秦瀟，周穎，黃藝

北京大學環(huán)境科學與工程學院，北京 100871

微塑料(microplastics)為直徑<5 mm的微小塑料顆粒的統(tǒng)稱，其包括了不同形狀、大小和聚合物類型[1]。微塑料根據(jù)形成過程可分為原生微塑料和次生微塑料2種。原生微塑料是由人類制造的粒徑<5 mm的塑料顆粒、碎片等，大量存在于日常洗滌用品與個人護理用品中，例如磨砂洗面奶、牙膏中；次生微塑料是由自然界中的大塊塑料經(jīng)過碎裂或降解形成，其形態(tài)往往不規(guī)則，如塑料微粒、碎片和纖維等[2]。

近年來，在海洋、土壤和大氣環(huán)境中均發(fā)現(xiàn)了微塑料?？紤]到塑料的不可降解特性以及生產(chǎn)過程中的有害添加物，微塑料作為新型污染物受到了學者的廣泛關(guān)注，成為了環(huán)境研究領域的焦點問題之一。海洋中的微塑料問題最早被提出，根據(jù)Thompson[3]在2006年歐洲海洋自然保護會議的報告中估算，約10%左右的塑料最終會排放于海洋中，且可能持續(xù)存在并不斷積聚。至今從海岸帶到海洋環(huán)流中，從遠離大陸的島嶼和極地區(qū)域都發(fā)現(xiàn)了微塑料[4]，甚至在深海沉積物中也發(fā)現(xiàn)了微塑料的蹤跡[5]。全球范圍內(nèi)的河流、海灘等其他類型水體中也都發(fā)現(xiàn)了微塑料的存在[6-7]。相對于水體來說，土壤環(huán)境中微塑料的研究相對較少，但有研究估計進入陸地生態(tài)系統(tǒng)的微塑料是釋放到海洋中的4倍～23倍[8]，如歐洲和北美區(qū)域每年就有70萬t以上的微塑料進入土壤[9]。因此，2012年Rillig[10]呼吁開展土壤環(huán)境中微塑料污染的研究，并著重提出要研究土壤微塑料污染的潛在生態(tài)風險。近年來有少量文獻開始報導大氣中的微塑料，認為微塑料占全部大氣懸浮顆粒及纖維的92%[11]。除了上述不同環(huán)境界面，還在水生生物、陸生生物、飲料和食鹽等中發(fā)現(xiàn)了微塑料殘留[12]，顯示人類面臨著微塑料污染中的全方位環(huán)境暴露風險。然而，除了有限的研究通過塑料特性和微粒特性，推論了微塑料的可能健康影響，如Wright和Kelly[13]認為微塑料作為有機物可能被人體吸收，并在人體局部組織中積累而產(chǎn)生生理毒性，還沒有發(fā)現(xiàn)以微塑料的人體健康影響為直接研究對象的工作。因此，本綜述通過梳理人類對微塑料可能的暴露途徑，在歸納微塑料對其他生物負面影響的基礎上，討論微塑料對人體健康的可能危害，為進一步研究和評估微塑料污染的人體健康風險提供科學基礎。

1 微塑料的暴露途徑(Exposure route of microplastics)

暴露途徑是指污染物從污染源經(jīng)由土壤、水或食物等方式到達人體或其他被暴露生物個體的路線。根據(jù)現(xiàn)有研究，微塑料進入人體的途徑主要有食物攝取、飲水以及空氣接觸3種微塑料暴露途徑。

1.1 微塑料通過食物進入人體

微塑料被水生生物攝取而進入食物鏈，進而通過食物進入人體，可能是人類微塑料暴露的主要途徑之一。研究顯示，一些低營養(yǎng)級的水生生物，如貽貝、牡蠣和扇貝等在攝食過程中只能夠判斷顆粒物的大小，攝取一定尺寸范圍內(nèi)的顆粒物[14]，因此微塑料可能被當作與藻類等相似大小的食物被低營養(yǎng)級生物攝取；濾食性動物在攝食的過程中，會被動地攝入水體中的微塑料[15]；此外，顏色、密度等因素都會導致生物誤食微塑料。部分微塑料的顏色特征與海洋生物食物相似，使海洋動物在攝食時一同攝入體內(nèi)，而低密度微塑料容易聚集在海洋表層，更容易被浮游動物等低營養(yǎng)級海洋生物攝取[16]，從而進入食物鏈。

對水環(huán)境中的生物取樣研究證實，微塑料確實存在于人類食用的水生物體內(nèi)，比如在荷蘭、比利時和法國等多個國家的貽貝(Mytilusedulis)中都檢測出了一定量的微塑料[17-19]，在西班牙-大西洋-地中海海岸的研究中，也發(fā)現(xiàn)一些底棲魚的體內(nèi)含有微塑料，平均每條魚體內(nèi)可達(1.56±0.5)片[20]。南威爾士峽谷河流中的無脊椎動物四節(jié)蜉科(Baetidae)、紋石蛾科(Hydropsychidae)和扁蜉科(Heptageniidae)體內(nèi)也檢測到了微塑料的存在[21]。實驗室的研究顯示，貽貝(Mytilusedulis)暴露在微塑料污染的水體中3～48 h后，其肝臟和血淋巴組織中檢測到42 顆·L-19.6 μm大的聚苯乙烯系塑料小球[22]；較長時間(96 h)暴露在小顆粒的高密度聚乙烯(HDPE)后，貽貝的腮、胃和消化腺中都能夠檢測到HDPE塑料粒，粒徑<80 μm的顆粒濃度可達2.5 g·L-1[20]。貽貝通過鰓捕捉海水中的微塑料，并將其困在腮部粘液和消化系統(tǒng)中[23]。此外，水產(chǎn)養(yǎng)殖貝類中也發(fā)現(xiàn)了微塑料[24]。而最近中國科學院南京土壤研究所的Li等[25]發(fā)現(xiàn)，植物對微塑料也具有吸收作用。這個研究使得微塑料食物暴露途徑從水生動物擴大到了陸地植物。

生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的微塑料，可源于直接吞食，也可以通過食物鏈傳遞所獲得。在野外和實驗室2種條件下，均發(fā)現(xiàn)了微塑料在食物網(wǎng)中轉(zhuǎn)移富集的現(xiàn)象[26-27]。微塑料通過食物網(wǎng)在食物鏈中傳遞放大的現(xiàn)象，可能增加作為頂級捕食者的人類的微塑料暴露量。

值得指出的是，已有研究在海鹽中發(fā)現(xiàn)了微塑料的存在。研究者推測，如果普通人每天攝入的鹽量為5 g，人們通過海鹽攝取的微塑料可達每年216粒[28]。食鹽作為食物中必不可少的調(diào)料，其中的微塑料加大了食物攝取暴露對人體健康的危害。

海產(chǎn)品和食鹽都是中國人餐桌上的必備食物。根據(jù)已有的研究估算，中國人每年通過魚類和貝類攝取的總微塑料量可達1.06×1013～6.11×1013粒(表1)，按每顆微塑料0.001 g估算，每年約吃掉1×104～6×104t塑料。

1.2 通過飲水/飲料進入人體

水是人體代謝的基礎物質(zhì)和必要環(huán)境，存在于河流、湖泊等自然水體中的微塑料，成為人體微塑料的重要暴露源之一。在山東膠州灣，研究者在海灣沉積物中測到了碎片狀、顆粒狀、薄膜狀、纖維狀和發(fā)泡塑料5種微塑料的類型[29]。在長江口，檢測到微塑料豐度高達(4 137.3±2 461.5) 個·m-3[30]。太湖和鄱陽湖等水域沉積物中的微塑料豐度為500～25 800 個·m-3[31-32]。雖然從自然水體獲得的水需要經(jīng)過沉淀、消毒、軟化、淡化和除鹽等一系列復雜的處理工藝后，才可能成為飲用水，但2020年的一項研究表明，在城市飲用水中也已檢測出微塑料。研究者檢測了中國多個城市的自來水樣品，均發(fā)現(xiàn)存在有碎片狀、纖維狀和球形等不同形狀的微塑料[33]。存在于飲用水中的微塑料，成為最危險的直接暴露源。

一項最新的研究顯示，嬰兒奶瓶在沖泡配方奶粉過程中會釋放出高水平的微塑料。例如使用聚丙烯奶瓶配制配方奶時，平均每天使世界各地的嬰兒暴露在100萬個塑料微粒中。該研究還表明溫度與微塑料釋放之間存在強相關(guān)性，高溫下微塑料釋放量更大[34]。因此，通過飲水進入人體這一方式，已經(jīng)成為不同地域不同年齡段人群的主要微塑料暴露途徑。

1.3 通過呼吸進入人體

與前2種微塑料人體暴露的方式不同，空氣中微塑料是近期研究的新發(fā)現(xiàn)。倫敦市中心人口密集地區(qū)大氣樣品中微塑料的研究顯示，在所有大氣樣品中均發(fā)現(xiàn)了微塑料，其中纖維微塑料占絕大多數(shù)(92%)[35]。

針對大氣微塑料傳輸?shù)难芯堪l(fā)現(xiàn)，大氣中懸浮的微塑料可通過大氣沉降進入人類生活的地表環(huán)境區(qū)域。微塑料隨大氣進入地表的過程可分為濕沉降和干沉降，濕沉降是指微塑料通過降雨和降雪等天氣過程沉降至地表，干沉降是指微塑料由于自身重力沉降至地表。研究表明，微塑料通過沉降到達地表的量可達575～1 008 個·m-2·d-1，其中以纖維類為主[35]。而刮風、降雨及降雪強度都可能影響微塑料的沉降速率[11]，進而可能影響通過呼吸進入人體的微塑料量。因此，系統(tǒng)研究霧霾程度常年較高的城市中，人類暴露于大氣微塑料的健康風險，是評估微塑料生態(tài)環(huán)境危害的關(guān)鍵點。

2 微塑料的潛在健康危害(Potential health hazards of microplastics)

綜上所述，微塑料無處不在，人體能通過攝取食物、飲水和呼吸暴露于微塑料。目前，對于微塑料是否一定會危害人體健康這一問題，尚無實驗研究證實，也沒有流行病學的調(diào)查結(jié)果。但通過對動物所進行微塑料暴露實驗，證實了微塑料對生物體可能產(chǎn)生多方面的健康危害。雖然微塑料對動物生理影響的研究，不能直接證明其對人類健康的影響，但微塑料表現(xiàn)出的生理毒性，在一定程度上表征了其對人類健康的潛在威脅。

表1 在中國通過海產(chǎn)品直接進入人體的微塑料量估算[19-20, 29]Table 1 Estimates of the amount of microplastics directly entering the human body through seafood in China[19-20, 29]

2.1 微塑料可引起生物的炎癥與應激反應

微塑料本身的形狀特性，如塑料纖維或者塑料片尖銳的邊緣，可能會擦傷生物體內(nèi)組織，而消化道內(nèi)過多的微塑料，也存在堵塞消化系統(tǒng)，導致生物體產(chǎn)生飽食感或者炎癥而減少進食的風險[36]。蝦虎魚(Pomatoschistus microps)的幼體易將白色微塑料誤認為食物，將其暴露在聚乙烯(PE)環(huán)境中96 h后，在高PE濃度環(huán)境的幼體捕食量比對照組顯著降低[15]。

雖然越來越多的生物體內(nèi)檢測到微塑料，但大部分只存在于生物的消化系統(tǒng)中，并隨代謝排出體內(nèi)[21]。也有研究指出，胃腸道內(nèi)的微塑料能夠進入周邊組織甚至是循環(huán)系統(tǒng)中。Browne等[22]研究發(fā)現(xiàn)，暴露48 d后，貽貝(Mytilus edulis)的血淋巴組織中能夠檢測到微塑料，表明貽貝能夠攝入3～10 μm的聚苯乙烯塑料小球，并將其運輸達到循環(huán)系統(tǒng)中。此外，最近一項對人體大腦和上皮細胞的體外研究，首次證明了微塑料可誘導人體細胞發(fā)生氧化應激，從而產(chǎn)生細胞毒性效應[37]。

2.2 微塑料可產(chǎn)生生殖與發(fā)育毒性

對小鼠投喂微塑料，發(fā)現(xiàn)食用微塑料小鼠體質(zhì)量與對照組相比明顯減少，且其細胞的細胞器存在明顯受損現(xiàn)象，平均每只母鼠產(chǎn)幼崽的數(shù)量、幼崽的性別比和幼崽的體質(zhì)量均發(fā)生了顯著變化，推測微塑料可能具備生殖和發(fā)育毒性[38]。將成熟期太平洋牡蠣長期暴露于微米級聚苯乙烯微塑料，可觀察到實驗組牡蠣精子活力下降，卵子數(shù)量減少、粒徑變小；牡蠣后代幼體數(shù)量顯著減少[39]。因此，一旦大劑量微塑料通過食物鏈進入人體，有可能對人體生殖細胞產(chǎn)生損害，甚至影響精子、卵子質(zhì)量，最終對子代胚胎形成、胎兒發(fā)育和出生后發(fā)育產(chǎn)生不良影響。

2.3 微塑料可改變腸道微生物的組成和功能

動物腸道中的微生物群落組成對動物適應環(huán)境具有至關(guān)重要的作用。土壤動物腸道中的許多細菌，可以使動物獲得額外的代謝能力，例如有研究發(fā)現(xiàn)聚苯乙烯可使得蚯蚓腸道菌群中有關(guān)氮循環(huán)和有機物降解的菌群相對豐度發(fā)生變化，從而影響蚯蚓對氮和有機物的代謝能力和代謝過程[40]。人體腸道微生物對人類健康也起著極其重要的作用，甚至被稱為人體的“第二套基因組”[41]。人體腸道微生物在人體的消化、代謝和調(diào)解免疫功能等方面都具有重要作用。比如人體的肥胖、腸炎等疾病與腸道微生物的群落組成具有相關(guān)性[38]。

考慮到微塑料材料自身的惰性性質(zhì)及其主要分布在消化系統(tǒng)中等特征[21]，微塑料可能具有很小的直接危害人體的毒性，但很可能通過影響腸道微生物群落結(jié)構(gòu)和功能，對人體健康形成巨大的潛在威脅。

2.4 協(xié)同毒性

除以上微塑料有可能對人體健康產(chǎn)生的直接和間接負面影響外，微塑料與其他污染物的協(xié)同毒性，是一個值得注意的問題。微塑料具備粒徑小、比表面積大和疏水性等特性，容易吸附環(huán)境中的污染物，與之產(chǎn)生協(xié)同毒性。目前相關(guān)的研究集中在微塑料與疏水性有機污染物、重金屬和抗生素的復合污染，例如2020年一項研究表明，攝入不同粒徑聚苯乙烯塑料(300 nm～6 μm)的結(jié)腸癌細胞在吸附雙酚A后，微塑料與雙酚A產(chǎn)生了協(xié)同毒性，導致對結(jié)腸癌細胞的毒性增強[42]。而由于微塑料在紫外線照射過程中會發(fā)生老化，不同老化程度的微塑料對重金屬、抗生素的吸附能力不同，所形成的協(xié)同毒害作用也會有所不同。有研究表明，老化的聚苯乙烯系塑料碎片在未達到平衡的情況下，可積累更多的銅和鋅，對照組未經(jīng)老化的塑料片在14 d后才會達到恒定的銅濃度[43]。而一項微塑料吸附抗生素的研究表明，微塑料老化過程中孔隙結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)和氫鍵鍵合的形成，是微塑料富集抗生素的2個主要因素[44]。

2.5 微塑料對有害微生物的富集

本課題組研究發(fā)現(xiàn)，河流中漂浮的微塑料表面附著一些條件致病菌，如假單胞菌。定量PCR結(jié)果顯示，微塑料可以選擇性地富集抗生素耐藥基因[45]。而這些攜帶抗性基因的微塑料進入人體腸道，有可能增加人體腸道微生物對抗生素的抗性，如果這些抗性基因轉(zhuǎn)移到病原菌中，將直接降低抗生素治療的有效性。

3 微塑料環(huán)境健康威脅的研究展望(Research prospects on environmental health threats of microplastics)

微塑料概念的首次提出至今不過16年，對于微塑料在環(huán)境中的分布、遷移、轉(zhuǎn)化和影響的研究方興未艾。而作為一種新污染物，微塑料對人體健康的影響也應該受到特別的關(guān)注和系統(tǒng)研究。

(1)系統(tǒng)研究微塑料人體暴露途徑

雖然本文在現(xiàn)有微塑料分布研究的基礎上，梳理了微塑料的人體暴露途徑，但現(xiàn)有的研究還遠遠沒有覆蓋所有的可能暴露途徑。比如，還沒有任何研究關(guān)注微塑料是否通過包扎、縫合材料的釋放，直接進入接觸皮膚；是否通過塑料針筒的使用經(jīng)注射進入人體等。根據(jù)微塑料的特性，并結(jié)合其他有機污染人體暴露途徑的研究成果，我們認為微塑料的暴露途徑應該包括如圖1所示的所有途徑。

因此，需要系統(tǒng)研究微塑料的人體暴露途徑、暴露量和安全閾值，為控制微塑料人體健康風險提供科學基礎。

圖1 微塑料的可能人體暴露途徑Fig. 1 Possible human exposure routes of microplastics

(2)關(guān)注微塑料對人體腸道微生物的影響

微塑料作為惰性物質(zhì)，在環(huán)境中可成為微生物的攜帶體，被生物吞食后進入消化系統(tǒng)，影響和改變生物/人體腸道微生物的群落結(jié)構(gòu)和功能。尤其是作為抗生素抗性基因的攜帶體，在腸道這種細菌密度極高且營養(yǎng)豐富的環(huán)境中，可能增加抗生素抗性基因水平轉(zhuǎn)移的風險。這就意味著如果微塑料攜帶的耐藥基因進入腸道后，可能轉(zhuǎn)移到人體病原菌中，使病原菌具備更強的耐藥性，增加臨床抗感染治療的風險。因此，應在實驗室條件下，通過模式動物研究微塑料表面生物膜的特性，以及其與腸道微生物菌群的關(guān)系。

(3)研究自然濃度下微塑料的生物毒性，增加對微塑料直接毒性的了解

目前，大部分的微塑料毒性研究是在實驗室條件下進行的，研究主要針對單一生物，使用遠高于環(huán)境濃度的微塑料劑量，短時間暴露。這樣的研究方案容易得到明顯的影響結(jié)果，但與自然條件下實際的人體微塑料暴露水平相差較大，所獲得的微塑料毒性效應和機理，并不能解釋自然環(huán)境中微塑料污染性狀和對人體的影響。需要通過系統(tǒng)研究自然環(huán)境中微塑料的影響，尤其是在實際人體暴露量下微塑料的特性和生物毒性，為評估微塑料對人體的可能危害與制定微塑料環(huán)境基準和標準提供科學的數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。