medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2023-102-11-1251-1254gufozhmedlit-3537Research ArticleМЕТОДЫ ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS OF HYGIENIC AND EXPERIMENTAL INVESTIGATIONSОбнаружение частиц микропластика в водной среде методом окрашиванияDetection of microplastics particles in the aquatic environment by staininghttps://orcid.org/0000-0002-4632-6060ХлыстовИван АндреевичKhlystovIvan A.

Канд. биол. наук, науч. сотр., зав. лаб. гигиены окружающей среды и экологии человека отдела комплексных проблем гигиены и профилактики заболеваний населения ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора

e-mail: hlistovia@ymrc.ru

MD, PhD, Researcher, Head of the Laboratory of Environmental Hygiene and Human Ecology, Department of Complex Problems of Hygiene and Disease Prevention, Yekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial Workers, Yekaterinburg, 620014, Russian Federation

e-mail: hlistovia@ymrc.ru

hlistovia@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5872-2001БушуеваТатьяна В.BushuevaTatiana V.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1159-6527ГрибоваЮлия В.GribovaYulia V.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7927-0246ХарьковаПолина К.KharkovaPolina K.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8517-2607ЛабзоваАлла К.LabzovaAlla K.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0125-0063КарповаЕлизавета П.KarpovaElizaveta P.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6562-2842БугаеваАлександра В.BugayevaAlexandra V.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2726-9259СахаутдиноваРената Р.SakhautdinovaRenata R.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6475-7753ГурвичВладимир Б.GurvichVladimir B.noemail@neicon.ruФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияYekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial WorkersRussian Federation2023131220231021112511254Copyright © Хлыстов И.А., Бушуева Т.В., Грибова Ю.В., Харькова П.К., Лабзова А.К., Карпова Е.П., Бугаева А.В., Сахаутдинова Р.Р., Гурвич В.Б., 20232023Хлыстов И.А., Бушуева Т.В., Грибова Ю.В., Харькова П.К., Лабзова А.К., Карпова Е.П., Бугаева А.В., Сахаутдинова Р.Р., Гурвич В.Б.Khlystov I.A., Bushueva T.V., Gribova Y.V., Kharkova P.K., Labzova A.K., Karpova E.P., Bugayeva A.V., Sakhautdinova R.R., Gurvich V.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/3537Введение

Введение. Одним из распространённых контаминантов окружающей среды является микропластик, масштабы загрязнения и вред здоровью от которого стали оцениваться относительно недавно. Установлена биологическая активность микропластика в исследованиях in vivo и in vitro: он вызывает нарушения развития и функционирования пищеварительной, репродуктивной, центральной нервной, иммунной и кровеносной систем, приводит к дисплазии тканей и органов, обладает генотоксичностью, нейротоксичностью и цитотоксичностью. В связи с этим возникает необходимость мониторинга микропластика в воде со стороны надзорных органов и хозяйствующих субъектов. В России не существует утверждённой методики определения микропластика в воде.

Цель исследования — применение экспресс-метода качественного определения микропластика в воде поверхностных источников и воде централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Материалы и методы

Материалы и методы. Обнаружение микропластика в воде поверхностных источников и перед подачей в сеть централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения (ЦХПВ) двух городов проводили методом окрашивания красителем нильский красный и последующей идентификацией частиц на фазово-контрастном микроскопе с флуоресцентным фильтром.

Результаты

Результаты. В воде поверхностных источников и ЦХПВ обнаружены частицы микропластика, установлены их форма и размеры.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Данный метод позволяет оценивать только качественные характеристики частиц микропластика без определения их химического состава; эффективность анализа зависит от разрешающей способности микроскопа.

Заключение

Заключение. С помощью предложенного метода обнаружены частицы микропластика в воде источников на разных глубинах и перед подачей в сеть ЦХПВ. Частицы округлой и палочковидной формы выявлены в обоих типах вод, а частицы в виде удлинённых нитей — в воде источников.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.

Участие авторов

Участие авторов:Хлыстов И.А. — концепция и дизайн исследования, написание и редактирование текста, сбор данных литературы;Бушуева Т.В. — концепция и дизайн исследования, редактирование текста;Грибова Ю.В. — сбор материала и обработка данных;Харькова П.К. — сбор данных литературы;Лабзова А.К. — сбор материала и обработка данных, редактирование текста;Карпова Е.П. — сбор материала и обработка данных;Бугаева А.В., Сахаутдинова Р.Р. — редактирование текста;Гурвич В.Б. — концепция и дизайн исследования.Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила

Поступила: 31.08.2023 / Принята к печати: 15.11.2023 / Опубликована: 08.12.2023

Introduction

Introduction. Microplastics are among the most common environmental contaminants worldwide, which levels of pollution and harm to health have begun to be assessed only recently. Biological activity of microplastics has been established in "in vivo" and "in vitro": studies: they were found to impair the development and functioning of the digestive, reproductive, central nervous, immune, and circulatory systems, induce tissue and organ dysplasia, be geno-, neuro-, and cytotoxic. The findings necessitate monitoring of microplastics in water by supervisory authorities and business entities. Yet, there is no official method for determining microplastics in the aqueous environment in the Russian Federation.

Our objective was to apply an express method for the qualitative determination of microplastics in surface waters and treated water before supply.

Materials and methods

Materials and methods. We analyzed water samples taken from two regional reservoirs and at water treatment plants before supply to the centralized system in two industrial cities of the Sverdlovsk Region by Nile red staining and subsequent identification of microplastics using a phase-contrast fluorescence microscope.

Results

Results. We found microplastics in both surface and treated water samples, and established their shape and size.

Limitations

Limitations. This method evaluates only qualitative characteristics of microplastics without establishing their chemical composition; the resolution of a microscope determines analytical accuracy.

Conclusions

Conclusions. The applied method has enabled us to find microplastics in surface waters sampled at different depths and in the treated water before supply. Round and rod-shaped particles were observed in both types of water while those in the form of elongated filaments were detected only in surface water samples.

Compliance with ethical standards. This study does not require the conclusion of a biomedical ethics committee or other documents.

Contribution

Contribution:Khlystov I.A. — study conception and design, draft manuscript preparation and editing, collection of literature data;Bushueva T.V. — study conception and design, editing;Gribova Yu.V., Karpova E.P. — data collection and processing;Kharkova P.K. — collection of literature data;Labzova A.K. — data collection and processing, editing;Bugayeva A.V., Sakhautdinova R.R. — editing;Gurvich V.B. — study conception and design.All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: August 31, 2023 / Accepted: November 15, 2023 / Published: December 8, 2023

микропластикидентификация опасностиметоды исследованиявода поверхностных источников и ЦХПВзагрязненияmicroplasticshazard identificationtesting methodssurface watercentralized water supply systempollutionReferencesAl Harraq A., Bharti B. Microplastics through the lens of colloid science. ACS Environ. Au. 2021; 2(1): 3–10. https://doi.org/10.1021/acsenvironau.1c00016Al Harraq A., Bharti B. Microplastics through the lens of colloid science. ACS Environ. Au. 2021; 2(1): 3–10. https://doi.org/10.1021/acsenvironau.1c00016Donoso J.M., Rios-Touma B. Microplastics in tropical Andean rivers: A perspective from a highly populated Ecuadorian basin without wastewater treatment. Heliyon. 2020; 6(7): e04302. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e04302Donoso J.M., Rios-Touma B. Microplastics in tropical Andean rivers: A perspective from a highly populated Ecuadorian basin without wastewater treatment. Heliyon. 2020; 6(7): e04302. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e04302Amran N.H., Zaid S.S.M., Mokhtar M.H., Manaf L.A., Othman S. Exposure to microplastics during early developmental stage: Review of current evidence. Toxics. 2022; 10(10): 597. https://doi.org/10.3390/toxics10100597Amran N.H., Zaid S.S.M., Mokhtar M.H., Manaf L.A., Othman S. Exposure to microplastics during early developmental stage: Review of current evidence. Toxics. 2022; 10(10): 597. https://doi.org/10.3390/toxics10100597Zhang Y., Wang D., Yin K., Zhao H., Lu H., Meng X., et al. Endoplasmic reticulum stress-controlled autophagic pathway promotes polystyrene microplastics-induced myocardial dysplasia in birds. Environ. Pollut. 2022; 311: 119963. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119963Zhang Y., Wang D., Yin K., Zhao H., Lu H., Meng X., et al. Endoplasmic reticulum stress-controlled autophagic pathway promotes polystyrene microplastics-induced myocardial dysplasia in birds. Environ. Pollut. 2022; 311: 119963. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119963Prüst M., Meijer J., Westerink R.H.S. The plastic brain: neurotoxicity of micro- and nanoplastics. Part. Fibre Toxicol. 2020; 17(1): 24. https://doi.org/10.1186/s12989-020-00358-yPrüst M., Meijer J., Westerink R.H.S. The plastic brain: neurotoxicity of micro- and nanoplastics. Part. Fibre Toxicol. 2020; 17(1): 24. https://doi.org/10.1186/s12989-020-00358-yCaputi S., Diomede F., Lanuti P., Marconi G.D., Di Carlo P., Sinjari B., et al. Microplastics affect the inflammation pathway in human gingival fibroblasts: A study in the Adriatic Sea. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2022; 19(13): 7782. https://doi.org/10.3390/ijerph19137782Caputi S., Diomede F., Lanuti P., Marconi G.D., Di Carlo P., Sinjari B., et al. Microplastics affect the inflammation pathway in human gingival fibroblasts: A study in the Adriatic Sea. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2022; 19(13): 7782. https://doi.org/10.3390/ijerph19137782Danopoulos E., Twiddy M., West R., Rotchell J.M. A rapid review and meta-regression analyses of the toxicological impacts of microplastic exposure in human cells. J. Hazard. Mater. 2022; 427: 127861. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127861Danopoulos E., Twiddy M., West R., Rotchell J.M. A rapid review and meta-regression analyses of the toxicological impacts of microplastic exposure in human cells. J. Hazard. Mater. 2022; 427: 127861. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127861Doshi N., Mitragotri S. Needle-shaped polymeric particles induce transient disruption of cell membranes. J. R. Soc. Interface. 2010; 7(Suppl. 4): S403–10. https://doi.org/10.1098/rsif.2010.0134.focusDoshi N., Mitragotri S. Needle-shaped polymeric particles induce transient disruption of cell membranes. J. R. Soc. Interface. 2010; 7(Suppl. 4): S403–10. https://doi.org/10.1098/rsif.2010.0134.focusSchymanski D., Oßmann B.E., Benismail N., Boukerma K., Dallmann G., von der Esch E., et al. Analysis of microplastics in drinking water and other clean water samples with micro-Raman and micro-infrared spectroscopy: minimum requirements and best practice guidelines. Anal. Bioanal. Chem. 2021; 413(24): 5969–94. https://doi.org/10.1007/s00216-021-03498-ySchymanski D., Oßmann B.E., Benismail N., Boukerma K., Dallmann G., von der Esch E., et al. Analysis of microplastics in drinking water and other clean water samples with micro-Raman and micro-infrared spectroscopy: minimum requirements and best practice guidelines. Anal. Bioanal. Chem. 2021; 413(24): 5969–94. https://doi.org/10.1007/s00216-021-03498-yTamminga M., Hengstmann E., Fischer E.K. Nile red staining as a subsidiary method for microplastic quantification: A comparison of three solvents and factors influencing application reliability. J. Earth Sci. Environ. Stud. 2017; 2(2). https://doi.org/10.15436/jeses.2.2.1Tamminga M., Hengstmann E., Fischer E.K. Nile red staining as a subsidiary method for microplastic quantification: A comparison of three solvents and factors influencing application reliability. J. Earth Sci. Environ. Stud. 2017; 2(2). https://doi.org/10.15436/jeses.2.2.1Иванова Е.В., Гузева А.В., Лапенков А.Е., Поздняков Ш.Р., Капустина Л.Л., Митрукова Г.Г. и др. Особенности применения красителя нильский красный для идентификации частиц пластика в природных объектах. Российский журнал прикладной экологии. 2020; (4): 36–42. https://doi.org/10.24411/2411-7374-2020-10032 https://elibrary.ru/csuqudIvanova E.V., Guzeva A.V., Lapenkov A.E., Pozdnyakov Sh.R., Kapustina L.L., Mitrukova G.G., et al. The aspects of using Nile red for the detection of plastic particles in environment. Rossiyskiy zhurnal prikladnoy ekologii. 2020; (4): 36–42. https://doi.org/10.24411/2411-7374-2020-10032 https://elibrary.ru/csuqud (in Russian)Fiore M., Fraterrigo Garofalo S., Migliavacca A., Mansutti A., Fino D., Tommasi T. Tackling marine microplastics pollution: an overview of existing solutions. Water Air Soil Pollut. 2022; 233(7): 276. https://doi.org/10.1007/s11270-022-05715-5Fiore M., Fraterrigo Garofalo S., Migliavacca A., Mansutti A., Fino D., Tommasi T. Tackling marine microplastics pollution: an overview of existing solutions. Water Air Soil Pollut. 2022; 233(7): 276. https://doi.org/10.1007/s11270-022-05715-5Bäuerlein P.S., Hofman-Caris R.C.H.M., Pieke E.N., Ter Laak T.L. Fate of microplastics in the drinking water production. Water Res. 2022; 221: 118790. https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118790Bäuerlein P.S., Hofman-Caris R.C.H.M., Pieke E.N., Ter Laak T.L. Fate of microplastics in the drinking water production. Water Res. 2022; 221: 118790. https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118790Li Y., Sun Y., Li J., Tang R., Miu Y., Ma X. Research on the influence of microplastics on marine life. IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 2021; 631: 012006. https://doi.org/10.1088/1755-1315/631/1/012006Li Y., Sun Y., Li J., Tang R., Miu Y., Ma X. Research on the influence of microplastics on marine life. IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 2021; 631: 012006. https://doi.org/10.1088/1755-1315/631/1/012006Amaral-Zettler L.A., Zettler E.R., Mincer T.J., Klaassen M.A., Gallager S.M. Biofouling impacts on polyethylene density and sinking in coastal waters: A macro/micro tipping point? Water Res. 2021; 201: 117289. https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.117289Amaral-Zettler L.A., Zettler E.R., Mincer T.J., Klaassen M.A., Gallager S.M. Biofouling impacts on polyethylene density and sinking in coastal waters: A macro/micro tipping point? Water Res. 2021; 201: 117289. https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.117289Vagnetti R., Miana P., Fabris M., Pavoni B. Self-purification ability of a resurgence stream. Chemosphere. 2003; 52(10): 1781–95. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(03)00445-4Vagnetti R., Miana P., Fabris M., Pavoni B. Self-purification ability of a resurgence stream. Chemosphere. 2003; 52(10): 1781–95. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(03)00445-4D’Avignon G., Gregory-Eaves I., Ricciardi A. Microplastics in lakes and rivers: an issue of emerging significance to limnology. Environ. Rev. 2022; 30(2): 228–44. https://doi.org/10.1139/er-2021-0048D’Avignon G., Gregory-Eaves I., Ricciardi A. Microplastics in lakes and rivers: an issue of emerging significance to limnology. Environ. Rev. 2022; 30(2): 228–44. https://doi.org/10.1139/er-2021-0048Tang N., Yu Y., Cai L., Tan X., Zhang L., Huang Y., et al. Distribution characteristics and source analysis of microplastics in urban freshwater lakes: A case study in Songshan Lake of Dongguan, China. Water. 2022; 14(7): 1111. https://doi.org/10.3390/w14071111Tang N., Yu Y., Cai L., Tan X., Zhang L., Huang Y., et al. Distribution characteristics and source analysis of microplastics in urban freshwater lakes: A case study in Songshan Lake of Dongguan, China. Water. 2022; 14(7): 1111. https://doi.org/10.3390/w14071111Singh S., Trushna T., Kalyanasundaram M., Tamhankar A.J., Diwan V. Microplastics in drinking water: a macro issue. Water Supply. 2022; 22(5): 5650–74. https://doi.org/10.2166/ws.2022.189Singh S., Trushna T., Kalyanasundaram M., Tamhankar A.J., Diwan V. Microplastics in drinking water: a macro issue. Water Supply. 2022; 22(5): 5650–74. https://doi.org/10.2166/ws.2022.189Floros I.N., Kouvelos E.P., Pilatos G.I., Hadjigeorgiou E.P., Gotzias A.D., Favvas E.P., et al. Enhancement of flux performance in PTFE membranes for direct contact membrane distillation. Polymers (Basel). 2020; 12(2): 345. https://doi.org/10.3390/polym12020345Floros I.N., Kouvelos E.P., Pilatos G.I., Hadjigeorgiou E.P., Gotzias A.D., Favvas E.P., et al. Enhancement of flux performance in PTFE membranes for direct contact membrane distillation. Polymers (Basel). 2020; 12(2): 345. https://doi.org/10.3390/polym12020345

The authors declare that there are no conflicts of interest present.