从海洋到餐盘：微塑料对人类健康的影响 | Heliyon编辑精选 - 海洋微塑料生态影响

半座山 · 发表于海洋科普 2024-6-18 18:14:45

交叉学科

Interdisciplinary

微塑料，指直径小于5毫米的塑料颗粒，是一种造成污染的主要载体。事实上，微塑料的粒径范围可以从几微米到几毫米，是形状多样的非均匀塑料颗粒混合体，肉眼往往难以分辨，被形象地称为“海中的PM2.5”。由于微塑料在海洋环境中的广泛存在以及对生物产生的各种确定的以及不确定的危害，得到了各界的广泛关注。本文对微塑料与人类健康之间错综复杂的关系进行了细致的探讨，对更深层次地理解微塑料与人体系统相互作用机制起到促进作用。2023年9月26日，这篇文章以“From oceans to dinner plates: The impact of microplastics on human health”为题，发表Cell Press细胞出版社期刊Heliyon上。

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【摘要】

研究发现，直径小于5毫米的微塑料存在于土壤、水和空气等各种环境介质中，并已渗入食物链中被人类食用。本文全面探讨了微塑料与人类健康之间错综复杂的关系；评估了微塑料的来源，包括来自纺织品、个人护理产品和废水处理厂等的微纤维；细致地考察了微塑料的各种接触途径（摄入、吸入和皮肤接触），从而提供了对相关的健康风险的见解。值得注意的是，摄入微塑料与肠胃功能紊乱、内分泌失调以及致病菌的潜在传播有关。吸入空气中的微塑料同样是个令人担忧的问题，它可能会对呼吸系统和心血管健康造成影响。有关皮肤接触的探索虽然较少，但其可能会增加皮肤刺激和过敏反应。此外，还强调了 COVID-19 对微塑料污染的影响。最后，文章指出，更深层次地理解微塑料与人体系统相互作用机制是进一步提高公众意识的必要环节。

【文章简介】

据估计，全球每年生产的塑料达3.2亿吨。然而，塑料材质的耐用性和持久性导致每年约有800万吨塑料垃圾进入海洋。这些塑料在微生物活动、辐射和机械应力等因素的作用下发生降解，形成直径小于5毫米的微塑料。微塑料以前仅被视为对海洋生物存在威胁，但现在已逐渐渗入到食物链中，成为人类饮食的一部分。最近的调查显示，微塑料能够通过摄入、吸入和皮肤接触进入人体，在人类粪便、唾液甚至胎盘中都发现了微塑料的痕迹，这引发了人们对微塑料潜在生物累积性和对健康不利影响的担忧。

微塑料对健康造成的潜在危害体现在诱发炎症、氧化应激反应和组织损伤等，包括神经退行性疾病、生殖问题、心脏病、癌症和自身免疫性疾病等。在塑料产品生产过程中使用的各种化学添加剂（如多氯联苯和邻苯二甲酸酯）会加剧这些健康危害。因此，微塑料被认为是一种新型环境污染物，严重影响人类福祉和自然环境。

本综述旨在调研和阐明微塑料与人类健康之间的多方面关系，揭示微塑料所带来的潜在风险。作者广泛考察了微塑料的来源、接触途径及其与人体相互作用的各种模式，通过严格的分析，确定微塑料渗入人体系统的主要途径，包括摄入、吸入和皮肤接触，从而全面了解对健康的潜在影响。本综述分为三个主要部分：(a)来源；(b)接触途径；(c)微塑料对人体健康的影响。这项研究有助于丰富微塑料暴露对健康影响的知识库。

【正文】

1.微塑料的分类

微塑料可以以不同的形式存在，其特性可能因其来源和环境条件而异。微塑料碎片的尺寸通常从几微米(μm)到几毫米(mm)不等；而微塑料颗粒通常呈球形，直径在1毫米到几毫米之间；微塑料纤维比其他微塑料类型更长更窄，长度从10 μm到几毫米不等。

初级微塑料是指以微尺寸形式生产或在制造过程中作为副产品产生的微小塑料颗粒。这些微塑料是为了特定的目的而专门生产的，比如用作注塑粉末、磨料颗粒或树脂颗粒。此外，初级微塑料还可能来源于大型塑料物体在生产、使用或维修过程中的磨损，例如驾驶时轮胎的磨损或洗涤时合成纤维的磨损。

初级微塑料的存在形式一般有微珠、微纤维和树脂颗粒。微珠是微小的塑料球体，通常用于个人护理和化妆品，如去角质磨砂膏和牙膏，主要用作纹理增强剂或研磨剂。微珠的体积很小，非常容易进入水系中，而且通常成功穿过污水处理厂的过滤系统。微纤维是来自合成服装、地毯和室内装潢等纺织品的细塑料丝，在香烟过滤嘴、口罩和湿巾等个人护理用品中也发现了微纤维。纺织品在其生命周期的各个阶段，比如生产、使用、洗涤、甚至在处理后，都会释放微塑料。树脂颗粒是生产塑料制品所使用的原料。这些小塑料颗粒在生产、运输或制造过程中，如果出现不当处理或意外泄漏，就会释放到环境中危害水生环境。这些初级微塑料具有吸附和运输有害化学物质的能力，从而加剧了它们所带来的生态危害。

次级微塑料是由瓶子、袋子和包装材料等较大塑料物品在机械力(如波浪和磨损)、化学反应和暴露在阳光下(紫外线辐射) 变质和破碎而产生的微小塑料颗粒。因为较大塑料物品被释放到环境中的频率很高，所以环境中微塑料的主要成分是次级微塑料。

次级微塑料的存在形式主要是碎片和纤维。塑料碎片是由较大塑料物体分解产生的不规则形状的碎片。纤维则是来自服装、绳索和渔网等纺织品的细丝。初级和次级微塑料的各种形态如下图所示。

2.微塑料的来源

2.1 纺织品中的超细纤维

纺织品中的超细纤维是微塑料污染的重要来源，由聚酯和尼龙组成，存在于运动服、羊毛和其他合成材料中。纺织品在洗涤时由于机械和化学压力作用而释放出超细纤维，单件衣服洗涤时释放出的纤维可能多1,900-1,000,000 根，它们无法被污水处理厂过滤，最终进入海水中。

2.2 个人护理产品

在个人护理产品中，初级微塑料更为普遍，包括微珠、微纤维和微胶囊。个人护理产品包通常包括肥皂、洗发水、护发素、身体乳、除臭剂、化妆品、保湿霜、精华液和防晒霜等。据测试，化妆品通常含有0.5%至5%的微珠，平均尺寸为250 μm，这些足够小微塑料可以绕过废水处理厂，并且不会被设施捕获。此外，一项研究通过对北京多家超市的调查发现，7.1%的洗面奶和2.2%的沐浴露含有微塑料，其主要成分为聚乙烯。研究进一步估计，在中国约有39吨微塑料通过沐浴露排放到环境中，从而进一步被海洋生物和其他野生动物摄入。

2.3 污水处理厂

废水处理厂虽然可以减少废水中存在的有机物质、营养物质和各种污染物，但是在过滤微塑料方面通常是无效的，甚至可能成为微塑料的储存库。污水处理厂蓄积的微塑料往往通过污水溢出和施用污水基肥料便可以渗入到水系统中。Gündoğdu等人检查了土耳其的两个废水处理厂，以评估微塑料浓度。进水每天含有100万至650万个颗粒，而出水每天含有22万至150万个颗粒。

2.4 生物固体和其他来源

生物固体是指废水处理过程中产生的污泥，可以用作农肥使用，以循环有机质、提供养分、改善土壤质，这也直接导致了大量微塑料沉积在农田中。在欧洲，估计每年有6.3万至43万吨微塑料沉积；而在北美，这一数值为4.4万至30万吨。这些微塑料颗粒再通过降雨、淋滤和灌溉等各种方式进一步输送到水生环境。

此外，海滩上进行的娱乐活动也极大地加剧了沿海水域的污染，仅海滩垃圾就占海洋中发现的塑料碎片的大约 80%。这些人类活动不可避免地导致未来更多的塑料废物流入海洋。图1描述了微塑料在陆地和海洋环境中的来源、运输和处置。

图1 塑料和微塑料进入并在陆地和海洋生态系统内循环的各种途径

3. COVID-19对微塑料污染的深远影响

由新型冠状病毒SARS-CoV-2引起的COVID-19大流行除了对健康的直接影响外，也间接加重了微塑料污染。疫情爆发之初，对口罩、手套和面罩等个人防护装备的需求激增，加上一次性塑料物品(如外卖食品包装和在线配送)的使用增加，导致塑料生产激增。在大流行期间，全球每月使用约650亿只手套和1290亿个口罩。目前，疫情已导致全球每天产生约160万吨塑料垃圾，伴随着每天丢弃34亿个一次性口罩。此外，行动限制以及对病毒传播的担忧导致废物回收能力下降、回收设施关闭以及垃圾收集延迟，加剧了塑料垃圾的不当处理。

虽然这场流行病最初转移了人们对环境问题的注意力和资源，但它凸显了弹性废物管理系统和可持续消费实践的必要性，同时也激发了人们对微塑料污染的新见解和应对措施。

4. 接触微塑料的途径

当微塑料颗粒通过食物或水被摄入时，就会发生微塑料的摄入。微塑料颗粒存在于海鲜、瓶装水和其他被微塑料污染的食品中。

海鲜，尤其是贝类，由于它们的滤食行为, 导致微塑料积聚在生物体的组织中，并被食用它们的人类消耗掉，还传递到与之有关的在食物链中，包括海洋哺乳动物、鱼类、无脊椎动物和食用鱼类的鸟类。李等人发现从中国渔业市场采集的商业捕捞双壳类样本中都检测到了微塑料，包括纤维、碎片和颗粒。最常见的微塑料尺寸等级低于 250 μm，占已发现的微塑料总量的很大一部分 (33-84%)。这些发现引发了人们对食用受微塑料污染的海鲜可能对人类健康造成威胁的担忧。

瓶装水中的微塑料来自塑料瓶本身、装瓶和运输过程。尽管饮用水处理通常可以有效去除各种水载颗粒，包括微塑料，但重要的是要考虑到处理厂内的某些组件和分配网络是由塑料制成的。随着时间的推移，这些塑料材料的侵蚀或降解可能会将微塑料引入饮用水中。除了瓶装水之外，在蜂蜜、牛奶、啤酒和盐等多种食品中都检测到了微塑料，来源可能是加工或包装过程。在这些日常食品中检测到的微塑料表明，我们的环境广泛受到微塑料的污染，即使是微量的。

微塑料也可以通过呼吸进入人体。当空气中的纤维微塑料长度小于5 μm、直径小于3 μm时便可被吸入。从事塑料制造、废物管理和回收等行业的工人通过接触高浓度的微塑料而大量吸入。空气中的微塑料来源广泛，其中合成橡胶轮胎、合成纺织品和城市灰尘的的分解，被认为是主要贡献者。微塑料可以在空气中通过风力传播，并连续和直接地吸入人体内，因此空气中的微塑料危害不容小觑。调查显示，美国人每年通过食物摄入的微塑料估计在39,000至52,000粒之间，如果考虑吸入的话，则可能增加到74,000至121,000粒。

人类还有可能在洗涤或使用含有微塑料的面部或身体磨砂膏等活动中接触到微塑料。微塑料可能通过毛孔进入皮肤，这些微珠一旦存在，就会形成小孔，让细菌进入皮肤，导致皮肤老化和黑斑的形成。在微塑料污染严重的地区参加休闲活动比如游泳、钓鱼和划船等时，也有可能通过皮肤摄入微塑料。根据雷维尔等人的说法，微塑料通过皮肤吸收的概率很低，因为颗粒必须穿透角质层，而角质层只允许小于100 nm的颗粒通过。尽管如此，必须考虑纳米塑料的潜在渗透性，这种可能性不应被忽视。

5. 微塑料对健康的影响

研究表明，微塑料的摄入会对人类健康产生各种不利影响，如图3所示，主要包括胃肠道问题、内分泌紊乱和毒性。

图3 人类接触微塑料的来源及其对健康的影响

胃肠道问题已成为与接触微塑料有关的重大健康问题之一，症状主要包括消化道炎症、便秘、肠易激综合征、肠道菌群破坏和肠通透性改变。微塑料对胃肠道细胞的影响源于它们可以增强对吸附在其表面的生物分子的免疫反应。微塑料暴露同时会导致宿主与天然肠道微生物群落的生态失调，造成紊乱，进而导致慢性疾病，增加对致病性感染的易感性，并改变肠道菌群的遗传能力和表达。维萨利等人研究了不同尺寸的微塑料（3 μm 和 10 μm）对人体肠道细胞的影响。研究结果表明，两种尺寸的微塑料都会引起中等程度的细胞毒性，其中较小的颗粒对细胞膜的影响更明显。长期接触微塑料可能会因细胞死亡率增加而导致肠道疾病。

内分泌紊乱是微塑料的潜在影响之一。分泌干扰化合物(EDCs)，如双酚A (BPA)、壬基酚、邻苯二甲酸酯和辛基酚等，普遍用于塑料生产中，当被人体摄入时，微塑料会释放出这些EDCs，从而破坏内分泌系统。这种破坏可导致激素失衡、生殖和发育功能受损等不利影响。

有证据表明，海水中的微塑料会迅速吸引细菌和多种生物体，从而形成复杂的生物膜，其结构与周围海水不同。当微塑料作为致病菌的载体时，它们可能会污染水源和食物链，导致疾病传播。一旦被摄入，微塑料和相关的致病菌会在胃肠道中积聚，引发感染或炎症反应。此外，微塑料上存在的抗生素抗性细菌越来越令人担忧。这些细菌可以将其耐药基因转移到其他细菌，从而导致抗生素耐药性的传播，这对医疗保健和细菌感染的治疗提出了重大挑战。

吸入空气中的微塑料会引起呼吸道的刺激和炎症，导致咳嗽、喘息、呼吸短促等症状，并加剧原有的呼吸系统疾病。微塑料的毒性受纤维尺寸的影响。较粗的纤维可以被吸入呼吸系统，而较长的纤维会增加对肺细胞的持久性和毒性。尺寸为15-20 μm的纤维不能通过肺泡巨噬细胞和粘膜纤毛等自然机制（例如肺泡巨噬细胞和粘膜纤毛自动扶梯）有效地从肺部清除。最具致癌性的纤维是厚度小于0.3 μm，长度大于10 μm的纤维。对于在生产或使用塑料产品的行业工作的个人来说，微塑料对健康的影响尤其令人担忧。

另外，接触微塑料会引发氧化应激、炎症、损害内皮功能并干扰正常的心脏功能，从而增加患心血管疾病的可能性。进而导致高血压、动脉粥样硬化和心律失常等。动物模型通常用于研究微塑料如何导致心血管问题。Li等人研究了PS微塑料对小鼠心血管系统的影响。结果表明，PS微塑料增加了心脏损伤、胶原蛋白生成、氧化应激，并激活了纤维化相关的Wnt/β-catenin通路，表明PS微塑料可以通过氧化应激促进心脏纤维化并引发心肌损伤，从而诱发心血管毒性。微塑料暴露是心血管疾病发展的一个未被认识到的危险因素。

虽然目前没有确凿的证据表明微塑料通过直接接触皮肤产生不利影响，但不能排除皮肤刺激和过敏反应的可能性。当塑料微粒与皮肤接触时可能会引起刺激、发红、瘙痒和炎症，某些微塑料的磨蚀性和堵塞毛孔的能力可能会破坏皮肤天然屏障功能。当微塑料含有皮肤刺激性的添加剂或污染物时，会导致皮肤状况恶化。当微塑料含有过敏原时，人体免疫系统可能认为这些外来颗粒是有害的，并释放组胺和其他炎症物质，导致过敏症状。

【研究方向】

虽然现有的研究机构已经提供了接触微塑料对健康的潜在影响的见解，但这些污染物对人类健康构成重大危险的程度仍不清楚。因此，有必要进行进一步的调查，以充分了解与微塑料接触有关的长期影响。微塑料上存在这些污染物已被广泛报道，并且与毒性增加有关。尽管如此，我们目前对微塑料暴露所涉及的精确细胞相互作用和毒性机制的了解仍然不足。因此，进行全面的机理研究对于揭示微塑料与生物系统相互作用并引发不利影响的复杂方式至关重要。通过了解微塑料毒性的细胞和分子机制，我们可以确定危害的关键途径和干预或预防的潜在目标。此外，探索微塑料接触与其他环境污染物的综合影响，并研究多种污染物之间的相互作用和协同作用，将有助于全面了解对人类健康的潜在风险。另一方面，提高公众意识可以在推动行为转变、鼓励负责任的消费习惯、促进有效的废物管理实践以及倡导采取旨在解决塑料生产、使用和处置问题的政策和法规方面发挥关键作用。

【结论】

关于微塑料对人类健康影响的研究强调了解决这一全球环境问题的紧迫性和重要性。通过分析微塑料污染的来源和途径，塑料废物、微珠、合成纺织品和工业活动是微塑料排放到生态系统中的重要因素。这些颗粒主要通过海洋生物进入食物链，随后通过食用受污染的海产品进入人体。值得强调的是，微塑料接触也可以通过土壤吸收和空气沉积等其他途径发生。微塑料已被证明对健康有不利影响，包括炎症、氧化应激和潜在的毒性。虽然对健康影响的全部范围仍在研究中，但很明显，解决微塑料污染问题需要采取行动。随着科学家深入研究微塑料对人类福祉的影响，政策制定者、行业和公众必须采取积极措施，尽量减少接触微塑料并减轻微塑料对环境和健康的影响。

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