在静脉输液过程中，输液装置中的微塑料会释放出来，从而导致心血管毒性反应

《Environment International》：Microplastics release from infusion sets during intravenous infusion induces cardiovascular toxicity

　　洪贵宇|龚向|施涵禾|卓通增|昂登|益茵|云佳王
江西医学院第一附属医院骨科医院，南昌大学，南昌330209，江西，中国

**摘要**
塑料制品在医疗领域得到了广泛的应用，全球每年一次性塑料输液器的使用量超过一百万个。然而，越来越多的证据表明，这些输液器在静脉给药过程中可能会释放微塑料颗粒，这些颗粒可能累积在心血管系统中。在本研究中，通过模拟特定的临床输液条件（包括酸性、碱性药物和高渗输液，并在不同的温度下进行实验），我们观察到刺激性药物和高温显著增加了微塑料的释放。我们收集了释放出的微塑料（C-MPs），并将其暴露于人类脐静脉内皮细胞（HUVECs）和转基因斑马鱼模型中。研究结果表明，C-MPs能够被细胞吸收，随后导致活性氧（ROS）的产生增加了约12倍，激活了NLRP3炎性体，并抑制了血管生成。转基因斑马鱼的实验进一步证实，C-MPs的积累导致存活率显著下降，并伴有明显的心血管畸形，如心脏扩张、心包水肿、异常血管生成和严重的氧化损伤。总之，我们的发现表明，医疗设备释放的微塑料对心血管系统存在潜在的健康风险，因此强调了关注输液条件影响的必要性。

**1. 引言**
塑料材料在医疗、建筑和包装领域的普遍使用导致了数十亿吨塑料废物的积累，从而使得微塑料成为一种全球性的环境污染物（Cottom等人，2024年）。这些微小的颗粒是由降解和机械磨损产生的，通过胃肠道和呼吸道途径进入生物体，并通过食物链在人体内积累（Alava等人，2023年；López-Martínez等人，2021年）。值得注意的是，医疗设备是人体内微塑料的重要来源，输液器和胃管等塑料组件的使用在医疗实践中不可或缺（Cui等人，2024年；Liu等人，2024b年；Zheng等人，2024年）。然而，这些设备在应用过程中可能会无意中将微塑料释放到体内，使其通过血液系统在体内循环，可能对组织和器官造成伤害（Li等人，2025年；Zhang等人，2025年）。虽然胃肠道和呼吸系统具有强大的黏膜屏障作为主要防御线，但静脉给药引入了一个关键的“医源性悖论”——它完全绕过了这些解剖屏障，直接将微塑料注入全身循环（Xu等人，2025年）。因此，迫切需要研究医疗设备释放微塑料的情况及其对心血管系统的即时影响。

随着静脉输液需求的不断增加，一次性塑料输液器在全球范围内得到了广泛采用。这些设备主要由聚氯乙烯（PVC）制成。对于重症监护病房中的重症患者、接受重大骨科手术的患者或需要长期肠外营养的患者，中心静脉导管（CVC）通常会在体内停留数周到数月。通过这些导管连续冲洗液体不可避免地会导致PVC微塑料（PVC-MPs）的物理脱落，对高风险人群构成极大的毒理学威胁。研究已证实，在使用过程中PVC输液器可能会释放微塑料颗粒（Chen等人，2025a年；Zheng等人，2024年），且释放量受不同输液条件的影响。随后，这些微塑料通过循环系统在体内传播（Lee等人，2025年），并在人类精液（Zhao等人，2023年）、胎盘组织（Zhu等人，2023年）和动脉粥样硬化病变（Prattichizzo等人，2024年）中被发现。由于这种独特的血管内暴露会破坏初步的生物防御机制，血管内皮不可避免地承受了这些入侵PVC-MPs的直接影响，但其具体的毒理学机制仍不甚明了。

微塑料通常直径小于5毫米且具有抗降解性（Dai等人，2024年），可以在组织细胞中积累并通过多种机制引发细胞毒性。先前的研究表明，PVC-MPs会诱导活性氧（ROS）的产生，导致小鼠肺损伤和衰老（Luo等人，2023年）。PVC-MPs还被证明会导致斑马鱼的ROS损伤和心脏毒性（Santos等人，2024年）。值得注意的是，PS-MPs可以激活NLRP3，触发卵巢颗粒细胞的凋亡（Hou等人，2021年）。此外，微塑料还可以损伤人类脐静脉内皮细胞（HUVECs），破坏血管稳态（Chen等人，2025b年）。然而，IV来源的PVC-MPs对血管内皮的特定毒理学影响仍是一个未探索的领域。

尽管越来越多的证据表明微塑料污染是一个问题，但关于临床静脉设备直接释放微塑料及其对血管内皮的毒理学影响方面仍存在重要的且大部分未探索的研究空白。在本研究中，我们假设在静脉给药过程中从一次性输液器释放的PVC-MPs可能通过扰乱内皮稳态来引发心血管毒性。具体而言，假设内化的PVC-MPs会触发ROS的过量产生，激活NLRP3炎性体途径，从而导致内皮细胞凋亡和随后的血管生成受损。为了验证这一假设，我们在不同的模拟临床输液条件下（包括酸性、碱性和高渗条件以及不同温度）系统地量化了微塑料的排放量。随后，使用HUVECs和转基因斑马鱼模型对其病理生物学影响进行了评估。本研究的目的是阐明与塑料医疗设备相关的潜在血管健康风险。

**2. 方法和材料**
2.1. 材料和化学品
实验中使用的一次性聚氯乙烯（PVC）输液管和中心静脉导管（CVC）从中南大学湘雅医院采购。以下物质作为测试输液样本从湘雅医院获得：万古霉素（LLY，美国印第安纳州）（pH 2–3）、阿昔洛韦（华龙生物医药，中国武汉）（pH > 10）、右旋糖酐R（ Kelun Pharmaceutical，中国四川）、生理盐水和5%葡萄糖溶液。不同药物的制备遵循标准的临床静脉输液方法。具体来说，万古霉素溶解在100毫升5%葡萄糖溶液中，浓度为0.5克；阿昔洛韦溶解在100毫升0.9%氯化钠注射液中，浓度为250毫克；右旋糖酐溶解在500毫升5%葡萄糖溶液中，浓度为30克。这些药物的输液速率遵循临床标准，设定为每小时少于100毫升，以确保与塑料输液设备的充分接触时间。用于实验的玻璃纤维（GF）过滤器孔径为0.22微米，由中国上海兴雅净化材料厂提供。本研究中使用的商用PVC（聚氯乙烯）来自中国东莞丰泰新材料公司（R1069）。

2.2. 从一次性输液器收集微塑料
为了模拟一次性输液管和中心静脉导管的临床使用情况，使用生理盐水、万古霉素、阿昔洛韦和右旋糖酐进行了输液测试。每组一次性输液管根据临床条件接受了不同体积的输液。在本研究中，选择了10升和50升的输液体积来评估微塑料的释放情况。此外，还研究了不同温度条件下的微塑料释放情况。对于需要长期使用的中心静脉导管（1-2周），我们根据每天2-3升的生理需求确定了20升-40升的输液体积范围。输液过程持续一到两周。所有输液药物均使用通过LDIR检测确认无微塑料的ddH2O制备。来自不同输液条件的液体收集在玻璃烧杯中，用ddH2O清洗三次并在70℃烤箱中干燥，得到100毫升的浓缩液。使用玻璃纤维（GF）过滤器收集浓缩液中的微塑料颗粒。实验中使用的所有操作仪器均不含塑料。

2.3. 微塑料丰度和质量的量化
在微塑料丰度的定量分析中，从输液器中排出的液体通过0.22微米孔径的GF膜（1毫米×1毫米）过滤以捕获微塑料颗粒。用氮气干燥膜后，将其放置在显微镜载玻片上进行荧光成像分析。使用荧光显微镜（激发波长：405纳米）在3000倍放大倍率下观察。随机选择25个不重叠的视野（每个视野30微米×30微米）使用ImageJ软件（版本1.53i）进行颗粒计数。图像分析设置包括：灰度转换、自动阈值设置（阈值=25）和面积分析（最小面积=0.0484微米2，对应于0.22微米孔径）。根据空白膜控制实验确定的膜的有效过滤面积计算校正因子（CF），其中Ameasured是测量的有效过滤面积，Anomical=1毫米×1毫米=1毫米2。

在计算总颗粒数时，假设微塑料在膜表面均匀分布。总颗粒数Ntotal的计算公式为：
Ntotal = Nsample × MULSGN × Afilter × Aview × CF

在半定量估计微塑料质量时，首先使用制备的标准样品进行校准。将已知质量（mstd）的商业可用微塑料标准样品（颗粒大小范围：0.22–1000微米）溶解在1升去离子水中，并磁力搅拌30分钟以确保均匀分散。100毫升的混合物通过GF膜过滤，收集的膜进行扫描电子显微镜（SEM）分析。根据上述方法选择10个随机视野来计数每个尺寸范围内的颗粒数（Nsize）。建立标准浓度（Cstd = mstd / Vsol，Vsol=1升）与检测浓度之间的线性关系：
msample = ∑iNsize,i [MULSGN] × CFi [MULSGN] × Cstd
其中，CFi是相应颗粒尺寸范围的校正因子（使用上述方法获得），Nstd,i是标准样品中相应尺寸范围的已知颗粒数。标准回收率为89.73%（通过预实验计算得出），最终质量用以下公式计算：
mcorrected = (Measured / Anomical) × 100%

2.4. 表征
使用扫描电子显微镜（SEM，ZEISS Sigma 300，德国）观察不同输液条件下的输液管内表面以及收集微塑料后的玻璃纤维过滤器。制备了浓度为100微克/毫升的Nile Red溶液，然后与收集的微塑料溶液混合，达到最终浓度20微克/毫升。将混合物在摇床上孵育2小时，然后在室温下以10,000转/分钟离心10分钟，用纯水清洗一次，重复此过程两次。使用Zeiss LSM880显微镜（Zeiss，德国奥伯科亨）观察Nile Red标记的微塑料颗粒。

2.5. LDIR分析
水样通过10微米孔径的不锈钢过滤器过滤，仔细记录体积并防止污染物引入。超声清洗后，将过滤器反冲洗到无菌烧杯中，使用显微镜验证处理后的过滤器上没有微塑料。洗脱液加入Fenton试剂和H2O2，在温度和速度控制的摇床上进行控制消化超过72小时。在体视显微镜（Leica LAS X，德国）下检查过滤器上保留的塑料，详细记录其数量、大小和形状。使用傅里叶变换红外光谱仪（Nicolet iN10，iZ10，Thermo Fisher Scientific，美国）确定所有样品中微塑料的组成。

2.6. 细胞培养
HUVECs从Procell（武汉，中国）购买，并在含有10%胎牛血清（FBS）和1%青霉素-链霉素的DMEM/F12培养基中培养。细胞在37°C、5%二氧化碳和95%湿度的培养箱中孵育。在不同输液条件下收集的微塑料溶液在高温下灭菌后加入含10% FBS的DMEM/F12培养基中。然后在含有收集微塑料的完整培养基中处理HUVECs。在所有后续的体外实验中使用了第3代到第6代的细胞，以确保表型稳定性。

2.7. 细胞存活率测定
将HUVECs以每孔5×103个细胞的密度接种到96孔板中，当细胞达到70%汇合度时，用不同条件下收集的微塑料溶液处理。细胞分别孵育24小时和48小时。孵育后，去除培养基，用PBS清洗细胞，向每个孔加入10微升CCK-8溶液，再孵育2-4小时。使用分光光度计在450纳米处测量吸光度。进行五次实验，并计算平均值。血管管形成检测
细胞使用含有在不同条件下收集的微塑料的完全培养基进行24小时预处理。将Matrigel（BD，新泽西州，美国）加入到96孔板中，并在37℃下使其凝胶化30分钟。然后将预处理过的细胞悬浮在DMEM/F12培养基中，以每孔3×10^4个细胞的密度接种到Matrigel涂层的板上。4-6小时内捕获图像，并使用配备有血管生成分析器的ImageJ软件分析管状结构。

2.9 定量实时PCR
斑马鱼组织使用组织研磨机进行匀浆，然后用PBS清洗细胞。使用Trizol（Sigma，圣路易斯，美国）提取总RNA，接着使用SweScript RT II First Strand cDNA合成试剂盒（Servicebio，武汉，中国）进行cDNA合成。通过SYBR Green系统进行qRT-PCR，并使用CT和2-ΔΔCt方法分析数据。引物序列列在表S1.2.10中。

2.10 共聚焦显微镜
HUVECs在带有盖玻片的24孔板中以每孔5×10^4个细胞的密度培养。收集的微塑料与FITC溶液在摇床上孵育2小时，然后在室温下以10,000 rpm离心三次后用纯水清洗，以获得FITC标记的微塑料。细胞用这些在不同条件下收集的标记微塑料处理。48小时后，用PBS清洗细胞，用5% PFA固定15分钟，再次清洗，用0.1% PBST孵育15分钟，最后用5% BSA封闭1小时。最后，将它们在4°C下与NLRP3（Proteintech，中国，1:200）孵育过夜，之后与Actin-Tracker Red-488和Cy5偶联的山羊抗兔IgG（H+L）混合物孵育1小时。每个孔用200 μL DAPI溶液染色5分钟。使用Zeiss LSM880（Zeiss，奥伯科亨，德国）捕获图像。

2.11 斑马鱼
所有斑马鱼实验均在中南大学湘雅医院动物伦理委员会的正式批准下进行（批准号：2024091060）。野生型斑马鱼和用于血管生成的Tg (Flk:mcherry)荧光转基因斑马鱼从南京EzeRinka生物技术有限公司购买。正常发育的胚胎在受精后2小时与在不同条件下收集的微塑料接触，溶液每24小时更换一次。胚胎在28°C下以14小时光照/10小时黑暗的周期培养。使用Leica M205 FCA荧光立体显微镜（Leica，威茨拉尔，德国）在3 dpf观察Tg (Flk:mcherry)斑马鱼在不同处理下的血管发育。在5 dpf时记录野生型斑马鱼的存活率和畸形率。胚胎随机分为四个实验组（对照组、CVC1、PVC1和PVC2），每组100个胚胎（n=100，重复5次独立实验）。

2.12 ROS检测
HUVECs以每孔2×10^5个细胞的密度接种在6孔板中，并在细胞密度达到70%时用在不同条件下收集的微塑料暴露8小时。然后将细胞与ROS检测试剂盒（Beyotime，江苏，中国）孵育30分钟，使用荧光显微镜（Leica，威茨拉尔，德国）捕获图像。为了量化ROS水平，使用ImageJ软件（美国国立卫生研究院）计算每个孔五个随机选定的非重叠视野中的H2DCFDA信号的平均荧光强度（MFI）。Tg (Flk:mcherry)转基因斑马鱼用相同的微塑料处理，并在5 dpf时使用H2DCFDA（2′,7′-二氯二氢荧光素二乙酸盐）（St. Louis，美国）测量ROS水平。

2.13 统计分析
数据以平均值±标准差（SD）表示。使用SPSS 25软件（IBM，芝加哥，美国）进行统计分析。组间比较使用单因素方差分析和t检验。P值小于0.05被认为具有统计学意义。图表使用GraphPad Prism 9.0软件（GraphPad Software，圣地亚哥，美国）创建。

3. 结果
3.1 使用后的CVC和PVC输液管内表面微塑料颗粒的形成
随着现代医疗技术的不断进步，对塑料医疗设备的需求也在增加，特别是长期留置的CVC（中心静脉导管）和一次性PVC输液管。这些设备用于输送具有不同pH值和渗透压的药物溶液。因此，在不同条件下使用CVC和PVC输液管进行了输液实验（见图S1）。随后使用SEM分析了这些设备的内表面（见图1A）。
下载：下载高分辨率图像（653KB）
下载：下载全尺寸图像

图1. 在不同输液情景下从输液管内表面脱落的颗粒。示意图说明了在不同输液情况下输液管内表面的分析；(B) 未使用的中心静脉导管的内表面；(C) 使用一周后的中心静脉导管内表面；(D) 使用两周后的中心静脉导管内表面；(E) 使用刺激性溶液（包括酸性、碱性或高渗溶液）两周后的中心静脉导管内表面；(F) 输液前的输液管内表面；(G) 在室温25°C下输液后的输液管内表面；(H) 在37°C下输液后的输液管内表面；(I) 输注酸性药物后的输液管内表面；(J) 输注碱性药物后的输液管内表面；(K) 输注高渗溶液后的输液管内表面。
SEM观察显示，未使用的CVC管内表面光滑均匀（图1B）。由于CVC在人体内的使用时间通常从一到两周不等，因此检查了连续输液一到两周后其内表面的磨损情况。经过一到两周的输液后，CVC显示出明显的表面磨损和微塑料颗粒的脱落（图1C和D）。在刺激性输液条件下使用了两周的CVC中，磨损和颗粒脱落现象尤为明显。
此外，未使用的PVC输液管内表面呈现光滑均匀的外观（图1F）。在25°C的非刺激性输液条件下，PVC输液管内表面有轻微磨损（图1F）。在临床设置中，将加热装置集成到输液系统中已成为减轻输液过程中不适的关键策略。这种方法旨在提高输液液体的温度，从而减少刺激的可能性并提高患者舒适度。因此，在加热条件下检查了输液系统的内部表面（见图S2）。在37°C的非刺激性输液条件下，内表面的磨损比25°C时更明显（图1G和H）。然而，在37°C下使用酸性、碱性或高渗溶液的刺激性输液条件下，观察到内表面的显著磨损和微塑料颗粒的脱落（图1I、J和K）。这些发现表明，使用一次性医疗设备可能导致微塑料颗粒的脱落，从而带来潜在的健康风险。

3.2 从一次性医疗设备中释放的微塑料的收集与分析
为了进一步研究使用过程中的微塑料释放情况，我们使用氧化铝膜收集疑似微塑料颗粒（图2A）。微塑料用Nile Red染色并在显微镜下观察。商业PVC微塑料作为阳性对照（图2B）。两个样本的比较显示它们都具有相似的不规则形态。此外，收集的颗粒在大小和形状上存在显著差异（图2C）。SEM-EDS分析证实这些颗粒主要由PVC成分组成（图2D），表明它们可能是PVC微塑料。颗粒大小分布的定量分析显示，大多数颗粒的尺寸范围为220 nm至750 nm和10 μm至50 μm（图2E）。此外，对通过PVC输液管的液体进行LDIR分析，检测到与PVC微塑料阳性对照一致的微颗粒。基于这些发现，我们确定这些颗粒为PVC微塑料（图2F、G）。因此，本研究假设一次性医疗设备在输液过程中可能会释放微塑料。

下载：下载高分辨率图像（672KB）
下载：下载全尺寸图像

图2. 在输液过程中从IV导管中脱落的微塑料颗粒的识别。(A) 实验流程图概述了微塑料收集过程；(B) 作为对照组的收集PVC商业颗粒的Nile red染色；(C) 通过Al2O3过滤膜收集的从输液装置中脱落的PVC颗粒的SEM观察；(D) 对收集的颗粒进行SEM-EDS分析，表明这些颗粒主要由碳（C）和氧（O）组成。(E) 使用电子显微镜随机拍摄的图像测量并统计分析颗粒大小；(F-G) 对收集的微塑料颗粒进行LDIR分析，确认这些颗粒主要由PVC组成。（关于该图例中颜色的解释，请参考本文的网络版本。）
为了进一步研究在不同条件下的微塑料释放情况，我们研究了多种情景下的微塑料排放（图3A）。最初，使用正常盐水通过PVC输液管进行输液，观察到收集的微塑料数量随输液体积的增加而增加。在正常输液条件下，微塑料浓度估计为127.7颗粒/升（图3B）。收集到的颗粒数量随温度变化而变化，在37°C时微塑料的释放量增加到233.5颗粒/升（图3C）。此外，对刺激性输液的检查显示，与高渗输液相比，酸性和碱性药物使颗粒脱落更加明显（图3D）。在CVC输液的情况下，观察到在两周的刺激性输液条件下微塑料脱落量增加，达到112.7颗粒/升，而在非刺激性输液条件下为51.1颗粒/升（图3E、G）。总体而言，在刺激性输液条件下，如碱性药物的输送，一次性PVC输液管释放的微塑料数量更高。这些条件下的浓度可达到0.41±0.11 μg/升（图3F）。因此，医疗设备（如一次性PVC输液管和CVC）在输液过程中向人体内释放微塑料可能带来潜在的健康风险。

3.3 从PVC输液装置中收集的微塑料颗粒影响HUVECs的血管生成能力
为了进一步研究从PVC输液管中释放的微塑料（MPs）对健康的影响，我们用收集的MPs（C-MPs）处理人脐静脉内皮细胞（HUVECs）（图4A）。使用FITC标记技术观察到，微米级和纳米级的C-MPs都能够进入HUVECs（图4B、图S3）。为了研究C-MPs对HUVECs的影响，进行了一系列实验。在各种条件下收集MPs，包括通过中心静脉导管输液两周（CVC1）、在37°C下输液（PVC1）以及在25°C下输液（PVC2）。我们用这些C-MPs处理HUVECs，并在干预24小时和48小时后测量细胞活力（图4C、D）。结果表明，CVC1组的细胞活力分别降至对照组的0.83±0.06倍和0.85±0.08倍，而PVC2组的细胞活力与对照组没有显著变化。PVC输液管产生的微塑料颗粒对HUVECs的内化作用及其毒性。实验流程图详细说明了细胞实验设计；(B) 来自PVC输液管的微塑料颗粒存在于纳米和微米级别，并能被细胞内化；(C-D) 在不同条件下收集的微塑料颗粒对HUVECs 24小时和48小时存活率的影响。CVC1代表在2周刺激性输液条件下的中心静脉导管情况，PVC1表示37°C下的刺激性输液，PVC2表示室温下的生理盐水输液。*表示组间具有统计学显著差异（P < 0.05）。数据以平均值±标准差显示。为进一步阐明C-MPs对内皮功能的影响，我们评估了HUVECs在C-MPs暴露下的管形成能力。管形成测定表明，与对照组相比，PVC1和PVC2组的管形成能力均有所下降，其中CVC1组的下降最为显著（图5A，B）。此外，微塑料处理后，与血管损伤相关的VEGF和IL1基因表达水平不同程度地升高。CVC1组的VEGF和IL1表达显著上调，分别达到对照组的2.2±0.27倍和2.05±0.38倍（图5C，D）。这些发现表明，来自PVC输液装置的微塑料能够穿透血管内皮细胞并损害其管形成能力。

下载：下载高分辨率图片（580KB）
下载：下载全尺寸图片
图5. 来自PVC输液管的微塑料颗粒会损害血管内皮细胞功能。(A-B) 不同条件下收集的微塑料颗粒对HUVECs管形成能力的影响。*与对照组相比，P < 0.05。(C-D) 在不同条件下收集的微塑料颗粒处理后的HUVECs中VEGF和IL1表达变化，这与血管损伤有关。*与对照组相比，P < 0.05。数据以平均值±标准差显示。

3.4. 收集的微塑料通过产生ROS引发炎症损伤，激活NLRP3并促进细胞凋亡
先前的研究已经证明PVC微塑料会引起氧化应激损伤和ROS的产生（Najahi等人，2025年）。为了进一步研究这一点，我们全面评估了C-MPs处理后ROS的水平。CVC1组的ROS水平显著升高，达到对照组的12.2±4.3倍（图6A，B）。此外，MDA分析显示，在不同C-MPs暴露下MDA水平也显著增加（图6C）。相反，GSH和SOD水平显著下降，其中CVC1组的降低最为明显，分别为8.0±1.24 nmol/mg蛋白质和5.0±1.15 U/mg蛋白质（图6D，E）。
下载：下载高分辨率图片（856KB）
下载：下载全尺寸图片
图6. 收集的微塑料诱导炎症反应和NLRP3激活。(A-B) 使用H2DCFDA检测到C-MPs暴露引起的ROS水平（n = 5）并进行量化。(C-E) C-MPs暴露后测量MDA、GSH和SOD水平（n = 5）。(F-G) 通过共聚焦显微镜检查暴露于C-MPs的HUVECs中的NLRP3表达水平（n = 5）。细胞核用DPAI染色（蓝色），NLRP3显示为红色，PVC颗粒显示为绿色，F-actin显示为橙色。*表示组间具有统计学显著差异（P < 0.05）。数据以平均值±标准差显示。（关于此图例中颜色的解释，请参阅本文的网络版本。）
C-MPs处理后，包括IL1β、IL6和TNF-α在内的炎症标志物水平显著升高。CVC1组的升高尤为明显，分别达到8.07±0.57 pg/ml、45.27±8.37 pg/ml和39.61±7.73 pg/ml（图S4A-C）。
为了进一步研究炎症水平升高的机制，我们评估了NLRP3的表达，发现C-MPs暴露后NLRP3显著激活，CVC1组的NLRP3表达水平约为对照组的2.37±0.29倍（图6F，G）。流式细胞术结果进一步表明，C-MPs暴露后HUVECs的凋亡水平增加（图S4D，E）。这些发现表明，C-MPs可能通过产生ROS引发氧化应激损伤，激活NLRP3表达，并促进细胞凋亡，最终导致血管内皮损伤。

3.5. 收集的微塑料在斑马鱼中诱导心血管畸形
为了进一步评估C-MPs的健康影响，我们将野生型斑马鱼胚胎和幼体暴露于C-MPs（图7A）。研究中使用FITC标记的PVC-MPs显示了这些颗粒能够进入并在斑马鱼胚胎内部积累的能力（图7B，C）。
下载：下载高分辨率图片（526KB）
下载：下载全尺寸图片
图7. 收集的微塑料在斑马鱼中诱导心血管畸形。(A) 斑马鱼实验的示意图。(B) FITC标记的PVC-MPs在野生型斑马鱼胚胎上的吸附和内化；(C) FITC标记的PVC-MPs进入野生型斑马鱼幼体体内；(D) 受精后5天（dpf）用C-MPs处理的野生型斑马鱼的存活率（n = 100，重复5次）；(E) 用C-MPs处理的野生型斑马鱼幼体的畸形率（n = 100，重复5次）；(F) 用各种类型的C-MPs暴露5天后斑马鱼幼体观察到的畸形。箭头指示特定的心血管畸形，包括心脏扩张和心包积液。*表示组间具有统计学显著差异（P < 0.05）。数据以平均值±标准差显示。
我们用来自不同输液条件的C-MPs处理斑马鱼胚胎。在受精后5天（dpf），我们评估了斑马鱼的存活率，发现CVC1组的存活率显著降低，仅为对照组的0.87±0.06倍（图7D）。此外，观察到PVC-MPs在斑马鱼心脏的主要血管中积累（图7C）。一些斑马鱼表现出心血管畸形，如心脏扩张、心包积液和异常的心室结构（图7E）。心率分析显示部分暴露的斑马鱼存在异常（图7F）。这些发现表明，C-MPs可能导致斑马鱼心血管系统的发育异常。

3.6. 收集的微塑料在斑马鱼中诱导氧化应激和异常血管生成
先前的研究表明，PS-MPs可以在斑马鱼中诱导ROS并造成氧化应激损伤（Cheng等人，2022年）。我们的细胞实验还显示，C-MPs会升高细胞内的ROS水平和NLRP3表达。因此，我们在Tg(Flk:mcherry)转基因斑马鱼中研究了C-MPs暴露5天后的nlrp3表达、ROS生成和血管生成情况（图8A）。收集斑马鱼组织样本并检测nlrp3的mRNA表达水平。结果显示，CVC1组的nlrp3表达显著升高，达到对照组的2.58±0.25倍（图8B）。在共聚焦显微镜下观察到血管畸形，具体来说，CVC1组有12±5条畸形的血管，而对照组通常少于3条（图8C，E）。此外，使用H2DCFDA测量处理后斑马鱼体内的ROS水平，显示出不同程度的增加，CVC1组的增加幅度为对照组的5.25±0.55倍（图8D，F）。此外，与血管损伤相关的基因vegfaa和il1b的表达水平在C-MPs处理后显著上调（图8G，H）。这些发现表明，来自PVC输液管的微塑料会在斑马鱼体内积累，诱导ROS生成，激活NLRP3表达，并与异常血管生成和血管损伤程度相关。

4. 讨论
近年来，塑料产品的广泛使用导致环境中估计产生了100亿吨的塑料废物（Abahussain等人，2025年）。这些塑料难以降解，在磨损和老化过程中会产生大量微塑料（Lv等人，2024年）。此外，全球每年使用数百万个一次性塑料输液装置。在这些装置的制造和使用过程中，微塑料可能会脱落，随后通过输液液体进入患者体内（Li等人，2023年）。一旦这些颗粒进入体内，它们可以通过血液传播到各种器官和组织。这些微塑料在人体内不会降解，因此会持续积累，可能造成严重损害（Das，2023年）。
塑料产品广泛应用于各个领域，包括医疗保健，在使用过程中可能会产生微塑料。现有文献表明，有证据表明塑料奶嘴在各种温度处理过程中会释放微塑料。这一现象通过扫描电子显微镜（SEM）观察到（Xu等人，2023年）。此外，还有证据表明塑料水瓶也会释放微塑料（Chen等人，2023年）。脱落后的微塑料可以通过胃肠道进入人体，并通过血液循环到各种组织和器官。此外，在输液过程中，由于磨损和冲洗，输液管中的微塑料可能会脱落，直接进入人体。报告显示，可以通过Nile Red染色和LDIR等方法检测到输液管中的微塑料脱落（Tarafdar等人，2024年）。然而，这些方法在检测纳米级微塑料时存在困难。
在这项研究中，我们发现了输液管内壁在输液后释放微塑料的证据。我们使用0.22 μm过滤膜从输液管中收集微塑料，并使用SEM和Nile Red染色分析颗粒的数量和大小。颗粒大小主要在220 nm–750 nm和10 μm–50 μm范围内。值得注意的是，大量脱落的颗粒位于220–750 nm范围内，因此可以将其归类为纳米塑料（NPs）。纳米级PVC片段具有显著更高的穿透能力，可以直接穿过内皮细胞膜，可能渗透到细胞质甚至细胞核中。此外，LDIR分析确定PVC是脱落微塑料的主要成分。考虑到实际使用中的输液条件和时间的差异，我们在不同的输液情况下收集了微塑料。我们的研究发现，在刺激性输液和长时间输液期间，微塑料的数量显著增加，通过中心静脉导管进行两周刺激性输液后，收集到的微塑料数量最多，达到517.3个/升。临床上，PVC输液管通常使用时间不到一天，但在输注多种药物时使用量很大。已有定量证据表明，一次性PVC输液管本身含有大量的PVC颗粒，并且在温度升高（37°C）和特定碱性液体条件（如5%碳酸氢钠）下，其释放量会显著增加（Zheng等人，2024年）。此外，分析结果证实，不同的注射液成分（例如葡萄糖与生理盐水）和输液量直接影响释放的PVC微/纳米塑料的质量（Li等人，2023年）。这些观察结果证实，临床使用刺激性较强的药物（特别是高碱性或酸性药物）会显著加速微塑料的释放过程，这强调了在临床环境中仔细考虑输液方法、温度和液体渗透压的必要性。通过更换一次性输液装置可以降低微塑料暴露的风险。中心静脉导管（CVC）通常在患者体内留置较长时间（例如1–2周），并涉及大量的液体输注，如液体复苏和多种药物注射。这一过程可能促进微塑料的释放，而这些微塑料对重症患者的影响尚未得到充分关注。
随着人们对微塑料的关注日益增加，它们在更多人体组织和器官中被发现。报告显示，在人类肝硬化组织中发现了4–30 μm的微塑料（Horvatits等人，2022年），并且在人类睾丸和精液样本中也发现了微塑料（Zhao等人，2023年）。此外，微塑料可以通过干扰脂质代谢促进小鼠的动脉粥样硬化（Wen等人，2024年）。使用Py-GC/MS在人类动脉组织样本中检测到了微塑料，平均浓度约为118.66±53.87 μg/g组织，其中约9.69%为PVC（Liu等人，2024a）。研究表明，当纳米级聚苯乙烯微粒（PS-MPs）的浓度达到5毫克/升时，可能会导致斑马鱼心血管系统的发育畸形（Xiao等人，2024年）。总体而言，这些组织和器官中微塑料的存在与血液循环系统密切相关。在本研究中，我们用收集到的PVC颗粒处理了荧光转基因斑马鱼Tg(Flk: mcherry)。实验结果表明，PVC颗粒能够导致心血管系统畸形并引发异常的血管发育。已有确凿证据表明，PVC微/纳米塑料可以直接进入人体血液系统，据估计在单次250毫升静脉输注过程中就有10^5到10^11个颗粒被直接引入体内（Li等人，2023年）。然而，这些机械脱落的颗粒对血管内皮的具体毒性影响仍大部分未被探索。我们发现，这些来自临床环境的PVC碎片在进入血液后，会直接攻击血管内皮细胞作为其主要目标。与实验室模型中常用的标准聚苯乙烯球体不同，从临床导管上脱落的PVC碎片具有强烈的氧化能力。这种氧化能力足以通过过量产生活性氧（ROS）来激活NLRP3炎性体，进而触发内皮细胞凋亡，最终导致我们观察到的斑马鱼模型中的严重心血管畸形。尽管如此，根据多项指南，静脉注射仍然是疾病治疗的主要推荐途径（Sacks等人，2018年）。因此，微塑料造成的内皮损伤不容忽视。由于微塑料的顽固性质和微小尺寸，它们可以轻易穿透组织屏障并在各种组织和器官中积累（Baroni等人，2025年）。然而，它们造成损伤的机制复杂且尚不明确。有报告指出，PS-MPs可以通过ROS介导的mTORC1和mTORC2途径破坏血睾屏障（Wei等人，2021年）；它们还会增加斑马鱼的氧化应激损伤，进一步加剧心血管损伤（Dimitriadi等人，2021年）。PS-MPs通过NLRP3/Caspase-1信号通路激活NLRP3并诱导细胞凋亡，从而导致Wistar大鼠的心功能紊乱（Zhang等人，2022年）；同样的通路也可以触发大鼠卵巢细胞的凋亡（Hou等人，2021年）。此外，微塑料还可以通过干扰VEGF的表达来导致斑马鱼的心血管畸形（Dai等人，2023年）。在本研究中，我们用收集到的微粒处理了人脐静脉内皮细胞（HUVECs），结果发现这些微粒降低了血管生成能力，增加了ROS的产生，激活了NLRP3的表达，促进了细胞凋亡，并最终导致了内皮细胞损伤。这可能解释了PS-MPs如何进入人体血液后破坏内皮细胞的功能完整性，并进而影响不同组织和器官。此外，我们的斑马鱼实验进一步验证了PS-MPs能够引发ROS产生并激活NLRP3表达的结论。这些发现表明，PS-MPs通过诱导ROS产生来损害斑马鱼的心血管系统。我们的研究突显了输液装置中的微粒对心血管系统构成的重大风险。随着一次性输液管等塑料医疗设备的日益使用，输液装置产生的微塑料污染问题越来越受到关注。尽管本研究收集了不同输液条件下微塑料颗粒脱落的证据，但由于不同制造商和批次的一次性医疗设备之间存在差异，脱落的微塑料颗粒数量可能存在差异；此外，输液时间和条件也可能对实验结果产生一定影响。未来，我们计划开展多中心研究以观察输液装置产生的微塑料颗粒对健康的潜在影响。目前，本研究仅关注了输液管中的微塑料颗粒对血管内皮细胞的损伤，但我们打算扩展调查范围，探讨这些颗粒对其他组织和器官的影响。后续研究还可以集中于通过抑制NLRP3等通路的激活或激活其他心血管保护因子（Bao等人，2020年；Lin等人，2025年；Zhang等人，2024年）来减轻微塑料颗粒对组织和器官的影响。

**结论**
本研究揭示了常规静脉治疗过程中微塑料暴露的一个关键直接途径。我们发现，特定的临床刺激因素，特别是高温和刺激性药物，会显著加速一次性输液装置中PVC微塑料的脱落。从机制上看，这些血液中的颗粒会引发氧化应激并激活NLRP3炎性体，最终导致内皮细胞凋亡、血管生成受阻以及严重的体内心血管畸形。因此，我们的研究结果强调了迫切需要重新评估塑料医疗设备相关的心血管风险。

**作者贡献声明**
Yu Honggui：撰写初稿、验证数据、资源准备、实验设计、数据分析。
Xiang Gang：资源准备、方法论设计、实验实施。
He Sihan：数据验证、实验监督。
Zeng Zhuotong：资源准备、研究概念化。
Deng Ang：资源准备。
Yin Yi：资源准备、研究概念化。
Wang Yunjia：撰写审稿稿件、数据可视化、结果验证、实验监督、数据分析、研究概念化。