The Study of Histology and Histometry Changes in the Stomach and Intestine of Male Mice Consuming Nano-Styrene Microplastics
Subject Areas : Journal of Animal BiologyMohammad Reza Ghafari Manesh 1 , Esmail Fattahi 2 , Fereshteh Mirmohammadrezaei 3 , Sima Mashayekh 4
1 - Department of Biology, Ayatolla Amoli Branch, Islamic Azad University, Amol, Iran
2 - Department of Biology, Ayatolla Amoli Branch, Islamic Azad University, Amol, Iran
3 - Animal Biology Department, Faculty of Basic Sciences, University of Mazandaran, Babolsar, Iran
4 - Department of Biology, Ayatolla Amoli Branch, Islamic Azad University, Amol, Iran
Keywords: Microplastic, Nano-styrene, Histology, Stomach, Intestine,
Abstract :
Today, microplastics are among the most important environmental pollutants that have attracted the attention of scientists. These plastic particles enter the food chain by being swallowed by animals and cause serious damage to humans and animals. The purpose of this research is to investigate the effect of polystyrene microplastics on the digestive system of mammals. The rats were divided into 3 groups of 6; the sham group received 200 microliters of distilled water once a day for 30 days. The first group received 200 microliters of nano-styrene once a day with a dose of 0.1mg⁄kg for 30 days. The second group received 200 microliters of nano-styrene once a day. He received a dose of 0.5 mg⁄kg for 30 days. The day after the last gavage, the animal was anesthetized with chloroform, and the intestinal and stomach samples were stained for histological examination in 10% buffered formalin solution with hematoxylin-eosin staining method. TUKEY test was used for statistical analysis and comparison between groups. All the calculations were done using Prism software and the significance level of the tests P was considered less than 0.05. The statistical findings show a decrease in the diameter of the submucosa, the number of lining cells, and the number of epithelial cells in the experimental group 2 compared to the control group. The height of the intestinal villi and The stomach showed an increase in experimental group 2 compared to the sham group. The results of this study show that the effects of nano-styrene depend on the concentration and as the concentration increases, it will leave more destructive effects on the intestines and stomach.
1. Amereh F., Babaei M., Eslami A., Fazelipour S., Rafiee, M. 2020. The emerging risk of exposure to nano (micro) plastics on endocrine disturbance and reproductive toxicity: From a hypothetical scenario to a global public health challenge. Environmental Pollution, 261:114158.
2. Browne M.A., Dissanayake A., Galloway T.S., Lowe D.M., Thompson R.C. 2008. Ingested microscopic plastic translocates to the circulatory system of the mussel, Mytilus edulis (L.). Environmental Science and Technology, 42(13):5026-5031.
3. Deng Y., Yan Z., Shen R. 2020. Microplastics release phthalate esters and cause aggravated adverse effects in the mouse gut. Environment International, 143: 105916.
4. Deng Y., Zhang Y., Lemos B., Hongqiang R. 2017. Tissue accumulation of microplastics in mice and biomarker responses suggest widespread health risks of exposure. Scientific Reports, 7: 46687.
5. Deng Y., Zhang Y., Qiao R., Bonilla M.M., Yang X., Ren H., Lemos B. 2018. Evidence that microplastics aggravate the toxicity of organophosphorus flame retardants in mice (Mus musculus). Journal of Hazardous Materials, 357:348-354.
6. Derek R, Vogel W, Mitchell A. 2020. Gray's anatomy book, 1:325-327.
7. https://blog.faradars.org/
8. Jin H., Ma T., Sha X., Liu Z., Zhou Y., Meng X., Chen Y., Han X., Ding J. 2020. Polystyrene microplastics induced male reproductive toxicity in mice. Journal of Hazardous Materials, 401:123430.
9. Jin Y., Xia J., Pan Z. Wang W., Fu Z. 2018. Polystyrene microplastics induce microbiota dysbiosis and inflammation in the gut of adult zebrafish. Environmental Pollution, 235:322-329.
10. Jin Y., Lu L., Tu, W., Luo T., Fu Z. 2019. Impacts of polystyrene microplastic on the gut barrier, microbiota and metabolism of mice. Science of the Total Environment, 649:308-317.
11. Kishipou A., Mostafaloo R., Arast Y. 2020. Micro-plastics as a new challenge in water resource management; various forms and removal methods, (A review study). Journal of Research in Environmental Health, 6(1):34-44.
12. Liu S., Wu X., Gu W. Yu J., Wu B. 2020. Influence of the digestive process on intestinal toxicity of polystyrene microplastics as determined by in vitro Caco-2 models. Chemosphere, 2020: 127204.
13. Lu L., Wan Z., Luo T. Fu Z., Jin Y. 2018. Polystyrene microplastics induce gut microbiota dysbiosis and hepatic lipid metabolism disorder in mice. Science of the Total Environment, 631:449-458.
14. Miller R.R., Newhook R., Poole A. 1994. Styrene production, use, and human exposure. Critical Reviews in Toxicology, 24(sup1):S1-S10.
15. Munier B., Bendell L.I. 2018. Macro and micro plastics sorb and desorb metals and act as a point source of trace metals to coastal ecosystems. PLoS One, 13(2): e0191759.
16. Rochman C.M., Parnis J.M., Browne M.A., Serrato S., Reiner E.J., Robson M., Young T., Diamond M.L., Teh S.J. 2017. Direct and indirect effects of different types of microplastics on freshwater prey (Corbicula fluminea) and their predator (Acipenser transmontanus). PloS One, 12(11): e0187664.
17. Thompson R.C., Olsen Y., Mitchell, R. P., Davis A., Rowland S.J., John A.W., McGonigle D., Russell A.E. 2004. Lost at Sea: Where is All the Plastic. Science, 304(5672):838.
18. Waite H.R., Donnelly M.J., Walters L.J. 2018. Quantity and types of microplastics in the organic tissues of the eastern oyster Crassostrea virginica and Atlantic mud crab Panopeus herbstii from a Florida estuary. Marine Pollution Bulletin, 129(1):179-185.
19. Willert H.G., Semlitsch M., Peltier L.F. 1996. Tissue reactions to plastic and metallic wear products of joint endoprostheses. Clinical Orthopaedics and Related Research, 333:4-14.
20. Xie X., Deng T., Duan J., Xie J., Yuan J., Chen M. 2020. Exposure to polystyrene microplastics causes reproductive toxicity through oxidative stress and activation of the p38 MAPK signaling pathway. Ecotoxicology and Environmental Safety, 190:110133.
مطالعه تغییرات هیستولوژی و هیستومتری معده و روده موش های سوری نر مصرف کننده نانو استایرن
چکیده
امروزه میکروپلاستیک ها جزو مهم ترین آلودگی های محیط زیستی به شمار میروند که توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است. این ذرات پلاستیکی با بلعیده شدن توسط جانوران وارد زنجیره غذایی شده و سبب آسیب های جدی به انسان و جانوران میشوند.هدف از انجام این پژوهش بررسی اثر میکروپلاستیک پلی استایرنی بر سیستم گوارش پستانداران میباشد.موشها به 3 گروه 6 تایی تقسیم بندی شدند؛ گروه شم که یک مرتبه در روز 200 میکرولیتر آب مقطر به مدت30 روز دریافت کرد.گروه یک که یک مرتبه در روز 200 میکرولیتر نانواستایرن با دوز 0.1mg⁄kg به مدت30 روز دریافت کرد.گروه دو که یک مرتبه در روز 200 میکرولیتر نانواستایرن با دوز 0.5mg⁄kgبه مدت30 روز دریافت کرد.روز بعد از آخرین گاواژ حیوان با کلروفرم بیهوش شد و نمونه های روده و معده جهت بررسی های بافتی در محلول فرمالین10 درصد بافری تثبیت با روش رنگ آمیزی هماتوکسیلین- ائوزین رنگ آمیزی شدند. برای تجزیه و تحلیل آماری و مقایسه بینگروهها از آزمونTUKEY استفاده شد. تمامی محاسبات با استفاده از نرمافزارPrism انجام شد و سطح معنی دار آزمونهاP كمتر از ٠٥/٠در نظر گرفته شد.یافته های آماری نشان دهنده کاهش قطر زیرمخاط، تعداد سلول پوششی، سلول اپیتلیوم در گروه آزمایشی 2 نسبت به گروه کنترل است.ارتفاع پرز روده و معده در گروه آزمایشی 2 نسبت به گروه شم افزایش نشان داد. نتایج این مطالعه نشان می دهد که اثرات نانو استایرن وابسته به غلظت می باشد و هرچه غلظت افزایش پیدا کند اثرات مخرب تری بر روده و معده بر جای خواهد گذاشت.
واژگان کلیدی: میکروپلاستیک، نانو استایرن، معده، روده
مقدمه:
پلاستیک ها مواد قابل انعطافی هستند که جهت ساخت بسیاری از اجسام با اشکال و ابعاد مختلف استفاده می گردند. این مواد بخاطر سهولت در ساخت، ارزان بودن، مقاومت در برابر آب و رطوبت، خصوصیات شیمیایی متفاوت و مقاومت در برابر نور و گرما در ساخت طیف وسیعی از محصولات بکار می شوند.(2و10) باوجود آنکه پلاستیکها مزایای بسیاری دارند ولی افزايش توليد آن طى سالهاى اخير موجب توليد انبوهى از زباله هاى پلاستيكى در محيط شده است كه دوام، ماندگارى و سرعت پايين بازيافت آنها موجب بروز معضلات زيست محيطى شده اند؛ این مواد كه توليد آنها طى 15 سال گذشته افزايش قابل ملاحظه ای داشته اند. به طوری که نتایج نشان داده است که تولید جهانی پلاستیک از سال1950 تا سال 2005 از 5 میلیون تن به بیش از 225 میلیون تن افزایش یافته است .با این حجم از مصرف پلاستیک ها و عدم تجزیه پذیری شان این متریال ها میتوانند در محیط زیست تجمع بیابند همجنین با توجه به نرخ رشد جمعيت در جهان و ميزان مصرف فعلى تخمين زده مى شود تا اسال 2025، مقدار توليدآن حتی2 برابر و تا سال 2050 به بيش از 3 برابرافزايش چشمگیری يخواهند داشت. (10و 13) پلیاتیلنترفتالات( PET)، پلیاتیلن (PE)، پلی استایرن(PS)، وPVC انواعی از پلیمرها می باشند که در ساخت بیش از نیمی از محصولات پلاستیکی بکار رفته اند.(9) در واقع مواد پلاستیکی پلیمر هایی هستند که ساختار شیمیایی شان به آنها اجازه میدهد که در دمای فشار بالا به اشکال مختلف در آیند پس این پلیمرهای زنجیره بلند وقتی حرارت ببینند به صورت مایع پلاستیکی ظاهر میشوند و میتوانند به اشکال مختلف در آیند.(8) پلی استایرن و PVC به علت داشتن حلقه ی بنزنی نسبت به بقیهی پلیمرها بسیار خطرناک تر هستند. (5) این بقایای پلاستیکی موجود در طبیعت به تدریج به تکههای بسیار ریز شکسته و تقسیم میشوند که باعث میشود به راحتی توسط جانوران مختلف بلعیده شوند.( 15و16) استایرن با نام های cinnamene، cinnamol، ethenyl-benzen، styrol، phenylethylene شناخته میشود. ماده خامی که استایرن از آن بدست میآید نفت خام یا LPG است. بزرگترین مورد مصرف پلی استایرن در بسته بندی ها است اما از آن در تجهیزات و لوازم ورزشی، ظروف، لوازم خانگی، اسباب بازی ها و ... استفاده می گردد. مقادیر از استایرن در طیف گسترده و پیچیده ای از غذاها نیز وجود دارد که در بسیاری از نمونه ها به علت انتقال استایرن از بسته بندی غذایی که از جنس استایرن است به دستگاه گوارش منتقل میگیرند.(17) معده گشادترین بخش لوله گوارش است که به شکل حرف J انگلیسی است. این عضو بین مری شکمی و روده کوچک قرارگرفته و در نواحی اپی گاستریک، نافی و هیپو کندریال چپ شکم استقرار یافته و شامل 4 بخش است: کاردیا، که احاطه کننده محل ورود مری به معده میباشد.فوندوس، که شامل قسمتی از معده است که در بالای سطح سوراخ کاردیا قرار دارد. تنه یا بدنه معده، که بزرگترین قسمت معده است.ناحیه پیلور، که انتهای دیستال معده است و به دو بخش آنتروم پیلوری و مجرای پیلور تقسیم میشود.(6) اما روده باریک بزرگترین قسمت لوله گوارش است که از سوراخ پیلور شروع و تا چین خوردگی ها ایلئوسکال ادامه دارد. این لوله توخالی به طور نسبی 6-7 متر درازا داشته ولی قطر متغیری دارد. قطر روده از ابتدا به انتها کاهش می یابد. روده باریک از بخش های دوازدهه، ژژنوم و ایلئوم تشکیل شده است.(12) به دلیل آنکه جذب مواد غذایی در انسان عمده کار جذب بر عهده روده کوچک است و روده مقداری آب نیز جذب میکند و از سوی هرچند که معده توانایی جذب بسیار محدودی دارد اما میتوان گفت که یکی از وظایف فرعی معده نیز جذب غذا هست و همچنین از سوی دیگر استایرن در زنجیره غذایی از سطوح پایین زنجیره به سطوح بالاتر آن و سپس در دستگاه گوارش موجودات زنده راه پیدا میکنند به طوری که بلعیدن میکروپلاستیک ها میتواند باعث انسداد لولههای تغذیهای، ایجاد پاسخ های التهابی و به دنبال آن به راه انداختن یک سری از اثرات منفی مانند ذخیره اندک انرژی، کاهش تولید مثل، آسیب های اکسیداتیو و اختلالات متابولیسمی شود. (20) برخی از تحقیقات مشخص کردند استایرن توانسته سبب القای استرس کبدی در گونه ی Jepanesemedaka شود که شامل تخلیهی گلیکوژن، حفرات چربی و نکروز سلولی شود و یا دیگر محققان در بررسی که روی فلور میکروبیوتای روده موش پس از قرارگیری در معرض نانو استایرن انجام دادند دریافتند که نانو استایرن سبب تغییر در فلور میکروبیوتای روده موش گردیده است .(14) لذا در این تحقیق برآن شدیم که به بررسی اثرات این ترکیب بر بافت های روده و معده ی موش های آزمایشگاهی بپردازیم.
مواد و روشها
در این آزمایش از موش های سفید نر سوری نژاد NMRI خریداری شده از مرکز پرورش حیوانات دانشکده علوم پزشکی مازندران استفاده شد. موش ها در مرکز نگه داری حیوانات در شرایط تحت کنترل از نظر دما، رطوبت، نور و... به مدت یک هفته جهت سازگاری با محیط جدید نگه داشته شدند. همچنین سیکل 12 ساعت روشنایی و 12 ساعت تاریکی برای موش ها رعایت گردید. در تمام طول آزمایش موش ها آب و غذای کافی دریافت کردند. در این پژوهش از 3 گروه 6 تایی موش سوری نر نژاد NMRI استفاده شد.گروه شم که یک مرتبه در روز 200 میکرولیتر آب مقطر به مدت 30 روز دریافت کرد.گروه یک که یک مرتبه در روز 200 میکرولیتر نانواستایرن با دوز 0.1mg⁄kg به مدت 30 روز دریافت کرد.گروه دو که یک مرتبه در روز 200 میکرولیتر نانواستایرن با دوز 0.5mg⁄kgبه مدت 30 روز دریافت کرد. روز بعد از آخرین گاواژ حیوان با کلروفرم بیهوش شد و نمونه های روده و معده جهت بررسی های بافتی در محلول فرمالین 10 درصد بافری تثبیت گردید.
مراحل رنگ آمیزی هماتوکسیلین _ ائوزین عبارت بودند از: 1- پارافینزدایی: پارافین مادهای آبگریز است و اجازه ورود رنگها به سلول را نمیدهد. به همین دلیل برای رنگآمیزی نمونه ابتدا باید تمام پارافینی که در مرحله قبل برای تثبیت بافت استفاده شده است، بهوسیله زایلن خارج شود. 2- آبدهی: پس از پارافینزدایی و برای خارج کردن زایلن، نمونه در الکلهایی با غلظت متفاوت قرار میگیرد. پس از این مرحله واکنشگرهای آبدوست وارد سلول میشوند و میتوان سلول را رنگ کرد. 3- هماتوکسیلین: در این مرحله هماتوکسیلین (رنگ هسته) به نمونه اضافه میشود. این رنگ هسته سلول را به بنفش مایل به قرمز تغییر میدهد. 4- ائوزین: ائوزین رنگ متضاد هماتوکسیلین است. این رنگ محلول در آب ساختارهای غیر از هسته را به رنگ صورتی روشن تغییر میدهد. 5- آبگیری، تمیز کردن لام، استفاده از لامل و مشاهده سلول: پس از رنگآمیزی با ائوزین برای خروج آب، نمونه در درصدهای مختلف الکل قرار داده میشود. سپس برای رنگزدایی و تمیز کردن لام، نمونه را در زایلن قرار میدهیم. در نهایت با استفاده از لامل و میکروسکوپ نوری نمونه سلولی یا بافتی مشاهده شد. (7) برای تجزیه و تحلیل آماری و مقایسه بینگروهها از آزمونTUKEY استفاده شد. تمامی محاسبات با استفاده از نرمافزارPrism انجام شد و سطح معنی دار آزمونها P كمتر از ٠٥/٠ در نظر گرفته شد.
نتایج
ارتفاع پرز: نتایج آنالیز واریانس داده های حاصل از بررسی تاثیر نانواستایرن بر ارتفاع (میکرومتر) پرز معده و روده موشهای آزمایشگاهی در نمودار 1-نشان می دهد که میانگین ارتفاع پرز در روده بیشتر از معده می باشد. ارتفاع پرز در روده در گروهای کنترل و اول فاقد اختلاف آماری معنی داری بودهاست. در گروه 2 ارتفاع پرز کاهش یافته و با گروه کنترل و اول دارای اختلاف آماری معنی دار می باشد. در بافت معده، ارتفاع پرز در گروههای کنترل و شماره2 فاقد اختلاف آماری معنی دار بوده است. گروه اول دارای اختلاف آماری معنی داری با دو گروه دیگر می باشد. در هر دو بافت معده و روده، گروههای اول و دوم از بیشترین و کمترین ارتفاع پرز بهترتیب برخوردار بودهاند.
عرض پرز: آنالیز واریانس داده های حاصل از بررسی تاثیر نانواستایرن بر عرضپرز(میکرومتر)معده و روده موشهای آزمایشگاهی در نمودار2نشان می دهد که میانگین عرض پرز در روده بیشتر از معده می باشد. عرض پرز در معده و روده در گروهای کنترل، اول و دوم فاقد اختلاف آماری معنی داری بودهاست.
عمق کریپت: نتایج تجزیه واریانس داده های حاصل از بررسی تاثیر نانواستایرن بر عمق کریپت(میکرومتر) معده و روده موشهای آزمایشگاهی در نمودار 3نشان می دهد که میانگین عمق کریپت در روده بیشتر از معده می باشد. عمق کریپت در معده و روده در گروهای کنترل، اول و دوم فاقد اختلاف آماری معنی داری بودهاست
طول اپیتلیوم: نتایج آنالیز واریانس داده های حاصل از بررسی تاثیر نانواستایرن بر طول اپیتلیوم(میکرومتر) معده و روده موشهای آزمایشگاهی در نمودار 4نشان می دهد که میانگین طول اپیتلیوم در روده بیشتر از معده می باشد. طول اپیتلیوم در روده بین گروهای کنترل و اول و همچنین بین گروههای کنترل و دوم اختلاف آماری معنی داری وجود نداشته است. در گروه 2 طول اپیتلیوم کاهش یافته است، لذا گروههای اول و دوم از بیشترین و کمترین میانگین طول اپیتلیوم بهترتیب برخوردار بودهاند. در بافت معده، میانگین طول اپیتلیوم در گروههای کنترل، اول و دوم اختلاف آماری معنی داری موجود نبوده است.
قطر زیر مخاط: نتایج آنالیز واریانس داده های حاصل از بررسی تاثیر نانواستایرن بر قطر زیرمخاط(میکرومتر) معده و روده موشهای آزمایشگاهی در نمودار 5نشان می دهد که میانگین قطر زیرمخاط در معده بیشتر از روده می باشد. میانگین قطر زیرمخاط در روده بین گروهای کنترل و اول و همچنین بین گروههای کنترل و دوم اختلاف آماری معنی داری وجود نداشته است. در گروه 2 میانگین قطر زیرمخاط کاهش داشته است، لذا گروههای اول و دوم از بیشترین و کمترین میانگین قطر زیرمخاط بهترتیب برخوردار بودهاند. در بافت معده، میانگین قطر زیرمخاط در گروههای کنترل، اول و دوم فاقد اختلاف آماری معنی داری بوده است.
تعداد سلول پوششی: آنالیز واریانس داده های حاصل از بررسی تاثیر نانواستایرن بر تعداد سلول پوششی معده و روده موشهای آزمایشگاهی در نمودار 6نشان می دهد که میانگین تعداد سلول پوششی در معده بیشتر از روده می باشد. در هر دو بافت معده و روده، میانگین تعداد سلول پوششی بین گروهای کنترل و اول اختلاف آماری معنی داری وجود نداشته است. در گروه 2 میانگین تعداد سلول پوششی کاهش داشته است، لذا گروههای اول و دوم در بافت معده و روده از بیشترین و کمترین میانگین تعداد سلول پوششی بهترتیب برخوردار بودهاند.
تعداد سلول التهابی: نتایج تجزیه واریانس داده های حاصل از بررسی تاثیر نانواستایرن بر تعداد سلول التهابی معده و روده موشهای آزمایشگاهی در نمودار 7نشان می دهد که میانگین تعداد سلول التهابی در روده بیشتر از معده می باشد. در هر دو بافت معده و روده، میانگین تعداد سلول التهابی بین گروهای اول و دوم اختلاف آماری معنی داری وجود نداشته است. میانگین تعداد سلول التهابی در گروه کنترل در هر دو بافت معده و روده بسیار پائین تر از دو گروه دیگر مورد مطالعه میباشد. بهطوری که گروههای دوم و اول در هر دو بافت معده و روده ازبیشترین و کمترین میانگین تعداد سلول التهابی بهترتیب برخوردار بودهاند.
بررسی بافت روده در موش های تحت تیمار با نانو استایرن: آنالیز بافت روده در گروه کنترل شرایط نرمال بافتی را نشان میدهد. در گروه دریافت کننده دوز 1/0 میلی گرم در روز نانو استایرن در مقایسه با گروه کنترل اینفیلتریشن سلول های آماسی را نشان میدهد. همچنین گروه دریافت کننده دوز 5/0 میلی گرم در روز نانو استایرن در مقایسه با گروه کنترل تخریب اپیتلیوم پوششی و اینفیلتریشن سلول های آماسی را نشان میدهد.
بررسی بافت معده در موش های تحت تیمار با نانو استایرن: بررسی بافت معده در شکل 4-2 نشان دهنده شرایط نرمال بافتی در گروه کنترل است. گروه دریافت کننده دوز 1/0 میلی گرم در روز نانو استایرن در مقایسه با گروه کنترل افزایش سلول های آماسی را نشان میدهد. (05/0p<) گروه دریافت کننده دوز 5/0 میلی گرم در روز نانو استایرن در مقایسه با گروه کنترل افزایش سلول های آماسی را نشان میدهد. (01/0p<)
نمودار1-بررسی تاثیر نانواستایرن بر ارتفاع پرز معده و روده موشهای آزمایشگاهی
نمودار2-بررسی تاثیر نانواستایرن بر عرض پرز معده و روده موشهای آزمایشگاهی
نمودار3-بررسی تاثیر نانواستایرن بر عمق کریپت معده و روده موشهای آزمایشگاهی
نمودار4-بررسی تاثیر نانواستایرن بر طول اپیتلیوم معده و روده موشهای آزمایشگاهی
نمودار5-بررسی تاثیر نانواستایرن بر قطر زیر مخاط معده و روده موشهای آزمایشگاهی
نمودار6-بررسی تاثیر نانواستایرن بر تعداد سلول پوششی معده و روده موشهای آزمایشگاهی
نمودار7-بررسی تاثیر نانواستایرن بر تعداد سلول التهابی معده و روده موشهای آزمایشگاهی
جدول2-مقایسه میانگین ارتفاع پرز(میکرومتر) و عرض پرز(میکرومتر) در گروههای کنترل، اول و دوم موش، تحت تاثیر نانواستایرن
گروه ها | ارتفاع پرز(میکرومتر) | عرض پرز(میکرومتر) | ||||
روده | معده | روده | معده | |||
کنترل | 47/47 ± 08/383a | 01/19 ± 25/214b | 08/21 ± 42/128a | 26/4 ± 00/20a | ||
گروه 1 | 36/58 ± 08/408a | 46/19 ± 00/234a | 58/19 ± 33/110a | 71/5 ± 08/20a | ||
گروه 2 | 24/68 ± 25/319b | 81/15 ± 67/209b | 06/27 ± 42/11a | 92/4 ± 42/23a | ||
*اعداد ( انحراف معیار ± میانگین ) دارای حروف مشترک در هر ستون از لحاظ آماری تفاوت معنی داری با یکدیگر ندارند(05/0 P˂).
جدول3-مقایسه میانگین عمق کریپت(میکرومتر) و طول اپیتلیوم(میکرومتر) در گروههای کنترل، اول و دوم موش، تحت تاثیر نانواستایرن
گروه ها | عمق کریپت(میکرومتر) | طول اپیتیلوم(میکرومتر) | ||||
روده | معده | روده | معده | |||
کنترل | 64/19 ± 17/156a | 68/11 ± 50/100a | 87/7 ± 67/17ab | 50/1 ± 92/3a | ||
گروه 1 | 20/25 ± 00/156a | 16/8 ± 92/92a | 49/5 ± 83/22a | 00/1 ± 50/3a | ||
گروه 2 | 58/23 ± 08/152a | 23/9 ± 33/101a | 47/3 ± 58/12b | 24/1 ± 58/3a | ||
*اعداد ( انحراف معیار ± میانگین ) دارای حروف مشترک در هر ستون از لحاظ آماری تفاوت معنی داری با یکدیگر ندارند(05/0 P˂).
جدول4-مقایسه میانگین قطر زیر مخاط (میکرومتر) و تعداد سلول پوششی در گروههای کنترل، اول و دوم موش، تحت تاثیر نانواستایرن
گروه ها | قطر زیر مخاط(میکرومتر) | تعداد سلول پوششی | ||
روده | معده | روده | معده | |
کنترل | 11/4 ± 25/15ab | 73/8 ± 25/40a | 69/10 ± 67/105a | 59/10 ± 33/124a |
گروه 1 | 77/2 ± 67/17a | 71/9 ± 92/35a | 67/11 ± 33/112a | 01/15 ± 33/137a |
گروه 2 | 98/2 ± 17/13b | 55/4 ± 75/35a | 28/16 ± 67/79b | 01/15 ± 67/89a |
*اعداد ( انحراف معیار ± میانگین ) دارای حروف مشترک در هر ستون از لحاظ آماری تفاوت معنی داری با یکدیگر ندارند(05/0 P˂).
جدول5-مقایسه میانگین تعداد سلول التهابی در گروههای کنترل، اول و دوم موش، تحت تاثیر نانواستایرن
گروه ها | تعداد سلول التهابی | |
روده | معده | |
کنترل | 08/2 ± 67/7b | 52/1 ± 67/1b |
گروه 1 | 09/7 ± 67/54a | 04/4 ± 67/15a |
گروه 2 | 09/7 ± 33/64a | 71/9 ± 33/20a |
*اعداد ( انحراف معیار ± میانگین ) دارای حروف مشترک در هر ستون از لحاظ آماری تفاوت معنی داری با یکدیگر ندارند(05/0 P˂).
جدول 6- بررسی بافت روده گروه های تحت تیمار
تخریب اپیتلیوم پوششی | اینفیلتریشن سلول های آماسی | گروه ها |
- | - | گروه کنترل |
- | + | گروه تیمار 1 |
+ | ++ | گروه تیمار 2 |
جدول 7- بررسی بافت معده موش های تحت تیمار
اینفیلتریشن سلول های آماسی | گروه ها |
- | گروه کنترل |
+ | گروه تیمار 1 |
++ | گروه تیمار 2 |
بحث :
امروزه پلاستیک ها به صورت انبوه تولید میشوند. میکروپلاستیک ها به ذرات پلاستیکی کمتر از 5 میلی متر گفته میشود که تحت تاثیر عوامل محیطی و مکانیکی مانند سایش، امواج، اشعه خورشید و ... تولید میشوند. مطالعات انجام شده نشان میدهند که میکروپلاستیک ها میتوانند رادیکال های آزاد اکسیژن تولید کرده و سبب القای استرس اکیداتیو در جانوران شوند. مهم ترین اندام های در معرض میکروپلاستیک ها معده و روده هستند؛ چرا که مشخص شده میکروپلاستیک ها توانایی تخریب و عبور از سد روده ای را دارا هستند. (11) جین و همکارانش در سال 2020 نشان دادند گاواژ پلی استایرن 2 ، 10 و 5/0 میکرومتری سبب تخریب سد خونی- بیضه ای شده و با نفوذ به سلول های جنسی باعث ایجاد التهاب و نکروز سلول ها میشود(8). احتمال میرود ذرات پلاستیکی مورد استفاده در این مطالعه نیز سد روده ای را تخریب کرده و عامل ایجاد التهاب در بافت روده و معده شود که تحقیق فوق با نتایج حاصل از این پژوهش کاملا همخوانی دارد. مطالعه عامره و همکارانش در سال 2020 گزارش اولین ارزیابی در گونه های جوندگان (موش) از تأثیر قرار گرفتن در معرض نانو پلاستیکPS بکر در اختلالات غدد درون ریز با مکانیسم های خاص قابل تحمل برای سمیت پلاستیک های نانو (میکرو) در پستانداران است. پس از قرار گرفتن در معرض PS NP ، ضایعات بافت شناختی جدی و نشانگرهای زیستی مایع منی در بافت بیضه مشاهده شد ، که با تصویربرداری فلورسانس با استفاده از PS NPs دارای برچسب فلورسنس مطابقت دارد. در واقع ، تغییرات آشکار در هورمون های تولید مثل و الگوهای بیان ژن به دست آمده نشان دهنده اختلال در عملکرد سیستم غدد درون ریز است. (1) پژوهش های دنگ و همکارانش در سال 2017 نشان داد گاواژ دوز 1/0 میلی گرم در روز نانو استایرن باعث ایجاد التهاب در بافت کبد شده و با القای مسیر های استرس اکسیداتیو مسیر های پاسخ ایمنی را فعال میکند(4). جین و همکارانش در سال 2018 خوراندن دوز 1000 میلیگرم بر لیتر میکروپلاستیک پلی استایرنی به مدت 14 روز به گورخر ماهی تغییر معناداری در بافت روده ماهی مشاهده نشد اما در رنگآمیزی AB-Pas مشخص شد سطح موکوس روده به طور چشمگیری کاهش یافت.(9) همچنین این محقق در پژوهش دیگری که از پلی استایرن های 5 میکرومتری دست نخورده و فلورسنتی در موش های نر استفاده کردند و طی 6 هفته به موش ها خوراندند. نتایج نشان داده که میکروپلاستیک های پلی استایرنی در روده موش ها مشاهده شدند و توانستند ترشح موکوس در روده را کاهش دهند و سبب اختلال در عملکرد سد روده ای حیوانات شوند. سطوح شاخهی میکروبیوتای روده موش های تحت تیمار با نانواستایرن نیز کاهش چشمگیری از خود نشان داد. همچنین بررسی های سرم حیوانات نشان داد اختلالات متابولیکی در این جانوران ایجاد شده است (10). دنگ و همکارانش در سال 2020 نشان دادند گاواژ پلی استایرن به موش باعث کاهش DAO و افزایش نفوذپذیری روده میشود. DAO آنزیمی درون سلول اپیتلیوم روده پستانداران است و فعالیت آن نشان دهنده یکپارچگی مخاط روده کوچک است. نفوذپذیری روده به عنوان عملکرد اصلی روده، جایگزین مهمی برای انعکاس سلامت روده است.اختلال در عملکرد اپیتلیال روده و افزایش نفوذ پذیری روده باعث قرار گرفتن در معرض جابهجایی باکتری های روده شود که عامل ایجاد پاسخ های ایمنی و التهابی است. نفوذپذیری التهابی در روده از گروه های در معرض میکروپلاستیک مشاهده شده است که ممکن است به خراش یا اصطکاک دستگاه گوارش توسط میکروپلاستیک ها یا القای مستقیم التهاب روده توسط آن ها نسبت داده شود که نتیجه فوق با مطالعه حاضر می تواند مطابقت داشته باشد. (3) ژی و همکارانش در سال 2020 تأثیر میکروپلاستیک های پلی استایرن (micro-PS) بر روی سیستم تولید مثل موش های نر را بررسیکردند. موشهای سالم به مدت 6 هفته در معرض سالینیا دوزهای مختلف میکروپلاستیکPS قرار گرفتند. نتایج نشان داد که قرار گرفتن در معرض میکروPS منجر به کاهش قابل توجهی در تعداد و تحرک اسپرم و افزایش قابل توجه میزان تغییر شکل اسپرم می شود.آن ها همچنین کاهش فعالیت آنزیم های مربوط به متابولیسم اسپرم ، دهیدروژناز سوکسینات (SDH) و دهیدروژناز لاکتات (LDH) و کاهش میزان تستوسترون سرم را در گروه قرار گرفته در معرض میکروپلاستیکPS مشاهده نمودند قرار گرفتن در معرض میکروپلاستیکPS باعث استرس اکسیداتیو شده و مسیر هایJNK و p38 MAPK را فعال می کند. علاوه بر این ، هنگامی که N استیل سیستئینROS را تخلیه می کند ، و هنگامی که مهار کننده اختصاصیp38 MAPK باعث مهار p38MAPK می شود ، آسیب اسپرم ناشی از میکروPS کاهش یافته و ترشح تستوسترون بهبود مییابد.در نتیجه ، یافته هانشان می دهد که میکروپلاستیک PS از طریق استرس اکسیداتیو و فعال سازی مسیرهای سیگنالینگp38 MAPK باعث سمیت تولید مثل در موش ها می شود.(20) ویلرت و همکارانش در سال 1996 نشان دادند میکروپلاستیک سبب القای استرس اکسیداتیو و پاسخ های التهابی و ایمنی میشود(19). لیو و همکارانش در سال 2020 برای بررسی اثرات سمیتی میکروپلاستیک بر روده از مدل تک لایه CACO-2 در شرایط in vitro استفاده کردند. نتایج نشان داد که روند هضم شیمیایی تغییری در ساختار میکروپلاستیک پلی استایرنی ایجاد نمیکند. همچنین میزان آسیب میکروپلاستیک 100 نانومتری بیشتر از میکروپلاستیک 5 میلی متری است(12). لو و همکارانش در سال 2018 نشان دادند گاواژ دوز 1000 میکروگرم بر لیتر میکروپلاستیک 5 و 50 میکرومتری به موش باعث کاهش ترشح موکوس در روده موش میشود. در حیوانات سطح لومن روده دارای یک لایه مخاط با تعداد زیادی میکروارگانیسم است و موسین ترشح شده میتواند از مخاط روده محافظت کرده و در برابر نفوذ باکتریها مقاومت کند. تعداد زیادی از مطالعات قبلی بیان میکنند قرار گرفتن در معرض میکروپلاستیک ها باعث آسیب بافتی روده در بافت های مختلف موجودات آبزی میشود.(13) طبق نتایج مطالعات پیشین که با مطالعه فوق نیز مطابقت دارند؛ میکروپلاستیک پلی استایرنی میتواند از سد روده ای گذشته و در کبد تجمع یابد. برای بیماران با مشکلات گوارشی به علت تغییرات ایجاد شده در نفوذپذیری بافتی ناشی التهابات، میزان انتقال میکروپلاستیک ها از سد روده ای افزایش یابد.
نتایج این مطالعه نشان می دهد که اثرات نانو استایرن وابسته به غلظت می باشد و هرچه غلظت افزایش پیدا کند اثرات مخرب تری بر روده و معده بر جای خواهد گذاشت.در این تحقیق مشاهده شد گاواژ میکروپلاستیک پلی استایرنی در اندازه حدود 200 نانومتر طی زمان 30 روز عامل ایجاد التهاب در بافت روده و معده موش شده است. بر اساس مطالعات پیشین احتمالا میکروپلاستیک با ایجاد التهاب و فعال کردن مسیر های استرس اکسیداتیو سبب تخریب و آسیب های بافتی میشود. همچنین این ذرات به سبب اندازه کوچکشان میتوانند از سد روده ای عبور کرده و وارد سیستم گردش خون شوند. با توجه به مصرف بالای پلاستیک ها در زندگی روزمره باید به عوارض و عواقب آن بر سلامت انسان و محیط زیست دقت شود.
تقدیر و تشکر:
درپایان از زحمات بی دریغ و راهنمایی های حکیمانه کلیه اساتید بزرگوار صمیمانه تشکر وقدردانی می نماییم .
1. Amereh F, Babaei M, Eslami A, Fazelipour S, & Rafiee, M. The emerging risk of exposure to nano (micro) plastics on endocrine disturbance and reproductive toxicity: From a hypothetical scenario to a global public health challenge. Environmental Pollution,2020; 261: 114158.
2. Browne M. A, Dissanayake A, Galloway T. S et al. Ingested microscopic plastic translocates to the circulatory system of the mussel, Mytilus edulis (L.). Environmental science & technology.2008; 42(13):5026-5031
3. Deng Y, Yan Z, Shen R et al. Microplastics release phthalate esters and cause aggravated adverse effects in the mouse gut. Environment International.2020, 143: 105916.
4. Deng Y, Zhang ., Lemos B at al.Tissue accumulation of microplastics in mice and biomarker responses suggest widespread health risks of exposure. Scientific reports.2017;7: 46687.
5. Deng Y, Zhang Y, Qiao R, et al . Evidence that microplastics aggravate the toxicity of organophosphorus flame retardants in mice (Mus musculus). Journal of hazardous materials,2018; 357: 348-354.
6. Derek R, Vogel W, Mitchell A. Gray's anatomy book.2020, 1:325-327.
8. Jin H, Ma T, Sha X et al. Polystyrene microplastics induced male reproductive toxicity in mice. Journal of Hazardous Materials.2020, 401: 123430
9. Jin Y, Xia J, Pan Z et al. Polystyrene microplastics induce microbiota dysbiosis and inflammation in the gut of adult zebrafish. Environmental Pollution.2018; 235: 322-329.
10. Jin Y, Lu L, Tu, W, et al. Impacts of polystyrene microplastic on the gut barrier, microbiota and metabolism of mice.Science of the Total Environment,2019; 649: 308-317.
11. Kishipou A, MostafalooR , Arast Y et al. Micro-plastics as a new Challenge in Water Resource Management; Various forms and Removal Methods, (A review study). Journal of Research in Environmental Healt.2020;6(1):34-44.
12. Liu S, Wu X, Gu W et al. Influence of the digestive process on intestinal toxicity of polystyrene microplastics as determined by in vitro Caco-2 models. Chemosphere.2020; 127204.
13. Lu L, Wan Z, Luo T et al. Polystyrene microplastics induce gut microbiota dysbiosis and hepatic lipid metabolism disorder in mice. Science of the Total Environment.2018; 631: 449-458.
14. Miller R. R., Newhook R., & Poole, A. Styrene production, use, and human exposure. Critical reviews in toxicology.1994; 24(sup1), S1-S10.
15. Munier B, Bendell, L. I. Macro and micro plastics sorb and desorb metals and act as a point source of trace metals to coastal ecosystems. PLoS One.2018;13(2):e0191759.
16. Rochman C. M, Parnis J. M., Browne, M. Aet al. Direct and indirect effects of different types of microplastics on freshwater prey (Corbicula fluminea) and their predator (Acipenser transmontanus).PloS one.2017; 12(11): e0187664.
17. Thompson R. C, Olsen Y.; Mitchell, R. P et al."Lost at Sea: Where is All the Plastic?". Science.2004; 304 (5672): 838.
18. Waite H. R., Donnelly M. J, Walters L. J. Quantity and types of microplastics in the organic tissues of the eastern oyster Crassostrea virginica and Atlantic mud crab Panopeus herbstii from a Florida estuary. Marine pollution bulletin.2018; 129(1): 179-185.
19. Willert H. G, Semlitsch M, & Peltier L. F. Tissue reactions to plastic and metallic wear products of joint endoprostheses. Clinical Orthopaedics and Related Research®.1996; 333: 4-14.
20. Xie X., Deng T., Duan J et al. Exposure to polystyrene microplastics causes reproductive toxicity through oxidative stress and activation of the p38 MAPK signaling pathway. Ecotoxicology and Environmental Safety,2020; 190: 110133.
Study of histology and histometry changes of stomach and intestines of male Syrian rats consuming nanostyrene
Abstract
Today, microplastics are among the most important environmental pollutants that have attracted the attention of scientists. These plastic particles enter the food chain by being swallowed by animals and cause serious damage to humans and animals. The purpose of this research is to investigate the effect of polystyrene microplastics on the digestive system of mammals. The rats were divided into 3 groups of 6; The sham group received 200 microliters of distilled water once a day for 30 days. The first group received 200 microliters of nanostyrene once a day with a dose of 0.1mg⁄kg for 30 days. The second group received 200 microliters of nanostyrene once a day. He received a dose of 0.5 mg⁄kg for 30 days. The day after the last gavage, the animal was anesthetized with chloroform, and the intestinal and stomach samples were stained for histological examination in 10% buffered formalin solution with hematoxylin-eosin staining method. TUKEY test was used for statistical analysis and comparison between groups. All the calculations were done using Prism software and the significance level of the tests P was considered less than 0.05. The statistical findings show a decrease in the diameter of the submucosa, the number of lining cells, and the number of epithelial cells in the experimental group 2 compared to the control group. The height of the intestinal villi and The stomach showed an increase in experimental group 2 compared to the sham group. The results of this study show that the effects of nanostyrene depend on the concentration and as the concentration increases, it will leave more destructive effects on the intestines and stomach.
Key words: microplastic, nanostyrene, stomach, intestine.
