Микропластик повсюду. Насколько он вреден?

Ученые спешат изучить крошечные пластиковые частички, которые есть у морских животных — и у нас.

Дунчжу Ли каждый день готовил свой обед в пластиковом контейнере в микроволновой печи. Но Ли, инженер-эколог, остановился, когда он и его коллеги сделали тревожное открытие: из пластиковых пищевых контейнеров в горячую воду проливается огромное количество крошечных частиц — так называемых микропластиков. «Мы были шокированы», — говорит Ли. Из чайников и детских бутылочек также выделяется микропластик, сообщили 1 октября прошлого года Ли и другие исследователи из Тринити-колледжа в Дублине . Ученые подсчитали, что если родители готовят детскую смесь, встряхивая ее в горячей воде в пластиковой бутылке, их младенец может проглатывать более миллиона микропластических частиц каждый день.

Ли и другие исследователи еще не знают, опасно ли это. Все едят и вдыхают песок и пыль, и непонятно, навредит ли нам дополнительная диета из пластиковых пятнышек. «Большая часть того, что вы глотаете, пройдет прямо через кишечник и выйдет на другой конец», — говорит Тамара Галлоуэй, экотоксиколог из Университета Эксетера, Великобритания. «Я думаю, будет справедливо сказать, что потенциальный риск может быть высоким», — говорит Ли, тщательно подбирая слова.

Исследователи беспокоились о потенциальном вреде микропластика почти 20 лет, хотя большинство исследований было сосредоточено на рисках для морской флоры и фауны. Ричард Томпсон, морской эколог из Плимутского университета, Великобритания, ввел термин в обращение в 2004 году для обозначения пластиковых частиц размером менее 5 миллиметров после того, как его команда обнаружила их на британских пляжах. С тех пор ученые видели микропластик повсюду: в глубоких океанах; в арктических снегах и антарктических льдах; в моллюсках, поваренной соли, питьевой воде и пиве; и дрейфуют в воздухе или падают с дождем над горами и городами. Эти крошечные кусочки могут полностью разложиться через десятилетия или даже больше. «Почти наверняка существует определенный уровень воздействия практически на все виды», — говорит Гэллоуэй.

Самые ранние исследования микропластика были сосредоточены на микрошариках, обнаруженных в предметах личной гигиены, и гранулах из первичного пластика, которые могут вылетать, прежде чем они будут превращены в предметы, а также на фрагментах, которые медленно разрушаются от выброшенных бутылок и другого крупного мусора. Все это смывается с реками и океанами: в 2015 году, по оценкам океанографов, в поверхностных водах мира было от 15 до 51 триллиона частиц микропластика. С тех пор были выявлены и другие источники микропластика: например, частички пластика от автомобильных шин на дорогах и синтетические микроволокна с одежды. Частицы летят между морем и сушей, поэтому люди могут вдыхать или есть пластик из любого источника.

Альберт Коелманс, ученый-эколог из Университета Вагенингена в Нидерландах, сообщил 2 марта, что в результате ограниченных исследований микропластика в воздухе, воде, соли и морепродуктах дети и взрослые могут проглатывать от десятков до более 100000 микропластиков каждый день . Он и его коллеги думают, что в худшем случае люди могут потреблять микропластика на сумму около кредитной карты в год.

Регулирующие органы делают первый шаг к количественной оценке риска для здоровья людей — измеряют экспозицию. В июле этого года Совет по контролю за водными ресурсами штата Калифорния, филиал государственного агентства по охране окружающей среды, станет первым в мире регулирующим органом, объявившим о стандартных методах количественного определения концентраций микропластов в питьевой воде с целью мониторинга воды в течение следующих четырех лет. и публичное сообщение результатов.

Вторая половина головоломки — это оценка воздействия крошечных кусочков пластика на людей или животных. Легче сказать, чем сделать. Более 100 лабораторных исследований подвергли животных, в основном водных организмов, воздействию микропластика. Но их выводы о том, что воздействие может привести к тому, что некоторые организмы будут менее эффективно воспроизводиться или понести физический ущерб, трудно интерпретировать, потому что микропластики имеют разные формы, размеры и химические составы, а во многих исследованиях использовались материалы, совершенно непохожие на те, что встречаются в окружающей среде..

Мельчайшие частицы, называемые нанопластиками, размером менее 1 микрометра, больше всего беспокоят исследователей (см. «Масштабирование микропластика»). Некоторые могут проникать в клетки, потенциально нарушая клеточную активность. Но большинство этих частиц слишком малы, чтобы их даже могли увидеть ученые; они не учитывались, например, в оценках диеты Келманса, и Калифорния не будет пытаться их контролировать.

Ясно одно: проблема будет только расти. Ежегодно производится почти 400 миллионов тонн пластика, а к 2050 году эта масса увеличится более чем вдвое. Даже если бы все производство пластика было волшебным образом остановлено завтра, существующие пластики на свалках и в окружающей среде — масса, оцениваемая примерно в 5 миллиардов тонн, — продолжатся. распадается на крошечные фрагменты, которые невозможно собрать или очистить, постоянно повышая уровень микропластичности. Келманс называет это «пластиковой бомбой замедленного действия».

«Если вы спросите меня о рисках, я сегодня не так напуган», — говорит он. «Но меня немного беспокоит будущее, если мы ничего не сделаем».

Виды вреда

У исследователей есть несколько теорий о том, насколько вредны пластиковые частички. Если они достаточно малы, чтобы проникать в клетки или ткани, они могут вызвать раздражение, просто будучи чужеродным присутствием — как в случае с длинными тонкими волокнами асбеста, которые могут воспламенить легочную ткань и привести к раку. Существует потенциальная параллель с загрязнением воздуха: сажистые частицы от электростанций, выхлопных газов транспортных средств и лесных пожаров, называемые PM 10 и PM 2,5 — твердые частицы размером 10 мкм и 2,5 мкм в диаметре, — как известно, откладываются в дыхательных путях и легких, а высокие концентрации могут повредить дыхательные системы. Тем не менее, уровни PM 10 в тысячи раз превышают концентрации, при которых микропластики были обнаружены в воздухе, отмечает Келманс.

Более крупные микропластики с большей вероятностью будут оказывать негативное воздействие, если оно вообще есть, из-за химической токсичности. Производители добавляют в пластмассы такие соединения, как пластификаторы, стабилизаторы и пигменты, и многие из этих веществ опасны — например, влияют на эндокринную (гормональную) систему. Но будет ли потребление микропластика значительно увеличить наше воздействие этих химикатов, зависит от того, как быстро они выходят из пластиковых пятнышек и как быстро пятнышки проходят через наши тела — факторы, которые исследователи только начинают изучать.

Другая идея заключается в том, что микропластик в окружающей среде может привлекать химические загрязнители и затем доставлять их животным, которые поедают зараженные частицы. Но животные все равно попадают в организм с пищей и водой, и даже возможно, что частички пластика, если они в значительной степени не загрязнены при проглатывании, могут помочь удалить загрязняющие вещества из кишечника животных. Исследователи до сих пор не могут прийти к единому мнению о том, являются ли переносящие загрязнители микропластиками серьезной проблемой, говорит Дженнифер Линч, морской биолог из Национального института стандартов и технологий США в Гейтерсбурге, штат Мэриленд.

Возможно, самый простой способ вреда — по крайней мере, когда речь идет о морских организмах — может заключаться в том, что организмы проглатывают пластиковые крупинки, не имеющие питательной ценности, и не едят достаточно еды, чтобы выжить. Линч, который также возглавляет Центр исследования морского мусора при Гавайском Тихоокеанском университете в Гонолулу, провел вскрытие трупов морских черепах, найденных мертвыми на пляжах, глядя на пластик в их кишечнике и химические вещества в тканях. В 2020 году ее команда провела серию анализов для 9 вылупившихся детенышей черепахи в возрасте до 3 недель. У одного детеныша длиной всего 9 сантиметров в желудочно-кишечном тракте было 42 куска пластика. Большинство из них были микропластиками.

«Мы не считаем, что кто-то из них умер именно от пластика», — говорит Линч. Но она задается вопросом, не могли ли детеныши вырасти так быстро, как им нужно. «Это очень тяжелый этап жизни для этих маленьких ребят».

Морские исследования

Исследователи проделали большую часть работы по изучению рисков микропластика для морских организмов. Зоопланктон, например, один из самых мелких морских организмов, растет медленнее и размножается менее успешно в присутствии микропластика, говорит Пенелопа Линдек, морской биолог из Плимутской морской лаборатории, Великобритания: яйца животных меньше и с меньшей вероятностью вылупятся.. Ее эксперименты показывают, что проблемы с воспроизводством происходят из-за того, что зоопланктон не ест достаточно пищи 3.

Но, поскольку экотоксикологи начали проводить эксперименты до того, как узнали, какие виды микропластиков существуют в водной среде, они в значительной степени зависели от промышленных материалов, обычно с использованием полистирольных сфер меньшего размера и в концентрациях, намного превышающих результаты исследований (см. «Определение размеров микропластика»).

Ученые начали переходить к более реалистичным с экологической точки зрения условиям и использовать волокна или фрагменты пластика, а не сферы. Некоторые начали покрывать свои тестовые материалы химическими веществами, имитирующими биопленки, которые, по-видимому, повышают вероятность употребления животными микропластика.

Волокна кажутся особой проблемой. По словам Линдеке, по сравнению со сферами, волокнам требуется больше времени, чтобы пройти через зоопланктон. В 2017 году австралийские исследователи сообщили, что зоопланктон, подвергшийся воздействию микропластических волокон, произвел половину обычного количества личинок и что полученные взрослые особи были меньше. Волокна не были проглочены, но исследователи увидели, что они мешают плаванию, и определили деформации в телах организмов 4. Другое исследование 5, проведенное в 2019 году, показало, что взрослые тихоокеанские слепыши (аналог Emerita) , подвергшиеся воздействию волокон, жили короче.

В большинстве лабораторных исследований организмы подвергаются воздействию микропластика одного типа, определенного размера, полимера и формы. По словам Келманса, в естественной среде организмы подвергаются воздействию смеси. В 2019 году он и его докторант Мерел Коои построили графики содержания микропластика, полученные в результате 11 исследований океанов, рек и донных отложений, чтобы построить модели смесей в водной среде.

В прошлом году они объединились с коллегами, чтобы использовать эту модель в компьютерном моделировании, которое предсказывает, как часто рыба будет сталкиваться с микропластиком, достаточно маленьким, чтобы ее можно было съесть, и вероятность съесть достаточно крупинок, чтобы повлиять на рост. Исследователи обнаружили, что при нынешнем уровне загрязнения микропластиком рыба подвержена этому риску в 1,5% мест, проверенных на наличие микропластика 6. Но, вероятно, будут горячие точки, где риски будут выше, говорит Келманс. Одна из возможностей — это глубокое море: оказавшись там и часто захороненные в отложениях, маловероятно, что микропластик переместится в другое место, и нет никакого способа их очистить.

Океаны уже сталкиваются со многими факторами стресса, что заставляет Lindeque больше опасаться того, что микропластики будут еще больше истощать популяции зоопланктона, чем что они переместятся вверх по пищевой цепочке, чтобы достичь людей. «Если мы уничтожим что-то вроде зоопланктона, основу нашей морской пищевой сети, мы будем больше беспокоиться о воздействии на рыбные запасы и возможности прокормить население мира».

Исследования на людях

Ведущие исследователи утверждают, что ни одно опубликованное исследование не изучало напрямую влияние пластиковых пятнышек на людей. Единственные доступные исследования основаны на лабораторных экспериментах, в которых клетки или ткани человека подвергаются воздействию микропластика или используются животные, такие как мыши или крысы. Например, в одном исследовании 7 у мышей, которым давали большое количество микропластика, наблюдалось воспаление в тонком кишечнике. У мышей, подвергшихся воздействию микропластика в двух исследованиях, было пониженное количество сперматозоидов 8 и меньшее количество детенышей 9 по сравнению с контрольными группами. Некоторые из in vitroисследования на человеческих клетках или тканях также предполагают токсичность. Но, как и в случае с морскими исследованиями, неясно, имеют ли используемые концентрации отношение к воздействию мышей или людей. В большинстве исследований также использовались сферы из полистирола, которые не отражают разнообразие микропластиков, которые люди глотают. Кёльманс также отмечает, что эти исследования являются одними из первых в своем роде и могут оказаться исключительными, если появится установленная совокупность доказательств. Есть еще в пробирке исследований, чем исследования на животных, но исследователи говорят, что они до сих пор не знают, как экстраполировать эффекты твердых пластиковых пятнышки на ткани до возможных проблем со здоровьем у всех животных.

Один из вопросов, связанных с риском, заключается в том, могут ли микропластики оставаться в организме человека, потенциально накапливаясь в некоторых тканях. Исследования на мышах показали, что микропластик диаметром около 5 мкм может оставаться в кишечнике или достигать печени. Используя очень ограниченные данные о том, как быстро мыши выделяют микропластик, и предположив, что лишь небольшая часть частиц размером 1–10 мкм будет абсорбирована организмом через кишечник, Коелманс и его коллеги подсчитали, что человек может накапливать несколько тысяч микропластических частиц в своей тело на протяжении всей жизни 2.

Некоторые исследователи начали изучать, можно ли найти микропластик в тканях человека. В декабре группа ученых впервые задокументировала это в исследовании, в котором изучались шесть плацент 10.. Исследователи разрушили ткань химическим веществом, затем исследовали то, что осталось, и обнаружили 12 частиц микропластика в 4 из этих плацент. Тем не менее, не исключено, что эти пятнышки были результатом заражения, когда плаценты были собраны или проанализированы, говорит Рольф Халден, инженер по охране окружающей среды из Университета штата Аризона в Темпе, хотя он высоко оценивает усилия исследователей по предотвращению заражения, в том числе: содержание в родильных палатах свободных от пластиковых предметов и для демонстрации того, что контрольный набор холостых материалов, взятых в ходе того же анализа пробы, не был загрязнен. «Существует постоянная проблема — убедительно продемонстрировать, что данная частица действительно возникла в ткани», — говорит он.

«Те, кого беспокоит воздействие микропластика, могут его уменьшить», — говорит Ли. Его работа с посудой показала, что количество пластикового сарая сильно зависит от температуры — вот почему он перестал разогревать пищу в пластиковых контейнерах. Чтобы уменьшить проблемы с детскими бутылочками, его команда предлагает родителям ополаскивать стерилизованные бутылочки прохладной водой, кипяченной в непластиковых чайниках, чтобы смыть любые микропластики, выделяемые во время стерилизации. И они могут приготовить детское питание в стеклянных контейнерах, наполняя бутылочки для кормления после того, как молоко остынет. В настоящее время команда набирает родителей, чтобы добровольно сдать образцы мочи и стула своих младенцев для микропластического анализа.

Нано фракция

По словам Халдена, частицы, которые достаточно малы, чтобы проникать и оставаться в тканях или даже клетках, вызывают наибольшее беспокойство и требуют большего внимания при отборе проб окружающей среды. В одном исследовании 11, в ходе которого беременные мыши сознательно вдыхали чрезвычайно крошечные частицы, например, позже были обнаружены частицы почти во всех органах их плодов. «С точки зрения риска, вот что вызывает настоящую озабоченность, и именно здесь нам нужно больше данных».

Чтобы попасть в клетки, частицы обычно должны быть меньше нескольких сотен нанометров. Формального определения нанопластика не существовало до 2018 года, когда французские исследователи предложили верхний предел размера в 1 мкм — достаточно крошечный, чтобы оставаться рассредоточенным в толще воды, где организмы могут легче их потреблять, вместо того, чтобы тонуть или плавать, как это делают более крупные микропластики говорит Александра тер Галле, химик-аналитик из Университета Поля Сабатье в Тулузе, Франция.

Но исследователи почти ничего не знают о нанопластиках; они невидимы, и их нельзя просто зачерпнуть. Простое их измерение поставило ученых в тупик.

Исследователи могут использовать оптические микроскопы и спектрометры, которые различают частицы по разному взаимодействию со светом, для измерения длины, ширины и химического состава пластиковых частиц с точностью до нескольких микрометров. Ниже этого масштаба пластиковые частицы трудно отличить от непластичных частиц, таких как морской осадок или биологические клетки. «Вы ищете иголку в стоге сена, но иголка похожа на сено», — говорит Роман Ленер, ученый по наноматериалам из Швейцарской некоммерческой исследовательской группы Sail and Explore Association.

В 2017 году тер Халле и ее коллеги впервые доказали, что нанопластик существует в образце окружающей среды: морской воде, собранной из Атлантического океана 12. Она извлекла из воды коллоидные твердые вещества, отфильтровала любые частицы размером более 1 мкм, сожгла то, что осталось, и использовала масс-спектрометр, который фрагментирует молекулы и сортирует фрагменты по молекулярной массе, чтобы подтвердить, что в остатках присутствовали пластиковые полимеры.

Однако это не дало никакой информации о точных размерах или формах нанопластов. Тер Халле получила некоторое представление, изучив поверхности двух разрушенных пластиковых контейнеров, которые она собрала во время экспедиции. Она обнаружила, что верхние несколько сотен микрометров стали кристаллическими и хрупкими; она думает, что это также может относиться к нанопластикам, которые, вероятно, откололись от этих поверхностей 13. На данный момент, поскольку исследователи не могут собирать нанопластики из окружающей среды, те, кто проводит лабораторные исследования, измельчают свой собственный пластик, ожидая получить аналогичные частицы.

Использование самодельных нанопластиков имеет преимущество: исследователи могут вводить метки, которые помогают отслеживать частицы внутри тестовых организмов. Ленер и его коллеги приготовили флуоресцентные наноразмерные пластиковые частицы и поместили их под ткань, построенную из клеток оболочки кишечника человека 14. Клетки действительно поглощали частицы, но не проявляли признаков цитотоксичности.

По словам Ленера, обнаружение пластиковых пятен в неповрежденных срезах ткани — например, посредством биопсии — и наблюдение за любыми патологическими эффектами — это последний кусок головоломки, связанный с рисками микропластики. «Это было бы очень желательно», — говорит Халден. Но чтобы достичь тканей, частицы должны быть очень маленькими, поэтому оба исследователя считают, что их будет очень трудно окончательно обнаружить.

Сбор всех этих данных займет много времени. Тер Халле сотрудничал с экологами для количественной оценки потребления микропластика в дикой природе. По ее словам, анализ только частиц размером более 700 мкм в примерно 800 образцах насекомых и рыб занял тысячи часов. В настоящее время исследователи изучают частицы в диапазоне 25–700 мкм. «Это сложно и утомительно, и потребуется много времени, чтобы получить результаты», — говорит она. Если посмотреть на меньший размер, она добавляет, что «усилия экспоненциальны».

Не время терять

Исследователи считают, что на данный момент уровень микропластика и нанопластика в окружающей среде слишком низок, чтобы повлиять на здоровье человека. Но их число будет расти. В сентябре прошлого года исследователи прогнозировали 15, что количество пластика, добавляемого к существующим отходам каждый год — независимо от того, будет ли он аккуратно утилизирован на закрытых свалках или разбросан по суше и морю — может более чем удвоиться с 188 миллионов тонн в 2016 году до 380 миллионов тонн в 2040 году. Затем, по оценкам ученых, около 10 миллионов тонн из них могут быть в форме микропластика — в расчет не включены частицы, которые постоянно разрушаются из существующих отходов.

Некоторые из наших пластиковых отходов можно обуздать, — говорит Винни Лау из Pew Charitable Trusts в Вашингтоне, округ Колумбия, которая является первым автором исследования. Исследователи обнаружили, что если каждое проверенное решение по борьбе с загрязнением пластиком будет принято в 2020 году и расширено как можно быстрее, включая переход на системы повторного использования, использование альтернативных материалов и переработку пластика, количество добавленных пластиковых отходов может упасть до 140 миллионов. тонн в год к 2040 году.

Безусловно, наибольшая выгода будет получена от отказа от пластика, который используется только один раз и выбрасывается. «Нет смысла производить вещи, которые прослужат 500 лет, а затем использовать их в течение 20 минут», — говорит Гэллоуэй. «Это совершенно неустойчивый образ жизни». источник

изучают,  пластик,  ученые 

08.05.2021, 1367 просмотров.