В социалните мрежи вече сравняват микропластмасата с оловото и азбеста – материали, които някога са изглеждали полезни и безопасни, докато не сме осъзнали какви опасности крият.

Пластмасите са навсякъде около нас. Те са здрави, намират безброй приложения и дълго време са смятани за химически стабилни.

Днес обаче следи от тях се откриват буквално в човешкото сърце, както и на всевъзможни места в природата – от океанските дълбини до древни скални пластове. Пластмасовите отпадъци дори са се превърнали в основа за своеобразни нови екосистеми, в които се заселват инвазивни видове, а някои организми се хранят с пластмаса.

С натрупването на пластмасови отпадъци се множат и опасенията за въздействието им върху здравето. Нови научни данни показват, че тези материали далеч не са толкова химически инертни, колкото се смяташе досега.

Откритието е особено обезпокоително на фона на доказателствата, че микропластмасата прониква дори в репродуктивната система. Микропластмаса вече е откривана и в човешките тестиси. Сега учени от Колумбийския университет и Калифорнийския университет в Бъркли установяват, че при контакт с вода микропластмасовите частици проявяват химическа активност и предизвикват образуването на свободни радикали, способни да увреждат ДНК.

Резултатите, публикувани в престижното научно списание Nature, са особено тревожни, като се има предвид колко широко разпространена е водата на нашата планета.

А и самото човешко тяло е изградено предимно от вода.

„Установихме, че когато микропластмасата влиза в контакт с вода – например в пластмасовите бутилки или след като попадне в кръвообращението ни – спонтанно се образуват силно реактивни, високоенергийни свободни радикали“, обяснява водещият автор на изследването Найсин Цян, специалист по биотехнологична химия в Колумбийския университет.

Как микропластмасата променя водата около себе си?

За да разберат как микропластмасата взаимодейства с водата, учените провеждат поредица от лабораторни експерименти, прилагат различни аналитични методи и извършват изчисления.

Оказва се, че колкото по-малки са пластмасовите частици, толкова по-съществено се променят свойствата им.

„Когато пластмасата се раздробява на все по-дребни частици, общата площ на повърхността ѝ нараства многократно“, обяснява Уей Мин, съавтор на изследването и ръководител на научна група в Колумбийския университет, която изучава динамиката на биомолекулите.

„Тогава микропластмасата започва да променя водата около себе си и да предизвиква образуването на силно реактивни свободни радикали. Много е вероятно именно те да допринасят за уврежданията, които наблюдаваме при животни, изложени на микропластмаса, а потенциално и при хората.“

В експериментите са използвани шест широко разпространени вида пластмаса, подготвени в лабораторни условия под формата на прах. Учените изследват три отделни вида химични доказателства, за да потвърдят образуването на свободни радикали – по-конкретно на хидроксилни радикали.

Хидроксилните свободни радикали (OH), съставени от кислород и водород, са сред най-силно реактивните и токсични свободни радикали. Те могат да нанасят сериозни увреждания на клетките. Именно стремежът да се неутрализира вредното действие на подобни молекули е сред причините за огромния интерес към антиоксидантите и бързото развитие на пазара на продукти, които ги съдържат. Действителната им ефективност обаче невинаги е толкова голяма, колкото се твърди.

Според наблюденията свободните радикали се образуват най-вероятно там, където повърхността на микропластмасовите частици влиза в контакт с водата.

Какво се случва с белтъците и кръвните клетки?

В следващия етап от експериментите изследователите добавят лизозим – белтък, който се съдържа в различни телесни течности, включително сълзите, слюнката, слузта и майчиното мляко.

Те установяват, че под въздействието на протичащите реакции белтъчните молекули започват да се слепват и да образуват струпвания – процес, който може да се окаже неблагоприятен за здравето.

Това наблюдение е особено важно, тъй като натрупването на белтъчни агрегати в мозъка играе съществена роля в развитието на редица невродегенеративни заболявания.

Връзката между микропластмасата и подобни заболявания привлича все по-голямо внимание. Други изследвания например показват, че микропластмасата може да допринася за развитието на болестта на Паркинсон.

Интересен резултат се получава, когато учените добавят кофеин към експерименталната система. Благодарение на антиоксидантните си свойства той действа като своеобразен молекулярен щит и предотвратява слепването на белтъците.

Това обаче не означава, че пиенето на кафе непременно би имало същия защитен ефект. Действието на кофеина в контролирани лабораторни условия може съществено да се различава от ефекта му в живия организъм.

Изследователите проверяват и как протичащите реакции влияят върху червените кръвни клетки. За целта използват еритроцити, получени от мишки. Оказва се, че процесът на образуване на свободни радикали води до деформиране на клетките и разпадането им на фрагменти.

Защо пластмасите, които отблъскват водата, са най-реактивни?

Едно от най-любопитните открития в изследването е свързано с причината за химическата активност на микропластмасата.

На пръв поглед звучи парадоксално, но най-силно реагират именно частиците, които най-ефективно отблъскват водата. Това са т.нар. хидрофобни пластмаси.

Причината се крие в начина, по който повърхността им взаимодейства с водните молекули. Макар да отблъскват водата, тези пластмаси променят подреждането на молекулите в непосредствена близост до тях.

Това пренареждане води до промени в електростатичните сили – същите, които стоят зад познати явления като наелектризирането на котешката козина или полепването на дребни парченца опаковъчен материал по различни повърхности.

Накратко, в близост до водоотблъскващата пластмасова повърхност разтвореният кислород или водородните йони могат да приемат електрони от хидроксидните йони във водата. В резултат се образуват хидроксилни свободни радикали – силно реактивни частици, които могат да увреждат биологични молекули.

Дори отварянето на бутилка с вода може да отделя микропластмаса

Учените обръщат внимание и на многобройните процеси, при които по-големи пластмасови изделия се раздробяват на микроскопични частици.

Освен промишленото производство на пластмаси, което съвсем очаквано е сред източниците на замърсяване, за разпространението на микропластмасата допринасят и редица съвсем обикновени ежедневни дейности.

Тези частици попадат както в заобикалящата ни среда, така и в човешкия организъм.

Дори при отварянето и затварянето на пластмасова бутилка триенето постепенно износва капачката ѝ и може да отделя миниатюрни пластмасови частици.

С други думи, дори толкова обичайно действие може да се превърне в източник на микропластмаса.

„Различни дейности и процеси от всекидневието също могат да доведат до образуването на микропластмаса. Сред тях са загряването в микровълнова фурна, излагането на бутилирана вода на слънчева светлина по време на съхранение, както и интравенозните процедури в медицинската практика“, обяснява Бейджан Ян, съавтор на изследването и специалист по геохимия на околната среда в Климатичното училище към Колумбийския университет.

„Това фундаментално изследване ни дава възможност да разберем по-добре по какъв механизъм микропластмасата би могла да влияе върху здравето.“

Потенциалните рискове от използването на пластмасови опаковки за напитки вече са обект и на други научни проучвания. Например изследване установява възможна връзка между пиенето на течности от пластмасови бутилки и повишаването на кръвното налягане.

Илюстрация на нанопластмасовите частици в бутилирана вода. Източник: Найсин Цян.

Може ли микропластмасата да достигне до плода по време на бременността?

Бейджан Ян и други учени, сред които има и участници в настоящото изследване, вече провеждат експерименти с животни, за да установят как пластмасовите частици достигат до тъканите на плода по време на бременността.

Успоредно с това изследователите търсят и начини да се ограничи излагането на микропластмаса. Вместо да се съсредоточават единствено върху последствията, те се опитват да установят как замърсяването може да бъде предотвратено още в самото начало.

Необходимостта от подобни мерки става все по-очевидна. Микропластмасови частици вече са установени в различни човешки органи и тъкани, включително в такива, които доскоро се смятаха за относително защитени. Предишни проучвания например са открили микропластмаса дори в човешката мозъчна тъкан.

Проблемът вече привлича вниманието и на американските власти. По-рано тази година Министерството на здравеопазването и социалните услуги на САЩ (HHS) обяви програмата STOMP с бюджет от 144 милиона долара. Нейната цел е да подпомогне разработването на решения за справяне с микропластмасата, която попада и се натрупва в човешкия организъм.

Реална нанопластмасова частица с размер едва 200 милиардни части от метъра. Източник: Найсин Цян.

Може ли промяната в състава на пластмасите да реши проблема?

Една от възможностите за ограничаване на вредното въздействие на микропластмасата е да се промени начинът, по който се произвеждат самите пластмаси – и най-вече химичният състав и свойствата на техните повърхности.

Новото изследване показва, че именно на повърхността на пластмасовите частици протичат електрически, физични и химични процеси, които могат да предизвикат нежелани реакции в заобикалящата ги среда.

Това означава, че промяната на повърхностните свойства на материалите може да се окаже важна стъпка към създаването на по-безопасни пластмаси.

Според Тереза Хед-Гордън, специалист по теоретична химия и ръководител на изследователска лаборатория в Калифорнийския университет в Бъркли, откритието „в крайна сметка би могло да доведе до нови инженерни решения, при които химичният състав на масово използваните пластмаси се променя така, че да се намали вредното им въздействие върху човешкото здраве и околната среда“.

Изследването е публикувано в научното списание Nature.