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关于微塑料的一些事实:肠道菌群受微塑料影响严重

2020-12-01 15:09 科普中国网   

塑料污染日益严重。我们大概率不会吞下塑料片,却逃不过环境和食物中的微塑料。而关于它的研究才刚刚起步,对肠道菌的影响是其中最重要的课题之一。

作者 | 赵蓓 免疫学博士

人人都携带微塑料?

塑料制品遍布于我们生活的方方面面,然而塑料带来的日益加剧的环境污染问题也不容忽视。近年来,微塑料(Microplastics, MPs),一种直径小于5毫米的塑料微粒,也渐渐跃入科学家们视野。因为微塑料不仅造成全球环境污染,同时也对人类和动物的健康带来隐患。

研究显示 ,我们每个人平均每周要摄入2000颗微塑料,重量约5克,相当于一张信用卡。一想到这么多的塑料小颗粒就这样被吃进我们嘴里,决策者和科学家们头顶都不免腾起一片乌云。

微塑料的种类和来源

微塑料根据来源主要分两类。其中初级微塑料是直接添加在生活品,尤其是护肤品、牙膏和洁面乳中的微小颗粒。第二类是塑料经物理、化学或生物分解的产物,称为次级微塑料。这些微塑料随着垃圾的倾倒出现在海洋、河流、海岸线等地从而分散至全球,也出现在饮用水、土壤当中,不可避免地被家禽、家畜、人类或自然界中的动物摄入。

加拿大夏洛特皇后湾每平方米检出7630 ± 1410 个微塑料,在我国的长江口和岷江口分别检出4137.3 ±2461.5 、1170.8 ± 953.1 个微粒每平方米。甚至在人们食用的食盐、贝类食物中也发现了微塑料的身影。

海盐中平均每千克检出2000多个微塑料颗粒,数量远超盐湖、盐井和盐矿中获取的食盐。考虑到人们摄入的食盐量并不算多,欧洲人吃贝类摄入的微塑料更不容忽视,平均每人每年由此摄入塑料微粒约1.1万颗。图源:图虫创意

微塑料对于海洋生态环境的影响

微塑料的毒性首先表现在浮游动物、海洋底栖动物、鱼类或其他水生生物中,影响其生长速度、氧化损伤、酶活性,甚至繁殖能力。

除此之外,微塑料能够在生物体内累积,例如在鱼类中能够通过消化道进入血液循环系统进而储存在组织中。这种积累伴随着食物链逐级传递并富集在两栖动物、鸟类体内。

另外,微塑料对细菌、真菌等微生物也有毒力作用,这种毒性可以通过直接作用于细菌本身,也可以通过微塑料包裹的其他污染物间接影响发挥作用。例如聚苯乙烯纳米粒子对酵母细胞有致死作用,微塑料也可以抑制海洋中嗜盐单胞菌的生长并改变其生态学功能。

陆地生态环境中的微塑料污染

陆地上的微塑料污染情况甚至比海洋中更为严重。农业中使用的塑料膜,以及化肥、农药中包含的微塑料粒子,直接喷撒进土壤中,改变土壤微生物的组分,抑制蚯蚓的生长。微塑料颗粒还会被植物的根部吸收,迁移到茎叶等可食用部分而进入食物链。

科学家们也在研究微塑料对于哺乳动物的影响。以实验动物小鼠为例,微塑料会造成肠道菌群紊乱、肠道屏障受损并诱发代谢紊乱等疾病,提示微塑料对人类也可能产生类似作用。

农膜(农用塑料薄膜)使用带来大量微塑料污染。图源:图虫创意

人体被忽视的器官——肠道菌群

人体肠道内的微生物数量最多,约为1014,是人体自身细胞数量的十倍。并且复杂程度最高,涵盖细菌、真菌等多达5000种物种。肠道菌群具有复杂的生理学或生物学功能,甚至被认为是一种器官。

健康的肠道菌群能够帮助我们消化分解食物,促进营养物质的吸收,合成对人体有益的代谢产物如次级胆汁酸、短链脂肪酸,同时对外来的病毒或致病细菌的感染有抵抗作用。而肠道菌群的紊乱对人体的免疫系统以及多种疾病例如肠炎、关节炎、代谢类疾病、神经类疾病具有直接或间接的作用。

导致肠道菌群紊乱的因素主要有抗生素、重金属、农药、食品添加剂的摄入。随着微塑料污染的日益严重,科学家们也开始关注微塑料对肠道菌群的影响。微塑料主要通过以下几种途径造成肠道菌群紊乱以及影响人体的健康:

1. 机械损伤

肠道内容物和肠道上皮细胞之间存在一层黏液层,也是隔绝肠道中潜在病原微生物的一道天然屏障。微塑料进入肠道后经分解成为纳米级别的小颗粒,能够轻松穿过黏液层,造成肠道上皮的擦伤、堵塞甚至穿孔。

受损的肠上皮细胞向肠道内的免疫细胞发出信号,诱发免疫反应以及炎症,导致一些特定的肠道共生菌被免疫细胞吞噬,而放线菌门、变形菌门的菌种则更适应炎症的环境从而大量复制繁殖,最终造成良性共生菌少而条件致病菌多的一种不平衡的菌群结构。

微塑料对肠道黏膜以及肠上皮细胞的损伤也直接破坏了生活在肠道这一地带的良性共生菌的生活场所,改变了氧气含量,不利于共生菌的生长繁殖和正常的代谢活动。这也就造成了食物不能被有效的消化分解和吸收,导致人体营养不良。

2. 病原物载体

人体或动物摄入的微塑料中通常附着了很多外界的微生物,其中一些微塑料中的病原菌和肠道共生菌竞争糖类、氨基酸等营养物质,从而抑制肠道共生菌的生长。例如一种人类致病菌副溶血性弧菌就能够生存在微塑料所形成的胶质层中,摄入后容易引起肠胃炎败血症等疾病。

3. 化学干扰

塑料的成分——主要是双酚A(BPA)和增塑剂——以及塑料所吸附的环境中的化学物质也是微塑料危害生物体健康的因素之一。食品和饮品的塑料包装中通常含有BPA,通过小鼠和大鼠的实验观察到BPA是一种强效的内分泌干扰物,并且影响中枢神经系统。塑料包装中的BPA浸入食品中而被人体摄入,也会影响人体的激素水平,因此欧盟和加拿大已禁止在婴儿奶瓶中添加使用BPA制作的塑料。

BPA是一种广泛应用于塑料制造的化学物质,在塑料产品中添加BPA可以增加其无色透明、耐用、轻巧、防冲击等特性,因而BPA很普遍地存在各种日用品中,例如PC材质的塑料奶瓶中。它在加热时容易析出,可能扰乱人体代谢,影响婴儿发育和免疫力,甚至致癌。此外BPA还有雌性荷尔蒙效果,可能导致婴儿出现女性化变化。实际上,不仅是BPA这种被禁用的化学物质,常用的聚丙烯奶瓶(占全球市场的83%)在冲奶时也会释放大量微塑料,一个12月大的婴儿平均每天由此摄入约160万个聚丙烯塑料微粒。并且随着水温升高,微塑料颗粒明显增多。图源:图虫创意

提升塑料制品灵活性和可延展性的增塑剂也被广泛使用在各种塑料制品中,但是增塑剂的化学键非常不稳定,经常会暴露在环境中或浸入所包装的食品用品中。例如我们常说的“新车的味道”,其实就是车内增塑剂及其副产品的味道。最常见的增塑剂之一邻苯二甲酸盐,就能够提高雌激素的活性,激素水平的改变也会引发肠道菌群结构的变化。更糟的是,邻苯二甲酸盐对包括生殖器官、心脏、肝脏、肺脏、肾脏在内的一系列器官也具有毒性。

微塑料颗粒也是环境中其他化学污染物的载体,携带例如多氯联苯(PCB),多环芳烃(PAH)以及二氯二苯基三氯乙烷(DDT)进入肠道内,造成肠道环境紊乱,对人体具有毒性以及致癌的作用。

微塑料对肠道菌群影响的研究也不仅仅停留在分析菌群结构变化的阶段,微塑料中附着的细菌、病毒等微生物能够将某些耐药基因横向传递给肠道共生菌,因此通过宏基因组测序等手段检测肠道菌群的基因表达水平也十分必要。

总的来说,科学家们对微塑料问题的研究才刚刚起步,未来仍有很多问题亟待解决。肠道菌群对慢性微塑料的适应会有什么样的反应?微塑料诱发人体肠道菌群紊乱的剂量是多少?微塑料引发的肠道菌群紊乱是否在全部人群中具有相似的模式?回答这些问题是了解微塑料如何损害人体健康的关键。

参考文献

1. Gloria Fackelmann, SimoneSommer, Marine Pollution Bulletin, 2019

2. LiangLu, et al., Science of the Total Environment, 2019

3. 部分数据来自《环境科学与技术》、《经济参考报》、世界自然基金会(WWF)、《自然-食品》等

 

责任编辑: 4114RWL

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