微塑料对人类健康负面影响的研究进展

编者按

微塑料（Microplastic，MPs）是指直径在1μm~5mm之间的塑料碎片和颗粒，常常在塑料制品使用过程中释放。在自然环境中，它们会在物理、化学和生物作用下进一步降解，成为更加微小但更严重的威胁，即“MPs”或“纳米塑料”。

MPs主要来自于居家生活中的各种塑料包装制品的分解，如塑料袋、盒、瓶、物品的外包等。据估算，一个人每小时可能会从自己的服装、空气等环境中吸入16.2个MPs碎片，平均每周摄入约3000个MPs颗粒，相当于每周吃掉一张“银行卡”那么多、约5 g大小。

实验表明，塑料聚合物的碎裂并未止步于“微米级”，而是进一步形成了纳米塑料，数量上更比预期高出很多。随着塑料品的消费量逐年增加，MPs作为新的环境污染源，因其进入水、土壤、空气和食物链中，而最终落户至人体，对人类的健康产生巨大的潜在威胁。

瓶装水中MPs的含量与成分

先前，国际环境行动组织对法国最畅销的9个瓶装水进行调查，发现78%的测试水每升含有1~121个微粒。而据2024年1月《美国国家科学院院刊》新发表的一项研究，通过具有自动塑料识别算法的平台，在单颗粒水平进行微纳米塑料分析，测试了在美国销售的三种流行品牌的瓶装水，分析了尺寸小至100 nm的塑料颗粒，显示一瓶1升装的市售水中，约含有11~37万个MPs颗粒，平均含24万个。其中，90%为纳米塑料，10%为MPs，这个最新检测方法测得的准确数值，比之前报告的瓶装水中MPs含量高出了2千至24万倍。

检测到的MPs类型包括：PA（聚酰胺）、PP（聚丙烯）、PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PVC（聚氯乙烯）和PS（聚苯乙烯）。其中PA是一种尼龙材料，可能来自用于净化水的塑料过滤器；PET是瓶子的制造材料，当瓶子受到挤压或受热时，它可能会随着碎片脱落而进入水中。

令人担忧的是，上述四种类型仅占样本中发现的所有纳米颗粒的10%左右，其余90%为“不明身份”的聚合物。倘若它们均为纳米塑料，意味着每升水中MPs颗粒的数量可能达到数千万个。研究人员认为，不仅瓶装水，有一个巨大的纳米塑料世界有待研究，塑料颗粒越小，它们就越容易进入人体，因其体积小到可以穿过生物屏障（如细胞膜），可能存在的潜在风险更大。

人体MPs的主要来源

研究发现，喝水是日常摄入MPs的主要来源，一个普通人每周就能喝进多达1769个MPs颗粒，包括自来水和瓶装水。从材料学的角度看，纳米颗粒在水中的分散本来就是不稳定的，粒径越小，表面能越高，MPs更倾向于团聚在一起或者吸附在其他物质表面，以减小自身的表面能。

推测MPs在饮用水中之所以能稳定存在，可能与MPs密度接近于水，容易悬浮在水中且自来水中缺少可吸附固定MPs颗粒的物质有关。

自然环境中，塑料垃圾可被分解为直径＜100 nm的纳米塑料，如纺织品、化妆品、个护产品、一次性的口罩和手套、实验室废物、塑料容器、以及其他产品；聚苯乙烯在人类日常生活有着广泛应用，其纳米塑料颗粒已在世界各地的海洋、淡水、空气和陆地中被陆续检测到，也可通过饮用水、食物和空气进入人体。

中国有学者估算，2020年进入海洋环境的MPs通量表明，2020年31个省份共产生了469 308公吨MPs。MPs的排放与当地GDP和人口有很强的相关性。广东、山东、四川、河南、江苏等经济发达省份的贡献较高。在全国范围内，MPs排放的三个主要来源是日常洗衣活动（36.05%）、汽车轮胎磨损（27.26%）和塑料家居用品的磨损（24.04%）。这些MPs中约有60.21%被污水处理厂去除。

MPs对健康的影响

2018年的欧洲肠胃病学会首次报道人类肠道出现MPs；2020年8月，美国化学会年会报告，人肺、肝脏、脾脏和肾脏组织样本中均检测到了MPs的存在；近期两项研究甚至指出这些碎片抵达了胎盘，发现率达100%。

新近中山大学的研究发现，纳米塑料会导致雌性动物流产。研究人员收集了不明病因流产患者和健康对照组的绒毛膜组织，发现流产者绒毛膜组织中聚苯乙烯塑料碎片的含量更高。他们还构建了PS纳米塑料暴露的孕小鼠动物模型，确定暴露于高剂量PS纳米塑料会通过抑制滋养层细胞的侵袭迁移和迁移体形成，进而引发小鼠流产。

还有研究证明，MPs可通过呼吸道、胃肠道尔后到达血液、肺、心脏、脑、肝等，最为令人担忧的是，它们还可侵入胎盘，影响到子代。而目前，关于塑料对人类健康影响的研究仍处于起步的初期。直到最近，研究才发现人体器官中存在MPs颗粒。既往对其他动物如鱼类和啮齿动物的研究揭示，MPs存在对激素水平、免疫反应、发育、生殖、肠与心脏健康等的负面影响。

美国的研究者认为，人体组织中MPs浓度不断增加或许可以解释一些令人费解的现象，例如炎症性肠病（IBD）发病率上升，结肠癌的年轻化趋势，男性精子数量减少等。2021年的一项研究发现，IBD患者粪便里的MPs含量高出正常水平50%。动物实验表明，MPs可能会促进动脉粥样硬化。

国内有研究检测三种类型人体动脉中的MPs，选择伴有动脉粥样硬化斑块的冠状动脉和颈动脉，以及无斑块的主动脉作为研究对象，17份动脉样本均检出MPs，平均浓度为118.66±53.87 μg/g。共鉴定出PET（73.70%）、PA（15.54%）、PVC（9.69%）和PE（1.07%）四种类型的MPs。最重要的是，含有动脉粥样硬化斑块的动脉（156.50±42.14 vs.76.26±14.86 μg/g 组织，P=0.039）和颈动脉（133.37±60.52 vs.76.26±14.86 μg/g组织，P=0.015）中MPs的浓度显著高于不含动脉粥样硬化斑块的主动脉，表明MPs可能与人类动脉粥样硬化有关。

另外一项对200多例接受手术的患者的研究发现，近60%的患者的主动脉中存在MPs或更小的纳米塑料。与动脉中无塑料成分的患者相比，这些患者在术后约34个月内发生心脏病发作、中风或死亡的可能性要高出4.5倍。

另有研究人员追踪调查了257例接受外科手术的患者，该手术通过去除颈部动脉中的脂质斑块来降低中风风险。将切除的脂质斑块置于电子显微镜下，在150例参与者的样本中看到了锯齿状斑点——MPs的证据——与细胞和其他废弃物混杂在一起。化学分析表明，这些颗粒大多由聚乙烯（PE）或PVC组成，前者是世界上使用最多的塑料种类，通常用于食品包装、购物袋和医用管道。分析显示，平均而言，脂质斑块样本中MPs含量较高的参与者，其炎症生物水平也较高。

MPs颗粒容易引发炎症，它们可能会增加脂质斑块破裂的风险，溢出的脂肪沉积物可能堵塞血管。研究者对患者进行了长达34个月的跟踪调查，结果显示，与斑块样本没有MPs的患者相比，斑块中出现MPs患者发生卒中、非致命性心脏病的风险要高出3.5倍。

荷兰的一项分析研究显示，成年人每毫升血液中含有约1.6~7 μg直径＞700 nm的MPs，循环在血液中的MPs引发的炎症可能损伤了血管功能，并加速了心血管疾病的发生。

MPs对肝脏的影响

MPs中的化学物质也可能会对肝脏产生负面影响，已有动物实验研究表明，MPs导致肝细胞的损伤和凋亡，进而影响肝脏的代谢和解毒功能。PS可上调肝谷氨酰胺和谷氨酸合成，并通过肝脑轴促进小脑自噬依赖性铁死亡和细胞凋亡。

有研究将小鼠暴露于1 mg/L粒径为0.5 μm的MPs中，5周可导致肝脏脂质代谢异常，但MPs诱导的毒性作用在不同器官之间是否存在串扰尚不清楚。肝损伤导致的肝功能异常可引起多种神经系统症状，包括脑水肿、神经元和胶质细胞形态改变和功能障碍，这可能与血脑屏障完整性的改变有关。

研究发现，肝硬化患者（18%~58%）比普通人（10%）更容易患抑郁症，非酒精性脂肪性肝病患者脂质代谢紊乱导致认知功能障碍和脑容量减少。肝病直接改变代谢物，如氨、葡萄糖和乳酸，并加剧神经炎症和血脑屏障的破坏。

体内85%的氨通过门静脉进入肝脏进行代谢，并通过肾脏和肠道排出体外，氨的代谢物之一谷氨酰胺可诱导星形胶质细胞高血压，导致细胞肿胀、神经元损伤和脑水肿。因此，肝脏疾病产生的代谢物会通过血液循环作用于大脑，造成脑组织损伤。

铁死亡是一种不同于细胞凋亡、自噬和坏死下垂的新型细胞死亡形式。最近的一项研究表明，暴露于PS会导致肝脏铁死亡。铁死亡的症状是由铁超载引起的脂质过氧化，在非酒精性脂肪性肝炎的病理生理过程中起关键作用。

国内一项研究通过构建鸡PS暴露模型，探讨肝组织紊乱代谢物对脑组织损伤的机制，发现暴露于PS改变了肝脏的代谢谱，增加了谷氨酰胺和谷氨酸的合成，这些过量的产物通过破碎的血脑屏障进入小脑组织，引发自噬依赖性铁死亡和细胞凋亡。揭示了肝脑轴在PS神经毒性中的关键作用，表明控制靶向肝脏代谢损伤可能是减轻PS神经元损伤的有效治疗策略。

中国科学院生态环境科学研究中心近年建立了一个小鼠模型，通过连续灌胃PS 30天发现，PS MPs可积累在肝脏组织并导致损伤。肝脏和肠道都与胆酸（BA）代谢密切相关，研究发现PS在肝脏中调节BA合成和外排相关基因的表达，导致胆汁淤积。此外，MPs还可能增加肝脏疾病的风险，如脂肪肝、肝纤维化等。

影响塑料微粒释放的因素

包括塑料固有特性（如材料类型、结构、共聚物以及最初的塑料微粒大小）和外部因素（如pH、温度、氧气和光线等）。

一个计算洗衣服时流入废水中的微/纳米塑料的统计显示，每洗10磅衣服，会产生数百万个塑料微粒。与冷藏或室温储存等其他方式相比，微波加热会导致塑料容器和可重复使用食品袋向食品中释放出最多的MPs和纳米塑料，仅3分钟的微波加热，就能使1 cm2的塑料容器释放出高达422万个MPs和21.1亿个纳米塑料微粒。在微波加热过程中，两款不同的PP婴儿食品容器，容器1释放了42.5万个MPs和1.69亿个纳米MPs/cm2，而容器2释放了422万个MPs和12.1亿个纳米塑料/cm2。微波加热随着水解、热降解和紫外线照射降解的同时发生，加之微波炉释放的电磁波可以穿透塑料材料并加热容器内部，食物的温度升高又会进一步增加塑料容器释放MPs和纳米塑料。

冷藏和室温储藏超过6个月，同样会释放出数百万乃至数十亿的MPs和纳米塑料。生活中，通过不断地饮瓶装水、吃外卖、使用塑料餐盘、微波加热食物等，微/纳米塑料会被不停地摄入体内。但它们虽一般难以被代谢吸收，但未能排出的部分会不断蓄积于体内。近年已经在肠胃、肺部、胎盘、心脏等多个器官中检测到这些MPs的存在。

MPs危害的发生机理

在塑料的生产中，为增加柔韧性、硬度、耐热性，并且拥有不同的颜色，许多用塑料制成的工业和日用产品中都含有可以干扰荷尔蒙的化学物质——内分泌干扰物（EDCs）。

2020年，国际内分泌协会公布的一项报告中揭示，生活中建筑、家具、家电、食品外包装等塑料制品，都是EDCs的来源。目前全球使用的EDCs早已超过1000种，已知存在健康风险的就有BPA、阻燃剂、邻苯二甲酸酯（DOP）、紫外线稳定剂以及铅和镉等有毒金属等。以DOP为例，产前低剂量暴露就可能影响性别分化、甲状腺功能、代谢功能，以及造成孕产妇妊娠并发症。

在北京大学的一项研究中，仅2010年，中国DOP类暴露相关的男性不育、成人肥胖和糖尿病三种疾病的发病数约250万起，医疗费用高达572亿元。因此MPs除单纯作为一种对人体健康有害的化合物之外，也可诱发氧化应激、炎症、内分泌紊乱和代谢紊乱。有研究人员认为，50岁以下人群的炎症性肠病和结肠癌以及精子数量的下降，可能与MPs应用有关。

如何减少MPs的摄入

塑料降解过程漫长，即便立刻禁止塑料使用，也无法阻止几十年内环境中MPs的富集。现在能有效过滤掉MPs的方法，均为实验室所用的先进过滤系统，昂贵且笨重，普通人希望避免摄入MPs似乎毫无办法。

目前缺乏在不添加任何水处理药剂的前提下，增加MPs的密度，同时提供高亲和力的吸附活性表面的方法。从烧开水过程中产生的水垢（主要是不溶性钙镁碳酸盐和碱式碳酸盐组成）会迅速沉降到水底，长时间使用的烧水壶，水垢还会结块，新生相的水垢具有很高的吸附活性，能高效吸附、包裹、沉淀很多饮用水中的污染物受到启发。

2024年2月，一项中国研究显示，把水烧开，再简单过滤，就可能除去高达90%的MPs。研究从广州采集了硬自来水的样本，并在其中掺入了不同剂量的MPs颗粒。将样品煮沸5分钟后，再晾成“凉白开”。表明随水温上升（25℃~90℃），样本中的NP清除率从2%逐步上升至28%，在100℃时清除率剧增至84%。水质越硬（矿物质含量越高），清除效果越明显：硬水（碳酸钙含量300mg/L）煮沸后的纳米塑料清除率达90%；即使是软水（碳酸钙含量低于60 mg/L），煮沸仍可清除25%以上的纳米塑料。沸腾的硬水通过自然形成水垢，随着水温的升高，CaCO3形成了包封塑料颗粒的水垢颗粒或晶体结构。随着时间的推移，这些颗粒会堆积起来，用一个简单的家用过滤器（如咖啡过滤器），就能将漂浮在水中的水垢滤出倒掉，原本需要昂贵过滤装置才能去除的MPs，就这样简单地被解决。

对于MPs的包封效应，在较硬的水中更为明显。长期让中国人担心喝了会影响健康、影响发量、影响饭菜口感的“硬水”，还摇身一变成为了MPs的克星。虽然把水烧开，这项每个中国人都已根深蒂固的习惯如果能奏效，可谓是最好的消息，但因全球不同区域的塑料污染程度和水质不均匀，如我国南方地表水含有较多钙离子，而北方很多地区饮用的地下水含有更多镁离子（口感偏苦）。因此，烧开水除MPs的效果可能因地而异，有待深入研究。

硬度较低的水烧开也不能形成水垢，所以去除MPs等污染物的性能可能受影响。日常使用微波炉加热食物时，尽可能避免使用塑料容器，即便为“食品级”者也尽量少用。在有选择的情况下，最好减少使用塑料制品盛放或者存储食物。

总之，近年来关于MPs污染的研究报道可谓铺天盖地且方兴未艾。虽然尚缺乏充分证据显示MPs能直接引发人类疾病，但鉴于日益增长的塑料垃圾数量，MPs污染饮用水源、进而对人群健康构成的潜在威胁，已日益增加社会关注度。为缓解公众焦虑，期待更多的前瞻性研究提供方便简单应对策略，以便未雨绸缪、防患于未然。

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