MICROPLÁSTICOS ENCONTRADOS EN LOS PULMONES

Algunos seguimos preguntándonos sobre el impacto de las mascarillas en nuestros hijos o en nosotros mismos. Este estudio que os copio más abajo extrajo muestras de tejido del pulmón a nivel profundo de 13 personas vivas y al analizar las muestras encontraron que 11 de ellas tenían microplásticos.

Tras analizar los microplásticos con espectrometría se descubrió que la mayoría de ellos eran de un tamaño de 3 micras (un virus es al menos 10 veces más pequeño, 0,3 micras los más grandes) y que eran derivados de polipropileno (material que se utiliza en las mascarillas quirúrgicas) o polietileno en su inmensa mayoría.

Por supuesto el artículo no atribuye a las mascarillas el hecho de que la mayoría de la gente esté inhalando microplásticos, en el mejor de los casos, o grafeno en el peor de los casos como ya sabemos que ocurría con muchas de las mascarillas que se han vendido.

Hay que decir basta ya a la tiranía de las mascarillas que lejos de proteger destruyen la salud y la voluntad de aquellos que las utilizan.

Reflejos

•Se identificaron microplásticos en todas las regiones de los pulmones humanos mediante análisis μFTIR.•Las fibras de polipropileno y tereftalato de polietileno fueron las más abundantes.•Los resultados apoyan la inhalación como vía de exposición a MP.

Resumen

Se han muestreado microplásticos (MP) en el aire en todo el mundo, y se sabe que su concentración aumenta en áreas de alta población y actividad humana, especialmente en interiores. También se han informado síntomas y enfermedades respiratorias después de la exposición a niveles ocupacionales de MP en entornos industriales. Queda por ver si los MP del medio ambiente pueden inhalarse, depositarse y acumularse dentro de los pulmones humanos. Este estudio analizó muestras de tejido pulmonar humano digerido (n = 13) usando espectroscopía μFTIR (límite de tamaño de 3 μm) para detectar y caracterizar cualquier MP presente. En total, se identificaron 39 MP dentro de 11 de las 13 muestras de tejido pulmonar con un promedio de 1,42 ± 1,50 MP/g de tejido (expresado como 0,69 ± 0,84 MP/g después de la sustracción de fondoajustes). Los niveles de MP dentro de las muestras de tejido fueron significativamente más altos que los identificados dentro de los espacios en blanco combinados de procedimiento/laboratorio (n = 9 MP, con una media ± DE de 0,53 ± 1,07, p = 0,001). De los MP detectados, se identificaron 12 tipos de polímeros siendo polipropileno , PP (23%), tereftalato de polietileno , PET (18%) y resina (15%) los más abundantes. Se identificaron MP (sin ajustar) dentro de todas las regiones del pulmón clasificadas como superiores (0,80 ± 0,96 MP/g), medias/lingulares (0,41 ± 0,37 MP/g) y niveles significativamente más altos detectados en las inferiores (3,12 ± 1,30 MP). /g) en comparación con la región superior ( p = 0.026) y media ( p= 0.038) regiones pulmonares. Después de restar los espacios en blanco, estos niveles se convirtieron en 0,23 ± 0,28, 0,33 ± 0,37 y 1,65 ± 0,88 MP/g respectivamente. El estudio demuestra el nivel más alto de control de la contaminación e informa valores no ajustados junto con diferentes técnicas de ajuste de la contaminación. Estos resultados respaldan la inhalación como una ruta de exposición para MP ambientales, y esta caracterización de tipos y niveles ahora puede informar condiciones realistas para experimentos de exposición de laboratorio, con el objetivo de determinar los impactos en la salud.

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abreviaturas

LOD

límite de detección

LOQ

límite de cuantificación

µFTIR

Micro transformada de Fourier infrarrojo

MCT

telururo de mercurio y cadmio

parlamentario

microplásticos entre 1μm y 5mm

notario público

nanoplásticos

SARTÉN

poliacrilonitrilo

EDUCACIÓN FÍSICA

polietileno

PSE

poliéster

MASCOTA

tereftalato de polietileno

PMMA

polimetacrilato de metilo

PÁGINAS

polipropileno

PD

poliestireno

PTFE

politetrafluoroetileno

PUR

poliuretano

PVA

alcohol de polivinilo

ROS

especies de oxígeno reactivas

SEBS

copolímero de estireno-etileno-butileno

TPE

Elastomero termoplástico

Palabras clave

Microplástico

Pulmón

Inhalación

Humano

Atmosférico

Aerotransportado

Aire

µFTIR

1 . Introducción

Los microplásticos (MP), definidos aquí como partículas plásticas entre 1 μm y 5 mm ( Hartmann et al., 2019 ), están presentes en todos los compartimentos ambientales; desde cuerpos marinos y de agua dulce ( GESAMP, 2015 ), hasta el suelo ( Wang et al., 2019 ), alimentos, agua potable ( Danopoulos et al., 2020a ; Danopoulos et al., 2020b ) y aire ( Allen et al., 2019 ; Dris et al., 2017 ; Cai et al., 2017 ; Jenner et al., 2021 ). Para este último, se han aislado partículas MP suspendidas de muchos lugares atmosféricos, incluidos los centros urbanos urbanizados ( Cai et al., 2017 ; Wright et al., 2019a;Liu et al., 2019a ), hogares interiores ( Dris et al., 2017 ; Jenner et al., 2021 ; Vianello et al., 2019 ; Zhang et al., 2020 ) y regiones exteriores remotas ( Allen et al., 2019 ). Trabajos anteriores destacan que los ciudadanos están expuestos a concentraciones más altas de MP dentro de sus hogares ( Jenner et al., 2021 ) o en áreas exteriores de alta actividad humana ( Jenner et al., 2022 ), y esto da como resultado una exposición humana omnipresente e inevitable ( Prata et al., 2020 ). En consecuencia, existe una preocupación creciente con respecto a los peligros asociados con la ingestión, el contacto dérmico y la inhalación de MP ( Prata et al., 2020 ).

Anteriormente se han observado fibras sintéticas en muestras de tejido pulmonar humano ( Pauly et al., 1998 ), pero estudios limitados confirman la presencia de MP dentro de los pulmones junto con herramientas de análisis químico, como la espectroscopia μRaman y μFTIR ( Amato-Lourenço et al., 2021 ). Confiar únicamente en los criterios de observación para distinguir entre MP y no MP puede dar lugar a recuentos de MP sobreestimados o subestimados, y a una falta de información relacionada con el tipo de polímero o aditivo ( Eriksen et al., 2013 ; Hidalgo-Ruz et al. , 2012 ). Se ha destacado la plausibilidad de la inhalación de MP ( Prata, 2018 ; Wright and Kelly, 2017) y se han informado MP con un ancho tan pequeño como 5 μm en muestras de aire ( Wright et al., 2019a ; Li et al., 2020 ). Al liberarse en el medio ambiente, los plásticos se exponen a la oxidación, el estrés mecánico y la acción biológica, lo que resulta en fragilización y fragmentación, formando MP y, finalmente, nanoplásticos (NP) (<1 μm), así como su liberación al medio ambiente en su forma primaria ( Hidalgo -Ruz et al., 2012 ).

Los estudios históricos reportan síntomas y enfermedades respiratorias a nivel ocupacional de exposición en trabajadores de textiles sintéticos, rebaños y cloruro de vinilo ( Prata, 2018 ), y como tal, respaldan la inhalación como una ruta de exposición para MP. Sin embargo, no está claro si los MP pueden ingresar y permanecer en los pulmones de la población general debido a la exposición ambiental, en lugar de los niveles crónicos observados en entornos industriales. Los MP están diseñados para ser materiales robustos, es poco probable que se descompongan dentro de los pulmones ( Law et al., 1990 ), lo que podría provocar una acumulación con el tiempo según el diámetro aerodinámico y las defensas respiratorias ( Prata, 2018 ).

La creciente preocupación que rodea a los MP en el aire se deriva de los tipos de polímeros desconocidos, los niveles de exposición y las consecuencias de su inhalación. Las características de MP como el tamaño, la forma, los contaminantes y patógenos vectorizados absorbidos, así como la lixiviación de monómerosplásticos o aditivos, se han destacado como posibles promotores de la citotoxicidad ( Wright y Kelly, 2017 ). Los MP se identifican consistentemente dentro de las muestras de aire, su concentración es más alta en interiores ( Dris et al., 2017 ; Vianello et al., 2019 ; Zhang et al., 2020 ) y dentro de áreas densamente pobladas ( Cai et al., 2017 ). se suspenden fácilmente en momentos de alta actividad humana ( Zhang et al., 2020) y suelen ser pequeños y fibrosos ( Liu et al., 2019a ). Juntas, estas preocupaciones resaltan la necesidad de un análisis de tejido preciso para comprender el potencial de estos polímeros sintéticos para penetrar en el sistema respiratorio humano y causar daño.

Este estudio tiene como objetivo identificar cualquier partícula de MP presente en las muestras de tejido pulmonar humano digerido, al mismo tiempo que se tiene en cuenta la contaminación del blanco de laboratorio y de procedimiento. Todas las partículas aisladas del tejido pulmonar se han caracterizado químicamente mediante espectroscopia μFTIR (con un límite de detección de tamaño inferior de 3 μm).

2 . material y métodos

2.1 . Adquisición de tejido humano

El exceso de tejido pulmonar humano se recolectó de procedimientos quirúrgicos torácicos en Castle Hill Hospital, Hull University Teaching Hospitals NHS Trust, luego de la aprobación del Comité de Ética de Investigación del NHS y la Autoridad de Investigación de Salud (REC referencia 12/SC/0474). Se recogieron muestras de tejido pulmonar humano periférico de especímenes del lóbulo superior, medio (língula izquierda) o inferior después de la resección quirúrgica por cáncer o cirugía de reducción del volumen pulmonar. El equipo quirúrgico proporcionó descripciones del origen del tejido. Se tuvo cuidado de evitar los márgenes del tumor. Los detalles del tabaquismo, la ocupación y el área de residencia de los donantes no estaban disponibles para los investigadores según los términos de la aprobación ética obtenida. Las muestras de tejido se colocaron en recipientes de vidrio vacíos con tapas de aluminio y se congelaron inmediatamente (-80 °C) hasta que se realizó el análisis a granel (dos lotes). Se obtuvo tejido pulmonar de 11 pacientes (numerados del 1,1 al 11,1), y los pacientes 1 y 2 proporcionaron dos muestras (numeradas 1,2 y 2,2) de diferentes posiciones pulmonares (n = 13, masa total de tejido = 55,41 g), lo que resultó en una masa media de 4,26 ± 3,87 g (rango 0,79-13,33 g). La edad media de los pacientes fue de 63 ± 13 años (rango 32-77), 5 mujeres y 6 hombres (Tabla 1 ).

Tabla 1 . Información del paciente y de la muestra de tejido junto con el número de MP identificados dentro de las muestras mediante espectroscopia μFTIR . Se incluyen los tipos de polímeros y las características de las partículas, y tres ajustes de contaminación diferentes para mostrar los resultados en unidades de MP/g de tejido. abreviaturas; PAN = poliacrilonitrilo, PE = polietileno , PES = poliéster, PET = tereftalato de polietileno , PMMA = polimetilmetacrilato, PP =polipropileno , PS = poliestireno , PTFE =politetrafluoroetileno , PUR = poliuretano, Resina = alquídico/epoxi/hidrocarburo, SEBS = estireno-etileno -copolímero de butileno, TPE = elastómero termoplástico. R = pulmón derecho, L = pulmón izquierdo, Low = región inferior del pulmón, mid = región media/lingular del pulmón, up = región superior del pulmón.

2.2 . Digestión y filtración del tejido pulmonar

Las muestras descongeladas se expusieron a un baño de peróxido de hidrógeno (100 ml de H ₂ O ₂al 30 % ) y se enjuagaron junto con «blancos de procedimiento» (n = 4) (Figura complementaria S1). Cada muestra de tejido se transfirió a un matraz cónico de vidrio limpio con una cubierta de aluminio y se añadieron 100 ml de H ₂ O ₂ al 30 % . La masa total de cada muestra de tejido individual digerida se detalla en la Tabla 1 . Los matraces se colocaron en una incubadora con agitación a 55 °C durante aproximadamente 11 días, 65 rpm, o hasta que no hubo tejido visible. Después de 5 días dentro de la incubadora, se agregaron 100 mL adicionales de H ₂ O ₂ al 30 % . El resumen, adaptado de estudios previos que investigan MP dentro de diferentes muestras ambientales y de tejido (Munno et al., 2018 ), asegura la eliminación de partículas orgánicas mientras mantiene la integridad de MP ( Allen et al., 2019 ; Munno et al., 2018 ). Luego, las muestras se filtraron en filtros de óxido de aluminio (Anodisc de 0,02 μm, Watford, Reino Unido) utilizando un sistema de filtración al vacío de vidrio. Estos se almacenaron en placas de Petri de vidrio limpias, en la oscuridad, antes del análisis de composición química junto con los espacios en blanco de laboratorio (n = 13) (Fig. S1 complementaria).

2.3 . Caracterización química de partículas mediante análisis μFTIR

Cada filtro de anodisco de muestra de tejido se colocó directamente en la plataforma de espectroscopia μFTIR , y la longitud (lado más grande) y el ancho (segundo lado más grande) se registraron utilizando la herramienta de selección de tamaño de altura, ancho y ángulo de apertura, disponible dentro de la microscopía ThermoScientific Omnic Picta Nicolet iN10 software. Luego, las partículas se asignaron a una categoría de forma (fibra, película, fragmento, espuma o esfera ( Free et al., 2014 )), por lo que las partículas fibrosas se caracterizaron por tener una relación de longitud a anchura > 3 ( Vianello et al., 2019). ).

El análisis de espectroscopia μFTIR se realizó en modo de transmisión refrigerado por nitrógeno líquido (Nicolet iN10, ThermoFisher, Waltham MA, EE. UU.), sin la ayuda de otros accesorios o cristales. El detector de telururo de cadmio y mercurio(MCT) enfriado permitió el análisis de partículas con precisión de hasta 3 μm de tamaño. El microscopio Nicolet iN10 utilizado está equipado con un objetivo y un condensador de alta eficiencia de 15 × 0,7 NA. Posee una videocámara digital CCD a color con iluminación independiente de reflexión y transmisión montada, para la captura de imágenes de partículas. Este modelo tiene un aumento estandarizado de 123× con la configuración de apertura utilizada. Sin criterios observacionales ( Hidalgo-Ruz et al., 2012) se aplicó para seleccionar partículas específicas para el análisis μFTIR, para evitar sesgos. Utilizando la herramienta de selección del tamaño de apertura, todas las partículas sobre el filtro de muestra >3 μm se incluyeron en el proceso de análisis. Para este estudio, se analizó todo el filtro, que contenía la muestra total de tejido digerido.

Primero se registró un espectro de referencia de fondo, utilizando parámetros idénticos a los de las partículas sometidas a análisis. Se eligió un área en blanco del filtro Anodisc como sitio para la recolección de fondo antes del análisis inmediato de las partículas de la muestra. Los parámetros de μFTIR fueron; rango espectral de 4000–1250 cm ⁻¹ , alta resolución espectral 8 cm ⁻¹, número de exploración de 64. No se intentó suavizar, corregir la línea de base ni transformar los datos. Los espectros de muestra resultantes se compararon con una combinación de bibliotecas de polímeros (Omnic Picta, Omnic Polymer Libraries), disponibles con el software Omnic Picta, y se usaron rangos espectrales completos con un umbral de coincidencia de ≥70 %. Si las partículas estaban por debajo del umbral del índice de coincidencia ≥70 %, se realizaron tres intentos para recopilar una coincidencia exitosa antes de pasar a la siguiente partícula que se estaba analizando. Las partículas por debajo del 70 % coinciden y las partículas no clasificadas como plástico se registraron pero no se incluyeron en los resultados presentados ( Cowger et al., 2020 ).

Durante el análisis μFTIR, se abrió un filtro de anodisco ‘en blanco de laboratorio’ junto con cada filtro de muestra (Fig. S1 complementaria). Se analizaron un total de 13 muestras de tejido pulmonar, más 4 «blancos de procedimiento» y 13 «blancos de laboratorio». El número total de partículas (MP y otras) identificadas fue de 296, de las cuales 225 (76 %) superaban el umbral del índice de calidad del 70 %. Solo los datos de MP se muestran en los resultados. Las partículas MP de PET y PES identificadas se informaron por separado dentro de este estudio, utilizando una coincidencia alta (>70 %) en una búsqueda en la base de datos de polímeros para confirmar sus identidades.

2.4 . Medidas de garantía y control de calidad para reducir y cuantificar la contaminación de MP de fondo

Se siguieron estrictas medidas de control para cuantificar y caracterizar la naturaleza de cualquier contaminación de fondo inevitable. Debido a la naturaleza omnipresente de los MP en el aire, la contaminación de la superficie de las muestras de tejido pulmonar podría ser posible durante el procedimiento quirúrgico, en el que se extrajo tejido pulmonar de sujetos humanos vivos. Si bien no fue posible controlar por completo el entorno quirúrgico, cada muestra de tejido se dejó caer en un baño de 100 ml de H ₂ O ₂ al 30 % , se volvió a sellar con papel de aluminio y se agitó durante 2 min. Paralelamente, se iniciaron ‘espacios en blanco procesales’ (n = 4). Se extrajo la muestra de tejido y se enjuagó bien la superficie exterior con 100 ml de H ₂ O _{2 al 30 %.}para eliminar cualquier contaminación de la superficie, empleando un método similar a la extracción de microplásticos de la biota completa ( Brander et al., 2020 ). Se consideró el análisis únicamente de la porción interior del tejido ( Pauly et al., 1998 ), pero no se aplicó con el objetivo de mantener una mayor masa de tejido. Las muestras de tejido se digirieron en dos lotes, con dos espacios en blanco de procedimiento, que imitaban todos los pasos de procesamiento del tejido pero carecían de la muestra de tejido pulmonar, junto con cada lote (Fig. S1 complementaria). Los reactivos se filtraron y prepararon a granel para cada lote. Al realizar análisis μFTIR, se abrió un filtro de «blanco de laboratorio» (n = 13), colocado en una placa de Petri sellada con vidrio, durante el mismo tiempo que para la muestra de tejido.

Los MP que se encuentran dentro de los ‘blancos de procedimiento’ representan la contaminación de los reactivos de laboratorio, el equipo o la lluvia radiactiva del aire durante la transferencia de muestras. Para cada lote, se calculó la contaminación procesal promedio y se supuso que estaba presente dentro de cada una de las muestras de tejido. Los MP dentro de los «espacios en blanco de laboratorio» representan la contaminación de la lluvia radiactiva atmosférica dentro de la sala de laboratorio μFTIR durante la caracterización de partículas. Los resultados del blanco de procedimiento y del blanco de laboratorio se combinaron para tener en cuenta la contaminación en cada paso. Actualmente no se adoptan protocolos estandarizados dentro del campo de investigación de MP para dar cuenta de la contaminación de fondo, por lo que se aplicaron múltiples ajustes de contaminación en este estudio para comparar. Estos comprendían dos enfoques: resta, utilizado habitualmente en el campo de investigación MP, y una técnica de límite de detección (LOD) y límite de cuantificación (LOQ) ( Horton et al., 2021 ) (Métodos complementarios S1). La presentación de datos sin procesar, restas y resultados ajustados LOD/LOQ permite una comparación para cada técnica.

Todo el agua H ₂ O ₂ y MilliQ utilizada se filtró tres veces con un kit de filtración al vacío completamente de vidrio y filtros de fibra de vidrio de grado 6 de 47 mm (GE Healthcare Life Sciences, Marlborough MA, EE. UU.). Toda la cristaleríase sometió a una limpieza manual exhaustiva, antes de un ciclo de lavavajillas con agua destilada y luego un lavado manual de tres enjuagues con agua MilliQ filtrada tres veces. Todos los equipos y reactivos siempre se cubrieron con tapas de aluminio y se hizo una pequeña abertura al verter. Además, al filtrar las muestras digeridas, la cristalería y los lados del kit de filtración se enjuagaron tres veces con agua MilliQ filtrada tres veces para evitar la pérdida de partículas de la muestra. Todo el trabajo se llevó a cabo en una campana extractora de humos completamente limpia con la energía apagada y la protección hacia abajo para minimizar el flujo de aire sin filtrar ( Wesch et al., 2017 ) y la suspensión de partículas ( Wright et al., 2019b).). Cada muestra de tejido se procesó individualmente para evitar la contaminación cruzada. Se evitó el uso de equipos de plástico, se utilizaron placas de petri de vidrio, una bata de laboratorio de algodón y un nuevo juego de guantes de nitrilo para cada paso del procesamiento de muestras. La preparación de tejidos y el análisis de partículas se realizaron en momentos de baja actividad, sin ventilación de la habitación y la μFTIR se llevó a cabo en una habitación para una sola persona sin ventanas. Finalmente, el trabajo fue realizado por un solo investigador para la estandarización. Para garantizar que no hubiera partículas que contaminaran los filtros Anodisc del proceso de fabricación de los discos utilizados, se eligieron tres filtros aleatorios y se observaron bajo el μFTIR, en los que no había partículas presentes.

2.5 . análisis estadístico

Se realizaron pruebas de homogeneidad y significación en valores de MP no ajustados utilizando SPSS. Todos los datos se determinaron sin una distribución normal con una prueba de Shapiro-Wilk y se aplicó una prueba Kruskal-Wallis o Mann-Whitney U.

3 . Resultados

3.1 . Niveles de abundancia de MP detectados en muestras de tejido pulmonar humano

Se identificaron un total de 39 MP dentro de 11 de las 13 muestras de tejido pulmonar humano. Se identificó una media general no ajustada de 3,00 ± 2,55 MP por muestra (rango de 0 a 8 MP) en muestras de tejido pulmonar humano, niveles significativamente más altos ( p = 0,001) en comparación con 0,53 ± 1,07 MP por muestra detectada en los espacios en blanco combinados. Al considerar la masa de la muestra de tejido, sin tener en cuenta la contaminación de fondo, se detectó una media de 1,42 ± 1,50 MP/g ( Tabla 1 ). Después de restar la contaminación de fondo, este valor se convierte en 0,69 ± 0,84 MP/g ( Tabla 1). Se identificó una media no ajustada de 2,09 ± 1,54 MP/g de tejido en machos (n = 6) y 0,36 ± 0,50 MP/g de tejido en muestras de hembras (n = 5) (ajustado a 0,91 ± 0,95 MP/g y 0,33 ± 0,52 MP/g respectivamente después de restar la contaminación de fondo). Todas las muestras masculinas contenían al menos una partícula MP, mientras que dos de las cinco muestras femeninas no. Los datos no se distribuyeron normalmente (p = 0,013), y una prueba U de Mann-Whitney reveló que las muestras de tejido de pacientes masculinos tenían niveles significativamente más altos de MP/g en comparación con las mujeres ( p = 0,019). Se puede encontrar una descripción detallada de la caracterización de la contaminación MP de fondo (blancos de laboratorio y de procedimiento) en la información complementaria (Tabla S1).

3.2 . Caracterización de partículas MP a partir de muestras de tejido pulmonar humano

Se identificaron un total de 12 tipos de polímeros en las muestras de tejido, como se detalla en la Fig. 1 A. PP (9, 23%) y PET (7, 18%) fueron los más abundantes ( Fig. 1 A). Todos los MP identificados dentro de las muestras de tejido fueron fibra (19, 49 %), fragmento (17, 43 %) o película (3, 8 %) ( Figs. 1B, 2 ). Las partículas MP identificadas en las muestras de tejido tenían una longitud media de partícula de 223,10 ± 436,16 μm (rango de 12 a 2475 μm) y una anchura media de partícula de 22,21 ± 20,32 μm (rango de 4 a 88 μm) ( Fig. 3A ).

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Figura 1 . Tipos de polímeros (A) y formas (B) de los MP identificados en muestras de tejido pulmonar.

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figura 2 Imágenes de MP identificados a partir de muestras de tejido pulmonar humano. A, B, C y D = (A = PET) (B = PUR) (C = Resina) (D = PAN). E y F = MP identificados en espacios en blanco. (E = PS) (F = PP). Espectros correspondientes incluidos en la Fig. S2.

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Figura 3 . Dimensiones del tamaño del polímero y tipo de cada MP identificado dentro de (A) muestras de tejido pulmonar humano y (B) muestras de ‘blanco de procedimiento’ (triángulos) y ‘blanco de laboratorio’ (círculos). La línea roja representa el límite de tamaño inhalable asumido independientemente de la densidad.

3.3 . Caracterización de la contaminación MP de fondo (blancos de procedimiento y de laboratorio)

Considerando todas las muestras en blanco, la tasa de contaminación media de MP de fondo detectada fue de 0,53 ± 1,07 MP por blanco. Las partículas identificadas dentro de los ‘blancos de procedimiento’ tenían una tasa de contaminación media de MP de 2,00 ± 2,83 MP por muestra (rango 0–4), para el lote 1, en el que se identificaron cuatro MP en un filtro: PE, PE/PP, PS y un partícula de resina No se detectaron MP en el segundo filtro para el lote 1 (Tabla S1). No se identificaron partículas dentro de los «blancos de procedimiento» del lote 2 de muestras de tejido en ninguno de los dos filtros de blanco de procedimiento (Tabla S1). Las partículas detectadas a partir de ‘blancos de laboratorio’ (n = 13) tenían una tasa de contaminación de MP general media de 0,38 ± 0,65 MP por muestra (rango 0-2). Esto comprendía una partícula de PET, PP, PS, PTFE y PVA de los 13 filtros de control de laboratorio (Tabla S1). La longitud promedio de los MP detectados dentro de las muestras en blanco combinadas fue de 105,22 ± 92,82 μm (rango de 23 a 315 μm) y un ancho promedio de 34,44 ± 22,61 μm (rango de 15 a 73 μm). Las formas de MP identificadas en las muestras en blanco combinadas fueron fragmento (6, 67 %), fibra (2, 22 %) o película (1, 11 %).

Además de las partículas MP, se detectaron partículas de «polímero natural» que no son MP en los filtros de muestra. Al combinar los resultados del blanco de laboratorio y de procedimiento no MP, se detectaron 9,04 ± 4,84 partículas no MP por muestra, compuestas de celulosa y zeína.

3.4 . Ajustes de contaminación de MP de fondo

El uso de ajustes, para tener en cuenta los niveles de contaminación del blanco y del procedimiento combinados detectados, disminuye el nivel de MP identificados dentro de las muestras de tejido según el enfoque utilizado ( Tabla 1 ). Después de los ajustes de la sustracción en blanco , los MP totales identificados dentro de las muestras de tejido tienen una media de 0,69 ± 0,84 MP/g de tejido. Los niveles de MP ajustados por sustracción en tejidos pulmonares humanos fueron estadísticamente significativos en comparación con los datos en blanco ( prueba U de Mann-Whitney, p= 0,043). Solo una muestra de tejido pulmonar (muestra 1.1) cumple los criterios para usar un cálculo de LOD y LOQ, mostrando 1,94 MP/g, por encima del umbral de cuantificación. El tipo de polímero detectado por encima de este umbral fue PP. Los MP por encima del LOD, que pueden detectarse en muestras de tejido pulmonar, pero no cuantificarse, fueron PE, PET, PP, PTFE y resina.

3.5 . Distribución de MP en muestras humanas por región pulmonar

Se identificaron MP en todas las regiones del pulmón ( Fig. 4 y Tabla S2). Se identificó una media no ajustada de 0,80 ± 0,96 MP/g dentro de la región superior (ajustada a 0,23 ± 0,28 MP/g después de la sustracción de fondo), 0,41 ± 0,37 MP/g dentro de la región media/lingular (ajustada a 0,33 ± 0,37 MP/g) g) y 3,12 ± 1,30 MP/g dentro de la región inferior (ajustado a 1,65 ± 0,88 MP/g). Los datos no se distribuyeron normalmente ( p = 0,013) y una prueba de Kruskal-Wallis mostró que el número de MP en la región inferior era significativamente mayor que el medio/lingular ( p = 0,038) y la región superior ( p= 0,026). Dentro de la región superior (n = 6, masa total = 33,66 g), se identificaron 11 MP; PE (2, 18 %), PET (2, 18 %), PP (2, 18 %), PES (1, 9 %), PS (1, 9 %), resina (1, 9 %), SEBS ( 1, 9 %), TPE (1, 9 %). Dentro de la región media/lingular (n = 3, masa total de tejido = 12,19 g), se identificaron 7 MP; PET (2, 29 %), resina (2, 29 %), PE (1, 14 %), PMMA (1, 14 %), PUR (1, 14 %). Dentro de la región inferior (n = 4, masa total de tejido = 9,56 g), se identificaron 21 MP; PP (7, 33 %), PTFE (4, 19 %), PET (3, 14 %), resina (3, 14 %), PS (2, 10 %), PAN (1, 5 %), PE ( 1, 5%) ( Fig. 4 ).

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Figura 4 . Número de partículas (total de MP detectadas sin tener en cuenta las MP encontradas en los controles) y tipo de polímero de las MP identificadas en muestras de tejido pulmonar humano, asignadas a su región pulmonar.

3.6 . Distribución de MP dentro del tejido pulmonar humano por paciente individual

Se identificaron MP en 9 de las 11 muestras de pulmón de pacientes. Se tomaron múltiples muestras del paciente 1; 8 MP en la muestra 1.1 y 2 MP en la muestra 1.2 ( Fig. 5A ) . Se identificaron partículas de PP en ambas muestras ( Fig. 5 B). También se tomaron múltiples muestras del paciente 2; 3 MP en la muestra 2.1 y 3 MP en la muestra 2.2. Se identificaron partículas de PTFE en ambas muestras, mientras que múltiples polímeros solo se identificaron en la muestra de un paciente ( Fig. 5 B).

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Figura 5 . Número (A) y tipo/cantidad (B) de MP detectadas en cada región pulmonar para pacientes individuales.

4 . Discusión

Este informe proporciona evidencia convincente de MP dentro de muestras de tejido pulmonar humano, utilizando un régimen de contaminación de fondo sólido y de mejores prácticas combinado con análisis de composición química μFTIR para verificar las partículas presentes. El estudio también destaca la importancia de incluir y evaluar los ajustes de contaminación dentro de la investigación de MP, al tiempo que proporciona altos niveles de garantía y control de calidad.

En total, se identificaron 39 MP dentro de 11 de las 13 muestras de tejido pulmonar, con un promedio no ajustado de 1,42 ± 1,50 MP/g de tejido. Al restar cualquier MP detectado en los espacios en blanco correspondientes, se informa un promedio ajustado de 0,69 ± 0,84 MP/g de muestra de tejido. Los niveles de MP dentro de las muestras de tejido fueron significativamente más altos que los identificados dentro de los espacios en blanco combinados de procedimiento/laboratorio. De los MP detectados, se identificaron 12 tipos de polímeros, siendo PP (23 %), PET (18 %), resina (15 %) y PE (10 %) los más abundantes. Cabe señalar que los espectros FTIR para PET y PES (poliéster) son similares y pueden ser difíciles de distinguir ( Primpke et al., 2018 ; Veerasingam et al., 2021 ), sin embargo, se aceptó una coincidencia alta del 70 % para distinguir entre los tipos de MP dentro de este estudio.

Se identificaron MP dentro de todas las regiones del pulmón clasificadas como región superior (0,80 ± 0,96 MP/g), media/lingular (0,41 ± 0,37 MP/g) e inferior (3,12 ± 1,30 MP/g). Sin embargo, cuando se aplicó un enfoque LOD y LOQ, solo una muestra de tejido cumplió con los criterios, y solo se detectó PP por encima de los niveles de umbral a 1,94 MP/g ( Tabla 1 ). Podría ser que la mayoría de los MP identificados fueran contaminación, sin embargo, el LOD LOQ también podría estar «enmascarando» los MP identificados legítimamente. El enfoque de ajuste LOD LOQ redujo drásticamente el nivel de MP cuantificables identificados dentro de las muestras de tejido pulmonar. Esta medida de control de calidad tiene la ventaja de proporcionar un umbral superior al de una simple resta , lo que permite detectar y cuantificar de forma fiable los MP ( Brander et al., 2020).). Aunque es una técnica emergente dentro del campo MP, tiene el potencial de dar cuenta del tipo de polímero así como de la cantidad y se aplica comúnmente dentro de la química analítica. Sin embargo, las muestras que contienen cantidades bajas de MP, como las muestras de tejido pulmonar humano que se informan aquí, normalmente solo tienen una partícula de MP por tipo de polímero identificado en una muestra. Se ha informado que cuando se trata de cantidades de MP tan bajas dentro de las muestras, la técnica LOD LOQ tendrá efectos más significativos y conducirá a una «capacidad reducida para informar cualquier MP por encima del LOD o LOQ» ( Horton et al., 2021 ). Por lo tanto, informamos nuestros resultados de tres maneras; sin ajustar, resta ajustada y LOD LOQ ajustado, pero resalta la importancia de la técnica LOD LOQ para futuros estudios en los que la abundancia de MP no sea tan baja.

Hasta la fecha, se han detectado MP en muestras humanas de muestras histológicas de cáncer de pulmón ( Pauly et al., 1998 ) y cadáveres ( Amato-Lourenço et al., 2021 ), así como en placenta humana ( Ragusa et al., 2021 ) . . Nuestros hallazgos son consistentes con un estudio inicial de Pauly et al. (1998) utilizando microscopía bajo luz polarizadapara identificar fibras (aunque sin validación de caracterización química o medidas rigurosas de control de contaminación), informando la presencia de fibras en el 83% de las muestras de pulmón no neoplásicas (n = 67/81) y en el 97% de las muestras de pulmón maligno. (n = 32/33) ( Pauly et al., 1998). Este estudio también informó que las fibras se distribuyeron por todas las regiones del pulmón y no se limitaron a los grandes espacios de aire ( Pauly et al., 1998 ). Si bien no se proporciona un rango de tamaño formal en este estudio inicial, informaron heterogeneidad con respecto a la longitud, el ancho, la morfología de la superficie y el color de la fibra, con una longitud de >250 μm y un ancho de ~50 μm ( Pauly et al., 1998 ). Nuestros hallazgos también están en línea con una publicación reciente de Amato-Lourenco et al. quien también encontró que el PP se encuentra entre los plásticos más abundantes identificados ( Amato-Lourenço et al., 2021 ). A diferencia de nuestro estudio, Amato-Lourenco et al.mostró que las partículas no fibrosas eran el tipo de MP más abundante con tamaños más pequeños que los observados en nuestro estudio. Esto podría deberse en parte a las diferentes exposiciones a MP, nuestro enfoque de mejores prácticas utilizado para eliminar la contaminación de fondo o los métodos utilizados para detectar y caracterizar las muestras, Raman frente a μFTIR. Aunque la espectroscopia Raman tiene la ventaja de un límite de detección de método más bajo (~1 μm), lo que podría explicar la abundancia de partículas más pequeñas identificadas en el estudio de Amato-Lourenco ( Amato-Lourenço et al., 2021 ), puede verse fuertemente influenciada por la fluorescencia interferencia y no detecta los mismos picos polares que la espectroscopia μFTIRpuede. Además, la espectroscopia Raman puede degradar con UV las partículas que se analizan, lo que podría dificultar posibles investigaciones futuras. Así, aunque ambas técnicas espectroscópicas se complementan, μFTIR tiene algunas ventajas que benefician la investigación de MP ( Silva et al., 2018 ).

Curiosamente, el tejido de los donantes masculinos contenía niveles significativamente más altos de MP no ajustada (2,09 ± 1,54 MP/g) en comparación con las mujeres (0,36 ± 0,50 MP/g), y todas las muestras de los hombres contenían MP, pero dos de cada cinco muestras de las mujeres no mostraron parlamentarios Nuestra hipótesis es que esto se debe a que las vías respiratorias de las mujeres son significativamente más pequeñas que las de los hombres ( Dominelli et al., 2018 ), aunque el tamaño de muestra relativamente pequeño que se usa en este documento dicta que se realicen más análisis para explorar más a fondo estas diferencias.

Según Donaldson et al. (1993), solo las partículas con un diámetro físico inferior a 3 μm pueden ingresar a la región alveolar del pulmón ( Donaldson et al., 1993 ). En la literatura se informa que el conducto alveolar tiene un diámetro de ~540 μm y una longitud de 1410 μm ( Horsfield et al., 1971 ). En este estudio, se detectaron partículas de un tamaño que oscilaba entre 12 y 2475 μm de largo y entre 4 y 88 μm de ancho dentro de las muestras de pulmón en este estudio, en teoría, demasiado grandes para estar presentes, pero presentes de todos modos.

Si bien el destino de las partículas que ingresan al pulmón y sus efectos biológicos resultantes en términos de respuestas inflamatorias están bien establecidos para partículas ultrafinas en el rango de tamaño NP o PM ₁₀ ( Oberdörster et al., 1994 ; Kreyling et al., 2006 ), la información correspondiente no está disponible actualmente para el rango de tamaño de MP de las partículas que se observa aquí, lo que pone de manifiesto una grave laguna en el conocimiento. Hay estudios recientes limitados que dan evidencia del tamaño de las partículas y la deposición en los pulmones. Podría ser que haya una suposición preconcebida sobre los tamaños de partículas que son inhalables y capaces de llegar a las vías respiratorias inferiores, pero en este estudio y en otros ( Pauly et al., 1998 ; Amato-Lourenço et al. , 2021) se informan partículas más grandes que estas y, por lo tanto, puede ser hora de revisar estos números e investigar qué tamaños se pueden inhalar. Curiosamente, incluso después de aplicar LOD y LOQ, el PP identificado en la muestra 1.1 estaba por encima del límite de tamaño que generalmente se considera inhalable.

Se identificaron 12 MP ≤10 μm en 7 de las 13 muestras de tejido pulmonar, que consistían en PET (3), resina (3), PE (2), PP (2), PTFE (1) y PAN (1) ( Tabla 1 ). La partícula más pequeña identificada tenía 14 μm de largo y 4 μm de ancho ( Fig. 2 C) y se identificó como una ‘resina alquídica’, un termoplástico sintético que se usa en pinturas y revestimientos protectores ( Base de datos de propiedades de polímeros, sin fecha ). No se detectaron MP ≤10 μm dentro de los espacios en blanco, lo que es sorprendente ya que se sabe que la prevalencia de MP en el medio ambiente aumenta con la disminución del tamaño de las partículas ( Allen et al., 2019 ; Dris et al., 2017 ; Cai et al., 2017).), lo que sugiere que las medidas de control de calidad emprendidas eliminaron estas partículas más pequeñas de los espacios en blanco. Dado que estos MP pequeños estuvieron constantemente ausentes de los espacios en blanco ( Fig. 3 B), destaca la probabilidad de que los MP más pequeños estén presentes dentro del tejido pulmonar en lugar de fuentes de contaminación de fondo.

La ubicuidad de los MP en el medio ambiente da como resultado una contaminación de fondo en cualquier estudio, incluso después de aplicar estrictas medidas de control de calidad. Los blancos, o controles, se ejecutan junto con el análisis de la muestra para documentar los niveles y tipos de MP que contaminan las muestras, ya sea imitando los pasos de procesamiento de la muestra («blanco de procedimiento») o abriendo un filtro limpio durante el análisis de la muestra («blanco de laboratorio»). . Rara vez se aplican espacios en blanco tanto de procedimiento como de laboratorio ( Brander et al., 2020). En el diseño de este estudio se planteó la hipótesis de que si las MP estuvieran presentes en las muestras de tejido pulmonar, estarían presentes en niveles bajos, especialmente teniendo en cuenta el límite de detección de la verificación química. Así, se destaca la importancia de combinar múltiples blancos de procedimiento y de laboratorio. En este estudio, las características de MP identificadas en los espacios en blanco eran distintas de las identificadas en las muestras de tejido pulmonar; la abundancia del polímero principal, el rango de tamaño y la forma variaron ( Fig. 3A, B). Las muestras de tejido pulmonar humano generalmente estaban compuestas de PP, PET y resina, con longitudes que oscilaban entre 12 y 2475 μm y anchos entre 4 y 88 μm, y las fibras eran más frecuentes que los fragmentos. Por el contrario, las MP detectadas en los espacios en blanco eran menos abundantes y comprendían diferentes características de partículas. Los MP tenían un tamaño de 23 a 315 μm y de 15 a 73 μm de largo y ancho, y los fragmentos eran más frecuentes que las fibras.

Dentro de la literatura MP, no se ha establecido una técnica de ajuste de contaminación estandarizada. Por lo tanto, este estudio optó por informar las concentraciones de tres formas comúnmente utilizadas; detallando resultados en blanco pero sin hacer ajustes ( Zhang et al., 2020 ; Liu et al., 2019b ), ajustes de resta ( Allen et al., 2019 ; Gaston et al., 2020 ) y ajustes LOD LOQ ( Jenner et al., 2021 Horton et al., 2021). Sin ajustes de contaminación, se observaron 1,42 ± 1,50 MP/g de tejido pulmonar. Si bien este método es una práctica común, es probable que incluya cualquier contaminación dentro de las muestras. El ajuste de sustracción reduce el valor medio final de MP del tejido pulmonar a 0,69 ± 0,84 MP/g y tiene en cuenta cualquier posible contaminación de fondo, pero no es específico en términos de tener en cuenta las características de las partículas. El enfoque de ajuste LOD LOQ reduce drásticamente los niveles de MP identificados en el estudio a 0,15 ± 0,54 MP/g utilizando un enfoque específico de polímero, pero podría verse que «enmascara» niveles bajos de MP. En última instancia, este estudio destaca la necesidad de realizar ajustes en los datos para tener en cuenta la contaminación de fondo, pero junto con una evaluación sobre qué ajuste es el mejor enfoque. Independientemente de los ajustes,

Los MP aerotransportados son ubicuos a nivel mundial y especialmente frecuentes en interiores donde los humanos pasan muchas horas al día, como el hogar ( Dris et al., 2017 ; Jenner et al., 2021; Vianello et al., 2019 ; Zhang et al., 2020 ) y la oficina ( Dris et al., 2017 ; Zhang et al., 2020 ). Por lo tanto, los humanos están continuamente expuestos a MP atmosféricos, con estimaciones de inhalación que oscilan entre 6 y 272 MP/día ( Vianello et al., 2019 ; Prata, 2018 ; Domenech y Marcos, 2021). Las partículas de MP y NP más pequeñas y menos densas son las que más preocupan en relación con la salud respiratoria, ya que es más probable que estas MP se depositen dentro de los pulmones según el diámetro aerodinámico ( Prata, 2018 ). A diferencia de las NP, las partículas MP en el rango completo de microtamaño (10 μm–5 mm) aún no se han considerado en términos de implicaciones para la salud y posibles impactos, y tal vez no hayan sido una prioridad en comparación con las partículas ultrafinas más pequeñas. Los resultados del presente documento indican que el rango de microtamaño más grande se detecta en muestras de pulmón humano, lo que sugiere que se han pasado por alto (por considerarse demasiado grandes para entrar en los pulmones). Los MP, como todos los macroplásticos, están diseñados para ser resistentes, con la adición de tintes y aditivos que dictan sus propiedades ( GESAMP, 2015). Anteriormente se había sugerido que es probable que las MP inhaladas perduren biológicamente y posiblemente se acumulen en un entorno pulmonar ( Wright and Kelly, 2017 ), mostrando resistencia a la degradación por el líquido pulmonar extracelular sintético después de 180 días ( Law et al., 1990 ). Después de la deposición dentro del pulmón, se desconocen los mecanismos de toxicidad, pero las propiedades de las partículas, como el tamaño pequeño, la densidad, la concentración, la forma, el tipo de monómero , los lixiviados químicos y los adsorbentes ambientales ( p. ej ., bacterias, metales pesados ​​e hidrocarburos poliaromáticos) se han sugerido como contribuyentes potenciales. a la citotoxicidad ( Prata, 2018 ; Wright y Kelly, 2017 ). Inflamación ( Porter et al., 1999), ROS y estrés oxidativo ( Schirinzi et al., 2017 ), daño físico por la forma de las partículas, fagocitosis frustrada ( Donaldson et al., 1993 ), son actualmente respuestas celulares sugeridas a la exposición a MP.

En resumen, este estudio es el primero en informar MP dentro de muestras de tejido pulmonar humano, utilizando espectroscopia μFTIR. La abundancia de MP dentro de las muestras, significativamente superior a la de los espacios en blanco, respalda la inhalación humana como una ruta de exposición ambiental. Se identificaron MP con dimensiones tan pequeñas como 4 μm pero también, sorprendentemente, >2 mm dentro de todas las muestras de la región pulmonar, siendo la mayoría fibrosas y fragmentadas. El conocimiento de que los MP están presentes en los tejidos pulmonares humanos ahora puede dirigir la investigación futura sobre citotoxicidad para investigar las implicaciones para la salud asociadas con la inhalación de MP.

Declaración de contribución de autoría CRediT

Lauren C. Jenner: Conceptualización, Investigación, Metodología, Análisis formal, Redacción: borrador original, Redacción: revisión y edición, Visualización. Jeanette M. Rotchell:conceptualización, análisis formal, redacción: borrador original, redacción: revisión y edición, supervisión. Robert T. Bennett: Recursos, Redacción: revisión y edición. Michael Cowen:Recursos, Redacción: revisión y edición. Vasileios Tentzeris: Recursos, Escritura – revisión y edición. Laura R. Sadofsky: Conceptualización, Análisis formal, Redacción: borrador original, Redacción: revisión y edición, Supervisión.

Declaración de competencia de intereses

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia ni relaciones personales conocidas que pudieran haber influido en el trabajo informado en este documento.

Agradecimientos

Esta investigación no recibió ninguna subvención específica de agencias de financiación en los sectores público, comercial o sin fines de lucro. Fue financiado por una beca de doctorado en el grupo «Salud humana y contaminantes ambientales emergentes» financiado por la Universidad de Hull.

Apéndice A. Dato suplementario

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Fuente