Вред пенополистирола для человека: Опасен ли полистирол

Опасен ли полистирол

Создано: 05.01.2017 19:02

Полистирол все чаще используется для производства пенопласта, пленочных пакетов, одноразовой посуды и многих других вещей. Благодаря каким свойствам материала это стало возможно?

Искусственный полимерный материал полистирол получается в процессе полимеризации стирола. Себестоимость производимого материала невысока. В связи с этим полистирол все чаще применяется в производстве. Характерные свойства полистирола – это жесткость, ломкость и термостойкость. Этот материал отличается высоким уровнем морозостойкости. Он светопроницаем и диэлектричен.

Из-за большого количества положительных свойств полистирол часто используется в различных отраслях производства. Диэлектрические свойства материала привлекли производителей радиотехники, поэтому его используют при изготовлении различных антенн и кабелей. Светопроницаемые свойства привлекли изготовителей линз и оптических стекол. В здравоохранении и медицине одноразовые инструменты, оборудование для переливания крови и проведения инъекций содержат полистирол.

В основе производства пенопласта также лежит полистирол. Пенопласт используется как упаковочный материал, утеплитель при строительстве ремонте зданий и помещений, для улучшения звукопроницаемости строений. При производстве пенопласта используется следующая технология: стирол нагревается, в доведенную до определенной температуры смесь добавляются парообразующие примеси. Происходит выделение газа. В полистирольной массе начинается процесс брожения, который можно сравнить с дрожжевым тестом. Затем смесь охлаждают, а из застывшей массы делают блоки пенопласта.

Такие строительные материалы, как теплоизоляционные плиты, звукоизоляционные панели, блоки для опалубки и конденсаторы, также содержат полистирол. Потолочные плитки, которые часто используют для декорирования квартир и офисных помещений, тоже содержат в своем составе данный элемент. Домашняя бытовая упаковка – это пленка и пленочные пакеты, в основе производства которых лежит полистирол. Ударопрочность химического соединения способствует созданию упаковки из указанного химического материала для любой продукции: стекла, электроники, техники и приборов.

Полистирол можно встретить в составе одноразовых приборов (тарелок, чашек, ложек и др.), канцелярских предметов (ручек, фломастеров, карандашей), упаковки для компьютерных дисков, бытовой техники и т. п. Даже детские игрушки содержат в своем составе данный материал. Получается, что химически созданный материал полистирол находится постоянно рядом с человеком. Закономерно опасение, нет ли опасности от его использования.

В чистом виде стирол очень токсичен, при воздействии на него высокой температуры и влаги, а также в соединении с кислородом он выделяет опасные химические элементы. Чем сильнее воздействие на предмет, сделанный с использование стирола, тем активнее выделение опасных ядов. Человек, находясь в постоянной близости, вдыхает пары стирола и отравляется. Особенно страдает печень. Подвержены опасности сердце и легкие. Маленькая концентрация стирола в воздухе не приносит вреда, но постоянное его воздействие может стать толчком для развития болезни (например, гепатита).

Во время пожара полистирол грозит человеку смертельной опасностью. При возгорании он образует пламя повышенной температуры, выделяя при этом сильнейший яд. Тушение такого пожара затруднено условиями горения химического соединения. Ядовитые пары, выделяемые полистиролом при горении, затрудняют дыхание, мешают передвижению, наносят смертельный вред живым существам.

Дополнительный вред добавляют полистиролу и всевозможные добавки, которые придают материалу нужные свойства: эластичность, прочность и другие. Не всегда производитель ставит в известность потребителя о составе полистирольного соединения. Иногда просто невозможно перечислить все, что используется в химическом производстве.

Почему же человечество продолжает пользоваться и развивать производство предметов, в состав которых входит полистирол? Почему не останавливают производство предметов из опасного соединения? Это объясняется тем, что при правильном применении и выполнении инструкций, которыми снабжены предметы, вред здоровью человека не причиняется. Отрицательное влияние полистирола на организм человека гораздо ниже, чем, например, от вдыхания автомобильных паров и газов. Знать отличительные особенности материала все-таки необходимо. Полистирол прозрачен и имеет маркировку PS. Встречается и непрозрачный материал, сделанный из взбитого полистирола. Вспенивающийся полистирол используется в качестве фильтрующего материала для очистки воды.

Избежать воздействия стирола на человеческий организм практически невозможно. Можно только уменьшить воздействие его при замене на другие материалы: керамику, дерево, бумагу. При строительстве стоит провести изоляцию, исключить возможность прямого воздействия материалов из стирола. При использовании пенопласта необходимо применить материал, который закроет доступ паров и выделений пенопласта на человека (фанеру, гипсокартон и др.). Легким способом защиты является система своевременного проветривания помещений.

Пенополистирол экструдированный: вред или польза для здоровья человека

Темп строительства жилых и производственных зданий с каждым годом только нарастает. При современном строительстве в последнее время стали использоваться новые материалы и технологии.

Для этого новые технологии должны максимально противостоять воздействию факторов разрушения при долговременной эксплуатации. Современные материалы постоянно усовершенствуются. Их строительные свойства проходят глубокое исследование в проектных и исследовательских центрах.

На современном строительном рынке появляется большое количество различных строительных и отделочных материалов. Некоторые материалы становятся популярными и прочно укрепляется в строительной практике. А мода на некоторые рекламные строительные материалы проходит настолько быстро, что попробовать его на практике удаётся не всем.

Пенополистирол плюсы и минусы

Даже непрофессиональному строителю стало заметно, что в строительных технологиях происходит «бум» утепления.

Конечно, отчасти это связано с постоянно повышающимися ценамина энергоносители. Решением этого вопроса является утепление как строящихся домов, так и уже построенных. Для этого предлагается в качестве утеплителя применять пенополистирол, более известный всем как пенопласт.

Он привлекателен своим малым весом, лёгкостью в обработке и, конечно, ценой. Он значительно дешевле по цене, чем другие известные утеплители. И всё-таки об использовании этого материала в качестве строительного, для повсеместного применения, у многих специалистов есть, прямо противоположные мнения.

Доктор химических наук, академик Мальцев В.В. в своих научных работах подвергает сомнениюв целесообразности применения пенополистирола в строительных работах.

В рекламных проспектах на строительные материалы про пенопласт можно прочитать о его характеристиках. Это:

Высокая теплоизоляция.Долговечность.Экологичность.

Высокая теплоизоляция

Конечно, все мы уже из рекламы знаем, что пенополистирол толщиной 12 сантиметров заменяет стену из дереватолщиной 45 см, и кирпичные стены толщиной 2 метра!

Но, тут самое главное, не надо забывать, что это справедливо при применении сухого пенополистирола. Одним из свойств этого материала, изготовленного из гранул беспрессовым методом, является его водопоглощение, которое достигает 350% по массе (в некоторых случаях влажность могла достигать и 900%). Если этот материал способен настолько поглощать воду, то о нормативном значении теплопроводности и речи идти не должно!

Доказано, что человеком в течение часа выделяется приблизительно 100 г влаги. И, само собой, влага в жилом помещении возрастает при стирке, принятии душа, приготовлении пищи. Поэтому для того чтобы в помещении поддерживался здоровый микроклимат, стены должны «дышать».

Такой процесс происходит в кирпичных и деревянных домах. Но паропроницаемость пенополистирола гораздо меньше, чем у таких утеплителей, как минплита или стекловолокно. Учёными было доказано пенополистирол уменьшает проникновение водяного пара наружу на 55– 57%.

Долговечность

Применение этого материала в качестве утеплителя в строительной практике имеет сравнительно малый срок. И поэтому ученные весьма пристально изучают пенополистирол на предмет долговечности.

Одним из параметров, которые должен соблюдать пенополистирол — это толщина утеплителя. И это немаловажный параметр, так как он влияет на теплопроводность материала и естественным образом влечёт за собой дополнительные затраты на обогрев помещений.

Наиболее примечательный случай в строительной практике произошёл при капитальном ремонте подземного торгового центра в Москве, который был построен всего несколько лет назад. После демонтажа покрытия было обнаружено значительное разрушение плит из пенополистирола. В результате после всего двух лет эксплуатации толщина отдельных плит уменьшилась от проектного значения более чем в 8 раз.

При проведении исследования утеплителя в наружных стенах показало, что значение теплопередачи уменьшилось на 49–59%.

После выполнения ряда изысканий была названа причина такого состояния плит утеплителя. Оно было вызвано в первую очередь несоблюдением технологии строительных работ и ошибок при проектировании. Не были учтены физические и химические особенности пенополистирола.

Экологичность

Традиционно о вреде применения пенополистирола в строительных работах в последнее время стали говорить экологи. Главное беспокойство вызывает то обстоятельство, что процесс полимеризации обратим.

Основные факторы разрушения полимеров:

кислород;свет;вода;озон;тепло.

Поэтому пусть и в малых дозах, в помещения утепленных пенополистиролом, постоянно проникает стирол.

Под воздействием таких микродоз при длительном контакте, возникает угрозадля здоровья человека. Может пострадать сердце, накопление стирола в печени отравляет весь организм, вызывая токсический гепатит. Остаточный стирол является сильным токсическим веществом и его концентрация тем больше, чем выше поднимается окружающая температура.

Справедливости ради надо сказать, что мировые производители добились снижения содержания стирола до 0,01–0,05%, что гарантирует хороший уровень безопасности.

Если он разлагается при нормальной температуре воздуха, нетрудно будет представить вред от пенополистирола при экстремальных условиях.

У нас в стране широко известентрагический случай, произошедший в декабре 2009 года. В развлекательном клубе «Хромая лошадь» г. Перми, при проведении мероприятий произошел пожар.

Основная причина, по которой погибло 156 человек, было именно отравление дыхательных путей парами от горения утеплителя из пенополистирола. Он находился под декоративной облицовкой потолка помещения. Дым от горения содержал множество смертельно опасных органических соединений.

Итак, подведём итоги.

Пенополистирол и его разновидности в последнее время стал популярным материалом.

И главным фактором его применения является его цена, малый вес и простота монтажа. Но безопасность и долговечность не является отличительной особенностью пенопласта. Поэтому при выборе материала в качестве утеплителя и шумоизоляции, лучше руководствоваться качеством, чем ценой.

Пенополиуретан (ППУ) имеет универсальные свойства. Его используют практически везде. Широко применяют как теплоизоляционный материал длявнешнего и внутреннего утепления стен ППУ, пола, потолка, кровли, а также для грамотного утепления дома пенополиуретаномв целом.

Люди часто задают вопросы о его безопасности. Существует мнение, что полиуретан вреден для здоровья.Но производители утверждают обратное, говорят о его безопасности и экологичности.

Конечно, нельзя пройти мимо этого вопроса. Стоит во всем разобраться и узнать настоящую правду об этом распространенном материале.

Что такое ППУ и какие он имеет свойства

При нанесении на поверхность пенополиуретан вспениваетсяДля начала нужно разобраться, что же представляет собой пенополиуретан. Пенополиуретан является современным строительным материалом, относящимся к группе пластмасс, которые наполнены газом. Пенополиуретан включает в себя инертный газ.

Пенополиуретан, который выпускается российскими и зарубежными производителями, обладает низкой теплопроводностью, полной паронепроницаемостью, водонепроницаемостью. Однако помимо положительных качеств, это вещество обладает и одним негативным.

Так, во время горения, ППУ может выделять в атмосферу ядовитые вещества в виде формальдегидов, которые приводят к различным отравлениям. Поэтому можно сделать вывод, что при горении токсичность этого вещества большая.

Основное применение

Процесс утепления крыши изнутри пенополиуретаномЭтот распространенный полимер нашел широкое применение в разных сферах жизнедеятельности человека. Наиболее широко он используется в строительстве: утепление этим материалом очень эффективно.

Также его используют как хладоизолятор и супинатор.Зачастую многие производители делают из ППУ и наполнитель для мягкой мебели, матрасов и подушек, поскольку он достаточно мягкий в пеноблоках.

Внимание:матрас или подушка из такого материала может действительно навредить здоровью человека, хотя поставщики уверяют в обратном.

Пенополиуретан как наполнитель мягкой мебели

Почему же пенополиуретан в мебели вреден? Существует несколько причин, самыми распространенными из которых являются следующие:

Летучие химические соединения в виде фенола и двухэтилгексановой кислоты очень опасны при вдыхании их человеком.

Они приводят к появлению раковых новообразований.Матрас из пенополиуретанаПри изготовлении материала для мебели используется смола, катализатор, растворитель и фенол. Эти вещества не безопасны.Все вещества, находящиеся в этом материале испускают ядовитые испарения. Токсичность при этом не теряется и не снижается.Следствием воздействия элементов, находящихся в ППУ, могут стать приступы в виде головных болей, потери сознания, нарушения координации в движениях.

Конечно, не все так плохо. Многие производители отказались от включения в ППУ таких ядовитых веществ, как фенол. Поэтому современная мебель достаточно экологичная и безопасная, однако «слепо» доверять словам всё же не стоит.

Отзыв от производителя: «При создании пенополиуретановых изделий не используется больше фенол, который негативно влияет на здоровье человека. Все летучие соединения исчезают и испаряются при специальной обработке.»

Это важно:при выборе мебели стоит отдать предпочтение более безопасным материалам или покупать предметы для отдыха из ППУ у проверенных производителей.

Изоляция из ППУ — надёжный барьер для сохранения теплаИтак, подводим итог. На сегодняшний день невозможно дать однозначный ответ на вопрос «вреден ППУ или нет?» Пенополиуретан — один из часто используемых и полезных материалов в строительстве.

Однако его воздействие на здоровье человека при покупке предметов мебели и товаров до конца не известно, поскольку многие ученые и химики утверждают о вреде утеплителя, а производители это отрицают.

В целом, решать нужно человеку самому, использовать или не использовать этот материал при работах, покупать вещи и изделия из него или нет.Но, конечно, стоит несколько раз подумать над выбором, взвесить все «за» и «против», поскольку пенополиуретан не так прост, как может показаться.

Смотрите обзорное видео, подробно рассказывающее про пенополиуретановый утеплитель и его свойства:

Автор: ЕкатеринаРаспечатать

Все мы с детства знакомы с таким строительным материалом, как пенопласт. А вот второе его название — пенополистирол, знает не каждый.

Схема утепления фундамента экструдированным пенополистиролом.

Это очень распространенный в строительстве материал. Используется он уже очень давно.

За это время учеными были выявлены все его свойства. Первозданный вид пенополистирола претерпел изменения. Это было сделано для того, чтобы увеличились его положительные характеристики.

Структура материала стала более равномерной. Так появился экструдированный пенополистирол. Так как этот материал можно встретить практически везде, то некоторых людей, тщательно следящих за своим здоровьем, может интересовать, опасен ли пенополистирол.

Способ производства этого стройматериала не очень сложен.

Гранулы вещества перемешиваются и склеиваются между собой под действием высокой температуры и давления. Конечно, для этого нужна специальная аппаратура. Способ производства также претерпевал изменения.

Раньше в процессе изготовления использовался фреоновый вспениватель. Но это вещество оказывает пагубное влияние на состояние озонового слоя. Поэтому производителям пришлось отказаться от его использования.

Характеристики и свойства пенополистирола

Схема утепления пола экструдированным пенополистиролом.

Внешне пенополистерол выглядит как небольшая, очень гладкая плита.

Он может быть разного цвета: зеленый, оранжевый, голубой и т. д. Если разрезать эту плиту, то можно посмотреть, как он выглядит изнутри — немного напоминает поролон своими мелкими порами.

Это очень прочный строительный материал.

Он не поглощает жидкости, обладает хорошей теплоизоляцией. Если сравнивать его с другими подобными материалами, то он превзойдет многие из них своими качественными характеристиками. Экструдированный пенополистирол может выдерживать очень низкие и очень высокие температуры, не гниет и не вступает в химические реакции с другими веществами (за исключением органических растворителей, бензина и безводных кислот).

Так как ячейки этого стройматериала очень плотно прижаты друг к другу, то повышенная влажность никак не может повлиять на теплопроводность вещества. Именно поэтому пенополистирол так популярен. Его можно применить даже в отделке очень сырого подвала без какой-либо дополнительной гидроизоляции.

Прочность материала будет зависеть от его толщины. Такие процессы как оттаивание и замораживание не оказывают на него никакого влияния.

Были проведены исследования, в ходе которых пенополистиролу пришлось выдержать около тысячи оттаиваний и замораживаний. Он достойно прошел это испытание. Изменения внутри материала произошли, но они были настолько незначительными, что их даже не стоит брать в расчет.

Строительные материалы постоянно исследуются и улучшаются. Так и с пенополистиролом.

Сравнительно недавно был разработан совершенно новый тип негорючего пенопласта. Эти свойства были достигнуты при помощи нового метода добавления в вещество антипиренов. Таким образом, можно заказать экструдированный пенополистирол с выбранными характеристиками, любого цвета, формы и размера.

Обрабатывать экструдированный пенополистирол очень легко. Он разрезается обычным кухонным ножом.

Монтаж тоже несложный. Для работы не нужны определенные погодные условия, можно делать это и в жару и под дождем. Чтобы прикрепить экструдированный пенополистирол, понадобится специальный клей.

Выбирать его нужно очень осторожно, потому что содержащиеся в некоторых клеящих составах вещества способны размягчить материал или даже растворить его. К таким вредным веществам можно отнести: ацетон, уайт-спирт, толуол и т. п.

Таблица характеристик экструдированного пенополистирола.

Преимущества пенополистирола:

обладает высокой прочностью;легко разрезается на части;несложный монтаж;не требует особых условий работы;представлен на рынке в огромном ассортименте;не впитывает и не пропускает воду;способен выдержать очень низкие и очень высокие температуры;не возгорается;обладает хорошей теплоизоляцией.

Вернуться к оглавлению

Основное предназначение экструдированного пенополистирола — это утепление. Им можно утеплять не только фундамент, но и почву. Он совершенно не боится агрессивного воздействия грунтовых вод, в отличие от большинства строительных материалов.

Особенно хорош пенополистирол для утепления и гидроизоляции первых этажей зданий. Им можно утеплять также верхние этажи и перекрытия. Особенно незаменим этот стройматериал тогда, когда нужно сделать пол с подогревом.

Он помогает не только сохранить тепло, но и удержать его на месте. Можно быть точно уверенным, что тепло не улетучится в разные стороны. Уложенный между перегородками пенополистирол обеспечит хорошую теплоизоляцию стен.

Вернуться к оглавлению

Схема утепления стены экструдированным пенополистиролом.

Есть множество доводов против пенополистирола.

Многие утверждают, что этот материал очень вреден для здоровья. Но производители данного строительного материала заявляют обратное — что это полностью безопасный, экологически чистый материал. Нельзя отрицать, что пенополистирол очень популярен в строительстве и пока еще никто не отказался от его использования.

По мнению ученых, пенополистирол очень вреден. Этот вред заключается, во-первых, в его горючести. В действительности он обладает слабым горением, но этот факт никак не может самостоятельно повлиять на пожарную безопасность.

От того, что этот материал будет присутствовать в здании, нельзя гарантировать, что оно не загорится. То же самое можно говорить, например, про деревянную отделку помещений. Дерево воспламеняется намного легче.

Второй довод против пенополистирола — при возгорании он может выделять ядовитые вещества. Совершенно верно.

Дым, который образуется в результате горения этого стройматериала, очень токсичен и может быстро преодолевать препятствия в виде межстенных перегородок. Таким образом можно отравить не только себя, но и всех соседей. Но так как загорается материал довольно медленно, то обнаружить и потушить пожар вовремя не составит труда.

Была выявлена еще одна негативная способность пенополистирола.

Под действием кислорода при любой температуре он может окисляться и выделять вредные вещества. А также начинает разлагаться примерно через пять лет после установки. Это приводит к выбросу в атмосферу вредных веществ.

В общем, к экологически чистым материалам отнести его никак нельзя. Таким образом, единственный крупный недостаток примерно уравновешивает все его достоинства. Но никак нельзя отрицать то, что утеплителя лучше, чем экструдированный пенополистирол пока еще не существует.

Стирол имеет сильный, резкий запах.

Сегодня мы расскажем вам, насколько опасен для здоровья полистирол. Вред этого утеплителя доказан учеными, которые проводили исследования в этой области.

Производители твердят о том, что пенопласт безвреден, но факты говорят о другом. В нем есть стирол (сильный яд), это сильногорючий материал, который усугубляет ситуацию при пожаре. Широкое применение данной теплоизоляции объясняется либо малой информированностью людей о ее ядовитых качествах, либо попустительским отношением к своему здоровью и своих близких.

Стирол в составе пенопласта

Стирол – это токсическое, бесцветное вещество, которое используется для изготовления полимеров, в частности, полистирола. Вред, наносимый этим ядом здоровью человека, очень весомый. В тяжелых случаях все может закончиться пораженьем центральной нервной системы, заболеваниями крови, нарушением работы всех органов, приводящим к летальному исходу.

Методика изготовления обычного пенопласта и экструдированного несколько отличается, как и характеристики этих материалов. При этом исходное сырье практически такое же, поэтому экструдированный полистирол вреден для здоровья в равной степени, что и пенопласт.

Благодаря процессу полимеризации стирол удерживается в материале. Проблема в том, что достигнуть 100% полимеризации невозможно, максимум 97%. Соответственно, оставшиеся 3% беспрепятственно могут покинуть структуру материала.

Кроме этого, через достаточно короткое время в пенопластах начинается процесс обратной полимеризации, вследствие чего высвобождается стирол. На интенсивность процесса влияют следующие факторы:

температура;свет, особенно ИК излучение;кислород;озон;вода.

Всё вышеперечисленное делает процесс деполимеризации интенсивнее.

Есть установленные нормативы допустимых доз воздействия стирола. Ученые исследовательских институтов провели замеры и обнаружили что в помещениях, утепленных пенопластом изнутри, при комнатной температуре уровень стирола в 10 раз выше допустимого. При повышении температуры до 75 градусов – превышение в 150 раз.

Нельзя перегревать незамерзающую жидкость для отопления теплый дом, так как от этого она превращается в кислоту.О том, какую выбрать жидкость для водяного отопления читайте в этой статье.

Даже если вы утепляете дом пенопластом снаружи, то все равно какое-то количество яда просочится в помещение. Исходя из данных ученых, вред полистирола для здоровья просто очевиден, поэтому лучше утеплять дом минеральной ватой, она безвредна.

Низкая паропроницаемость полистирола

Для утеплительных материалов важной характеристикой является их способность пропускать пар, то есть дышать. Пенопласт не может похвастаться хорошей паропроницаемостью, тем более экструдированный, который в 10 раз менее дышащий.

Соответственно, применение этих материалов влечет за собой нарушение воздухообмена. В результате появляются места, где скапливается влага. Там, где влажно и отсутствует вентиляция, разводится плесень, которая быстро развивается.

Воздух в такой комнате переполнен спорами плесени.

Стены со временем накапливают влагу независимо от метода монтажа пенопласта. Вреден ли для здоровья грибок?

Да, он может стать причиной тяжелых заболеваний. Дело в том, что плесень размножается спорами, которые она выбрасывает в воздух. В одном кубическом метре спор может быть миллиарды, поэтому находясь в помещении, где стены покрыты грибком, нельзя избежать попадания их в организм через легкие.

Нарушения в организме, вызванные спорами грибка:

астма;заболевание дыхательных путей;расстройство пищеварительной системы;приступы мигрени;внутренние кровотечения;поражение внутренних органов.

На самом деле, нельзя недооценивать эту проблему.

Особенно уязвим детский, неокрепший организм. Решение проблемы – это постоянное проветривание помещения, что не всегда возможно. Например, зимой форточку уже не откроешь на целый день.

Поэтому нужно использовать рекуператоры воздуха. Они забирают тепло от выводимых потоков воздуха и греют подаваемые. Так, теплопотери уменьшаются.

Высокая степень горючести пенопластов

Пожарная безопасность превыше всего.

Пожар – это самое разрушительное происшествие, которое уничтожает имущество и уносит жизни. По статистике большинство смертей при пожаре не от ожогов, а от удушения угарным газом. Поэтому данный аспект нельзя упускать из виду.

Фасад, утепленный пенопластом, вспыхивает, как спичка.

Как известно, пенопласт хорошо горит и при этом выделяет ядовитый дым. Экструдированный пенополистирол горит немного хуже, тем не менее, его нельзя назвать безопасным.

Вреден ли пенопласт? Безусловно, он значительно усугубляет ситуации при возникновении очага возгорания. Особенно опасно использовать горючие полимеры для утепления дома по методике вентилируемого фасада.

Стоит отметить, что производителям удалось немного снизить степень горючести рассматриваемых материалов, но этого все равно недостаточно. При воспламенении:

выделяется угарный газ;высокая концентрация токсических веществ в дыме;пламя сложно локализировать, огонь распространяется быстро.

Для сравнения, минеральная вата не горит, не дымит, ядов не выделяет и вполне может использоваться для утепления парной в банеизнутри. Единственный негорючий полимерный утеплитель – это пенополиуретан, который наносится методом напыления.

Итоги

Пенопласт широко используют для утепления домов, хотя есть безопасная и более дешевая альтернатива – минвата. Пенопласт вреден для здоровья человека. Даже при нормальном режиме эксплуатации он выделяет стирол, а при высоких температурах концентрация стирола увеличивается в геометрической прогрессии.

Кроме этого, обычный и экструдированный пенопласты сильно горят. Процесс сопровождается выделением густого дыма с высоким содержанием токсинов. При этом стоимость таких утеплителей в два раза выше, чем минваты.

Незамерзающая жидкость для систем отопления теплый домна основе пропиленгликоля — она не ядовитая.Менять жидкость для автономных систем отопления нужно раз в два сезона. Подробнее здесь.

То есть, задорого вы получаете сильно горючий, ядовитый утеплитель единственным преимуществом которого является простой монтаж. Жить в доме, утеплённом пенопластом, вредно и не стоит недооценивать этот вред. Крайне не рекомендуем использовать эту теплоизоляцию для внутренних работ.

Источники:

krovlya.guru
teplo.guru
1poteply.ru
utepleniedoma.com

Опасность пенополистерола: миф или реальность

27.03.2015

Пенополистерол – утеплитель для SIP панелей. На 2 % состоит из вспененного полистирола и на 98 % — из воздуха. Отличается высокими теплоизоляционными свойствами, при этом долговечный и доступный по цене. Широко применяется в жилом домостроении для утепления домов. Например, во Франции около 80 % частных домов утеплено пенополистиролом, в Германии их число достигает 87%. В России, несмотря на стремительное распространение каркасного домостроения, часто можно столкнуться с сомнениями по поводу экологичности и безопасности пенополистерол. Во многом это связано с вопросом, вреден ли сам исходный материал — полистирол для здоровья?

Полистирол – полимер на основе веществе природного происхождения – стирола, который содержится в ряде продуктов, повсеместно употребляемых в пищу: корица, арахис, кофейные зерна, виноград, киви, земляника и пр. Полистирол нашел широкое применение в изготовлении упаковки для продуктов, одноразовой посуды, а также предметов быта и игрушек.

Концентрация стирола

Именно этот показатель является решающим в вопросе, опасен ли для здоровья полистирол. Сам по себе полимер безопасен. Вред организму может нанести только высокая концентрация исходная вещества — стирола. Согласно ГОСТу 12.1.005 стирол относится к веществам 3-го класса опасности – умеренно-опасные вещества. К нему также причисляются более привычные для нас медь, алюминий, спирт и соединения серебра.

Опасность стирола и его полимеров можно сравнить с теми же ягодами и орехами, в которых он содержится. Если их употреблять в умеренном количестве, то они не только вкусны, но и полезны. Чрезмерное потребление этих продуктов может привести к негативным последствиям.

Мировые и отечественные нормативы

В России:

0,04 мг на 1 куб/м – предельно допустимая концентрация стирола (ПДК) в воздуха разово.

0,002 мг на 1 куб/м – ПДК стирола в воздуха за сутки в РФ.

В мире:

1 мг на 1 куб/м – ПДК стирола в воздухе.

84 мг на 1 куб/м – концентрация вещества, негативно влияющая на живые организмы (в 2 раза превышает ПДК).

34 мг на 1 куб/м – максимальная недействующая доза для стирола, при не превышении которой полистирол не представляет никакого вреда для здоровья человека.

Факты против мифов

Стирол накапливается в организме. В ходе многочисленных исследований, проведенных в США среди рабочих, трудившихся в течение 8 часов рабочей смены в условиях с повышенной концентрацией стирола — 160 мг на 1 куб/м, не было выявлено ни одного факта накопления вещества в организме. В пересчете на ПДК, накопление полистирола не произошло быт даже за 73 года.

Стирол – причина токсического гепатита. Также миф, развенчанный в ходе научных исследований. В ходе эксперимента лабораторные животные были помещены в условия с повышенной концентрации стирола — 160 мг на 1 куб/м и провели в них два года. Анализы не выявили никаких отклонений в работе печени. Надо отметить, что при указанной концентрации стирола непереносим для человеческого обоняния.

Также в ходе исследований беременных женщин, чьи мужья или они сами трудились на производствах с повышенной концентрацией стирола, не было выявлено фактов влияния вещества на развитие эмбриона, а также случаев выкидышей по его вине.

Из пенополистерола выделяются пары стирола. Во-первых, как уже выяснили, чтобы причинить вред концентрация стирола должна быть колоссальная. При этом его содержание в СИП-панелях составляет всего 2 %. Во-вторых, выделение паров возможно при очень высоких температурах, которые не возникают в ходе обычной человеческой жизнедеятельности.

Горючесть. Действительно, полистирол горит, образует дым, делает воздух непригодным для дыхания. Но все познается в сравнении. Образование дыма от полистирола выше, чем от дерева. Однако при равной массе материалов, объем пенополистерола составит в 30 раз больше, чем дерева, соответственно дым от него будет в десятки раз меньше, чем от дерева. Горение 70 г пенополистерола сделает непригодным для дыхания воздух объёмом 1 куб/м, 70 г дерева – 10 куб/м. Воспламенение пенополистерола возможно при температуре в 2 раза выше, чем для дерева. При этом в пенополистерол добавляются специальные противопожарные добавки, которые позволяют отнести этот материал к категории самозатухающих, т.е. самостоятельное горение пенополистерола возможно не больше секунды.

Пенополистерол не теряет своих эксплуатационных характеристик в течение 80 лет. Он не гниет, не разрушается, не требует специальной утилизации.

Вывод. Пенополистерол – безопасный и недорогой материал с отличными эксплуатационными качествами. К тому же в составе СИП-панелей утеплитель дополнительно защищен от действий окружающей среды, в том числе от огня, плитами ОСБ.

Фотогалерея

какие опасности подстерегает в себе пенополистирол?

Занимаясь ремонтом или планируя строительство дома, все большее количество людей обращают внимание на безопасность материалов для природы и людей: возможность утилизации, пожаробезопасность, отсутствие вредных выделений. В связи с этим возникает вопрос об утеплителях, в частности, вреден ли пенопласт.

Что такое пенопласт

Для того, чтобы определить, пенополистирол вреден или нет, надо выяснить, что такое пенопласт, чем от него отличается пенополистирол, что это за материал.

Пенопласт и пенополистирол – синтетические материалы, полученные в результате разных технологических процессов из одного сырья – стирола, их главная особенность – насыщенность воздухом до 97%. Воздух, как известно, лучший теплоизолятор, и именно этим обусловлен низкий коэффициент теплопроводности этих материалов.

Пенопласт и пенополистирол состоят из ячеек пластика, заполненных воздухом. Ячейки пенопласта имеют размер 0,3-0,5 мм, ячейки пенополистирола меньше – 0,1-0,2 мм, что дает разницу в плотности материалов. Пенопласт прессуют, поэтому он имеет гладкую поверхность, не пропускающую водяные пары.

Пенополистирол режут, из-за чего часть ячеек становится открытой, это дает увеличение паропроницаемости. Из-за разницы в технологиях производства пенопласт получается более легким, не пропускающим пар, но впитывающим воду, нестойким к механическому повреждению и разлагающимся на солнечном свете. Эти качества объясняют разное применение: пенополистирол применяют в строительстве, пенопласт – как упаковочный материал.

Влияние пенопласта на окружающую среду и здоровье людей

Пенопласт был первым пластиком, полученным реакцией полимеризации более полутора веков назад. За это время были созданы несколько технологий получения пенополистирола с различными добавками, улучшающими характеристики материала.

Производители рекламируют материал как:

Экологичный.
Безвредный.
Самозатухающий.
Не подверженный гниению.
Долговечный.

Однако мнения специалистов в области экологии и строительства дают повод сомневаться в этих характеристиках. Рассмотрим основные претензии к этому материалу.

Когда говорят об отсутствии влияния пенопластов на природу, говорят об инертности материала, не учитывая то обстоятельство, что он не разлагается. Попав на свалку, отходы упаковок, одноразовая посуда, рассыпавшись под влиянием ультрафиолета на гранулы, будет лежать там вечно.

Вывод: пенопласты вредят природе.

Утверждают, что экструдированный пенополистирол – пеноплэкс и графитосодержащий пенополистерол – техноплекс, обладающие свойством самозатухания, менее пожароопасны, чем пенопласты, получаемые по старой технологии. Означает ли это, что материал не создаст дополнительного вреда при пожаре? Нет, при большой площади возгорания температура очага горения может быть выше температуры плавления пластика, что повлечет выделение ядовитых газов.

Вывод: пенопласт и пенополистирол опасны при пожаре.

Производители утверждают, что плесень не может жить на пенопласте, что подтверждено опытами. Да, плесень на самом материале не живет, но из-за нулевой паропроницаемости пенопласта повышенная влажность в помещении, утепленном изнутри, приводит к появлению черной плесени на материале облицовки или штукатурке. Там плесень вполне себе с удовольствием может размножаться.

Вывод: утепляя стены пенополистиролом изнутри, позаботьтесь о принудительной вентиляции.

Производители утверждают, что грызуны не питаются пенополистиролом. Да, но они оценили теплоизоляционные качества материала и, при возможности, устраивают в слое утепления теплые «зимние квартиры»

Вывод: при выполнении утепления необходима защита от грызунов.

Утверждают, что пенопласт безопасен при эксплуатации. Спорное утверждение, так как технология производства не дает 100% гарантии полимеризации исходного сырья, свежеуложенный пенополистирол будет выделять стирол. Кроме того, при температуре выше 30°С при воздушном окислении материала происходит выделение таких вредных для здоровья людей веществ, как толуол, бензол, формальдегид. Так как за 20 лет эксплуатации материал разлагается на 10–15%, со временем происходит увеличение вредных выделений.

Вывод: утеплять помещения пенопластом изнутри опасно для здоровья.

Общий итог: вред пенопласта – не миф, а факт, вытекающий из химического состава и технических характеристик материала.

Оценивая для себя, пенополистирол вреден или нет, стоит ли использовать его в качестве утеплителя, надо анализировать факты и сравнивать денежную выгоду от применения дешевого материала с последствиями отрицательного воздействия на здоровье свое и близких.

Правила безопасности

К сожалению, не всегда возможно отказаться от применения пенопластов, но вред можно свести к минимуму следующим образом:

Не использовать при внутреннем утеплении жилых помещений и помещений с постоянным пребыванием персонала.
Не использовать в системах утепления с вентиляционным зазором.
При наружном «мокром» способе утепления выполнять работы в соответствии с технологией производителя материала.
Утепление перекрытий выполнять со стороны нежилых помещений, не утеплять пенополистиролом потолок балкона или лоджии.
Приобретать качественный материал у проверенного производителя или в крупной торговой сети, при покупке требовать сертификат соответствия.

Материал демонстрирует свои лучшие качества, когда его применяют для утепления подземных сооружений, холодильных установок, предотвращения пучения грунта в полотнах дорог, мостах, взлетно-посадочных полос аэродромов, везде, где нет прямого контакта с человеком.

Заключение

Полностью безопасных стройматериалов, к сожалению, еще не придумали, и все отрицательные качества пенопласта – еще не повод отказываться от его применения. Главное, использовать его правильно, там, его он проявляет свои лучшие качества.

Вреден ли пенополистирол внутри помещения. Влияние пенопласта на окружающую среду и здоровье людей

Производители рекламируют материал как:

Экологичный.
Безвредный.
Самозатухающий.
Не подверженный гниению.
Долговечный.

Когда говорят об отсутствии влияния пенопластов на природу, говорят об инертности материала, не учитывая то обстоятельство, что он не разлагается. Попав на свалку, отходы упаковок, одноразовая посуда, рассыпавшись под влиянием ультрафиолета на гранулы, будет лежать там вечно.

Вывод: пенопласты вредят природе.

Утверждают, что экструдированный пенополистирол – пеноплэкс и графитосодержащий пенополистерол – техноплекс, обладающие свойством самозатухания, менее пожароопасны, чем пенопласты, получаемые по старой технологии. Означает ли это, что материал не создаст дополнительного вреда при пожаре? Нет, при большой площади возгорания температура очага горения может быть выше температуры плавления пластика, что повлечет выделение ядовитых газов.

Вывод: пенопласт и пенополистирол опасны при пожаре.

Производители утверждают, что плесень не может жить на пенопласте, что подтверждено опытами. Да, плесень на самом материале не живет, но из-за нулевой паропроницаемости пенопласта повышенная влажность в помещении, утепленном изнутри, приводит к появлению черной плесени на материале облицовки или штукатурке. Там плесень вполне себе с удовольствием может размножаться.

Вывод: утепляя стены пенополистиролом изнутри, позаботьтесь о принудительной вентиляции.

Производители утверждают, что грызуны не питаются пенополистиролом. Да, но они оценили теплоизоляционные качества материала и, при возможности, устраивают в слое утепления теплые «зимние квартиры»

Вывод: при выполнении утепления необходима защита от грызунов.

Утверждают, что пенопласт безопасен при эксплуатации. Спорное утверждение, так как технология производства не дает 100% гарантии полимеризации исходного сырья, свежеуложенный пенополистирол будет выделять стирол. Кроме того, при температуре выше 30°С при воздушном окислении материала происходит выделение таких вредных для здоровья людей веществ, как толуол, бензол, формальдегид. Так как за 20 лет эксплуатации материал разлагается на 10–15%, со временем происходит увеличение вредных выделений.

Вывод: утеплять помещения пенопластом изнутри опасно для здоровья.

Вреден ли экструдированный пенополистирол внутри помещения. Стирол в составе пенопласта

Благодаря процессу полимеризации стирол удерживается в материале. Проблема в том, что достигнуть 100% полимеризации невозможно, максимум 97%. Соответственно, оставшиеся 3% беспрепятственно могут покинуть структуру материала.

температура;
свет, особенно ИК излучение;
кислород;
озон;
вода.

Всё вышеперечисленное делает процесс деполимеризации интенсивнее. Есть установленные нормативы допустимых доз воздействия стирола. Ученые исследовательских институтов провели замеры и обнаружили что в помещениях, утепленных пенопластом изнутри, при комнатной температуре уровень стирола в 10 раз выше допустимого. При повышении температуры до 75 градусов – превышение в 150 раз.

Нельзя перегревать незамерзающую жидкость для отопления теплый дом , так как от этого она превращается в кислоту.

О том, какую выбрать жидкость для водяного отопления читайте в этой статье .

При какой температуре пенопласт выделяет вредные вещества

С появлением интернета людям стало в разы проще искать необходимую информацию. Но порой информации настолько много, что она отличается между собой. Так и в этом случае. Мнения насчет вреда пенопласта различны.

Но большинство сходится на том, что пенопласт при достижении определенных температур начинает выделять вредные вещества. Для начала необходимо узнать о природе происхождения пенопласта.

Что такое пенополистирол?

Как ведет себя этот материал в разной окружающей среде и насколько это вредно для человеческого организма?

Пенопласт представляет собой наполненный газом материал. Изготовление происходит при нагревании нескольких гранул полистирола. До начала работ в них запускают газы.

Для разного вида пенопласта используются разные газы. Природный газ используется при изготовлении обычного пенопласта, а углекислый для пожаростойкого пенопласта. Гранулы нагреваются, а газ начинает расширяться. Из-за этого размеры гранул могут увеличиться в 20 раз.

При изготовлении рассыпчатого материала раздуванию гранул никто не мешает, и они максимально увеличиваются в размерах. Этот материал используют для наполнения мебели, упаковок и в строительных материалах. Но он очень хрупкий и не плотный.

При изготовлении твердого материала гранулы увеличивают в замкнутом пространстве, из-за чего получается очень плотный материал. Он используется для деталей утепления, создания панелей, плинтусов, коробок для продажи техники и множество других применений.

Какой температуры должен достигнуть пенопласт, чтобы начали выделяться вредные вещества?

Существует два порога разложения пенополистирола — +40°C и -40°С.

Какой вред оказывает пенопласт?

В агрегатном состоянии из него ничего не выделяется, и он отлично выполняет свою роль. При возгорании и сильном нагревании наблюдается выделение стирола, который может оказать очень пагубное влияние.

Какой вред наносит пенопласт?

В обычном состоянии никакого пагубного воздействия от пенополистирола не наблюдается. Но при нагревании начинает выделяться стирол, который очень опасен.

Какое влияние оказывается на организм человека

С самого появления пенопласта на рынке, покупателей интересовал этот вопрос. Критике подвергается любой новый продукт. Мнения насчет пенопласта разделились на два несовместимых мнения. Одни за использование его в отделочных работах.

Они считают, что он не наносит вреда окружающей среде, ссылаясь при этом на многие исследования химиков. В основном все исследования заключают то, что в обычном состоянии материал никак не реагирует на воздействия окружающей среды.

Молекулы в плотном материале очень устойчиво крепятся друг к другу. Абсолютно все проведенные эксперименты заключают, что пенополистирол не выделяет вредных веществ в обычном состоянии.

Те, кто против использования материала в отделочных работах, утверждают, что при нагревании с материала начинает выделяться вредный стирол. Нагревание такого рода считается экстремальным и стоит отметить, каждую неделю не случается. При возгорании этот материал начнет разлагаться и выделять множество вредных веществ, среди которых главный — стирол.

Источник: https://interer-i-dekor.ru-land.com/stati/mozhno-li-ispolzovat-ekstrudirovannyy-penopolistirol-vnutri-pomeshcheniya-vreden-li

Вреден ли для здоровья экструдированный пенополистирол внутри помещения

Утеплить помещения внутри это выгодно экономически. Затраты на обогрев дома сокращаются на 30%. Однако проведенные тесты показывают, что внутреннее утепление дома не безопасно.

Содержание стирола

Экструдированный полистирол — строительный материал, который применяют для утепления домов. Пенопласт получают химическим способом. В состав материала входят вредные для здоровья вещества.

Один из элементов экструдированного утеплителя — стирол. Это токсичная, бесцветная жидкость, которую применяют для изготовления экструдированного и обычного пенопласта. Вещество через органы дыхания попадает внутрь человека и приводит к заболеванию крови, дыхательных путей, центральной нервной системы.

Процесс полимеризации, с помощью которого пенопласт превращается в плотный материал, не может удерживать все 100% стирола. Часть 3 — 5% вещества испаряется и поглощается человеком.

На процесс распада влияют:

температура воздуха;
взаимодействие с кислородом;
повышенная влажность;
прямой солнечный цвет.

Важно. По данным ученых, опыты показали, что в закрытых помещения при комнатной температуре содержание токсичного вещества превышает допустимые нормы в 10 раз, а если температура подымается выше 70 С уровень выше в 100 раз.

Высокая пароизоляция материала

Экструдированный утеплитель материал который плохо дышит, пароизоляция у него в 10 раз выше чем у обыкновенного пенопласта. Утепление квартиры полистиролом приводит к повышенной влажности, по принципу термоса.

Плохая вентиляция становится причиной образования плесени. Для грибка повышенная влажность идеальная среда существования. Споры плесени быстро размножаются и через короткое время зелено-черные пятна появляются на стенах.

Плесень на стене приводит не только к разрушению материала, но и вредна для здоровья.

Воздушным способом споры попадают в организм человека и вызывают заболевания:

дыхательных путей;
астме;
пищеварительной системы.

Особый вред грибок может нанести неокрепшему детскому организму. Поэтому помещения, утепленные экструдированным пенопластом, оборудуют системой вентиляции.

Важно. Если в доме нет вытяжки, помещение регулярно проветривают. Чтобы обеспечить приток свежего воздуха и снизить концентрацию вредных веществ.

Пожароопасность

Экструдированный пенопласт горит при температуре 220 С. Если температура ниже, пенопласт плавится. Во время плавления выделяется ядовитый дым в состав которого входят токсичные вещества: бензол и стирол.

Три вздоха которого способны убить человека. Примеры пожаров в зданиях, утепленных внутри полистиролом показывают, что люди погибли не от огня, а от угарного газа, который образуется во время плавления материала.

Самый известный несчастный случай — это пожар в ночном клубе Хромая Лошадь. В результате которого погибли 156 человек. Люди выбегали на улицу и теряли сознание от угарного газа.

При возгорании помещения утепленного полипропиленом существует опасность:

отравления угарным газом;
выделения ядовитых веществ;
утеплитель способствует распространению пламени.

Важно. Даже минимальное количество угарного газа приводит к летальным последствиям.

При всех экономических выгодах, утепление квартиры изнутри вредно для здоровья человека. Токсичные вещества приводят к серьёзным последствиям. Поэтому утеплять дом или квартиру полипропиленом рекомендуют только снаружи.

Полистирол вреден ли для здоровья. Вред негорючего пенопласта: мифы и факты, мнения экспертов

Знаете чем отличаются маленькие дети от подростков? Спрашиваете, как это связано с вопросом: вреден ли пенопласт для здоровья? Сейчас все поймете. Дело в том, что маленькие дети воспринимают все только как «черное» и «белое». Для них что-то или хорошо или плохо. Есть только два варианта. Подростки, же умеют отличать градации. Как вы, наверное, уже поняли вред пенополистирола и его пагубные свойства — неоднозначный вопрос. И все же, есть несколько важных моментов, которые нужно учесть, размышляя, использовать этот материал во время строительства или нет. Давайте рассмотрим принципы производства пенопласта, области его использования и особенности монтажа, а уже после, сделаем собственные выводы.

Как рождается «белый» утеплитель

Итак, пенопласт это, по своей сути, вспененный полистирол. Слово «стирол» в составе уже настораживает, но об этом чуть позже. Для производства утеплителя используют, среди прочего, пентан и метиленхлорид. Это высокотемпературные жидкости, которые нужны для вспенивания полистирола.

В результате вспенивания образуется большое количество пор или шариков. Для превращения их в твердые вещества требуется провести процесс полимеризации. Это процесс проводится с участием токсичных веществ. Кстати, вот здесь и вступает в действие упомянутый выше, небезызвестный стирол.

Полимеризация — простым языком, склеивание молекул, в результате которого образуются высокомолекулярные, твердые вещества.

Ясно, что полимеризация это реакция нескольких химических вещества. И вместе с тем ясно, что ни одна реакция никогда не проходит на 100%. Это может быть 95%-96% или даже 99,9%. Но, всегда остается какая-то часть вещества, которая не вступила в реакцию. В нашем случае осталась высокотоксичным веществом.

Итак, подведем итог: по свой сути, пенопласт изготавливается из опасных веществ. Однако, если при изготовлении соблюдены все стандарты, этот материал соответствует отечественным, и даже международным нормам строительной гигиены. Об относительной безвредности этого материала может говорить также то, что он используется не только как утеплитель. Из известного, «белого» материала, изготавливают подложки для разных товаров, в том числе и продуктов, одноразовую посуду, а в некоторых местах существует целые пенопластовые дома.

Пенопласт использует не только в строительстве, но и, например, в пищевой промышленности.

Что вреднее пенопласт или пенополистирол. Что такое пенопласт или пенополистирол?

Для начала нужно понять, что из себя представляет пенополистирол, как он ведет себя при различных воздействиях. И понять представляет ли пенополистирол вред для здоровья?

Пенополистирол — это газонаполненный материал. Они изготавливается при паровом нагреве гранул полистирола. Предварительно эти гранулы заполняются газом. Газ применяется разный: в обычном пенополистироле используется природный газ, в пожаростойком пенопласте – углекислый газ. При нагреве газ расширяется, а гранулы многократно увеличиваются в размере (в 15 – 30 раз от исходного).

Если расширение гранул ничто не сдерживает, то получается рассыпчатый материал, который используют в наполнении бескаркасной мебели, упаковке, строительстве. Для получения твердых форм пенополаста, вспенивание осуществляется в замкнутой форме нужной конфигурации. Так получают плоские листы утеплителя, рельефные декоративные изделия, короба для упаковки бытовой техники и многое другое.

Полученный в результате материал обладает рядом очень выгодных качеств:

высокая теплоизоляция;
высокая долговечность;
низкое водопоглощение;
низкое паропоглощение;
биологическая устойчивость;
непривлекательность для грызунов и паразитов.

Пенополаст недорогой, очень легкий, практически не впитывающий влагу материал с низкой теплопроводностью. Он устойчив к гниению и биозаражению, долговечен, может принимать любую форму и быть упругим, но достаточно твердым, чтобы держать форму.

Благодаря этому пенополистирол получил широчайшее применение во многих областях:

В амуниции для безопасности (как военной, так и гражданской). В шлемах, наколенниках, налокотниках пенополистирол используется как амортизирующий материал и утеплитель.
Для производства одноразовой посуды. Широкое применение получили контейнеры для горячей пищи, стаканчики для напитков.
В качестве упаковочного материала. Пенополистирол хорошо сохраняет хрупкие предметы при перевозке. Может использоваться и в виде россыпи, и в виде прессованных форм нужного профиля.
Для изготовления детских игрушек и товаров для детской безопасности.
Для бескаркасной мебели (пуфы, кресла – мешки).
При изготовлении заготовок для рукоделия и творчества.
Для изготовления декоративных элементов интерьера и украшения сада (фальшивые камни, садовые фигуры)
В некоторых странах (Япония, Финляндия, Норвегия, Канада, США) пенополистирол используют в дорожных работах для защиты грунта от промерзания, уменьшения вертикальной нагрузки на склонные к проседанию грунты, создания искусственных неровностей и т. д. В России пенополистирол с этой целью не используется.
Для отделки внутренней и внешней. Из пенополистирола изготавливают различные декоративные элементы фасадов, потолочную плитку, имитацию лепнины и многое другое.
При изготовлении пенополистирольных, бетоно — пенополистирольных блоков для возведения стен в малоэтажном строительстве.
Для изготовления различных теплоизолирующих, звукоизолирующих материалов.

Вреден ли пенополистирол экструдированный для людей

Предлагаем разобраться, вреден ли экструдированный пенополистирол для здоровья человека? Для этого разобьем состав материала на составляющие и рассмотрим основной из опасных компонентов – стирол.

Стирол – 0,05%. Это показатель в десятки раз меньше допустимого санитарными нормами для жилых помещений в РФ. При этом ПДК стирола в странах ЕС находится на уровне 0,002 мг/м.куб. Но, не стоит забывать, что стирол имеет свойство накапливаться в организме. Он демонстрирует кумулятивный эффект (концентрация за 20 лет увеличивается в 600 раз). А выделяется стирол уже при температуре 25°С.

Вред пенополистирола при воздействии на него высоких температур – ещё один важный аспект. В этом случае выделяются токсичные вещества: пары стирола, бензола, оксида углерода, двуокись углерода и сажа. При этом температура горения стирола – 1100°С. При этой температуре плавится даже металл, что проводит к разрушению здания.

Время, еще один показатель. Период разложения пенополистирола составляет больше столетия. За время интенсивной эксплуатации (20-25 лет), его вред для здоровья увеличивается. Ведь за это время выделяется около 60% разложившегося стирола.

Кислород, при взаимодействии с которым образуется формальдегид и бензальдегид.

Почему вреден стирол?

фенилэтилен (стирол) накапливается в печени и не выводится из организма;

пагубно влияет на работу сердца;

воздействие стирола критично для беременных женщин, в частности для плода;

влечет за собой раздражение слизистых, дыхательных путей.

Вреден ли полистирол в подушках. Какие наполнители вредны для подушек?

Ассортимент современных магазинов, реализующих домашний текстиль, в том числе и подушки , невероятно широк. Практически вся продукция выглядит наилучшим образом, вызывает интуитивное доверие и завоёвывает симпатии покупателей. Тем не менее нельзя забывать о том, что она может включать в себя не только качественные изделия, но и вредные подушки, способные оказать пагубное влияние на состояние человеческого организма. Чтобы сделать правильный выбор и отдать предпочтение товарам, которые не станут причиной появления дискомфортных ощущений, необходимо тщательным образом изучить свойства каждого наполнителя и соотнести их с индивидуальными особенностями здоровья будущих владельцев.

Подушки, представляющие опасность

Этот перечень открывают вредные подушки, наполнитель которых состоит из ваты. Упомянутый натуральный материал является самым дешёвым в своей категории. Нет ничего удивительного в том, что ватные изделия никак нельзя назвать безопасными, высококачественными и долговечными. Несмотря на то, что они не могут стать причиной возникновения аллергических реакций, необходимо помнить о риске появления в вате паразитических грибов.

Нежелательно приобретать дешевые вредные подушки, наполненные перьями или пухом, низкой очистки. Эти материалы представляют собой чрезвычайно благоприятную среду для обитания и активного размножения многих болезнетворных микроорганизмов, к числу которых относятся и пылевые клещи. Кроме того, эксплуатация таких изделий предполагает наличие некоторых трудностей: пуховые и перьевые подушки нельзя подвергать обычной стирке, но необходимо регулярно проводить специализированную чистку.
Для того, чтобы успешно избегать появления неприятных последствий, следует отдавать предпочтение индивидуальному подходу к выбору подушек. Если необходимо обустроить интерьер квартиры, в которой проживают астматики или аллергики, обязательно нужно учесть эту особенность. В частности, несмотря на обладание множеством полезных свойств, подушка, наполнитель которой состоит из натуральных шерстяных волокон, может стать причиной возникновения у таких людей болезненных реакций.
Абсолютно безвредные наполнители
Многие склонны полагать, что наибольшую опасность для человеческого организма представляют синтетические материалы. Этот стереотип готов опровергнуть комфорель, представляющий собой волокно в форме миниатюрных шариков. Подушки с таким наполнителем не причиняют дискомфорта аллергикам, а также не могут стать местом обитания болезнетворных организмов.
Безопасными по праву могут считаться и диванные подушки , изготовленные с использованием полиэфира. Этот наполнитель – одно из самых последних достижений специалистов, занимающихся созданием синтетических материалов. Пустотелое волокно известно гипоаллергенными свойствами и удобством ежедневной эксплуатации созданных из него предметов домашнего интерьера.
Упругие силиконовые подушки также представляют собой вариант удачного выбора. Такой материал не может стать причиной возникновения аллергических реакций. Ортопедические свойства наполнителя оказывают неоценимую помощь людям, страдающим от остеохондроза и частых мигреней. Дополнительным преимуществом силиконизированного волокна можно назвать отсутствие какого-либо запаха.
Не секрет, что многие красивые подушки , изысканно дополняющие утончённый интерьер, наполняются натуральным шёлком. Одним из самых главных достоинств этого материала, известного высоким качеством, является гипоаллергенность. Кроме того, белок серицин, входящий в состав шёлка, позволяет владельцам таких изделий не беспокоиться о возможности появления пылевых клещей.
Потенциальная токсичность микропластических частиц полистирола
Реферат
Загрязнение окружающей среды пластиковыми отходами является серьезной глобальной проблемой. Пластиковые макрочастицы, микрочастицы и наночастицы могут повлиять на морские экосистемы и здоровье человека. Принято считать, что микропластические частицы не вредны или, в лучшем случае, минимальны для здоровья человека. Однако прямой контакт с микропластичными частицами может иметь отрицательные последствия на клеточном уровне.Частицы первичного полистирола (ПС) были в центре внимания этого исследования, и мы исследовали потенциальное влияние этих микропластиков на здоровье человека на клеточном уровне. Мы определили, что частицы PS являются потенциальными иммуностимуляторами, которые индуцируют продукцию цитокинов и хемокинов в зависимости от размера и концентрации.
Условия темы: Культура клеток, мониторинг окружающей среды, супрамолекулярные полимеры
Введение
Частицы микропластов можно разделить на две категории: первичные и вторичные.Пластиковые частицы диаметром менее 5 мм считаются микропластиками ^¹. Хотя местные и национальные правительства в Северной Америке в 2015 году приняли меры по регулированию производства микрогранул, микропластические частицы по-прежнему производятся в других частях мира ^². Первичные микропластические частицы намеренно производятся на микромасштабах и являются ключевыми ингредиентами скрабов ^³, мыла для мытья рук ^⁴, очищающих средств ^⁵, зубных паст ^⁶ и биомедицинских продуктов ^⁷.Первичные микропластические частицы, особенно частицы диаметром от 1 до 5 мкм, имеют сферическую форму и часто изготавливаются из полипропилена (PP), полистирола (PS) или полиэтилена (PE).
В отличие от первичных микропластических частиц, вторичные микропластические частицы образуются в результате фрагментации пластикового мусора ^{⁸ — ¹⁰}. Пластиковый мусор является основным источником вторичных микропластических частиц, обнаруживаемых в океане и почве, потому что мусор распадается на мезочастицы и макрочастицы.Ультрафиолетовое (УФ) излучение солнца и физические силы разлагают эти частицы на пластиковые микрочастицы и наночастицы ^{¹¹, ¹²}. В недавнем исследовании изучали фрагментацию крышек кофейных чашек, одноразовых тарелок и пенополистирола, облученных моделированным УФ-светом, для определения механизма разложения. ^¹³.
Морепродукты также являются потенциальным источником твердых частиц пластмассы ^{¹⁴ — ¹⁸}.Антропогенный мусор, включая пластиковые частицы и волокна, был обнаружен более чем в 20% отдельных моллюсков и желудочно-кишечных трактах (ЖКТ) рыб в исследовании 2015 года ^¹⁹. Проглатывание микропластика рыбой и моллюсками было продемонстрировано в нескольких исследованиях ^{¹⁶, ¹⁸, ²⁰}.
Продукты питания, контейнеры для пищевых продуктов, предметы повседневного обихода (средства личной гигиены), биомедицинские продукты и питьевая вода не являются основными источниками твердых частиц пластика.Однако они могут быть непрерывными источниками пластиковых частиц ^{²¹ — ²⁴}. Например, в одном исследовании были обнаружены фрагменты микропластика во всех типах многоразовых и одноразовых пластиковых бутылок ^²⁴. Другие примеры включают скрабы для лица, которые обычно используются для отшелушивания. По оценкам, 1,1 миллиона женщин в Великобритании используют эти скрабы каждый день. Типичное количество для ежедневного использования составляет 5 мл, что содержит от 4594 до 94 500 микропластических частиц ^{⁴, ⁵}.Кроме того, три из четырех отшелушивающих средств для тела содержат микропластик. Эти первичные пластиковые частицы могут попасть в канализацию ^⁴, и только 25% из них отфильтровываются из водоочистных сооружений ^{⁴, ²⁵}. Поэтому прямой контакт с микропластическими частицами в повседневных товарах представляет собой потенциально серьезную проблему. Согласно одному исследованию, частицы полистирола из лабораторий могут быть источником первичных загрязнителей в виде твердых частиц из пластика ^²⁶.В этом исследовании мы сосредоточились на наночастицах и микрочастицах ПС, обнаруженных в окружающей среде. В зависимости от их размера, формы и химического состава функциональных групп, проглоченные микропластические частицы могут вызывать различные проблемы. Частицы микропластов не могут перевариваться, поэтому агрегаты, содержащие биомолекулы и микропластики или нанопластики, могут вызвать нарушение моторики или непроходимость желудочно-кишечного тракта. Хорошо известно, что размер является важным параметром цитотоксичности in vitro ^{²⁷, ²⁸}.В недавнем исследовании 30-нм частицы COOH-PS в морской воде агрегировались менее чем за 30 минут ^²⁸. Гидродинамический диаметр нанопластических частиц увеличивается с увеличением концентрации NaCl. Гидродинамический диаметр наночастиц (НЧ) ПС составляет ~ 100 нм при низкой ионной силе NaCl (1–50 мМ). Однако было обнаружено, что НЧ ПС агрегируют, когда концентрация NaCl выше ^²⁹. Таким образом, ожидается, что НП PS легко агрегировать в морской воде.Их взаимодействие с различными примесями может нанести вред водным животным и вызвать побочные эффекты у людей. Абсорбированные микропластики и нанопластики диаметром менее 1,5 мкм могут напрямую повредить клетки. НЧ были недавно получены через деградации микропластиков PS через 56 дней просто путем облучения их УФ-светом, что в три раза быстрее, чем разложение без УФ-излучения. ^¹³. Эти данные предполагают, что простые химические силы могут генерировать наноразмерные частицы из частиц PS и приводить к прямому повреждению клеток.В нескольких исследованиях сообщалось, что микропластик диаметром <1,5 мкм может проникать в ткани и приводить к накоплению микропластика ^{⁶, ³⁰, ³¹}. Считается, что от 1% до 4% частиц PS в кишечнике мигрируют в кровоток. Транслокация наночастиц считается очень низкой, и наиболее вероятными местами накопления являются пятна Пейера в тонкой кишке ^³². Однако возможно, что попадание нанопластика в кровоток после приема внутрь может привести к локальному воспалению или вызвать аллергические реакции в тканях ^{²⁹, ³³ — ³⁵}.Агрегация микропластиков и нанопластиков с биомолекулами и химическими веществами часто оказывает токсическое действие. В соответствии с руководящими принципами Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) воздействие мономеров стирола на человека должно быть ограничено средневзвешенным по времени значением (TWA) 20 ppm (85 мг / м ³) с пределом кратковременного воздействия ( СТЭЛ) 40 частей на миллион (170 мг / м ³) ^³⁶. Химические вещества, используемые для синтеза частиц PS, такие как монофункциональные пероксиды, также могут вызывать токсичность.Инициаторы, такие как перекись бензоила и азобисизобутиронитрил, используются для сокращения времени полимеризации. Другие химические вещества, используемые для синтеза PS, включают катализаторы, такие как цеолиты и оксиды железа (III); эмульгаторы; и стабилизаторы, такие как бис (2,2,6,6-тетраметилпиперидин-4-ил) декандиоат. Эти химические вещества встречаются во всем мире и считаются загрязнителями окружающей среды. Они накапливаются в пищевой цепи, преимущественно в жировых тканях животных. Большинство потребляемых людьми микропластиков и нанопластиков содержится в продуктах питания, пищевых контейнерах и воде ^{¹⁸, ¹⁹, ³¹}.Повседневные продукты и загрязненная почва также могут быть источниками первичных микропластиков, и их попадание в организм человека может вызвать проблемы со здоровьем ^{⁴, ³⁷}. В среднем человек поглощает около 11000 микропластических и нанопластических частиц ежегодно, потребляя морепродукты, такие как устрицы, крабы и рыба ^{¹⁸, ³⁸}. Пластиковые бутылки многоразового и одноразового использования могут содержать до 15 макрочастиц или наночастиц на литр ^²⁴.В питьевой воде были обнаружены микрочастицы размером от 1 до 500 мкм. Пятьдесят процентов микропластиков и нанопластиков имеют диаметр менее 1,5 мкм. Эти частицы обнаруживаются в волокнах, фрагментах и сферических пенопластах ^{²⁴, ³⁹, ⁴⁰}, что указывает на то, что сферические микропластики и нанопластики пенопласта могут быть первичными пластиковыми частицами. Также было высказано предположение, что микрочастицы полистирола составляют менее 10% пластиковых частиц в неочищенной воде и отложениях ^³⁹.Следовательно, мониторинг первичных частиц PS может выявить происхождение этих загрязнителей.
Полистирол — бесцветный прозрачный полимер, состоящий из мономеров стирола, с удельным весом 1,04–1,07 г / см. ³. PS растворим в органических растворителях, таких как кетоны, сложные эфиры и ароматические углеводороды. Он устойчив к кислотам, щелочам, солям, минеральным маслам, органическим кислотам и спиртам ^⁴¹. Как твердый и прочный пластик, PS часто используется для производства прозрачных продуктов, таких как упаковка для пищевых продуктов и лабораторная посуда.Легкий пенополистирол обеспечивает отличную теплоизоляцию для многих областей применения, таких как кровля, стены зданий, холодильники и морозильники.
В этом исследовании мы сосредоточили внимание на потенциальном воздействии первичных частиц полистирола на здоровье человека на основе размера и концентрации частиц, а не воздействия отдельных химических веществ. Мы оценили потенциал первичных частиц PS вызывать токсичность на клеточном уровне. Хотя многие организации и исследовательские группы исследовали влияние первичных микрочастиц и наночастиц PS на морские экосистемы ^{⁴² — ⁴⁴}, неясно, какое влияние первичные частицы PS оказывают на людей.Сферические первичные частицы PS используются для широкого спектра биомедицинских приложений, которые напрямую влияют на людей, таких как доставка лекарств ^⁴⁵, визуализация ^{⁷, ⁴⁶} и лабораторное оборудование. Таким образом, изучение связи между первичными частицами PS и потенциальными рисками для здоровья человека важно для понимания токсичности частиц PS. В этом исследовании мы оценили способность первичных микрочастиц и наночастиц PS вызывать токсичность у людей на основе размера и концентрации и исследовали, опосредуют ли частицы PS иммунные ответы и аллергические реакции.
Результаты и обсуждение
Мы выдвинули гипотезу, что люди могут отравлять частицы полистирола из повседневных продуктов, продуктов питания, биомедицинских продуктов, пищевых контейнеров и питьевой воды ^{²⁴, ³⁸}. Мы протестировали шесть различных размеров частиц PS с использованием дермальных фибробластов человека (HDF), мононуклеарных клеток периферической крови (PBMC) и линии тучных клеток человека (HMC-1), чтобы определить их цитотоксический потенциал (рис.).
Иллюстрация путей поглощения частиц PS трех клеточных линий.Попадание в организм человека частиц PS из средств личной гигиены может происходить через абсорбцию через кожу. Поступление также может происходить через попадание частиц PS в пищу, пищевые контейнеры, питьевую воду или биомедицинские продукты. Мы оценили способность первичных микрочастиц и наночастиц PS вызывать токсичность для человека на основе размера и концентрации частиц в клетках человека.
Характеристика частиц ПС
Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), были использованы для изучения морфологии отдельных частиц ПС, покрытых платиной (рис.) в совокупности. Более мелкие частицы были более склонны к агрегированию из-за ван-дер-ваальсовых взаимодействий с Na ⁺ или Ca ²⁺ в буфере. Дзета-потенциал частиц ПК с длиной волны 460 нм составлял -2,2 ± 0,1 мВ (рис.), В то время как дзета-потенциалы других частиц ПК были ближе к нулю. Образование агрегатов наночастиц ПС можно объяснить теорией Дерягина-Ландау-Вервея-Овербека (DLVO). Согласно теории DLVO, мелкие частицы несут меньший заряд, чем большие частицы при pH 7.Силы отталкивания двойного электрического слоя (EDL) между небольшими частицами при данной ионной силе, таким образом, меньше ^⁴⁷. Частицы PS с небольшими отрицательными зарядами имели тенденцию приближаться друг к другу, поскольку ионная сила NaCl увеличивалась до 137 мМ в буфере PBS. Кроме того, все частицы ПК были однородными по размеру (рис.).
СЭМ-изображения и дзета-потенциалы частиц ПК. ( A ) Наночастицы PS 460 нм. ( B ) Частицы ПС 1 мкм. ( C ) Частицы ПС 3 мкм.( D ) Частицы ПС 10 мкм. ( E ) Частицы ПС 40 мкм. ( F ) Частицы PS 100 мкм (шкала = 200 нм, 1 мкм, 2 мкм, 10 мкм и 20 мкм). ( G ) Дзета-потенциалы частиц ПК.
Тесты на цитотоксичность
Мы исследовали реакцию человеческих HDF, клеток HMC-1, PBMC и других клеток на частицы PS. HDF являются преобладающими клетками в стромальной ткани, которые играют важную роль в процессе заживления ран, а также обеспечивают защитный барьер для предотвращения поглощения частиц PS.Для этого исследования были выбраны тучные клетки человека, поскольку они проявляли многие ключевые характеристики тучных клеток тканей. Они включали экспрессию гистамина, триптазы и гепарина, что могло указывать на тесную связь между микрочастицами PS, иммунной системой человека и гиперчувствительностью ^⁴⁸. Поведение изолированных PBMC, такое как экспрессия цитокинов, может предоставить уникальную информацию об иммунном ответе человека на частицы PS в организме. Во время обработки клетки были полностью покрыты частицами PS (1 мг / мл).Отсутствие токсичности HDF может указывать на то, что первичные частицы PS менее повреждают органы и кожу. Ни одна из частиц PS не вызывала значительной цитотоксичности в клетках HDF или PBMC (рис.) При концентрациях до 500 мкг / мл. Мы также включили в план эксперимента концентрацию PS выше 500 мкг / мл. Жизнеспособность клеток HDF, обработанных 3 мкм частицами PS в концентрации 1000 мкг / мл, снизилась на 40% (** p <0,001), в то время как жизнеспособность PBMC не снизилась.Профили жизнеспособности клеток против PBMC показаны на рис. Можно сделать вывод, что частицы PS не являются цитотоксичными для HDF и PBMC в обычном состоянии, но могут вызывать повреждение кожи в условиях экстремально высокой концентрации.
Цитотоксичность частиц PS. ( A ) Наночастицы PS 460 нм на HDF. ( B ) Частицы ПС 1 мкм на HDF. ( C ) Частицы ПС 3 мкм на HDF. ( D ) Частицы ПС 10 мкм на HDF. ( E ) Частицы ПС 40 мкм на HDF.( F ) Частицы ПС 100 мкм на HDF. ( G ) Наночастицы PS 460 нм на PBMC. (H ) 3 мкм частицы PS на PBMC. ( I ) Частицы PS 10 мкм на PBMC.
Было оценено поступление частиц ФС с пищей, продуктами повседневного потребления и биомедицинскими продуктами. Согласно таблице данных Sigma, средний вес частицы PS 3 мкм составлял 1,5 × 10 ^-8 мг. Основываясь на отчетных данных, мы рассчитали максимальное потребление 11 000 пластиковых частиц на человека в год с пищей.Люди потенциально могут потреблять до 325 пластиковых частиц на литр питьевой воды. Исходя из рекомендации выпивать два литра воды в день, человек может потреблять до 237 250 пластиковых частиц в год. Таким образом, можно ожидать максимального годового поступления 248 250 пластиковых частиц, включая пластиковые частицы, из питьевой воды. 3 мкм. Мы рассчитали годовое поступление частиц ПС, предполагая, что удельный вес, размер и форма пластиковых частиц менялись.Максимальное годовое потребление на человека может превышать 133 мг / год, если пластиковые частицы имеют диаметр более 100 мкм (более пластиковых частиц размером 100 мкм представляет собой увеличение объема на 33 ³ по сравнению с частицами 3 мкм, тогда как удельный вес составляет 1,04 –1,07 г / см ³). Максимальное поступление частиц PS из средств личной гигиены или биомедицинских продуктов на основе объема продукта 5 мл колебалось от 4594 до 94 500 частиц в день ^{⁴, ⁵², ⁵³}.Основываясь на этом диапазоне, мы подсчитали, что ежегодно используется до 35 × 10 ⁶ первичных пластиковых частиц. Если предположить, что размер частиц составляет <3 мкм или> 100 мкм, это было эквивалентно потреблению первичных пластиковых частиц в размере 0,5–18 860 мг на человека только при чистке. Таким образом, мы увеличили расчетное количество общего воздействия первичных пластиковых частиц на человека до 0–19000 мг / год ^-1 л ^-1. Сообщается, что менее 10% пластиковых отходов состоит из частиц полистирола ^³⁹.Мы рассчитали среднее потребление отдельных частиц PS 0–19 мг и ^–1 л ^–1, или 0–19 мкг / мл, с размером частиц от нанометров до микрометров. Мы предположили, что частицы PS наносили на заданную область с максимальной концентрацией в течение определенного времени для отслеживания биологической реакции.
Конфокальная визуализация
Механизм клеточного поглощения зависит от размера и поверхностного заряда частиц. Поглощение частиц размером менее 700 нм происходит посредством опосредованного рецептором эндоцитоза ^⁵⁴, тогда как более крупные частицы захватываются посредством фагоцитоза ^⁵⁵.Сообщалось, что полистирольные наносферы с концевым NH ₂ являются высокотоксичными для макрофагов RAW 264.7, эпителиальных клеток и клеток эндотелиальной гепатомы микрососудов человека ^⁵⁶. Это было связано с отложением частиц в цитозоле, которое вызвало увеличение митохондриального захвата Ca ²⁺ и гибель клеток. Отрицательно заряженные полимерные наночастицы диаметром менее 500 нм имеют тенденцию эффективно накапливаться в опухолях мышей ^⁵⁷.На основании этих результатов для нашего исследования были выбраны частицы PS-FITC с размером 460 нм. Микрочастицы PS могут быть преобразованы в наночастицы ^¹³, поэтому мы думали, что результаты этих исследований будут полезны для понимания токсичности частиц PS. Мы также протестировали, чтобы определить, вызывают ли частицы PS 460 нм другой биологический ответ. Наночастицы PS, меченные 460 нм FITC, позволили нам определить расположение частиц в клетках после эндоцитоза (рис.). Частицы PS-FITC в основном располагались в цитоплазме фагоцитарных клеток, таких как нейтрофилы и макрофаги, тогда как фагоцитоз лимфоцитоподобными клетками не был указан (рис.) На изображениях Z-сечения ^⁵⁷. Подобно нашему наблюдению в PBMC, частицы PS-FITC в клетках HDF в основном располагались в цитоплазме, что указывало на успешное поглощение частиц (рис.).
Конфокальные изображения частиц ПК в клетках. ( A ) Флуоресцентные изображения 460 нм наночастиц PS-FITC в PBMC после окрашивания DAPI (масштабная полоса = 10 мкм).Справа: изображения в Z-сечении. ( B ) Флуоресцентные изображения 460 нм наночастиц PS-FITC, захваченных HDF, собранных после окрашивания DAPI (масштабная полоса = 50 мкм). Справа: изображения в Z-сечении.
Тест на гемолиз
Тест на гемолиз in vivo был проведен для оценки совместимости частиц PS с кровью, что позволило нам идентифицировать тяжелые острые токсические реакции в эритроцитах. ^⁵⁸. Гемоглобин представляет собой железосодержащий металлопротеин, переносящий кислород, который играет важную роль в транспортировке кислорода от легких к клеткам и тканям ^⁵⁹.Хорошая корреляция между в анализах гемолиза — vitro и в — vivo токсичности была продемонстрирована в нескольких исследованиях ^{⁶⁰, ⁶¹}. Результаты этих исследований показывают, что полимеры обычно вредны для клеток, хотя степень токсичности зависит от концентрации, времени воздействия и катионной природы полимеров. Микропластические частицы диаметром менее 5 мкм оказывают гемолитическое действие на эритроциты из-за их поверхностных зарядов и агрегации в высокосолевом буфере (* p <0.03, рис.). Агрегаты пластиковых частиц и биомолекул выделяют химические вещества, которые также обладают цитотоксическим действием ^{⁶² — ⁶⁵}. Мы исследовали гемолиз эритроцитов при прямом контакте с частицами ФС различной концентрации и размера. Частицы ПС диаметром более 10 мкм не могут проникать в кровеносные сосуды. Однако наблюдаемые гемолитические эффекты указывают на то, что прямой контакт приводит к цитотоксичности. Частицы PS диаметром менее 5 мкм обладали гемолитическим эффектом примерно на 4% по сравнению с контролем.Это означало, что более мелкие частицы имели более сильную тенденцию к агрегированию из-за размера, а высокая концентрация оказывала влияние на гемолиз эритроцитов. Индукция гемолиза зависела только от размера, а не от концентрации. Частицы PS, меньшие, чем эритроциты, которые имели средний диаметр 6-8 мкм, были более цитотоксичными при каждой концентрации из-за их большой площади поверхности. Напротив, крупные частицы PS не оказывали гемолитического действия на эритроциты (рис.). Хотя индекс гемолиза, показанный в этом исследовании, не был очевидным ^⁶⁶, гемолиз был связан с размером частиц в отрицательной корреляции.Таким образом, гемолитический неблагоприятный эффект in vivo наночастиц требует дальнейшего изучения, особенно для малых наночастиц.
Гемолиз эритроцитов после контакта с частицами PS. ( A ) Наночастицы PS 460 нм. ( B ) Частицы ПС 1 мкм. ( C ) Частицы ПС 3 мкм. ( D ) Частицы ПС 10 мкм. ( E ) Частицы ПС 40 мкм. ( F ) Частицы ПС 100 мкм. 5% tx-100 служил положительным контролем. Cntl указывает на отсутствие лечения.Поглощение измеряли при 540 нм.
Профили цитокинов
Риски проглатывания микропластов в тестах на животных зависят от степени воздействия и размера пораженной области ^¹⁶. Перемещение, перераспределение и удержание — основные проблемы. ^{⁶⁷, ⁶⁸}. Как и в случае с пыльцой и пылью, прямой контакт с частицами пластика может вызвать первичные защитные механизмы организма для выброса, такие как слезотечение, выделение мокроты, чихание и кашель ^⁶⁹.Микрочастицы в тонком кишечнике в результате всасывания через кожу и клетки переносились в другие ткани тела через кровеносные сосуды в тестах на животных, где задействовались клеточно-опосредованные защитные механизмы ^⁶⁷. В таких случаях пластиковые микрочастицы могут быть обнаружены в просвете кровеносных и лимфатических сосудов в течение минут ^{⁷⁰, ⁷¹}. Поглощение более мелких пластиковых наночастиц и микрочастиц в пищеварительном тракте происходит через пиноцитоз и везикулярный фагоцитоз фагоцитами ^{⁷² — ⁷⁴}.Эти процессы зависят от размера частиц. Результаты нескольких исследований показывают, что пластиковые микросферы диаметром 50–100 нм легче абсорбируются через пейеровы бляшки и ворсинки в кишечнике, чем частицы с большим диаметром 300–3000 нм ^⁷⁵, и что заряд поверхности и гидрофильность увеличиваются. аффинность поглощения ^{⁷⁶ — ⁷⁸}.
В этом исследовании мы оценили профили высвобождения цитокинов иммунными клетками, чтобы определить, может ли воспаление быть вызвано лечением частицами PS.Мы также исследовали, происходит ли высвобождение цитокинов в зависимости от размера или концентрации. Интерлейкин 2 (ИЛ-2) — один из наиболее распространенных цитокинов, который участвует в контроле клеточной толерантности и иммунитета. IL-2 представляет собой фактор роста Т-клеток (TCGF), который был обнаружен непернатантами, полученными из митоген-стимулированных лимфоцитов периферической крови. ИЛ-2 продуцируется преимущественно активированными CD 4 ⁺ и CD 8 ⁺ Т-лимфоцитами ^⁷⁹. TNF-α служит иммунным медиатором клеточной адгезии, миграции, ангиогенеза и апоптоза.TNF-α представляет собой провоспалительный цитокин, продуцируемый клетками костного мозга, в первую очередь макрофагами, а также широкими типами клеток (лимфоцитами, тучными клетками, эндотелиальными клетками и т. Д.) После стимуляции различными агентами ^⁸⁰. Повышенная регуляция этих цитокинов является потенциальным индикатором иммунного ответа и воспаления. IL-6 действует как провоспалительный цитокин и как противовоспалительный миокин. IL-6 вырабатывается в ответ на инфекции и повреждения тканей, и он способствует защите хозяина, стимулируя острофазовый ответ ^⁸¹.IL-10 представляет собой противовоспалительный цитокин, который подавляет активность Th2-клеток, NK-клеток и макрофагов во время инфекции ^⁸².
Результаты ELISA (рис.) Показали увеличение секреции TNF-α при обработке частицами PS диаметром менее 1 мкм в концентрации 500 мкг / мл (* P <0,03) и значительное изменение секреция IL-6 обработкой частицами PS диаметром менее 10 мкм в концентрации 500 мкг / мл (* P <0,04, рис.). Однако секреция ИЛ-2 обработанными клетками и контрольными образцами не различалась (рис.). Это указывает на то, что высокая концентрация мелких частиц PS может вызвать воспаление через врожденную иммунную систему, а не через адаптивную иммунную систему. Наряду с результатом конфокальной визуализации (рис.), Мы предполагаем, что иммунные клетки способны фагоцитировать частицы PS и, возможно, распознали их как патогены. Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями, которые показали, что частицы PS диаметром менее 3 мкм ускоряют фагоцитоз за счет увеличения продукции цитокинов, включая IL-1 и IL-6.Эти цитокины секретируются макрофагами, которые связаны с врожденным иммунитетом и воспалением ^{⁸³, ⁸⁴}. IL-10 подавляет или регулирует воспалительный ответ антигенпрезентирующих клеток (APC), таких как дендритные клетки и макрофаги, и ограничивает адаптивный ответ CD4 + Т-клеток. Никакого увеличения секреции IL-10 не наблюдалось ни в одном из экспериментальных условий (рис.). Это указывает на то, что ранняя стадия воспаления запускается фагоцитозом частиц PS макрофагоподобными клетками, и что частицы PS не будут подавлять иммунный ответ.Хотя эффекты частиц PS при более низких концентрациях и эффекты более крупных частиц PS на ранней стадии воспаления были менее очевидными, частицы PS, таким образом, могли вызывать токсичность, вызывая воспаление в зависимости от размера и концентрации.
Цитокиновые профили TNF-альфа, IL-2, IL-6, IL-10 и гистамина. Секреция TNF-α, индуцированная частицами PS различного размера при концентрациях ( A ) 500 мкг / мл, ( B ) 100 мкг / мл и ( C ) 10 мкг / мл.Секреция IL-2, индуцированная частицами PS различного размера при концентрациях ( D ) 500 мкг / мл, ( E ) 100 мкг / мл и ( F ) 10 мкг / мл. Секреция IL-6, индуцированная частицами PS различного размера при концентрациях ( G ) 500 мкг / мл, ( H ) 100 мкг / мл и ( I ) 10 мкг / мл. Секреция IL-10, индуцированная частицами PS различного размера при концентрациях ( J ) 500 мкг / мл, ( K ) 100 мкг / мл и ( L ) 10 мкг / мл.( M ) Профили гистамина после обработки частицами PS 500 мкг / мл разного размера. Cntl: без лечения. ЛПС: 2,5 мкг / мл.
Профили гистамина
Анализ гистамина проводили с использованием частиц PS разного размера при высокой концентрации 500 мкг / мл, которая индуцировала секрецию IL-6 (рис.). В отличие от результатов предыдущего исследования частиц PP ^⁴⁹, частицы PS с разными размерами не вызывали различий в высвобождении гистамина по сравнению с контролем.Тучные клетки MHC-1 выполняют ключевую функцию на стыке врожденного и адаптивного иммунитета и являются первичными эффекторами гиперчувствительности немедленного типа. Сообщалось, что TNF-α, полученный из тучных клеток, играет особенно важную роль в аллергическом воспалении. В нашем исследовании обработка частицами PS не влияла на секрецию IL-2. Однако это может указывать на то, что частицы PS вызывают острое воспаление без участия гистаминов, и что они с большей вероятностью активируют врожденный иммунитет, чем адаптивный иммунитет.
Мы провели тесты с HDF и PBMC, чтобы определить, могут ли первичные частицы PS вызывать воспаление и цитотоксические эффекты у людей без посредничества гистамина. Для этого эксперимента использовались частицы ПС диаметром 0,46, 1, 3, 10, 40 и 100 мкм с аналогичными дзета-потенциалами (1-2 мВ). Результаты цитотоксичности показали, что концентрации частиц PS <500 мкг / мл не снижали жизнеспособность клеток HDF и PBMC. Однако высокая концентрация (1000 мкг / мл) вызвала цитотоксичность до 50% клеток HDF.Размер частиц PS и поверхностный заряд были важными факторами цитотоксичности. Согласно недавнему исследованию, наночастицы полистирола, меченные NH ₂, были высокотоксичны для макрофагов RAW 264.7. Подобно нашим наблюдениям, наночастицы ФС накапливались в цитоплазме и вызывали поглощение кальция в митохондриях, что приводило к гибели клеток ^⁵⁶. Человеческие макрофаги могут избирательно фагоцитировать наночастицы PS, особенно частицы PS с концевыми COOH. Линия моноцитарных клеток человека THP-1 с большей вероятностью эндоцитирует наночастицы PS с концевым NH ₂.Другое исследование показало, что частицы PS разного размера накапливаются в печени, жабрах и кишечнике рыбок данио и вызывают воспаление ^⁸⁵.
Потенциальная токсичность микропластических частиц полистирола
Реферат
Загрязнение окружающей среды пластиковыми отходами является серьезной глобальной проблемой. Пластиковые макрочастицы, микрочастицы и наночастицы могут повлиять на морские экосистемы и здоровье человека. Принято считать, что микропластические частицы не вредны или, в лучшем случае, минимальны для здоровья человека.Однако прямой контакт с микропластичными частицами может иметь отрицательные последствия на клеточном уровне. Частицы первичного полистирола (ПС) были в центре внимания этого исследования, и мы исследовали потенциальное влияние этих микропластиков на здоровье человека на клеточном уровне. Мы определили, что частицы PS являются потенциальными иммуностимуляторами, которые индуцируют продукцию цитокинов и хемокинов в зависимости от размера и концентрации.
Условия темы: Культура клеток, мониторинг окружающей среды, супрамолекулярные полимеры
Введение
Частицы микропластов можно разделить на две категории: первичные и вторичные.Пластиковые частицы диаметром менее 5 мм считаются микропластиками ^¹. Хотя местные и национальные правительства в Северной Америке в 2015 году приняли меры по регулированию производства микрогранул, микропластические частицы по-прежнему производятся в других частях мира ^². Первичные микропластические частицы намеренно производятся на микромасштабах и являются ключевыми ингредиентами скрабов ^³, мыла для мытья рук ^⁴, очищающих средств ^⁵, зубных паст ^⁶ и биомедицинских продуктов ^⁷.Первичные микропластические частицы, особенно частицы диаметром от 1 до 5 мкм, имеют сферическую форму и часто изготавливаются из полипропилена (PP), полистирола (PS) или полиэтилена (PE).
В отличие от первичных микропластических частиц, вторичные микропластические частицы образуются в результате фрагментации пластикового мусора ^{⁸ — ¹⁰}. Пластиковый мусор является основным источником вторичных микропластических частиц, обнаруживаемых в океане и почве, потому что мусор распадается на мезочастицы и макрочастицы.Ультрафиолетовое (УФ) излучение солнца и физические силы разлагают эти частицы на пластиковые микрочастицы и наночастицы ^{¹¹, ¹²}. В недавнем исследовании изучали фрагментацию крышек кофейных чашек, одноразовых тарелок и пенополистирола, облученных моделированным УФ-светом, для определения механизма разложения. ^¹³.
Морепродукты также являются потенциальным источником твердых частиц пластмассы ^{¹⁴ — ¹⁸}.Антропогенный мусор, включая пластиковые частицы и волокна, был обнаружен более чем в 20% отдельных моллюсков и желудочно-кишечных трактах (ЖКТ) рыб в исследовании 2015 года ^¹⁹. Проглатывание микропластика рыбой и моллюсками было продемонстрировано в нескольких исследованиях ^{¹⁶, ¹⁸, ²⁰}.
Продукты питания, контейнеры для пищевых продуктов, предметы повседневного обихода (средства личной гигиены), биомедицинские продукты и питьевая вода не являются основными источниками твердых частиц пластика.Однако они могут быть непрерывными источниками пластиковых частиц ^{²¹ — ²⁴}. Например, в одном исследовании были обнаружены фрагменты микропластика во всех типах многоразовых и одноразовых пластиковых бутылок ^²⁴. Другие примеры включают скрабы для лица, которые обычно используются для отшелушивания. По оценкам, 1,1 миллиона женщин в Великобритании используют эти скрабы каждый день. Типичное количество для ежедневного использования составляет 5 мл, что содержит от 4594 до 94 500 микропластических частиц ^{⁴, ⁵}.Кроме того, три из четырех отшелушивающих средств для тела содержат микропластик. Эти первичные пластиковые частицы могут попасть в канализацию ^⁴, и только 25% из них отфильтровываются из водоочистных сооружений ^{⁴, ²⁵}. Поэтому прямой контакт с микропластическими частицами в повседневных товарах представляет собой потенциально серьезную проблему. Согласно одному исследованию, частицы полистирола из лабораторий могут быть источником первичных загрязнителей в виде твердых частиц из пластика ^²⁶.В этом исследовании мы сосредоточились на наночастицах и микрочастицах ПС, обнаруженных в окружающей среде. В зависимости от их размера, формы и химического состава функциональных групп, проглоченные микропластические частицы могут вызывать различные проблемы. Частицы микропластов не могут перевариваться, поэтому агрегаты, содержащие биомолекулы и микропластики или нанопластики, могут вызвать нарушение моторики или непроходимость желудочно-кишечного тракта. Хорошо известно, что размер является важным параметром цитотоксичности in vitro ^{²⁷, ²⁸}.В недавнем исследовании 30-нм частицы COOH-PS в морской воде агрегировались менее чем за 30 минут ^²⁸. Гидродинамический диаметр нанопластических частиц увеличивается с увеличением концентрации NaCl. Гидродинамический диаметр наночастиц (НЧ) ПС составляет ~ 100 нм при низкой ионной силе NaCl (1–50 мМ). Однако было обнаружено, что НЧ ПС агрегируют, когда концентрация NaCl выше ^²⁹. Таким образом, ожидается, что НП PS легко агрегировать в морской воде.Их взаимодействие с различными примесями может нанести вред водным животным и вызвать побочные эффекты у людей. Абсорбированные микропластики и нанопластики диаметром менее 1,5 мкм могут напрямую повредить клетки. НЧ были недавно получены через деградации микропластиков PS через 56 дней просто путем облучения их УФ-светом, что в три раза быстрее, чем разложение без УФ-излучения. ^¹³. Эти данные предполагают, что простые химические силы могут генерировать наноразмерные частицы из частиц PS и приводить к прямому повреждению клеток.В нескольких исследованиях сообщалось, что микропластик диаметром <1,5 мкм может проникать в ткани и приводить к накоплению микропластика ^{⁶, ³⁰, ³¹}. Считается, что от 1% до 4% частиц PS в кишечнике мигрируют в кровоток. Транслокация наночастиц считается очень низкой, и наиболее вероятными местами накопления являются пятна Пейера в тонкой кишке ^³². Однако возможно, что попадание нанопластика в кровоток после приема внутрь может привести к локальному воспалению или вызвать аллергические реакции в тканях ^{²⁹, ³³ — ³⁵}.Агрегация микропластиков и нанопластиков с биомолекулами и химическими веществами часто оказывает токсическое действие. В соответствии с руководящими принципами Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) воздействие мономеров стирола на человека должно быть ограничено средневзвешенным по времени значением (TWA) 20 ppm (85 мг / м ³) с пределом кратковременного воздействия ( СТЭЛ) 40 частей на миллион (170 мг / м ³) ^³⁶. Химические вещества, используемые для синтеза частиц PS, такие как монофункциональные пероксиды, также могут вызывать токсичность.Инициаторы, такие как перекись бензоила и азобисизобутиронитрил, используются для сокращения времени полимеризации. Другие химические вещества, используемые для синтеза PS, включают катализаторы, такие как цеолиты и оксиды железа (III); эмульгаторы; и стабилизаторы, такие как бис (2,2,6,6-тетраметилпиперидин-4-ил) декандиоат. Эти химические вещества встречаются во всем мире и считаются загрязнителями окружающей среды. Они накапливаются в пищевой цепи, преимущественно в жировых тканях животных. Большинство потребляемых людьми микропластиков и нанопластиков содержится в продуктах питания, пищевых контейнерах и воде ^{¹⁸, ¹⁹, ³¹}.Повседневные продукты и загрязненная почва также могут быть источниками первичных микропластиков, и их попадание в организм человека может вызвать проблемы со здоровьем ^{⁴, ³⁷}. В среднем человек поглощает около 11000 микропластических и нанопластических частиц ежегодно, потребляя морепродукты, такие как устрицы, крабы и рыба ^{¹⁸, ³⁸}. Пластиковые бутылки многоразового и одноразового использования могут содержать до 15 макрочастиц или наночастиц на литр ^²⁴.В питьевой воде были обнаружены микрочастицы размером от 1 до 500 мкм. Пятьдесят процентов микропластиков и нанопластиков имеют диаметр менее 1,5 мкм. Эти частицы обнаруживаются в волокнах, фрагментах и сферических пенопластах ^{²⁴, ³⁹, ⁴⁰}, что указывает на то, что сферические микропластики и нанопластики пенопласта могут быть первичными пластиковыми частицами. Также было высказано предположение, что микрочастицы полистирола составляют менее 10% пластиковых частиц в неочищенной воде и отложениях ^³⁹.Следовательно, мониторинг первичных частиц PS может выявить происхождение этих загрязнителей.
Полистирол — бесцветный прозрачный полимер, состоящий из мономеров стирола, с удельным весом 1,04–1,07 г / см. ³. PS растворим в органических растворителях, таких как кетоны, сложные эфиры и ароматические углеводороды. Он устойчив к кислотам, щелочам, солям, минеральным маслам, органическим кислотам и спиртам ^⁴¹. Как твердый и прочный пластик, PS часто используется для производства прозрачных продуктов, таких как упаковка для пищевых продуктов и лабораторная посуда.Легкий пенополистирол обеспечивает отличную теплоизоляцию для многих областей применения, таких как кровля, стены зданий, холодильники и морозильники.
В этом исследовании мы сосредоточили внимание на потенциальном воздействии первичных частиц полистирола на здоровье человека на основе размера и концентрации частиц, а не воздействия отдельных химических веществ. Мы оценили потенциал первичных частиц PS вызывать токсичность на клеточном уровне. Хотя многие организации и исследовательские группы исследовали влияние первичных микрочастиц и наночастиц PS на морские экосистемы ^{⁴² — ⁴⁴}, неясно, какое влияние первичные частицы PS оказывают на людей.Сферические первичные частицы PS используются для широкого спектра биомедицинских приложений, которые напрямую влияют на людей, таких как доставка лекарств ^⁴⁵, визуализация ^{⁷, ⁴⁶} и лабораторное оборудование. Таким образом, изучение связи между первичными частицами PS и потенциальными рисками для здоровья человека важно для понимания токсичности частиц PS. В этом исследовании мы оценили способность первичных микрочастиц и наночастиц PS вызывать токсичность у людей на основе размера и концентрации и исследовали, опосредуют ли частицы PS иммунные ответы и аллергические реакции.
Результаты и обсуждение
Мы выдвинули гипотезу, что люди могут отравлять частицы полистирола из повседневных продуктов, продуктов питания, биомедицинских продуктов, пищевых контейнеров и питьевой воды ^{²⁴, ³⁸}. Мы протестировали шесть различных размеров частиц PS с использованием дермальных фибробластов человека (HDF), мононуклеарных клеток периферической крови (PBMC) и линии тучных клеток человека (HMC-1), чтобы определить их цитотоксический потенциал (рис.).
Иллюстрация путей поглощения частиц PS трех клеточных линий.Попадание в организм человека частиц PS из средств личной гигиены может происходить через абсорбцию через кожу. Поступление также может происходить через попадание частиц PS в пищу, пищевые контейнеры, питьевую воду или биомедицинские продукты. Мы оценили способность первичных микрочастиц и наночастиц PS вызывать токсичность для человека на основе размера и концентрации частиц в клетках человека.
Характеристика частиц ПС
Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), были использованы для изучения морфологии отдельных частиц ПС, покрытых платиной (рис.) в совокупности. Более мелкие частицы были более склонны к агрегированию из-за ван-дер-ваальсовых взаимодействий с Na ⁺ или Ca ²⁺ в буфере. Дзета-потенциал частиц ПК с длиной волны 460 нм составлял -2,2 ± 0,1 мВ (рис.), В то время как дзета-потенциалы других частиц ПК были ближе к нулю. Образование агрегатов наночастиц ПС можно объяснить теорией Дерягина-Ландау-Вервея-Овербека (DLVO). Согласно теории DLVO, мелкие частицы несут меньший заряд, чем большие частицы при pH 7.Силы отталкивания двойного электрического слоя (EDL) между небольшими частицами при данной ионной силе, таким образом, меньше ^⁴⁷. Частицы PS с небольшими отрицательными зарядами имели тенденцию приближаться друг к другу, поскольку ионная сила NaCl увеличивалась до 137 мМ в буфере PBS. Кроме того, все частицы ПК были однородными по размеру (рис.).
СЭМ-изображения и дзета-потенциалы частиц ПК. ( A ) Наночастицы PS 460 нм. ( B ) Частицы ПС 1 мкм. ( C ) Частицы ПС 3 мкм.( D ) Частицы ПС 10 мкм. ( E ) Частицы ПС 40 мкм. ( F ) Частицы PS 100 мкм (шкала = 200 нм, 1 мкм, 2 мкм, 10 мкм и 20 мкм). ( G ) Дзета-потенциалы частиц ПК.
Тесты на цитотоксичность
Мы исследовали реакцию человеческих HDF, клеток HMC-1, PBMC и других клеток на частицы PS. HDF являются преобладающими клетками в стромальной ткани, которые играют важную роль в процессе заживления ран, а также обеспечивают защитный барьер для предотвращения поглощения частиц PS.Для этого исследования были выбраны тучные клетки человека, поскольку они проявляли многие ключевые характеристики тучных клеток тканей. Они включали экспрессию гистамина, триптазы и гепарина, что могло указывать на тесную связь между микрочастицами PS, иммунной системой человека и гиперчувствительностью ^⁴⁸. Поведение изолированных PBMC, такое как экспрессия цитокинов, может предоставить уникальную информацию об иммунном ответе человека на частицы PS в организме. Во время обработки клетки были полностью покрыты частицами PS (1 мг / мл).Отсутствие токсичности HDF может указывать на то, что первичные частицы PS менее повреждают органы и кожу. Ни одна из частиц PS не вызывала значительной цитотоксичности в клетках HDF или PBMC (рис.) При концентрациях до 500 мкг / мл. Мы также включили в план эксперимента концентрацию PS выше 500 мкг / мл. Жизнеспособность клеток HDF, обработанных 3 мкм частицами PS в концентрации 1000 мкг / мл, снизилась на 40% (** p <0,001), в то время как жизнеспособность PBMC не снизилась.Профили жизнеспособности клеток против PBMC показаны на рис. Можно сделать вывод, что частицы PS не являются цитотоксичными для HDF и PBMC в обычном состоянии, но могут вызывать повреждение кожи в условиях экстремально высокой концентрации.
Цитотоксичность частиц PS. ( A ) Наночастицы PS 460 нм на HDF. ( B ) Частицы ПС 1 мкм на HDF. ( C ) Частицы ПС 3 мкм на HDF. ( D ) Частицы ПС 10 мкм на HDF. ( E ) Частицы ПС 40 мкм на HDF.( F ) Частицы ПС 100 мкм на HDF. ( G ) Наночастицы PS 460 нм на PBMC. (H ) 3 мкм частицы PS на PBMC. ( I ) Частицы PS 10 мкм на PBMC.
Было оценено поступление частиц ФС с пищей, продуктами повседневного потребления и биомедицинскими продуктами. Согласно таблице данных Sigma, средний вес частицы PS 3 мкм составлял 1,5 × 10 ^-8 мг. Основываясь на отчетных данных, мы рассчитали максимальное потребление 11 000 пластиковых частиц на человека в год с пищей.Люди потенциально могут потреблять до 325 пластиковых частиц на литр питьевой воды. Исходя из рекомендации выпивать два литра воды в день, человек может потреблять до 237 250 пластиковых частиц в год. Таким образом, можно ожидать максимального годового поступления 248 250 пластиковых частиц, включая пластиковые частицы, из питьевой воды. 3 мкм. Мы рассчитали годовое поступление частиц ПС, предполагая, что удельный вес, размер и форма пластиковых частиц менялись.Максимальное годовое потребление на человека может превышать 133 мг / год, если пластиковые частицы имеют диаметр более 100 мкм (более пластиковых частиц размером 100 мкм представляет собой увеличение объема на 33 ³ по сравнению с частицами 3 мкм, тогда как удельный вес составляет 1,04 –1,07 г / см ³). Максимальное поступление частиц PS из средств личной гигиены или биомедицинских продуктов на основе объема продукта 5 мл колебалось от 4594 до 94 500 частиц в день ^{⁴, ⁵², ⁵³}.Основываясь на этом диапазоне, мы подсчитали, что ежегодно используется до 35 × 10 ⁶ первичных пластиковых частиц. Если предположить, что размер частиц составляет <3 мкм или> 100 мкм, это было эквивалентно потреблению первичных пластиковых частиц в размере 0,5–18 860 мг на человека только при чистке. Таким образом, мы увеличили расчетное количество общего воздействия первичных пластиковых частиц на человека до 0–19000 мг / год ^-1 л ^-1. Сообщается, что менее 10% пластиковых отходов состоит из частиц полистирола ^³⁹.Мы рассчитали среднее потребление отдельных частиц PS 0–19 мг и ^–1 л ^–1, или 0–19 мкг / мл, с размером частиц от нанометров до микрометров. Мы предположили, что частицы PS наносили на заданную область с максимальной концентрацией в течение определенного времени для отслеживания биологической реакции.
Конфокальная визуализация
Механизм клеточного поглощения зависит от размера и поверхностного заряда частиц. Поглощение частиц размером менее 700 нм происходит посредством опосредованного рецептором эндоцитоза ^⁵⁴, тогда как более крупные частицы захватываются посредством фагоцитоза ^⁵⁵.Сообщалось, что полистирольные наносферы с концевым NH ₂ являются высокотоксичными для макрофагов RAW 264.7, эпителиальных клеток и клеток эндотелиальной гепатомы микрососудов человека ^⁵⁶. Это было связано с отложением частиц в цитозоле, которое вызвало увеличение митохондриального захвата Ca ²⁺ и гибель клеток. Отрицательно заряженные полимерные наночастицы диаметром менее 500 нм имеют тенденцию эффективно накапливаться в опухолях мышей ^⁵⁷.На основании этих результатов для нашего исследования были выбраны частицы PS-FITC с размером 460 нм. Микрочастицы PS могут быть преобразованы в наночастицы ^¹³, поэтому мы думали, что результаты этих исследований будут полезны для понимания токсичности частиц PS. Мы также протестировали, чтобы определить, вызывают ли частицы PS 460 нм другой биологический ответ. Наночастицы PS, меченные 460 нм FITC, позволили нам определить расположение частиц в клетках после эндоцитоза (рис.). Частицы PS-FITC в основном располагались в цитоплазме фагоцитарных клеток, таких как нейтрофилы и макрофаги, тогда как фагоцитоз лимфоцитоподобными клетками не был указан (рис.) На изображениях Z-сечения ^⁵⁷. Подобно нашему наблюдению в PBMC, частицы PS-FITC в клетках HDF в основном располагались в цитоплазме, что указывало на успешное поглощение частиц (рис.).
Конфокальные изображения частиц ПК в клетках. ( A ) Флуоресцентные изображения 460 нм наночастиц PS-FITC в PBMC после окрашивания DAPI (масштабная полоса = 10 мкм).Справа: изображения в Z-сечении. ( B ) Флуоресцентные изображения 460 нм наночастиц PS-FITC, захваченных HDF, собранных после окрашивания DAPI (масштабная полоса = 50 мкм). Справа: изображения в Z-сечении.
Тест на гемолиз
Тест на гемолиз in vivo был проведен для оценки совместимости частиц PS с кровью, что позволило нам идентифицировать тяжелые острые токсические реакции в эритроцитах. ^⁵⁸. Гемоглобин представляет собой железосодержащий металлопротеин, переносящий кислород, который играет важную роль в транспортировке кислорода от легких к клеткам и тканям ^⁵⁹.Хорошая корреляция между в анализах гемолиза — vitro и в — vivo токсичности была продемонстрирована в нескольких исследованиях ^{⁶⁰, ⁶¹}. Результаты этих исследований показывают, что полимеры обычно вредны для клеток, хотя степень токсичности зависит от концентрации, времени воздействия и катионной природы полимеров. Микропластические частицы диаметром менее 5 мкм оказывают гемолитическое действие на эритроциты из-за их поверхностных зарядов и агрегации в высокосолевом буфере (* p <0.03, рис.). Агрегаты пластиковых частиц и биомолекул выделяют химические вещества, которые также обладают цитотоксическим действием ^{⁶² — ⁶⁵}. Мы исследовали гемолиз эритроцитов при прямом контакте с частицами ФС различной концентрации и размера. Частицы ПС диаметром более 10 мкм не могут проникать в кровеносные сосуды. Однако наблюдаемые гемолитические эффекты указывают на то, что прямой контакт приводит к цитотоксичности. Частицы PS диаметром менее 5 мкм обладали гемолитическим эффектом примерно на 4% по сравнению с контролем.Это означало, что более мелкие частицы имели более сильную тенденцию к агрегированию из-за размера, а высокая концентрация оказывала влияние на гемолиз эритроцитов. Индукция гемолиза зависела только от размера, а не от концентрации. Частицы PS, меньшие, чем эритроциты, которые имели средний диаметр 6-8 мкм, были более цитотоксичными при каждой концентрации из-за их большой площади поверхности. Напротив, крупные частицы PS не оказывали гемолитического действия на эритроциты (рис.). Хотя индекс гемолиза, показанный в этом исследовании, не был очевидным ^⁶⁶, гемолиз был связан с размером частиц в отрицательной корреляции.Таким образом, гемолитический неблагоприятный эффект in vivo наночастиц требует дальнейшего изучения, особенно для малых наночастиц.
Гемолиз эритроцитов после контакта с частицами PS. ( A ) Наночастицы PS 460 нм. ( B ) Частицы ПС 1 мкм. ( C ) Частицы ПС 3 мкм. ( D ) Частицы ПС 10 мкм. ( E ) Частицы ПС 40 мкм. ( F ) Частицы ПС 100 мкм. 5% tx-100 служил положительным контролем. Cntl указывает на отсутствие лечения.Поглощение измеряли при 540 нм.
Профили цитокинов
Риски проглатывания микропластов в тестах на животных зависят от степени воздействия и размера пораженной области ^¹⁶. Перемещение, перераспределение и удержание — основные проблемы. ^{⁶⁷, ⁶⁸}. Как и в случае с пыльцой и пылью, прямой контакт с частицами пластика может вызвать первичные защитные механизмы организма для выброса, такие как слезотечение, выделение мокроты, чихание и кашель ^⁶⁹.Микрочастицы в тонком кишечнике в результате всасывания через кожу и клетки переносились в другие ткани тела через кровеносные сосуды в тестах на животных, где задействовались клеточно-опосредованные защитные механизмы ^⁶⁷. В таких случаях пластиковые микрочастицы могут быть обнаружены в просвете кровеносных и лимфатических сосудов в течение минут ^{⁷⁰, ⁷¹}. Поглощение более мелких пластиковых наночастиц и микрочастиц в пищеварительном тракте происходит через пиноцитоз и везикулярный фагоцитоз фагоцитами ^{⁷² — ⁷⁴}.Эти процессы зависят от размера частиц. Результаты нескольких исследований показывают, что пластиковые микросферы диаметром 50–100 нм легче абсорбируются через пейеровы бляшки и ворсинки в кишечнике, чем частицы с большим диаметром 300–3000 нм ^⁷⁵, и что заряд поверхности и гидрофильность увеличиваются. аффинность поглощения ^{⁷⁶ — ⁷⁸}.
В этом исследовании мы оценили профили высвобождения цитокинов иммунными клетками, чтобы определить, может ли воспаление быть вызвано лечением частицами PS.Мы также исследовали, происходит ли высвобождение цитокинов в зависимости от размера или концентрации. Интерлейкин 2 (ИЛ-2) — один из наиболее распространенных цитокинов, который участвует в контроле клеточной толерантности и иммунитета. IL-2 представляет собой фактор роста Т-клеток (TCGF), который был обнаружен непернатантами, полученными из митоген-стимулированных лимфоцитов периферической крови. ИЛ-2 продуцируется преимущественно активированными CD 4 ⁺ и CD 8 ⁺ Т-лимфоцитами ^⁷⁹. TNF-α служит иммунным медиатором клеточной адгезии, миграции, ангиогенеза и апоптоза.TNF-α представляет собой провоспалительный цитокин, продуцируемый клетками костного мозга, в первую очередь макрофагами, а также широкими типами клеток (лимфоцитами, тучными клетками, эндотелиальными клетками и т. Д.) После стимуляции различными агентами ^⁸⁰. Повышенная регуляция этих цитокинов является потенциальным индикатором иммунного ответа и воспаления. IL-6 действует как провоспалительный цитокин и как противовоспалительный миокин. IL-6 вырабатывается в ответ на инфекции и повреждения тканей, и он способствует защите хозяина, стимулируя острофазовый ответ ^⁸¹.IL-10 представляет собой противовоспалительный цитокин, который подавляет активность Th2-клеток, NK-клеток и макрофагов во время инфекции ^⁸².
Результаты ELISA (рис.) Показали увеличение секреции TNF-α при обработке частицами PS диаметром менее 1 мкм в концентрации 500 мкг / мл (* P <0,03) и значительное изменение секреция IL-6 обработкой частицами PS диаметром менее 10 мкм в концентрации 500 мкг / мл (* P <0,04, рис.). Однако секреция ИЛ-2 обработанными клетками и контрольными образцами не различалась (рис.). Это указывает на то, что высокая концентрация мелких частиц PS может вызвать воспаление через врожденную иммунную систему, а не через адаптивную иммунную систему. Наряду с результатом конфокальной визуализации (рис.), Мы предполагаем, что иммунные клетки способны фагоцитировать частицы PS и, возможно, распознали их как патогены. Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями, которые показали, что частицы PS диаметром менее 3 мкм ускоряют фагоцитоз за счет увеличения продукции цитокинов, включая IL-1 и IL-6.Эти цитокины секретируются макрофагами, которые связаны с врожденным иммунитетом и воспалением ^{⁸³, ⁸⁴}. IL-10 подавляет или регулирует воспалительный ответ антигенпрезентирующих клеток (APC), таких как дендритные клетки и макрофаги, и ограничивает адаптивный ответ CD4 + Т-клеток. Никакого увеличения секреции IL-10 не наблюдалось ни в одном из экспериментальных условий (рис.). Это указывает на то, что ранняя стадия воспаления запускается фагоцитозом частиц PS макрофагоподобными клетками, и что частицы PS не будут подавлять иммунный ответ.Хотя эффекты частиц PS при более низких концентрациях и эффекты более крупных частиц PS на ранней стадии воспаления были менее очевидными, частицы PS, таким образом, могли вызывать токсичность, вызывая воспаление в зависимости от размера и концентрации.
Цитокиновые профили TNF-альфа, IL-2, IL-6, IL-10 и гистамина. Секреция TNF-α, индуцированная частицами PS различного размера при концентрациях ( A ) 500 мкг / мл, ( B ) 100 мкг / мл и ( C ) 10 мкг / мл.Секреция IL-2, индуцированная частицами PS различного размера при концентрациях ( D ) 500 мкг / мл, ( E ) 100 мкг / мл и ( F ) 10 мкг / мл. Секреция IL-6, индуцированная частицами PS различного размера при концентрациях ( G ) 500 мкг / мл, ( H ) 100 мкг / мл и ( I ) 10 мкг / мл. Секреция IL-10, индуцированная частицами PS различного размера при концентрациях ( J ) 500 мкг / мл, ( K ) 100 мкг / мл и ( L ) 10 мкг / мл.( M ) Профили гистамина после обработки частицами PS 500 мкг / мл разного размера. Cntl: без лечения. ЛПС: 2,5 мкг / мл.
Профили гистамина
Анализ гистамина проводили с использованием частиц PS разного размера при высокой концентрации 500 мкг / мл, которая индуцировала секрецию IL-6 (рис.). В отличие от результатов предыдущего исследования частиц PP ^⁴⁹, частицы PS с разными размерами не вызывали различий в высвобождении гистамина по сравнению с контролем.Тучные клетки MHC-1 выполняют ключевую функцию на стыке врожденного и адаптивного иммунитета и являются первичными эффекторами гиперчувствительности немедленного типа. Сообщалось, что TNF-α, полученный из тучных клеток, играет особенно важную роль в аллергическом воспалении. В нашем исследовании обработка частицами PS не влияла на секрецию IL-2. Однако это может указывать на то, что частицы PS вызывают острое воспаление без участия гистаминов, и что они с большей вероятностью активируют врожденный иммунитет, чем адаптивный иммунитет.
Мы провели тесты с HDF и PBMC, чтобы определить, могут ли первичные частицы PS вызывать воспаление и цитотоксические эффекты у людей без посредничества гистамина. Для этого эксперимента использовались частицы ПС диаметром 0,46, 1, 3, 10, 40 и 100 мкм с аналогичными дзета-потенциалами (1-2 мВ). Результаты цитотоксичности показали, что концентрации частиц PS <500 мкг / мл не снижали жизнеспособность клеток HDF и PBMC. Однако высокая концентрация (1000 мкг / мл) вызвала цитотоксичность до 50% клеток HDF.Размер частиц PS и поверхностный заряд были важными факторами цитотоксичности. Согласно недавнему исследованию, наночастицы полистирола, меченные NH ₂, были высокотоксичны для макрофагов RAW 264.7. Подобно нашим наблюдениям, наночастицы ФС накапливались в цитоплазме и вызывали поглощение кальция в митохондриях, что приводило к гибели клеток ^⁵⁶. Человеческие макрофаги могут избирательно фагоцитировать наночастицы PS, особенно частицы PS с концевыми COOH. Линия моноцитарных клеток человека THP-1 с большей вероятностью эндоцитирует наночастицы PS с концевым NH ₂.Другое исследование показало, что частицы PS разного размера накапливаются в печени, жабрах и кишечнике рыбок данио и вызывают воспаление ^⁸⁵.
Потенциальная токсичность микропластических частиц полистирола
Реферат
Загрязнение окружающей среды пластиковыми отходами является серьезной глобальной проблемой. Пластиковые макрочастицы, микрочастицы и наночастицы могут повлиять на морские экосистемы и здоровье человека. Принято считать, что микропластические частицы не вредны или, в лучшем случае, минимальны для здоровья человека.Однако прямой контакт с микропластичными частицами может иметь отрицательные последствия на клеточном уровне. Частицы первичного полистирола (ПС) были в центре внимания этого исследования, и мы исследовали потенциальное влияние этих микропластиков на здоровье человека на клеточном уровне. Мы определили, что частицы PS являются потенциальными иммуностимуляторами, которые индуцируют продукцию цитокинов и хемокинов в зависимости от размера и концентрации.
Условия темы: Культура клеток, мониторинг окружающей среды, супрамолекулярные полимеры
Введение
Частицы микропластов можно разделить на две категории: первичные и вторичные.Пластиковые частицы диаметром менее 5 мм считаются микропластиками ^¹. Хотя местные и национальные правительства в Северной Америке в 2015 году приняли меры по регулированию производства микрогранул, микропластические частицы по-прежнему производятся в других частях мира ^². Первичные микропластические частицы намеренно производятся на микромасштабах и являются ключевыми ингредиентами скрабов ^³, мыла для мытья рук ^⁴, очищающих средств ^⁵, зубных паст ^⁶ и биомедицинских продуктов ^⁷.Первичные микропластические частицы, особенно частицы диаметром от 1 до 5 мкм, имеют сферическую форму и часто изготавливаются из полипропилена (PP), полистирола (PS) или полиэтилена (PE).
В отличие от первичных микропластических частиц, вторичные микропластические частицы образуются в результате фрагментации пластикового мусора ^{⁸ — ¹⁰}. Пластиковый мусор является основным источником вторичных микропластических частиц, обнаруживаемых в океане и почве, потому что мусор распадается на мезочастицы и макрочастицы.Ультрафиолетовое (УФ) излучение солнца и физические силы разлагают эти частицы на пластиковые микрочастицы и наночастицы ^{¹¹, ¹²}. В недавнем исследовании изучали фрагментацию крышек кофейных чашек, одноразовых тарелок и пенополистирола, облученных моделированным УФ-светом, для определения механизма разложения. ^¹³.
Морепродукты также являются потенциальным источником твердых частиц пластмассы ^{¹⁴ — ¹⁸}.Антропогенный мусор, включая пластиковые частицы и волокна, был обнаружен более чем в 20% отдельных моллюсков и желудочно-кишечных трактах (ЖКТ) рыб в исследовании 2015 года ^¹⁹. Проглатывание микропластика рыбой и моллюсками было продемонстрировано в нескольких исследованиях ^{¹⁶, ¹⁸, ²⁰}.
Продукты питания, контейнеры для пищевых продуктов, предметы повседневного обихода (средства личной гигиены), биомедицинские продукты и питьевая вода не являются основными источниками твердых частиц пластика.Однако они могут быть непрерывными источниками пластиковых частиц ^{²¹ — ²⁴}. Например, в одном исследовании были обнаружены фрагменты микропластика во всех типах многоразовых и одноразовых пластиковых бутылок ^²⁴. Другие примеры включают скрабы для лица, которые обычно используются для отшелушивания. По оценкам, 1,1 миллиона женщин в Великобритании используют эти скрабы каждый день. Типичное количество для ежедневного использования составляет 5 мл, что содержит от 4594 до 94 500 микропластических частиц ^{⁴, ⁵}.Кроме того, три из четырех отшелушивающих средств для тела содержат микропластик. Эти первичные пластиковые частицы могут попасть в канализацию ^⁴, и только 25% из них отфильтровываются из водоочистных сооружений ^{⁴, ²⁵}. Поэтому прямой контакт с микропластическими частицами в повседневных товарах представляет собой потенциально серьезную проблему. Согласно одному исследованию, частицы полистирола из лабораторий могут быть источником первичных загрязнителей в виде твердых частиц из пластика ^²⁶.В этом исследовании мы сосредоточились на наночастицах и микрочастицах ПС, обнаруженных в окружающей среде. В зависимости от их размера, формы и химического состава функциональных групп, проглоченные микропластические частицы могут вызывать различные проблемы. Частицы микропластов не могут перевариваться, поэтому агрегаты, содержащие биомолекулы и микропластики или нанопластики, могут вызвать нарушение моторики или непроходимость желудочно-кишечного тракта. Хорошо известно, что размер является важным параметром цитотоксичности in vitro ^{²⁷, ²⁸}.В недавнем исследовании 30-нм частицы COOH-PS в морской воде агрегировались менее чем за 30 минут ^²⁸. Гидродинамический диаметр нанопластических частиц увеличивается с увеличением концентрации NaCl. Гидродинамический диаметр наночастиц (НЧ) ПС составляет ~ 100 нм при низкой ионной силе NaCl (1–50 мМ). Однако было обнаружено, что НЧ ПС агрегируют, когда концентрация NaCl выше ^²⁹. Таким образом, ожидается, что НП PS легко агрегировать в морской воде.Их взаимодействие с различными примесями может нанести вред водным животным и вызвать побочные эффекты у людей. Абсорбированные микропластики и нанопластики диаметром менее 1,5 мкм могут напрямую повредить клетки. НЧ были недавно получены через деградации микропластиков PS через 56 дней просто путем облучения их УФ-светом, что в три раза быстрее, чем разложение без УФ-излучения. ^¹³. Эти данные предполагают, что простые химические силы могут генерировать наноразмерные частицы из частиц PS и приводить к прямому повреждению клеток.В нескольких исследованиях сообщалось, что микропластик диаметром <1,5 мкм может проникать в ткани и приводить к накоплению микропластика ^{⁶, ³⁰, ³¹}. Считается, что от 1% до 4% частиц PS в кишечнике мигрируют в кровоток. Транслокация наночастиц считается очень низкой, и наиболее вероятными местами накопления являются пятна Пейера в тонкой кишке ^³². Однако возможно, что попадание нанопластика в кровоток после приема внутрь может привести к локальному воспалению или вызвать аллергические реакции в тканях ^{²⁹, ³³ — ³⁵}.Агрегация микропластиков и нанопластиков с биомолекулами и химическими веществами часто оказывает токсическое действие. В соответствии с руководящими принципами Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) воздействие мономеров стирола на человека должно быть ограничено средневзвешенным по времени значением (TWA) 20 ppm (85 мг / м ³) с пределом кратковременного воздействия ( СТЭЛ) 40 частей на миллион (170 мг / м ³) ^³⁶. Химические вещества, используемые для синтеза частиц PS, такие как монофункциональные пероксиды, также могут вызывать токсичность.Инициаторы, такие как перекись бензоила и азобисизобутиронитрил, используются для сокращения времени полимеризации. Другие химические вещества, используемые для синтеза PS, включают катализаторы, такие как цеолиты и оксиды железа (III); эмульгаторы; и стабилизаторы, такие как бис (2,2,6,6-тетраметилпиперидин-4-ил) декандиоат. Эти химические вещества встречаются во всем мире и считаются загрязнителями окружающей среды. Они накапливаются в пищевой цепи, преимущественно в жировых тканях животных. Большинство потребляемых людьми микропластиков и нанопластиков содержится в продуктах питания, пищевых контейнерах и воде ^{¹⁸, ¹⁹, ³¹}.Повседневные продукты и загрязненная почва также могут быть источниками первичных микропластиков, и их попадание в организм человека может вызвать проблемы со здоровьем ^{⁴, ³⁷}. В среднем человек поглощает около 11000 микропластических и нанопластических частиц ежегодно, потребляя морепродукты, такие как устрицы, крабы и рыба ^{¹⁸, ³⁸}. Пластиковые бутылки многоразового и одноразового использования могут содержать до 15 макрочастиц или наночастиц на литр ^²⁴.В питьевой воде были обнаружены микрочастицы размером от 1 до 500 мкм. Пятьдесят процентов микропластиков и нанопластиков имеют диаметр менее 1,5 мкм. Эти частицы обнаруживаются в волокнах, фрагментах и сферических пенопластах ^{²⁴, ³⁹, ⁴⁰}, что указывает на то, что сферические микропластики и нанопластики пенопласта могут быть первичными пластиковыми частицами. Также было высказано предположение, что микрочастицы полистирола составляют менее 10% пластиковых частиц в неочищенной воде и отложениях ^³⁹.Следовательно, мониторинг первичных частиц PS может выявить происхождение этих загрязнителей.
Полистирол — бесцветный прозрачный полимер, состоящий из мономеров стирола, с удельным весом 1,04–1,07 г / см. ³. PS растворим в органических растворителях, таких как кетоны, сложные эфиры и ароматические углеводороды. Он устойчив к кислотам, щелочам, солям, минеральным маслам, органическим кислотам и спиртам ^⁴¹. Как твердый и прочный пластик, PS часто используется для производства прозрачных продуктов, таких как упаковка для пищевых продуктов и лабораторная посуда.Легкий пенополистирол обеспечивает отличную теплоизоляцию для многих областей применения, таких как кровля, стены зданий, холодильники и морозильники.
В этом исследовании мы сосредоточили внимание на потенциальном воздействии первичных частиц полистирола на здоровье человека на основе размера и концентрации частиц, а не воздействия отдельных химических веществ. Мы оценили потенциал первичных частиц PS вызывать токсичность на клеточном уровне. Хотя многие организации и исследовательские группы исследовали влияние первичных микрочастиц и наночастиц PS на морские экосистемы ^{⁴² — ⁴⁴}, неясно, какое влияние первичные частицы PS оказывают на людей.Сферические первичные частицы PS используются для широкого спектра биомедицинских приложений, которые напрямую влияют на людей, таких как доставка лекарств ^⁴⁵, визуализация ^{⁷, ⁴⁶} и лабораторное оборудование. Таким образом, изучение связи между первичными частицами PS и потенциальными рисками для здоровья человека важно для понимания токсичности частиц PS. В этом исследовании мы оценили способность первичных микрочастиц и наночастиц PS вызывать токсичность у людей на основе размера и концентрации и исследовали, опосредуют ли частицы PS иммунные ответы и аллергические реакции.
Результаты и обсуждение
Мы выдвинули гипотезу, что люди могут отравлять частицы полистирола из повседневных продуктов, продуктов питания, биомедицинских продуктов, пищевых контейнеров и питьевой воды ^{²⁴, ³⁸}. Мы протестировали шесть различных размеров частиц PS с использованием дермальных фибробластов человека (HDF), мононуклеарных клеток периферической крови (PBMC) и линии тучных клеток человека (HMC-1), чтобы определить их цитотоксический потенциал (рис.).
Иллюстрация путей поглощения частиц PS трех клеточных линий.Попадание в организм человека частиц PS из средств личной гигиены может происходить через абсорбцию через кожу. Поступление также может происходить через попадание частиц PS в пищу, пищевые контейнеры, питьевую воду или биомедицинские продукты. Мы оценили способность первичных микрочастиц и наночастиц PS вызывать токсичность для человека на основе размера и концентрации частиц в клетках человека.
Характеристика частиц ПС
Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), были использованы для изучения морфологии отдельных частиц ПС, покрытых платиной (рис.) в совокупности. Более мелкие частицы были более склонны к агрегированию из-за ван-дер-ваальсовых взаимодействий с Na ⁺ или Ca ²⁺ в буфере. Дзета-потенциал частиц ПК с длиной волны 460 нм составлял -2,2 ± 0,1 мВ (рис.), В то время как дзета-потенциалы других частиц ПК были ближе к нулю. Образование агрегатов наночастиц ПС можно объяснить теорией Дерягина-Ландау-Вервея-Овербека (DLVO). Согласно теории DLVO, мелкие частицы несут меньший заряд, чем большие частицы при pH 7.Силы отталкивания двойного электрического слоя (EDL) между небольшими частицами при данной ионной силе, таким образом, меньше ^⁴⁷. Частицы PS с небольшими отрицательными зарядами имели тенденцию приближаться друг к другу, поскольку ионная сила NaCl увеличивалась до 137 мМ в буфере PBS. Кроме того, все частицы ПК были однородными по размеру (рис.).
СЭМ-изображения и дзета-потенциалы частиц ПК. ( A ) Наночастицы PS 460 нм. ( B ) Частицы ПС 1 мкм. ( C ) Частицы ПС 3 мкм.( D ) Частицы ПС 10 мкм. ( E ) Частицы ПС 40 мкм. ( F ) Частицы PS 100 мкм (шкала = 200 нм, 1 мкм, 2 мкм, 10 мкм и 20 мкм). ( G ) Дзета-потенциалы частиц ПК.
Тесты на цитотоксичность
Мы исследовали реакцию человеческих HDF, клеток HMC-1, PBMC и других клеток на частицы PS. HDF являются преобладающими клетками в стромальной ткани, которые играют важную роль в процессе заживления ран, а также обеспечивают защитный барьер для предотвращения поглощения частиц PS.Для этого исследования были выбраны тучные клетки человека, поскольку они проявляли многие ключевые характеристики тучных клеток тканей. Они включали экспрессию гистамина, триптазы и гепарина, что могло указывать на тесную связь между микрочастицами PS, иммунной системой человека и гиперчувствительностью ^⁴⁸. Поведение изолированных PBMC, такое как экспрессия цитокинов, может предоставить уникальную информацию об иммунном ответе человека на частицы PS в организме. Во время обработки клетки были полностью покрыты частицами PS (1 мг / мл).Отсутствие токсичности HDF может указывать на то, что первичные частицы PS менее повреждают органы и кожу. Ни одна из частиц PS не вызывала значительной цитотоксичности в клетках HDF или PBMC (рис.) При концентрациях до 500 мкг / мл. Мы также включили в план эксперимента концентрацию PS выше 500 мкг / мл. Жизнеспособность клеток HDF, обработанных 3 мкм частицами PS в концентрации 1000 мкг / мл, снизилась на 40% (** p <0,001), в то время как жизнеспособность PBMC не снизилась.Профили жизнеспособности клеток против PBMC показаны на рис. Можно сделать вывод, что частицы PS не являются цитотоксичными для HDF и PBMC в обычном состоянии, но могут вызывать повреждение кожи в условиях экстремально высокой концентрации.
Цитотоксичность частиц PS. ( A ) Наночастицы PS 460 нм на HDF. ( B ) Частицы ПС 1 мкм на HDF. ( C ) Частицы ПС 3 мкм на HDF. ( D ) Частицы ПС 10 мкм на HDF. ( E ) Частицы ПС 40 мкм на HDF.( F ) Частицы ПС 100 мкм на HDF. ( G ) Наночастицы PS 460 нм на PBMC. (H ) 3 мкм частицы PS на PBMC. ( I ) Частицы PS 10 мкм на PBMC.
Было оценено поступление частиц ФС с пищей, продуктами повседневного потребления и биомедицинскими продуктами. Согласно таблице данных Sigma, средний вес частицы PS 3 мкм составлял 1,5 × 10 ^-8 мг. Основываясь на отчетных данных, мы рассчитали максимальное потребление 11 000 пластиковых частиц на человека в год с пищей.Люди потенциально могут потреблять до 325 пластиковых частиц на литр питьевой воды. Исходя из рекомендации выпивать два литра воды в день, человек может потреблять до 237 250 пластиковых частиц в год. Таким образом, можно ожидать максимального годового поступления 248 250 пластиковых частиц, включая пластиковые частицы, из питьевой воды. 3 мкм. Мы рассчитали годовое поступление частиц ПС, предполагая, что удельный вес, размер и форма пластиковых частиц менялись.Максимальное годовое потребление на человека может превышать 133 мг / год, если пластиковые частицы имеют диаметр более 100 мкм (более пластиковых частиц размером 100 мкм представляет собой увеличение объема на 33 ³ по сравнению с частицами 3 мкм, тогда как удельный вес составляет 1,04 –1,07 г / см ³). Максимальное поступление частиц PS из средств личной гигиены или биомедицинских продуктов на основе объема продукта 5 мл колебалось от 4594 до 94 500 частиц в день ^{⁴, ⁵², ⁵³}.Основываясь на этом диапазоне, мы подсчитали, что ежегодно используется до 35 × 10 ⁶ первичных пластиковых частиц. Если предположить, что размер частиц составляет <3 мкм или> 100 мкм, это было эквивалентно потреблению первичных пластиковых частиц в размере 0,5–18 860 мг на человека только при чистке. Таким образом, мы увеличили расчетное количество общего воздействия первичных пластиковых частиц на человека до 0–19000 мг / год ^-1 л ^-1. Сообщается, что менее 10% пластиковых отходов состоит из частиц полистирола ^³⁹.Мы рассчитали среднее потребление отдельных частиц PS 0–19 мг и ^–1 л ^–1, или 0–19 мкг / мл, с размером частиц от нанометров до микрометров. Мы предположили, что частицы PS наносили на заданную область с максимальной концентрацией в течение определенного времени для отслеживания биологической реакции.
Конфокальная визуализация
Механизм клеточного поглощения зависит от размера и поверхностного заряда частиц. Поглощение частиц размером менее 700 нм происходит посредством опосредованного рецептором эндоцитоза ^⁵⁴, тогда как более крупные частицы захватываются посредством фагоцитоза ^⁵⁵.Сообщалось, что полистирольные наносферы с концевым NH ₂ являются высокотоксичными для макрофагов RAW 264.7, эпителиальных клеток и клеток эндотелиальной гепатомы микрососудов человека ^⁵⁶. Это было связано с отложением частиц в цитозоле, которое вызвало увеличение митохондриального захвата Ca ²⁺ и гибель клеток. Отрицательно заряженные полимерные наночастицы диаметром менее 500 нм имеют тенденцию эффективно накапливаться в опухолях мышей ^⁵⁷.На основании этих результатов для нашего исследования были выбраны частицы PS-FITC с размером 460 нм. Микрочастицы PS могут быть преобразованы в наночастицы ^¹³, поэтому мы думали, что результаты этих исследований будут полезны для понимания токсичности частиц PS. Мы также протестировали, чтобы определить, вызывают ли частицы PS 460 нм другой биологический ответ. Наночастицы PS, меченные 460 нм FITC, позволили нам определить расположение частиц в клетках после эндоцитоза (рис.). Частицы PS-FITC в основном располагались в цитоплазме фагоцитарных клеток, таких как нейтрофилы и макрофаги, тогда как фагоцитоз лимфоцитоподобными клетками не был указан (рис.) На изображениях Z-сечения ^⁵⁷. Подобно нашему наблюдению в PBMC, частицы PS-FITC в клетках HDF в основном располагались в цитоплазме, что указывало на успешное поглощение частиц (рис.).
Конфокальные изображения частиц ПК в клетках. ( A ) Флуоресцентные изображения 460 нм наночастиц PS-FITC в PBMC после окрашивания DAPI (масштабная полоса = 10 мкм).Справа: изображения в Z-сечении. ( B ) Флуоресцентные изображения 460 нм наночастиц PS-FITC, захваченных HDF, собранных после окрашивания DAPI (масштабная полоса = 50 мкм). Справа: изображения в Z-сечении.
Тест на гемолиз
Тест на гемолиз in vivo был проведен для оценки совместимости частиц PS с кровью, что позволило нам идентифицировать тяжелые острые токсические реакции в эритроцитах. ^⁵⁸. Гемоглобин представляет собой железосодержащий металлопротеин, переносящий кислород, который играет важную роль в транспортировке кислорода от легких к клеткам и тканям ^⁵⁹.Хорошая корреляция между в анализах гемолиза — vitro и в — vivo токсичности была продемонстрирована в нескольких исследованиях ^{⁶⁰, ⁶¹}. Результаты этих исследований показывают, что полимеры обычно вредны для клеток, хотя степень токсичности зависит от концентрации, времени воздействия и катионной природы полимеров. Микропластические частицы диаметром менее 5 мкм оказывают гемолитическое действие на эритроциты из-за их поверхностных зарядов и агрегации в высокосолевом буфере (* p <0.03, рис.). Агрегаты пластиковых частиц и биомолекул выделяют химические вещества, которые также обладают цитотоксическим действием ^{⁶² — ⁶⁵}. Мы исследовали гемолиз эритроцитов при прямом контакте с частицами ФС различной концентрации и размера. Частицы ПС диаметром более 10 мкм не могут проникать в кровеносные сосуды. Однако наблюдаемые гемолитические эффекты указывают на то, что прямой контакт приводит к цитотоксичности. Частицы PS диаметром менее 5 мкм обладали гемолитическим эффектом примерно на 4% по сравнению с контролем.Это означало, что более мелкие частицы имели более сильную тенденцию к агрегированию из-за размера, а высокая концентрация оказывала влияние на гемолиз эритроцитов. Индукция гемолиза зависела только от размера, а не от концентрации. Частицы PS, меньшие, чем эритроциты, которые имели средний диаметр 6-8 мкм, были более цитотоксичными при каждой концентрации из-за их большой площади поверхности. Напротив, крупные частицы PS не оказывали гемолитического действия на эритроциты (рис.). Хотя индекс гемолиза, показанный в этом исследовании, не был очевидным ^⁶⁶, гемолиз был связан с размером частиц в отрицательной корреляции.Таким образом, гемолитический неблагоприятный эффект in vivo наночастиц требует дальнейшего изучения, особенно для малых наночастиц.
Гемолиз эритроцитов после контакта с частицами PS. ( A ) Наночастицы PS 460 нм. ( B ) Частицы ПС 1 мкм. ( C ) Частицы ПС 3 мкм. ( D ) Частицы ПС 10 мкм. ( E ) Частицы ПС 40 мкм. ( F ) Частицы ПС 100 мкм. 5% tx-100 служил положительным контролем. Cntl указывает на отсутствие лечения.Поглощение измеряли при 540 нм.
Профили цитокинов
Риски проглатывания микропластов в тестах на животных зависят от степени воздействия и размера пораженной области ^¹⁶. Перемещение, перераспределение и удержание — основные проблемы. ^{⁶⁷, ⁶⁸}. Как и в случае с пыльцой и пылью, прямой контакт с частицами пластика может вызвать первичные защитные механизмы организма для выброса, такие как слезотечение, выделение мокроты, чихание и кашель ^⁶⁹.Микрочастицы в тонком кишечнике в результате всасывания через кожу и клетки переносились в другие ткани тела через кровеносные сосуды в тестах на животных, где задействовались клеточно-опосредованные защитные механизмы ^⁶⁷. В таких случаях пластиковые микрочастицы могут быть обнаружены в просвете кровеносных и лимфатических сосудов в течение минут ^{⁷⁰, ⁷¹}. Поглощение более мелких пластиковых наночастиц и микрочастиц в пищеварительном тракте происходит через пиноцитоз и везикулярный фагоцитоз фагоцитами ^{⁷² — ⁷⁴}.Эти процессы зависят от размера частиц. Результаты нескольких исследований показывают, что пластиковые микросферы диаметром 50–100 нм легче абсорбируются через пейеровы бляшки и ворсинки в кишечнике, чем частицы с большим диаметром 300–3000 нм ^⁷⁵, и что заряд поверхности и гидрофильность увеличиваются. аффинность поглощения ^{⁷⁶ — ⁷⁸}.
В этом исследовании мы оценили профили высвобождения цитокинов иммунными клетками, чтобы определить, может ли воспаление быть вызвано лечением частицами PS.Мы также исследовали, происходит ли высвобождение цитокинов в зависимости от размера или концентрации. Интерлейкин 2 (ИЛ-2) — один из наиболее распространенных цитокинов, который участвует в контроле клеточной толерантности и иммунитета. IL-2 представляет собой фактор роста Т-клеток (TCGF), который был обнаружен непернатантами, полученными из митоген-стимулированных лимфоцитов периферической крови. ИЛ-2 продуцируется преимущественно активированными CD 4 ⁺ и CD 8 ⁺ Т-лимфоцитами ^⁷⁹. TNF-α служит иммунным медиатором клеточной адгезии, миграции, ангиогенеза и апоптоза.TNF-α представляет собой провоспалительный цитокин, продуцируемый клетками костного мозга, в первую очередь макрофагами, а также широкими типами клеток (лимфоцитами, тучными клетками, эндотелиальными клетками и т. Д.) После стимуляции различными агентами ^⁸⁰. Повышенная регуляция этих цитокинов является потенциальным индикатором иммунного ответа и воспаления. IL-6 действует как провоспалительный цитокин и как противовоспалительный миокин. IL-6 вырабатывается в ответ на инфекции и повреждения тканей, и он способствует защите хозяина, стимулируя острофазовый ответ ^⁸¹.IL-10 представляет собой противовоспалительный цитокин, который подавляет активность Th2-клеток, NK-клеток и макрофагов во время инфекции ^⁸².
Результаты ELISA (рис.) Показали увеличение секреции TNF-α при обработке частицами PS диаметром менее 1 мкм в концентрации 500 мкг / мл (* P <0,03) и значительное изменение секреция IL-6 обработкой частицами PS диаметром менее 10 мкм в концентрации 500 мкг / мл (* P <0,04, рис.). Однако секреция ИЛ-2 обработанными клетками и контрольными образцами не различалась (рис.). Это указывает на то, что высокая концентрация мелких частиц PS может вызвать воспаление через врожденную иммунную систему, а не через адаптивную иммунную систему. Наряду с результатом конфокальной визуализации (рис.), Мы предполагаем, что иммунные клетки способны фагоцитировать частицы PS и, возможно, распознали их как патогены. Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями, которые показали, что частицы PS диаметром менее 3 мкм ускоряют фагоцитоз за счет увеличения продукции цитокинов, включая IL-1 и IL-6.Эти цитокины секретируются макрофагами, которые связаны с врожденным иммунитетом и воспалением ^{⁸³, ⁸⁴}. IL-10 подавляет или регулирует воспалительный ответ антигенпрезентирующих клеток (APC), таких как дендритные клетки и макрофаги, и ограничивает адаптивный ответ CD4 + Т-клеток. Никакого увеличения секреции IL-10 не наблюдалось ни в одном из экспериментальных условий (рис.). Это указывает на то, что ранняя стадия воспаления запускается фагоцитозом частиц PS макрофагоподобными клетками, и что частицы PS не будут подавлять иммунный ответ.Хотя эффекты частиц PS при более низких концентрациях и эффекты более крупных частиц PS на ранней стадии воспаления были менее очевидными, частицы PS, таким образом, могли вызывать токсичность, вызывая воспаление в зависимости от размера и концентрации.
Цитокиновые профили TNF-альфа, IL-2, IL-6, IL-10 и гистамина. Секреция TNF-α, индуцированная частицами PS различного размера при концентрациях ( A ) 500 мкг / мл, ( B ) 100 мкг / мл и ( C ) 10 мкг / мл.Секреция IL-2, индуцированная частицами PS различного размера при концентрациях ( D ) 500 мкг / мл, ( E ) 100 мкг / мл и ( F ) 10 мкг / мл. Секреция IL-6, индуцированная частицами PS различного размера при концентрациях ( G ) 500 мкг / мл, ( H ) 100 мкг / мл и ( I ) 10 мкг / мл. Секреция IL-10, индуцированная частицами PS различного размера при концентрациях ( J ) 500 мкг / мл, ( K ) 100 мкг / мл и ( L ) 10 мкг / мл.( M ) Профили гистамина после обработки частицами PS 500 мкг / мл разного размера. Cntl: без лечения. ЛПС: 2,5 мкг / мл.
Профили гистамина
Анализ гистамина проводили с использованием частиц PS разного размера при высокой концентрации 500 мкг / мл, которая индуцировала секрецию IL-6 (рис.). В отличие от результатов предыдущего исследования частиц PP ^⁴⁹, частицы PS с разными размерами не вызывали различий в высвобождении гистамина по сравнению с контролем.Тучные клетки MHC-1 выполняют ключевую функцию на стыке врожденного и адаптивного иммунитета и являются первичными эффекторами гиперчувствительности немедленного типа. Сообщалось, что TNF-α, полученный из тучных клеток, играет особенно важную роль в аллергическом воспалении. В нашем исследовании обработка частицами PS не влияла на секрецию IL-2. Однако это может указывать на то, что частицы PS вызывают острое воспаление без участия гистаминов, и что они с большей вероятностью активируют врожденный иммунитет, чем адаптивный иммунитет.
Мы провели тесты с HDF и PBMC, чтобы определить, могут ли первичные частицы PS вызывать воспаление и цитотоксические эффекты у людей без посредничества гистамина. Для этого эксперимента использовались частицы ПС диаметром 0,46, 1, 3, 10, 40 и 100 мкм с аналогичными дзета-потенциалами (1-2 мВ). Результаты цитотоксичности показали, что концентрации частиц PS <500 мкг / мл не снижали жизнеспособность клеток HDF и PBMC. Однако высокая концентрация (1000 мкг / мл) вызвала цитотоксичность до 50% клеток HDF.Размер частиц PS и поверхностный заряд были важными факторами цитотоксичности. Согласно недавнему исследованию, наночастицы полистирола, меченные NH ₂, были высокотоксичны для макрофагов RAW 264.7. Подобно нашим наблюдениям, наночастицы ФС накапливались в цитоплазме и вызывали поглощение кальция в митохондриях, что приводило к гибели клеток ^⁵⁶. Человеческие макрофаги могут избирательно фагоцитировать наночастицы PS, особенно частицы PS с концевыми COOH. Линия моноцитарных клеток человека THP-1 с большей вероятностью эндоцитирует наночастицы PS с концевым NH ₂.Другое исследование показало, что частицы PS разного размера накапливаются в печени, жабрах и кишечнике рыбок данио и вызывают воспаление ^⁸⁵.
Потенциальная токсичность микропластических частиц полистирола
Реферат
Загрязнение окружающей среды пластиковыми отходами является серьезной глобальной проблемой. Пластиковые макрочастицы, микрочастицы и наночастицы могут повлиять на морские экосистемы и здоровье человека. Принято считать, что микропластические частицы не вредны или, в лучшем случае, минимальны для здоровья человека.Однако прямой контакт с микропластичными частицами может иметь отрицательные последствия на клеточном уровне. Частицы первичного полистирола (ПС) были в центре внимания этого исследования, и мы исследовали потенциальное влияние этих микропластиков на здоровье человека на клеточном уровне. Мы определили, что частицы PS являются потенциальными иммуностимуляторами, которые индуцируют продукцию цитокинов и хемокинов в зависимости от размера и концентрации.
Условия темы: Культура клеток, мониторинг окружающей среды, супрамолекулярные полимеры
Введение
Частицы микропластов можно разделить на две категории: первичные и вторичные.Пластиковые частицы диаметром менее 5 мм считаются микропластиками ^¹. Хотя местные и национальные правительства в Северной Америке в 2015 году приняли меры по регулированию производства микрогранул, микропластические частицы по-прежнему производятся в других частях мира ^². Первичные микропластические частицы намеренно производятся на микромасштабах и являются ключевыми ингредиентами скрабов ^³, мыла для мытья рук ^⁴, очищающих средств ^⁵, зубных паст ^⁶ и биомедицинских продуктов ^⁷.Первичные микропластические частицы, особенно частицы диаметром от 1 до 5 мкм, имеют сферическую форму и часто изготавливаются из полипропилена (PP), полистирола (PS) или полиэтилена (PE).
В отличие от первичных микропластических частиц, вторичные микропластические частицы образуются в результате фрагментации пластикового мусора ^{⁸ — ¹⁰}. Пластиковый мусор является основным источником вторичных микропластических частиц, обнаруживаемых в океане и почве, потому что мусор распадается на мезочастицы и макрочастицы.Ультрафиолетовое (УФ) излучение солнца и физические силы разлагают эти частицы на пластиковые микрочастицы и наночастицы ^{¹¹, ¹²}. В недавнем исследовании изучали фрагментацию крышек кофейных чашек, одноразовых тарелок и пенополистирола, облученных моделированным УФ-светом, для определения механизма разложения. ^¹³.
Морепродукты также являются потенциальным источником твердых частиц пластмассы ^{¹⁴ — ¹⁸}.Антропогенный мусор, включая пластиковые частицы и волокна, был обнаружен более чем в 20% отдельных моллюсков и желудочно-кишечных трактах (ЖКТ) рыб в исследовании 2015 года ^¹⁹. Проглатывание микропластика рыбой и моллюсками было продемонстрировано в нескольких исследованиях ^{¹⁶, ¹⁸, ²⁰}.
Продукты питания, контейнеры для пищевых продуктов, предметы повседневного обихода (средства личной гигиены), биомедицинские продукты и питьевая вода не являются основными источниками твердых частиц пластика.Однако они могут быть непрерывными источниками пластиковых частиц ^{²¹ — ²⁴}. Например, в одном исследовании были обнаружены фрагменты микропластика во всех типах многоразовых и одноразовых пластиковых бутылок ^²⁴. Другие примеры включают скрабы для лица, которые обычно используются для отшелушивания. По оценкам, 1,1 миллиона женщин в Великобритании используют эти скрабы каждый день. Типичное количество для ежедневного использования составляет 5 мл, что содержит от 4594 до 94 500 микропластических частиц ^{⁴, ⁵}.Кроме того, три из четырех отшелушивающих средств для тела содержат микропластик. Эти первичные пластиковые частицы могут попасть в канализацию ^⁴, и только 25% из них отфильтровываются из водоочистных сооружений ^{⁴, ²⁵}. Поэтому прямой контакт с микропластическими частицами в повседневных товарах представляет собой потенциально серьезную проблему. Согласно одному исследованию, частицы полистирола из лабораторий могут быть источником первичных загрязнителей в виде твердых частиц из пластика ^²⁶.В этом исследовании мы сосредоточились на наночастицах и микрочастицах ПС, обнаруженных в окружающей среде. В зависимости от их размера, формы и химического состава функциональных групп, проглоченные микропластические частицы могут вызывать различные проблемы. Частицы микропластов не могут перевариваться, поэтому агрегаты, содержащие биомолекулы и микропластики или нанопластики, могут вызвать нарушение моторики или непроходимость желудочно-кишечного тракта. Хорошо известно, что размер является важным параметром цитотоксичности in vitro ^{²⁷, ²⁸}.В недавнем исследовании 30-нм частицы COOH-PS в морской воде агрегировались менее чем за 30 минут ^²⁸. Гидродинамический диаметр нанопластических частиц увеличивается с увеличением концентрации NaCl. Гидродинамический диаметр наночастиц (НЧ) ПС составляет ~ 100 нм при низкой ионной силе NaCl (1–50 мМ). Однако было обнаружено, что НЧ ПС агрегируют, когда концентрация NaCl выше ^²⁹. Таким образом, ожидается, что НП PS легко агрегировать в морской воде.Их взаимодействие с различными примесями может нанести вред водным животным и вызвать побочные эффекты у людей. Абсорбированные микропластики и нанопластики диаметром менее 1,5 мкм могут напрямую повредить клетки. НЧ были недавно получены через деградации микропластиков PS через 56 дней просто путем облучения их УФ-светом, что в три раза быстрее, чем разложение без УФ-излучения. ^¹³. Эти данные предполагают, что простые химические силы могут генерировать наноразмерные частицы из частиц PS и приводить к прямому повреждению клеток.В нескольких исследованиях сообщалось, что микропластик диаметром <1,5 мкм может проникать в ткани и приводить к накоплению микропластика ^{⁶, ³⁰, ³¹}. Считается, что от 1% до 4% частиц PS в кишечнике мигрируют в кровоток. Транслокация наночастиц считается очень низкой, и наиболее вероятными местами накопления являются пятна Пейера в тонкой кишке ^³². Однако возможно, что попадание нанопластика в кровоток после приема внутрь может привести к локальному воспалению или вызвать аллергические реакции в тканях ^{²⁹, ³³ — ³⁵}.Агрегация микропластиков и нанопластиков с биомолекулами и химическими веществами часто оказывает токсическое действие. В соответствии с руководящими принципами Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) воздействие мономеров стирола на человека должно быть ограничено средневзвешенным по времени значением (TWA) 20 ppm (85 мг / м ³) с пределом кратковременного воздействия ( СТЭЛ) 40 частей на миллион (170 мг / м ³) ^³⁶. Химические вещества, используемые для синтеза частиц PS, такие как монофункциональные пероксиды, также могут вызывать токсичность.Инициаторы, такие как перекись бензоила и азобисизобутиронитрил, используются для сокращения времени полимеризации. Другие химические вещества, используемые для синтеза PS, включают катализаторы, такие как цеолиты и оксиды железа (III); эмульгаторы; и стабилизаторы, такие как бис (2,2,6,6-тетраметилпиперидин-4-ил) декандиоат. Эти химические вещества встречаются во всем мире и считаются загрязнителями окружающей среды. Они накапливаются в пищевой цепи, преимущественно в жировых тканях животных. Большинство потребляемых людьми микропластиков и нанопластиков содержится в продуктах питания, пищевых контейнерах и воде ^{¹⁸, ¹⁹, ³¹}.Повседневные продукты и загрязненная почва также могут быть источниками первичных микропластиков, и их попадание в организм человека может вызвать проблемы со здоровьем ^{⁴, ³⁷}. В среднем человек поглощает около 11000 микропластических и нанопластических частиц ежегодно, потребляя морепродукты, такие как устрицы, крабы и рыба ^{¹⁸, ³⁸}. Пластиковые бутылки многоразового и одноразового использования могут содержать до 15 макрочастиц или наночастиц на литр ^²⁴.В питьевой воде были обнаружены микрочастицы размером от 1 до 500 мкм. Пятьдесят процентов микропластиков и нанопластиков имеют диаметр менее 1,5 мкм. Эти частицы обнаруживаются в волокнах, фрагментах и сферических пенопластах ^{²⁴, ³⁹, ⁴⁰}, что указывает на то, что сферические микропластики и нанопластики пенопласта могут быть первичными пластиковыми частицами. Также было высказано предположение, что микрочастицы полистирола составляют менее 10% пластиковых частиц в неочищенной воде и отложениях ^³⁹.Следовательно, мониторинг первичных частиц PS может выявить происхождение этих загрязнителей.
Полистирол — бесцветный прозрачный полимер, состоящий из мономеров стирола, с удельным весом 1,04–1,07 г / см. ³. PS растворим в органических растворителях, таких как кетоны, сложные эфиры и ароматические углеводороды. Он устойчив к кислотам, щелочам, солям, минеральным маслам, органическим кислотам и спиртам ^⁴¹. Как твердый и прочный пластик, PS часто используется для производства прозрачных продуктов, таких как упаковка для пищевых продуктов и лабораторная посуда.Легкий пенополистирол обеспечивает отличную теплоизоляцию для многих областей применения, таких как кровля, стены зданий, холодильники и морозильники.
В этом исследовании мы сосредоточили внимание на потенциальном воздействии первичных частиц полистирола на здоровье человека на основе размера и концентрации частиц, а не воздействия отдельных химических веществ. Мы оценили потенциал первичных частиц PS вызывать токсичность на клеточном уровне. Хотя многие организации и исследовательские группы исследовали влияние первичных микрочастиц и наночастиц PS на морские экосистемы ^{⁴² — ⁴⁴}, неясно, какое влияние первичные частицы PS оказывают на людей.Сферические первичные частицы PS используются для широкого спектра биомедицинских приложений, которые напрямую влияют на людей, таких как доставка лекарств ^⁴⁵, визуализация ^{⁷, ⁴⁶} и лабораторное оборудование. Таким образом, изучение связи между первичными частицами PS и потенциальными рисками для здоровья человека важно для понимания токсичности частиц PS. В этом исследовании мы оценили способность первичных микрочастиц и наночастиц PS вызывать токсичность у людей на основе размера и концентрации и исследовали, опосредуют ли частицы PS иммунные ответы и аллергические реакции.
Результаты и обсуждение
Мы выдвинули гипотезу, что люди могут отравлять частицы полистирола из повседневных продуктов, продуктов питания, биомедицинских продуктов, пищевых контейнеров и питьевой воды ^{²⁴, ³⁸}. Мы протестировали шесть различных размеров частиц PS с использованием дермальных фибробластов человека (HDF), мононуклеарных клеток периферической крови (PBMC) и линии тучных клеток человека (HMC-1), чтобы определить их цитотоксический потенциал (рис.).
Иллюстрация путей поглощения частиц PS трех клеточных линий.Попадание в организм человека частиц PS из средств личной гигиены может происходить через абсорбцию через кожу. Поступление также может происходить через попадание частиц PS в пищу, пищевые контейнеры, питьевую воду или биомедицинские продукты. Мы оценили способность первичных микрочастиц и наночастиц PS вызывать токсичность для человека на основе размера и концентрации частиц в клетках человека.
Характеристика частиц ПС
Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), были использованы для изучения морфологии отдельных частиц ПС, покрытых платиной (рис.) в совокупности. Более мелкие частицы были более склонны к агрегированию из-за ван-дер-ваальсовых взаимодействий с Na ⁺ или Ca ²⁺ в буфере. Дзета-потенциал частиц ПК с длиной волны 460 нм составлял -2,2 ± 0,1 мВ (рис.), В то время как дзета-потенциалы других частиц ПК были ближе к нулю. Образование агрегатов наночастиц ПС можно объяснить теорией Дерягина-Ландау-Вервея-Овербека (DLVO). Согласно теории DLVO, мелкие частицы несут меньший заряд, чем большие частицы при pH 7.Силы отталкивания двойного электрического слоя (EDL) между небольшими частицами при данной ионной силе, таким образом, меньше ^⁴⁷. Частицы PS с небольшими отрицательными зарядами имели тенденцию приближаться друг к другу, поскольку ионная сила NaCl увеличивалась до 137 мМ в буфере PBS. Кроме того, все частицы ПК были однородными по размеру (рис.).
СЭМ-изображения и дзета-потенциалы частиц ПК. ( A ) Наночастицы PS 460 нм. ( B ) Частицы ПС 1 мкм. ( C ) Частицы ПС 3 мкм.( D ) Частицы ПС 10 мкм. ( E ) Частицы ПС 40 мкм. ( F ) Частицы PS 100 мкм (шкала = 200 нм, 1 мкм, 2 мкм, 10 мкм и 20 мкм). ( G ) Дзета-потенциалы частиц ПК.
Тесты на цитотоксичность
Мы исследовали реакцию человеческих HDF, клеток HMC-1, PBMC и других клеток на частицы PS. HDF являются преобладающими клетками в стромальной ткани, которые играют важную роль в процессе заживления ран, а также обеспечивают защитный барьер для предотвращения поглощения частиц PS.Для этого исследования были выбраны тучные клетки человека, поскольку они проявляли многие ключевые характеристики тучных клеток тканей. Они включали экспрессию гистамина, триптазы и гепарина, что могло указывать на тесную связь между микрочастицами PS, иммунной системой человека и гиперчувствительностью ^⁴⁸. Поведение изолированных PBMC, такое как экспрессия цитокинов, может предоставить уникальную информацию об иммунном ответе человека на частицы PS в организме. Во время обработки клетки были полностью покрыты частицами PS (1 мг / мл).Отсутствие токсичности HDF может указывать на то, что первичные частицы PS менее повреждают органы и кожу. Ни одна из частиц PS не вызывала значительной цитотоксичности в клетках HDF или PBMC (рис.) При концентрациях до 500 мкг / мл. Мы также включили в план эксперимента концентрацию PS выше 500 мкг / мл. Жизнеспособность клеток HDF, обработанных 3 мкм частицами PS в концентрации 1000 мкг / мл, снизилась на 40% (** p <0,001), в то время как жизнеспособность PBMC не снизилась.Профили жизнеспособности клеток против PBMC показаны на рис. Можно сделать вывод, что частицы PS не являются цитотоксичными для HDF и PBMC в обычном состоянии, но могут вызывать повреждение кожи в условиях экстремально высокой концентрации.
Цитотоксичность частиц PS. ( A ) Наночастицы PS 460 нм на HDF. ( B ) Частицы ПС 1 мкм на HDF. ( C ) Частицы ПС 3 мкм на HDF. ( D ) Частицы ПС 10 мкм на HDF. ( E ) Частицы ПС 40 мкм на HDF.( F ) Частицы ПС 100 мкм на HDF. ( G ) Наночастицы PS 460 нм на PBMC. (H ) 3 мкм частицы PS на PBMC. ( I ) Частицы PS 10 мкм на PBMC.
Было оценено поступление частиц ФС с пищей, продуктами повседневного потребления и биомедицинскими продуктами. Согласно таблице данных Sigma, средний вес частицы PS 3 мкм составлял 1,5 × 10 ^-8 мг. Основываясь на отчетных данных, мы рассчитали максимальное потребление 11 000 пластиковых частиц на человека в год с пищей.Люди потенциально могут потреблять до 325 пластиковых частиц на литр питьевой воды. Исходя из рекомендации выпивать два литра воды в день, человек может потреблять до 237 250 пластиковых частиц в год. Таким образом, можно ожидать максимального годового поступления 248 250 пластиковых частиц, включая пластиковые частицы, из питьевой воды. 3 мкм. Мы рассчитали годовое поступление частиц ПС, предполагая, что удельный вес, размер и форма пластиковых частиц менялись.Максимальное годовое потребление на человека может превышать 133 мг / год, если пластиковые частицы имеют диаметр более 100 мкм (более пластиковых частиц размером 100 мкм представляет собой увеличение объема на 33 ³ по сравнению с частицами 3 мкм, тогда как удельный вес составляет 1,04 –1,07 г / см ³). Максимальное поступление частиц PS из средств личной гигиены или биомедицинских продуктов на основе объема продукта 5 мл колебалось от 4594 до 94 500 частиц в день ^{⁴, ⁵², ⁵³}.Основываясь на этом диапазоне, мы подсчитали, что ежегодно используется до 35 × 10 ⁶ первичных пластиковых частиц. Если предположить, что размер частиц составляет <3 мкм или> 100 мкм, это было эквивалентно потреблению первичных пластиковых частиц в размере 0,5–18 860 мг на человека только при чистке. Таким образом, мы увеличили расчетное количество общего воздействия первичных пластиковых частиц на человека до 0–19000 мг / год ^-1 л ^-1. Сообщается, что менее 10% пластиковых отходов состоит из частиц полистирола ^³⁹.Мы рассчитали среднее потребление отдельных частиц PS 0–19 мг и ^–1 л ^–1, или 0–19 мкг / мл, с размером частиц от нанометров до микрометров. Мы предположили, что частицы PS наносили на заданную область с максимальной концентрацией в течение определенного времени для отслеживания биологической реакции.
Конфокальная визуализация
Механизм клеточного поглощения зависит от размера и поверхностного заряда частиц. Поглощение частиц размером менее 700 нм происходит посредством опосредованного рецептором эндоцитоза ^⁵⁴, тогда как более крупные частицы захватываются посредством фагоцитоза ^⁵⁵.Сообщалось, что полистирольные наносферы с концевым NH ₂ являются высокотоксичными для макрофагов RAW 264.7, эпителиальных клеток и клеток эндотелиальной гепатомы микрососудов человека ^⁵⁶. Это было связано с отложением частиц в цитозоле, которое вызвало увеличение митохондриального захвата Ca ²⁺ и гибель клеток. Отрицательно заряженные полимерные наночастицы диаметром менее 500 нм имеют тенденцию эффективно накапливаться в опухолях мышей ^⁵⁷.На основании этих результатов для нашего исследования были выбраны частицы PS-FITC с размером 460 нм. Микрочастицы PS могут быть преобразованы в наночастицы ^¹³, поэтому мы думали, что результаты этих исследований будут полезны для понимания токсичности частиц PS. Мы также протестировали, чтобы определить, вызывают ли частицы PS 460 нм другой биологический ответ. Наночастицы PS, меченные 460 нм FITC, позволили нам определить расположение частиц в клетках после эндоцитоза (рис.). Частицы PS-FITC в основном располагались в цитоплазме фагоцитарных клеток, таких как нейтрофилы и макрофаги, тогда как фагоцитоз лимфоцитоподобными клетками не был указан (рис.) На изображениях Z-сечения ^⁵⁷. Подобно нашему наблюдению в PBMC, частицы PS-FITC в клетках HDF в основном располагались в цитоплазме, что указывало на успешное поглощение частиц (рис.).
Конфокальные изображения частиц ПК в клетках. ( A ) Флуоресцентные изображения 460 нм наночастиц PS-FITC в PBMC после окрашивания DAPI (масштабная полоса = 10 мкм).Справа: изображения в Z-сечении. ( B ) Флуоресцентные изображения 460 нм наночастиц PS-FITC, захваченных HDF, собранных после окрашивания DAPI (масштабная полоса = 50 мкм). Справа: изображения в Z-сечении.
Тест на гемолиз
Тест на гемолиз in vivo был проведен для оценки совместимости частиц PS с кровью, что позволило нам идентифицировать тяжелые острые токсические реакции в эритроцитах. ^⁵⁸. Гемоглобин представляет собой железосодержащий металлопротеин, переносящий кислород, который играет важную роль в транспортировке кислорода от легких к клеткам и тканям ^⁵⁹.Хорошая корреляция между в анализах гемолиза — vitro и в — vivo токсичности была продемонстрирована в нескольких исследованиях ^{⁶⁰, ⁶¹}. Результаты этих исследований показывают, что полимеры обычно вредны для клеток, хотя степень токсичности зависит от концентрации, времени воздействия и катионной природы полимеров. Микропластические частицы диаметром менее 5 мкм оказывают гемолитическое действие на эритроциты из-за их поверхностных зарядов и агрегации в высокосолевом буфере (* p <0.03, рис.). Агрегаты пластиковых частиц и биомолекул выделяют химические вещества, которые также обладают цитотоксическим действием ^{⁶² — ⁶⁵}. Мы исследовали гемолиз эритроцитов при прямом контакте с частицами ФС различной концентрации и размера. Частицы ПС диаметром более 10 мкм не могут проникать в кровеносные сосуды. Однако наблюдаемые гемолитические эффекты указывают на то, что прямой контакт приводит к цитотоксичности. Частицы PS диаметром менее 5 мкм обладали гемолитическим эффектом примерно на 4% по сравнению с контролем.Это означало, что более мелкие частицы имели более сильную тенденцию к агрегированию из-за размера, а высокая концентрация оказывала влияние на гемолиз эритроцитов. Индукция гемолиза зависела только от размера, а не от концентрации. Частицы PS, меньшие, чем эритроциты, которые имели средний диаметр 6-8 мкм, были более цитотоксичными при каждой концентрации из-за их большой площади поверхности. Напротив, крупные частицы PS не оказывали гемолитического действия на эритроциты (рис.). Хотя индекс гемолиза, показанный в этом исследовании, не был очевидным ^⁶⁶, гемолиз был связан с размером частиц в отрицательной корреляции.Таким образом, гемолитический неблагоприятный эффект in vivo наночастиц требует дальнейшего изучения, особенно для малых наночастиц.
Гемолиз эритроцитов после контакта с частицами PS. ( A ) Наночастицы PS 460 нм. ( B ) Частицы ПС 1 мкм. ( C ) Частицы ПС 3 мкм. ( D ) Частицы ПС 10 мкм. ( E ) Частицы ПС 40 мкм. ( F ) Частицы ПС 100 мкм. 5% tx-100 служил положительным контролем. Cntl указывает на отсутствие лечения.Поглощение измеряли при 540 нм.
Профили цитокинов
Риски проглатывания микропластов в тестах на животных зависят от степени воздействия и размера пораженной области ^¹⁶. Перемещение, перераспределение и удержание — основные проблемы. ^{⁶⁷, ⁶⁸}. Как и в случае с пыльцой и пылью, прямой контакт с частицами пластика может вызвать первичные защитные механизмы организма для выброса, такие как слезотечение, выделение мокроты, чихание и кашель ^⁶⁹.Микрочастицы в тонком кишечнике в результате всасывания через кожу и клетки переносились в другие ткани тела через кровеносные сосуды в тестах на животных, где задействовались клеточно-опосредованные защитные механизмы ^⁶⁷. В таких случаях пластиковые микрочастицы могут быть обнаружены в просвете кровеносных и лимфатических сосудов в течение минут ^{⁷⁰, ⁷¹}. Поглощение более мелких пластиковых наночастиц и микрочастиц в пищеварительном тракте происходит через пиноцитоз и везикулярный фагоцитоз фагоцитами ^{⁷² — ⁷⁴}.Эти процессы зависят от размера частиц. Результаты нескольких исследований показывают, что пластиковые микросферы диаметром 50–100 нм легче абсорбируются через пейеровы бляшки и ворсинки в кишечнике, чем частицы с большим диаметром 300–3000 нм ^⁷⁵, и что заряд поверхности и гидрофильность увеличиваются. аффинность поглощения ^{⁷⁶ — ⁷⁸}.
В этом исследовании мы оценили профили высвобождения цитокинов иммунными клетками, чтобы определить, может ли воспаление быть вызвано лечением частицами PS.Мы также исследовали, происходит ли высвобождение цитокинов в зависимости от размера или концентрации. Интерлейкин 2 (ИЛ-2) — один из наиболее распространенных цитокинов, который участвует в контроле клеточной толерантности и иммунитета. IL-2 представляет собой фактор роста Т-клеток (TCGF), который был обнаружен непернатантами, полученными из митоген-стимулированных лимфоцитов периферической крови. ИЛ-2 продуцируется преимущественно активированными CD 4 ⁺ и CD 8 ⁺ Т-лимфоцитами ^⁷⁹. TNF-α служит иммунным медиатором клеточной адгезии, миграции, ангиогенеза и апоптоза.TNF-α представляет собой провоспалительный цитокин, продуцируемый клетками костного мозга, в первую очередь макрофагами, а также широкими типами клеток (лимфоцитами, тучными клетками, эндотелиальными клетками и т. Д.) После стимуляции различными агентами ^⁸⁰. Повышенная регуляция этих цитокинов является потенциальным индикатором иммунного ответа и воспаления. IL-6 действует как провоспалительный цитокин и как противовоспалительный миокин. IL-6 вырабатывается в ответ на инфекции и повреждения тканей, и он способствует защите хозяина, стимулируя острофазовый ответ ^⁸¹.IL-10 представляет собой противовоспалительный цитокин, который подавляет активность Th2-клеток, NK-клеток и макрофагов во время инфекции ^⁸².
Результаты ELISA (рис.) Показали увеличение секреции TNF-α при обработке частицами PS диаметром менее 1 мкм в концентрации 500 мкг / мл (* P <0,03) и значительное изменение секреция IL-6 обработкой частицами PS диаметром менее 10 мкм в концентрации 500 мкг / мл (* P <0,04, рис.). Однако секреция ИЛ-2 обработанными клетками и контрольными образцами не различалась (рис.). Это указывает на то, что высокая концентрация мелких частиц PS может вызвать воспаление через врожденную иммунную систему, а не через адаптивную иммунную систему. Наряду с результатом конфокальной визуализации (рис.), Мы предполагаем, что иммунные клетки способны фагоцитировать частицы PS и, возможно, распознали их как патогены. Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями, которые показали, что частицы PS диаметром менее 3 мкм ускоряют фагоцитоз за счет увеличения продукции цитокинов, включая IL-1 и IL-6.Эти цитокины секретируются макрофагами, которые связаны с врожденным иммунитетом и воспалением ^{⁸³, ⁸⁴}. IL-10 подавляет или регулирует воспалительный ответ антигенпрезентирующих клеток (APC), таких как дендритные клетки и макрофаги, и ограничивает адаптивный ответ CD4 + Т-клеток. Никакого увеличения секреции IL-10 не наблюдалось ни в одном из экспериментальных условий (рис.). Это указывает на то, что ранняя стадия воспаления запускается фагоцитозом частиц PS макрофагоподобными клетками, и что частицы PS не будут подавлять иммунный ответ.Хотя эффекты частиц PS при более низких концентрациях и эффекты более крупных частиц PS на ранней стадии воспаления были менее очевидными, частицы PS, таким образом, могли вызывать токсичность, вызывая воспаление в зависимости от размера и концентрации.
Цитокиновые профили TNF-альфа, IL-2, IL-6, IL-10 и гистамина. Секреция TNF-α, индуцированная частицами PS различного размера при концентрациях ( A ) 500 мкг / мл, ( B ) 100 мкг / мл и ( C ) 10 мкг / мл.Секреция IL-2, индуцированная частицами PS различного размера при концентрациях ( D ) 500 мкг / мл, ( E ) 100 мкг / мл и ( F ) 10 мкг / мл. Секреция IL-6, индуцированная частицами PS различного размера при концентрациях ( G ) 500 мкг / мл, ( H ) 100 мкг / мл и ( I ) 10 мкг / мл. Секреция IL-10, индуцированная частицами PS различного размера при концентрациях ( J ) 500 мкг / мл, ( K ) 100 мкг / мл и ( L ) 10 мкг / мл.( M ) Профили гистамина после обработки частицами PS 500 мкг / мл разного размера. Cntl: без лечения. ЛПС: 2,5 мкг / мл.
Профили гистамина
Анализ гистамина проводили с использованием частиц PS разного размера при высокой концентрации 500 мкг / мл, которая индуцировала секрецию IL-6 (рис.). В отличие от результатов предыдущего исследования частиц PP ^⁴⁹, частицы PS с разными размерами не вызывали различий в высвобождении гистамина по сравнению с контролем.Тучные клетки MHC-1 выполняют ключевую функцию на стыке врожденного и адаптивного иммунитета и являются первичными эффекторами гиперчувствительности немедленного типа. Сообщалось, что TNF-α, полученный из тучных клеток, играет особенно важную роль в аллергическом воспалении. В нашем исследовании обработка частицами PS не влияла на секрецию IL-2. Однако это может указывать на то, что частицы PS вызывают острое воспаление без участия гистаминов, и что они с большей вероятностью активируют врожденный иммунитет, чем адаптивный иммунитет.
Мы провели тесты с HDF и PBMC, чтобы определить, могут ли первичные частицы PS вызывать воспаление и цитотоксические эффекты у людей без посредничества гистамина. Для этого эксперимента использовались частицы ПС диаметром 0,46, 1, 3, 10, 40 и 100 мкм с аналогичными дзета-потенциалами (1-2 мВ). Результаты цитотоксичности показали, что концентрации частиц PS <500 мкг / мл не снижали жизнеспособность клеток HDF и PBMC. Однако высокая концентрация (1000 мкг / мл) вызвала цитотоксичность до 50% клеток HDF.Размер частиц PS и поверхностный заряд были важными факторами цитотоксичности. Согласно недавнему исследованию, наночастицы полистирола, меченные NH ₂, были высокотоксичны для макрофагов RAW 264.7. Подобно нашим наблюдениям, наночастицы ФС накапливались в цитоплазме и вызывали поглощение кальция в митохондриях, что приводило к гибели клеток ^⁵⁶. Человеческие макрофаги могут избирательно фагоцитировать наночастицы PS, особенно частицы PS с концевыми COOH. Линия моноцитарных клеток человека THP-1 с большей вероятностью эндоцитирует наночастицы PS с концевым NH ₂.Другое исследование показало, что частицы PS разного размера накапливаются в печени, жабрах и кишечнике рыбок данио и вызывают воспаление ^⁸⁵.
Опасный пенополистирол: как полистирол разрушает нашу планету — Adapa
Опасный пенополистирол: как полистирол разрушает нашу планету
Полистирол встречается повсеместно; это было какое-то время. Вы можете найти его во всем: от фенов для волос, телевизоров, кофемашин и кухонных комбайнов до одноразовых бумажных стаканчиков и пищевых контейнеров.Возможно, вы слышали, что термин «пенополистирол» используется для обозначения этих хрупких белых чашек, тарелок и коробок, которые представляют собой не что иное, как пенополистирол (EPS). Подумайте о том, как кукурузные зерна лопаются, чтобы сделать попкорн, это своего рода пенополистирол. Это 95% воздуха и 5% полистирола. Но знаете ли вы, что полистирол — ядовитый материал, который в больших объемах чрезвычайно вреден для окружающей среды? Вы могли бы подумать, что основная рациональность диктует, что мы будем стремиться использовать меньше чего-то столь же опасного, как это, но, к сожалению, это не так.
Контейнеры из пенополистирола на вынос популярны, потому что они легкие и дешевые. В дополнение к этому, он также изолирует пищу, чтобы она оставалась горячей или холодной. Но это также вредно во многих отношениях. Он проникает в пищу или питье, хотя и в незначительных количествах. Выбросы заводов по производству пенопласта представляют серьезную угрозу для людей, живущих в близлежащих населенных пунктах. Рабочие, работающие на этих фабриках, также подвергаются большому риску воздействия высокотоксичных химикатов, используемых в производственном процессе.Кроме того, пенополистирол или полистирол не поддаются биологическому разложению, и на его разложение может уйти более миллиона лет. Только очень незначительное количество отходов полистирола в мире перерабатывается, остальное отправляется на свалки и пустыри. Некоторые из этих отходов попадают в водоемы, и благодаря своим плавучим свойствам они либо плавают на поверхности воды, либо опускаются на дно водяного дна. Затем его проглатывают водные животные, которые либо задыхаются от него и мгновенно умирают, либо серьезно травмируются.
Полистирол или пенополистирол также популярны в строительном секторе. Из-за небольшого веса и изоляционных свойств из него изготавливают блоки из полистирола для заливки бетона. Он широко используется для изоляции зданий, так как в основном состоит из воздуха, который плохо проводит тепло. Полистирол также используется для изготовления форм или форм для литья различных материалов. Но задумывались ли вы о том, что происходит с этими формами из пенополистирола, когда они служат своей цели?
Фотография выше была сделана на складе клиента.Это было до того, как они купили наши формы и вынуждены были полагаться на традиционные методы формования. Когда они использовали формы из полистирола, им приходилось разбивать их на более мелкие части, прежде чем выбросить их. Это происходило каждый раз, когда им приходилось создавать новую форму, а для крупных проектов их могли быть сотни. Фактически, проект, над которым они работают в настоящее время, потребовал бы от них изготовления 230 различных форм из пенополистирола стоимостью 5,5 миллионов долларов США. Этот клиент не только заплатил часть этой стоимости за приобретение наших пресс-форм, но и значительно сократил свой углеродный след. Щелкните здесь , чтобы узнать больше о том, как Adapa помогает нашим клиентам во всем мире снизить уровень выбросов углерода.
Суть в том, что полистирол вреден для нас и его нужно утилизировать. Сотни городов по всему миру уже ввели запрет на использование EPS, и последним, кто присоединился к этой группе, стал Нью-Йорк. Компании тоже берут на себя обязательство отказаться от одноразового пластика. Все это поможет сократить наши выбросы углерода, и каждая мелочь помогает.Как насчет вас — вы вносите свой вклад в сохранение окружающей среды?
Вредное воздействие изделий из пенопласта на окружающую среду
Чего вы могли не знать о пенопласте
Многие города США приняли или находятся в процессе принятия законов, запрещающих использование выносных контейнеров из пенополистирола.
Полистирол, обычно называемый Styrofoam ™ , приобрел популярность в пищевой и упаковочной промышленности благодаря своим изоляционным свойствам.Теперь мы знаем, что стоимость этого удобства намного перевешивает любые преимущества. Многие ученые считают, что производство контейнеров из пенопласта вредно для людей и дикой природы, создает в окружающей среде мусор, который дорого обходится и трудно поддается очистке, а также просто не является экологически устойчивым.
Не поддается биологическому разложению, изготовлен из невозобновляемых ресурсов
Чтобы выпить кофе из чашки с пеной, нужно всего несколько минут, но этой чашки хватит на многие поколения на свалке. Полистирол никогда не разлагается полностью, потому что он устойчив к фотолизу, процессу, при котором свет разрушает материал.Это длится практически вечно, но средства, используемые для вспенивания, — нет. Пенополистирол производится из нефти, невозобновляемого ресурса. Мало того, что запасы этого ресурса ограничены, методы, используемые для сбора нефти, часто приводят к экологическим опасностям, таким как разливы нефти, которые еще больше загрязняют нашу планету.
Вредно для людей
Полистирол производится из стирола, который классифицируется как возможный канцероген для человека Агентством по охране окружающей среды и Министерством здравоохранения и социальных служб.Рабочие, подвергающиеся воздействию стирола на производственных предприятиях, потенциально могут испытывать негативные последствия для здоровья, в том числе:
Раздражение глаз, кожи, дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта
Расстройства центральной нервной системы, такие как депрессия, головная боль, утомляемость и слабость
Рестораны, в которых используются контейнеры из пенопласта, также подвергают риску своих клиентов. Токсичные химические вещества могут попадать в пищу, особенно если емкость находится в микроволновой печи.
Опасны для морской флоры и фауны и водных путей
Согласно новому отчету Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, в океан ежегодно попадает около 20 миллионов тонн пластика. В некоторых районах до 80% морского мусора состоит из пластика, большая часть которого — полистирол. Легкая пена легко разворачивается ветром, а поролоновый мусор быстро попадает в ливневые стоки, водные пути и океаны. Окружающая среда просто разделяется на более мелкие и мелкие части, которые птицы и водные животные часто принимают за пищу.Попадая внутрь, эти маленькие частицы пены сужают дыхательные пути и вызывают обширное повреждение внутренних органов.
Исследования также показали, что полистирол легко поглощает токсичные химические вещества, плавая в водных путях, и эти токсины передаются рыбе, которая поедает частицы. Эту рыбу поедает более крупная рыба, а токсины попадают в пищевую цепочку, в конечном итоге, к людям.
Мы не можем просто переработать его?
Несмотря на то, что технология переработки пенополистирола действительно существует, эти системы дороги и сложны в управлении, а рынок получаемого материала невелик.Очень немногие центры переработки принимают пенополистирол, поэтому в большинстве случаев любые контейнеры для пищевых продуктов из вспененного материала, помещенные в мусорные баки, в конечном итоге попадают на свалку, где они никогда не разлагаются. Или, что еще хуже, в наших водных путях! В тех немногих случаях, когда он действительно перерабатывается, он используется для создания совершенно другого продукта. Стаканы из переработанного пенопласта не используются для изготовления новых стаканчиков из пенопласта. Таким образом, любые новые производимые контейнеры для пенопласта должны изготавливаться из всех чистых нефтяных ресурсов. Даже если переработка полистирола наберет обороты, производство новых контейнеров из пенопласта все равно будет неэффективным.
The Changing Tide
С таким количеством доступных экологически чистых альтернатив, как раскладушки из волокна и компостируемые горячие чашки, использование полистирола для изготовления чашек и пищевых контейнеров быстро уходит в прошлое. В производстве продуктов также широко используются новые материалы, такие как чаши из сахарного тростника и чашки из бамбукового волокна.
Кен Якобус — генеральный директор и основатель Good Start Packaging. Он работает с ресторанами и другими организациями в США, чтобы помочь им найти лучшие экологически безопасные альтернативы традиционным пластиковым контейнерам для еды на вынос.Когда он не занят ликвидацией мусорных свалок и пластика, он ходит в походы, катается на велосипеде, катается на лыжах, читает и играет со своей семьей возле своего дома в южном Нью-Гэмпшире.

Опасности полистирола — Furman Greenbelt Sustainable Living Community
Опасности полистирола
Что это?
Часто мы слышим и обсуждаем опасности пластика как в наших сообществах, так и на глобальном уровне в нашем обществе, но меньше говорят о столь же опасном и широко распространенном использовании пенополистирола или «пенополистирола».«Пенополистирол легко доступен для населения и представлен во многих различных формах, предназначенных для быстрого и удобного использования, таких как подносы для обеда, чашки на вынос, контейнеры для пищевых продуктов и другие формы упаковки. Этот тип пены производится путем переработки химических веществ, таких как бензол и этилен, в полимерные цепи, которые объединяются с углеводородным газом, добавляемым в процессе связывания, чтобы сформировать тип упаковки из пеноматериала, который мы привыкли видеть ежедневно.
Почему это опасно ?: Человеческое тело и окружающая среда
Тело
Перечисленные выше химические вещества, бензол и этилен, оба перечислены в 14-м Докладе о канцерогенных веществах, поскольку с научной точки зрения считаются канцерогенными веществами.Хотя риск развития рака связан с множеством факторов, воздействие этих канцерогенов может оказаться опасным, особенно с учетом количества воздействия. Многие из этих обычно используемых контейнеров, содержащих эти вредные химические вещества, несут ответственность за перенос предметов, которые мы напрямую попадаем в наш организм. Они оказываются особенно вредными, когда эти контейнеры нагреваются, возможно, выделяя больше вредных химикатов непосредственно в нашу пищу для нашего потребления.
Окружающая среда
Подобно тому, как воздействие канцерогенных химикатов из пенополистирола не вызывает достаточного беспокойства, оно также оказывает пагубное воздействие на окружающую среду.Из-за своего химического состава полистирол не поддается биологическому разложению, то есть он не разлагается естественным образом при попадании в окружающую среду. Поскольку он такой легкий, он практически бесполезен с точки зрения переработки, поэтому многие центры переработки не принимают пенополистирол. Это в сочетании с тем фактом, что сбор этих контейнеров оказывается трудным, поскольку их легко сдувает ветром, означает, что большая часть производимого пенополистирола попадает в нашу окружающую среду либо на свалки, в океаны, либо в виде мусора на обочинах дорог.Пенополистирол может занимать много места на свалках и может быть найден в «мертвых зонах» в океане — местах, где ничто, кроме планктона, не может выжить. Даже если все центры переработки принимают пенополистирол, метод и последствия этого процесса утилизации остаются сложными. Из-за его легкости, но громоздкости, он требует больших затрат энергии для передачи больших объемов в центры переработки, которые практически не имеют веса или ценности. Поскольку он содержит много химикатов, он часто не может быть переработан напрямую по прибытии и требует методов стерилизации для удаления загрязняющих веществ.Кроме того, при неправильной утилизации токсичные химические вещества, разрушающие человека, дикую природу и озоновый слой, могут попадать в окружающую среду.
Альтернативы
Чтобы избежать последствий, связанных с использованием пенополистирола, важно найти альтернативные продукты, чтобы занять его место. Многие компании обращаются к экологически чистым ресурсам, которые вместо этого представляют собой либо компостируемые, либо многоцелевые продукты. Такие усовершенствования, как многоразовые пластиковые переносные контейнеры и кофейные чашки, внедряются в школах и дома.Другие обращаются к использованию бумажных изделий на основе волокон или растений, поэтому они являются экологически чистыми, пригодными для вторичной переработки и быстро разрушаются естественным путем. Некоторые даже делают рывок, чтобы сделать свою упаковку съедобной, чтобы избавить ее от необходимости перерабатывать или выбрасывать как отходы. Появляются инновационные способы перепрофилирования уже существующего полистирола, чтобы попытаться решить эти проблемы, например, использовать его для изоляции или строительства.
Kam JaCoby
Источники:
https: // www.triplepundit.com/2015/04/polystyrene-containers-stamped-sustainable-alter
уроженца /
What is Styrofoam?
http://www.yourgreen2go.com/why-go-green.html
How is EPS made
https://www.cancer.gov/about-cancer/causes-prevention/risk/substances/carcinogens
https://wmich.edu/mfe/mrc/greenmanufacturing/pdf/Polystyrene%20Recycling.pdf
.