健康人中枢神经系统及血脑屏障中微塑料和纳米塑料的定性定量分析及其传输效率——一项初步研究

《Environmental Pollution》：Qualitative and quantitative analysis of microplastics and nanoplastics in healthy human central nervous system and its blood-brain barrier transmission efficiency-A pilot study

本研究通过同步收集健康人群血浆和脑脊液样本，结合吡咯烷酮裂解气相色谱-质谱联用技术（Py-GC/MS）和激光直接红外成像光谱技术（LDIR），首次定量检测到聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）是血浆、脑脊液及脑组织中含量最高的微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）。结果显示，PS、PE、PP和PVC的跨血脑屏障（BBB）效率分别为84.08%、62.86%、208.70%和100.94%，表明这些塑料颗粒能有效穿透BBB进入中枢神经系统。脑组织中MPs浓度显著高于血浆和脑脊液，且PE和PVC占比最高，提示长期暴露可能对神经健康产生潜在影响。

　　微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）已成为全球重要的环境污染物，它们的广泛使用给生态环境和人类健康带来了巨大压力。MPs和NPs几乎存在于所有生态环境中，因此所有生物体都可能暴露于这些污染物之中。人类可能通过饮用水、食物、空气以及身体接触等多种途径吸收MPs/NPs。此外，由于MPs具有小尺寸和较大的表面积，它们能够作为有机污染物或添加剂的载体，从而间接影响人类健康。近年来，多项研究表明，MPs/NPs可以在人体的组织或体液中积累，包括心脏活检组织、血栓、动脉斑块以及血液样本。一项后续研究还指出，MPs/NPs在颈动脉斑块中的存在增加了心血管事件的风险，表明长期暴露于MPs/NPs可能对人类疾病的发展，尤其是慢性疾病，产生有害影响。

血脑屏障（BBB）的完整性可以有效地选择性渗透，从而保护大脑免受血液中的有害物质侵害。然而，当BBB受损时，这种屏障功能可能会被削弱，导致MPs/NPs更容易进入中枢神经系统（CNS）。已有研究表明，PS、PE、PP和PVC是人体脑脊液（CSF）中常见的MPs/NPs类型，而炎症引起的BBB损伤可能会加速PP和PE在CNS中的积累。此外，有研究发现MPs/NPs存在于人体嗅球和额叶皮层中，这表明CNS并非MPs/NPs的“豁免区域”，其对大脑的潜在危害应引起更广泛关注。

尽管如此，关于人体CNS中MPs/NPs的测量仍存在一些未解决的问题。首先，由于测量CNS中的MPs/NPs需要侵入性操作，因此如何通过血液监测这些微粒在CSF中的传输效率成为研究重点。其次，MPs/NPs具有较高的脂溶性，使其更容易在富含脂质的组织中积累，如大脑和肝脏。因此，MPs/NPs在大脑中的实际浓度或分布情况成为评估其神经毒性的关键问题。为了更好地理解MPs/NPs在人体内的分布和影响，本研究采用了同步采集的健康个体的血浆和CSF样本，并利用Py-GC/MS和LDIR成像光谱技术对11种常见的MPs/NPs进行定量分析和识别。

本研究发现，PS、PVC、PE和PP是能够穿透BBB进入CSF的主要MPs/NPs类型。其中，PVC的BBB传输效率最高，达到100.94%，而PE和PS的传输效率分别为62.86%和84.08%。值得注意的是，PP在CSF中的浓度高于血浆，其传输效率甚至达到了208.70%。这表明这些塑料微粒具有较高的渗透能力，能够在健康个体的BBB中有效传输。此外，研究还发现，不同类型的MPs在血浆、CSF和脑组织中的组成比例存在差异，而它们的物理特性，如直径、表面积和形态，却在两种体液中较为相似。

在健康个体的血浆和CSF中，PE和PVC是主要的MPs/NPs类型，其浓度在血浆和CSF中均较高。而在脑组织中，PE和PVC的浓度显著高于PS和PP，这表明它们在CNS中的积累程度更高。尽管PE和PVC在不同样本中的比例有所不同，但它们在人体内的存在表明，它们可能是CNS中MPs/NPs的主要成分。这些结果为未来研究MPs/NPs的神经毒性提供了重要的基础。

然而，本研究也指出了其局限性。首先，由于腰椎穿刺等侵入性操作的限制，样本数量较少，这可能影响研究的代表性。其次，仅选取了大脑皮层作为研究对象，而MPs/NPs对大脑不同区域的潜在影响仍需进一步探讨。此外，LDIR成像光谱技术无法检测直径小于20μm的MPs和NPs，这可能导致部分微粒未被准确识别。最后，虽然Py-GC/MS能够识别MPs/NPs的原始材料，但无法对它们进行精确量化，因此需要建立更多标准曲线以提高检测的准确性。

综上所述，本研究首次揭示了MPs/NPs在健康个体中的传输效率及其在CNS中的分布情况。PE和PVC作为最常见的MPs/NPs类型，其在血浆、CSF和脑组织中的浓度均较高，表明它们对大脑可能具有较大的潜在危害。因此，未来的研究应更加关注PE和PVC的神经毒性机制，以及它们在人体内的长期影响。此外，为了更全面地了解MPs/NPs在人体内的分布情况，需要进一步扩展研究范围，包括不同地区的个体以及更多脑区的分析。同时，应采用更先进的检测技术，如μ-Raman光谱，以提高对微小MPs/NPs的识别能力。这些努力将有助于更深入地理解MPs/NPs对人类健康的影响，并为制定有效的防护措施提供科学依据。