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“塑料定时炸弹”:人类一年摄入微塑料总量相当一张信用卡

2021-05-13 10:14:04

在现代生活中,人们每天都在接触塑料物质,微塑料更是无处不在。其实许多微塑料是人类肉眼无法直接观察到的,那么它们到底有害吗?

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图中是在美国马里兰州 Magothy 河收集的塑料碎片

爱尔兰都柏林圣三一学院的一名环境工程师以前每天都用微波炉加热自己的午餐,午餐都是放在一个塑料容器中,然后放入微波炉进行加热,他身边的许多同事也是这样做的。但后来他发现一个令人不安的事实时,便停止了塑料容器加热食物,那就是塑料食品容器在热水中会释放大量的微塑料颗粒。

研究报告称,微塑料在人们的生活中无处不在,其危害性令人震惊,甚至水壶和婴儿奶瓶也存在微塑料颗粒脱落现象,如果父母在塑料瓶中使用热水冲婴儿配方奶粉,在摇奶瓶的过程中就会释放微塑料颗粒,这很可能导致婴儿每天吞入 100 多万个微塑料颗粒。

每个人都可能将沙尘微粒吸入肺部,人体也可能每天都在不同程度地摄入微塑料,但人们还不清楚摄入这些微粒是否对健康有害。人体摄入的大部分微塑料都会直接通过肠道,然后从肛门排出体外,但客观地讲,人体摄入微塑料后还是有较高的风险潜在。

近 20 年来,研究人员一直担心微塑料对人体的潜在危害,但事实上,大多数研究关注微塑料对海洋生物造成的风险,往往忽视了它们对人体的伤害。2004 年,英国普利茅斯大学海洋生态学家理查德・汤普森和同事在英国海滩上发现了大量塑料颗粒,便提出了“微塑料”这个术语,用于描述直径小于 5 毫米的塑料颗粒。

此后,科学家在他们观察到的所有区域都发现了微塑料 —— 深海;北极雪和南极冰;贝类生物、食盐、饮用水和啤酒,甚至微塑料还会飘浮在空中,或随着雨雪降落在山峦和城市,这些微小的碎片可能需要几十年甚至更长的时间才能完全降解,可以肯定的是,几乎所有物种都一定程度地暴露在微塑料环境中。

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清洁工人在南非西开普的阿尼斯顿海滩收集塑料颗粒

在最糟糕的情况下,一个人每年摄入微塑料的总量可能相当于一张信用卡。

对微塑料的最早期调查集中在个人护理产品中的微珠,同时,研究人员还观察塑料材质在塑造成物体之前脱落的原塑料微粒,以及废弃塑料瓶和其他残骸缓慢被侵蚀形成的碎片,这些微塑料都会被冲入河流和海洋。2015 年,海洋学家评估称,全球表层水域漂浮着 15 万亿 - 51 万亿塑料微粒,此外,微塑料的其他来源还包括:道路上汽车轮胎损耗脱落的塑料橡胶微粒,衣服上脱落的合成微纤维,这些颗粒会在海洋和陆地之间转移,因此人们很可能通过许多来源吸入或者吞食微塑料颗粒。

通过对空气、水、盐和海鲜食物中的微塑料进行有限调查发现,儿童和成年人每天可能少则摄入几十个微塑料颗粒,多则达到 10 万个以上,在最糟糕的情况下,一个人每年摄入微塑料总量可能相当于一张信用卡。

目前,监管机构正在向量化人体健康风险迈出第一步 —— 测量人类的微塑料暴露量。今年 7 月,美国加州水资源控制委员会(加州环保局的一个分支机构)将成为世界上第一个宣布定量饮用水中微塑料浓度执行标准测量的监管机构,其目的是监测未来 4 年的饮用水状况,并公开报告结果。

评估微塑料对人类或者动物的影响是很大的一个难题,这说起来容易做起来难。此前 100 多项实验研究曾将动物(主要是水栖生物)暴露于微塑料污染中,研究人员发现这种情况下可能会导致某些生物繁殖率降低或者遭受物理损伤,其具体原因很难解释。因为微塑料形状、大小不同,且具有不同的化学成分,每项实验研究中使用的微塑料材质都不相同。

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纳米塑料非常小,很容易被海洋生物吞食,这些海洋生物会将它们误认为食物

“塑料定时炸弹”: 纳米塑料颗粒可能进入细胞

最小的微塑料颗粒被称为纳米塑料 —— 直径小于 1 微米,它们是最令研究人员担心的物质。一些纳米塑料颗粒可能会进入细胞,潜在地干扰细胞正常活动。但大多数纳米塑料颗粒太小,科学家甚至无法观察到它,它们没有被环境科学家计算在人体摄入的微塑料数量中,环保机构也不会监管它们是否对人体构成危害。

但有一点非常清楚 —— 微塑料污染只会愈演愈烈,对人类生存环境构成更大的威胁。全球每年大约制造 4 亿吨塑料,预计到 2050 年将达到 8 亿吨,即使明天全球所有塑料制造商都神奇地停止生产,垃圾填埋场和当前环境中现有的塑料(估计大约有 50 亿吨)将继续分解成无法收集清理的小碎片,从而不断地形成大量微塑料,这些微塑料可以形象的被称为“塑料定时炸弹”。

如果问及当前微塑料会人类构成怎样的危害,现在的状况可能并不令人感到恐惧,但如果我们什么都不做,未来人类的生存环境将令人担忧。

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图中是研究人员在旧金山湾区收集的微塑料,然后将它们标记进行深入研究

伤害模式

关于塑料微粒具体的危害性,研究人员提出了几种理论。如果它们足够小,就能进入人体细胞或者组织,它们会作为一种外物质对人体构成刺激反应,甚至导致疾病。例如:长而薄的石棉纤维,会使肺组织发炎并导致癌症。它们还有一种潜在与空气污染类似的现象,来自发电厂、汽车尾气和森林火灾的煤烟颗粒(被称为 PM10 和 PM2.5),可以沉积在人体气管和肺部,达到高浓度时可损害呼吸系统。空气中 PM10 颗粒数量是微塑料颗粒的数千倍,但未来微塑料颗粒对人体构成的威胁不容小觑。

较大的微塑料更有可能产生化学毒性的负面影响,制造商在塑料中添加增塑剂、稳定剂和颜料等化合物,这些物质中存在不同程度的毒性作用,例如这些物质会干扰人体分泌系统。微塑料的负面影响还取决于它们从塑料物质中脱离速度,以及微塑料在人体中逗留时间,目前研究人员刚刚开始研究这些因素。

另一种观点是,环境中的微塑料可能会吸引化学污染物,然后动物通过吞食,将化学污染物转移至体内。动物也可能从食物和水中摄入污染物质,甚至包括塑料杂质,如果它们吞咽的食物基本没有被污染,可能有助于移除自己内脏中的污染物,目前研究人员仍不能就微塑料携带污染物是重大问题而达成一致。

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图中是一只孵化不久的夏威夷玳瑁海龟,在它的胃中发现一些塑料微粒

对于海洋生物而言,微塑料最简单的危害模式是生物吞食没有营养价值的塑料微粒,研究人员对海滩上发现的死亡海龟进行了尸检,观察它们内脏中塑料物质,以及身体组织中残留的化学物质。2020 年,研究团队对 9 只出生不足 3 个星期的玳瑁海龟进行一系列检查,发现刚孵化不久、体长 9 厘米的小海龟胃肠中竟然有 42 块塑料,其余大多数海龟体内都残留有塑料微粒。

这些小海龟的生存状况十分担忧,它们能否保持正常生长速度顺利成长?对于这些小家伙来说,这将是一个非常艰难的阶段。

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海洋研究

研究人员在微塑料对海洋生物的危害性方面进行了大量研究工作,例如研究发现:生存环境有微塑料的情况下,该环境中最小的海洋浮游生物生长得更慢,繁殖率较低,雌性生物卵细胞更小,孵化率更低,实验表明,海洋生物出现繁殖率低与浮游生物未获得充足的食物有着密切关联。

生态毒理学家在了解水栖环境存在不同类型微塑料之前就开始进行了实验,他们主要调查对象是人造物质,通常是体积较小、且浓度远高于调查结果的聚苯乙烯球。

科学家现在开始转向更符合环境特征的相关条件,主要关注塑料纤维或者塑料碎片,而不是仅关注聚苯乙烯球,他们还在一些塑料碎片上涂上类似生物膜的化学物质以供研究。

塑料纤维似乎是一个特别的问题,与聚苯乙烯球体相比,塑料纤维穿过浮游生物体内需要更长的时间。2017 年,澳大利亚研究人员报道称,暴露在微塑料纤维环境中的浮游生物产生幼苗数量减半,而且成年体更小,这些塑料纤维尽管未被浮游生物吞入体内,却干扰了浮游生物的正常游动,可能被识别成变形的浮游生物。2019 年另一项研究发现,暴露在塑料纤维的成年太平洋鼹鼠蟹寿命更短。

大多数实验室研究让生物体暴露在一种特定大小外形微塑料环境中。但在自然环境中,生物通常暴露在混合污染物环境下。为此研究人员绘制了 11 份海洋、河流和沉积区中微塑料的丰度,从而建立了水生环境中的混合物模型。”

2020 年,研究人员开始使用这种计算机模拟模型预测鱼类遇到“可以进食”微塑料的频率,以及吞食足够多微塑料影响生长的可能性。在目前的微塑料污染状态下,1.5% 的渔场存在微塑料污染风险,在一些热点地区,污染风险可能会更高,一种可能是在深海,一旦塑料废弃物到底深海海底,通常会被沉积掩埋,微塑料不太可能转移到其他区域,也没有办法清理它们。

海洋已经面临许多压力,微塑料会进一步减少浮游生物的数量,而不是向食物链上游转移到人类身上。如果人类坏了浮游生物的摄食,而它们是海洋食物链的底层生物,后续很可能会进一步影响鱼类资源,进而对海洋经济产生深远影响。

人类研究

截至目前,直接验证塑料微粒对人体产生的影响以及如何拯救这种现况的论文还没有被发表过,当前的研究仅依赖于实验室实验,将人类细胞或者细胞暴露在微塑料环境中,或者进行老鼠实验。例如在一项研究中,老鼠被喂食大量微塑料后,出现了小肠炎症;在另两项研究中,老鼠暴露在微塑料环境中,发现雄性老鼠精子数量减少,幼鼠体型变小。同时,对人类细胞及组织的体外研究表明,微塑料也具有毒性。但是就像海洋研究一样,科学家目前还不清楚对人类构成危害的微塑料浓度阈值,大多数研究中使用的是聚苯乙烯球,但不能代表人类摄入微塑料的多样性。

人类体外研究比动物研究进行得更多,但他们仍不知道如何推断固体塑料微粒对动物产生的具体健康危害。有关健康风险的一个问题是,微塑料是否会残留在人体内,并潜在积累在某个组织。研究人员在老鼠实验中发现,直径 5 微米的微塑料可滞留在肠道或者进入肝脏,利用非常有限的数据来研究老鼠排泄微塑料颗粒的速度,推测仅有少部分 1-10 微米直径的微塑料颗粒被老鼠肠道吸收。按照这个研究评估,一个人一生中体内可能积聚数千个微塑料颗粒。

一些研究人员开始探索是否能在人体组织中发现微塑料,2020 年 12 月,一支研究小组通过观察 6 个胎盘首次记录到这一现象,他们使用一种化学物质分解胎盘,然后检查胎盘中残留的物质,结果发现其中 4 个胎盘中有 12 个微塑料颗粒。在收集和分析这些胎盘样本的过程中,不太可能出现微塑料污染,该研究表明人体组织中也潜在着微塑料颗粒,这是一个非常危险的信号。

那些担心自己接触微塑料的人可以尽量减少接触,通过对厨房用具的研究发现,塑料物质脱落微粒的数量取决于温度条件,这就是为什么很多人不再用塑料容器在微波炉中加热食物的原因。

同时,为了减少婴儿使用塑料奶瓶,建议年轻父母可以用非塑料水壶煮水,水冷却后再用于冲洗奶瓶,这样就可以在冲洗灭菌过程中避免释放微塑料,还可以在玻璃容器中准备婴儿配方奶粉,等牛奶冷却后再装入奶瓶。目前,研究人员正在采集婴儿尿液和粪便样本,用于微塑料检测分析。

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法国保罗・萨巴蒂尔大学分析化学家亚历山德拉・特・哈勒在一次海洋探险活动中搜集的塑料垃圾样本

纳米塑料:纳米等级的微塑料颗粒

最令科学家担忧的情况是,一些足够小的塑料微粒能够渗透进入人体组织,甚至停留在人类细胞中,这是环境采样中值得关注的问题。例如研究人员让孕期雌鼠摄入极其微小的塑料颗粒,后来发现这些微塑料几乎存在于幼鼠的每个器官中,从风险角度来看,这才是最大的威胁,下一步需要展开更深入的研究,获取更多数据。

微塑料颗粒要进入人体细胞,必须颗粒直径小于几百纳米。直到 2018 年,纳米塑料才有了正式的定义,当时法国研究人员提出粒级上限为 1 微米的塑料颗粒,这些微塑料非常小,足以分散在水柱中,生物体能很容易地吞食它们,而不像较大微塑料颗粒那样在水中下沉或者漂浮。

但是研究人员对纳米塑料却几乎一无所知,它们是人类肉眼看不到的,无法使用工具捞起来,仅是测量它们就让科学家感到很棘手。

研究人员可以使用光学显微镜和光谱仪来测量塑料颗粒的长度、宽度和化学成分,精确度达到几微米。在该等级下,塑料颗粒很难与非塑料颗粒(例如:海洋沉积物或者生物细胞)区分开来,这个过程就像是干草堆中找一枚针,而针的外形更接近干草。

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2017 年,研究首次证实了环境样本中存在纳米塑料 —— 大西洋收集的海水样本。从海水中提取胶体颗粒,过滤直径大于 1 微米的任何颗粒,然后将这些颗粒燃烧,并使用质谱仪进行测量,对这些分子碎片进行分子量重,从而确认残骸物中是否有塑料聚合物。

然而,这些测量并未给出纳米塑料的精确尺寸和具体形状,研究人员通过研究收集的两个降解塑料容器的表面产生了一些想法,发现降解塑料容器表面的几百微米厚度颗粒变成水晶状而且易碎;从塑料表面脱落分解的纳米塑料可能就是这种情况。目前,由于研究人员无法从环境中收集纳米塑料,实验室研究人员将塑料物质磨碎,希望能获得类似的微塑料。

使用自制的纳米塑料有一个优势:研究人员可以引入标签来帮助跟踪测试生物体内的颗粒,特制的荧光纳米塑料颗粒将其置入由人体肠粘膜细胞制成的组织之中就行研究发现,这些细胞确实吸收了纳米塑料颗粒,但并未显示出细胞毒性迹象。

在完整的组织切片中寻找塑料碎片,例如通过活组织检查,并观察任何病理影响将有助于揭晓塑料微粒风险的神秘面纱。这些操作是‘非常可取的’,但要进入身体组织,粒子必须非常小,所以研究人员很难最终检测到它们。

收集所有这些数据将花费大量时间,研究人员与生态学家建立合作关系,对野生动物体内摄入的微塑料进行量化,他们只分析直径大于 700 微米的粒子。在 800 个昆虫和鱼类样本中,提取微米样本需要数千小时完成。目前研究人员正在检测 25-700 微米之间的样本,这项工作既困难又乏味,而且需要很长时间才有取得成果,对于更小直径等级的样本,他们付出的努力是指数级的。

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没有时间可以浪费!

研究人员认为,目前环境中的微塑料和纳米塑料含量还不足以影响人类健康。但令人担忧的是,这些微粒数量正在逐渐增多,2020 年 9 月,研究人员预测称每年垃圾新增的塑料数量(无论是密闭垃圾填埋场,还是散落在陆地和海洋的垃圾),可能会从 2016 年的 1.88 亿吨增加 1 倍,预计 2040 年将达到 3.8 亿吨。到那时大约有 1000 万吨的塑料将以微塑料颗粒的形式存在,这还不包括现有垃圾中不断被侵蚀分解的塑料颗粒。

该研究报告第一作者、美国皮尤慈善信托基金温妮・刘表示,减少部分塑料垃圾是有可能实现的。如果开始采用能够解决塑料污染的措施,并且尽可能地扩大应用范围,包括启用循环利系统、采用替代材料、回收塑料等,那么到 2040 年塑料垃圾每年增量将降至 1.4 亿吨。

到目前为止,人类在塑料垃圾治理方面最大的收益是减少一次性塑料用品,生产可以使用 500 年的东西,仅使用 20 分钟的塑料制品是没有意义的,这是一种完全不可持续的利用方式。


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