Dołącz do czytelników
Brak wyników

Otwarty dostęp , Naturoterapia kliniczna

28 lutego 2022

NR 29 (Luty 2022)

Toksyczność i losy mikrodrobin plastiku w organizmie człowieka – przegląd najnowszych doniesień naukowych

0 925

Naukowcy i ekolodzy już od prawie 20 lat badają negatywny wpływ mikroplastiku na zdrowie człowieka, chociaż większość dotychczasowych badań skupiała się na zagrożeniach związanych z ekosystemem morskim. Richard Thompson, ekolog morski z University of Plymouth w Wielkiej Brytanii, ukuł ten termin w 2004 r., aby zdefiniować cząstki plastiku o średnicy mniejszej niż 5 mm, tuż po tym, jak jego zespół znalazł je na brytyjskich plażach. Od tego czasu naukowcy znajdowali mikrodrobiny tworzyw sztucznych wszędzie, gdzie tylko szukali: w głębinach mórz i oceanów, w arktycznym śniegu i antarktycznym lodzie, w soli kuchennej, owocach morza i wodzie pitnej.

Dla ludzi droga doustna stanowi najważniejszą drogę narażenia na mikrodrobiny, a nagromadzenie cząstek mikroplastiku stwarza potencjalne zagrożenie dla zdrowia, takie jak stres oksydacyjny, niepożądana odpowiedź immunologiczna czy zaburzenia o podłożu hormonalnym.

Krótka charakterystyka mikroplastiku

Rocznie na całym świecie wytwarza się ponad 320 mln ton tworzyw sztucznych, a ich produkcja wzrasta wykładniczo. Z punktu widzenia materiałoznawstwa syntetyczne tworzywa są tanie, łatwe w produkcji i magazynowaniu oraz mają wszechstronne zastosowanie, stąd też stanowią integralną część naszego codziennego życia. Warto mieć jednak na uwadze, że nic nie trwa wiecznie, a z czasem nawet błyszcząca powierzchnia plastikowego puzderka uwalnia mikroskopijne drobiny, pozostawiając je na naszych dłoniach i w powietrzu, którym oddychamy. 
Literatura przedmiotu podaje, że syntetyczne drobiny powstają poprzez procesy starzenia się i fragmentacji tworzyw sztucznych, ich mechaniczne ścieranie, a także pod wpływem promieniowania słonecznego, utleniania czy rozwoju mikroorganizmów (biofilm) na powierzchni. Zmienia to nie tylko kształt i pierwotną barwę, ale także wpływa na gęstość, stan krystaliczny i właściwości powstałych cząstek.
Wyróżniamy dwa typy drobin: pierwotne i wtórne, których wspólną cechą jest rozmiar w zakresie od 5 mm do 1 µm (tabela 1). Pierwsze pochodzą z produktów konsumenckich celowo zawierających włókna i cząstki mikronowej wielkości, takich jak produkty higieny osobistej, kosmetyki, peelingi, środki czystości, farby i tekstylia, natomiast wtórne mikrodrobiny powstają samorzutnie zarówno w wyniku stopniowej degradacji i fragmentacji większych przedmiotów (fragmentów), jak i pierwotnych mikrodrobin. Nanocząstki (wielkości mniejszej niż 1 µm) z kolei powstają w wyniku dalszej fragmentacji pierwotnych i wtórnych mikroplastików, jak wykazały wieloletnie badania nad degradacją tworzyw sztucznych.
Najczęściej wytwarzanymi rodzajami tworzyw sztucznych są: polietylen (PE), polipropylen (PP), polistyren (PS), politereftalan etylenu (PET) oraz polichlorek winylu (PVC). Pomimo ściśle określonej budowy wymienionych polimerów, skład chemiczny mikroplastików powstałych z ich degradacji jest bardzo niejednorodny. Produkty rozpadu (w skali mikro i nano) są złożonymi mieszaninami chemicznymi zawierającymi oprócz polimerów wiele dodatków funkcjonalnych, takich jak: plastyfikatory, uniepalniacze, stabilizatory, przeciwutleniacze, wypełniacze i pigmenty, mające pierwotnie za zadanie nadać określone cechy i właściwości tworzywom syntetycznym. Gro z wymienionych związków to substancje niebezpieczne dla ludzi i środowiska, jak ftalany, bisfenol A (BPA) i jego pochodne, polibromowane etery difenylowe (PBDE), tetrabromobisfenol A (TBBPA), alkilofenole i związki cynoorganiczne. Oprócz wymienionych dodatków w tworzywach sztucznych znajdują się także inne substancje chemiczne, w tym nieprzereagowane monomery i substancje dodane w sposób niezamierzony (NIAS). Ze względu na stosunkowo dużą powierzchnię właściwą mikrodrobin oraz ich hydrofobowy charakter, mogą adsorbować na powierzchni i koncentrować chemiczne zanieczyszczenia pochodzące z otoczenia. Dobrze znanymi przykładami takich substancji są trwałe zanieczyszczenia organiczne (POP), takie jak polichlorowane bifenyle (PCB), wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), polibromowane etery difenylowe (PBDE), substancje podobne do dioksyn czy farmaceutyki. Także niektóre metale mogą stanowić istotne zanieczyszczenie, ponieważ niektóre z nich są wykorzystywane jako dodatek przy produkcji tworzyw sztucznych, ponadto mogą być pobierane z otoczenia. 
Ponieważ większość wymienionych związków chemicznych nie jest trwale – kowalencyjnie związana z polimerem, są one podatne na wymywanie z powierzchni mikrodrobiny do otaczającego środowiska. Proces ten nasila się w warunkach podwyższonej temperatury, niskiego pH (odczyn kwaśny) oraz w matrycach o wysokim komponencie tłuszczowym. W związku z tym istnieje ryzyko, że warunki panujące w przewodzie pokarmowym mogą znacząco ułatwiać wymywanie zanieczyszczeń chemicznych z powierzchni mikrodrobin, przyczyniając się do ekspozycji organizmu na kolejne toksyczne substancje. Istotność i skala tego zjawiska nie zostały jednak jeszcze wystarczająco naukowo poznane.
 

Tab. 1. Podział tworzyw sztucznych (plastiku) ze względu na rozmiar (na podstawie: Szczepańska, 2019)


Jakie drogi narażenia na mikro- i nanoplastik wyróżniamy?

Opracowano kilka podejść analitycznych służących badaniu obecności mikrodrobin plastiku w różnych matrycach, jednak biorąc pod uwagę złożoność składu polimerowego i zakresy rozmiarów cząstek, dokładne scharakteryzowanie ich występowania, a tym samym przewidywanie narażenia u ludzi pozostaje wyzwaniem. Dla człowieka droga doustna stanowi najważniejszą drogę narażenia na mikrodrobiny. Drobne kawałki plastiku wykryto zarówno m.in. u stworzeń morskich często spożywanych przez ludzi, takich jak: ryby, krewetki, małże, kraby i ostrygi, jak i w soli kuchennej, pozyskanej w wyniku destylacji wody morskiej, czy żywności zabezpieczonej opakowaniem wykonanym z tworzywa sztucznego. W unijnym Systemie Wczesnego Ostrzegania o Niebezpiecznej Żywności i Paszach (RASFF) mikrodrobiny (zaklasyfikowane jako ciała obce) są identyfikowane nie tylko w owocach morza, ale także np. w proszku oligofruktozy, produktach marynowanych czy mrożonych sajgonkach warzywnych. Obecność mikroplastiku zaobserwowano również w próbkach wody pitnej z plastikowych butelek, napojach w opakowaniach kartonowych oraz w wodzie kranowej z różnych, oddalonych od siebie rejonów kuli ziemskiej. Wobec przytoczonych danych, niezależne instytuty badawcze i krajowe organy regulacyjne robią pierwszy krok w kierunku ilościowego określenia ryzyka dla zdrowia ludzi. Przykładowo, w lipcu tego roku California State Water Resources Control Board, oddział stanowej Agencji Ochrony Środowiska, stanie się pierwszym na świecie organem regulacyjnym, który ogłosi standardowe metody ilościowego monitorowania stężenia mikrodrobin plastiku w wodzie pitnej, z zamiarem publicznego ogłaszania uzyskanych wyników.
Dotychczas spożycie mikrodrobin plastiku przez ludzi (wraz z żywnością) oszacowano na poziomie 39 tys. do 52 tys. cząstek rocznie w zależności od wieku i płci. Cząstki unoszące się w powietrzu także stanowią ważne źródło mikrodrobin plastiku, na które ludzie mogą być ostatecznie narażeni drogą doustną. Wdychane drobiny mogą zostać połknięte po oczyszczeniu płuc przez ruchome rzęski nabłonka wyściełającego drogi oddechowe. Alternatywnie, unoszące się w powietrzu mikrodrobiny plastiku mogą osadzać się na jedzeniu i napojach podczas konsumpcji. 
W badaniach oceniających skutki związane z doustnym przyjmowaniem mikrodrobin, przyjmuje się, że ogólnoustrojowe wchłanianie zachodzi tylko wtedy, gdy są one absorbowane przez nabłonek jelitowy, przechodzą przez wątrobę i są rozprowadzane przez krwiobieg w całym organizmie. Według Europejskiego Urzędu ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) absorpcja cząstek powyżej 150 μm jest mało prawdopodobna, ale jednocześnie większe cząstki mogą potencjalnie wywołać miejscowy wpływ na nabłonek jelita. Cząsteczki poniżej 1,5  μm mogą przenikać przez nabłonek i wywoływać toksyczność ogólnoustrojową w miejscach dystalnych. Wyniki badań, wykorzystujące modele bariery jelitowej in vitro, potwierdzają hipotezę, że to rozmiar jest głównym czynnikiem determinującym translokację nanocząstek, z absorpcją do 7,8% obserwowaną dla nanocząstek o średnicy 50 nm w porównaniu z zaledwie 0,8% dla nanocząstek o średnicy 100 nm.
Inne drogi ekspozycji na mikroplastik stanowią drogi oddechowe oraz absorpcja przezskórna występująca w wyniku używania przedmiotów wykonanych z tworzyw syntetycznych. Wdychanie mikro- i nanodrobin plastiku jest zazwyczaj związane z zanieczyszczeniem powietrza aerozolami zawierającymi pozostałości tworzyw sztucznych. Główne źródło unoszących się w powietrzu cząstek (włókien) stanowi odzież wykonana z tworzyw sztucznych, głównie polipropylenu, oraz przemysł, bazujący obecnie na komponentach syntetycznych. Powierzchnia wewnętrzna ludzkich płuc (ok. 150 m2) jest wysłana warstwą nabłonka grubości 1 µm, co umożliwia nanodrobinom przenikanie przez naczynia włosowate pęcherzyków płucnych bezpośrednio do krwiobiegu i rozprzestrzenianie po całym organizmie. Wyniki badań na ciężarnych samicach zwierząt celowo eksponowanych na nanoplastik zawieszony w powietrzu wskazują na obecność nanodrobin w prawie każdym narządzie ich płodów. 
 

Ryc. 1. Mikroplastik zebrany w rejonie zatoki San Francisco oznaczony do badań mikroskopowych
Źródło: Lim, 2021.


Analizując trzecią z dróg absorpcji, warto przypomnieć, że warstwa rogowa naskórka charakteryzuje się niską przepuszczalnością, a hydrofobowa natura tworzyw sztucznych sprawia, że wchłanianie przezskórne plastiku jest wyjątkowo utrudnione. Istnieją jednak zarówno elementy strukturalne, takie jak mieszki włosowe, gruczoły potowe i łojowe, jak i uszkodzenia mechaniczne naskórka, które znacząco mogą ułatwić pasaż mikro- i nanodrobin. W badaniach z wykorzystaniem modelu świńskiej skóry wykazano, że nanopolistyren o średnicy 20 nm skuteczniej podlegał akumulacji w mieszkach włosowych niż nanocząstki o średnicy 200 nm oraz że nanocząstki tworzywa nie przedostawały się do skóry właściwej (Alvarez-Román i wsp., 2004). Kilka lat później potwierdzono te obserwacje, wyznaczając maksymalną możliwą głębokość penetracji skóry przez nanocząstki polistyrenu na poziomie 2–3 µm (Campbell i wsp., 2012).

Czy mikroplastik to toksyczna materia?

Niedobór wyników badań nad potencjalnym zagrożeniem dla zdrowia ludzi związanym z narażeniem na mikroplastik jest obecnie ograniczeniem w ustaleniu, czy konieczne są szeroko zakrojone działania regulacyjne w celu ochrony zdrowia publicznego. Międzynarodowe organizacje naukowe podkreślają pilną potrzebę generowania nowych danych na temat wpływu nano- i mikrocząstek plastiku na zdrowie człowieka, które stanowią niezbędną bazę dowodową do skutecznego wspierania procesu kształtowania polityki w tym zakresie. W rzeczywistości, jak to już miało miejsce w przypadku innych substancji chemicznych w postaci cząstek stałych (np. technicznych nanomateriałów) i bardzo zróżnicowanych chemicznie klas zanieczyszczeń (np. substancji per- i polifluoroalkilowych), nano- i mikrodrobiny tworzyw sztucznych niełatwo dopasowują się do tradycyjnych ram oceny ryzyka, ponieważ ich skrajna różnorodność (rozmiar, kształt, właściwości chemiczne związane z zaadsorbowanymi/wchłoniętymi chemikaliami, rozwojem biofilmu) powodują wysoki poziom niepewności co do skali zagrożenia i narażenia.
Obecnie, toksyczność mikro- i nanoplastiku rozpatrywana jest w trzech kategoriach:

  1. Toksyczność związana z małym rozmiarem i właściwościami cząstek stałych: wyniki przeprowadzonych badań wskazują, że mikrodrobiny plastiku mogą powodować uszkodzenie płuc i jelit, a cząstki o bardzo małych rozmiarach mogą przenikać przez błony komórkowe, barierę krew–mózg oraz łożysko. 
  2. Toksyczność związana ze składem chemicznym tworzyw sztucznych: odpady z tworzyw syntetycznych mogą stanowić źródło licznych zanieczyszczeń, takich jak: wolne monomery oraz substancje chemiczne występujące w tworzywach oraz zaadsorbowane w trakcie/po ich użytkowaniu. Wiele z tych substancji jest znanych jako związki endokrynnie aktywne, o budowie analogicznej do naturalnie występujących hormonów i mających zdolność do łączenia się z receptorami, m.in. hormonów steroidowych.
  3. Rozwój niepożądanej mikroflory: pozostałości tworzyw sztucznych mogą stanowić podłoże do rozwoju patogennych mikroorganizmów i pasożytów. Na powierzchni cząstek zidentyfikowano m.in. ludzkie bakterie chorobotwórcze, takie jak Escherichia coli, Bacillus cereus czy Stenotrophomonas maltophilia (Hwang i wsp., 2019). Mikroplastik może wpływać także na ewolucję społeczności drobnoustrojów i wymianę genów (takich jak geny oporności na antybiotyki i geny oporności na metale) między różnymi taksonami bakteryjnymi.

Czy wiemy, jaki jest wpływ mikro- i nanodrobin plastiku na nasze zdrowie?

Badania z wykorzystaniem wielu gatunków zwierząt laboratoryjnych wskazują na wysoki potencjał mikrocząstek do: wywoływania stresu oksydacyjnego poprzez generowanie wolnych rodników, indukowania zaburzeń endokrynologicznych, modulowania odpowiedzi immunologicznej, zmiany ekspresji genów, zaburzeń reprodukcji, dysfunkcji behawioralnych, jak również geno- i neurotoksyczności. W przeciwieństwie do wyników badań w skali in vitro i in vivo, wiele aspektów związanych z zachowaniem, losem i skutkami obecności mikrocząstek w organizmie człowieka, tj. adsorpcja przez błony, translokacja do wtórnych tkanek i narządów, akumulacja, skutki ostre i długoterminowe oraz eliminacja, pozostają w dużej mierze niepoznane.

Akumulacja mikrocząstek plastiku
Jednym z pytań związanych z ryzykiem narażenia na mikrodrobiny jest to, czy mogą one pozostać w ludzkim ciele, potencjalnie gromadząc się w wybranych tkankach. Badania na zwierzętach laboratoryjnych wykazały, że mikroplastik o średnicy około 5 μm może pozostać w jelitach lub dotrzeć do wątroby. Korzystając z bardzo ograniczonych danych na temat tego, jak szybko zwierzęta wydalają mikroplastik, i zakładając, że tylko część cząstek o wielkości 1–10 μm zostanie wchłonięta do organizmu przez jelita, badacze szacują, że człowiek może zgromadzić kilka tysięcy mikrocząstek plastiku w swoim ciele w ciągu swojego życia. Niektórzy badacze zaczęli analizować, czy mikroplastik można znaleźć w ludzkiej tkance. 
Jednym z pierwszych takich wyników było zidentyfikowanie mikrodrobin w ludzkich łożyskach (Ragusa i wsp., 2021). Mikroplastik w postaci pigmentowanego polipropylenu, o rozmiarach od 5 do 10 µm, wykryto nie tylko w tkankach matki, ale także w błonie kosmówkowo-owodniowej. Mikrodrobiny mogą przedostać się do krwiobiegu i łożyska z układu oddechowego i przewodu pokarmowego matki, za pośrednictwem mechanizmów endocytozy lub transportu parakomórkowego (Arumugasaamy i wsp., 2019). Późniejsza dystrybucja do drugorzędowych narządów docelowych, zwykle związana jest z odpowiedziami zapalnymi w otaczających tkankach, tj. aktywacją immunologiczną makrofagów i produkcją cytokin, zależną od kilku czynników, w tym hydrofobowości, ładunku powierzchniowego, funkcjonalizacji powierzchni (występowanie tzw. korony białkowej) oraz wielkości cząstek. Potencjalnie, mikro- i nanocząsteczki tworzyw sztucznych mogą zmieniać kilka komórkowych szlaków regulacyjnych w łożysku, takich jak mechanizmy odpornościowe podczas ciąży, sygnalizację indukowaną czynnikami wzrostu podczas i po implantacji, czy funkcje atypowych receptorów chemokin regulujących komunikację między matką a płodem. Wszystkie te efekty mogą prowadzić do niekorzystnych wyników ciąży, w tym stanu przedrzucawkowego i ograniczenia wzrostu płodu. Obecność drobin tworzyw sztucznych, tj. polietylenu, polipropylenu, polistyrenu i poliuretanu o rozmiarze powyżej 50 µm, zidentyfikowano także w próbkach ludzkiej smółki, pobranej podczas cesarskiego cięcia (Braun i wsp., 2021).
 

Ryc. 2. Zdjęcia mikrocząstek polipropylenu (PP) o średnicy 20 μm (A) oraz 25–200 μm (B) uzyskane za pomocą ska...

Artykuł jest dostępny w całości tylko dla zalogowanych użytkowników.

Jak uzyskać dostęp? Wystarczy, że założysz bezpłatne konto lub zalogujesz się.
Czeka na Ciebie pakiet inspirujących materiałow pokazowych.
Załóż bezpłatne konto Zaloguj się

Przypisy