Нанопластик из полистирола по-разному повреждал репродуктивную систему самцов и самок животных, и этот вред распространялся на следующее поколение. Результаты исследования были опубликованы в журнале New Contaminants.
На протяжении десятилетий загрязнение окружающей среды пластиком было чем-то само собой разумеющимся. Тот же самый пластик подвергается воздействию погодных условий и распадается. Теперь мельчайшие кусочки обнаруживаются в крови, моче, грудном молоке, сперме и плацентарной ткани человека.
Обзор 114 исследований на животных и клетках показал, что один из этих видов пластика, полистирол, может по-разному влиять на репродуктивную систему самцов и самок. Потомство животных, подвергшихся воздействию, также может пострадать.
Обзор возглавили Чунхуа Чжан из Южно-Китайского университета, а также Лияо Хуан и Ваньцзин Лю.
«Наш анализ показывает, что репродуктивная токсичность полистирольных нанопластиков не ограничивается каким-либо одним органом или биологическим путем», — сказал Чжан. «Данные экспериментальных моделей указывают на воздействие на репродуктивную систему мужчин и женщин, а также на развитие эмбрионов и потомства. Понимание этих механизмов имеет важное значение для оценки потенциальных рисков для здоровья и определения приоритетов для будущих исследований».
Кусочки пластика размером менее 5 миллиметров, примерно равные ширине ластика карандаша, называются микропластиком.
Если их размер уменьшить до менее 100 нанометров, что примерно составляет тысячную часть толщины человеческого волоса, они превратятся в нанопластик. При таком размере они могут проникать в клетки и преодолевать некоторые биологические барьеры.
Полистирол — это тот тип полистирола, который исследователи изучают чаще всего, отчасти потому, что он широко используется в упаковке пищевых продуктов и косметики. Его уже обнаружили в человеческой сперме.
Команда Чжана провела поиск в четырех базах данных, проанализировала 285 статей и оставила 114, в которых измерялось влияние частиц на репродуктивную функцию.
У самцов мышей частицы преодолевали барьер, отделяющий яички от кровотока. Уровень тестостерона снижался. Вместе с ним уменьшалось количество сперматозоидов и их подвижность, а также появлялись сперматозоиды неправильной формы: без головки, с маленькой головкой, со сложенной шейкой, без хвоста.
Сперматозоиды устриц, попавшие в морскую воду, потеряли 66% подвижной части и 38% скорости. Частицы, состарившиеся под воздействием имитированного солнечного света, более близкого к тому, что происходит на улице, подавили активность четырех генов, отвечающих за размножение, и замедлили развитие мужских гонад у устриц.
Оказалось, что самки мышей более чувствительны к этим частицам, чем самцы. Это одна из причин, по которой в обзоре разделяют по половому признаку.
У мышей, которых кормили этими частицами в течение нескольких месяцев, мешочки, содержащие созревающие яйцеклетки, уменьшились в размерах, а ткань, вырабатывающая прогестерон после овуляции, истончилась.
Участились случаи отмирания яйцеклеток, а репродуктивные циклы стали длиться дольше. Уровень прогестерона в крови снизился, имплантировалось меньше эмбрионов, а матка стала весить меньше.
У крыс, употреблявших частицы, развилось рубцевание яичников, и они потеряли клетки, поддерживающие развитие яйцеклетки, в результате чего в запасе осталось меньше яйцеклеток. У рыбок данио развились проблемы с овуляцией, напоминающие синдром поликистозных яичников у женщин.
Устрицы, подвергавшиеся воздействию окружающей среды в течение двух месяцев, произвели на 38% меньше икры, а оставшаяся икра была на 5% меньше по размеру.
В ходе расследования особое внимание уделяется тому, что произошло с животными, которые сами никогда не подвергались прямому воздействию пластика. Устрицы, чьи родители подверглись воздействию паразитов, произвели на 41% меньше личинок, и эти личинки росли на 18% медленнее.
Эмбрионы и личинки круглых червей погибали чаще. У мышей рождалось меньше живых детенышей, а те, что рождались, были ниже ростом. У подвергшихся воздействию самок данио-рерио откладывалось гораздо меньше икры, и частицы обнаруживались в органах следующего поколения. У этих молодых рыб нарушался гормональный баланс. В группе, получившей самую высокую дозу, два гена, определяющие половое развитие, двигались в противоположных направлениях.
Здесь прослеживается одна общая человеческая нить, и это скорее корреляция, чем причинно-следственная связь. В плацентарной ткани женщин, перенесших повторные необъяснимые выкидыши, фрагменты полистирола встречались чаще, чем у других женщин, и их количество коррелировало с выкидышем.
Другие исследовательские группы обнаружили пластик в телах еще не родившихся котят и внутри клеток сельскохозяйственных животных.
Клетки зависят от баланса между молекулами, отнимающими электроны, и защитными механизмами, поглощающими их. Нарушение этого баланса приводит к нарушению нормального функционирования тканей.
Биологи называют это состояние, достигшее критической точки, окислительным стрессом, и в обзоре оно названо основным механизмом, лежащим в основе почти всего вышеперечисленного. Полистирол заставляет клетки вырабатывать больше этих реактивных молекул. Это активирует сигнальные пути, вызывающие воспаление и гибель клеток.
В семенниках мышей один из механизмов усиливал воспалительные сигналы, и качество спермы снижалось. В яичниках крыс другой механизм уничтожал клетки, поддерживающие яйцеклетку. Гормоны распространяются по второму пути. Эти частицы нарушают связь между мозгом и гонадами, которая регулирует уровень половых гормонов.
У крыс, получавших высокие дозы, наблюдалось снижение уровня тестостерона и гипофизарного гормона, который его регулирует, а у рыбок данио-рерио после подавления активности фермента, отвечающего за его синтез, снижалась выработка эстрогена.
Нанопластик редко появляется в одиночку. Он переносит с собой другие загрязняющие вещества, и именно на такое сочетание авторы указывают исследователям в дальнейшем. Мышьяк и полистирол вместе повреждали барьерную функцию яичек у мышей сильнее, чем каждый из них по отдельности.
То же самое произошло и при сочетании частиц с дибутилфталатом, пластификатором, который вызывал застой в яичках, повреждение клеток, вырабатывающих гормоны, и уменьшение количества развивающихся сперматозоидов. У рыбок данио добавление обезболивающего диклофенака снижало процент вылупления и приводило к увеличению числа деформированных личинок.
Выветривание имеет такое же значение, как и окружающая среда. Частицы, состарившиеся под воздействием ультрафиолетового света, снижают репродуктивную способность круглых червей и убивают больше их эмбрионов и личинок, чем свежие частицы.
Доказательства, полученные в ходе расследования с участием людей, по-прежнему отсутствуют.
Исследователи пока не установили, что эти частицы вызывают репродуктивные расстройства у людей, и обнаружение их у животного не равнозначно знанию дозы, которую это животное получило. В большинстве экспериментов использовался гладкий, сферический, изготовленный на заводе полистирол в дозах, превышающих те, с которыми человек сталкивается в повседневной жизни.
Обломки, выветренные на пляже или в отдаленном каньоне, имеют шероховатую поверхность, подверглись химической обработке и смешаны со всем, что они собрали по пути. В основе всего этого лежит проблема подсчета. Исследователи пока не могут измерить, сколько этого пластика переносит человек, поэтому любая оценка риска, основанная на этом числе, является неопределенной.
Пластик был обнаружен в репродуктивных жидкостях человека, и его вред был измерен на животных, но ничто не связывает эти два факта внутри организма человека. Для устранения этого пробела необходимы методы обнаружения, достаточно чувствительные для подсчета этих частиц в тканях человека, а затем исследования на людях, а не на клеточных культурах.
Команда Чжана поставила выветренные частицы и смеси загрязняющих веществ на первое место в списке факторов, которые будут учитываться следующими участниками проекта.
