Naukowcy alarmują: w litrze wody z plastikowej butelki nawet 240 tysięcy cząstek nanoplastiku

Przełom w laboratorium: jak naukowcy „zobaczyli" niewidzialne?

Aby zrozumieć wagę nowego odkrycia, trzeba najpierw wyjaśnić różnicę między mikroplastikiem a nanoplastikiem. Mikroplastik to fragmenty tworzyw sztucznych o rozmiarach od jednego mikrometra do pięciu milimetrów, czyli mniej więcej od wielkości ziarenka piasku do nasionka sezamu. Nanoplastik natomiast mierzy poniżej jednego mikrometra i jest niewidoczny nie tylko dla ludzkiego oka, ale również dla większości standardowych metod laboratoryjnych. To właśnie dlatego przez lata pozostawał w cieniu swoich większych odpowiedników.

Wcześniejsze badania koncentrowały się wyłącznie na mikroplastiku. W 2018 roku głośne badanie przeprowadzone przez dr Sherri Mason wykryło średnio 325 takich cząstek w litrze wody butelkowanej, co i tak wywołało falę zaniepokojenia w mediach. Naukowcy podejrzewali jednak, że prawdziwa liczba jest znacznie wyższa, ponieważ dostępne metody pomiarowe nie pozwalały wykryć mniejszych fragmentów. Jak później przyznała sama Mason, komentując wyniki zespołu z Columbia University, w tamtym czasie nikt nie wiedział jeszcze o istnieniu nanoplastików, więc nie było możliwości ich analizy.

Zespół kierowany przez profesorów Wei Mina i Beizhana Yana z Columbia University opracował hiperspektralną platformę obrazowania opartą na technice SRS (stimulated Raman scattering). Metoda wykorzystuje dwa skoncentrowane wiązki laserowe, które stymulują cząsteczki do emisji unikalnych sygnałów świetlnych. W połączeniu z algorytmem uczenia maszynowego pozwala to na identyfikację pojedynczych nanocząstek o rozmiarach nawet poniżej 100 nanometrów. Dla porównania ludzki włos ma średnicę około 70 mikrometrów, czyli jest siedemset razy grubszy od najmniejszych wykrytych fragmentów.

Wyniki opublikowane w styczniu 2024 roku w prestiżowym czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences zaskoczyły nawet samych badaczy. Trzy popularne marki wody butelkowanej dostępne na amerykańskim rynku zawierały od 110 do 370 tysięcy cząstek plastiku na litr. Średnia wyniosła około 240 tysięcy, co stanowi wartość od dziesięciu do stu razy wyższą niż wcześniejsze szacunki oparte wyłącznie na pomiarach mikroplastiku.

240 tysięcy cząstek w jednym litrze. Co to właściwie znaczy?

Liczba 240 tysięcy cząstek na litr może wydawać się abstrakcyjna. Aby ją lepiej zobrazować, wyobraźmy sobie, że każdy łyk wody z półlitrowej plastikowej butelki wprowadza do naszego organizmu tysiące mikroskopijnych fragmentów plastiku. Przy zalecanym dziennym spożyciu dwóch litrów płynów osoba pijąca wyłącznie wodę butelkowaną może przyjmować niemal pół miliona nanocząstek dziennie.

Badacze zidentyfikowali siedem typów tworzyw sztucznych w analizowanych próbkach. Najbardziej zaskakujące okazało się wysokie stężenie poliamidu, czyli nylonu. Substancja ta pochodzi prawdopodobnie z plastikowych filtrów używanych do oczyszczania wody podczas procesu butelkowania. Filtry mające zapewnić czystość produktu same stają się źródłem zanieczyszczenia. To paradoks, który zmusza do refleksji nad całym procesem produkcji wody butelkowanej.

Drugie miejsce zajął politereftalan etylenu, czyli PET, z którego wykonuje się butelki na wodę, napoje gazowane i wiele innych produktów spożywczych. Fragmenty tego tworzywa odrywają się od ścianek opakowania podczas ściskania butelki, ekspozycji na temperaturę, a nawet wielokrotnego odkręcania i zakręcania nakrętki. Jedno z badań wykazało, że samo otwieranie zakrętki powoduje ścieranie się mikroskopijnych fragmentów plastiku, które trafiają do napoju.

Wykryto również polistyren, polichlorek winylu (PVC), polietylen, polipropylen oraz polimetakrylan metylu. Każdy z tych tworzyw sztucznych ma swoje specyficzne zastosowania w przemyśle opakowaniowym i może trafiać do wody na różnych etapach produkcji i dystrybucji. Co niepokojące, zidentyfikowane siedem typów plastiku stanowiło zaledwie około dziesięć procent wszystkich wykrytych nanocząstek. Pozostałe dziewięćdziesiąt procent to substancje, których naukowcy nie zdołali jeszcze sklasyfikować. Jeśli są to również nanoplastiki, ich rzeczywista liczba może sięgać dziesiątek milionów na litr.

Naixin Qian, główna autorka badania i doktorantka chemii na Columbia University, podkreśla, że opracowana metoda stanowi potężne narzędzie do analizy zanieczyszczeń na poziomie nano. Daje ona nadzieję na wypełnienie luki w wiedzy naukowej dotyczącej plastikowego zanieczyszczenia środowiska na najdrobniejszym poziomie. Do tej pory brakowało technik pozwalających na precyzyjne zliczanie i identyfikację tak małych cząstek.

Niewidzialne zagrożenie przenika przez wszystkie bariery

Różnica między mikroplastikiem a nanoplastikiem nie sprowadza się wyłącznie do rozmiarów. Profesor Wei Min z Columbia University podkreśla, że w przypadku nanocząstek decydująca jest nie masa, lecz liczba. Mniejsze fragmenty łatwiej przenikają do ludzkiego organizmu i mogą być błędnie identyfikowane przez komórki jako naturalne składniki. To fundamentalna zmiana w sposobie myślenia o zagrożeniu. Wcześniej naukowcy skupiali się na masie zanieczyszczeń, teraz wiedzą, że kluczowa jest ilość cząstek zdolnych do wnikania w struktury komórkowe.

Mikroplastiki i nanoplastiki mogą dostać się do organizmu na trzy sposoby: przez układ pokarmowy wraz z żywnością i napojami, przez układ oddechowy z wdychanym powietrzem oraz przez skórę podczas kontaktu z zanieczyszczonymi produktami. Gdy już znajdą się wewnątrz ciała, nanoplastiki ze względu na swoje niewielkie rozmiary z łatwością przenikają przez ściany jelit do krwiobiegu i są rozprowadzane do różnych narządów.

Badania na modelach zwierzęcych i hodowlach komórkowych wykazują, że nanoplastiki są w stanie przekraczać barierę krew-mózg, strukturę chroniącą mózg przed szkodliwymi substancjami z krwiobiegu. Bariera ta przez długi czas uważana była za niemal nieprzepuszczalną, jednak najnowsze badania pokazują jej bardziej dynamiczny charakter. Eksperymenty przeprowadzone na myszach laboratoryjnych potwierdziły, że nanocząstki polistyrenowe mogą przenikać przez tę barierę, zwiększając jej przepuszczalność i wywołując stany zapalne oraz aktywację mikrogleju w tkance mózgowej.

Badacze z Uniwersytetu Wiedeńskiego zaobserwowali u szczurów laboratoryjnych narażonych na nanoplastik pogorszenie zdolności poznawczych i zmniejszoną zdolność zapamiętywania. Wyniki tych badań wskazują na możliwe neurotoksyczne działanie nanocząstek plastiku. W badaniach prowadzonych na Uniwersytecie Nowego Meksyku u osób z demencją wykryto nawet pięciokrotnie wyższe stężenie plastiku w mózgu niż u osób zdrowych, przy czym nanocząstki koncentrowały się głównie w ścianach naczyń krwionośnych i wokół komórek odpornościowych.

Naukowcy zastrzegają jednak, że nie można jeszcze jednoznacznie stwierdzić, czy nanoplastik przyczynia się do rozwoju chorób neurodegeneracyjnych, czy też jego nagromadzenie jest skutkiem osłabienia bariery krew-mózg towarzyszącego tym schorzeniom. Profesor Matthew Campen z Uniwersytetu Nowego Meksyku podkreśla, że demencja jest chorobą, w której zakłócone są zarówno bariera krew-mózg, jak i mechanizmy oczyszczające mózg. Konieczne są dalsze badania wykazujące, w jaki sposób nanocząsteczki mogą wpływać na komórki mózgu i czy są dla niego bezpośrednio toksyczne.

Temperatura, czas, światło - kiedy plastik uwalnia najwięcej cząstek?

Droga wody butelkowanej od źródła do naszego domu obejmuje wiele etapów: rozlew w zakładzie produkcyjnym, magazynowanie, transport ciężarówkami, składowanie w hurtowniach i sklepach, a na końcu przechowywanie w naszych domach. Na każdym z tych etapów butelka może być narażona na warunki przyspieszające degradację plastiku i uwalnianie cząstek do napoju. Szczególnie krytyczny jest transport w letnich miesiącach, gdy temperatura wewnątrz naczep ciężarówek może przekraczać 50 stopni Celsjusza.

Warunki przechowywania mają fundamentalne znaczenie dla ilości substancji migrujących z opakowania do napoju. Badania przeprowadzone na Uniwersytecie Florydy symulowały nieprawidłowe przechowywanie wody butelkowanej w temperaturze 70 stopni Celsjusza przez cztery tygodnie. Takie warunki odpowiadają sytuacji, gdy butelka zostaje pozostawiona w rozgrzanym samochodzie w letni dzień. Wyniki pokazały znacząco podwyższone stężenia szkodliwych związków chemicznych w porównaniu z wodą przechowywaną w optymalnych warunkach.

Minister zdrowia w odpowiedzi na interpelację poselską przyznał, że z butelek PET mogą uwalniać się do wody różne związki chemiczne, w tym antymon stosowany jako katalizator w procesie produkcji tworzywa. Substancja ta koncentruje się w wątrobie i w wysokich stężeniach może prowadzić do jej uszkodzeń oraz obniżenia poziomu białych krwinek. Do jej uwolnienia dochodzi podczas ekspozycji na podwyższoną temperaturę, a nawet przy mechanicznym zgnieceniu butelki.

Osobnym problemem jest bisfenol A (BPA), choć dotyczy on głównie opakowań z poliwęglanu, nie z PET. Ilość BPA przenikającego do otoczenia wzrasta wraz z temperaturą oraz uszkodzeniami plastiku, takimi jak zadrapania czy mikropęknięcia. Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności ustalił dopuszczalną dzienną dawkę tej substancji na poziomie 4 mikrogramów na kilogram masy ciała, a stosowanie BPA w butelkach dla niemowląt zostało zakazane na terenie Unii Europejskiej.

Co mogą zrobić konsumenci? Strategie minimalizacji ryzyka

Profesor Phoebe Stapleton z Rutgers University, współautorka badania Columbia University, przyznaje, że naukowcy od dawna wiedzieli o istnieniu nanoplastików w wodzie. Problem polegał na tym, że bez możliwości ich wizualizacji i kwantyfikacji trudno było przekonać opinię publiczną o skali zagrożenia. Nowa metoda obrazowania zmienia tę sytuację i otwiera drogę do dalszych badań nad wpływem tych mikroskopijnych cząstek na ludzkie zdrowie.

Międzynarodowa Federacja Producentów Wody Butelkowanej oświadczyła, że nowa technika detekcji wymaga pełnej weryfikacji przez środowisko naukowe, a dotychczas nie ma naukowego konsensusu co do potencjalnego wpływu nano- i mikroplastików na zdrowie ludzi. Stanowisko to kontrastuje z rosnącą liczbą badań wskazujących na możliwe negatywne konsekwencje, choć rzeczywiście potrzebne są dalsze analizy na większych populacjach. Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) stwierdziła w raporcie z 2024 roku, że obecne dowody naukowe nie wykazują jednoznacznie, iż poziomy mikroplastików w żywności stanowią zagrożenie dla zdrowia, jednak badania wciąż trwają.

Praktyczne zalecenia dla konsumentów obejmują przede wszystkim wybór odpowiedniego opakowania. Szkło pozostaje najbezpieczniejszą opcją, ponieważ nie uwalnia żadnych substancji do przechowywanego napoju i jest całkowicie obojętne chemicznie. W przeciwieństwie do plastiku nie ulega degradacji pod wpływem temperatury, światła czy czasu. Dodatkowo szkło można w pełni poddać recyklingowi bez utraty jakości materiału, co czyni je wyborem przyjaznym również dla środowiska. Woda w szklanych butelkach jest najlepszą alternatywą dla świadomych konsumentów, którzy wybierają ją jako sposób na uniknięcie kontaktu z nanoplastikiem i innymi substancjami migrującymi z tworzyw sztucznych.

Jeśli konieczne jest korzystanie z butelki plastikowej, należy unikać pozostawiania butelek w miejscach nasłonecznionych lub nagrzanych, nie używać ponownie jednorazowych opakowań PET oraz unikać nawyku ściskania butelki podczas picia, co dodatkowo narusza strukturę materiału. Warto również zwracać uwagę na oznaczenia na opakowaniach i unikać plastików oznaczonych symbolami „3" (PVC) oraz „6" (polistyren), które są uznawane za potencjalnie bardziej szkodliwe.

Zespół z Columbia University kontynuuje badania i planuje analizę nanoplastików w innych typach próbek, w tym w ściekach z pralni, które mogą stanowić znaczące źródło zanieczyszczenia środowiska włóknami syntetycznymi. Naukowcy współpracują również z ekspertami ds. zdrowia środowiskowego, aby lepiej zrozumieć mechanizmy oddziaływania nanoplastików na ludzkie tkanki i komórki. Jak podsumowuje profesor Min: „Istnieje ogromny świat nanoplastików do zbadania. Pod względem masy stanowią one znacznie mniej niż mikroplastiki, ale liczy się liczba cząstek, ponieważ im są mniejsze, tym łatwiej mogą wnikać do naszego organizmu."