Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal

pISSN 1225-7117 eISSN 2288-8268

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Review Paper

Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal 2024; 39(4): 97-110

Published online December 31, 2024 https://doi.org/10.7841/ksbbj.2024.39.4.97

Copyright © Korean Society for Biotechnology and Bioengineering.

인체 건강에 미치는 미세플라스틱 영향에 관한 최근 동향

Recent Advances in Microplastics Impacts on Human Health

Seona Yu1,3&dagger,, Jooyoung Lee3&dagger,, Jeong-Ann Park4, Kwang Suk Lim1,3, Suk-Jin Ha1,3, Hyungseok Lee2,3*, and Hyun-Ouk Kim1,3*

1Division of Chemical Engineering and Bioengineering, College of Art, Culture and Engineering, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea
2Department of Mechanical and Biomedical Engineering, College of Art, Culture and Engineering, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea
3Department of Smart Health Science and Technology, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea
4Department of Environmental Engineering, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea

Correspondence to:Tel: +82-33-250-6272 , Fax: +82-33-250-6272
E-mail: kimhoman@kangwon.ac.kr

These authors contributed equally to this work.

Received: June 11, 2024; Revised: October 29, 2024; Accepted: November 11, 2024

Microplastics(MPs), small plastic particles ubiquitous in the environment, pose emerging concerns for human health due to their ingestion, inhalation, and dermal exposure routes. This review summarizes current research on the effects of MPs on the human body. Ingested MPs, primarily from contaminated food and water sources, induce gastrointestinal inflammation, oxidative stress, and microbiota alterations, with potential systemic distribution and organ accumulation. Inhalation of airborne MPs may lead to respiratory inflammation and impaired lung function. Dermal contact with MPs raises concerns about skin absorption and dermatological effects. Understanding microplastic toxicity mechanisms, including their interactions with biological systems and role as carriers for harmful substances, is critical for risk assessment and policy development. Integrating knowledge from environmental science, toxicology, and public health is essential for addressing health risks associated with MPs exposure. Further research is needed to fill knowledge gaps and develop strategies for mitigating microplastic pollution, safeguarding human health, and promoting environmental sustainability.

Keywords: microplastic, health, toxicity, human organ, metabolic pathways

5 mm 미만의 플라스틱 입자로 정의되는 미세플라스틱은 전 세계 육상, 수생, 대기 생태계에 광범위하게 존재하기 때문에 심각한 환경 문제로 떠오르고 있다 [1]. 미세플라스틱은 더 큰 플라스틱 폐기물의 파편화, 산업 공정에서 발생하는 배출, 의도적으로 만들어진 마이크로비즈 등 다양한 원인에 기인한다 [2]. 이러한 입자가 다양한 환경에 침투하면서 생태계의 안전 뿐만 아니라 인간의 건강에도 상당한 위험을 초래하고 있다.

미세플라스틱이 인체에 유입되는 경로는 다양하다. 주요 경로 중 하나는 섭취를 통한 것으로, 해산물, 식수, 소금 등 다양한 물질에서 미세플라스틱이 검출되고 있다 [3-7]. 미세플라스틱을 섭취하면 위장관을 통과하여 체내로 흡수되어 전신에 분포할 수 있다 [8-10]. 이러한 분포는 중요한 장기와 조직에 미세플라스틱이 축적되어 장기적인 건강 위험을 초래할 수 있다 [11]. 흡입은 또 다른 중요한 노출 경로이며, 실내 및 실외 공기 모두에 미세플라스틱이 존재한다는 점을 고려할 때 특히 우려되는 부분이다 [12-14]. 이러한 노출은 특히 도시 지역에서 심각하지만, 공기 중 미세플라스틱은 상당한 거리를 이동하여 인구 밀도가 낮은 지역의 인구에도 영향을 미칠 수 있기 때문에 도시에만 국한되지 않는다 [15]. 마지막으로, 주로 미세플라스틱이 함유된 화장품 및 섬유 제품과의 접촉을 통한 피부 흡수는 덜 연구되었지만 잠재적으로 중요한 노출 경로를 나타낸다 [16].

미세플라스틱 노출이 건강에 미치는 영향은 다양하지만 이를 완전히 이해하기 위해서는 다양한 연구가 필요하다. 미세플라스틱과 함께, 직경 1 μm 미만의 나노플라스틱 또한 중대한 환경 문제로 주목받고 있다 [17]. 나노플라스틱은 미세플라스틱보다 훨씬 작은 크기로 인해 세포 내부로의 직접적 침투 가능성이 높으며, 이를 통해 생체 장벽을 통과하여 인체 내 다양한 조직 및 기관에 광범위하게 축적될 수 있다[18]. 또한, 나노플라스틱은 높은 비표면적 특성과 반응성을 지녀, 유해 화학물질을 흡착할 잠재력이 크며, 이러한 특성은 미세플라스틱에 비해 상대적으로 더 큰 독성 위험을 야기할 수 있다 [19]. 따라서, 미세플라스틱의 인체에 미치는 영향을 선제적으로 파악하는 것은 나노플라스틱에 의한 잠재적 부작용을 효과적으로 예측하고 관리하기 위해 필수적이다. 초기 연구에 따르면 미세플라스틱은 인체의 다양한 생리적 시스템에 악영향을 미칠 수 있는 것으로 나타났다 [20]. 예를 들어, 위장관에서 미세플라스틱은 중금속과 유기 오염물질을 흡착하는 능력으로 인해 염증을 유발하고 다른 독성물질을 체내로 운반할 가능성이 있는 것으로 나타났다[21,22]. 호흡기 계통에서 미세플라스틱은 만성 염증부터 심각한 폐 질환까지 다양한 질환을 유발할 수 있으며, 특히 직업적 환경이나 대기 오염이 심한 지역에서 더욱 심각하게 작용할 수 있다 [23]. 심혈관계에도 영향을 미칠 수 있으며, 미세플라스틱은 전신 염증을 유발하고 죽상동맥경화증과 같은 질환을 악화시킬 가능성이 있다 [24]. 또한, 많은 플라스틱이 호르몬 기능을 방해할 수 있는 내분비 교란 화학물질을 함유하거나 흡수하기 때문에 미세플라스틱이 내분비계를 교란할 수 있다. 인체 노출 가능성과 건강 영향을 고려할 때, 미세플라스틱 독성의 기계적인 경로, 노출의 역학, 인체 내 존재와 관련된 장기적인 건강 결과를 위한 추가 연구가 필요하다. 이러한 연구는 미세플라스틱의 환경 잔류성 뿐만 아니라 산업 폐기물을 통해 환경으로 유입되는 미세플라스틱의 지속적인 유입을 해결하는 데 필수적이다. 결론적으로, 미세플라스틱의 보급이 계속 증가함에 따라 인간의 건강과 더 넓은 생태계에 미치는 영향을 줄이기 위한 연구와 선제적인 개입이 절실히 요구되고 있다. Scheme 1에서는 플라스틱의 다양한 유형과 함께 미세플라스틱이 피부, 소화기, 호흡기, 순환계, 내분비 및 신경계에 유입되는 경로와 각 기관에 흡수 또는 분포할 수 있음을 시각적으로 표현하였다.

Scheme 1. Effects of Microplastics on the Pathway of Inflow by Human Institution. (A) Representative types of plastics include polyethylene terephthalate (PET), polyurethane (PUR), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polylactic acid (PLA), and polybutylene succinate (PBS). (B) Microplastics in the form of microbeads, fibers, and fragments can penetrate through dermal exposure. (C) Ingestion of microplastics through food and drinking water can lead to entry into the gastrointestinal tract. (D) Inhaled microplastics may reach the alveoli, potentially leading to conditions such as emphysema. (E) Circulation through the heart can transport microplastics to blood vessels, liver, lungs, and lymph nodes. (F) Microplastics can also penetrate the brain, reproductive organs, and fetal tissues, impacting the endocrine and nervous systems.

이 총설에서는 다양한 경로를 통하여 발생하게 되는 미세플라스틱의 인체에서의 부정적인 영향에 대해 설명하고, 진행 중인 현재 연구에 대해 정리하며 앞으로의 발전 가능성 및 방향에 대해 논하고자 한다.

2.1. Dermal Contact

5 mm보다 작은 플라스틱 입자로 정의되는 미세플라스틱은 대형 플라스틱 제품의 분해와 화장품 및 의약품의 마이크로비즈 사용으로 인해 널리 퍼진 환경 오염 물질이다 [25]. 이러한 입자는 피부 접촉을 포함한 다양한 경로를 통해 인체에 노출되어 환경과 건강에 심각한 문제를 야기한다.

미세플라스틱에 대한 피부 노출은 주로 특정 화장품과 같이 마이크로비즈가 포함된 제품과 직접 접촉하거나 합성 섬 유에서 방출되는 극세사 섬유와의 접촉을 통해 발생한다[26-28]. 위험성에 대한 인식은 낮지만, 더 작은 나노플라스틱이 피부 장벽을 뚫고 피부의 더 깊은 층이나 전신 순환까지 도달하여 건강에 미치는 잠재적 위험성에 대한 우려가 커지고 있다 [29]. 상업용 안면 스크럽에서 분리된 나노플라스틱이 인간 각질세포에 부착되었으며, 이는 세포에서의 대식세포증 및 농도 의존적 세포독성 등을 유발할 수 있다는 연구를 통해 심각성을 뒷받침할 수 있다 [30]. 이전 연구에 따르면 이러한 입자는 인체 상피 세포에 산화 스트레스와 염증을 유발할 수 있으며, 이는 미세플라스틱이 피부 건강을 해치고 간과 소화 시스템에 영향을 미치는 등 피부를 넘어 생리적 기능을 방해할 수 있는 메커니즘을 보고하였다 [31]. 또한, 미세플라스틱의 주요 공급원인 합성 섬유는 세탁 과정에서 씻겨 나가는 것으로 알려져 있으며, 아크릴 직물 6 kg에서 70만 개 이상의 미세 섬유가 방출된다는 연구 결과가 보고되었다 [32]. 이러한 섬유는 환경오염을 유발할 뿐만 아니라 피부 접촉을 통해 인체 건강에 직접적인 위험을 초래할 수 있다. 화장품에 사용되는 마이크로비즈의 약 93%는 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)으로 만들어지며, 마이크로비즈의 함량은 0.05에서 12%까지 다양하다 [33]. 이러한 입자가 피부에 지속적으로 직접 접촉하면 피부염 및 기타 염증 반응과 같은 질환을 유발하여 피부 건강에 심각한 위험 요인으로 작용하는 것으로 확인되었다 [31,34,35]. 독일 위험 평가 연구소는 화장품 속 미세플라스틱으로 인한 피부 손상 가능성을 제시하였으며 염증과 세포 독성 효과를 주요 우려 사항으로 확인하였다 [36]. 이러한 연구에도 불구하고 미세플라스틱에 대한 피부 노출이 장기적으로 건강에 미치는 영향에 대한 연구는 아직 미비하다. 현재의 연구는 종종 범위가 제한되어 있으며 특히 전신 건강 영향 측면에서 만성 노출의 영향을 충분히 다루지 못하고 있다. 따라서 미세플라스틱에 대한 잠재적인 영향을 평가하고 추가적인 연구가 필요하다.

2.2. Respiratory System

대기 중의 미세플라스틱 농도와 미세플라스틱이 호흡기에 미치는 영향을 분석하는 것은 대기의 미세플라스틱에 의한 오염으로 인한 잠재적인 위험을 이해하는데 중요하다. 인구 밀도가 높은 도시에서 대기 중 미세플라스틱 농도는 입방 미터 당 입자(particles/m3)가 약 100~1000 개에 달하는 것으로 보고되었다 [37]. 이러한 높은 농도는 차량 배출, 산업활동, 도시 내 광범위한 플라스틱 사용 및 폐기와 같은 요인에 기인한다 [38]. 반면에 시골이나 인구가 적은 지역은 대기 중 미세플라스틱 농도가 일반적으로 약 10~100 particles/m3 정도로 도시에 비해서는 낮은 경향이 있지만, 바람에 의한 플라스틱 잔해의 분산 등과 같은 자연적 메커니즘으로 미세플라스틱에 의한 영향을 무시할 수 없다 [39-41]. 마네킹을 이용한 공기 샘플링에 따르면 가벼운 활동을 하는 남성은 하루에 272개의 미세플라스틱을 흡입하는 것으로 예상된다 [42, 43]. 크기 및 밀도와 같은 미세플라스틱 입자의 특성은 호흡계 침착에 영향을 미치는데 크기가 작고 밀도가 낮은 입자는 폐 깊숙이 도달하여 침착될 수 있다 [44,45]. 기도 및 간질성 폐질환 발생과 관련된 호흡기 증상은 합성 섬유, 염화 비닐산업에 종사하는 근로자에게서 발견되며, 작업 중 공기 중에 존재하는 미세플라스틱에 노출되어 발생한다 [46-50]. 공기 중 미세플라스틱과 폐질환과의 인과관계가 아직 입증되지 않았음에도 불구하고 암 생검을 포함한 인간의 폐 생검에서도 250 μm의 섬유가 검출되기도 하였다 [51-53]. 따라서 높은 농도의 공기 중 미세플라스틱이 인간의 호흡기에 병변을 일으킬 가능성이 존재한다 [54].

인체에 치명적인 영향을 미치는 중금속류의 경우 또한 플라스틱에 탈착할 수 있다는 연구가 보고되어 호흡기를 통해 들어온 금속 흡착 미세플라스틱에 대한 독성을 무시할 수 없다 [21,55]. 또한 대부분의 사람 호흡기에서 발생되는 미세플라스틱은 섬유질 및 파편이 주를 이루었으나, 이외에도 다양한 미세플라스틱 섭취 경로의 가능성을 배제할 수 없기 때문에 이에 대한 노출이 될 수 있다는 가능성이 있다 [56].

호흡기에서의 미세플라스틱에 대한 침착 메커니즘은 충격, 중력 침강 및 브라운 확산 이 3가지로 나타날 수 있는데, 이는 상부 호흡기에서 폐포로 이어지는 전체 호흡기에서의 확산을 통해 침착될 수 있는 가능성을 나타낸다 [57,58]. 이는 폐의 얇은 조직 장벽으로부터 폐간질을 통해 이동하여 혈류 및 세포를 통과하고 폐 외의 장기에 축적될 수 있다 [59,60]. 불용성 입자는 폐포간질에서 약 40%의 침착물로 형성되며 나머지는 300일 가량의 시간이 지났을 때 섬모 기도를 통해 제거되는 것으로 나타났다 [44]. 또한 호흡기 질환을 앓고 있는 환자의 폐 조직을 통해 인간의 호흡기 시스템에서의 미세 플라스틱 발생을 확인하였고, 폐에 축적된 미세플라스틱이 대상자들의 질병에 영향을 미칠 수 있다고 말한다 [61]. 배양기관지 상피세포 (BEAS-2B) 및 HPAEpiC 세포에서 폴리스티렌(Polystyrene; PS) 나노 입자의 효과에 대한 연구는 세포 사멸 및 상피 장벽 파괴를 초래할 수 있는 산화 스트레스 및 염증 반응을 보고했다 [62-66]. 쥐를 통한 다양한 실험을 통해 얻은 결과로써, PS를 다양한 용량으로 노출시켰을 때 용량 의존적으로 폐섬유화를 유도하는 것으로 알려졌으며 폐에 산화스트레스가 집중적으로 발생한다는 결과를 보여주었다 [59]. 추가적으로 노출 농도에 따라 폐 조직에서의 염증성 단백질(TGF-β 및 TNF-α)의 발현이 증가하였다는 연구가 보고되었다 [67]. 이어서, 인간 폐 상피세포인 A549 세포에서의 PS의 나노플라스틱에 대한 독성 효과를 평가하는 실험에서 PS가 TNF-α와 관련한 세포 사멸 경로를 유발함을 밝혀냈다 [68]. 같은 세포로 실험한 다른 결과로는 또한 인간 기도에서의 미세플라스틱 섬유의 독성 효과를 조사하기 위한 실험을 진행한 결과, SCGB1A1 유전자 발현의 현저한 감소로부터 폐 손상이 관찰되었다 [69]. 그리고 손상된 폐 상피의 복구 단계에서 섬유의 존재는 복구된 조직에 포함됨을 의미하며, 이는 장기적인 건강 결과로 이어질 수 있다 [70].

2.3. Digestive System

미세플라스틱은 인간이 섭취하는 식수 및 육류, 어패류와 같은 식품 및 소금, 설탕과 같은 조미료 속에 존재하기도 한다[71-74]. 이러한 음식물 섭취로 인해 유럽인들의 플라스틱 입자의 인체 섭취량이 연 39,000~52,000 입자가 된다는 보고가 이루어지고 있다 [75]. 이들의 섭취를 통하여 인간의 소화기관에 축적될 경우, 인체에 영향을 미칠 수 있다는 연구 보고되고 있다. 또한 식품 뿐만 아니라 젖병 및 의료기기의 사용으로 인해 유아기부터 미세플라스틱 노출이 증가되고 있다는 연구 보고가 있으며 이는 후속 세대까지 영향을 미칠 수 있다는 점을 의미한다 [76-78]. 미세플라스틱은 환경 오염의 주요 원인 중 하나로, 음식 섭취를 통해 인체 소화기관으로 유입될 수 있는 주요 경로 중 하나이다 [79]. 다양한 연구들에 따르면, 미세플라스틱은 조직 및 장기에 축적될 가능성이 존재하며 이는 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있음이 보고되었다 [80,81]. 산업용 고밀도 PE를 섭취한 Mytilus edulis L.에서 입자가 위에서 흡수되어 소화샘으로 운반된 후, 노출 3시간 만에 리소좀 시스템에 축적되어 리소좀의 불안정화를 유발하며, 이는 소화기관 세포 내 미세플라스틱의 내재화를 시사한다는 연구 결과가 보고되었다 [82]. 또한 미세플라스틱보다 작은 크기의 나노플라스틱에 관하여 인간 위 선암 세포에서의 내재화가 가능하다는 연구결과를 통하여 미세플라스틱 문제를 우선적으로 해결해야함을 시사한다 [83]. 야생 연안 동물의 경우 미세플라스틱이 주로 장, 위, 간, 근육 등에서 발견되었다는 보고를 통하여 미세플라스틱이 소화기관에 다수 축적된다는 것을 알 수 있다 [84-88]. 주로 함량이 높은 장기는 대장 (28.1 particles/g)과 간(4.6 particles/g) 이며 미세플라스틱의 주요 종류인 PE, PS, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyethylene terephthalate, PET), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리 염화 비닐(Polyvinyl chloride, PVC), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 등이 검출되었다고 밝혔다[89,90]. 실제 생물에서 다양한 미세플라스틱의 소화기관 속 검출과 관련된 실험들이 존재한다. 예시로, 담수 갑각류인 Daphnia magna 에 대한 PET 섬유에 대한 흡수 및 영향을 연구하였을 때, 사망률이 증가하거나 미세플라스틱 노출에서 회복할 수 없음을 나타냈다 [91]. 또한 Arenicola marina를 통해 PS의 일정한 용량에서의 노출에 있어서 섭식 활동 및 체중 감소를 나타냈다 [92]. 이러한 섭취 감소는 다양한 해양생물 및 동물성 플랑크톤 분류군의 미세플라스틱 관련 연구에서도 나타났다 [93,94]. 동물실험을 통해 PS 미세플라스틱이 붕어의 장에서 검출된 결과가 있다 [95]. 또한, 장 내벽을 자극하여 조직을 긁어낼 수 있다고 보고했다 [96]. 또한, PSMPs을 14일 동안 노출시킨 후 붉은 틸라피아의 장, 아가미, 간 및 뇌 조직에서 PS-MPs이 발견된 연구가 보고되었다[97]. 이러한 미세플라스틱의 존재는 조직 내에서의 축적을 하게 되며, 이로 인한 독성 효과를 발생시키게 된다[98]. 특히, 미세플라스틱이 유기체에 축적될 경우 독성 효과를 유발할 수 있으며, 한 연구에 따르면 , PS-MPs은 벼룩의 몸을 더 작게 만들고 질병을 유발할 수 있다고 한다 [99,100]. 또한, 고농도의 폴리스티렌 미세플라스틱은 벼룩 자손의 기형률을 증가시킬 수 있다 [101]. 제브라피쉬를 대상으로 한 연구에서는 PS-MPs의 노출 후 장 염증이 발생하였으며, 장 융모 파열, 장 상피세포 손상 및 장 대사 장애가 나타났다 [102-104]. 이와 같은 연구 결과는 인간이 섭취하는 다양한 식품군에서 미세플라스틱이 존재할 수 있음을 의미하며, 이러한 입자가 체내 소화기관 내의 조직 및 기능에 부정적인 영향을 미칠 수 있음을 나타낸다. 현재로서는 인간에게 미치는 영향에 대한 연구는 더 적은 편이지만 다양한 생물종에서의 미세플라스틱에 대한 부정적 영향들이 다수 보고되고 있으며 인간에 게도 영향을 미칠 수 있다고 예측할 수 있다. 또한 미세플라스틱 입자의 크기, 유형, 노출 기간 등에 따라 다를 수 있으며, 연구를 통해 더 많은 이해가 필요하다 [105-107]. 특히, 미세 플라스틱이 소화관을 통과하는 과정에서는 장내 상피, 점액 및 장내 미생물 군과의 상호 작용이 중요하지만 인간의 장내 미생물군에서의 미세플라스틱 분해가 가능한 박테리아 종에 대한 연구 및 증거가 부족하기 때문에 이에 대한 연구가 더욱 필요한 실정이다 [108]. 이러한 상호 작용은 소화기관 내에서의 독성에 영향을 미칠 수 있다 [109]. 미세플라스틱이 인체 소화기관에 미치는 영향에 대한 더 깊은 이해를 위해, 인체를 대상으로 한 실험 및 연구가 더 많이 필요하다. 또한, 미세플라스틱 오염을 최소화하기 위한 효과적인 대책이 필요하다. 이를 위해서는 환경에서의 미세플라스틱 배출을 줄이는 노력과 함께 인체 내에서의 미세플라스틱 독성 및 운명에 대한 연구가 필수적이다.

3.1. Circulatory System

음식, 물, 공기 등에 존재하는 미세플라스틱은 섭취를 통해 신체로 들어오게 되면 위장관을 통해 순환계에 도달할 수 있다. 일단 흡수되면 장 장벽을 통해 전신 순환계로 이동하여 혈액 성분 및 혈관 내피세포와 상호작용할 수 있다 [110-112]. 특히 크기가 작은 미세플라스틱은 내피기능 장애, 염증 및 산화 스트레스를 유발할 수 있는 것으로 나타났는데 이러한 효과는 혈관을 손상시키고 내피세포 기능을 방해하며 죽상 경화증 및 고혈압과 같은 심혈관 질환의 발병을 촉진할 수 있다 [113-116]. 순환계에 들어온 미세플라스틱은 염증, 폐고혈압, 혈관 폐색, 응고성 증가 및 혈액 세포 독성을 유발할 수 있다 [117-119]. PE에 반복적으로 노출될 경우 청홍합(Mytilus edulis)의 혈림프 단백질체에 변화가 발생한다는 결과가 보고되었으며, 이는 영양소와 산소의 주요 운반체인 혈림프에 영향을 미치는 잠재적 메커니즘을 식별할 수 있음을 시사한다 [120]. 또한 미세플라스틱은 혈소판 및 응고 인자와 상호작용하여 활동을 변경하고 혈전 형성을 유발하는데 이는 지혈 및 응고 장애와 관련되어 심장마비 및 뇌졸중과 같은 혈전증 위험을 증가시킨다 [121-124]. 예시로, 생체 내 인간 트롬빈 및 피브리노겐 응고 모델에서 PS가 혈전 형성속도에 영향을 미친다는 사실이 밝혀졌다 [122]. 다른 사례로는 미세플라스틱은 초기 청소년기 틸라피아(Oreochromis niloticus)의 아가미 조직에서 혈관 확장 및 혈액 모세혈관의 울혈 등 조직병리학적 손상을 유발에 대한 결과가 확인되었다 [118]. 유사하게, 미세플라스틱이 어류의 심장 조직에 심장 독성을 유발하고, 심낭 부종 및 심박수 저하를 초래한다는 연구도 보고된 바 있다 [115]. PP와 PS는 인간 단핵구 백혈병 세포에서 유래한 THP-1 대식세포는 풍화 과정에 의해 조절되는 내재적 ROS 생성이 세포 독성에 영향을 미치는 것으로 보고되었다 [125]. 미세플라스틱에 대한 만성 노출은 심혈관 질환의 위험 요인으로 알려진 전신 염증, 이상지질혈증, 인슐린 저항성과 관련이 있다고 알려져 있으며 성체 암컷 위스타 쥐를 대상으로 한 연구에서는 PS에 장기간 노출될 경우 인슐린 수치가 증가하는 것으로 나타났다 [126]. 그러 나, 미세플라스틱이 인간 순환계에 미치는 영향을 명확히 밝히기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다 [126-128]. 더 나아가, PS 나노플라스틱에서도 인간 간세포암(HepG2) 세포의 생존력을 감소시키며 기능화된 PS가 항산화 능력 파괴를 유발한다는 연구가 보고되었다 [129]. 이전 연구에서 포유류의 순환 세포 및 혈관계에 미치는 미세플라스틱 영향을 보고하였다 [130,131]. 미세플라스틱 입자가 식균 작용을 촉진하고 인터루킨 6(Interleukin 6, IL-6)의 분비를 유도하여 미세플라스틱에 의해 유도된 염증성 사이토카인의 방출이 식균 작용과 관련이 있을 수 있다는 점을 의미한다 [31,132,133]. 또한 수많은 혈장 내 단백질이 미세플라스틱에 대한 강한 친화력을 나타냈으며 이는 순환계 내의 긴 지속성을 가지며 세포 및 분자 과정을 방해할 수 있다 [120,134].

3.2. Endocrine and Nervous Systems

수많은 생체 내 연구를 통하여 미세플라스틱이 혈액–뇌 장벽을 통과하여 산화 및 염증 반응을 유도하고, 신경 전달 물질의 기능을 방해함과 동시에 신경 독성을 유발할 수 있다고 보고되었다 [135-138]. 또한 중추신경계의 염증 및 신경퇴행성 질환 호르몬의 생성 및 방출과 같은 대사활동을 저해하여 내분비계의 치명적 장애를 초래할 수 있다 [139-141]. 대사 장애, 발달 장애, 생식 장애와 같은 다양한 내분비계의 이상들은 플라스틱 내에 존재하는 환경 독성 물질이 체내로 흡수되는 과정을 통하여 발생할 수 있다 [142-144]. 대표적으로, 지중해 홍합(Mytilus galloprovincialis)을 대상으로 한 연구에서 PS에 단기 노출 시, 삼투압 조절 이상, 에너지 및 단백질 대사 장애, 산화 스트레스를 동반한 시간 의존적 대사 장애가 관찰되었다 [145]. 이러한 영향과 관련된 비스페놀-A(Bisphenol-A, BPA)와 프탈레이트는 내분비계에 미치는 매우 중요한 화학 물질로 간주된다 [146-148]. 이들은 일상적인 제품에 사용되기 때문에 높은 노출 가능성을 가진다. 최근 연구를 통하여 라만 미세 분광법을 통한 임산부 태반에서의 미세플라스틱이 존재함을 발견하였다 [149]. BPA와 프탈레이트는 내분비 교란 화합물로 분류되며, 다양한 호르몬 수용체와 결합하여 생식 및 신경 질환과 관련된 변화를 유발할 수 있다 [150]. PS 나노플라스틱을 사용한 남성 위스타 쥐 연구에서는 고환 조직에서의 심각한 조직학적 병변과 정액 바이오마커의 변화가 관찰되었으며, 이는 생식 기관 손상을 초래할 수 있음을 보여준다 [151]. 또한, 태평양 두더지 게(Emerita analoga)를 고농도의 PP 섬유에 노출시켰을 때, 배아 발달 단계에서 난자 운반이 감소하였으며, 이는 성체 사망률 증가와도 연관되어 관찰되었다 [152]. 젊은 임산부를 대상으로 한 연구에서 인간 태반에서 미세플라스틱 입자의 노출은 태아에게 이동하여 자궁 내 성장 제한 임신에서 태아 성장 저하를 초래할 가능성을 보여주었다 [149]. 플라스틱 첨가제로 사용되는 화학 물질의 종류는 수천 가지이며, 이 중 일부는 환경 및 건강에 유해한 영향을 미칠 수 있다. 노닐페놀에톡실레이트는 계면활성제로 널리 사용되며, 노닐페놀은 내분비 교란 화합물로 알려져 있다 [153,154]. 이러한 화합물은 주로 생태계 환경에서 발견되며, 인간의 먹이 사슬에 플라스틱 미세입자가 존재함으로써 인간 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있음을 경고한다. 이러한 미세플라스틱 및 관련 화학 물질은 내분비계 및 신경계에 영향을 미칠 수 있다. 동물 모델을 사용한 연구에서는 미세플라스틱의 노출이 생식 및 신경 기능에 변화를 유발하는 것으로 보고되었다[152,155]. 특히, 신경 행동 변화, 갑상선 기능 장애 및 생화학적 스트레스가 발생할 수 있다 [156,157]. 내분비계에 대한 영향은 호르몬 수용체의 변화와 관련이 있으며, 이는 생식기능 및 호르몬 조절에 영향을 줄 수 있다 [158]. 고농도의 PP 처리는 인간 비만세포주 HMC-1에서 히스타민 수치 증가와 알레르기 반응을 유도하며, 이는 호르몬 조절에 부정적 영향을 미칠 가능성을 나타낸다 [119]. 또한, 신경계에 미치는 영향은 학습 및 기억 기능, 우울증 및 불안과 관련될 수 있다 [159-161]. 특히, 뇌세포인 HeLa 세포에서 관찰된 산화 스트레스는 실제 뇌에 유사한 스트레스 반응을 유발하여, 실제 뇌 기능과 유사한 손상이나 기능 저하를 초래할 수 있다[162]. 누적된 미세플라스틱이 인체에 노출된다면 면역 반응에 관여하는 유전자 및 단백질의 발현에 영향을 미쳐 선천적 면역 반응을 활성화시킬 수 있다는 연구 결과도 보고되었다[163,164]. 또한, 미세플라스틱의 노출이 대뇌 및 상피 세포의 활성 산소종(Reactive oxygen species, ROS) 생성을 증가시킬 수 있으며, 대장 및 소장, 폐의 상피 세포의 산화 스트레스를 증가시킬 수 있다는 연구도 보고되고 있다 [165-167]. 이는 미세플라스틱 및 관련 화학 물질이 내분비계 및 신경계에 미치는 부정적인 영향을 강조하며, 이에 대한 더 깊은 이해와 대처 방안이 필요함을 시사한다. 미세플라스틱 및 관련 화학 물질에 대한 노출을 최소화하고 환경적 영향을 줄이기 위한 노력이 필요하다. 또한, 인간 건강에 미치는 영향을 평가하기 위해 더 많은 연구가 필요하다.

미세플라스틱이 환경과 건강에 미치는 영향에 대한 연구에 따르면 인체에, 특히 피부, 호흡기, 소화기, 내분비계와 같은 중요한 시스템에 상당한 양이 축적되는 것으로 나타났다. 이러한 입자는 자연 분해 및 체내 제거에 대한 저항성으로 인해 대사 장애를 비롯한 다양한 건강상의 악영향을 초래하는 것으로 나타났다. 이러한 지속성은 미세플라스틱으로 인한 지속적인 건강 위험을 의미하며, 이 오염 물질에 대한 이해와 연구가 필요하다. 미세플라스틱이 인체 내에서 자연적으로 완전히 분해되지 않는다는 것은 장기적인 건강 문제의 가능성이 있으며, 미세플라스틱의 영향이 일시적인 것이 아니라 지속적이라는 것을 의미한다. 다양한 신체 시스템에 이러한 입자가 지속적으로 존재하면 건강에 부정적인 영향을 지속시킬 수 있으므로, 분해 작용과 인체 조직과의 상호 작용에 대한 지속적인 연구가 시급하다. 미세플라스틱으로 인한 문제를 해결하려면 노출을 줄이고 이러한 입자에 대처하거나 제거하는 인체의 능력을 향상시키기 위한 인식 제고와 전략이 필요하다. 증가하는 미세 플라스틱 오염 문제를 해결하기 위한 연구들의 두 가지 주요 접근 방식은 바이오 기반 플라스틱 (바이오 플라스틱)과 플라스틱 분해 기술에 초점을 맞추고 있다 [169,170]. PLA 및 polyhydroxyalkanoates (PHAs)와 같은 바이오 플라스틱은 옥수수나 사탕수수와 같은 재생 가능한 자원으로 만들어진다. 이러한 소재는 생분해되도록 설계되어 기존의 석유 기반 플라스틱에 비해 환경친화적인 대안을 제공할 수 있다. 바이오 플라스틱의 주요 과제는 바이오 플라스틱의 내구성, 비용 및 생분해 효율을 개선하여 다양한 산업에서 더 광범위하게 적용 가능하고 저렴하게 만드는 것이다. 반면, 플라스틱 분해 기술은 기존 플라스틱 폐기물을 분해하는 것을 목표로 한다. 최근 연구에서는 PET와 같은 일반적인 플라스틱을 분해할 수 있는 PETase와 같은 플라스틱을 먹는 효소와 플라스틱을 자연적으로 분해하는 미생물 용액 등이 발견되었다 [171,172]. 이러한 효소과 미생물을 이용한 분해 과정이 대규모 및 가속화된다면 플라스틱 오염 문제를 해결할 수 있는 방안이 될 수 있을 것이다.

또한, 미세플라스틱이 인체 건강에 미치는 영향을 막기 위한 여러가지 새로운 기술들이 연구되고 있다. 첫번째는 여과 및 수처리 시스템에 관한 연구로 음용수와 폐수에서 미세플라스틱을 포집하도록 설계된 여과 시스템들이 정교해져 멤브레인 여과, 나노기술, 생물학적 처리 등으로 미세플라스틱이 수원과 식품 사슬로 유입되는 것을 방지할 수 있다 [173]. 두번째는 생분해성 플라스틱과 관한 연구들로 생분해성 플라스틱을 사용하면 미세 플라스틱 형성을 방지할 수 있다. 생분해성 플라스틱은 빠르게 분해되어 무독성 물질로 변하기 때문에 장기적으로 인간이 미세플라스틱에 노출될 위험을 줄여줄 수 있다. 마지막으로는 미세플라스틱 탐지 및 모니터링에 관한 연구로 식품, 물, 공기 중 미세플라스틱 수준을 탐지하고 모니터링 하는 기술이 오염 수준을 추적하고 노출을 최소화하기 위해 개발되고 있다 [174,175]. 이러한 기술의 발전은 고위험 지역을 식별하여 보다 안전한 환경을 조성하는데 도움을 줄 수 있다. 이밖에도 지속적인 미세플라스틱 오염과 관련된 장기적인 건강 위험을 줄이기 위해서는 플라스틱 사용 및 폐기에 대한 엄격한 규제가 필수적이다.

Table 1 Types of Microplastic Inflow Paths and their Effects

The organ systemTargetFactorPolymer TypeRef
Dermal systemHuman keratinocytesSkin cells age earlyPS, PE[30]
HumanLocal inflammation and cytotoxicityMPs[35]
Respiratory SystemBEAS-2B human epithelia lung cellsActivation of autophagy and interference of energy metabolismPS[66]
8-weeks-old C57BL/6 male mice (23 ± 1.9 g)Oxidative stress and activation of the Wnt/β-catenin Signaling pathway lead to pulmonary fibrosisPS[59]
MouseIncreased protein expression of TGF-β, a factor related to fibrosis, and TNF-α, an inflammatory factorPS[67]
A549Increased apoptosisPS[68]
A549Progression of inflammatory airway and interstitial lung diseaseNylon, fibers[50]
Digestive SystemHuman gastric adenocarcinoma cellsPS nanoparticles internalization in human gastric adenocarcinoma cellsPS[83]
Daphnia magnaIngestion of fiber increases mortalityPET textile microfibers[91]
Lugworms (Arenicola marina)Reduced eating activity and weight lossPS[92]
Centropages typicus fedReduction in eatingPS[93]
Various zooplankton taxaDigestive tract of an organism can become obstructed-[94]
Blue Mussel Mytilus edulis L.Transported to the gastrointestinal tract and internalized into cells in the digestive system by endocytosisIndustrial high-density polyethylene (HDPE)[82]


Table 2 Effects on the circulatory, nervous, and endocrine systems after microplastic inflow

The organ systemCell lineFactorpolymer TypeRef
Circulatory SystemHepG2Decreased cell viability, functionalized PS causes destruction of antioxidant capacityPS[129]
THP-1Toxic to macrophages by the role of ROSPP, PS[125, 168]
Tilapia (Oreochromis niloticus) early juvenilesInduced histopathological lesions in some tissuesMPs[118]
Vivo human thrombin/fibrinogen clot modelTriggering thrombus formationPS[122]
Fish heart tissueCauses cardiac toxicity, pericardial edema, and cardiac arrestMPs[115]
Female Wistar ratsEffects on insulin resistancePS[126]
Blue mussels (Mytilus edulis)alters the haemolymph proteomePE[120]
Endocrine and Nervous SystemsT98G, HeLaOxidative stress observed in cell linesPS, PE[162]
HMC-1Induce pro- Increased histamine secretion, potential induction of cellular allergic reactionsPP[119]
Mature male wistar ratsSerious histological lesions and semen biomarkers alterationsPS[151]
Human placentasDecreased fetal growth in intrauterine growth restriction (IUGR) pregnancyPE, PS[149]
Mediterranean mussel (Mytilus galloprovincialis)Time-dependent metabolic disordersPS[145]
Pacific mole crab (Emerita analoga)Ingestion on mole crab mortality and embryonic developmentPP[152]

본 과제(결과물)는 2024년도 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 ‘광화학 및 미생물 효소 기반 고효율 미세플라스틱 분해 기초연구실 사업(NRF, 2022R1A4A1019201)’과 ‘지자체-대학 협력기반 지역혁신 사업(2022RIS-005)’의 결과입니다.

This project (results) is the result of the Photochemical and Microbial Enzyme-based High-Efficiency Microplastic Decomposition Basic Laboratory Project (NRF, 2022R1A4A1019201) and the Local Government-University Cooperation-based Regional Innovation Project (2022RIS-005), which was carried out with the support of the Korea Research Foundation with the funding of the Ministry of Education in 2024.

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