空气微塑料的分布特征、暴露评估及毒性效应_戚婵婵.pdf

生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第 17 卷 第 6 期 2022 年 12 月Vol.17,No.6 Dec.2022 基金项目:辽宁省兴辽英才计划资助项目(XLYC1802059)第一作者:戚婵婵(1991),女,硕士研究生,研究方向为环境污染物,E-mail: *通信作者(Corresponding author),E-mail:DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20211226001戚婵婵,华正罡,蒋莹,等.空气微塑料的分布特征、暴露评估及毒性效应J.生态毒理学报,2022,17(6):176-187Qi C C,Hua Z G,Jiang Y,et al.Distribution characteristics,exposure assessment and toxic effects of airborne microplastics J.Asian Journal of Ecotoxi-cology,2022,17(6):176-187(in Chinese)空气微塑料的分布特征、暴露评估及毒性效应戚婵婵1,华正罡2,蒋莹2,潘国伟3,杨佐森1,2,*1.中国医科大学预防医学研究院,沈阳 1100052.辽宁省疾病预防控制中心,沈阳 1100053.中国医科大学公共卫生学院全民健康教研室,沈阳 110122收稿日期:2021-12-26 录用日期:2022-03-02摘要:微塑料现普遍被定义为环境中尺寸5 mm 的塑料颗粒,是一种广泛存在于人们生活环境和自然环境中的新型污染物。研究人员在空气、水体和土壤等各种自然环境介质以及鱼虾、贻贝类、家禽甚至人体肺组织、人体粪便等多种生物样本中均已发现微塑料的存在。由于尺寸微小,空气微塑料可通过呼吸过程被机体吸入并沉积在体内。本文综述了现阶段空气微塑料的来源、分布特征、暴露评估及其毒性效应等最新研究进展,分析了室内外以及城乡地区空气微塑料的丰度、形状、粒径分布及组分类型等分布特征,并对微塑料吸入毒性效应及其复合毒性效应进行综述和分析,同时展望今后研究中需完善和规范空气微塑料的检测分析方法、进一步研究和揭示空气微塑料人体暴露特征及其健康风险等。关键词:空气微塑料;毒性效应;分布特征;吸入暴露文章编号:1673-5897(2022)6-176-12 中图分类号:X171.5 文献标识码:ADistribution Characteristics,Exposure Assessment and Toxic Effects ofAirborne MicroplasticsQi Chanchan1,Hua Zhenggang2,Jiang Ying2,Pan Guowei3,Yang Zuosen1,2,*1.Institute of Preventive Medicine,China Medical University,Shenyang 110005,China2.Liaoning Center for Disease Control and Prevention,Shenyang 110005,China3.Department of National Health,School of Public Health,China Medical University,Shenyang 110122,ChinaReceived 26 December 2021 accepted 2 March 2022Abstract:Microplastics are generally defined as plastic particles with a size of 5 mm in the environment.It is anew pollutant which widely exist in our living environment and natural environment.Researchers have found theexistence of microplastics in various natural environmental media such as air,water,soil,fish and shrimp,mussels,poultry,human lung tissue,human feces and other biological samples.Due to their small size,airborne microplas-tics can be inhaled and deposited in the body through the process of breathing.We reviewed the latest research pro-gress on the sources,distribution characteristics,exposure assessment and toxic effects of airborne microplastics atthis stage,summarizes and analyzes the inhalation toxic effects of microplastics and their composite toxic effects.It第 6 期戚婵婵等:空气微塑料的分布特征、暴露评估及毒性效应177 is expected to improve and standardize the detection and analysis methods of air microplastics in the future re-search,to reveal the human exposure characteristics and health risks of air microplastics.Keywords:airborne microplastics;toxic effects;distribution characteristics;inhalation exposure 塑料是一种通过加聚或缩聚反应聚合而成的高分子化合物,因其材料特性及生产成本低等特点,广泛应用于现代社会生产活动及人们生活中。据统计,全球的塑料产量从 20 世纪 50 年代 500 万 t 增长到现在 3.5 亿 t 以上1。每年无法妥善处理的塑料垃圾达 882 万 m3 2。此外,因新型冠状病毒传染病疫情的世界大流行,全球医用塑料市场预计将从2020 年251 亿美元增长到2021 年294 亿美元,因应对新冠疫情所产生的塑料垃圾正在对水道、土壤和空气构成不容忽视的不良影响3。据报道,即使人们现在开始采取措施控制塑料垃圾,到 2040 年全球仍会产生高达 7.1 亿 t 的塑料垃圾4。大量废弃塑料在水解、光降解、机械磨损以及生物降解等外力作用下,可形成细小的塑料微粒,其中粒径5 mm 的塑料微粒被定义为微塑料(microplastics,MPs)5,0.1 m 的微塑料也被称为纳米塑料(nanoplastics,NPs)6。由于塑料难以完全降解,能够在环境中持久存在,从而引发严重的环境污染问题。研究人员已在食品、土壤、水体、深海沉积物以及大气等环境介质中发现不同组分和含量的微塑料7。同时,在多种生物体内也发现微塑料的存在,特别是水生生物,如浮游动植物、蚌类、虾类、鱼类和海洋哺乳动物等8-9。此外,在人体肺组织10、人体粪便11、人体胎盘12-13以及人体结肠样本14等人体生物样本中同样检出了微塑料。目前关于微塑料的研究更多集中在海洋、土壤及淡水等生态圈,关于空气微塑料的研究相对较少,近年来陆续有研究报道了部分城市/地区大气环境中微塑料的丰度、尺寸大小、组分类型、形状及颜色等分布特征,如中国上海15、中国沿海城市16、英国赫尔市和亨伯地区17等。本文主要通过文献调研,对当前空气微塑料的来源、分布特征、吸入暴露评估及其毒性效应最新研究进展进行综述及思考,为后续空气微塑料的研究提供科学线索和参考。1 空气中微塑料的来源(Sources of airborne mi-croplastics)微塑料按其来源可分为初生微塑料和次生微塑料,初生微塑料指塑料直接以小颗粒的形式进入环境,如化妆品、肥料和油漆涂料等含有的塑料微珠以及合成纤维衣服在生产使用过程中脱落的塑料纤维;次生微塑料指人类活动中产生的较大块塑料进入环境后,经过太阳的紫外线辐射、风化以及其他外力等一系列物理、化学和生物过程导致大块塑料破裂成碎片并降解形成更小的塑料颗粒后形成微小塑料颗粒18-19。包装材料等塑料制品及纺织物品在生产、加工以及使用过程中均可产生大量塑料微粒直接或间接进入大气环境中7。此外,垃圾填埋场20、轮胎磨损21和道路扬尘22都是室外空气中微塑料的重要来源,研究显示,由轮胎磨损产生的微塑料对全球海洋塑料总量的相对贡献率约为 5%10%,对空气中可吸入颗粒物的贡献率为 3%7%21。OBrien 等22的研究显示,微塑料浓度与交通负荷量有显著关系(r2=0.63),交通与环境中微塑料的丰度增加有关。除了轮胎的磨损,汽车排放的烟雾也是城市地区室外空气中微塑料的来源之一23。另一方面,衣物服饰、家用纺织物品及室内装潢等则可能是室内空气微塑料的重要来源24,研究显示,一条湿质量为 6.5 kg 的聚酯纤维(涤纶)毯子在一次机洗干燥中会产生 62 874 个聚酯纤维(PET 纤维)进入空气中25。此外,自 2019 年底新冠疫情暴发以来,口罩已成为当前全球社会人们日常生活中不可或缺的一部分,据报道,全球每天要消耗数 10 亿个一次性口罩,研究显示,每个外科口罩或 N95 口罩或能释放超过 10 亿颗微塑料,这些塑料微粒大小约在5 nm 600 m 之间26。因此,口罩也成为了公众日常生活中密切接触的微塑料来源之一。2 空气微塑料的分布特征及人体暴露评估(Distri-bution characteristics of airborne microplastics andevaluation of human exposure)2.1 空气中微塑料的分布特征目前空气微塑料的研究大多集中于通过检测所研究区域室内外空气降尘(被动采样)、大气悬浮物或其他动力采样空气样品(主动采样)中的微塑料,分析所研究区域内空气微塑料的分布特征,包括微塑料的丰度、粒径分布、塑料类型、形状及颜色等,空气微塑料的研究报道结果如表 1 所示,不同国家或地区空气微塑料的丰度差异较大,在 Zhang 等27的一项关于中国、巴基斯坦、希腊、韩国、日本和美国等178 生态毒理学报第 17 卷12 个国家室内灰尘微塑料的研究中,聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)在所有样本中均大量检出(29 120 00 gg-1),其中 PET 检出量最高的是韩国(均值 25 000 gg-1)和日本(均值 23 000 g g-1),其后是沙特阿拉伯(均值 13 000g g-1),其余国家的样本中 PET 检出量均值均在10 000 g g-1以下。近期一项关于中国5 座特大城市空气微塑料的研究显示,中国北方城市空气中微塑料的丰度(226 490 个 m-3)高于中国东南部城市(136 324 个 m-3),空气样品中 94.7%的微塑料粒径100 m,且 88.2%的微塑料为碎片状,其中聚乙烯(polyethene,PE)、聚酯纤维(polyester,PET 纤维/涤纶)以及聚苯乙烯(polystyrene,PS)为主要检出的塑料类型28。此外,道路扬尘作为室外空气中微塑料的来源之一,道路灰尘中微塑料的污染特征影响着空气中微塑料的分布特征,研究显示,日本草津道路灰尘中微塑料(100 m 5 mm)的丰度最低,为 0.43.6 个 m-2,而越南舰港和尼