Abstract

Le microplastiche (MP) e nanoplastiche (NP) sono in grado di alterare la funzione biofisica del surfattante polmonare naturale, un componente essenziale per il corretto scambio gassoso nei polmoni. Lo studio di Xiaojie Xu et al. ha mostrato che queste particelle, derivate da comuni prodotti di plastica, interferiscono con il surfattante polmonare formando eteroaggregati nell’interfaccia alveolo-capillare, compromettendo così la sua capacità di ridurre la tensione superficiale durante la respirazione. Tali alterazioni hanno conseguenze dirette sulla salute respiratoria, portando a un aumento della difficoltà respiratoria e, in casi gravi, a danni polmonari e risposte infiammatorie sistemiche.

Le microplastiche (MPs), con dimensioni comprese tra 1 µm e 5 mm, derivano principalmente dalla degradazione di prodotti plastici. L’esposizione agli agenti atmosferici compromette l’integrità strutturale dei materiali plastici, favorendone la frammentazione in particelle di dimensioni progressivamente più piccole, le nanoplastiche (NPs). Tanto le MPs quanto le NPs non sono biodegradabili e possono persistere nell’ambiente per decenni o addirittura secoli. Di conseguenza, risulta urgente approfondire le implicazioni ambientali, sanitarie e di sicurezza associate all’esposizione a MPs e NPs.

Evidenze emergenti suggeriscono che sia le MPs che le NPs possono entrare nell’organismo umano sia per via gastrointestinale (tramite alimenti, acqua e bevande) sia per via respiratoria (mediante inalazione di aerosol). In particolare, l’accumulo atmosferico risulta una fonte rilevante di microplastiche aerodisperse. Una volta sospese nell’aria sotto forma di aerosol, le particelle comprese tra 0,5 e 5 µm di diametro possono eludere i meccanismi di clearance mucociliare e raggiungere le porzioni più profonde dell’apparato respiratorio. Studi recenti hanno confermato la presenza di MPs nei distretti polmonari distali in soggetti viventi, evidenziando il polietilene tereftalato (PET) e il polipropilene (PP) come principali componenti plastici rilevati. In particolare è stato osservato che le MPs tendono a depositarsi preferenzialmente nel lobo inferiore del polmone. In un altro studio, l’inalazione di microplastiche derivanti dall’usura degli pneumatici è stata associata all’insorgenza di fibrosi polmonare.

Una volta raggiunta la regione alveolare, MPs e NPs interagiscono inizialmente con il film di surfattante polmonare che riveste l’intera superficie aria-liquido degli alveoli. Il surfattante ha la capacità di ridurre la tensione superficiale durante l’espirazione e minimizzare il lavoro necessario per la riespansione alveolare, garantendo così una ventilazione efficiente. Inoltre, possiede un ruolo immunologico cruciale nella difesa dell’ospite contro particelle inalate e patogeni a livello dell’interfaccia alveolo-capillare.

Ad oggi, il numero di studi in silico e in vitro che hanno esplorato l’effetto di MPs/NPs sulle proprietà biofisiche del surfattante polmonare è estremamente limitato così come limitati sono i modelli sperimentali utilizzati (ad esempio l’uso di particelle ingegnerizzate che non riflettono affatto la complessità chimico-morfologica delle MPs ambientali).

Nello studio di Xiaojie Xu et al. sono stati analizzati gli effetti biofisici di MPs/NPs, ottenuti dalla degradazione di comuni prodotti plastici commerciali, su un surfattante polmonare naturale, denominato Infasurf, un surfattante estratto per lavaggio broncoalveolare da polmone bovino neonatale, la cui composizione è molto simile a quella del surfattante umano. É stato utilizzato un modello in vitro basato sulla tecnica CDS (constrained drop surfactometry), una tecnica innovativa di tensiometria basata su goccioline che simulano l’ambiente intra-alveolare dinamico dei polmoni, per studiare le interazioni tra il surfattante polmonare e le particelle di micro e nanoplastiche derivate da tre tipi di prodotti plastici: scatole per il pranzo in PP, bottiglie d’acqua in PET e imballaggi in polistirene (foam box-PS). Le concentrazioni delle particelle sono state selezionate per simulare una vasta gamma di esposizioni ambientali (10, 100 e 1000 μg/mL). Successivamente, è stata utilizzata la microscopia a forza atomica (AFM) per esaminare l’ultrastruttura del film di surfattante e le modifiche morfologiche indotte dalle particelle.

I risultati hanno mostrato che tutte le tre tipologie di MP/NP testate aumentano la tensione superficiale minima (γmin) e la compressibilità (κ) del surfattante polmonare, indicando un’inibizione della sua funzione biofisica. In particolare, l’esposizione al polistirene (foam box-PS) ha avuto l’effetto più pronunciato, con un aumento significativo della γmin e κ. Questo suggerisce che la presenza di MP/NP, e in particolare delle particelle di foam box-PS, inibisce la capacità del surfattante di ridurre la tensione superficiale, aumentando la difficoltà respiratoria, un meccanismo tipico di malattie respiratorie come la sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS) e l’insufficienza respiratoria acuta. La microscopia a forza atomica è stata utilizzata per esaminare direttamente l’eteroaggregazione di particelle di plastica con un film di surfattante polmonare, ed è servita per approfondire il meccanismo di inibizione del surfattante e la causa sottostante dell’insufficienza polmonare.

Sono state inoltre analizzate le risposte proinfiammatorie e il danno polmonare in un modello murino esponendo i topi a polveri di MP/NP (2 mg/kg di peso corporeo). I risultati mostrano un aumento significativo dei livelli di interleuchina 6 (IL-6) e una maggiore infiltrazione di cellule immunitarie, come neutrofili e monociti, nei polmoni dei topi trattati. Inoltre, l’analisi istologica dei polmoni ha rivelato danni significativi al tessuto polmonare, con infiltrazione cellulare e alterazioni strutturali, in particolare nei topi esposti alla foam box-PS.

Questi risultati hanno rilevanti conseguenze per la salute umana, in particolare per le persone esposte a livelli elevati di micro e nanoplastiche, come i lavoratori in industrie che utilizzano plastica o in ambienti marini e terrestri inquinati. Inoltre, questo studio suggerisce che l’esposizione alle nanoplastiche, particolarmente in forma PS, potrebbe essere un fattore di rischio significativo per lo sviluppo di malattie respiratorie come l’ARDS o la fibrosi polmonare, in particolare a causa delle alterazioni del surfattante polmonare.

I risultati ottenuti potrebbero favorire una comprensione più approfondita degli effetti della plastica sull’apparato respiratorio umano, fornendo un valido punto di partenza per ulteriori ricerche sugli impatti ambientali e sanitari delle plastiche, in particolare in relazione a malattie polmonari.

Referenze: Xiaojie Xu, Ria A Goros, Zheng Dong, Xin Meng, Guangle Li, Wei Chen, Sijin Liu, Juan Ma, Yi Y Zuo , Microplastics and Nanoplastics Impair the Biophysical Function of Pulmonary Surfactant by Forming Heteroaggregates at the Alveolar– Capillary Interface. Environ. Sci. Technol. 2023, 57, 21050–21060