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Auf dem Mt. Everest, in der Arktis, der Tiefsee - und im Menschen: Wie krank macht Mikroplastik?

Die Forschung zu den Schäden, die Plastikpartikel in der Umwelt und im Menschen anrichten, steht noch am Anfang. Aber erste Studien geben Anlass zur Sorge.

Der Staub kam von den entlegensten Orten der USA: aus dem Joshua Tree National Park in Kalifornien, dem Wind River Range in Wyoming und neun anderen Regionen. Aber er enthielt nicht nur Pollen, Insektenbeine oder Mineralienstücke, sondern auch winzige, teils stachelförmige, teils kugelige Mikroplastikteilchen. Jede der elf Staubproben enthielt bis zu sechs Prozent der menschgemachten Stoffe, stellte ein Team von Biogeochemikern der Utah State University vor etwa zwei Jahren heraus.

Meist tauchten unter dem Mikroskop synthetische Mikrofasern auf, die beim Waschen von Kleidung freigesetzt werden. Das Forschungsteam entdeckte Mikroplastik-Teilchen, also in einer Größe von 0,0001 bis 5 Millimeter, und Nanopartikel mit einem Durchmesser von weniger als 100 Nanometern, einem Zehntausendstel Millimeter – 800mal dünner als ein menschliches Haar.

Überall stoßen Forscherinnen und Forscher mittlerweile auf Mikroplastik: in 8440 Meter Höhe im Schnee auf dem Mount Everest und in 8250 Meter Tiefe in den Ozeansedimenten, in der Antarktis ebenso wie in der Arktis, im Gewebe riffbildender Korallen, tief im Boden und sogar im menschlichen Kot – bei Kleinkindern rund zehnmal häufiger als bei Erwachsenen. Offenbar beim Dampfreinigen von Schnullern lösen sich feine Silikonpartikel, die dann von den Babys beim Milchtrinken aufgenommen werden, wie der US-Forscher Baoshan Xing von der University of Massachusetts Amherst nachwies.

Je kleiner die Partikel sind, desto größer ist der physiologische Effekt.

Mikroplastikforscher Baoshan Xing von der University of Massachusetts Amherst

Es ist nicht unwahrscheinlich, dass man Kunststoffpartikel einatmet, beim Mittagessen oder mit dem Wasser aus der Plastikflasche zu sich nimmt oder sie sich mit der Gesichtscreme in die Haut schmiert. Aber all das passiert auch mit Staubteilchen natürlicher Herkunft. Dennoch stellt sich die Frage, ob die winzigen Plastikteile die Gesundheit beeinträchtigen können.

Fresszellen nehmen die Plastikteilchen auf, aber geraten dann in Schwierigkeiten

Erste Forschungen deuten tatsächlich darauf hin. Eindeutige Belege gibt es jedoch bislang nicht, auch weil die bisherigen wissenschaftlichen Studien an Mäusen und Zellkulturen oder mit Kotproben durchgeführt wurden. Dennoch meint der Immunologe Eliseo Castillo: „Nanoplastikpartikel stellen ebenso wie Mikroplastik eine Gefahr für die Zellgesundheit dar.“ Je kleiner die Plastikteilchen sind, desto leichter können sie im ganzen Körper zirkulieren, sagt der Professor für Molekulare Genetik und Mikrobiologie an der Universität von New Mexiko.

Schon länger bekannt ist, dass bestimmte Grundstoffe von Plastik, wie Bisphenol A, Gesundheitsrisiken bergen. Bisphenol A hat im Körper hormonelle Wirkung. Bereits in winzigen Mengen greift der Stoff in den menschlichen Hormonhaushalt ein und stört etwa die Sexualentwicklung. Dennoch ist er in vielen Alltagsgegenständen enthalten: in Babyschnullern, Plastikgeschirr, Konservendosen und im Thermopapier der Kassenbons.

Wo dieser Stoff im Körper bleibt, haben Charles Rolsky und Varun Kelkar von der Arizona State University an 47 menschlichen Gewebeproben aus Niere, Lunge, Milz, Fettgewebe und Leber untersucht. In allen Proben fanden sie sowohl Mikro- und Nanoplastik als auch Bisphenol A. „Wir möchten nicht alarmistisch sein, aber es ist schon besorgniserregend, dass diese biologisch nicht abbaubaren Materialien, die überall vorhanden sind, auch in menschliches Gewebe eindringen und sich dort ansammeln können und wir die möglichen Gesundheitseffekte nicht kennen“, sagt Kelkar.

© Grafik: Tagesspiegel/Bartel | Quelle: dpa (Umweltbundesamt)

Mögliche Gesundheitseffekte eines weiteren Zusatzstoffes, des Phtalats, der als Weichmacher dient und spröde Kunststoffe wie PVC elastisch macht, fanden US-Wissenschaftler in einer Studie mit Mäusen. Dieses Phtalat dockt an einen Rezeptor im Darm der Tiere an und veranlasst auf diese Weise, dass vermehrt Proteine gebildet werden, die für die Cholesterinaufnahme und den Cholesterintransport erforderlich sind. Das hat zur Folge, dass die Werte für Cholesterin im Blut der Mäuse ansteigen und damit möglicherweise auch ihr Risiko für Herzgefäßerkrankungen.

Selbst wenn Mikroplastik selbst nicht giftig sein sollte, kann es langlebigen, giftigen Substanzen als Vehikel dienen. Beispielsweise können sich ringförmig aufgebaute Kohlenwasserstoffe (polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, PAK) aus Weichmacherölen an Mikroplastikpartikel anlagern und so über Wasser und Nahrung in den menschlichen Körper gelangen. Ungeklärt ist bislang, ob sich diese Kohlenwasserstoffe wieder von den Partikeln ablösen und was sie dann im Körper machen. Zahlreiche PAK sind laut Umweltbundesamt krebserregend. Sie finden sich oft in Kunststoffen aus Gummi oder Weich-PVC sowie in schwarzen Kunststoffen. Bis Anfang 2010 wurden PAK-haltige Weichmacheröle auch in Autoreifen eingesetzt.

Auch im Berliner Schlachtensee: Mikroplastik-Partikel.
Auch im Berliner Schlachtensee: Mikroplastik-Partikel.
© BAM

Der bisherige Wissenstand legt nahe, dass Mikroplastik samt Begleitstoffen besser vermieden werden sollte. Bei Versuchen mit Mäusen, die Polystyrol mit ihrem Trinkwasser aufnahmen, zeigte sich, dass Mikroplastik abhängig von der Größe der Partikel sogar bis ins Gehirn vordringen und eine neurotoxische Wirkung haben kann. Partikel, die kleiner als zwei Mikrometer sind, gelangen durch die Blut-Hirn-Schranke, die das Gehirn vor Gefahren aus dem restlichen Körper abschotten soll. Zwar verleiben sich die Fresszellen des Immunsystems im Gehirn, die sogenannten Mikrogliazellen, die fremden Partikel ein.

Die Partikel transportieren Schadstoffe und sogar Resistenzen gegen Antibiotika

Damit ist das Problem aber nicht unbedingt gelöst, ergaben Untersuchungen an menschlichen Mikrogliazellkulturen. Ihre Plastikfracht veranlasst die Mikrogliazellen dazu, vermehrt Entzündungsbotenstoffe zu produzieren. Manche starteten sogar ihr Selbstmordprogramm. Fresszellen gibt es aber nicht nur im Gehirn.

Der Immunologe Eliseo Castillo wollte wissen, wie sich das Mikroplastik auf die Fresszellen auswirkt, die normalerweise in Lunge und Darm auf der Lauer liegen, um etwaige Eindringlinge unschädlich zu machen. „Drei Tage nachdem die Fresszellen sich Polystyrolpartikel einverleibt hatten, waren die Kunststoffpartikel immer noch nicht abgebaut“, berichtet Castillo. Normalerweise verarbeiten die Fresszellen von Mäusen, bei denen die Tests stattfanden, die aufgenommenen Zellreste, Bakterien oder Viren sehr zügig.

Außerdem verlangsamt das Mikroplastik offenbar den Energiestoffwechsel der Fresszellen, beschrieb Castillos Team kürzlich im Fachmagazin „Cell Biology and Toxicology“. Statt Sauerstoff zu nutzen, schalten die plastikbeladenen Fresszellen auf einen alternativen Stoffwechselweg um, die Glykolyse, die allerdings einen geringeren Energieertrag hat. Das wiederum wirkt sich auf die Immunreaktion aus, denn anders als bei der Zellatmung entstehen bei der Glykolyse entzündungsfördernde Moleküle (Zytokine).

Darm ohne Charme, aber mit Plastik

Wird im Darm weniger Sauerstoff verbraucht, hat das auch Folgen für die Darmflora, die Bakterien, von denen viele nur in einer sauerstofffreien Umgebung leben können. Die Vielfalt der Bakterienarten im Darm, Diversität genannt, wird deshalb kleiner, wenn der Sauerstoffgehalt im Darm zunimmt. Das ist ungünstig, denn je größer die Darmbakterienvielfalt ist, desto gesünder ist der Mensch.

Auch in Zellen, die sich an der Hautoberfläche oder an der Innenseite von Hohlorganen befinden und eine Barriere gegen Eindringlinge bilden, kommt es durch Mikroplastik wohl zu Stoffwechselveränderung. Noch unveröffentlichte Untersuchungen Castillos an Mäusen zeigen, dass Mikroplastik wahrscheinlich nicht zu einer akuten Entzündung führt. Wohl aber seien Mikroplastikfasern langfristig schädlich für die Tiere, weil sie eine chronische Reizung des Darmgewebes verursachen.

„Wenn die Darmmikrobiota sich im Laufe der Zeit verändert, kann das auch zu Veränderungen der Epithelzellen, der obersten Zellschicht der Darmwand, sowie des Immunsystems im Darm führen“, sagt Castillo. Die Zellschicht wird durchlässig, weil die enge Verbindung zwischen den Zellen geschädigt wird. „Die Mikroplastik-Exposition führt möglicherweise nicht direkt zu deutlichen Anzeichen einer Entzündung, könnte aber mit der Zeit eine chronische Entzündung verursachen.“ Im Hinblick auf chronisch entzündliche Darmerkrankungen, Fettleibigkeit und Typ 2-Diabetes könnten die Veränderungen der Darmmikrobiota aufgrund des Mikroplastiks sehr wichtig sein, sagt Castillo.

Auch Pilze wachsen auf Mikroplastik-Partikeln. Auf elektronenmikroskopischen Bildern der Universität Bayreuth ist zu erkennen, wie Pilzsporen entlang eines Risses in einem Mikroplastik-Partikel wachsen.
Auch Pilze wachsen auf Mikroplastik-Partikeln. Auf elektronenmikroskopischen Bildern der Universität Bayreuth ist zu erkennen, wie Pilzsporen entlang eines Risses in einem Mikroplastik-Partikel wachsen.
© UBT / Abteilung Mykologie

Der Forscher hält es für möglich, dass der Körper nicht mehr in der Lage ist, angemessen auf virusbedingte Atemwegsinfektionen zu reagieren, weil Makrophagen mit verändertem Stoffwechsel möglicherweise zu stark oder gar nicht reagieren oder sich nach Beseitigung der Infektion nicht deaktivieren.

Das sind viele mögliche Auswirkungen, aber noch relativ wenig klare Ergebnisse. Das weiß auch Castillo und sieht noch viel Forschungsbedarf. „Wir haben gerade erst begonnen, an der Oberfläche all jener Probleme zu kratzen, vor die Mikroplastik uns und künftige Generationen stellt.“

Ein Strauß kaum erforschter Auswirkungen

Welche Risiken das alles sein können, liegt nicht auf der Hand. So könnte Mikroplastik auch unsere aktuelle Antibiotikakrise vergrößern. Cheeseburger-Behälter aus Polystyrol etwa können, wenn sie in Mikroplastik zerfallen, sowohl ein Transportmittel für zahlreiche Bakterien sein, als auch für Erbmaterial, das Resistenzgene gegen Antibiotika enthält. Darauf deuten Analysen von Wissenschaftlern der Rice Universität in Texas hin. Denn wenn Plastik nach und nach zerfällt, werden Chemikalien freigesetzt, die die Zellmembran der Bakterien durchlässig machen. Erbgutmoleküle mit Resistenzgenen können in die Bakterien gelangen, die dann widerstandsfähiger gegen bestimmte Antibiotika sind.

Auch die Stabilität von Zellmembranen kann leiden, wenn ein bis zehn Mikrometer kleine Partikel die Zellmembran dehnen. Zellmembranen bestehen aus vielen nebeneinanderstehenden Lipidmolekülen. Druck schafft hier ein Durcheinander und kann zur Folge haben, dass die Membran reißt. Das sind Folgen der Partikel selbst.

Dazu kommen noch weitere Effekte. „Mittels ihrer chemischen Gruppen und der elektrischen Oberflächenladung nehmen die Kunststoffpartikel giftige Stoffe wie Pestizide, Stickoxide, pflanzliche Allergene und Feinstaubbestandteile mit“, sagt der Biologe Karsten Grote von der Philipps-Universität Marburg, der den Einfluss von Mikroplastik auf Blutgefäße erforscht. „Solche beladenen Kunststoffpartikel könnten deshalb einen weitaus stärkeren Entzündungseffekt an den Gefäßen auslösen als in die Blutbahn injizierte sterile Partikel.“

Bisher legen Studien also nahe, dass Mikroplastik unter bestimmten Bedingungen gesundheitsschädliche Auswirkungen haben könnte. Doch gerade für die besonders kleinen Teilchen im Nano-Bereich fehlen noch standardisierte Analysemethoden. „Konventionelle Techniken sind nicht fähig, diese kleinen Mikroplastikpartikel zu entdecken,“, sagt der Mikroplastikforscher Baoshan Xing von der University of Massachusetts Amherst, aber: „je kleiner die Partikel sind, desto größer ist der physiologische Effekt“.

Deshalb fehlen für eine echte Bewertung der von Mikroplastik ausgehenden Gesundheitsrisiken derzeit noch zuverlässige Daten. Einhellig fordern nationale und internationale Gesundheitsbehörden wie die Weltgesundheitsorganisation, die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit und das Bundesinstitut für Risikobewertung mehr Forschung.

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