DOI: https://doi.org/10.3389/ftox.2026.1699288
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41625438
تاريخ النشر: 2026-01-15
المؤلف: Samuel Abiodun Kehinde وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبلاستيك وتلوث البلاستيك
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثير الميكروبلاستيك من البولي إيثيلين (PE-MPs) على سمية الإنجاب لدى الذكور، مع التركيز على وظيفة الميتوكوندريا في الخصيتين لدى الفئران من نوع ويستار. تكشف الأبحاث أن التعرض لـ PE-MPs يؤدي إلى ضعف يعتمد على الجرعة في الطاقة الحيوية للميتوكندريا، مما يؤثر بشكل خاص على أنشطة إنزيمات دورة حمض الكربوكسيليك (TCA) ومجمعات سلسلة نقل الإلكترون. ومن الجدير بالذكر أن أنشطة إنزيم السترات سينثاز (CS) وإنزيم السكسينات ديهيدروجيناز (SDH) تم تثبيطها بنسبة تصل إلى 50% عند أعلى جرعة، مما يشير إلى اضطراب كبير في تخليق ATP. بالإضافة إلى ذلك، تم المساس بتوازن الأكسدة والاختزال في الميتوكوندريا، كما يتضح من ارتفاع مستويات المالونديالديهايد (MDA) وإنزيم الميالوبيروكسيداز (MPO)، إلى جانب نقص في الجلوتاثيون المختزل (GSH) وإنزيم الكاتالاز (CAT) وإنزيم سوبر أكسيد ديسموتاز (SOD).
ترتبط النتائج بخلل الميتوكوندريا مع علامات نسيجية لتدهور الخصية وانخفاض مستويات التستوستيرون، مما يشير إلى أن PE-MPs تؤثر سلبًا على الفسفرة التأكسدية في الخصية وتوازن الأكسدة والاختزال. يؤدي هذا الاضطراب إلى ضغط أكسدي والتهاب، مما يهدد جودة الحيوانات المنوية وإنتاج التستوستيرون. تؤكد الدراسة على الحاجة الملحة لمزيد من الأبحاث حول المخاطر الإنجابية المرتبطة بالتعرض للميكروبلاستيك البيئي وتبرز أهمية تدخلات الصحة العامة وتنظيمات بيئية أكثر صرامة للتخفيف من هذه المخاطر.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على القضية المنتشرة للميكروبلاستيك (MPs)، وخاصة الميكروبلاستيك من البولي إيثيلين (PE-MPs)، كملوثات بيئية كبيرة نتيجة لتدهور المنتجات البلاستيكية. يتم اكتشاف PE-MPs بشكل متكرر في مصفوفات بيئية مختلفة، بما في ذلك الطعام والماء والعينات البيولوجية البشرية، مما يثير القلق بشأن تأثيراتها الصحية المحتملة. يسمح حجمها الصغير واستقرارها الكيميائي باختراقها الحواجز البيولوجية والتراكم في الأعضاء الحيوية، مع التركيز بشكل خاص على تأثيراتها على الصحة الإنجابية والوظائف الغدد الصماء.
تؤكد الدراسة على الضعف الفريد للخصيتين تجاه السموم الميتوكوندرية بسبب احتياجاتها العالية من الطاقة لتكوين الحيوانات المنوية، والذي يعتمد بشكل كبير على الفسفرة التأكسدية الميتوكوندرية. على الرغم من الوعي المتزايد بسمية الإنجاب الناتجة عن الميكروبلاستيك، هناك نقص ملحوظ في الأبحاث التي تتناول بشكل خاص تأثيرات PE-MPs على وظيفة الميتوكوندريا في الخصية. تهدف هذه الدراسة إلى سد هذه الفجوة من خلال التحقيق بشكل منهجي في كيفية تأثير التعرض لـ PE-MPs على الفسفرة التأكسدية في الخصية، وتوازن الأكسدة والاختزال، وعلامات الكيمياء الحيوية لوظيفة الخصية في الفئران من نوع ويستار، باستخدام تحليل شامل للإنزيمات الرئيسية المعنية في دورة حمض الكربوكسيليك (TCA) وسلسلة نقل الإلكترون، إلى جانب علامات الضغط التأكسدي والتقييمات النسيجية.
الطرق
في هذه الدراسة، تم تكييف خمسة عشر فأرًا من نوع ويستار (180-200 جرام، عمره 8 أسابيع) لمدة سبعة أيام في بيئة محكومة قبل أن يتعرضوا للتعرض الفموي للميكروبلاستيك من البولي إيثيلين (PE-MPs). تم تقسيم الفئران إلى ثلاث مجموعات من خمسة: مجموعة ضابطة تتلقى محلول ملحي عادي ومجموعتين تجريبيتين تتلقيان PE-MPs بجرعات 15 ملغ/كغ و60 ملغ/كغ، على التوالي، على مدى 28 يومًا. تم إجراء تخصيص عشوائي للمجموعات باستخدام التوزيع العشوائي البسيط، وتم إخفاء المعالجين الذين يقومون بتحليل الحيوانات المنوية، والتقييمات النسيجية، والاختبارات الكيميائية الحيوية عن التعيينات العلاجية لتقليل التحيز.
تم إعداد PE-MPs عن طريق تعليق الجرعات المطلوبة في مركب يتكون من 0.5% (وزن/حجم) من السليلوز الكربوكسي ميثيل (CMC) في محلول ملحي معقم، مع 0.02% (حجم/حجم) من Tween-80 لتعزيز التشتت. تم إخضاع التعليق لحمام صوتي لمنع التكتل وتم فحصه بصريًا قبل الإدارة. تلقى كل فأر حجم تغذية قدره 1 مل/100 جرام من وزن الجسم، مع فحوصات جاذبية لضمان دقة الجرعات. طوال فترة الدراسة، تم مراقبة الحيوانات بحثًا عن علامات سريرية وتغيرات في وزن الجسم، ولم يتم ملاحظة أي آثار سلبية خلال فترة التعرض. تم إبلاغ نظام الجرعات من الدراسات السابقة، واتبعت جميع الإجراءات الإرشادات الأخلاقية كما وافق عليها لجنة المراجعة الأخلاقية في جامعة أجايي كروثر.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج المستمدة من التجارب أو التحليلات التي أجريت. يوضح النتائج الناتجة عن اختبارات مختلفة، مع تسليط الضوء على البيانات الإحصائية الهامة والاتجاهات التي لوحظت في الدراسة. تشمل النتائج الرئيسية تحديد العلاقات بين المتغيرات، وفعالية التدخلات، أو التحقق من النماذج النظرية.
قد يتضمن القسم أيضًا تمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول لتوضيح البيانات بوضوح، مما يسمح بتفسير النتائج بسهولة أكبر. بشكل عام، تساهم النتائج في مجموعة المعرفة الحالية وقد يكون لها آثار على الأبحاث المستقبلية أو التطبيقات العملية في المجال المعني.
المناقشة
تدرس الدراسة سمية الإنجاب للميكروبلاستيك من البولي إيثيلين (PE-MPs) في ذكور الفئران من نوع ويستار، كاشفة عن تأثيرات كبيرة تعتمد على الجرعة على وظيفة الخصية والطاقة الحيوية للميتوكندريا. بعد 28 يومًا من التعرض لـ PE-MPs، تشمل النتائج الرئيسية انخفاضات ملحوظة في أنشطة الإنزيمات الميتوكوندرية المعنية في دورة حمض الكربوكسيليك (TCA) وسلسلة نقل الإلكترون (ETC)، وخاصة إنزيم السترات سينثاز (CS)، وإنزيم الإيزوسيتريت ديهيدروجيناز (IDH)، وإنزيم السكسينات ديهيدروجيناز (SDH). تشير هذه الانخفاضات، إلى جانب انخفاض أنشطة مجمعات ETC I-IV، إلى ضعف كبير في الفسفرة التأكسدية الميتوكوندرية، وهو أمر حاسم لإنتاج ATP اللازم لتكوين الحيوانات المنوية. يرتبط الخلل الميتوكوندري الملاحظ بزيادة الضغط التأكسدي، كما يتضح من ارتفاع مستويات المالونديالديهايد (MDA) وانخفاض أنشطة إنزيمات مضادات الأكسدة، بما في ذلك سوبر أكسيد ديسموتاز (SOD) والكاتالاز (CAT).
بالإضافة إلى ذلك، تفيد الدراسة بانخفاضات كبيرة في حيوية الحيوانات المنوية، والحركة، وسلامة الشكل، إلى جانب انخفاض مستويات التستوستيرون وأوزان الأعضاء التناسلية، مما يشير إلى ضعف القدرة على الإنجاب. تؤكد التحليلات النسيجية مزيدًا من الاضطرابات الشديدة في بنية الخصية، مع انخفاض خلايا تكوين الحيوانات المنوية وزيادة الوذمة بين الأنسجة. مجتمعة، تؤكد هذه النتائج التأثير الضار لـ PE-MPs على صحة الإنجاب لدى الذكور، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من التحقيق في الآليات الكامنة وراء سمية الميكروبلاستيك وآثارها على الصحة البيئية.
القيود
تقدم هذه الدراسة عدة قيود كبيرة تؤثر على تفسير نتائجها. من الجدير بالذكر أن المعلمات الرئيسية مثل تنفس الميتوكوندريا، وإنتاج ATP، والجهد الكهربائي الغشائي، وتوليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، وإشارات الموت المبرمج لم يتم قياسها بشكل مباشر، مما يقيد الرؤى الميكانيكية التي يمكن استخلاصها من النتائج. بالإضافة إلى ذلك، كانت الجرعات المستخدمة في التجارب أعلى من مستويات التعرض البيئية النموذجية، مما يشير إلى أنه ينبغي اعتبارها جرعات تحدي ميكانيكية بدلاً من مؤشرات مباشرة لمخاطر الإنسان.
لتحسين الفهم الميكانيكي والملاءمة البيئية للأبحاث المستقبلية، من الضروري دمج منهجيات متقدمة مثل قياس التنفس عالي الدقة، وتصوير الميتوكوندريا، والتحليلات الجزيئية للمسارات الستيرويدية، إلى جانب نماذج التعرض المزمن بجرعات منخفضة. علاوة على ذلك، اعتمد تقييم الحيوانات المنوية على طرق التقييم البصري، التي تفتقر إلى دقة تحليل الحيوانات المنوية بمساعدة الكمبيوتر (CASA). يجب أن تدمج الدراسات المستقبلية CASA وتستخدم جرعات أقل ومزمنة لتحسين الملاءمة الترجمية ودقة بيانات الحركة.
DOI: https://doi.org/10.3389/ftox.2026.1699288
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41625438
Publication Date: 2026-01-15
Author(s): Samuel Abiodun Kehinde et al.
Primary Topic: Microplastics and Plastic Pollution
Overview
This study investigates the impact of polyethylene microplastics (PE-MPs) on male reproductive toxicity, focusing on testicular mitochondrial function in Wistar rats. The research reveals that exposure to PE-MPs leads to a dose-dependent impairment of mitochondrial bioenergetics, specifically affecting the activities of tricarboxylic acid (TCA) cycle enzymes and electron transport chain complexes. Notably, citrate synthase (CS) and succinate dehydrogenase (SDH) activities were inhibited by up to 50% at the highest dose, indicating significant disruption of ATP synthesis. Additionally, mitochondrial redox balance was compromised, evidenced by elevated levels of malondialdehyde (MDA) and myeloperoxidase (MPO), alongside a depletion of reduced glutathione (GSH), catalase (CAT), and superoxide dismutase (SOD).
The findings correlate mitochondrial dysfunction with histological signs of testicular degeneration and reduced testosterone levels, suggesting that PE-MPs adversely affect testicular oxidative phosphorylation and redox homeostasis. This disruption leads to oxidative and inflammatory stress, ultimately compromising sperm quality and testosterone production. The study underscores the critical need for further research into the reproductive risks associated with environmental microplastic exposure and highlights the importance of public health interventions and stricter environmental regulations to mitigate these risks.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the pervasive issue of microplastics (MPs), particularly polyethylene microplastics (PE-MPs), as significant environmental contaminants resulting from the degradation of plastic products. PE-MPs are frequently detected in various environmental matrices, including food, water, and human biological samples, raising concerns about their potential health impacts. Their small size and chemical stability allow them to penetrate biological barriers and accumulate in vital organs, with particular emphasis on their effects on reproductive health and endocrine functions.
The study underscores the unique vulnerability of the testes to mitochondrial toxicants due to their high energy demands for spermatogenesis, which relies heavily on mitochondrial oxidative phosphorylation. Despite the growing awareness of microplastic-induced reproductive toxicity, there is a notable lack of research specifically addressing the effects of PE-MPs on testicular mitochondrial function. This study aims to fill this gap by systematically investigating how exposure to PE-MPs affects testicular oxidative phosphorylation, redox homeostasis, and biochemical markers of testicular function in Wistar rats, utilizing a comprehensive analysis of key enzymes involved in the tricarboxylic acid (TCA) cycle and electron transport chain, alongside oxidative stress markers and histological assessments.
Methods
In this study, fifteen male Wistar rats (180-200 g, 8 weeks old) were acclimatized for seven days in a controlled environment before being subjected to oral exposure to polyethylene microplastics (PE-MPs). The rats were divided into three groups of five: a control group receiving normal saline and two experimental groups receiving PE-MPs at doses of 15 mg/kg and 60 mg/kg, respectively, over a 28-day period. Random allocation to groups was performed using simple randomization, and investigators conducting sperm analysis, histological evaluations, and biochemical assays were blinded to the treatment assignments to reduce bias.
PE-MPs were prepared by suspending the required doses in a vehicle consisting of 0.5% (w/v) carboxymethyl cellulose (CMC) in sterile normal saline, with 0.02% (v/v) Tween-80 to enhance dispersion. The suspension was subjected to bath sonication to prevent aggregation and was visually inspected prior to administration. Each rat received a gavage volume of 1 mL/100 g body weight, with gravimetric checks ensuring accurate dosing. Throughout the study, animals were monitored for clinical signs and body weight changes, with no adverse effects observed during the exposure period. The dosing regimen was informed by previous studies, and all procedures adhered to ethical guidelines as approved by the Ethical Review Committee of Ajayi Crowther University.
Results
The “Results” section of the research paper presents the findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of various tests, highlighting significant statistical data and trends observed in the study. Key results include the identification of correlations between variables, the effectiveness of interventions, or the validation of theoretical models.
The section may also include visual representations such as graphs or tables to illustrate the data clearly, allowing for easier interpretation of the results. Overall, the findings contribute to the existing body of knowledge and may have implications for future research or practical applications in the relevant field.
Discussion
The study investigates the reproductive toxicity of polyethylene microplastics (PE-MPs) in male Wistar rats, revealing significant dose-dependent effects on testicular function and mitochondrial bioenergetics. Following 28 days of exposure to PE-MPs, key findings include marked reductions in the activities of mitochondrial enzymes involved in the tricarboxylic acid (TCA) cycle and electron transport chain (ETC), specifically citrate synthase (CS), isocitrate dehydrogenase (IDH), and succinate dehydrogenase (SDH). These reductions, alongside diminished activities of ETC complexes I-IV, indicate substantial impairment of mitochondrial oxidative phosphorylation, which is critical for ATP production necessary for spermatogenesis. The observed mitochondrial dysfunction correlates with increased oxidative stress, evidenced by elevated malondialdehyde (MDA) levels and decreased antioxidant enzyme activities, including superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT).
Additionally, the study reports significant declines in sperm viability, motility, and morphological integrity, alongside reduced testosterone levels and reproductive organ weights, suggesting compromised fertility potential. Histopathological analysis further confirms severe disruptions in testicular architecture, with diminished spermatogenic cells and increased interstitial edema. Collectively, these findings underscore the detrimental impact of PE-MPs on male reproductive health, highlighting the need for further investigation into the mechanisms underlying microplastic toxicity and its implications for environmental health.
Limitations
This study presents several significant limitations that affect the interpretation of its findings. Notably, key parameters such as mitochondrial respiration, ATP production, membrane potential, reactive oxygen species (ROS) generation, and apoptotic signaling were not directly measured, which constrains the mechanistic insights that can be drawn from the results. Additionally, the doses used in the experiments were higher than typical environmental exposure levels, suggesting that they should be viewed as mechanistic challenge doses rather than direct indicators of human risk.
To enhance the mechanistic understanding and environmental relevance of future research, it is crucial to incorporate advanced methodologies such as high-resolution respirometry, mitochondrial imaging, and molecular analyses of steroidogenic pathways, along with chronic low-dose exposure paradigms. Furthermore, the evaluation of sperm relied on visual scoring methods, which lack the precision of computer-assisted sperm analysis (CASA). Future studies should integrate CASA and utilize lower, chronic dosing to improve translational relevance and the accuracy of kinematic data.