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Introducción
La humanidad se ha hecho cada vez más dependiente de los plásticos, esto, gracias a las ventajas que ofrecen este tipo de polímeros, tales como su bajo precio, durabilidad y accesibilidad1. Derivado de ello, el plástico ha repuntado en múltiples aplicaciones, desplazando en algunas ocasiones a otro tipo de materiales como los cerámicos y metales; sin embargo, al terminar su tiempo de vida útil, los plásticos son desechados y no son sujetos de procesos de reciclaje con frecuencia, por lo que generan contaminación ambiental. El escaso reciclaje de este tipo de polímeros radica en que los plásticos reciclados no pueden competir con los bajos precios y la alta disponibilidad de los plásticos vírgenes, por lo que cada vez más plásticos vírgenes o nuevos se introducen en la sociedad, mientras que los plásticos en desuso se acumulan en tiraderos2. Gran parte del plástico acumulado en tiraderos o esparcido en los ecosistemas, puede fragmentarse y generar micropartículas por ciertos procesos como la radiación UV, viento, oleaje y bacterias, dando origen a los microplásticos (MP)3. Los plásticos que generalmente producen más MP son: polipropileno (PP), poliestireno (PS) y polietileno (PE), cuyas partículas poseen diámetros de 1 a 5 µm. El PS es uno de los plásticos más abundantes debido a que frecuentemente se emplea en productos de un solo uso, gracias a su versatilidad y durabilidad, además de propiedades como rigidez, estabilidad térmica y resistencia a soluciones ácidas4.
En este sentido, se ha documentado que los efectos negativos de los MP derivan de sus propiedades físicas, como su tamaño, topografía y forma; también debido a sus propiedades químicas, a los aditivos tóxicos y colorantes que contienen. Estas propiedades de los MP han favorecido que diversas especies los ingieran y/o inhalen, incluso favorecen que diversos microorganismos residentes del medio ambiente se depositen sobre estas partículas, participando como transportadores de microbiota y partículas a nivel nanométrico, por lo que pueden repercutir en la salud de los organismos y de la población humana que coexisten en dichos ecosistemas5,6.
La interacción de los MP con los humanos se da a través de tres vías principales: ingesta, contacto dérmico o directo, e inhalación; de todas ellas, la primera es la más estudiada debido a que estas partículas también son ingeridas por animales de consumo humano, principalmente marinos, como es el caso de los mariscos o peces, aunque también se ha demostrado que el agua y otros productos de consumo humano contienen MP7 (figura 1). Sin embargo, existen escasos reportes en humanos.
Figura 1 Vías de acceso de los MP al ser humano. El esquema muestra el origen de los MP, su distribución en el suelo, agua y aire que tiene como consecuencia su impacto en el humano y en los seres vivos por tres vías principales: el contacto dérmico, la ingestión y la inhalación.
Esta interacción MP-humano, puede potencialmente causar daños físicos y afectar la salud, ya que, gracias a su tamaño, pueden introducirse fácilmente a los órganos, tejidos e incluso ocasionar daños citotóxicos a nivel celular8.
En las células, la estructura capaz de mediar los aspectos dinámicos y mecánicos es el citoesqueleto, una red compleja compuesta principalmente de proteínas, capaz de brindar soporte y morfología a la célula, pues es considerado el esqueleto de la misma. De esta forma, el citoesqueleto puede reaccionar ante cualquier estímulo externo, reorganizando su estructura y promoviendo respuestas celulares específicas9; por lo que esta red podría estar involucrada en la respuesta celular hacia los MP, ya que se ha demostrado que estas micropartículas establecen contacto con las células y tienen la capacidad de internalizarse o adherirse a ellas causando daño tóxico y un reordenamiento de los componentes del citoesqueleto8,9.
Microplásticos (MP)
Definición
Los MP son partículas cuya medida no sobrepasa los 5 mm; se originan a causa de la fragmentación degradación que sufre el plástico mayor (MP secundarios), o bien son fabricados de ese tamaño desde origen (MP primarios), debido a esto, se encuentran presentes en el agua, aire y suelo5, siendo el primero el entorno ambiental, considerado como el acercamiento inicial con el humano.
Clasificación y características
Los MP pueden clasificarse, según su origen, en primarios o secundarios; los primarios son fabricados específicamente para ser de tamaño micro y para formar parte de productos de uso personal como pastas de dientes, exfoliantes, cosméticos, entre otros, mientras que los MP secundarios se originan a través de la fragmentación de materiales plásticos de dimensiones mayores, debido a ciertos procesos como la radiación UV y el viento3. Ambos tipos de MP (primarios y secundarios) representan una importante fuente de contaminación en los ecosistemas aéreos, terrestres y acuáticos, provocando efectos negativos en las especies que habitan en dichos ambientes6.
Poliestireno (PS)
El PS es un polímero termoplástico aromático que resulta de la polimerización del monómero estireno; es relativamente frágil a menos que sea modificado químicamente10. Es uno de los plásticos más económicos, resistentes y fáciles de fabricar, además de tener múltiples aplicaciones. Es transparente, duro y presenta resistencia al calor hasta una temperatura de 70 °C; además, cuenta con la característica de ser fácilmente coloreado. Se trabaja con facilidad, es resistente a los alcoholes y estable a los ácidos, sin embargo, no presenta resistencia a los disolventes; se emplea principalmente en artículos de uso común como vasos y platos desechables, en la industria de embalaje, construcción, muebles, artículos para el hogar, electricidad, electrónica y transporte; en la figura 2 se muestran algunas de estas aplicaciones11,12.
Figura 2 Aplicaciones del PS. El diagrama muestra del centro a la periferia, las propiedades del PS (termoplástico aromático; su monómero es el estireno), su resistencia química (resistencia frente a ácidos y alcoholes, susceptible a disolventes), las características que le han permitido posicionarse dentro de los 3 polímeros más usados (económico, duradero hasta 32 años, maleable y transparente), y en la parte externa del diagrama, las aplicaciones del PS (Industria de la construcción, materiales de laboratorio, embalajes, muebles, artículos para el hogar, electricidad, electrónica, transporte, juguetes).
La literatura menciona que dentro de los polímeros plásticos que más generan MP primarios, esféricos y que miden menos de 5 mm de diámetro, se encuentra el PS4.
Propiedades
El PS presenta aplicaciones eléctricas las cuales no se afectan por la humedad del medio ambiente; asimismo, sus propiedades ópticas lo hacen ventajoso para componentes ópticos, ya que este polímero se caracteriza por su claridad reluciente10.
Puede ser rígido o espumado, por lo que sus propiedades son variadas. De manera general, tiene una buena estabilidad dimensional. Gracias a sus propiedades de aislamiento eléctrico y propiedades mecánicas, es posible encontrarlo en aplicaciones de industrias como la electrónica y de embalaje.
Degradación
El PS es un termoplástico hidrofóbico, por lo que generalmente se considera no biodegradable, ya que es un material muy duradero, se ha demostrado que puede perdurar hasta 32 años sin mostrar signos de degradación; sin embargo, existe evidencia de que la biodegradación del PS ocurre, pero a un ritmo muy lento, en un proceso en el que participan diversas bacterias y hongos13.
Citoesqueleto
El citoesqueleto es un complejo de proteínas en forma de red que cumple funciones específicas en las células; su objetivo es proveer soporte a la célula, siendo el esqueleto de las células animales y participa en procesos celulares como la división celular, transmisión de fuerzas, así como la adaptación, diferenciación y muerte celular14.
Estructura
El citoesqueleto está constituido por estructuras fibrosas de proteínas, microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos. Las principales proteínas presentes en este complejo de red son la actina, tubulina, vimentina, queratina y desmina, cada una con función y estructura diferente14(figura 3).
Figura 3 Citoesqueleto. Se muestran los componentes del citoesqueleto (microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos), del lado derecho de la imagen se muestra una micrografía confocal que muestra células alveolares humanas A549 teñidas con faloidina-rodamina (rojo) y diamidino-2-fenilindol (azul), para detección de actina y DNA respectivamente.
Microfilamentos
Son fibras delgadas y flexibles que se encuentran compuestas por muchos monómeros que están unidos a la proteína principal de actina; los microfilamentos son capaces de producir fibras de estrés que generan una fuerza adicional de la célula a movimientos de cizallamiento. La función principal es proveer fuerza a la célula para mejorar su movimiento localizado; además participa en la adhesión y el cambio de forma de la propia célula, por lo que se les atribuye la acción de un trabajo más activo en la dinámica celular9,15-17.
Filamentos intermedios
Tienen composición fibrosa y entretejida, ya que se encuentran compuestos de muchas cadenas de proteínas. La longitud de estos filamentos es de aproximadamente 10 nm y tienen un papel mayormente estructural en la célula, ya que son permanentes, a diferencia de los filamentos de actina, y tienen la capacidad de crecer y desenvolverse más rápido. La función principal de los filamentos intermedios es resistir la tensión de la célula. Una de las principales proteínas de la que está compuesto es la queratina9,16-18.
Las proteínas que contienen los filamentos intermedios se encuentran clasificadas, de acuerdo a su estructura, en cinco grupos. Lo grupos I y II son considerados filamentos citoplasmáticos, ya que están compuestos de queratinas ácidas y básicas mezcladas, que se expresan según el tipo celular en el que estén presentes. El grupo III son homopolímeros compuestos por vimentina, desmina, periferina o proteína ácida glial. Los filamentos del grupo IV son expresados principalmente en el sistema nervioso. Finalmente, el grupo V forma paquetes, redes o estructuras no filamentosas16-18.
Microtúbulos
Los microtúbulos son estructuras huecas que no están ramificadas y tienen un diámetro aproximado de 25 nm. Es la estructura que tiene una mayor dimensión en comparación con los microfilamentos y los filamentos intermedios. La proteína principal de la cual están compuestos los microtúbulos es la tubulina, presente en cilios y flagelos, los cuales son responsables de la función mecánica, por lo que también se consideran estructuras dinámicas. También participan en la progresión del ciclo celular, teniendo un papel activo durante la reorganización de los cromosomas durante la mitosis9,16-18.
Efecto de los microplásticos en los seres vivos
Se han reportado diversas fuentes de contacto entre los MP y los seres vivos, ya que la exposición se da a través de la ingestión, exposición dérmica o contacto directo, y la inhalación, como se muestra en la figura 1, debido a que los MP están distribuidos en todos los ecosistemas8. Los tipos de exposición, así como sus consecuencias en los seres vivos, se presentan en la tabla 1.
Tabla 1 Tipos de exposición de MP y sus efectos
| Tipo de exposición | Medio de ingreso al organismo | Efectos | Referencias |
|---|---|---|---|
| Ingestión | 7, 27, 28, 29, 30, 31, 38 | ||
| Exposición dérmica | 38 | ||
| Inhalación | 8, 9, 38 |
Los seres vivos están en constante exposición a los MP debido a su ubicuidad en el medio ambiente, particularmente en el medio acuático19,20. En años recientes, varios estudios han demostrado que los MP tienen efectos toxicológicos en diferentes organismos21. Estudios realizados en pez cebra y ratón, han sugerido que la exposición a MP de polipropileno (PP) podría alterar la composición de la microbiota del intestino, ocasionando inflamación, desorden metabólico y disfunción en la barrera intestinal21-24. También existen reportes que han demostrado efectos negativos de los MP en organismos acuáticos, como efectos en el comportamiento, estrés oxidativo, neurotoxicidad, genotoxicidad, incapacidad reproductiva, daño hepático y la muerte25,26. En contraste con las investigaciones de los MP y su interacción con especies acuáticas, actualmente existe un importante vacío en la evaluación de la interacción de MP con mamíferos, sus mecanismos de acción y posibles efectos en la salud humana. Aunado a esto, es importante señalar que se han detectado MP en productos de consumo humano como, por ejemplo: mariscos27, azúcar28, sal de mesa29, cerveza30, y agua del grifo31.
La contaminación con MP es un problema de escala mundial, en donde ningún país, ninguna ciudad, ninguna población está excluida de sus posibles efectos, que pueden ir desde provocar obstrucción tisular, estrés oxidativo, afectar el metabolismo energético, hasta producir efectos neurotoxicológicos24, ya que recientemente se ha develado que los MP pueden atravesar la barrera hematoencefálica31. Los hallazgos principales de los efectos de los MP sobre los seres vivos se resumen en la tabla 2.
Tabla 2 Principales efectos biológicos derivados del contacto con microplásticos
| Organismo de estudio | MP analizado | Hallazgo | Referencias |
|---|---|---|---|
| Microbiota de ratón (mamífero) | 39 | ||
| Artemia partenogenética | 40 | ||
| Erizo de mar | 41 | ||
| Pez cebra | 42 | ||
| Artrópodo terrestre | 43 | ||
| Pez | 44 | ||
| Ser humano | 45 | ||
| Ratón | 31 | ||
| Ser humano | 46 | ||
| Ratón | 47 |
MP de PS y su impacto en el citoesqueleto
El efecto que tienen los MP sobre las células puede estudiarse a nivel celular a través del citoesqueleto; el interés de este soporte celular se debe a su estructura y a las funciones que desempeña, ya que este complejo además de proveer sostén y soporte a la célula, reacciona ante diversos estímulos físicos y químicos a los que las células son expuestas; funge como medio de transporte de sustancias y participa en procesos como la proliferación, adhesión, tráfico de sustancias y biomoléculas, así como en la muerte celular. En este sentido, el citoesqueleto tiene la capacidad de mediar el dinamismo de los organismos gracias a su reorganización constante ante la exposición a diferentes estímulos, como por ejemplo a los MP32-35.
Una de las interrogantes importantes es saber si los MP pueden ingresar internamente a la célula o simplemente se adhieren al exterior de esta. En este sentido, trabajos realizados por Stock y cols.35, en los cuales usaron MP-PS fluorescentes de diversos tamaños (1, 4 y 10 µm) y cultivos de celulares de cáncer de colon humano, demostraron que MP de 1 y 4 µm logran internalizarse en las células, mientras que los MP de 10 µm se acumularon en el espacio extracelular35.
El efecto de los MP también ha sido evaluado a nivel tisular; investigaciones realizadas por Hesler et al.34 demostraron la capacidad de los MP (5 µm) de internalizarse en las células de placenta y de tracto gastrointestinal y promover un reordenamiento de los filamentos de actina. Una hipótesis importante generada a partir de este trabajo fue la posibilidad de que después de la internalización primaria de los MP a las células intestinales, estos pueden transferirse a otros órganos y tejidos del organism35.
Es importante mencionar que además de los factores físicos, como la forma y el tamaño de los MP, también existen factores químicos que determinan el grado del efecto que los MP tendrán sobre las células o tejidos. En este sentido, estudios realizados en modelos in vitro con células inmunes, fibroblastos y células cancerosas, demostraron que los MP liberan ciertos componentes durante su degradación mediante lixiviación de subproductos, aditivos o químicos residuales de su proceso de producción, promoviendo daño en las membranas celulares y eventualmente la muerte35.
Los efectos celulares y tisulares de los MP también trascienden a nivel organismo; estudios realizados por Haddadi et al.36 evidenciaron el efecto negativo de estas micropartículas en la función ovárica de ratas, así como su bioacumulación en diversos órganos y tejidos del roedor. Para ello, expusieron al modelo animal a MP-PS de 5 µm por vía oral durante cuatro ciclos estrogénicos y encontraron la bioacumulación de MP-PS en el duodeno y en diferentes partes del tejido ovárico, así como alteraciones en la formación de folículos (foliculogénesis), incremento de enzimas relacionadas con el estrés oxidativo como la superóxido dismutasa (SOD) y catalasa (CAT). Adicionalmente, este trabajo demostró que la presencia de MP-PS no solo afecta el rearreglo de componentes del citoesqueleto, sino que, además, disminuye la expresión génica de los mismos, particularmente de α-tubulina en los tejidos expuestos a los MP en contraste con los tejidos no expuestos a estas micropartículas.
Por su parte, Wei et al.37 analizaron los efectos de la administración de MP-PS de 4 µm y 10 µm sobre la integridad de la barrera hematotesticular en ratas machos que fueron administradas (20 y 40 mg/kg) vía sonda durante 28 días. Este estudió aportó evidencia del impacto negativo que tienen los MP-PS sobre la cantidad y calidad del esperma, así como de la integridad de la barrera hematotesticular, ya que la administración de los MP indujeron un incremento en especies reactivas de oxígeno, lo cual desencadenó un desequilibrio del mTORC1 (del inglés, mammalian target of rapamycin complex 1), un complejo proteico que funciona como un sensor de nutrientes/energía/redox y controla la síntesis de proteínas; y del mTORC2, un complejo proteico que regula la proliferación, la supervivencia y la migración celular, y que además participa en la remodelación del citoesqueleto. Este desequilibrio promovió alteraciones en el perfil de expresión de proteínas de unión a actina, lo que resultó en la desorganización de la actina F (fibrilar) y la reducción de la expresión de proteínas de unión a la barrera hematotesticular, lo que finalmente impactó de manera negativa en la espermatogénesis.
Conclusiones y Reflexión final
El efecto de los MP sobre los seres vivos y particularmente sobre el citoesqueleto celular humano, todavía tiene una gran brecha por investigar, pues conocer los diversos efectos que provocan, a nivel celular, una vez ingresados los MP al cuerpo humano resulta interesante; hasta hoy en día, se han reportado pocos estudios al respecto, específicamente en el ser humano. A la fecha existe evidencia de que el ingreso de MP de 5 µm, o menor, promueven un reordenamiento de los componentes del citoesqueleto, como la actina y la tubulina, proteínas claves del citoesqueleto involucradas en procesos de división celular. Estas afectaciones no se limitan a un reordenamiento espacial de los componentes del citoesqueleto, ya que también se ha observado una disminución a nivel proteómico y genético de los mismos componentes, afectando el dinamismo celular, con la consecuente afectación a los tejidos, órganos y al organismo en general. Sin embargo, las vías de señalización que se afectan tras este reordenamiento del citoesqueleto provocado por los MP-PS requieren de una investigación más profunda, con la finalidad de conocer si la presencia de los MP en los seres vivos, particularmente en el ser humano, tiene consecuencias a largo plazo que no se han detectado hasta ahora y responder a múltiples interrogantes como: ¿existe una tolerancia inmunológica hacia la presencia de los MP? ¿La presencia de MP en los organismos, detona una inflamación crónica?
Se ha reportado que estos pueden ingresar y bioacumularse en los seres vivos y sus tejidos, y prácticamente pasar desapercibidos; así, se han encontrado MP en heces humanas, lo que implica su movilidad a través de diversos órganos, tejidos y sistemas en el organismo, sorteando barreras primarias de protección (moco, vellosidades, etc.). En esta “tolerancia”, ¿qué ocurre con el citoesqueleto? Si este está involucrado en prácticamente todos los procesos celulares, ¿cuál es la concentración máxima de MP que puede tolerar la célula en su interior? Si el citoesqueleto participa en la división celular, ¿la presencia de MP puede derivar en un arresto celular u apoptosis? ¿Qué ocurre con las proteínas motoras del citoesqueleto cuando están presentes los MP? El tráfico de vesículas y biomoléculas, por ejemplo, neurotransmisores, ¿se verá afectado ante la presencia de MP? ¿Los componentes fibrilares del citoesqueleto, modificarán sus propiedades mecánicas para soportar la tensión ejercida por la bioacumulación de los MP? Y, además de la actina y tubulina, ¿otros componentes del citoesqueleto serán afectados? Para resolver estas y otras interrogantes, sin duda se requiere de un equipo multidisciplinario para abordar desde diferentes perspectivas el impacto potencial que tienen estas micropartículas en la salud del ser humano y de todos los seres vivos que cohabitamos en este planeta. Bajo este panorama, la presente revisión muestra las evidencias existentes sobre la interacción de los MP con el citoesqueleto humano y algunas teorías sobre sus potenciales efectos en la salud de los seres vivos, esperamos que esto promueva el debate en este tema, y que detone el surgimiento de equipos multidisciplinarios en donde la clínica y la investigación básica se conjunten en beneficio de la salud humana.
