Пластик: когда размер имеет значение

Чем меньше пластик, тем больше проблема. Это значит, что, когда мы говорим о проблеме пластика, речь идёт по большей части о проблеме микро- и нанопластика (МНП).

Что это такое?

Нанопластик — это частицы пластика диаметром от 1 (0,000001 мм) до 100 нанометров.

Микропластик — это частицы пластика диаметром от 100 нанометров до 5 миллиметров.

МНП может быть первичным и вторичным.

Первичный МНП изначально создаётся в малой форме — в виде полимерного порошка или гранул. Обычно он используется в качестве абразивного материала или для получения определённых свойств у создаваемого вещества.

Например, МНП можно встретить в:

· косметической продукции (в скрабах, шампунях, зубных пастах и т.д.);

· бытовой химии;

· сельском хозяйстве (используется для микрокапсуляции удобрений);

· медицинских препаратах и средствах медицинской диагностики;

· в красках и покрытиях;

· в тонерах для печати (чтобы порошок оставался электростатическим);

· в 3D-печати;

в нефтегазовой отрасли.

Вторичный МНП — это фрагменты и волокна, которые образовываются в процессе износа изделий из пластика. Например, автомобильных шин, синтетического текстиля, пластиковых бытовых отходов. На данный момент именно вторичный МНП является наиболее распространённым типом пластикового загрязнения.

Где встречается?

Считается, что пластик в основном загрязняет Мировой океан, но это не совсем так. Пластиковое загрязнение в большей степени затрагивает почву. Загрязнение суши МНП примерно от 4 до 23 раз больше океанического. Почвы сельскохозяйственного назначения потенциально содержат больше пластикового мусора, чем океанические бассейны. Они аккумулируют МНП на долгий период, увеличивая негативное воздействие на почвенные экосистемы и продуктивность сельскохозяйственных культур.

Именно эти почвы содержат наибольшее количество МНП из-за того, что в сельском хозяйстве используется множество различной пластиковой продукции при культивации, удобрении и мульчировании. Больше всего проблем вызывает мульчирование пластиковой плёнкой, так как обычно не всю плёнку убирают после снятия урожая, и она разлагается на МНП под солнечным и механическим воздействием.

Использование осадков сточных вод в качестве удобрения, частицы дорожного покрытия и шин, оседающие на почвах с дорожной пылью, удобрения, покрытые полимерным слоем, которые используются специально для контролируемого высвобождения питательных веществ и пестицидов в почве - все это ведёт к загрязнению сельскохозяйственных земель МНП.

Чем же опасен МНП в почве? Последние исследования показывают, что он негативно влияет на живые организмы почвы. Частицы пластика поглощаются жителями почвы и могут вызвать искусственное ощущение насыщения, окислительный стресс и повреждения кишечного тракта. Так, несколько исследований показали, что поглощение дождевыми червями микропластика приводит к уменьшению темпов роста и снижению веса особей. Исследования на нематодах показали, что поглощение частиц пластика понижает уровень их выживаемости.

МНП в почве может так же воздействовать фотосинтетическую активность, антиоксидантный состав и пищевую ценность некоторых популярных видов овощей и фруктов. Исследования показывают, что растения, выращенные на загрязнённых сельскохозяйственных почвах, тоже содержат в себе МНП и при потреблении этих растений МНП попадает в организм человека. Например, в 2019 году было выяснено, что пластиковые частицы размером 0,2 мкм могут проникать в корни салата латука. Нанопластик способен попадать в растения через мелкие поры на листьях растений и сохраняться там долгое время.

Как пластик попадает в организм человека?

МНП вездесущ. Он уже давно присутствует в нашей пищевой цепочке. Так, например, микропластик рыбы принимают за планктон и проглатывают его, а нанопластик может попадать и через жабры.

Помимо рыб, МНП обнаружили в морепродуктах, пиве, мёде, сахаре и соли. Люди потребляют МНП с питьевой водой, особенно если она упакована в ПЭТ-бутылки, через мясо, которое было упаковано в пластик, а также просто с частицами от одежды и мебели. Так одно из исследований показало, что человек может потребить в год до 70 000 частиц микропластика, которые просто с пылью осели на еде.

Наши тела содержат немало МНП. В экскрементах младенцев количество МНП гораздо больше, чем у взрослых. В исследовании 2022 года 75% проб грудного молока, взятых у 34 здоровых матерей в Риме, содержали МНП. Самыми многочисленными были частицы полиэтилена, ПВХ и полипропилена, с размерами частиц от 2 до 12 мкм. МНП присутствует и в человеческой плаценте.

Интересно, что нагревание пластиковых контейнеров с водой или молокосодержащими смесями в микроволновой печи на полной мощности в течение трёх минут высвобождает огромное количество МНП. Все виды упаковки были одобрены для использования с пищевыми продуктами. Однако, в некоторых случаях количество достигало до 2,11 млрд частиц нанопластика и 4,22 млн частиц микропластика на каждый квадратный сантиметр контейнера.

МНП обнаружен и в крови человека. Это значит, что пластик может проходить через мембраны клеток человеческого организма, и задерживаться в любых органах.

К чему это ведёт?

Чем же так опасен МНП в организме живых существ?

Было установлено, что в организмах рыб и двухстворчатых моллюсков микропластик может нанести физические повреждения желудочно-кишечному тракту, провоцируя микроразрывы тканей, воспаление и отмирание клеток. У морских птиц потребление микропластика приводит к формированию фиброзной рубцовой ткани, вызывающей воспаление пищеварительного тракта.

А что насчёт человека? В 2021–2023 годах был опубликован ряд исследований, показывающих, что МНП может наносить существенный вред человеческому организму. Так, в испытаниях на волонтёрах было выявлено, что воздействие частиц микропластика ПЭТ может негативно влиять на микробиоту кишечника (ранее такие исследования с тем же результатом проводились в лабораторных условиях на животных).

Ученые предполагают взаимосвязь между концентрацией частиц МНП в человеческих фекалиях и синдромом раздражённого кишечника (СРК). В другом исследовании выявили, что люди с СРК более восприимчивы к негативным эффектам МНП на кишечник. Учёные пришли к выводу, что высокая концентрация частиц полиэтилена понижает жизнеспособность и увеличивает реакцию на окислительный стресс у митохондрий клеток кишечника.

МНП попадает в организм не только через ЖКТ, но и при дыхании. В исследовании 2022 года в лёгочной ткани были обнаружены микроволокна размером менее 20 мкм. В очагах фиброзных изменений было обнаружено наибольшее количество микропластиковых волокон.

Помимо механического воздействия на ткани, взвешенные в воздухе микроволокна пластика, например, полиэстера, могут впитывать загрязняющие и токсичные вещества из окружающей среды. Попадание в организм вредных химических веществ, включая тяжелые металлы и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), может негативно сказываться на здоровье. Красители и другие химические вещества, добавляемые к синтетическим текстильным волокнам, также могут оказывать отрицательное воздействие на здоровье человека при вдыхании.

Самые пугающие «звоночки» приходят от учёных, исследующих влияние МНП на головной мозг. МНП может пересекать барьер между кровью и спинномозговой жидкостью. Лабораторные опыты на мышах доказали, что частицы размером в 293 нанометра достигают мозга лабораторных мышей за 2 часа. Вероятно, это приводит к снижению когнитивных функций и может стать причиной различных неврологических расстройств, в том числе негативных изменений в поведении. Ученые отмечают, что МНП обрастают различными веществами («биокорона») и в зависимости от своего состава «корона» может усилить негативный эффект МНП на организм человека. Биологические компоненты «биокороны» могут влиять на его восприятие организмом, его поглощение и потенциальные токсические эффекты.

Что в итоге?

В целом, картина складывается невесёлая. Пластик вездесущ и имеет свойство распадаться на более мелкие частицы до незаметной для человеческого глаза пластиковой пыли, которой мы дышим и которую едим и пьём.

Исследования влияния микропластика на организм и здоровье человека все еще активно ведутся. Возможно, человечество находится на пороге массового пластикового отравления. Однако важно отметить, что дальнейшие исследования необходимы для более точного понимания потенциального влияния МНП на организм человека.

Автор статьи: Елена Владимировна Каратаева, кандидат наук в области международного экологического права (доктор философии в Университете Монаша), автор нескольких статей о защите природных ресурсов, соавтор книги Global Plastic Pollution and Its Regulation: History, Trends, Perspectives.
Редакторы: Вероника Володина, Ирина Жаркова. Фото - BBC.

Список источников:

(1) Barrows, A. P. W.; Cathey, S. E.; Petersen, C. W. Marine Environment Microfiber Contamination: Global Patterns and the Diversity of Microparticle Origins. Environ Pollut 2018, 237, 275–284. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.02.062.

(2) Peng, J.; Wang, J.; Cai, L. Current Understanding of Microplastics in the Environment: Occurrence, Fate, Risks, and What We Should Do. Integr Environ Assess Manag 2017, 13 (3), 476–482. https://doi.org/10.1002/ieam.1912.

(3) Horton, A. A.; Walton, A.; Spurgeon, D. J.; Lahive, E.; Svendsen, C. Microplastics in Freshwater and Terrestrial Environments: Evaluating the Current Understanding to Identify the Knowledge Gaps and Future Research Priorities. Science of The Total Environment 2017, 586, 127–141. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.01.190.

(4) Nizzetto, L.; Futter, M.; Langaas, S. Are Agricultural Soils Dumps for Microplastics of Urban Origin? Environ Sci Technol 2016, 50 (20), 10777–10779. https://doi.org/10.1021/acs.est.6b04140.

(5) Tympa, L.-E.; Katsara, K.; Moschou, P. N.; Kenanakis, G.; Papadakis, V. M. Do Microplastics Enter Our Food Chain Via Root Vegetables? A Raman Based Spectroscopic Study on Raphanus Sativus. Materials (Basel) 2021, 14 (9), 2329. https://doi.org/10.3390/ma14092329.

(6) Tian, L.; Jinjin, C.; Ji, R.; Ma, Y.; Yu, X. Microplastics in Agricultural Soils: Sources, Effects, and Their Fate. Current Opinion in Environmental Science & Health 2022, 25, 100311. https://doi.org/10.1016/j.coesh.2021.100311.

(7) Zhang, Y.; Zhang, X.; Li, X.; He, D. Interaction of Microplastics and Soil Animals in Agricultural Ecosystems. Current Opinion in Environmental Science & Health 2022, 26, 100327. https://doi.org/10.1016/j.coesh.2022.100327.

(8) Campanale, C.; Galafassi, S.; Savino, I.; Massarelli, C.; Ancona, V.; Volta, P.; Uricchio, V. F. Microplastics Pollution in the Terrestrial Environments: Poorly Known Diffuse Sources and Implications for Plants. Science of The Total Environment 2022, 805, 150431. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150431.

(9) Huerta Lwanga, E.; Gertsen, H.; Gooren, H.; Peters, P.; Salánki, T.; van der Ploeg, M.; Besseling, E.; Koelmans, A. A.; Geissen, V. Microplastics in the Terrestrial Ecosystem: Implications for Lumbricus Terrestris (Oligochaeta, Lumbricidae). Environ. Sci. Technol. 2016, 50 (5), 2685–2691. https://doi.org/10.1021/acs.est.5b05478.

(10) Schöpfer, L.; Menzel, R.; Schnepf, U.; Ruess, L.; Marhan, S.; Brümmer, F.; Pagel, H.; Kandeler, E. Microplastics Effects on Reproduction and Body Length of the Soil-Dwelling Nematode Caenorhabditis Elegans. Frontiers in Environmental Science 2020, 8.

(11) Uptake and accumulation of microplastics in an edible plant. https://www.sciengine.com/CSB/doi/10.1360/N972018-00845;JSESSIONID=5231452a-7d91-417c-89b0-c04d7a0ea75d (accessed 2024-01-22).

(12) Liu, K.; Wang, X.; Song, Z.; Wei, N.; Li, D. Terrestrial Plants as a Potential Temporary Sink of Atmospheric Microplastics during Transport. Sci Total Environ 2020, 742, 140523. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.140523.

(13) Van Cauwenberghe, L.; Janssen, C. R. Microplastics in Bivalves Cultured for Human Consumption. Environ Pollut 2014, 193, 65–70. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2014.06.010.

(14) Liebezeit, G.; Liebezeit, E. Synthetic Particles as Contaminants in German Beers. Food Addit Contam Part A Chem Anal Control Expo Risk Assess 2014, 31 (9), 1574–1578. https://doi.org/10.1080/19440049.2014.945099.

(15) Liebezeit, G.; Liebezeit, E. Non-Pollen Particulates in Honey and Sugar. Food Addit Contam Part A Chem Anal Control Expo Risk Assess 2013, 30 (12), 2136–2140. https://doi.org/10.1080/19440049.2013.843025.

(16) Yang, D.; Shi, H.; Li, L.; Li, J.; Jabeen, K.; Kolandhasamy, P. Microplastic Pollution in Table Salts from China. Environ Sci Technol 2015, 49 (22), 13622–13627. https://doi.org/10.1021/acs.est.5b03163.

(17) Oßmann, B. E.; Sarau, G.; Holtmannspötter, H.; Pischetsrieder, M.; Christiansen, S. H.; Dicke, W. Small-Sized Microplastics and Pigmented Particles in Bottled Mineral Water. Water Res 2018, 141, 307–316. https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.05.027.

(18) Kedzierski, M.; Lechat, B.; Sire, O.; Le Maguer, G.; Le Tilly, V.; Bruzaud, S. Microplastic Contamination of Packaged Meat: Occurrence and Associated Risks. Food Packaging and Shelf Life 2020, 24, 100489. https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2020.100489.

(19) Catarino, A. I.; Macchia, V.; Sanderson, W. G.; Thompson, R. C.; Henry, T. B. Low Levels of Microplastics (MP) in Wild Mussels Indicate That MP Ingestion by Humans Is Minimal Compared to Exposure via Household Fibres Fallout during a Meal. Environmental Pollution 2018, 237, 675–684. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.02.069.

(20) Occurrence of Polyethylene Terephthalate and Polycarbonate Microplastics in Infant and Adult Feces | Environmental Science & Technology Letters. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.estlett.1c00559 (accessed 2024-01-23).

(21) Polymers | Free Full-Text | Raman Microspectroscopy Detection and Characterisation of Microplastics in Human Breastmilk. https://www.mdpi.com/2073-4360/14/13/2700 (accessed 2024-01-22).

(22) Ragusa, A.; Svelato, A.; Santacroce, C.; Catalano, P.; Notarstefano, V.; Carnevali, O.; Papa, F.; Rongioletti, M. C. A.; Baiocco, F.; Draghi, S.; D’Amore, E.; Rinaldo, D.; Matta, M.; Giorgini, E. Plasticenta: First Evidence of Microplastics in Human Placenta. Environ Int 2021, 146, 106274. https://doi.org/10.1016/j.envint.2020.106274.

(23) Hussain, K. A.; Romanova, S.; Okur, I.; Zhang, D.; Kuebler, J.; Huang, X.; Wang, B.; Fernandez-Ballester, L.; Lu, Y.; Schubert, M.; Li, Y. Assessing the Release of Microplastics and Nanoplastics from Plastic Containers and Reusable Food Pouches: Implications for Human Health. Environ Sci Technol 2023, 57 (26), 9782–9792. https://doi.org/10.1021/acs.est.3c01942.

(24) Leslie, H. A.; van Velzen, M. J. M.; Brandsma, S. H.; Vethaak, A. D.; Garcia-Vallejo, J. J.; Lamoree, M. H. Discovery and Quantification of Plastic Particle Pollution in Human Blood. Environ Int 2022, 163, 107199. https://doi.org/10.1016/j.envint.2022.107199.

(25) Rochman, C. M.; Tahir, A.; Williams, S. L.; Baxa, D. V.; Lam, R.; Miller, J. T.; Teh, F.-C.; Werorilangi, S.; Teh, S. J. Anthropogenic Debris in Seafood: Plastic Debris and Fibers from Textiles in Fish and Bivalves Sold for Human Consumption. Sci Rep 2015, 5 (1), 14340. https://doi.org/10.1038/srep14340.

(26) Charlton-Howard, H. S.; Bond, A. L.; Rivers-Auty, J.; Lavers, J. L. ‘Plasticosis’: Characterising Macro- and Microplastic-Associated Fibrosis in Seabird Tissues. Journal of Hazardous Materials 2023, 450, 131090. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.131090.

(27) Tamargo, A.; Molinero, N.; Reinosa, J. J.; Alcolea-Rodriguez, V.; Portela, R.; Bañares, M. A.; Fernández, J. F.; Moreno-Arribas, M. V. PET Microplastics Affect Human Gut Microbiota Communities during Simulated Gastrointestinal Digestion, First Evidence of Plausible Polymer Biodegradation during Human Digestion. Sci Rep 2022, 12 (1), 528. https://doi.org/10.1038/s41598-021-04489-w.

(28) Yan, Z.; Liu, Y.; Zhang, T.; Zhang, F.; Ren, H.; Zhang, Y. Analysis of Microplastics in Human Feces Reveals a Correlation between Fecal Microplastics and Inflammatory Bowel Disease Status. Environ Sci Technol 2022, 56 (1), 414–421. https://doi.org/10.1021/acs.est.1c03924.

(29) Zhao, Y.; Liu, S.; Xu, H. Effects of Microplastic and Engineered Nanomaterials on Inflammatory Bowel Disease: A Review. Chemosphere 2023, 326, 138486. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.138486.

(30) Herrala, M.; Huovinen, M.; Järvelä, E.; Hellman, J.; Tolonen, P.; Lahtela-Kakkonen, M.; Rysä, J. Micro-Sized Polyethylene Particles Affect Cell Viability and Oxidative Stress Responses in Human Colorectal Adenocarcinoma Caco-2 and HT-29 Cells. Science of The Total Environment 2023, 867, 161512. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.161512.

(31) Chen, Q.; Gao, J.; Yu, H.; Su, H.; Yang, Y.; Cao, Y.; Zhang, Q.; Ren, Y.; Hollert, H.; Shi, H.; Chen, C.; Liu, H. An Emerging Role of Microplastics in the Etiology of Lung Ground Glass Nodules. Environmental Sciences Europe 2022, 34 (1), 25. https://doi.org/10.1186/s12302-022-00605-3.

(32) Gasperi, J.; Wright, S. L.; Dris, R.; Collard, F.; Mandin, C.; Guerrouache, M.; Langlois, V.; Kelly, F. J.; Tassin, B. Microplastics in Air: Are We Breathing It In? Current Opinion in Environmental Science & Health 2018, 1, 1–5. https://doi.org/10.1016/j.coesh.2017.10.002.