MPs Entering Human Circulation through Infusions: A Significant Pathway and Health Concern / MPs通过输液进入人体循环：一个重要途径和健康问题
Tingting Huang, Yangyang Liu, Licheng Wang, Xuejun Ruan, Qiuyue Ge, Minglu Ma, Wei Wang, Wenbo You, Liwen Zhang, Ventsislav Kolev Valev, Liwu Zhang
https://doi.org/10.1021/envhealth.4c00210
本研究通过结合表面增强拉曼光谱（SERS）和扫描电子显微镜技术，对输液滤液中的微塑料颗粒（MP）进行了检测。结果显示，聚丙烯（PP）颗粒的数量显著，平均约为7500个/升。颗粒的尺寸范围为1至62μm，中值约为8.5μm。其中，约90%的颗粒尺寸在1至20μm之间，约60%的颗粒尺寸在1至10μm之间。这一发现揭示了静脉输液中MP的存在及其潜在的暴露风险。近年来，微塑料颗粒（MP）对人类健康的影响日益受到关注。MP可以通过摄入、吸入或饮用进入人体，但通过静脉输液直接进入血液是最直接的途径之一。静脉输液通常使用由聚丙烯（PP）制成的塑料瓶，这些瓶子具有过滤功能，旨在限制颗粒污染。然而，过滤系统可能无法完全去除所有MP。本研究旨在通过结合光学和电子显微镜技术，识别、计数和测量输液瓶液体中的MP。研究选取了2个品牌的6个PP输液瓶进行分析，以评估MP的浓度和尺寸分布。实验中使用的过滤器为0.2μm的聚碳酸酯滤纸，与临床静脉输液中常用的过滤材料一致。聚丙烯包装的医用生理盐水（0.9%氯化钠）购自河南凯伦制药公司和广西豫园制药公司。从这2个品牌中检测到的MP分别命名为品牌1和品牌2。实验过程中，全程使用去离子水以排除外部污染。使用2个品牌（品牌1和品牌2）的250毫升PP输液瓶，模拟临床静脉输液过程。以40-60滴/分钟的速率将液体注入烧杯中，烧杯始终覆盖铝箔以防止其他颗粒的干扰。随后，使用0.2μm聚碳酸酯膜的真空过滤装置过滤液体。过滤后的膜经超声波处理并浓缩，最终沉积在自制的V形Si-Au基板上进行检测。该基板具有倒金字塔形纳米结构，可增强拉曼信号，从而更准确地检测MP。PP输液瓶因其透明度、耐化学腐蚀性和密封性而在市场上很常见。在此研究中，选择了2种类型的静脉输液瓶（品牌1和品牌2），每种都含有250mL生理盐水（含0.9%盐的盐水，与人体血液的盐和水成分相匹配）。液体以40-60滴/分钟的流速提取，相当于医院常用的注射流速。然后使用购自Whatman的聚碳酸酯滤纸（0.2μm）过滤流体。随后，在烘箱干燥之前收集滤液并浓缩，然后转移到定制的SERS基质上，见图1a。该实验遵循临床静脉输液过程。颗粒在滤膜上富集。然后，在超声波处理后，将溶液在烤箱中加热并浓缩，滴到自制基材上进行表面增强拉曼散射（SERS）分析，见图1b。V形Si-Au基板的俯视扫描电子显微镜（SEM）图像。基板的结构是倒金字塔的结构，见图1c。
扫描电子显微镜结合能量色散光谱（SEM-EDS）对MP进行了表征。使用TESCAN VEGA3扫描电子显微镜进行SEM-EDS分析。用导电粘合剂将涂有制备样品的V形Si-Au基板安装在平台上。使用15kV光束进行测量，并对收集到的SEM图像进行进一步分析，以确定PP MP样品的长度和宽度及其相应的尺寸分布。具体来说，过滤后的样品首先在超声波浴中分散在乙醇溶剂中10min。在随后的步骤中，将一滴或两滴分散的样品沉积在V形Si-Au基板上。空气干燥后，使用SEM-EDS设备检查样品。使用Horiba Jobin Yvon制造的XploRA Plus共焦拉曼光谱仪进行拉曼光谱分析。光谱仪配备了1个100倍物镜和1个50mW、532nm的固态激光器。衍射光栅的密度为1200gr/mm，波长为532nm。光谱信号是使用热电冷却的开放电极电荷耦合器件（CCD）探测器收集的，最小像素为1024，最大半峰全宽（FWHM）为1.4 cm-1。在实验之前，使用520.7 cm-1的硅片对纯硅的斯托克斯拉曼信号进行拉曼信号校准。在单点测量中，收集的光谱范围为600至3200 cm-1，有40个光谱累积，每个光谱的采集时间为3s。拉曼成像是通过在选定区域内进行单点测量来进行的，使用与单点测量相同的采集参数（正MP设置为红色，背景设置为黑色）。实验室模拟样品的步长为11.3μm。所有获得的拉曼数据均使用商业软件LabSpec 6.0进行处理。除了检测输液中单个颗粒的信号外，还应用了软件“ImageJ”来确定拉曼图像识别的MP的粒径。实验在一个高度清洁的实验室中进行，戴着乳胶手套和无塑料纤维实验室外套，以避免收集不需要的颗粒。移液管尖端等由玻璃制成，所有玻璃仪器用超纯水超声处理3次，每次5min，中间穿插3次冲洗。实验中使用的所有玻璃容器都用超纯水清洗3次，用铝箔覆盖，并储存至下次使用，以防止污染周围环境。检查了整个样品的6个随机区域（每个区域的面积S1为340×340μm2），而样品的总面积（St）为4000×4000μm2。每人每年注射250mL瓶子的平均数量用Q表示。从6个区域获得的平均颗粒计数用N1表示，而每年通过输注进入人体的颗粒总数用Nt表示。
图2中明确确定了流体中MP的存在。图2a显示了SERS基底的广角光学反射显微镜和拉曼成像。很容易观察到几个粒子，它们被标记为PPx-y，表示来自x品牌瓶子的PP颗粒，颗粒编号为y。PP1-9是一个代表性例子，其拉曼光谱与图1c中的参考PP光谱非常匹配。具体来说，965 cm-1处的特征峰对应于CH3摇摆和C-C伸缩振动。此外，1480 cm-1处的突出峰值与CH2和CH3的弯曲振动有关。在2843、2895和2987 cm-1处观察到的信号可归因于C-H（CH3）键的伸缩振动。1480 cm-1处的突出峰值可归因于CH2和CH3基团的弯曲振动，在2832、2900和2990 cm-1观察到的信号表明了C-H（CH3）键的伸缩振动。为了更深入地了解颗粒形态，图2c提供了SEM和EDS图像。EDS显示，这些颗粒的主要元素成分是碳，正如PP所预期的那样。此外，颗粒的形状是不规则的，这对PP来说并不意外。如图2c所示，可以区分尺寸约为15μm的丝状颗粒、块状颗粒和尺寸接近5μm的颗粒状颗粒（图2c）。为了研究粒径的分布，测量了6个250毫升输液瓶的内容物，其中3个来自品牌1，3个来自品牌2。过滤后，将这些瓶子中的颗粒沉积在6个相应的SERS基底上，每个基底的面积为4000×4000μm2。从每个SERS基底上，对340×340μm2的随机区域进行拉曼光谱绘制，以确认颗粒的PP组成。然后对每个确认的颗粒进行计数和测量。根据它们的大小（在最长的端到端测量），这些颗粒分为6组：1-3、3-6、6-10、10-20、20-30和>30μm。结果如图3所示。发现颗粒的范围为1至62μm。对于品牌1，超过52%的PP颗粒在1-10μm的尺寸范围内，其次是10-20μm和20-30μm的35%和7%，尺寸大于30μm颗粒的丰度最低。品牌2也有类似的分布，超过68%的颗粒粒径在1至10μm之间，其次是24%的粒径在10至20μm之间。图3还显示了1至10μm范围内的尺寸分布。这些数据能够估算每个瓶子中PP颗粒的浓度。3.3.与静脉注射MP相关的人类健康风险
几乎所有住院患者都需要通过静脉输液进行水合作用和给药，常用的晶体液体包括生理盐水、林格氏乳酸盐和哈特曼溶液。脱水是常见问题，严重脱水需要大量补液。静脉输液不仅用于脱水，还用于劳力性热病、恶心、呕吐、腹泻等情况，以及患者无法口服液体时。有研究发现，静脉输液中的颗粒物可能对人体器官（如肺、肝、肾、脾）产生有害影响，包括炎症、遗传毒性、细胞凋亡和坏死等。尽管塑料通常被认为惰性，但其分解的单体和添加的化学物质（如增塑剂）可能具有毒性。此外，颗粒物可能引发血栓形成、器官功能障碍等严重并发症，尤其是在重症患者中。另有研究还发现，人类血液和器官中存在MP，尤其是在肝硬化患者的肝脏中。胎盘也可能渗透小颗粒物。肺毛细血管的直径与颗粒物尺寸相近，因此肺部特别容易受到影响。尽管目前关于MP与癌症关系的证据有限，但其潜在的物理和化学效应仍需进一步研究。总的来说，静脉输液中的颗粒物可能对人体健康构成威胁，需引起重视并进一步探讨其机制和影响。
【讨论与总结】
本研究揭示了塑料污染对人类最直接的影响之一，即通过静脉输液将MP注入血液。这一途径早在塑料污染对海洋生物影响的里程碑报告发表前就被发现，但未受到足够关注。研究发现，PP瓶输液溶液中含有约7500个颗粒/L，尺寸范围为1至62μm，其中90%为1至20μm，60%为1至10μm。这些结果基于实验室定量实验，但还需考虑其他因素，如品牌差异、批次差异、制造设施差异、PP质量、生产后持续时间及储存条件（如温度和紫外线照射）的影响。输液中的MP主要来自原材料和包装，需严格质量控制以符合药典标准并减少不溶性颗粒。有效措施包括使用高效微米或亚微米级过滤系统，加强供应链监测，以及采用耐MP脱落材料和优化封闭系统的创新设计。未来研究应着重于直接毒理学评估，全面了解MP的潜在毒性及健康风险，为制定政策和措施提供科学依据，以减轻MP对人类健康的潜在威胁。
