Les microplastiques dans notre alimentation

[Nutrimuscle-Conseils]

Microplastiques dans notre alimentation: un focus sur la santé intestinale
Microplastics in our diet: a focus on intestinal health
Elora Fournier Cahiers de Nutrition et de Diététique Vol 57 - N°4 - août 2022 P. 235-292

Points essentiel
• Présence de microplastiques (MPs) tout au long de la chaîne alimentaire.
• L intestin: porte d’entrée et première barrière aux MPs.
• Formation d’une couronne biomoléculaire autour des MPs pendant la digestion.
• Influence des caractéristiques physicochimiques des MP sur la barrière intestinale.
• Nécessité de modèles in vitro pertinents pour évaluer l’impact des MPs.

Résumé
Les plastiques jouent un rôle central dans notre vie quotidienne. Cependant, leur utilisation massive a mené à une forte augmentation de la pollution plastique à travers le monde, générant après dégradation d’importantes quantités de microplastiques. Leur omniprésence dans l’environnement, mais également dans les produits alimentaires ou encore les emballages, représente un risque potentiel pour la santé humaine.

Dans cette revue, une attention particulière est portée au tractus gastro-intestinal, à la fois porte d’entrée et première barrière aux microplastiques. Les caractéristiques de ces derniers (origine, occurrence, taille, forme, type de polymère, propriétés de surface) ainsi que les premiers résultats sur l’exposition orale humaine sont présentés. Puis, nous mettons en lumière les transformations physico-chimiques des microplastiques au cours de la digestion. Par la suite, nous détaillons l’impact potentiel des microplastiques sur l’homéostasie intestinale, via le triptyque épithélium/mucus/microbiote, en considérant les études in vitro et in vivo chez le rongeur. Nous proposons enfin de futures orientations dans l’étude des microplastiques sur la santé intestinale humaine. Un accent particulier porte sur la nécessité de développer des modèles in vitro gastro-intestinaux robustes afin de simuler au mieux la physiologie digestive humaine, ce qui permettra une meilleure évaluation des risques sanitaires relatifs aux microplastiques.


Summary
Because plastics exhibit various functional properties, they play a pivotal role in our daily life. However, their massive use has led to a sharp increase in plastic pollution worldwide, generating after degradation massive amounts of small-sized microplastics. Their presence in the environment but also in food products and packaging has revealed a potential threat to human health. In this review, a special emphasis is given on the human gastrointestinal tract, as a portal of entry but also first barrier for microplastics. First, we summarize the characteristics of ingested forms (origin, occurrence, size, shape, polymer type, surface properties) and give the current state of knowledge on human oral exposure to microplastics. Then, we highlight the physicochemical transformations of microplastics during digestion. Afterwards, we detail their potential impact on gut homeostasis disruption, via the three protagonists, epithelium/mucus/gut microbiota, considering in vitro and in vivo studies in rodents. Finally, this review underlines future directions about microplastics in the field of human intestinal health. Particular emphasis is given to the unmet need of developing robust in vitro gut models to adequately simulate human digestive physiology for better health risk assessment related to microplastics.

[Nutrimuscle-Conseils]

How microplastics are transported and deposited in realistic upper airways?
Mohammad S. Islam Physics of Fluids 35, 063319 (2023)

Microplastics are tiny plastic debris in the environment from industrial processes, various consumer items, and the breakdown of industrial waste. Recently, microplastics have been found for the first time in the airways, which increases the concern about long-term exposure and corresponding impacts on respiratory health. To date, a precise understanding of the microplastic transport to the airways is missing in the literature. Therefore, this first-ever study aims to analyze the microplastic transport and deposition within the upper lung airways. A computational fluid dynamics-discrete phase model approach is used to analyze the fluid flow and microplastic transport in airways. The sphericity concept and shape factor values are used to define the non-spherical microplastics. An accurate mesh test is performed for the computational mesh. The numerical results report that the highly asymmetric and complex morphology of the upper airway influences the flow fields and microplastic motion along with the flow rate and microplastic shape. The nasal cavity, mouth-throat, and trachea have high pressure, while a high flow velocity is observed at the area after passing the trachea. The flow rates, shape, and size of microplastics influence the overall deposition pattern. A higher flow rate leads to a lower deposition efficiency for all microplastic shapes. The nasal cavity has a high deposition rate compared to other regions. The microplastic deposition hot spot is calculated for shape and size-specific microplastic at various flow conditions. The findings of this study and more case-specific analysis will improve the knowledge of microplastic transport in airways and benefit future therapeutics development. The future study will be focused on the effect of various microplastic shapes on the human lung airways under the healthy and diseased airways conditions.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Comment les microplastiques sont transportés et déposés dans des voies respiratoires supérieures réalistes ?
Mohammad S. Islam Physique des fluides 35, 063319 (2023)

Les microplastiques sont de minuscules débris de plastique dans l'environnement provenant de processus industriels, de divers articles de consommation et de la décomposition des déchets industriels. Récemment, des microplastiques ont été découverts pour la première fois dans les voies respiratoires, ce qui accroît les inquiétudes concernant l'exposition à long terme et les impacts correspondants sur la santé respiratoire. À ce jour, une compréhension précise du transport des microplastiques vers les voies respiratoires fait défaut dans la littérature. Par conséquent, cette toute première étude vise à analyser le transport et le dépôt de microplastiques dans les voies respiratoires pulmonaires supérieures. Une approche de modèle de phase discrète de dynamique des fluides computationnelle est utilisée pour analyser l'écoulement des fluides et le transport des microplastiques dans les voies respiratoires. Le concept de sphéricité et les valeurs du facteur de forme sont utilisés pour définir les microplastiques non sphériques. Un test de maillage précis est effectué pour le maillage de calcul. Les résultats numériques indiquent que la morphologie hautement asymétrique et complexe des voies respiratoires supérieures influence les champs d'écoulement et le mouvement microplastique ainsi que le débit et la forme microplastique. La cavité nasale, la bouche-gorge et la trachée ont une pression élevée, tandis qu'une vitesse d'écoulement élevée est observée dans la zone après le passage de la trachée. Les débits, la forme et la taille des microplastiques influencent le schéma de dépôt global. Un débit plus élevé entraîne une efficacité de dépôt plus faible pour toutes les formes de microplastiques. La cavité nasale a un taux de dépôt élevé par rapport aux autres régions. Le point chaud de dépôt de microplastiques est calculé pour des microplastiques de forme et de taille spécifiques dans diverses conditions d'écoulement. Les résultats de cette étude et une analyse plus spécifique au cas amélioreront les connaissances sur le transport des microplastiques dans les voies respiratoires et bénéficieront au développement de futurs traitements. La future étude se concentrera sur l'effet de diverses formes de microplastiques sur les voies respiratoires pulmonaires humaines dans des conditions de voies respiratoires saines et malades.

[Nutrimuscle-Conseils]

Detection of Various Microplastics in Patients Undergoing Cardiac Surgery
Yunxiao Yang, Environ. Sci. Technol. 2023, 57, 30, 10911–10918

Abstract
Microplastics have been detected in human stool, lungs, and placentas, which have direct exposure to the external environment through various body cavities, including the oral/anal cavity and uterine/vaginal cavity. Crucial data on microplastic exposure in completely enclosed human organs are still lacking. Herein, we used a laser direct infrared chemical imaging system and scanning electron microscopy to investigate whether microplastics exist in the human heart and its surrounding tissues. Microplastic specimens were collected from 15 cardiac surgery patients, including 6 pericardia, 6 epicardial adipose tissues, 11 pericardial adipose tissues, 3 myocardia, 5 left atrial appendages, and 7 pairs of pre- and postoperative venous blood samples. Microplastics were not universally present in all tissue samples, but nine types were found across five types of tissue with the largest measuring 469 μm in diameter. Nine types of microplastics were also detected in pre- and postoperative blood samples with a maximum diameter of 184 μm, and the type and diameter distribution of microplastics in the blood showed alterations following the surgical procedure. Moreover, the presence of poly(methyl methacrylate) in the left atrial appendage, epicardial adipose tissue, and pericardial adipose tissue cannot be attributed to accidental exposure during surgery, providing direct evidence of microplastics in patients undergoing cardiac surgery. Further research is needed to examine the impact of surgery on microplastic introduction and the potential effects of microplastics in internal organs on human health.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Détection de divers microplastiques chez les patients subissant une chirurgie cardiaque
Yunxiao Yang, Environ. Sci. Technol. 2023, 57, 30, 10911-10918

Abstrait
Des microplastiques ont été détectés dans les selles, les poumons et les placentas humains, qui sont directement exposés à l’environnement externe par diverses cavités corporelles, notamment la cavité buccale/anale et la cavité utérine/vaginale. Il manque encore des données cruciales sur l’exposition aux microplastiques dans des organes humains complètement fermés. Ici, nous avons utilisé un système d’imagerie chimique infrarouge direct au laser et une microscopie électronique à balayage pour déterminer si des microplastiques existent dans le cœur humain et ses tissus environnants. Des échantillons de microplastiques ont été collectés auprès de 15 patients en chirurgie cardiaque, dont 6 péricardes, 6 tissus adipeux épicardiques, 11 tissus adipeux péricardiques, 3 myocardes, 5 appendices auriculaires gauches et 7 paires d'échantillons de sang veineux pré- et postopératoires. Les microplastiques n’étaient pas universellement présents dans tous les échantillons de tissus, mais neuf types ont été trouvés dans cinq types de tissus, le plus grand mesurant 469 μm de diamètre. Neuf types de microplastiques ont également été détectés dans des échantillons de sang pré- et postopératoires d'un diamètre maximum de 184 μm, et la distribution du type et du diamètre des microplastiques dans le sang a montré des altérations après l'intervention chirurgicale. De plus, la présence de poly(méthacrylate de méthyle) dans l'appendice auriculaire gauche, le tissu adipeux épicardique et le tissu adipeux péricardique ne peut pas être attribuée à une exposition accidentelle au cours d'une intervention chirurgicale, ce qui fournit une preuve directe de la présence de microplastiques chez les patients subissant une chirurgie cardiaque. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour examiner l’impact de la chirurgie sur l’introduction des microplastiques et les effets potentiels des microplastiques dans les organes internes sur la santé humaine.

[Nutrimuscle-Conseils]

Assessing the Release of Microplastics and Nanoplastics from Plastic Containers and Reusable Food Pouches: Implications for Human Health
Kazi Albab Hussain Environ. Sci. Technol. 2023, 57, 26, 9782–9792

This study investigated the release of microplastics and nanoplastics from plastic containers and reusable food pouches under different usage scenarios, using DI water and 3% acetic acid as food simulants for aqueous foods and acidic foods. The results indicated that microwave heating caused the highest release of microplastics and nanoplastics into food compared to other usage scenarios, such as refrigeration or room-temperature storage.

It was found that some containers could release as many as 4.22 million microplastic and 2.11 billion nanoplastic particles from only one square centimeter of plastic area within 3 min of microwave heating. Refrigeration and room-temperature storage for over six months can also release millions to billions of microplastics and nanoplastics. Additionally, the polyethylene-based food pouch released more particles than polypropylene-based plastic containers. Exposure modeling results suggested that the highest estimated daily intake was 20.3 ng/kg·day for infants drinking microwaved water and 22.1 ng/kg·day for toddlers consuming microwaved dairy products from polypropylene containers. Furthermore, an in vitro study conducted to assess the cell viability showed that the extracted microplastics and nanoplastics released from the plastic container can cause the death of 76.70 and 77.18% of human embryonic kidney cells (HEK293T) at 1000 μg/mL concentration after exposure of 48 and 72 h, respectively.

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[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Évaluation des rejets de microplastiques et de nanoplastiques provenant des contenants en plastique et des sachets alimentaires réutilisables : implications pour la santé humaine
Kazi Albab Hussain Environ. Sci. Technologie. 2023, 57, 26, 9782–9792

Cette étude a examiné la libération de microplastiques et de nanoplastiques provenant de récipients en plastique et de sachets alimentaires réutilisables dans différents scénarios d'utilisation, en utilisant de l'eau DI et 3 % d'acide acétique comme simulants alimentaires pour les aliments aqueux et acides. Les résultats ont indiqué que le chauffage par micro-ondes provoquait la plus grande libération de microplastiques et de nanoplastiques dans les aliments par rapport à d’autres scénarios d’utilisation, tels que la réfrigération ou le stockage à température ambiante.

Il a été constaté que certains conteneurs pouvaient libérer jusqu'à 4,22 millions de particules de microplastique et 2,11 milliards de particules de nanoplastique à partir d'un seul centimètre carré de surface plastique dans les 3 minutes suivant le chauffage par micro-ondes. La réfrigération et le stockage à température ambiante pendant plus de six mois peuvent également libérer des millions, voire des milliards de microplastiques et de nanoplastiques. De plus, le sachet alimentaire à base de polyéthylène libérait plus de particules que les contenants en plastique à base de polypropylène. Les résultats de la modélisation de l'exposition suggèrent que l'apport quotidien estimé le plus élevé était de 20,3 ng/kg·jour pour les nourrissons buvant de l'eau cuite au micro-ondes et de 22,1 ng/kg·jour pour les tout-petits consommant des produits laitiers cuits au micro-ondes dans des contenants en polypropylène. De plus, une étude in vitro menée pour évaluer la viabilité cellulaire a montré que les microplastiques et nanoplastiques extraits libérés du récipient en plastique peuvent provoquer la mort de 76,70 et 77,18 % des cellules rénales embryonnaires humaines (HEK293T) à une concentration de 1 000 μg/mL après exposition à 48 et 72 heures respectivement.

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Acute Exposure to Microplastics Induced Changes in Behavior and Inflammation in Young and Old Mice
by Lauren Gaspar Int. J. Mol. Sci. 2023, 24(15), 12308;

Environmental pollutants have become quite ubiquitous over the past two centuries; of those, plastics, and in particular, microplastics (<5 mm), are among the most pervasive pollutants. Microplastics (MPs) have found their way into the air, water system, and food chain and are either purposely produced or are derived from the breakdown of larger plastic materials. Despite the societal advancements that plastics have allowed, the mismanagement of plastic waste has become a pressing global issue. Pioneering studies on MPs toxicity have shown that exposure to MPs induces oxidative stress, inflammation, and decreased cell viability in marine organisms. Current research suggests that these MPs are transported throughout the environment and can accumulate in human tissues; however, research on the health effects of MPs, especially in mammals, is still very limited. This has led our group to explore the biological and cognitive consequences of exposure to MPs in a rodent model. Following a three-week exposure to water treated with fluorescently-labeled pristine polystyrene MPs, young and old C57BL/6J mice were assessed using behavioral assays, such as open-field and light–dark preference, followed by tissue analyses using fluorescent immunohistochemistry, Western blot, and qPCR. Data from these assays suggest that short-term exposure to MPs induces both behavioral changes as well as alterations in immune markers in liver and brain tissues. Additionally, we noted that these changes differed depending on age, indicating a possible age-dependent effect.

These findings suggest the need for further research to better understand the mechanisms by which microplastics may induce physiological and cognitive changes.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

L'exposition aiguë aux microplastiques a induit des changements de comportement et une inflammation chez des souris jeunes et âgées
par Lauren Gaspar Int. J. Mol. Sci. 2023, 24(15), 12308 ;

Les polluants environnementaux sont devenus omniprésents au cours des deux derniers siècles ; Parmi eux, les plastiques, et en particulier les microplastiques (<5 mm), comptent parmi les polluants les plus répandus. Les microplastiques (MP) ont trouvé leur chemin dans l’air, le système d’eau et la chaîne alimentaire et sont soit produits délibérément, soit dérivés de la décomposition de matières plastiques plus grosses. Malgré les avancées sociétales permises par le plastique, la mauvaise gestion des déchets plastiques est devenue un problème mondial urgent. Des études pionnières sur la toxicité des MP ont montré que l’exposition aux MP induit un stress oxydatif, une inflammation et une diminution de la viabilité cellulaire chez les organismes marins. Les recherches actuelles suggèrent que ces MP sont transportées dans tout l'environnement et peuvent s'accumuler dans les tissus humains ; cependant, les recherches sur les effets des MP sur la santé, en particulier chez les mammifères, sont encore très limitées. Cela a conduit notre groupe à explorer les conséquences biologiques et cognitives de l'exposition aux MP dans un modèle de rongeur. Après une exposition de trois semaines à de l'eau traitée avec des MP de polystyrène immaculés marqués par fluorescence, des souris C57BL/6J jeunes et âgées ont été évaluées à l'aide d'essais comportementaux, tels que la préférence en champ ouvert et la préférence entre la lumière et l'obscurité, suivies d'analyses tissulaires par immunohistochimie fluorescente, Western. transfert et qPCR. Les données de ces tests suggèrent qu'une exposition à court terme aux MP induit à la fois des changements de comportement ainsi que des altérations des marqueurs immunitaires dans les tissus hépatiques et cérébraux. De plus, nous avons noté que ces changements différaient en fonction de l’âge, ce qui indique un possible effet dépendant de l’âge.

Ces résultats suggèrent la nécessité de recherches supplémentaires pour mieux comprendre les mécanismes par lesquels les microplastiques peuvent induire des changements physiologiques et cognitifs.