關於微塑料的一些事實:腸道菌群受微塑料影響嚴重
2020年12月01日07:06

原標題:關於微塑料的一些事實:腸道菌群受微塑料影響嚴重

原創 趙蓓 十點科學

塑料汙染日益嚴重。我們大概率不會吞下塑料片,卻逃不過環境和食物中的微塑料。而關於它的研究才剛剛起步,對腸道菌的影響是其中最重要的課題之一。

作者 | 趙蓓 免疫學博士

人人都攜帶微塑料?

塑料製品遍佈於我們生活的方方面面,然而塑料帶來的日益加劇的環境汙染問題也不容忽視。近年來,微塑料(Microplastics, MPs),一種直徑小於5毫米的塑料微粒,也漸漸躍入科學家們視野。因為微塑料不僅造成全球環境汙染,同時也對人類和動物的健康帶來隱患。

研究顯示 ,我們每個人平均每週要攝入2000顆微塑料,重量約5克,相當於一張信用卡。一想到這麼多的塑料小顆粒就這樣被吃進我們嘴裡,決策者和科學家們頭頂都不免騰起一片烏雲。

微塑料的種類和來源

微塑料根據來源主要分兩類。其中初級微塑料是直接添加在生活品,尤其是護膚品、牙膏和潔面乳中的微小顆粒。第二類是塑料經物理、化學或生物分解的產物,稱為次級微塑料。這些微塑料隨著垃圾的傾倒出現在海洋、河流、海岸線等地從而分散至全球,也出現在飲用水、土壤當中,不可避免地被家禽、家畜、人類或自然界中的動物攝入。

加拿大夏洛特皇后灣每平方米檢出7630 ± 1410 個微塑料,在我國的長江口和岷江口分別檢出4137.3 ±2461.5 、1170.8 ± 953.1 個微粒每平方米。甚至在人們食用的食鹽、貝類食物中也發現了微塑料的身影。

海鹽中平均每千克檢出2000多個微塑料顆粒,數量遠超鹽湖、鹽井和鹽礦中獲取的食鹽。考慮到人們攝入的食鹽量並不算多,歐洲人吃貝類攝入的微塑料更不容忽視,平均每人每年由此攝入塑料微粒約1.1萬顆。圖源:圖蟲創意

微塑料對於海洋生態環境的影響

微塑料的毒性首先表現在浮遊動物、海洋底棲動物、魚類或其他水生生物中,影響其生長速度、氧化損傷、酶活性,甚至繁殖能力。

除此之外,微塑料能夠在生物體內累積,例如在魚類中能夠通過消化道進入血液循環系統進而儲存在組織中。這種積累伴隨著食物鏈逐級傳遞並富集在兩棲動物、鳥類體內。

另外,微塑料對細菌、真菌等微生物也有毒力作用,這種毒性可以通過直接作用於細菌本身,也可以通過微塑料包裹的其他汙染物間接影響發揮作用。例如聚苯乙烯納米粒子對酵母細胞有致死作用,微塑料也可以抑製海洋中嗜鹽單胞菌的生長並改變其生態學功能。

陸地生態環境中的微塑料汙染

陸地上的微塑料汙染情況甚至比海洋中更為嚴重。農業中使用的塑料膜,以及化肥、農藥中包含的微塑料粒子,直接噴撒進土壤中,改變土壤微生物的組分,抑製蚯蚓的生長。微塑料顆粒還會被植物的根部吸收,遷移到莖葉等可食用部分而進入食物鏈。

科學家們也在研究微塑料對於哺乳動物的影響。以實驗動物小鼠為例,微塑料會造成腸道菌群紊亂、腸道屏障受損並誘發代謝紊亂等疾病,提示微塑料對人類也可能產生類似作用。

農膜(農用塑料薄膜)使用帶來大量微塑料汙染。圖源:圖蟲創意

人體被忽視的器官——腸道菌群

人體腸道內的微生物數量最多,約為1014,是人體自身細胞數量的十倍。並且複雜程度最高,涵蓋細菌、真菌等多達5000種物種。腸道菌群具有複雜的生理學或生物學功能,甚至被認為是一種器官。

健康的腸道菌群能夠幫助我們消化分解食物,促進營養物質的吸收,合成對人體有益的代謝產物如次級膽汁酸、短鏈脂肪酸,同時對外來的病毒或致病細菌的感染有抵抗作用。而腸道菌群的紊亂對人體的免疫系統以及多種疾病例如腸炎、關節炎、代謝類疾病、神經類疾病具有直接或間接的作用。

導致腸道菌群紊亂的因素主要有抗生素、重金屬、農藥、食品添加劑的攝入。隨著微塑料汙染的日益嚴重,科學家們也開始關注微塑料對腸道菌群的影響。微塑料主要通過以下幾種途徑造成腸道菌群紊亂以及影響人體的健康:

1. 機械損傷

腸道內容物和腸道上皮細胞之間存在一層黏液層,也是隔絕腸道中潛在病原微生物的一道天然屏障。微塑料進入腸道後經分解成為納米級別的小顆粒,能夠輕鬆穿過黏液層,造成腸道上皮的擦傷、堵塞甚至穿孔。

受損的腸上皮細胞向腸道內的免疫細胞發出信號,誘發免疫反應以及炎症,導致一些特定的腸道共生菌被免疫細胞吞噬,而放線菌門、變形菌門的菌種則更適應炎症的環境從而大量複製繁殖,最終造成良性共生菌少而條件致病菌多的一種不平衡的菌群結構。

微塑料對腸道黏膜以及腸上皮細胞的損傷也直接破壞了生活在腸道這一地帶的良性共生菌的生活場所,改變了氧氣含量,不利於共生菌的生長繁殖和正常的代謝活動。這也就造成了食物不能被有效的消化分解和吸收,導致人體營養不良。

2. 病原物載體

人體或動物攝入的微塑料中通常附著了很多外界的微生物,其中一些微塑料中的病原菌和腸道共生菌競爭糖類、氨基酸等營養物質,從而抑製腸道共生菌的生長。例如一種人類致病菌副溶血性弧菌就能夠生存在微塑料所形成的膠質層中,攝入後容易引起腸胃炎敗血症等疾病。

3. 化學干擾

塑料的成分——主要是雙酚A(BPA)和增塑劑——以及塑料所吸附的環境中的化學物質也是微塑料危害生物體健康的因素之一。食品和飲品的塑料包裝中通常含有BPA,通過小鼠和大鼠的實驗觀察到BPA是一種強效的內分泌干擾物,並且影響中樞神經系統。塑料包裝中的BPA浸入食品中而被人體攝入,也會影響人體的激素水平,因此歐盟和加拿大已禁止在嬰兒奶瓶中添加使用BPA製作的塑料。

BPA是一種廣泛應用於塑料製造的化學物質,在塑料產品中添加BPA可以增加其無色透明、耐用、輕巧、防衝擊等特性,因而BPA很普遍地存在各種日用品中,例如PC材質的塑料奶瓶中。它在加熱時容易析出,可能擾亂人體代謝,影響嬰兒發育和免疫力,甚至致癌。此外BPA還有雌性荷爾蒙效果,可能導致嬰兒出現女性化變化。實際上,不僅是BPA這種被禁用的化學物質,常用的聚丙烯奶瓶(占全球市場的83%)在衝奶時也會釋放大量微塑料,一個12月大的嬰兒平均每天由此攝入約160萬個聚丙烯塑料微粒。並且隨著水溫升高,微塑料顆粒明顯增多。圖源:圖蟲創意

提升塑料製品靈活性和可延展性的增塑劑也被廣泛使用在各種塑料製品中,但是增塑劑的化學鍵非常不穩定,經常會暴露在環境中或浸入所包裝的食品用品中。例如我們常說的“新車的味道”,其實就是車內增塑劑及其副產品的味道。最常見的增塑劑之一鄰苯二甲酸鹽,就能夠提高雌激素的活性,激素水平的改變也會引發腸道菌群結構的變化。更糟的是,鄰苯二甲酸鹽對包括生殖器官、心臟、肝臟、肺臟、腎臟在內的一系列器官也具有毒性。

微塑料顆粒也是環境中其他化學汙染物的載體,攜帶例如多氯聯苯(PCB),多環芳烴(PAH)以及二氯二苯基三氯乙烷(DDT)進入腸道內,造成腸道環境紊亂,對人體具有毒性以及致癌的作用。

微塑料對腸道菌群影響的研究也不僅僅停留在分析菌群結構變化的階段,微塑料中附著的細菌、病毒等微生物能夠將某些耐藥基因橫向傳遞給腸道共生菌,因此通過宏□因組測序等手段檢測腸道菌群的基因表達水平也十分必要。

總的來說,科學家們對微塑料問題的研究才剛剛起步,未來仍有很多問題亟待解決。腸道菌群對慢性微塑料的適應會有什麼樣的反應?微塑料誘發人體腸道菌群紊亂的劑量是多少?微塑料引發的腸道菌群紊亂是否在全部人群中具有相似的模式?回答這些問題是瞭解微塑料如何損害人體健康的關鍵。

(責編 高佩雯)

參考文獻

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

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

3. 部分數據來自《環境科學與技術》、《經濟參考報》、世界自然基金會(WWF)、《自然-食品》等

文章由“十點科學”(ID:Science_10)公眾號發佈,轉載請註明出處。

原標題:《關於微塑料的一些事實:腸道菌群受微塑料影響嚴重》

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