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Medizin

Mikroplastik als neuer Umweltrisikofaktor für Gefäßentzündungen

Dienstag, 23. November 2021

/SIV Stock Studio, stock.adobe.com

Marburg – Geraten Kunststoffpartikel ins Blut, so besteht die Gefahr, dass sich die Gefäßwand entzün­det. Das zeigen erste in-vitro- und in-vivo-Studien, die Polystyrolmikroplastik als neuen Umweltrisiko­faktor für endotheliale Entzündungen identifiziert haben. Über die Ergebnisse berichten die Forschen­den der Universität Marburg in PLOS One (2021; DOI: 10.1371/journal.pone.0260181).

Das Team aus Gefäßmedizinern, Zellbiologen und Chemikern führte zunächst Experimente an Zellkul­turen durch, deren Kulturmedium mit Polystyrolpartikeln (103, 105 und 107 Partikel/ml, was 0,54 ng/ml, 54 ng/ml und 5,4 μg/ml entspricht) versetzt wurde oder 3 beziehungsweise 6 Stunden lang mit Polystyrolpartikeln stimuliert wurde.

Als Reaktion bildeten Zellen aus der Gefäßwand vermehrt Rezeptoren zur Bindung von Immunzellen aus – die Folge: Immunzellen, die normalerweise einzeln im Blut schwimmen, setzten sich in großer Zahl an der Gefäßwand fest. Die Immunzellen reagierten auf Mikroplastik, indem sie Entzündungsproteine freisetzten.

Auch die Experimente mit Mäusen konnten einen Zusammenhang zwischen Mikroplastik und Endothel­entzündungen zeigen. Mäusen im Alter von 10-12 Wochen injezierten die Forschenden einmal 2,5 mg fluoreszierende Polystyrolpartikel (1 μm, carboxyliert) oder PBS als Kontrolle intravenös. „Die Dosis liege somit in dem geschätzten Bereich unserer wöchentlichen Belastung durch Mikroplastik,“ erklärte Letztautor Karsten Grote von der Philipps-Universität Marburg dem Deutschen Ärzteblatt () auf Nachfrage.

Natürlich sei eine Maus viel kleiner und die Situation nicht vergleichbar, stellt der Leiter des Grundla­gen­wissenschaftlichen Labors des Schwerpunkts Kardiologie klar. Zudem würde auch unser Lebensstil beeinflussen, wieviel Mikroplastik der Einzelne aufnimmt – Kosmetika mit Mikroplastik oder etwa in Plastik eingepackte Lebensmittel spielen hierbei eine Rolle.

3 Stunden nach der Injektion wurde den Mäusen peripheres Blut und Leber für die Immunhistochemie sowie Aortagewebe für eine Genexpressionsanalyse entnommen. Die injizierten Kunststoffpartikel hatten sich in der Leber der Tiere angereichert, die sich daraufhin akut entzündete. Auch nach längerer Zeit fanden sich im Blut noch einzelne Plastikpartikel und Plastikanhäufungen, die von spezialisierten Immunzelllen aufgenommen worden waren. Die Gefäßwand der Aorta wieß außerdem erhöhte Entzün­dungswerte auf.

Natürliche Mikroplastikpartikel könnten einen noch stärkeren Effekt haben

„Zwar entsprechen sowohl die verabreichte, hohe Dosis als auch die direkte Injektion in die Blutbahn einem Extremfall“, schränkte die Erstautorin Ann-Kathrin Vlacil ein. „Aber dafür nehmen Plastikteilchen in der Natur giftige Stoffe auf, die einen weitaus stärkeren Entzündungseffekt auslösen können als die sterilen Partikel, die wir verwendeten.“

Durch chemische Gruppen auf ihrer Oberfläche und elektrische Ladung nehmen die Partikel verschie­den­ste Umweltfaktoren auf, erläuterte Grote und nannte einige Beispiele: Feinstaubkomponenten, Pestizide, Stickoxide, pflanzliche Allergene und vieles mehr. Daher sei der Effekt von natürlichen Mikroplastikpartikeln eher höher zu erwarten als mit den sterilen Partikeln aus ihren Experimenten.

Die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den Menschen betonte auch Albert Braeuning, Fachgruppen­leiter „Wirkungsbezogene Analytik und Toxikogenomics“ am Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR). Dem sagte er: Es bleibe zu klären, ob sich die so erzielten Ergebnisse auf den Menschen, der geringe Mengen von Mikroplastikpartikeln mit der Nahrung aufnimmt, übertragen lassen. „Gemäß einer Studie der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) ist nur von einer geringen Bioverfügbarkeit oral aufgenommener Mikroplastikpartikel auszugehen.“

Ein weiterer Punkt, der bei der Bewertung der Ergebnisse zu berücksichtigen sei, bestünde darin, dass kommerziell erhältliche Präparationen von Mikroplastikpartikeln verschiedene andere Stoffe enthalten könnten. Diese würden möglicherweise ebenfalls gesundheitliche Effekte im Tierexperiment verursachen, ergänzte Bräuning.

Inwieweit die mit Modellpartikeln erzielten Ergebnisse auf andere Partikelgrößen oder -materialien übertragbar seien, könne zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch nicht beurteilt werden.

Mögliche gesundheitliche Risiken, die aus der Exposition gegenüber Mikroplastikpartikeln resultieren könnten, werden derzeit intensiv diskutiert. Albert Braeuning, Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR)

Das Team aus Marburg sieht Mikroplastik aufgrund der aktuell publizierten Ergebnisse in PLOS One als einen neuartigen Risikofaktor für Gefäßerkrankungen. „Daher halten wir eine allgemeine Risikobewer­tung für erforderlich“, erklärt Grote.

Für eine Einordnung des BfR dürfte die Datenlage aber noch nicht ausreichen, vermutete der Natur­wissenschaftler. Diese Einschätzung teilt auch Braeuning vom BfR: Eine abschließende Risikobewertung sei auf Basis der derzeit verfügbaren Daten zur Exposition sowie zu möglichen gesundheitlichen Effekten von Mikroplastikpartikeln nicht möglich. Aber: „Mögliche gesundheitliche Risiken, die aus der Exposition gegenüber Mikroplastikpartikeln resultieren könnten, werden derzeit intensiv diskutiert.“

Bisher liegen keine weiteren Studien vor, die einen Zusammenhang zwischen Mikroplastik und Gefäß­entzündungen zeigen. Denn Mikroplastik könne in Patienten kaum nachgewiesen werden, da die Detektionsverfahren wie etwa die Spektroskopie nicht im klinischen Alttag anwendbar seien. „Vorstellbar wäre ein Nachweis an Bioopsiematerial,“ sagte Grote – was seines Wissens aber nach noch nicht gemacht wurde.

Feinstaub besteht größtenteils aus Mikroplastikpartikeln

Einige Studien können aber dennoch zu Rate gezogen werden. Denn Mikroplastikpartikel sind vor allem durch den Abrieb von Autoreifen ein Hauptbestandteil des Feinstaubs und werden so über die Lunge aufgenommen. Und für Feinstaub sei der Zusammenhang mit kardiovaskulären Erkrankungen bereits in vielen Studien untersucht worden, so Grote.

Wie Feinstaub Herz und Blutgefäße schädigt

Edinburgh – Feinstaub dringt nach dem Einatmen innerhalb weniger Stunden ins Blut, wo er noch drei Monate später nachweisbar ist. Die Partikel werden von der Leber aufgenommen und sie haben offenbar die Neigung, sich in atherosklerotischen Läsionen anzureichern, wie eine Studie in ACS Nano (2017; doi: : 10.1021/acsnano.6b08551) zeigt. Feinstaub, der bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen

Die weltweite Kunststoffproduktion erreichte im Jahr 2019 einen Umfang von 368 Millionen Tonnen, rechnet der Weltverband der Plastikhersteller vor. „Kunststoffe bieten zweifellos eine große Bandbreite an Verwendungsmöglichkeiten zu geringen Kosten“, konzedieren die Studien-Autorinnen und -Autoren um den Biologen Grote, der die Forschungsarbeiten leitete.

Polystyrol ist eines der 4 häufigsten Plastikmaterialien. Kunststoffpartikel unter 5 Millimeter Größe, also Mikroplastik, hat man an Küsten und in Ozeanen entdeckt, aber auch in Meerestieren wie Muscheln und Fisch. Selbst in menschlichen Ausscheidungen wurde schon Mikroplastik nachgewiesen. © gie/aerzteblatt.de

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