒的微环境，加剧整体系统负担。鉴于对氰基丙烯酸酯的致敏通常是通过先前接触医疗粘合剂和广泛使用的消费品（如指甲胶、睫毛胶、强力胶和油漆）获得的，随后的手术应用可引发严重的过敏性接触性皮炎。重复或交叉反应性暴露也可能导致更广泛的人群水平致敏，这是一个重大的公共卫生问题。总之，这些日益增长但可预防的风险凸显了重新评估氰基丙烯酸酯皮肤粘合剂在当代外科实践中地位的必要性。
