بررسی آثار میکروپلاستیک‌های پلی‌استایرن بر آسیب‌های بافتی و تغییرات استرس اکسیداتیو و التهاب در بافت قلب موش‌ها

کاوسی نژاد, مهناز; مروتی, حسن; زنگنه, سمیه

doi:10.22118/jsmj.2025.491593.3781

بررسی آثار میکروپلاستیک‌های پلی‌استایرن بر آسیب‌های بافتی و تغییرات استرس اکسیداتیو و التهاب در بافت قلب موش‌ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

مهناز کاوسی نژاد ¹

حسن مروتی ²

سمیه زنگنه ³

¹ دانشجوی دکتری، گروه علوم پایه، دانشکده دام‌پزشکی دانشگاه تهران، تهران، ایران

² استاد، گروه علوم پایه، دانشکده دام‌پزشکی دانشگاه تهران، تهران، ایران

³ دکتری تخصصی، گروه علوم پایه، دانشکده دام‌پزشکی دانشگاه تهران، تهران، ایران

10.22118/jsmj.2025.491593.3781

چکیده

زمینه و هدف: شیوع آلودگی میکروپلاستیک در محیط‌زیست نگرانی‌هایی را درباره آثار بالقوه آن بر سلامت انسان و حیوانات ایجاد کرده است. هدف اصلی این پژوهش، بررسی آثار دوزهای مختلف (01/0، 1/0 و 1 میلی‌گرم بر کیلوگرم) میکروپلاستیک‌های پلی‌استایرن بر آسیب‌های بافتی و تغییرات استرس اکسیداتیو و التهاب در بافت قلب موش‌ها بود.
روش بررسی: در این کارآزمایی تجربی تصادفی، 36 موش نر به چهار گروه تقسیم شدند؛ یک گروه کنترل و سه گروه آزمایشی که دوزهای 01/0، 1/0 و 1 میلی‌گرم بر کیلوگرم میکروپلاستیک دریافت کردند. پس از 42 روز، نمونه‌های بافت قلب و سرم خون جمع‌آوری شدند و تحت آزمایش‌های هیستوپاتولوژیک و بیوشیمیایی و مولکولی قرار گرفتند. تحلیل آماری داده‌ها با آزمون واریانس یک‌طرفه و تست توکی در نسخه 21 نرم‌افزار اس‌پی‌اس‌اس انجام، و نتایج به‌صورت میانگین ± انحراف معیار گزارش شد (P<0.05)و نمودارها در اکسل 2017 رسم شدند.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که میکروپلاستیک‌ها باعث تغییرات ساختاری در بافت قلب می‌شوند؛ به‌طوری‌که در دوزهای بالا (1 mg/kg) تخریب شدید فیبرهای عضلانی و فیبروز گسترده مشاهده شد، درحالی‌که در دوزهای پایین (0.01 mg/kg) آسیب خفیفی وجود داشت. همچنین، ظرفیت آنتی‌اکسیدانی تام سرم در دوزهای متوسط و بالا کاهش یافت و میزان مالون‌دی‌آلدئید (MDA) به‌طور معناداری افزایش یافت (P<0.05)، که نشان‌دهنده افزایش استرس اکسیداتیو است. همچنین، بیان ژن فاکتور نکروزدهنده تومور آلفا در دوزهای بالا افزایش معناداری داشت (P<0.05)، که حاکی از فعال شدن پاسخ‌های التهابی ناشی از میکروپلاستیک‌ها است.
نتیجه‌گیری: میکروپلاستیک‌های پلی‌استایرن می‌توانند آثار منفی بر سلامت قلب و عروق داشته باشند؛ ازجمله افزایش استرس اکسیداتیو و التهاب. این یافته‌ها بر نیاز به تحقیقات بیشتر برای درک بهتر خطرهای بهداشتی میکروپلاستیک‌ها تأکید می‌کنند.

کلیدواژه‌ها

میکروپلاستیک‌ها

قلب

پلی‌استایرن

استرس اکسیداتیو

موضوعات

پزشکی

[1] Zhang C, Wang J, Zhou A, Ye Q, Feng Y, Wang Z, Wang S, Xu G, Zou J. Species-specific effect of microplastics on fish embryos and observation of toxicity kinetics in larvae. Journal of hazardous materials. 2021 Feb 5;403:123948.[ 10.1016/j.jhazmat.2020.123948 ] [PMID]

[2] Hou B, Wang F, Liu T, Wang Z. Reproductive toxicity of polystyrene microplastics: In vivo experimental study on testicular toxicity in mice. Journal of hazardous materials. 2021 Mar 5;405:124028. [10.1016/j.jhazmat.2020.124028 ] [PMID]

[3] Chen CY, Lu TH, Yang YF, Liao CM. Toxicokinetic/toxicodynamic-based risk assessment of freshwater fish health posed by microplastics at environmentally relevant concentrations. Science of the Total Environment. 2021 Feb 20;756:144013. [10.1016/j.scitotenv.2020.144013 ] [PMID]

[4] Andrady AL. The plastic in microplastics: A review. Marine pollution bulletin. 2017 Jun 15;119(1):12-22. [10.1016/j.marpolbul.2017.01.082 ] [PMID]

[5] Preston-Whyte F, Silburn B, Meakins B, Bakir A, Pillay K, Worship M, Paruk S, Mdazuka Y, Mooi G, Harmer R, Doran D. Meso-and microplastics monitoring in harbour environments: A case study for the Port of Durban, South Africa. Marine pollution bulletin. 2021 Feb 1;163:111948. [10.1016/j.marpolbul.2020.111948 ] [PMID]

[6] Deng Y, Yan Z, Shen R, Huang Y, Ren H, Zhang Y. Enhanced reproductive toxicities induced by phthalates contaminated microplastics in male mice (Mus musculus). Journal of hazardous materials. 2021 Mar 15;406:124644. [10.1016/j.jhazmat.2020.124644 ] [PMID]

[7] Liu Z, Qin Q, Hu Z, Yan L, Ieong UI, Xu Y. Adsorption of chlorophenols on polyethylene terephthalate microplastics from aqueous environments: Kinetics, mechanisms and influencing factors. Environmental Pollution. 2020 Oct 1;265:114926. [10.1016/j.envpol.2020.114926 ] [PMID]

[8] Hernandez LM, Xu EG, Larsson HC, Tahara R, Maisuria VB, Tufenkji N. Plastic teabags release billions of microparticles and nanoparticles into tea. Environmental science & technology. 2019 Sep 25;53(21):12300-10. [10.1021/acs.est.9b02540 ] [PMID]

[9] Zarus GM, Muianga C, Hunter CM, Pappas RS. A review of data for quantifying human exposures to micro and nanoplastics and potential health risks. Science of the Total Environment. 2021 Feb 20;756:144010. [10.1016/j.scitotenv.2020.144010 ] [PMID]

[10] Hariharan G, Purvaja R, Anandavelu I, Robin RS, Ramesh R. Accumulation and ecotoxicological risk of weathered polyethylene (wPE) microplastics on green mussel (Perna viridis). Ecotoxicology and environmental safety. 2021 Jan 15;208:111765. [10.1016/j.ecoenv.2020.111765 ] [PMID]

[11] Wu B, Wu X, Liu S, Wang Z, Chen L. Size-dependent effects of polystyrene microplastics on cytotoxicity and efflux pump inhibition in human Caco-2 cells. Chemosphere. 2019 Apr 1;221:333-41. [10.1016/j.chemosphere.2019.01.056 ] [PMID]

[12] Wang J, Li Y, Lu L, Zheng M, Zhang X, Tian H, Wang W, Ru S. Polystyrene microplastics cause tissue damages, sex-specific reproductive disruption and transgenerational effects in marine medaka (Oryzias melastigma). Environmental Pollution. 2019 Nov 1;254:113024. [10.1016/j.envpol.2019.113024 ] [PMID]

[13] da Costa Araújo AP, de Melo NF, de Oliveira Junior AG, Rodrigues FP, Fernandes T, de Andrade Vieira JE, Rocha TL, Malafaia G. How much are microplastics harmful to the health of amphibians? A study with pristine polyethylene microplastics and Physalaemus cuvieri. Journal of hazardous materials. 2020 Jan 15;382:121066. [10.1016/j.jhazmat.2019.121066 ] [PMID]

[14] Nugnes R, Lavorgna M, Orlo E, Russo C, Isidori M. Toxic impact of polystyrene microplastic particles in freshwater organisms. Chemosphere. 2022 Jul 1;299:134373. [10.1016/j.chemosphere.2022.134373 ] [PMID]

[15] Zheng H, Wang J, Wei X, Chang L, Liu S. Proinflammatory properties and lipid disturbance of polystyrene microplastics in the livers of mice with acute colitis. Science of the Total Environment. 2021 Jan 1;750:143085.

[10.1016/j.scitotenv.2020.143085 ] [PMID]

[16] Xie X, Deng T, Duan J, Xie J, Yuan J, Chen M. Exposure to polystyrene microplastics causes reproductive toxicity through oxidative stress and activation of the p38 MAPK signaling pathway. Ecotoxicology and environmental safety. 2020 Mar 1;190:110133. [10.1016/j.ecoenv.2019.110133 ] [PMID]

[17] Chang M, Zhang C, Li M, Dong J, Li C, Liu J, Verheyen J, Stoks R. Warming, temperature fluctuations and thermal evolution change the effects of microplastics at an environmentally relevant concentration. Environmental Pollution. 2022 Jan 1;292:118363. [10.1016/j.envpol.2021.118363 ] [PMID]

[18] Li L, Zhao Q, Kong W. Extracellular matrix remodeling and cardiac fibrosis. Matrix biology. 2018 Aug 1;68:490-506. [10.1016/j.matbio.2018.01.013 ] [PMID]

[19] Li L, Zhao Q, Kong W. Extracellular matrix remodeling and cardiac fibrosis. Matrix biology. 2018 Aug 1;68:490-506. [10.1016/j.matbio.2018.01.013 ] [PMID]

[20] Prata JC, Venâncio C, Girão AV, da Costa JP, Lopes I, Duarte AC, Rocha-Santos T. Effects of virgin and weathered polystyrene and polypropylene microplastics on Raphidocelis subcapitata and embryos of Danio rerio under environmental concentrations. Science of the Total Environment. 2022 Apr 10;816:151642. [10.1016/j.scitotenv.2021.151642 ] [PMID]

[21] Yang H, Xiong H, Mi K, Xue W, Wei W, Zhang Y. Toxicity comparison of nano-sized and micron-sized microplastics to Goldfish Carassius auratus Larvae. Journal of hazardous materials. 2020 Apr 15;388:122058. [10.1016/j.jhazmat.2020.122058 ] [PMID]

[22] Yong CQ, Valiyaveettil S, Tang BL. Toxicity of microplastics and nanoplastics in mammalian systems. International journal of environmental research and public health. 2020 Feb 26;17(05):1509. [10.3390/ijerph17051509 ] [PMID]

[23] Bhagat J, Zang L, Nakayama H, Nishimura N, Shimada Y. Effects of nanoplastic on toxicity of azole fungicides (ketoconazole and fluconazole) in zebrafish embryos. Science of The Total Environment. 2021 Dec 15;800:149463. [10.1016/j.scitotenv.2021.149463 ] [PMID]

[24] Wei J, Wang X, Liu Q, Zhou N, Zhu S, Li Z, Li X, Yao J, Zhang L. The impact of polystyrene microplastics on cardiomyocytes pyroptosis through NLRP3/Caspase‐1 signaling pathway and oxidative stress in Wistar rats. Environmental toxicology. 2021 May;36(5):935-44. [10.1002/tox.23095 ] [PMID]

[25] Lett Z, Hall A, Skidmore S, Alves NJ. Environmental microplastic and nanoplastic: Exposure routes and effects on coagulation and the cardiovascular system. Environmental Pollution. 2021 Dec 15;291:118190. [10.1016/j.envpol.2021.118190 ] [PMID]

[26] Nemmar A, Hoylaerts MF, Hoet PH, Dinsdale D, Smith T, Xu H, Vermylen J, Nemery B. Ultrafine particles affect experimental thrombosis in an in vivo hamster model. American journal of respiratory and critical care medicine. 2002 Oct 1;166(7):998-1004. [10.1164/rccm.200110-026OC ] [PMID]

[27] Oslakovic C, Cedervall T, Linse S, Dahlbäck B. Polystyrene nanoparticles affecting blood coagulation. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2012 Aug 1;8(6):981-6. [10.1016/j.nano.2011.12.001 ] [PMID]

[28] Zhang R, Wang M, Chen X, Yang C, Wu L. Combined toxicity of microplastics and cadmium on the zebrafish embryos (Danio rerio). Science of the Total Environment. 2020 Nov 15;743:140638. [10.1016/j.scitotenv.2020.140638 ] [PMID]

[29] Alimba CG, Faggio C. Microplastics in the marine environment: Current trends in environmental pollution and mechanisms of toxicological profile. Environmental toxicology and pharmacology. 2019 May 1;68:61-74. [10.1016/j.etap.2019.03.001 ] [PMID]

[30] SAPEA, S., Science advice for policy by European academies. A Scientific Perspective on Microplastics in Nature and Society, 2019.

[31] Zhang DM, Guo ZX, Zhao YL, Wang QJ, Gao YS, Yu T, Chen YK, Chen XM, Wang GQ. L-carnitine regulated Nrf2/Keap1 activation in vitro and in vivo and protected oxidized fish oil-induced inflammation response by inhibiting the NF-κB signaling pathway in Rhynchocypris lagowski Dybowski. Fish & shellfish immunology. 2019 Oct 1;93:1100-10. [10.1016/j.fsi.2019.08.041 ] [PMID]

[32] Renshaw S. Immunohistochemistry and immunocytochemistry. Immunohistochemistry and immunocytochemistry: essential methods. 2017 Jan 24:35-102.

[33] Wright SL, Rowe D, Thompson RC, Galloway TS. Microplastic ingestion decreases energy reserves in marine worms. Current Biology. 2013 Dec 2;23(23):R1031-3. [10.1016/j.cub.2013.10.068 ] [PMID]

[34] Liu S, Wang C, Yang Y, Du Z, Li L, Zhang M, Ni S, Yue Z, Yang K, Wang Y, Li X. Microplastics in three types of human arteries detected by pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC/MS). Journal of Hazardous Materials. 2024 May 5;469:133855. [10.1016/j.jhazmat.2024.133855 ] [PMID]

[35] Paul-Pont I, Lacroix C, Fernández CG, Hégaret H, Lambert C, Le Goïc N, Frère L, Cassone AL, Sussarellu R, Fabioux C, Guyomarch J. Exposure of marine mussels Mytilus spp. to polystyrene microplastics: toxicity and influence on fluoranthene bioaccumulation. Environmental pollution. 2016 Sep 1;216:724-37. [10.1016/j.envpol.2016.06.039 ] [PMID]

[36] Li J, Liu H, Chen JP. Microplastics in freshwater systems: A review on occurrence, environmental effects, and methods for microplastics detection. Water research. 2018 Jun 15;137:362-74. [10.1016/j.watres.2017.12.056 ] [PMID]

[37] Sun T, Ji C, Li F, Shan X, Wu H. The legacy effect of microplastics on aquatic animals in the depuration phase: Kinetic characteristics and recovery potential. Environment international. 2022 Oct 1;168:107467. [10.1016/j.envint.2022.107467 ] [PMID]

[38] Browne MA, Crump P, Niven SJ, Teuten E, Tonkin A, Galloway T, Thompson R. Accumulation of microplastic on shorelines woldwide: sources and sinks. Environmental science & technology. 2011 Nov 1;45(21):9175-9. [10.1021/es201811s ] [PMID]

[39] Pourebrahimi S, Pirooz M. Microplastic pollution in the marine environment: A review. Journal of Hazardous Materials Advances. 2023 May 1;10:100327.

[40] Pisani XG, Lompré JS, Pires A, Greco LL. Plastics in scene: A review of the effect of plastics in aquatic crustaceans. Environmental research. 2022 Sep 1;212:113484. [10.1016/j.envres.2022.113484 ] [PMID]

[41] Thushari GG, Senevirathna JD. Plastic pollution in the marine environment. Heliyon. 2020 Aug 1;6(8). [10.1016/j.heliyon.2020.e04709 ] [PMID]

[1]

[2]

Authors retain the copyright and full publishing rights.

Published by ahvaz jundishapur university of medical science. This article is an open access article licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/).