愛媛大学大学院農学研究科
鑪迫典久
2018年度採択課題 18_R05-01

水環境のマイクロプラスチック汚染
1次プラスチック

規制

未規制

２次プラスチック

区別がつかない•Wei-Min Wu、Jun Yang、Craig S. Criddle、•Frontiers of Environmental Science & Engineering（2017）

“マイクロプラスチック”問題のはじまり
Lost at Sea: Where Is All thePlastic?

Richard C. Thompson, Ylva Olsen, Richard P.
Mitchell, Anthony Davis, Steven J. Rowland,
Anthony W. G. John, Daniel McGonigle, Andrea E.
RussellJune 2004
Science 304(5672):838

マイクロプラスチック：
microscopic plastic fragments and fibersの20μm以上のものと記載
動態、毒性などについて記載

マイクロプラスチックの分類• Plastic Microbeads• <1mm、球形、１次MP（最初からMP）• facial cleanser, shower gel, toothpaste• Microplastic• <5mm、形の定義なし、２次MP（環境中でMP）• Microfibers• <2000 µm、衣服由来、ポリエステル等• Nanoplastic• Microcapsule• 天然由来の樹脂(レジン）(Cheung & Fok, 2016; Tsang et al, 2018を参考に加筆)

大きさの下限値の定義がない
原料・含有物の制限がない
形状・構造の規格がない
標準のMPがない研究に統一性がない
Communication Gapの原因
私は1次MPを相手にする

マイクロプラスチックの生態影響想定される有害性
１．腸管詰まり、鰓詰まり、腸粘膜擦過などの物理的な悪影響
２．抗菌剤、難燃剤、未反応物などプラスチック中の内在化学物質が溶出して影響する
３．環境中の疎水性化学物質を吸着し、マイクロプラ生物に食べられたら生物体内で剥離して、化学物質の輸送媒体（ベクター）となる

1.
2.
3.

考察
１はありうる。しかし物理的影響を示すためにはかなりの量のマイクロプラを摂取する必要があるのでは。ナノプラは要考慮。
２は、海洋中で2次マイクロプラができるまでの時間（数年）にすでに溶出されている。また、ハザードは従来の評価法が使える。

ベクター効果
３のベクター効果により予想される有害影響• MPに高濃度で物質が吸着しているため、化学物質が効率よく体内に取り込まれ、脂肪への蓄積が促進される。
• 上記に従い、MPにより生体間濃縮も促進される。
• 化学物質の体内濃度が高くなれば、生態毒性影響が発現する。
化学物質

水溶解度

吸着
濃縮

MP

ベクター？

呼吸
経皮吸収

経口

経口

MPを介した経路

再溶出/腸管吸収

通常の経路

MPがベクター効果を示す条件

ベクター効果を示すまでに4つのステップがある。
①化学物質がMPに高濃度で展着する②MPが生物体内に経口摂取される③体内のMPから展着していた化学物質が剥がれる④剥離した化学物質が腸管吸収等を経て、体内の脂質成分に移行（蓄積）または標的臓器に移行して毒性を示す。
ベクター効果を介した生物濃縮の模式図

Pyrenemicroplastic

Chemicals
adsorbing
Ctotal=Cfree+Csorbed

Bioconcentration

Accumulation

Metabolism

Degradation
Freely dissolved
CfreeParticle boundCsorbedExcretion
gills

oral

Degradation

Fish実験デザインA)

作業仮説
ピレン水溶液中にミジンコ（メダカ）がA)食べられないサイズのＭＰを共存させたら、水中でフリーのピレンがＭＰに吸着し、再遊離しなければ、水中ピレン濃度が下がり、生態毒性が下がる。
同様の条件下で、ミジンコ（メダカ）がB)食べられるサイズのMPを共存させたときに、生態毒性が上がれば、ベクター効果があり、下がるか変わらなければベクター効果は無し、と考えられる。

生物試験の方法
OECDテストガイドライン202（ミジンコ急性毒性試験）に準拠①
PAHssolution

Daphnia➁

Micro
Plastic
Adsorb PAHs to MPB)
Daphnia

PAHs
solutionFoursizes ofmicroplastics

Adsorb PAH to MP①Daphnia➁

図 ピレン溶液中のプラスチック存在下・非存在下で毒性値の変化を調べる使用したマイクロプラスチック◆真球プラスチックビーズ◆PS水分散ビーズ
10µm
3 µm
1 µm
0.5µm0.2µm◆ふるい分けした破砕ポリプロピレン（写真）、ポリエチレン、ポリスチレン

展着した化学物質◆ピレン（CAS：129-00-0）
水溶解度：0.135 mg/l

疎水性でMPに吸着しやすく比較的安定。生態毒性がある。
◆ベンゾ[a]ピレン

◆PFOA
◆PFOS

◆13種mixPAHs◆PE（蛍光）真球プラスチックビーズ

実験結果

水中ピレンがMPに吸着し、濃度が下がるとEC50値が上がった。
その変化分がMPに吸着した量と考えられる。
ピレン濃度を一定にしてMP量を変化させた場合（図A）。
⇒MPの添加量が多くなるに従い、毒性値が低くなる。
MP添加量を一定にしてピレン濃度を変化させた場合（図B）。
⇒MPのサイズと添加量によって毒性の変化に違いが生じた。
⇒何を指標にしたら毒性の低下と関係しているか。
ピレン<300(小) 10mg>300(中) 50mg>2mm(大) 100mg

死亡率

死亡率

黒赤
青
緑

赤 <300(小)青 >300(中)緑 >2mm(大)プラスチック添加量（mg）

図A．ポリプロピレンのピレン吸着特性

ピレン濃度（ppb）

図B．サイズ別吸着量

実験結果

表面積（㎟）

図A,Bの結果から1粒当たりのピレン吸着量とPPの重量、体積、個数、表面積を比較したところ、表面積との相関が高かった（下図、R2 =0.83）。
故にPPの大きさに関わらず、単位面積あたりにおおよそ等量のピレンが吸着している。ちなみに以下グラフより、吸着量は約7.4ng/㎟ と推定。
80706050403020100y = 134.28x

総ピレン量はフリーのピレンとMPに吸着しているものしか存在していないと仮定する。
Ctotal=Cfree+Csorbed
図A：PP１㎎当たりピレン吸着量＝(ピレン初期量-ピレンEC50値）×液量/1000÷(EC50のPP量(㎎))

00.2
図0.4

ピレン吸着量（μg）

吸着量とMPの総表面積の関係

0.6 図B：PP1㎎当たりピレン吸着量＝((PP添加ピレンEC50)-(ピレンEC50値))×液量/1000÷PP量（㎎）実験結果
Daphnia

PAHs
solutionFoursizes ofmicro
plastics

Adsorb PAH to MP

①

材料と方法
4種類のポリエチレン製マイクロビーズ（PEB）、直径1-4µm、10-22µm、27-32µm、90-106µmを使用➁

表面積がほぼ等しくなるように添加量を設定してピレンと混合超音波で攪拌して生物を投入。

Daphnia

上図 ピレン溶液中のプラスチック存在下・非存在下で毒性値の変化を調べる。
食べられるサイズと食べられないサイズ。

ミジンコ急性毒性試験（OECD TG202）およびメダカ急性毒性試験（OECD TG202）準拠の試験を行った。ただしピレンは遅効性のため、96時間まで延長して観察した。

直径1-4µmはミジンコは摂食できる。 10-22µm 、27-32µmは摂食できる場合もある。90-106µmは摂食できない。メダカ仔魚はいずれも摂食できる。

実験結果
表、PEBとピレン同時添加のメダカ急性毒性試験結果
PEBの直径

表面積 体積PEB添加個数（個）量(mg/ml)（㎟） （㎣）

EC50値
（ppb）

TU50値

PE なし

00002420.41

PE 1-4µm

0.1386188401

5714

3.2

2110.47

PE 10-22µm

0.57365959

592115.82680.37

PE 27-32µm

1.02234887

6316

31.63550.28PE 90-106µm

3.3213708

6445

105.34060.25

ピレン添加量；50～400μg/L(nominal)
4～5濃度区設定, 6尾/区
26℃
メダカはすべてのサイズのPEBを食せるが、MPの添加量が増えるとピレンの毒性が下がった。食せないサイズのMPを与えたときと同じ傾向を示しており、ベクター効果（相乗的に作用する）は示されていない。

実験結果
表、PEBとピレン同時添加のミジンコ急性毒性試験結果
PEBの直径表面積
PEB添加量個数（個）(mg/ml)（㎟）

EC50値

体積（㎣） （ppb）

TU50値

PE なし

0000931.1

PE 1-4µm0.1386188401

5714

3.21180.8

PE 10-22µm

0.57365959

592115.8

1930.5

PE 27-32µm

1.02234887

631631.61490.7PE 90-106µm

1.064112

193331.6

1051.0PE 90-106µm

3.32137086445

105.3＞400＜0.25

ピレン添加量；50～400μg/L(nominal) 4～5
濃度区設定、duplication, 20頭/区
22℃
PE 90-106µmは他と同じ表面積を添加したら遊泳阻害しなかったため添加量を1/3に下げた。

実験結果
1.2

毒性値（TU）

1.00.80.6

直径1～4μm

0.40.20.001000

2000

3000

4000

添加量（表面積500060007000㎟）

図：PEBとピレン同時添加のミジンコ急性毒性試験結果（表面積）

メダカと同様に添加量が増えると毒性値（TU）が下がった。
体積、個数と毒性は相関が明らかでない。
PEBの表面にピレンが吸着し、ピレンの水中濃度が下がったため毒性が低くなったと考えられる。ミジンコが食せるサイズのPEB（赤点、1～4μm）も特に毒性が強くなっていない。

まとめ• 水中ではプラスチックに疎水性水溶性化学物質が移行する。
• 生物が摂取できないサイズのMPの場合、MPが水中の化学物質を吸着するためにデトックス様の効果が現れる。
• メダカ、ミジンコ共に、サイズに関係なく、MP存在下で毒性が減少した。よって生態影響を指標とした場合はMPによる毒性削減効果はあるが、相乗（ベクター）効果はなかった。
いずれにせよ、かなりの高濃度MPを添加しないと影響は検出できない！（直径30μmで1g/L添加している）
環境中濃度ではベクター効果もデトックス効果も検出できないと思われる。

その他の結果• MPBへのPAHｓの吸着程度はそのlogKowに相関した。
• 吸着量はMP素材によって異なる
ポリプロピレン（PP）≒ポリエチレン（PE）≧ポリスチレン（PS）> >テフロン• 水生生物（メダカ、ミジンコ）はMPを摂取したが、腸管外からは見つからなかった（直径10～0.19μm）。
• メダカ成魚は最大で直径0.79㎜ビーズを0～2個/尾/日しか食べない。
• ミジンコは0.03㎜程度のMPBまで食べられるが、0.1㎜は食べられない（蛍光ビーズで確認）• 体外への排泄時間はおおよそ24時間程度（メダカ）。 ほぼ排泄される。

蛍光ポリエチレンビーズ（30µm）を曝露したミジンコ。ただし腸管に入っているのは1粒のみ

MPの物理的影響
今後の課題
MPの物理的影響はある

1.0µm

Red:0.46 µm
Black:0.19 µm

Fig. Dose-response curve of PSB

0.46µm

直径1μm以下のMPBに曝露されたミジンコ
腸管内詰まりだけでなく、体表や鰓にも付着していた。

0.46 µm : EC50 2.45mg/ml → 5.06×1010 bead/ml → 33638㎟
0.19 µm : EC50 0.87mg/ml → 2.55×1011 bead/ml → 28919㎟※ 1 µm : EC50 1 mg/ml → 2.01×109 bead/ml → 6315㎟

リスク評価に必要な項目
プラスチックごみ（2次）

マイクロプラスチック

マイクロビーズ(1次）

環境中動態
分解
安定性（凝集,凝結）

底質移行
ベクター
効果

有害性
生物(間）
移行
生物濃縮（MP,Chem.）

曝露評価
リスク評価

MoA

エンドポイント

標準生態毒性試験

高感受性
生物

ハザード
評価
20

リスク評価のシミュレーション
我々の結果＋最新の文献からわかったこと• プラスチックに化学物質がどの程度吸着しているか
文献１中の最大値で、3940ng/gのノニルフェノール（NP）が検出されている
また、文献２より、環境中から検出されたNPの最大値0.15 ng/L
なんとプラスチックには水の2.6×107倍の濃度のNPが存在している！！

3940 ng/g÷ 0.15 ng/L＝26270000＝2.6×107

文献１ Hirai, Takada et al., 2011
文献2 Kannan et al., 1998

リスク評価のシミュレーション• リスク評価の面から考察するとどうなるか

まず、摂取量を求める

メダカは餌を体重（200㎎）の10％（1日当たり）食べる（毎日20㎎）
そのうち半分がマイクロプラだとすると、10㎎/日のマイクロプラを摂取できるとする（20粒相当）
よって、1日当たりマイクロプラからのNP摂取量（過大に見積もって）は3940 ng/g×10mg/day≒40ng/day

文献１ Hirai, Takada et al., 2011

リスク評価のシミュレーション• リスク評価の面から考察するとどうなるか

毒性評価の結果からNP摂取量を求める
前述したMEOGRT（OECD No.240）で、NPの最小影響濃度（LOEC）
は1.27μg/L（文献３）
これはNPの影響量として知られている最も小さい値
メダカ一尾は1日当たり0.5Lの水を飲むとすると、水からのNP摂取量は1.27μg/L×0.5L/day=0.635μg/day=635ng/day
文献3 Watanabe et al., 2017

リスク評価のシミュレーション• リスク評価の面から考察するとどうなるか

プラスチックから摂取できるNP量40ng/day
毒性試験で水から摂取している量635ng/day
以上より、マイクロプラスチックはグラム当たりで比較すると水1gよりも多くのNPを吸着しているが、実際の摂取量は水からのほうが多いと思われる。
よって、マイクロプラスチックのベクター効果は、現象としては存在しているかもしれないが、通常の水からの摂取量のほうが明らかに多く、ベクター効果の影響は小さいと思われる。

海プラごみ問題とマイクロプラスチック、マイクロカプセル、生分解性プラスチックの関係
プラスチックごみ

解決策の一つ生分解性プラスチック（完全分解・部分分解）類
似関係なし

1次マイクロプラ
スチック

2次マイクロプラスチック

混一解決案。 同
目の角膜損
傷防止は効
果なし

マイクロカプセル

バイオ（マス）プラスチック（石油原料の節約）最後に現時点で、生体内蓄積の面からも、生態毒性の面からも、MPのベクター効果の存在は示されなかった。
今後も、さらに追加のデータを取得し明らかにしていく。
3年間LRIの皆様にお世話になりました。
どうもありがとうございました。

研究協力者の皆様
新野 竜大

株式会社ＬＳＩメディエンス

高橋 真

愛媛大学大学院農学研究科・教授

堀江 好文

神戸大学・助教

岡﨑友紀代、笠原晴海、世羅弥江子

・マイクロプラスチックの魚類へのベクター効果に関する研究（１）, 2019 第28回環境化学討論会
・マイクロプラスチックの生態影響、2019、環境ホルモン学会第22回研究発表会
・DAPHNIA ACUTE TOXICITY OF MICROPLASTICS AND THE MICROCAPSULES,SETAC Europe 29th Annual Meeting, May 2019・ Verification of vector effect by comparing the PAH intake from only water and water with microplastics in Daphnia acute test , SETAC Europe
29th Annual Meeting May 2019
・DAPHNIA ACUTE TOXICITY OF MICROPLASTICS DEPENDING ON THE SIZES, SETAC North America 40th Annual Meeting November 2019・6)Yukiyo Okazaki, Norihisa Tatarazako, Shin Takahashi, Harumi Kasahara , Yaeko Sera, Tatsuhiro Niino, Study on the Contribution ofMicroplastics to Bioaccumulation and Biological Magnification Towards Fish, SETAC North America 40th Annual Meeting, November 2019
・マイクロプラスチックの素材の違いとPAHsの吸着特性、第25回日本環境毒性学会研究発表会、2019
・マイクロプラスチックのメダカへの摂食特性と体内滞留時間、第25回日本環境毒性学会研究発表会、2019