medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2025-104-5-643-647drfremmedlit-4933Research ArticleПРОФИЛАКТИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ И ГИГИЕНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕPREVENTIVE TOXICOLOGY AND HYGIENIC STANDARTIZATIONПолуколичественная оценка распределения микрочастиц пластика в организме при остром воздействииSemiquantitative assessment of the distribution of microplastic particles in the body during acute exposurehttps://orcid.org/0000-0001-7309-4990АхмадеевАйдар РинатовичAhmadeevAidar R.

Мл. науч. сотр. лаб. токсикологии отд. токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека», 450106, Уфа, Россия

e-mail: dgaar87@gmail.com

Junior Researcher, Laboratory of Toxicology, Department of Toxicology and Genetics with an experimental laboratory animal clinic, Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology, Ufa, 450106, Russian Federation

e-mail: dgaar87@gmail.com

dgaar87@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-2677-0479РябоваЮлия ВладимировнаRyabovaYuliya V.

Канд. мед. наук, зав. лаб. токсикологии отд. токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека», 450106, Уфа, Россия

e-mail: ryabovayuvl@yandex.ru

PhD (Medicine), Head of the Laboratory of Toxicology, Department of Toxicology and Genetics with an experimental laboratory animal clinic, Ufa research institute of occupational health and human ecology, Ufa, 450106, Russian Federation

e-mail: ryabovayuvl@yandex.ru 

ryabovayuvl@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0039-6757КаримовДенис ОлеговичKarimovDenis O.

Канд. мед. наук, зав. отд. токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека», 450106, Уфа, Россия

e-mail: karimovdo@gmail.com

PhD (Medicine), Head of the Department of Toxicology and Genetics with an experimental laboratory animal clinic, Ufa research institute of occupational health and human ecology, Ufa, 450106, Russian Federation

e-mail: karimovdo@gmail.com

karimovdo@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5596-8180ХуснутдиноваНадежда ЮрьевнаKhusnutdinovaNadezhda Yu.

Науч. сотр. лаб. токсикологии отд. токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека», 450106, Уфа, Россия

e-mail: h-n-yu@yandex.ru

Researcher, Laboratory of Toxicology, Department of Toxicology and Genetics with an experimental laboratory animal clinic, Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology, Ufa, 450106, Russian Federation

e-mail: h-n-yu@yandex.ru

h-n-yu@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2092-1021КудояровЭльдар РенатовичKudoyarovEldar R.

Мл. науч. сотр. лаб. генетики отд. токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека», 450106, Уфа, Россия

e-mail: e.kudoyarov@yandex.ru

Junior Researcher, Laboratory of Genetics, Department of Toxicology and Genetics with an experimental laboratory animal clinic, Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology, Ufa, 450106, Russian Federation

e-mail: e.kudoyarov@yandex.ru

e.kudoyarov@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6605-9994ВаловаЯна ВалерьевнаValovaYana V.

Канд. биол. наук, зав. лаб. генетики отд. токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека», 450106, Уфа, Россия

e-mail: Q.juk@yandex.ru

PhD (Biology), Head of the Laboratory of Genetics, Department of Toxicology and Genetics with an experimental laboratory animal clinic, Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology, Ufa, 450106, Russian Federation

e-mail: Q.juk@yandex.ru

Q.juk@yandex.ruФБУН «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека»РоссияUfa research institute of occupational health and human ecologyRussian FederationФБУН «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека»; ФГБНУ «Национальный научно-исследовательский институт общественного здоровья имени Н.А. Семашко»РоссияUfa research institute of occupational health and human ecology; National Research Institute of Public Health N.A. SemashkoRussian Federation2025270620251045643647Copyright © Ахмадеев А.Р., Рябова Ю.В., Каримов Д.О., Хуснутдинова Н.Ю., Кудояров Э.Р., Валова Я.В., 20252025Ахмадеев А.Р., Рябова Ю.В., Каримов Д.О., Хуснутдинова Н.Ю., Кудояров Э.Р., Валова Я.В.Ahmadeev A.R., Ryabova Y.V., Karimov D.O., Khusnutdinova N.Y., Kudoyarov E.R., Valova Y.V.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/4933Введение

Введение. Микропластик представляет серьёзную угрозу здоровью из-за токсичности и способности к биоаккумуляции. Исследования подтверждают его негативное влияние на организм, однако механизмы накопления и распределения частиц изучены недостаточно. Данное исследование направлено на разработку и экспериментальную проверку полуколичественного метода оценки этих процессов.

Цель исследования – разработка и апробация в условиях острого эксперимента полуколичественного метода оценки распределения и накопления микрочастиц пластика в организме.

Материалы и методы

Материалы и методы. Для исследования использовали 12 самок крыс линии Wistar, разделённых на четыре группы. Животным внутрисердечно вводили суспензию микрочастиц полистирола 50 мкл (диаметром 100; 500 и 1000 нм) или 50 мкл физиологического раствора. Накопление микропластика в тканях трёх органов оценивали полуколичественным методом с использованием флуоресцентной микроскопии и ранговой шкалы. Данные анализировали методом Bootstrap с поправкой Холма – Бонферрони, значимость различий определялась при p < 0,05.

Результаты

Результаты. Микрочастицы пластика размером 100; 500 и 1000 нм при внутрисердечном введении обнаруживаются в печени, почках и лёгких, локализуясь в печёночных триадах, корковом слое почек и областях ацинусов, альвеолярных ходах лёгких, с наибольшим количеством при введении частиц размером 1000 нм. Полуколичественная оценка выявила, что наибольшее накопление микрочастиц пластика в печени и лёгких наблюдается при введении частиц размером 1000 нм, в почках – при введении частиц 100 нм.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Исследование было ограничено изучением распределения микрочастиц пластика трёх размеров в токсикологическом эксперименте на одном виде животных (лабораторная крыса, по три животных в каждой группе).

Заключение

Заключение. Показано, что интенсивность и количество флуоресцирующих тканевых элементов зависит от размера частиц и могут быть связаны с образованием конгломератов из микрочастиц полистирола. Метод полуколичественной оценки позволил установить некоторые закономерности распределения изученных микрочастиц, но требуются дополнительные исследования с разработкой количественного подхода для повышения точности результата.

Соблюдение этических стандартов. Все эксперименты в рамках исследования соответствовали этическим нормам обращения с животными, принятым Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемым для исследовательских и иных научных целей, Директивой Европейского парламента и Совета Европейского союза 2010/63/ЕС от 22.09.2010 г. о защите животных, использующихся для научных целей. Протокол исследования одобрен локальным этическим комитетом учреждения, № 01–10 от 09.10.2024 г.

Участие авторов

Участие авторов: Ахмадеев А.Р. – проведение эксперимента, сбор и обработка данных, написание текста, иллюстрации; Рябова Ю.В. – концепция и дизайн исследования, написание текста; Каримов Д.О. – концепция и дизайн исследования, научное редактирование текста; Хуснутдинова Н.Ю. – проведение эксперимента; Кудояров Э.Р. – сбор и обработка данных, написание текста; Валова Я.В. – концепция и дизайн исследования, сбор и обработка данных. 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 было выполнено в рамках отраслевой научно-исследовательской программы Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека на 2021–2025 гг.

Поступила

Поступила: 23.12.2024 / Поступила после доработки: 15.01.2025 / Принята к печати: 26.03.2025 / Опубликована: 27.06.2025

Introduction

Introduction. Microplastics pose a significant health threat due to their toxicity and capacity for bioaccumulation. Although studies have confirmed their detrimental effects on biological systems, the mechanisms governing particle accumulation and particle distributions have not been sufficiently studied.

The aim of our study was to develop and experimentally validate a semi-quantitative method to assess these processes on the base of investigation of the distribution of plastic microparticles in the organism under acute in vivo experimental conditions using a semi-quantitative method.

Materials and methods

Materials and methods. Twelve female Wistar rats were divided into four groups. Animals received intracardiac injections of polystyrene microparticle suspensions (100, 500, and 1000 nm in diameter) or physiological saline solution. The accumulation of microparticles in six organs was evaluated using a semi-quantitative scoring method based on fluorescence microscopy and a rank-scale assessment. Data were analyzed using bootstrap methods with Holm–Bonferroni corrections, and differences were considered significant at p < 0.05.

Results

Results. Following intracardiac administration, polystyrene microparticles measuring 100, 500, and 1000 nm were detected in the liver, kidneys, and lungs. They localized primarily in hepatic triads, the renal cortex, and the acinar regions and alveolar ducts of the lungs. The highest levels were observed upon administration of 1000-nm particles. Semi-quantitative analysis revealed liver and lung tissues to accumulate significantly more microparticles of the 1000-nm in size, while the kidneys showed greater accumulation of the 100-nm particles.

Limitations

Limitations. This study was limited to examining the distribution of three microparticle size groups in a single animal model (laboratory rats, only 3 animals in each group) under acute toxicological conditions.

Conclusion

Conclusion. The intensity and abundance of fluorescent tissue elements depend on particle size and may be associated with the formation of microparticle conglomerates. While the semi-quantitative method allowed identifying certain distribution patterns, further research involving quantitative approaches is required to enhance the accuracy and specificity of these findings.

Compliance with ethical standards. All experiments in this study were conducted in accordance with European Convention standards for the protection of vertebrate animals used for research and other scientific purposes. The study protocol was approved by the local ethics committee (Approval No. 01-10 from October 9, 2024).

Contribution

Contribution: Ahmadeev A.R. – conducting the experiment, data collection and processing, writing the text, preparing figures; Ryabova Yu.V. – research concept and design, writing the text; Karimov D.O. – research concept and design, scientific editing of the text; Khusnutdinova N.Yu. – conducting the experiment; Kudoyarov E.R. – data collection and processing, writing the text; Valova Ya.V. – research concept and design, data collection and processing. 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.

Funding

Funding. The study was carried out within the framework of the sectoral research program of the Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Wellbeing for 2021–2025.

Received

Received: December 23, 2024 / Revised: January 15, 2025 / Accepted: March 26, 2025 / Published: June 27, 2025

микрочастицы пластикамоделированиераспределениеin vivoострое воздействиеplastic microparticlesmodelingdistributionin vivoacute exposureReferencesFarag A.A., Youssef H.S., Sliem R.E., El Gazzar W.B., Nabil N., Mokhtar M.M., et al. Hematological consequences of polyethylene microplastics toxicity in male rats: Oxidative stress, genetic, and epigenetic links. Toxicology. 2023; 492: 153545. https://doi.org/10.1016/j.tox.2023.153545Farag A.A., Youssef H.S., Sliem R.E., El Gazzar W.B., Nabil N., Mokhtar M.M., et al. Hematological consequences of polyethylene microplastics toxicity in male rats: Oxidative stress, genetic, and epigenetic links. Toxicology. 2023; 492: 153545. https://doi.org/10.1016/j.tox.2023.153545Zhang Z., Chen W., Chan H., Peng J., Zhu P., Li J., et al. Polystyrene microplastics induce size-dependent multi-organ damage in mice: Insights into gut microbiota and fecal metabolites. J. Hazard. Mater. 2024; 461: 132503. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132503Zhang Z., Chen W., Chan H., Peng J., Zhu P., Li J., et al. Polystyrene microplastics induce size-dependent multi-organ damage in mice: Insights into gut microbiota and fecal metabolites. J. Hazard. Mater. 2024; 461: 132503. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132503Ma S., Xiao Y., Zhang X., Xu Y., Zhu K., Zhang K., et al. Dietary exposure to polystyrene microplastics exacerbates liver damage in fulminant hepatic failure via ROS production and neutrophil extracellular trap formation. Sci. Total Environ. 2024; 907: 167403. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.167403Ma S., Xiao Y., Zhang X., Xu Y., Zhu K., Zhang K., et al. Dietary exposure to polystyrene microplastics exacerbates liver damage in fulminant hepatic failure via ROS production and neutrophil extracellular trap formation. Sci. Total Environ. 2024; 907: 167403. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.167403Deng Y., Zhang Y., Lemos B., Ren H. Tissue accumulation of microplastics in mice and biomarker responses suggest widespread health risks of exposure. Sci. Rep. 2017; 7: 46687. https://doi.org/10.1038/srep46687Deng Y., Zhang Y., Lemos B., Ren H. Tissue accumulation of microplastics in mice and biomarker responses suggest widespread health risks of exposure. Sci. Rep. 2017; 7: 46687. https://doi.org/10.1038/srep46687Lee S., Kang K.K., Sung S.E., Choi J.H., Sung M., Seong K.Y., et al. Toxicity study and quantitative evaluation of polyethylene microplastics in ICR mice. Polymers. 2022; 14(3): 402. https://doi.org/10.3390/polym14030402Lee S., Kang K.K., Sung S.E., Choi J.H., Sung M., Seong K.Y., et al. Toxicity study and quantitative evaluation of polyethylene microplastics in ICR mice. Polymers. 2022; 14(3): 402. https://doi.org/10.3390/polym14030402Leslie H.A., van Velzen M.J.M., Brandsma S.H., Vethaak A.D., Garcia-Vallejo J.J., Lamoree M.H. Discovery and quantification of plastic particle pollution in human blood. Environ. Int. 2022; 163: 107199. https://doi.org/10.1016/j.envint.2022.107199Leslie H.A., van Velzen M.J.M., Brandsma S.H., Vethaak A.D., Garcia-Vallejo J.J., Lamoree M.H. Discovery and quantification of plastic particle pollution in human blood. Environ. Int. 2022; 163: 107199. https://doi.org/10.1016/j.envint.2022.107199Zhu L., Zhu J., Zuo R., Xu Q., Qian Y., An L. Identification of microplastics in human placenta using laser direct infrared spectroscopy. Sci. Total Environ. 2023; 856(Pt. 1): 159060. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.159060Zhu L., Zhu J., Zuo R., Xu Q., Qian Y., An L. Identification of microplastics in human placenta using laser direct infrared spectroscopy. Sci. Total Environ. 2023; 856(Pt. 1): 159060. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.159060Huang S., Huang X., Bi R., Guo Q., Yu X., Zeng Q., et al. Detection and analysis of microplastics in human sputum. Environ. Sci. Technol. 2022; 56(4): 2476–86. https://doi.org/10.1021/acs.est.1c03859Huang S., Huang X., Bi R., Guo Q., Yu X., Zeng Q., et al. Detection and analysis of microplastics in human sputum. Environ. Sci. Technol. 2022; 56(4): 2476–86. https://doi.org/10.1021/acs.est.1c03859Hillery A.M., Jani P.U., Florence A.T. Comparative, quantitative study of lymphoid and non-lymphoid uptake of 60 nm polystyrene particles. J. Drug Target. 1994; 2(2): 151–6. https://doi.org/10.3109/10611869409015904Hillery A.M., Jani P.U., Florence A.T. Comparative, quantitative study of lymphoid and non-lymphoid uptake of 60 nm polystyrene particles. J. Drug Target. 1994; 2(2): 151–6. https://doi.org/10.3109/10611869409015904Braakhuis H.M., Park M.V., Gosens I., De Jong W.H., Cassee F.R. Physicochemical characteristics of nanomaterials that affect pulmonary inflammation. Part. Fibre. Toxicol. 2014; 11: 18. https://doi.org/10.1186/1743-8977-11-18Braakhuis H.M., Park M.V., Gosens I., De Jong W.H., Cassee F.R. Physicochemical characteristics of nanomaterials that affect pulmonary inflammation. Part. Fibre. Toxicol. 2014; 11: 18. https://doi.org/10.1186/1743-8977-11-18Powell J.J., Faria N., Thomas-McKay E., Pele L.C. Origin and fate of dietary nanoparticles and microparticles in the gastrointestinal tract. J. Autoimmun. 2010; 34(3): J226–33. https://doi.org/10.1016/j.jaut.2009.11.006Powell J.J., Faria N., Thomas-McKay E., Pele L.C. Origin and fate of dietary nanoparticles and microparticles in the gastrointestinal tract. J. Autoimmun. 2010; 34(3): J226–33. https://doi.org/10.1016/j.jaut.2009.11.006Carr K.E., Smyth S.H., McCullough M.T., Morris J.F., Moyes S.M. Morphological aspects of interactions between microparticles and mammalian cells: intestinal uptake and onward movement. Prog. Histochem. Cytochem. 2012; 46(4): 185–252. https://doi.org/10.1016/j.proghi.2011.11.001Carr K.E., Smyth S.H., McCullough M.T., Morris J.F., Moyes S.M. Morphological aspects of interactions between microparticles and mammalian cells: intestinal uptake and onward movement. Prog. Histochem. Cytochem. 2012; 46(4): 185–252. https://doi.org/10.1016/j.proghi.2011.11.001Romano J.P., Wolf M. Multiple testing of one-sided hypotheses: combining bonferroni and the bootstrap. In: Kreinovich V., Sriboonchitta S., Chakpitak N., eds. Predictive Econometrics and Big Data. TES 2018. Studies in Computational Intelligence, vol 753. Cham: Springer; 2017. https://doi.org/10.1007/978-3-319-70942-0_4Romano J.P., Wolf M. Multiple testing of one-sided hypotheses: combining bonferroni and the bootstrap. In: Kreinovich V., Sriboonchitta S., Chakpitak N., eds. Predictive Econometrics and Big Data. TES 2018. Studies in Computational Intelligence, vol 753. Cham: Springer; 2017. https://doi.org/10.1007/978-3-319-70942-0_4Киясов А.П., Созинов А.С., Гумерова А.А., Фатхеева Л.С. Способ полуколичественной оценки изменений в биоптатах печени при хронических вирусных гепатитах. Патент РФ № 2227298 C2; 2002. https://elibrary.ru/nhkqgaKijasov A.P., Sozinov A.S., Gumerova A.A., Fatkheeva L.S. Method for producing semi-quantitative estimates of changes in chronic viral hepatitis-injured liver bioptates. Patent RF № 2227298; 2002. https://elibrary.ru/nhkqga (in Russian)Гущин Я.А. Применение методов морфометрии для оценки гистопатологии в доклинических исследованиях. Лабораторные животные для научных исследований. 2024; (1): 32–41. https://doi.org/10.57034/2618723X-2024-01-04 https://elibrary.ru/mzmdwjGuschin Ya.A. Application of morphometry methods to assess histopathology in preclinical studies. Laboratornye zhivotnye dlya nauchnykh issledovanii. 2024; (1): 32–41. https://doi.org/10.57034/2618723X-2024-01-04 https://elibrary.ru/mzmdwj (in Russian)Левин Ф.Б. Тест-система для определения белка в моче. Патент РФ № 94012324 A1; 1996.Levin F.B. Test system for determining protein in urine. Patent RF № 94012324 A1; 1996. (in Russian)Рубцов В.А., Керученко М.А., Шиманская А.Г., Парыгина М.Н., Мозговой С.И., Поморгайло Е.Г. и др. Способ полуколичественной оценки белка PDCD4 иммуногистохимическим методом. Патент РФ № 2706005 C1; 2018. https://elibrary.ru/ujjcusRubtsov V.A., Keruchenko M.A., Shimanskaya A.G., Parygina M.N., Mozgovoj S.I., Pomorgajlo E.G., et al. Method for semiquantitative evaluation of pdcd4 protein by immunohistochemical method. Patent RF № 2706005 C1; 2018. https://elibrary.ru/ujjcus (in Russian)

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