微塑料颗粒对肺表面活性物质的影响研究

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微塑料(Microplastics,MPs)是一种与环境密切相关的污染物,由于塑料制品的优异性能而被大量使用,又因为塑料废物的弃置使得微塑料随风迁移并广泛暴露于环境中,加大了人们通过呼吸途径吸入微塑料颗粒的风险,并与各种呼吸道疾病风险的增加有所关联。肺表面活性物质(Lung surfactant,LS)是一种附着在肺泡气液相界面的单分子膜结构,主要存在于肺部,也有少量肺表面活性物质存在于胃肠道系统中,它具有降低肺泡气液相界面的表面张力的特性,能够维持肺泡的稳定与健康。外界吸入的环境污染物颗粒会与LS相接触,若它的形态和性质因为环境颗粒物受到影响并造成破坏,将可能会引起一定的呼吸系统疾病。通过呼吸作用而进入肺部的微塑料颗粒及其携带的污染物,可能会产生一定的催化或转化作用,产生氧化应激或相关的炎症反应,这可能会打破人体内原有的抗氧化平衡状态,引起氧化损伤,造成一定生物毒性。在本文中,以体外模拟的方法,主要以聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)三种微塑料为研究对象,研究了微塑料对LS中主要活性组分(即磷脂与蛋白质)的吸附行为,探究了微塑料对LS表面张力、π-A、π-t等温线等界面性质及微观结构的影响,探讨了微塑料在不同溶液体系中的团聚性能;将微塑料与模拟肺液、不同抗氧化剂溶液体系分别混合,以实现微塑料对活性氧产生的影响研究,同时揭示了吸入的微塑料产生活性氧自由基的可能机理。通过对实验内容和数据的分析,得出的研究结论为:(1)通过对PS、PE、PVC对磷脂和蛋白质的吸附量进行分别测定发现,三种微塑料对磷脂都具有较强吸附能力,其吸附量与三种微塑料的含量成正比关系,其中对于磷脂的吸附能力最强的是PS,吸附率达到了55.28±0.12%;而在蛋白质存在的条件下,三种微塑料对于蛋白质的吸附相对较少,对蛋白质的含量影响不明显,吸附率不到30%。通过分析磷脂和蛋白质存在条件下PS、PE、PVC的扫描电镜图像所知,磷脂(呈粘稠状)分别在颗粒的表面、棱角处均有不同程度的吸附,并有可能造成颗粒之间的相互交联,蛋白质存在的条件下,颗粒物的表面只有少量的蛋白质能被观测到,并可能在颗粒物的周围观测到蛋白质电晕的存在,颗粒物之间的交联现象并不明显。微塑料颗粒对磷脂和蛋白组分吸附能力的不同可能导致LS中活性组分比例的失衡,影响到其正常的生理功能,进一步成为影响人体健康的潜在风险。(2)通过考察PS、PE、PVC三种微塑料在LS单层膜上的π-A等温线得知,随着微塑料颗粒浓度的增加,LS单层膜均有不同程度的内缩,这种内缩现象的程度与微塑料颗粒浓度呈正相关关系,这与其在微塑料存在下表面张力的变化有关,其中PS对其影响最为明显。布鲁斯特角显微镜图像表征表明,微塑料的存在,能够改变LS膜的微观结构,造成LS分子膜上磷脂分子的缺失,这可能与磷脂分子被微塑料吸附有关。Zeta电位的测定结果表明,磷脂与蛋白组分都能够使得PS、PE、PVC的表面电位下降,使其具有团聚的倾向。这些现象从物理化学的角度说明微塑料颗粒的吸入能够影响LS的分子结构组成以及微观结构,其吸入可能会引起团聚,不利于颗粒物的排出。(3)·OH的产量一般随着三种微塑料浓度的增加而增加,1 mg/L的三种微塑料诱导产生·OH的大小顺序依次为PS>PVC>PE。通过对·OH产生机理的探究发现,PS能够诱发模拟肺液中类Fenton反应的发生,促进了抗氧化剂中抗坏血酸中的电子转移,这加速了抗坏血酸与脱氢抗坏血酸之间的转化反应,进而产生了HOOH,并进一步转化为·OH。说明微塑料颗粒虽然自身没有产生·OH的能力,但是其存在能够作为催化剂参与到反应中,诱发氧化应激反应与细胞毒性,威胁人体健康。
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