Микропластиковый мир победил. Что мы знаем о воздействии микропластика на организмы людей и животных

Что такое микропластик и с чем его едят

С момента широкого внедрения пластиков в 1950-х годах их мировое производство растет с каждым годом, вместе с массовой индустриализацией. Однако только около 21% мирового объема пластика перерабатывается или сжигается, а остальные 79% выбрасываются в окружающую среду. Термин «микропластик» для обозначения пластиковых частиц диаметром до 20 мкм появился в 2004 году, а микропластик размером менее 1 мкм называют нанопластиком. По оценкам экспертов, выбросы микропластика в окружающую среду составляют 10~40 млн тонн в год, и при таком развитии событий это количество удвоится к 2040 году.

Пластики, несомненно, очень удобный материал, но в то же время представляют опасность для окружающей среды, так как в основном не поддаются биологическому разложению, что приводит к накоплению пластиковых отходов. Из-за этого загрязнение микропластиком наносит долгосрочный ущерб окружающей среде, включая гидросферу, атмосферу, литосферу и биосферу. Все системы взаимодействуют друг с другом, перенося микропластик. Микро- и нанопластики присутствуют в пище человека и во вдыхаемом воздухе, но их влияние на здоровье человека до сих пор не ясно.

В настоящее время лишь немногие исследования непосредственно изучают влияние микропластика на человека. Работы в этой области начались в 2005 году, и количество опубликованных статей увеличивается с каждым годом. Современные исследования в этой области в основном сосредоточены в развитых странах, а также в Китае, в то время как в странах БРИКС проблеме почти не уделяют внимания.

Основные источники микропластика

Микро- и нанопластики находятся повсюду, даже во льдах полярных пресноводных озер. Частицы переносятся с водой и ветром и в итоге накапливаются и откладываются в водных средах, почвах суши и океанов. Наземные экосистемы являются основными носителями микропластика, попадающего в почву непосредственно из сельского хозяйства и промышленности или косвенно — через воду и осадки. На высвобождение пластиковых частиц из почвы влияет тип и толщина пластика и глубина его залегания: на глубине 20 см его больше, чем на 40 см. Поскольку почва малоподвижна, пластик почти не разлагается. Его частицы поглощаются растениями и передаются травоядным, включая крупный рогатый скот.

Океан — один из основных резервуаров пластика. Из-за плавучести и стабильности пластик накапливается в морской воде, постепенно распадаясь на микрочастицы. Пластик составляет около 80–85% всего морского мусора, и количество микрочастиц в океане растет с каждым годом. Загрязнение микропластиком пресной воды настораживает еще сильнее, так как она теснее связана с жизнью человека. Присутствие микропластика обнаружено в морских глубинах, удаленных озерах, арктических ледниках и т. д.

Уже в ~700 видах морских обитателей, включая съедобных, обнаружен микропластик. Его частицы могут попадать в воду и во время ее очистки, поэтому питьевая вода также вносит микропластик в организм человека.

Микропластик присутствует в атмосфере как городских районов с высокой активностью, так и в пригородах, хотя в меньших количествах. Концентрация микропластика в воздухе помещений варьируется от 0,4 до 59,4 волокон/м3. Частицы в воздухе способны неблагоприятно влиять на животных и человека, вызывая респираторные заболевания или воспалительные реакции.

Как микропластик попадает в организм человека

Это происходит всеми возможными путями. Частицы микропластика, содержащиеся в почве, воде, атмосфере и твердых отходах, попадают в организм по пищевой цепочке и воздушно-капельным путем. Концентрации микропластика во вдыхаемом воздухе положительно коррелируют с его количеством в окружающей среде.

Микропластик присутствует в ежедневном рационе человека. Его частицы содержатся в овощах, молоке, яйцах, мясе и приправах и попадают в ткани человека по пищевой цепочке. Использование пластиковой упаковки для еды на вынос, бутилированной воды и т. д. ведет к тому, что микропластик из нее будет накапливаться в организме человека. Кроме того, ежедневный контакт кожи человека со всеми видами одежды, средствами по уходу, косметикой и т. д. также служит источником микропластика. Не только в быту, но и в медицине используется большое количество пластиковых изделий. Статистика показала, что ежедневное потребление микропластика детьми и взрослыми составляет 39 000–121 000 частиц в год.

Питьевая вода — частый источник микропластика, где его содержание достигает ~650 частиц на литр, причем в бутилированной воде его количество в 22 раза выше, чем в водопроводной.

Различные виды пластиковой упаковки, особенно для скоропортящихся продуктов, также являются одной из основных причин загрязнения микропластиком. Среди полимеров, которые люди используют каждый день, самые распространенные — полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП) и полистирол (ПС). Микропластиковые частицы обнаружены во всех исследованных контейнерах для еды на вынос: люди, которые заказывают еду пару раз в неделю, съедают около 170–638 видов микропластика. Больше всего пластика выделяется из контейнеров с шероховатой поверхностью, которая легко повреждается.

При воздействии высоких температур на пищевые контейнеры выделяется более 10 млн частиц на миллилитр налитой в них воды.

Пластиковые чайные пакетики, заваренные при температуре 95 ºC, высвобождают в воду около 11,6 млрд частиц микропластика и ~3,1 млрд наночастиц. Тот же эффект наблюдался после наливания горячих чая и кофе в одноразовые стаканчики. Микропластик присутствует в алкоголе, например в пиве или вине. Полиэтилен в виде волокон — это наиболее распространенный загрязнитель напитков.

Сама пища тоже загрязнена пластиком. Микропластик обнаружен в распространенных фруктах и овощах с концентрацией 52 600–307 750 частиц/г и 72 175–130 500 частиц/г соответственно, при этом наибольшее его содержание — в яблоках и моркови. Соль — одна из основных приправ — производится при испарении и кристаллизации рассола, поэтому в нее попадает микропластик, содержащийся в водоемах.

Морская соль имеет самое высокое содержание микропластика, за ней следуют озерная, каменная и скважинная соль. Кроме того, присутствие микропластика наблюдалось во всех видах соевого соуса, в сахаре, уксусе, брокколи и ростках редиса, в растительных маслах.

Микропластик выделяется во время приготовления пищи, готовки и обработки. Интересно, что при нарезании еды на пластиковой разделочной доске образуется до 300 частиц/мм за одно движение ножа.

Из-за загрязнения водоемов средняя концентрация микропластика, преимущественно в виде волокон полиэтилена и полиэтилентерефталата, в морепродуктах достигает 1,48 частиц/г. Им заражено примерно 80% рыбы. Микропластик найден в мидиях и устрицах, в двустворчатых моллюсках, кальмарах и креветках. Наземные организмы и съедобные продукты из них тоже не избежали загрязнения: виноградные улитки, свиньи, рис, сельскохозяйственная птица и т. д.

Отмечено, что микро- и нанопластики замедляют рост и снижают урожайность гороха на 30% и подавляют прорастание рапса.

Присутствие микро- и нанопластика в воздухе отмечается по всему миру. Человек вдыхает до 30 млн частиц в год. При этом уровень микропластика в воздухе помещений в ~20 раз выше, чем снаружи, а в офисах — в два раза выше, чем в жилых домах. Источники микропластика в домах — мебель, ковры, одежда, шторы и пр.

В дополнение к отмеченным путям пластик проникает сквозь кожу. Пыль с частицами размером около 250 мкм просто прилипает к поверхности, в то время как частицы размером менее 50 мкм с большой вероятностью попадут внутрь. Типичные добавки к пластику могут поглощаться кожей: бромированные антипирены, бисфенолы, триклозан и фталаты. Частицы микропластика содержатся в скрабах для лица, зубной пасте и других бытовых продуктах.

Всего человек может получать до 5 г микропластика в неделю. Некоторые виды пластика выводятся из организма человека с фекалиями, причем его содержание в кале младенцев в 10 раз выше, чем у взрослых.

Микропластик попадает в организм ребенка через соски-пустышки, бутылочки, игрушки, загрязненную пищу, а также при ползании по коврам и полам. Когда в бутылочки налили воду температурой 70 ºC, среднее количество частиц микропластика на литр воды составило 4 млн, а максимальное — 16,2 млн. Значительное количество пластиковых частиц выделяется в результате отслаивания с внутренней поверхности во время мытья многоразовых бутылочек. Особую тревогу вызывает информация о том, что микропластик — полиэтилентерефталат и поликарбонат — также обнаружен в образцах мекония.

Опасность микропластика для организмов

Опасность микропластика для человека изучена очень слабо. Существующие представления о ней основываются на исследованиях, проведенных на клеточных линиях и на животных, преимущественно водных и гораздо реже — на высших млекопитающих. Хотя данные, полученные в ходе испытаний на людях, были бы наиболее точными, такие эксперименты сталкиваются с этическими проблемами и трудностями при наборе испытуемых. Поэтому воздействие микропластика на здоровье человека часто экстраполируется из экспериментальных результатов, полученных на животных моделях. Такой подход ограничен различиями в метаболизме и токсикокинетике химических веществ между людьми и другими видами животных. В обзоре 2024 года исследователи проанализировали 121 статью о токсичности микропластика. Рассмотрим, к каким же выводам пришли авторы.

Во-первых, опасности, связанные с микропластиком, условно делят на прямые — связанные с физическим и химическим действием частиц самого микропластика — и косвенные — ассоциированные с веществами, которые содержатся в пластике или же для которых он выступает носителем. Оценка прямых опасностей проводилась на моделях in vivo и in vitro. Полистирол показал кардиотоксичность на крысах. Микрочастицы полистирола нарушают энергетический и липидный обмен, метаболизм печени и вызывают окислительный стресс у мышей. Другие исследователи наблюдали нарушение липидного обмена, связанное с дисбиозом в кишечнике. Изменение микрофлоры кишечника после попадания микропластика выявлено во многих исследованиях на грызунах. Такие изменения связаны с нарушением функций кишечника и колитом. Воспаление толстой и двенадцатиперстной кишки также наблюдалось у мышей, подвергавшихся воздействию полиэтиленового микропластика в течение 5 недель.

Микропластик негативно влияет на сердечно-легочную систему, вызывая окислительный стресс, апоптоз, пироптоз и воспалительные реакции с нарушением структуры и функции сердца после 90-дневного воздействия полистирольного микропластика на крыс. Дозозависимые воспалительные реакции в легких, включая фиброз, наблюдались у крыс и мышей, подвергавшихся воздействию полистирольных микропластиков в течение 14 дней при вдыхании. Исследование in vitro показало, что действие полистирольных микропластиков вызывает значительное снижение массы плода и плаценты мышей, а также сообщалось об изменении числа живорождений при действии частиц полиэтилена. Аналогично у мышей после воздействия нанополистирола родилось потомство с пониженной массой тела. У самцов мышей снижалось количество и качество сперматозоидов, а также падал уровень тестостерона. У самок мышей воздействие микропластика привело к уменьшению количества растущих фолликулов, размеров яичников, частоты наступления беременности и количества эмбрионов. Повреждения репродуктивных систем самцов и самок, вызванные микропластиком, связаны с окислительным стрессом, который вызывал воспаление, апоптоз и фиброз.

Кроме того, воздействие микропластика может вести к когнитивным и поведенческим изменениям. Мыши, подвергшиеся действию полиэтиленового микропластика, хуже справлялись с оценкой риска. Другое исследование выявило изменение когнитивных функций у мышей после действия нанополистирола в течение 3 дней из-за окислительного стресса и снижения активности ацетилхолинэстеразы. Последнее нарушает работу нервной системы.

Исследования клеточных линий подтвердили накопление микропластика в клетках. В целом полистирольный и полиэтиленовый микропластики представляют опасность для многих систем, включая печеночную, желудочно-кишечную, сердечно-легочную, репродуктивную и иммунную. Они также могут влиять на когнитивные функции, что ведет к изменениям в поведении. Но важно отметить, что дозы микропластика, используемые в экспериментах на животных, часто превышают дозы, получаемые человеком в повседневной жизни. Тем не менее воздействие микропластика на человека может значительно возрастать в зависимости от экологических факторов, в тяжелых случаях приближаясь к уровню воздействия на животных.

Не меньшую тревогу вызывают косвенные эффекты микропластика.

Дело в том, что современные пластики содержат огромное количество химических веществ: антистатики, красители, антимикробные вещества, антипирены, пластификаторы, стабилизаторы и др. Кроме того, в них входят наполнители: каолин, глина и слюда, а также армирующие материалы, включая стекло и углеродные волокна.

Опасности, связанные с вымыванием пластификаторов из микропластика, особенно фталатов, изучены наиболее подробно. Моно-(2-этилгексил)фталат нарушает секрецию стероидных гормонов. Диизопентилфталат подавляет брачное поведение крыс и либидо у потомства мужского пола. Внутрибрюшинное введение ди-(2-этилгексил)фталата (DEHP) препубератным мышам привело к гормональным изменениям, что может негативно повлиять на начало полового созревания. В другом исследовании на препубертатных самках крыс DEHP сокращал продолжительность раскрытия влагалища и удлинял продолжительность эстральных циклов. Воздействие нарушило сывороточные уровни гормона роста и прогестерона, а также функции гипоталамуса, что привело к преждевременному половому созреванию. В 2011 году Тайваньское управление по контролю за продуктами и лекарствами сообщило, что пластификаторы DEHP и диизононилфталат, вызывающие эндокринные нарушения, незаконно добавлялись в пищевые продукты и напитки как замутнители. Загрязненными оказались 965 продуктов, из которых 206 экспортировались в 22 страны. Исследование воздействия DEHP на беременных женщин, проведенное в связи с этим скандалом, выявило связь воздействия DEHP с изменениями в гормонах щитовидной железы.

Бисфенолы, как и фталаты, нарушают гормональный баланс, снижая уровень тестостерона у самцов и вызывая окислительный стресс яичек. Воздействие бисфенола-А (BPA) in vivo показало его токсичность для сперматогенеза, жизнеспособности, подвижности и качества сперматозоидов. Исследователи выявили положительную корреляцию между BPA в сыворотке крови и нефункциональной инциденталомой надпочечников. Воздействие BPA и диета с высоким содержанием жиров усугубляют симптомы предиабета, ухудшая переносимость глюкозы. Также описано нарушение функций нейронов под действием BPA у мышей. Воздействие бисфенола-S снизило секрецию прогестерона и эстрадиола.

Полибромированные дифениловые эфиры (ПБДЭ), используемые в качестве антипирена в пластиках, оказались канцерогенными для крыс и мышей. Воздействие ПБДЭ из бытовой пыли на человека негативно сказывается на репродуктивном здоровье, в частности на объеме спермы, количестве и подвижности сперматозоидов, а также нарушает баланс половых гормонов и гормонов щитовидной железы. У женщин ПБДЭ удлиняют менструальный цикл и его продолжительность. 4-Бромдифениловый эфир (БДЭ-3), еще один тип антипирена, стимулирует клетки надпочечников, вызывая повышение уровня альдостерона и кортикостерона в сыворотке крови крыс.

Пластики могут содержать добавки на основе металлов, включая свинец, хром, марганец, цинк, медь, никель и даже мышьяк. Токсичные свойства ионов этих металлов хорошо известны. Металлы не только изначально присутствуют в пластике, но и попадают в него из окружающей среды. Тогда микропластик выступает как переносчик этих загрязнителей. Их обратное высвобождение из пластика подтверждено экспериментально, в том числе в желудочно-кишечной среде. Показателен анализ переноса меди и свинца из микрочастиц биоразлагаемых полиамида и полилактида в организм африканского клариевого сома, который является основным источником пищи в Юго-Восточной Азии. Рыб выращивали в течение трех месяцев на корме с добавлением загрязненного металлами микропластика. Наибольшие концентрации металлов наблюдались в жабрах, затем в кишечнике, печени и съедобных мышцах рыбы. Следовательно, при поедании такой рыбы металлы непременно попадут в организм человека.

Микропластик взаимодействует и с другими загрязняющими веществами в окружающей среде, что приводит к изменению его токсичности.

Сообщалось, что нанополистирол синергично действует с парабенами, способствуя пролиферации эстрогенчувствительных клеток рака молочной железы. Микропластик приводит к более интенсивной биоаккумуляции антибиотика сульфаметоксазола в тканях сердца, почек, печени, легких и селезенки мышей. Микропластик, загрязненный эфирами фталатов, приводил к более значительным изменениям физиологии сперматозоидов и сперматогенеза, чем чистые вещества, а склонность микропластика накапливаться в яичниках и матке увеличивала токсичность свинца. У мышей, подвергавшихся воздействию микропластика и кадмия, снижалось количество сперматозоидов, а также нарушалась структура и функция яичек. Вред для желудочно-кишечного тракта проявлялся в виде дисбиоза микробиома кишечника и нарушения работы желчных кислот. Совместное действие полистирольных микропластиков и пестицида эпоксиконазола на мышей привело к большему повреждению тканей печени и почек и замедлению выведения эпоксиконазола. Совместное воздействие микропластика и железа привело к ухудшению когнитивных функций у мышей из-за нарушения гомеостаза железа в мозге, а также вызвало ферроптоз. Это указывает на потенциальную опасность воздействия смесей микропластика и загрязнителей.

Помимо химических загрязнителей, микропластик способен выступать переносчиком патогенных грибков, бактерий и простейших, которые образуют биопленки на его поверхности.

Патогены могут вызывать, например, дисбиоз, который снижает иммунитет хозяина и способствует развитию инфекций. Патогенные грибы накапливаются на поверхности частиц, растут и размножаются, становятся устойчивыми к температуре и солнечному свету, а также вырабатывают токсичные продукты. Микропластик также может служить переносчиком бактерий, устойчивых к антибиотикам. Некоторые штаммы бактерий, живущие в биопленках, повышают свою устойчивость к антибиотикам в 30 раз. Было обнаружено, что микрочастицы полиэтилена и полиэфиров переносят простейших — Toxoplasma gondii, Cryptosporidium parvum и Giardia enterica, которые вызывают паразитарные заболевания у людей и животных.

В целом оценка связи попадания микропластика в организм и нежелательной реакции очень сложна, поскольку она должна учитывать не только прямое действие микропластика и содержащихся в нем добавок, множество из которых слабо исследовано, но и переносимые микропластиком опасные вещества и микроорганизмы из окружающей среды.

Присутствие добавок, используемых при переработке пластиков, часто игнорируется исследователями. Это неправильно, поскольку для переработки, например, поливинилхлорида применяют пластификаторы, в том числе фталаты, которые составляют до 50% от всей массы.

Что касается нанопластика, то исследований по нему мало, но имеющиеся данные говорят о том, что наноразмерный пластик в среднем легче проникает в организм, а его токсичность, как правило, выше, чем у аналогичного микропластика.

Заключение

Микропластик — это действительно вездесущий загрязнитель, который можно обнаружить в воздухе, воде и почве. Загрязнение планеты пластиковыми отходами достигло таких масштабов, что ученые уже всерьез говорят о появлении «пластисферы» — новой уникальной экологической ниши, населенной микроорганизмами. Глобальное потепление усиливает деградацию пластика из-за ускорения физических, химических и биологических процессов, что ведет к еще большему увеличению количества микропластика. Потепление также усиливает вымывание химических веществ из микрочастиц. Таяние морского льда и ледников, связанное с ростом температуры, высвобождает накопившийся микропластик. Повышение уровня моря и экстремальные погодные явления усиливают перенос микропластика между сушей, океаном и воздухом, тем самым изменяя его распределение в окружающей среде. Вместе с этим возрастают и риски для здоровья человека.

Считается, что наиболее распространенный путь попадания микропластика — через желудочно-кишечный тракт. Действительно, частицы пластика присутствуют и в пище, и в питьевой воде. Но также он поступает с вдыхаемым воздухом. Эксперименты показали, что микропластик может представлять значительную угрозу для здоровья как сам по себе, так и в качестве переносчика других вредных веществ и опасных микроорганизмов. Он способен накапливаться в организме, вызывать воспаления и оказывать неблагоприятное воздействие на иммунную, эндокринную, репродуктивную, нервную и пищеварительную системы. Воздействие микропластика связано с риском окислительного стресса, изменениями в делении и жизнеспособности клеток, повреждением ДНК, иммунными реакциями, нарушением метаболизма, дисбиозом кишечника, повышенным риском рака, респираторных и нейродегенеративных заболеваний. Взаимодействие микропластика с другими загрязняющими веществами в окружающей среде приводит к слабо прогнозируемым опасностям вследствие синергетического воздействия.

Что же делать с микропластиком? Ученые дают глобальные рекомендации: минимизация отходов, максимальное повторное использование и переработка пластиков, поощрение использования их заменителей. В быту мы можем пользоваться методами мембранных технологий для очистки питьевой воды. Чтобы уменьшить количество пластиковых микрочастиц на поверхности фруктов и овощей, советуют увеличить время мытья перед употреблением. Чтобы снизить вероятность попадания в организм микропластика, следует сократить потребление продуктов в пластиковой упаковке, особенно в контейнерах для еды на вынос, фастфуда и для разогрева в микроволновке, и чаще использовать посуду из стекла или нержавеющей стали. Кроме того, следует избегать воздействия высоких температур на пластиковую упаковку и тару.

С учетом того, насколько загрязнена пластиками окружающая среда, рекомендации по избеганию микропластика практически бесполезны. Отказаться от пластиков человечество не может, а накопленных отходов хватит, чтобы микропластик выделялся еще многие сотни лет. Ныне живущим остается только смириться с микропластиком, как мы смирились с естественным радиационным фоном или вирусом герпеса.

Единственное, что вселяет слабый оптимизм, — судя по всему, мы получаем не так уж много микропластика, чтобы столкнуться с немедленными последствиями для здоровья. А до отдаленных надо еще дожить.