Полуколичественная оценка распределения микрочастиц пластика в организме при остром воздействии

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

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

1. Farag 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.2023.153545

2. Zhang 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.2023.132503

3. Ma 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.2023.167403

4. Deng 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/srep46687

5. Lee 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/polym14030402

6. Leslie 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.2022.107199

7. Zhu 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.2022.159060

8. Huang 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.1c03859

9. Hillery 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/10.3109/10611869409015904

10. Braakhuis 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/10.1186/1743-8977-11-18

11. Powell 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.2009.11.006

12. Carr 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.2011.11.001

13. Romano 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_4

14. Киясов 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/nhkqga

15. 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/mzmdwj

16. Левин Ф.Б. Тест-система для определения белка в моче. Патент РФ № 94012324 A1; 1996.

17. 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/ujjcus