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직경이 1㎚(나노미터)에서 100㎛마이크로미터 대상
호흡이 빨라지면 특히 더 큰 미세플라스틱 입자의 상부 호흡기관 침착
호흡이 느려지면 더 작은 나노 플라스틱 입자의 더 깊은 침투와 침착이 촉진

흡입된 미세플라스틱이 도달하는 곳
호흡기에서 여러 개의 "플라스틱 쓰레기"가 확인됐다.

플라스틱 호흡:
우리는 공기를 통해 미세플라스틱과 나노플라스틱을 점점 더 자주 흡입한다. 흡입된 플라스틱 입자가 신체 내 어디에 도달하게 되는지는 무엇보다도 과학자들이 발견한 바와 같이 호흡 속도에 따라 달라진다. 따라서 천천히 호흡을 하면 입자가 폐 깊숙히 천천히 이동하는 반면, 빠르게 호흡을 하면 상부 호흡 기관에 축적이 촉진된다. 그러나 유해한 입자의 크기와 모양도 중요한 역할을 한다. 

▲ 연구 개요도 (출처: 관련논문 Transport and deposition of microplastics and nanoplastics in the human respiratory tract / Science advanced)

뇌, 간, 신장, 비장 등 미세플라스틱은 이미 우리 몸의 수많은 조직에서 발견되었다. 우리는 일반적으로 크기가 몇 마이크로미터에 불과한 플라스틱 입자를 음식과 음료뿐만 아니라 우리가 숨쉬는 공기와 함께 섭취한다. 예를 들어, 플라스틱은 호흡기관에 쌓이면 천식과 호흡곤란을 촉진한다. 그러나 폐 등의 침착이 정확히 어떻게 작동하고 플라스틱 입자의 최종 목적지를 결정하는 것이 무엇인지는 여전히 불분명하다.

플라스틱 저장고를 따라가다.

시드니 공과대학의 Xinlei Huang이 이끄는 연구원들은 이제 처음으로 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 우리가 호흡하는 공기에서 신체로 유입되는 미세 플라스틱의 경로를 추적할 수 있었다. 이를 위해 그들은 먼저 인간 호흡기의 실제와 동일한 디지털 모델을 만들고 다양한 조건에서 오염된 공기를 흡입하게 했다.

무엇보다도 황과 그의 동료들은 흡입된 입자의 모양과 크기가 어떤 역할을 하는지 테스트했다. 시뮬레이션된 대역폭의 범위는 직경이 1㎚(나노미터)에서 100㎛마이크로미터이다. 연구팀은 또한 호흡이 빠르거나 느린 정도에 따라 입자가 호흡기의 어디에 축적되는지를 조사했다.

▲ (a) 오른쪽 콧구멍의 입구 및 (b) 왼쪽 상엽의 출구 중 하나에 있는 메쉬의 상세 뷰를 특징으로 하는 호흡기의 전산 모델.

조깅은 미세 플라스틱 침전을 변화시킨다

결과:
전반적으로 팀은 폐, 비강 및 후두를 포함해 미세 및 나노 플라스틱 입자가 우선적으로 침전되는 여러 핫스팟을 식별할 수 있었습니다. Huang과 그의 동료들이 보고한 바와 같이, 흡입된 플라스틱 입자가 어느 저장소에 들어가게 되는지에는 그 특성과 호흡 빈도에 따라 달라진다.

▲ Nishi(2004)가 실험적으로 결정하고 Wedel 등이 CFD에서 구현한 다양한 속도(빠른 경우 60BPM, 중앙값은 30BPM, 느린 경우 15BPM)의 실제 호흡 패턴에 대한 체적 유량 프로필이다. (2022).

"호흡이 빨라지면 특히 더 큰 미세플라스틱 입자의 상부 호흡기관 침착이 증가하는 반면, 호흡이 느려지면 더 작은 나노 플라스틱 입자의 더 깊은 침투와 침착이 촉진된다"고 공동 저자인 University of Technology의 Suvash Saha는 설명했다. 그래서 두 사람이 같은 거리에 있고 같은 공기를 마시고 있어도 한 사람은 조깅하면서 빠르게 숨을 쉬고, 다른 한 사람은 천천히 숨을 쉬며 버스를 기다리더라도 나중에는 그들의 호흡기가 전혀 다르게 보일 것이다.

연구자들이 발견한 바와 같이 호흡 빈도와 입자 크기 외에도 입자의 모양도 중요한 역할을 한다. 이에 따라 원통형, 피라미드형 입자는 특히 폐 깊숙히 침투하는 반면, 구형 미세플라스틱은 상부 호흡기관에 크게 들러붙는다.

▲ 느린(휴식) 호흡 조건에서 NMP의 침착 패턴. (a) 상부 기도에 1-100 μm MP의 침착, (b) 상부 기도에 1-100 nm NP의 침착, (c) 하기도에서 1-11 μm 이상의 MP의 침착, (d) ) 하부 기도에 1-100 nm NP의 침착.

▲ 중간 호흡 조건에서 직경 1~100μm의 비구형 미세 플라스틱의 증착 및 탈출 비율 히트맵: (a) 상기도의 원통형 입자, (b) 상기도의 사면체 입자, (c) 하기도의 원통형 입자 , 및 (d) 하부 기도의 사면체 입자.

흡입은 피할 수 없다.

건강에 부정적인 영향에도 불구하고 미세 플라스틱 흡입을 완전히 피하는 것은 거의 불가능하다. 인간의 눈에 보이지 않는 공기 중에 떠다니는 양은 그러기에는 너무 크다. 실내에서 흡입되는 미세 플라스틱은 주로 직물 섬유에서 나온다고 Huang과 그의 동료들은 설명했다. 외부에서 발생원은 훨씬 더 다양하며 타이어 마모부터 해수 물보라, 폐수 처리 시 발생하는 입자까지 다양하다.

일부 도시에서는 수백만 개의 플라스틱병에 해당하는 양이 공중에 떠다니고 있다. 새로운 발견으로 이 엄청난 양의 플라스틱을 줄일 수는 없지만 적어도 우리는 입자가 우리 건강에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 점점 더 정확하게 이해하고 있다.

참고
Environmental Advances, 2024; doi: 10.1016/j.envadv.2024.100525
University of Technology Sydney

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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