Aufnahme von Mikroplastik

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Mikroplastik aus Flussedimenten.
Mikroplastik und andere Müllpartikel aus Sedimenten mitteleuropäischer Flüsse. Abbildung von Martin Wagner et al. (CC BY 4.0).

Mikroplastik ist in allen Ökosystemen weit verbreitet.

Laut aktueller Prognosen werden bis zum Jahr 2050 circa 12 Milliarden Tonnen Kunststoffabfälle auf Deponien oder in der Natur landen, 2015 waren es 4,9 Milliarden Tonnen – das entsprach im Jahr 2015 circa 60% aller jemals hergestellten Kunststoffe. [a, b]

Die Umweltauswirkungen der Verschmutzung durch Mesoplastik (5 – 20 mm) und Makroplastik (> 20 mm) auf große Meeresorganismen sind gut dokumentiert. In jüngerer Zeit wurden auch die Auswirkungen der Verschmutzung durch Mikroplastik (< 5 mm) untersucht. [b]

Primäres Mikroplastik umfasst bewusst hergestelltes Mikroplastik wie kosmetische Mikrokügelchen, textile Mikrofasern und bei der Nutzung von synthetischen Materialien anfallende Bruchstücke. Sekundäres Mikroplastik resultiert aus dem Zerfall größerer Kunststoffabfälle (vgl. hierzu auch diese Infografik). [a, b]

Den größten Anteil am weltweiten Mikroplastik liefern Partikel, die beim Waschen synthetischer Textilien und beim Abrieb von Autoreifen entstehen (prim. Mikroplastik). [d]

Mikroplastik kann in vielen Lebewesen gefunden werden. Einmal eingenommen können Mikroplastikpartikel den Nahrungsverbrauch senken und die Sterblichkeit erhöhen. [b]

Mikroplastik in Nahrungsmitteln

Eine wachsende Zahl von Beweisen deutet darauf hin, dass Mikroplastik über die gesamte Nahrungskette, über die Umwelt und Kontaminationen während der Produktion und / oder durch Kunststoffverpackungen in Lebensmitteln zu finden ist. [a]

Mikroplastikpartikel mit einem Durchmesser von weniger als 130 μm können in menschliches Gewebe gelangen und eine lokalisierte Immunantwort auslösen. Mikroplastikpartikel können Monomere und giftige Chemikalien, die während der Kunststoffherstellung zugesetzt werden, und Schadstoffe, die aus der Umwelt absorbiert werden, einschließlich Schwermetalle [2] und persistente, freigesetzte organische Schadstoffe wie PCBs und DDT, an den Körper abgeben. [a]

Mikroplastikaufnahme durch den Menschen

Kumulative Exposition des Menschen

Die Mikroplastikforschung steckt noch in den Kinderschuhen. Cox et al. fassten in „Human Consumption of Microplastics“ die Ergebnisse von 26 Studien zusammen und ermittelten daraus die durchschnittlichen Mikroplastikkonzentrationen für verschiedene Nahrungsmittel: [a]

  • Meeresfrüchte = 1,48 Partikel / g,
  • Zucker = 0,44 Partikel / g,
  • Honig = 0,10 Partikel / g,
  • Salz = 0,11 Partikel / g,
  • Alkohol = 32,27 Partikel / L.
  • Flaschenwasser = 94,37 Partikel / L,
  • Leitungswasser = 4,23 Partikel / L und
  • Luft = 9,80 Partikel / m3.

Die untersuchten Studien deckten ca. 15 % der Nahrungsmittel ab, die zur durchschnittlichen Kalorienaufahme von Nordamerikanern beitragen. [a] [1]

Dadurch ergibt sich nach Cox et al. für die amerikanische Bevölkerung: [a]

  Jungen Männer Mädchen Frauen
Tägliche Aufnahme (Zahl von Partikeln) 113 142 106 126
Jährliche Aufnahme (Zahl von Partikeln) 41.000 52.000 39.000 46.000
Zusätzliche tägliche Aufnahme durch Inhalation (Zahl von Partikeln) 110 170 97 132
Zusätzliche jährliche Aufnahme durch Inhalation (Zahl von Partikeln) 40000 62000 35000 48000
Gesamte jährliche Aufnahme (Zahl von Partikeln) 81000 121000 74000 98000

Der Verbrauch von Luft, Flaschenwasser und Meeresfrüchten trägt nach Cox et al. den größten Anteil zu der Aufnahme von Mikroplastik bei. [a]

Die Zahl der Mikroplastikpartikel, die durch Einatmen aufgenommen werden, unterlagen großen Schwankungen (von 2,09 bis 17,75 Partikel pro Kubikmeter Luft). [a] Zugesetzter Zucker (einschließlich Honig) trug wesentlich weniger, aber immer noch beträchtliche Mengen zur Gesamtaufnahme bei. [a]

Kochsalz hatte eine durchschnittliche Mikroplastikkonzentration von 0,11 Partikeln pro Gramm, während Alkohol und Leitungswasser eine durchschnittliche Konzentration von 32 bzw. 4,2 Partikeln pro Liter hatten. Das führt zu weniger als 5 aufgenommenen Partikeln pro Tag aufgrund der Salzaufnahme; weniger als 1 Partikel, die pro Tag durch Alkohol aufgenommen werden und weniger als 14 Partikel pro Tag aus Leitungswasser. Die Mikroplastikaufnahme verändert sich erheblich, je nach dem, ob der Wasserbedarf ausschließlich durch Leitungswasser (4 Partikel / L) oder durch Flaschenwasser (94 Partikel / L) gedeckt wird. Das Trinken von Flaschenwasser führte in den untersuchten Studien zu einer durchschnittlichen täglichen Mikroplastikaufnahme von 246 Partikel pro Tag. Gemittelt über alle Bevölkerungsgruppen beträgt die jährliche Aufnahme von Mikroplastikpartikeln aus Trinkwasser schätzungsweise 90.000 Partikel, wenn nur Flaschenwasser konsumiert wird, und 4.000 Partikel, wenn nur Leitungswasser konsumiert wird – ein 22-facher Unterschied.

Es gibt jedoch große Unterschiede in Bezug auf die Konzentration von Mikroplastik in verschiedenen Wasserquellen; diese Ungleichheit ist die Folge sich rasch entwickelnder Methoden. So setzten zum Beispiel Mason et al. die Nile-Red-Färbung und automatisierte Bildanalyse ein, um Partikel mit einer Größe von nur 6,5 μm zu analysieren. Eine solche kleine Partikelgröße konnte bisher von den meisten Studien nicht erkannt werden. [a]

Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass amerikanische Erwachsene und Kinder, die die durchschnittlichen Lebensmittelmengen konsumieren und bisher auf Mikroplastik untersucht wurden, zwischen 81.000 und 123.000 Partikel pro Jahr ausgesetzt sind. [a]

Unabhängig vom untersuchten Lebensmittel bestand die überwiegende Mehrheit der aufgenommenen Mikroplastikpartikel aus Fasern – Bruchstücke waren die zweithäufigste Art von Mikroplastikpartikeln. [a]

Das Einatmen von Mikroplastik scheint das größte Expositionsrisiko für Erwachsene und das Trinken von Flaschenwasser das größte Expositionsrisiko für Kinder zu sein. [a]

Es gibt Bedenken, ob inhalierte Mikroplastikpartikel tatsächlich aufgenommen werden. Sofern die inhalierten Partikel jedoch nicht aus den Mund- oder Nasenöffnungen gehustet oder geniest werden, gelangen sie entweder in das Verdauungssystem oder verbleiben in der Lunge, was darauf hindeutet, dass die meisten inhalierten Partikel letztendlich aufgenommen werden. [a]

Einschränkungen

Mikroplastik in Zahnpasta.
10–30 Mikrometer kleine Kunststoffkügelchen aus Polyethylen in einer Zahnpasta. Abbildung von Dantor (CC BY-SA 3.0)

Die Mikroplastikforschung steckt noch in den Kinderschuhen. In der verfügbaren Literatur gibt es erhebliche Unterschiede, was die Methoden anbelangt – daher ist die Aussagekraft häufig eingeschränkt. Die Übersichtsstudie von Cox et al. berücksichtigt zum Beispiel nicht die große Partikelzahl, die während der Nahrungszubereitung hinzukommt. Auch lagen den Autoren keine Zahlen über die Mikroplastikaufnahme durch den Verzehr vieler häufig konsumierter Lebensmittel wie Rindfleisch, Geflügel, Milchprodukte, Getreide und Gemüse vor, da viele Hauptnahrungsmittelgruppen (z. B. Geflügel, Rindfleisch, Milchprodukte, Getreide, Gemüse) bisher von keinem Forscher auf ihren Gehalt an Mikroplastikpartikeln untersucht wurden. Das macht es schwierig, das relative Expositionsrisiko zu erkennen. [a]

Auch fehlen Zahlen zum Gehalt von Mikroplastikpartikeln durch Lebensmittel, die mit Kunststoffverpackungen verkauft werden. [a]

Eine weitere wichtige Einschränkung der Datenlage besteht darin, dass viele Studien, in denen die Mikroplastik-Konzentrationen in zugesetzten Zuckern quantifiziert wurden, keine spektroskopische oder thermische Analyse zur Verifizierung visuell identifizierter Partikel als Kunststoff verwendeten. Daher werden diese Zahlen wahrscheinlich zu hoch eingeschätzt. [a]

Die Konzentrationsschätzungen für Mikroplastikpartikel in der Luft stammen aus lediglich zwei Studien. Weitere Untersuchungen der Mikroplastikkonzentrationen in der Innen- und Außenluft müssen durchgeführt werden, um das Risiko zu quantifizieren. [a]

Insgesamt halten die Autoren der Übersichtsstudie [a] fest, dass ihre Schätzungen zur Zahl der aufgenommenen Mikroplastikpartikel in der amerikanischen Bevölkerung insgesamt viel zu niedrig sein könnten. Die jährliche Aufnahme an Mikroplastik könnte mehrere hunderttausend Partikel überschreiten. [a]

Konkete Empfehlungen zur Reduzierung oder Vermeidung bestimmter Lebensmittelgruppen zur Minimierung der Mikroplastikexposition sind derzeit (aufgrund der schwachen Datenlage) unbegründet. [a]

Auswirkungen, Folgen und Konsequenzen

Obwohl die Auswirkungen des Konsums von Mikroplastik auf die menschliche Gesundheit weitgehend unbekannt sind, wurden potenzielle Wirkungen vermutet: Sobald sich Mikroplastikpartikel im Darm befinden, können sie sowohl Monomere als auch Zusatzstoffe und absorbierte Toxine freisetzen, die physiologische Schäden verursachen können, die von oxidativem Stress bis zu krebserzeugendem Verhalten reichen. Mikroplastik kann den menschlichen Körper über die zelluläre Aufnahme sowie über den parazellulären Transport weiter durchdringen. Der Grad der Aufnahme variiert je nach Form, Größe, Löslichkeit und Oberflächenchemie der Partikel.

Partikel in der Größenordnung von wenigen Mikrometern können direkt von den Zellen der Lunge oder des Darms aufgenommen werden, während Partikel bis zu 10 μm von spezialisierten Zellen aufgenommen werden können. Partikel mit einer Größe von bis zu 130 μm können durch parazellulären Transport in Form von Persorption in das Gewebe gelangen, obwohl die Rate des Partikeltransfers zum Blut über 24 Stunden nur 0,002 % betragen kann. [a]

Angesichts des eingeschränkten Datenbestandes in Bezug auf die Größenklassen von Mikroplastikpartikeln in Verbrauchsgütern ist immer noch unklar, inwieweit die Schätzungen der Aufnahme von Mikroplastik ein Risiko für die menschliche Gesundheit darstellt. [a]

Die bisherigen Ergebnisse legen nahe, dass die Vermeidung des Konsums von Flaschenwasser die Exposition gegenüber Mikroplastik wirksam verringern könnte. [a]

Die Verbreitung von Kunststoff in Ökosystemen nimmt zu, daher müssen zukünftige Arbeiten die Kontamination anderer Lebensmittelgruppen, insbesondere Getreide, Gemüse, Rindfleisch und Geflügel, die wichtige ernährungsphysiologische Quellen darstellen, gründlich untersuchen. Darüber hinaus sollten Studien mit neueren Methoden an Lebensmitteln wie Alkohol und Zucker durchgeführt werden, wobei die vorhandenen Daten aufgrund veralteter Methoden fragwürdig sind. [a]

Wenn das Vorsorgeprinzip befolgt wird, besteht der effektivste Weg zur Verringerung der Aufnahme von Mikroplastik darin, die Produktion und den Einsatz von Kunststoffen zu verringern. [a]

Anhang: Gesundheitliche Auswirkungen auf den Menschen

Konkrete Studien, die schädliche Wirkungen von Mikroplastik für den Menschen nachweisen, gibt es bisher nicht (Stand: Dezember 2019). Da die meisten Polymere (Hauptbestandteile von Kunststoffen) unter physikochemischen Bedingungen des Körpers als unreaktiv (inert) gelten, scheint das Risiko voraussichtlich gering zu sein, doch gibt es noch viele offene Fragen. [e]

In Tierversuchen konnten unter anderem folgende Erkenntnisse gewonnen werden:

  • Muscheln zeigten als Reaktion auf die Aufnahme bzw. Anreicherung von Mikroplastik z. B. Entzündungsreaktionen, Fische Verhaltensänderungen.
  • Bei einem Experiment führten die von Wattwürmern zusammen mit Sand (ihrem üblichen Nahrungsmittel) aufgesaugten Mikroplastikteilchen zu Entzündungsreaktionen in ihrem Verdauungstrakt. Zudem lagerten die Würmer auch den Plastikteilchen anhaftende Umweltgifte in ihr Körpergewebe ein. Neben anderen gravierenden Folgen waren ihre Energiereserven nach vier Wochen teilweise nur noch halb so groß wie die der Kontrollgruppe. Die verminderte Fressaktivität führt rechnerisch zu einer mehr als 25 % geringeren Umwälzung des betroffenen Wattsandes. [f, g]
  • Von Ratten inhalierte Mikroplastikteilchen gelangten über die Lungenbläschen in deren Blutkreislauf und wurden von dort im restlichen Körper verteilt. Laborversuche zeigten Hinweise, dass die Teilchen auch in die menschliche Plazenta eindringen könnten.

Anhang: Mikroplastik in Tee

In der Studie “ Plastic Teabags Release Billions of Microparticles and Nanoparticles into Tea “ von Hernandez et al. wird berichtet, dass die Menge an Plastik, wenn in Plastik-Teebeuteln abgepackter Tee (z. B. bei Pyramidenbeutel aus Nylon) zubereitet und getrunken wird, einige Größenordnungen höher ist als die Mengen, die zuvor für Lebensmittel bestimmt wurden. [c]

Die Plastikmenge pro Tasse Tee wird von Hernandez et al. auf 16 μg geschätzt – zum Vergleich: Der höchste in Speisesalz gefundene Wert beträgt 0,005 μg/g. [c]

Mikroplastik in Tee.
Mikroplastik in Tee. [c]

Interessanterweise werden beim Tränken des Teebeutels bei Raumtemperatur weitaus weniger Partikel freigesetzt, was den Einfluss der Zubereitungsbedingungen auf das Expositionsrisiko zeigt. [c]

Die Weltgesundheitsorganisation hat im März 2018 eine Gesundheitsüberprüfung des potenziellen Risikos von Kunststoffen in Trinkwasser eingeleitet, nachdem eine Studie ergab, dass Flaschenwasser Mikroplastik in der Größenordnung von einigen zehn bis einigen hundert Partikeln pro Liter enthält. [c]

SEM-Aufnahmen des Teebeutelmaterials vor und nach der Teezubereitung und SEM-Aufnahmen der filtrierten Rückstände. Mikroplastik in Tee.
SEM-Aufnahmen des Teebeutelmaterials vor und nach der Teezubereitung und SEM-Aufnahmen der filtrierten Rückstände. [c]

Im Gegensatz dazu berichten Hernandez et al., dass 2,3 Millionen Partikel mit einer Größe von 1–150 μm und 14,7 Milliarden Kunststoffpartikel mit einer Größe von < 1 μm in einer Tasse Tee freigesetzt werden können; in der Summe sind dies 16 μg. [c]

Die jährliche Beladung mit Kunststoffteilchen kann grob mit L × N × P × 365 vorhergesagt werden, wobei L die Plastikmenge pro Tasse Tee (16 μg) ist, N die Anzahl der Tassen Tee pro Tag ist, die für eine gesunde Ernährung empfohlen wird (2 − 5,51), und P ist die Zahl der Teetrinker in Amerika (159 Millionen). Auf der Grundlage dieser groben Schätzung würden in Nordamerika jährlich 1,9 bis 4,6 Tonnen Mikroplastikpartikel während der Teezubereitung erzeugt, wenn nur Kunststoff-Teebeutel verwendet würden. Die freigesetzten Kunststoffteilchen können nicht nur vom Menschen aufgenommen / ausgeschieden werden, sondern auch über häusliche Abwassersysteme und Kläranlagen in Gewässer gelangen und zur Umweltverschmutzung durch Mikroplastik beitragen. Die weggeworfenen Einweg-Plastik-Teebeutel selbst tragen weiter zum Plastikmüll bei. [c]

Anhang: Mikroplastik in Wäsche

Zu den Hauptursachen der globalen primären Verschmutzung durch Mikroplastik zählen Reifenabrieb und synthetische Mikrofasern aus Kleidung, die aus der Wäsche synthetischer Textilien in die Umwelt gelangen können. Beim Waschen von Textilien können 500.000 bis über sechs Millionen Mikrofasern für synthetische Kleidungsstücke pro Wäsche freigesetzt werden. Jährlich werden in der Bekleidungsindustrie über 42 Millionen Tonnen Kunstfasern hergestellt, wobei die Polyesterproduktion dominiert (ca. 80%). [b]

Zunächst von Mikroorganismen aufgenommenes Mikroplastik kann sich in der Nahrungskette anreichern und erreicht den Menschen über seine Nahrung erneut. [a, b]

Gegenmaßnahmen

Veränderungen des Verhaltens beim Wäschewaschen könnten dazu beitragen, die Ziele der Vereinten Nationen für eine nachhaltige Entwicklung zu erreichen. Die Studie „Importance of Water-Volume on the Release of Microplastic Fibers from Laundry“ von Kelly et al. zeigt, dass bei geringerem Wasservolumen während des Wäschewaschens weniger Mikroplastik in die Umwelt gelangt. Ein geringeres Wasservolumen kann durch den Umstieg auf Waschmaschinen mit geringerem Wasservolumen oder eine Erhöhung der Wäschemenge (Anzahl der Kleidungsstücke pro Wäsche) erreicht werden. [b]

Verweise

  • Im Chemie-Masterstudium werden solche Themen im Wahlmodul „Toxikologie für Naturwissenschaftler“ besprochen.

Anmerkungen

[1] Es ist nicht möglich, die Anzahl der Partikel, die mit den restlichen 85% der Kalorien aufgenommen werden, zu extrapolieren.

[2] Schwermetalle wie Co, Cr, Cu, Ni, Pb und Zn.

Einzelnachweise

[a] Environ. Sci. Technol. 2019, 53, 12, 7068-7074; https://doi.org/10.1021/acs.est.9b01517

[b] Environ. Sci. Technol. 2019, 53, 20, 11735-11744; https://doi.org/10.1021/acs.est.9b03022

[c] Environ. Sci. Technol. 2019, 53, 21, 12300-12310; https://doi.org/10.1021/acs.est.9b02540

[d] Fraunhofer identifiziert Quellen von Mikroplastik, Forschung & Lehre, 2018.

[e] Holger Sieg, Linda Böhmert, Alfonso Lampen: Mikroplastik in Lebensmitteln: Orale Aufnahme, Toxikologie und Risikobewertung. In: Bundesinstitut für Risikobewertung (Hrsg.): UMID – Umwelt + Mensch Informationsdienst. NR . 1/2019, Januar 2019 (umweltbundesamt.de [PDF]).

[f] deutschlandfunk.deForschung Aktuell, 2. Dezember 2013, Dagmar Röhrlich: Mikroplastik macht Wattwürmer krank (12. Dezember 2013).

[g] Annett Stein: Plastikmüll vergiftet Schlüsselspezies der Nordsee. In: Die Welt, 7. Dezember 2013.


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