Die unsichtbare Gefahr: Wie Mikro- und Nanoplastik unseren Körper schädigen
Priv.-Doz. Dr. rer. nat. Nadine KretschmerKunststoffe – auch Polymere genannt – sind heute allgegenwärtig und bilden die Grundlage zahlreicher Alltagsprodukte. Sie entstehen durch industrielle Polymerisationsprozesse und können durch die Zugabe spezieller Additive oder durch die Kombination mit anderen Stoffen wie Kohlefasern in ihren Eigenschaften gezielt verändert werden. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit, Beständigkeit und günstigen Herstellung ist die weltweite Kunststoffproduktion seit den 1960er-Jahren rasant angestiegen – allein im Jahr 2023 wurden über 400 Millionen Tonnen produziert. Je nach chemischer Zusammensetzung unterscheidet man verschiedene Kunststoffarten wie Polyethylen, Polypropylen, Polyester oder Silikone. Trotz ihrer Vorteile stellen Kunststoffe eine zunehmende Belastung für Umwelt, Ökosysteme und die Gesundheit dar, da sie nur schwer biologisch abbaubar sind.
Was sind Mikro- und Nanoplastik?
Besonders problematisch sind Mikro- und Nanoplastik (MNPs), die als winzige Partikel in die Umwelt gelangen. Mikroplastik bezeichnet feste, wasserunlösliche Kunststoffpartikel mit einer Größe von 1 Mikrometer bis 5 Millimeter, die entweder gezielt hergestellt oder durch Zerfall größerer Kunststoffteile gebildet werden. Nanoplastik ist noch feiner und wird je nach Definition als Partikel im Bereich zwischen 1 Nanometer und 1000 Nanometern beschrieben – häufig auch enger gefasst auf 1 bis 100 Nanometer. Die genaue Definition ist wissenschaftlich noch nicht einheitlich geklärt. Beide Formen entstehen durch natürliche Abbauprozesse wie Sonnenlicht, Wasser oder biologische Einflüsse und sind besonders besorgniserregend, da sie leicht von Organismen aufgenommen werden können und in die Nahrungskette gelangen.
Die globale Herausforderung der Plastikverschmutzung
Angesichts der allgegenwärtigen Verwendung von Plastik stellt die damit verbundene Verschmutzung ein erhebliches globales Problem dar. Plastikabfälle sind mittlerweile in nahezu allen Umgebungen zu finden – von den Ozeanen und Flüssen bis hin zu Böden, der Luft und sogar in Gletschern. Die Forschung beschäftigt sich zunehmend mit den Risiken für die menschliche Gesundheit, wie etwa durch Inhalation, Verschlucken oder Hautkontakt. Während Risikobewertungen in diesem aufkommenden Forschungsfeld noch in den frühen Stadien sind, wächst das Bewusstsein und der Druck auf die Politik, Maßnahmen gegen die Plastikverschmutzung und ihre potenziellen Gesundheitsauswirkungen zu entwickeln. Und dies hat gute Gründe – v. a. gesundheitliche.
Wie gelangt Plastik in den menschlichen Körper?
Plastikpartikel können auf drei Hauptwegen in den menschlichen Körper gelangen: über die Nahrung, durch das Einatmen und über die Haut. Besonders durch den Verzehr von kontaminierten Lebensmitteln wie Fisch, Salz oder Wasser gelangen winzige Partikel in den Verdauungstrakt. Studien zeigen, dass sich Plastik in verschiedenen menschlichen Organen und Körperflüssigkeiten nachweisen lässt – etwa im Blut, in der Leber, im Darm, im Stuhl und in der Muttermilch. Auch die Lunge stellt einen bedeutenden Aufnahmeweg dar, da eingeatmete Partikel die dünne Gewebeschicht der Alveolen durchdringen können. Erste Untersuchungen deuten zudem darauf hin, dass sehr kleine Partikel unter bestimmten Bedingungen auch durch die Haut, etwa über Haarfollikel oder Schweißdrüsen, in den Körper gelangen könnten. Die tatsächliche Aufnahme hängt dabei stark von Partikelgröße, Expositionsdauer und der Art des Kontakts ab (1).
Zelltoxizität durch Mikro- und Nanoplastik
MNPs können auf zellulärer Ebene vielfältige toxische Wirkungen entfalten. Hauptmechanismen der Zellschädigung sind Membranschäden, oxidativer Stress, Immunreaktionen und Genotoxizität. Besonders kritisch ist die Fähigkeit der Partikel, Zellmembranen zu durchdringen, strukturell zu verändern und sogar Organellen wie Mitochondrien oder Zellkerne zu beeinträchtigen. Dabei entstehen reaktive Sauerstoffspezies (ROS), die oxidativen Stress auslösen und zu DNA-Schäden führen können. Durch die Störung der Mitochondrienfunktion und die Freisetzung von Entzündungsmediatoren werden zelluläre Abwehrmechanismen aktiviert, die letztlich zum programmierten Zelltod oder zur Nekrose führen können. Diese komplexen Mechanismen verdeutlichen das potenzielle Risiko von MNPs für die Zellgesundheit (2).
Der Hauptaufnahmeweg: Über den Mund in den Körper
Der bedeutendste Aufnahmeweg von MNPs in den menschlichen Körper erfolgt über den Mund durch kontaminierte Lebensmittel und Getränke. Studien belegen, dass Plastikpartikel in zahlreichen Nahrungsmitteln wie Meeresfrüchten, Fleisch, Trinkwasser und Getreideprodukten nachgewiesen wurden. Nach dem Verzehr gelangen die Partikel in den Verdauungstrakt, wo sie physikalische und chemische Veränderungen durchlaufen und teilweise in den Blutkreislauf übertreten können. Dabei können sie entzündliche Reaktionen, oxidativen Stress und Störungen der Darmflora auslösen. Besonders bedenklich ist, dass sie zusätzlich Schadstoffe wie Schwermetalle oder Krankheitserreger an sich binden und so deren Aufnahme im Körper erleichtern (3).
Aus dem Darm in den Körper
Während größere Partikel (>150 µm) meist an der Darmschleimhaut haften bleiben, können kleinere Partikel (<150 µm) diese Barriere überwinden und in tiefere Gewebeschichten eindringen. Sie passieren die Darmschleimhaut durch verschiedene Mechanismen wie Endozytose, Transzytose durch M-Zellen oder parazelluläre Wege. Obwohl der Großteil der aufgenommenen MNPs wieder über den Stuhl ausgeschieden wird, verbleibt ein Teil für mehrere Tage im Darm. Dieser Verbleib kann zur Schädigung der Darmstruktur und zur Aktivierung entzündlicher Prozesse führen. Faktoren wie Partikelgröße, Oberflächenbeschaffenheit und chemische Zusammensetzung beeinflussen die Aufnahme und Verteilung der MNPs im Körper.
Schädliche Effekte auf die Darmbarriere und Mikrobiota
MNPs können die Integrität der Darmbarriere erheblich beeinträchtigen. Studien zeigen, dass sie oxidativen Stress auslösen, entzündungsfördernde Zytokine freisetzen und die Aktivität von Verdauungsenzymen senken. Besonders Polystyrol-Partikel führten bei Fischen und Mäusen zu Schleimhautschäden, entzündlichen Veränderungen und einer verringerten Produktion von Schleim. Auch Veränderungen der Darmflora wurden beobachtet, was auf eine mögliche Dysbiose hindeutet. In Zellkulturmodellen führte die Exposition zu strukturellen Schäden und einer verminderten Funktion epithelialer Zellen. Die Aufnahme von MNPs kann zudem die Durchlässigkeit der Darmschleimhaut erhöhen und die Aufnahme toxischer Substanzen begünstigen (2).
Immunologische Auswirkungen von Mikro- und Nanoplastikpartikeln
Das Immunsystem des Darms ist ständig äußeren Antigenen ausgesetzt, die eine Toleranz gegenüber nicht-pathogenen Mikroorganismen erfordern, während es gleichzeitig auf pathogene Mikroben reagieren muss. MNPs können das Immunsystem erheblich beeinflussen. Bei Wirbeltieren und Wirbellosen wurde eine Immunreaktion festgestellt, die zu Entzündungen und Schäden an Immunzellen führt. Besonders Nanoplastikpartikel verursachen stärkere Immunreaktionen als Mikroplastik. In Mäusen konnte ein Zusammenhang zwischen MNP-Exposition und Entzündungen im Darm, insbesondere bei chronischer Kolitis, nachgewiesen werden.
Auswirkungen von Mikro- und Nanoplastik auf die Darmmikrobiota
Die menschliche Darmmikrobiota besteht aus einer Vielzahl von Mikroorganismen, die eine entscheidende Rolle für die Gesundheit spielen. Studien zeigen, dass MNPs sowohl kurzfristig als auch langfristig Veränderungen in der Zusammensetzung der Mikrobiota bewirken können, was zu einer Dysbiose führt. Bei Mäusen wurde eine Verringerung der Alpha- und Beta-Diversität sowie eine Veränderung der Häufigkeit bestimmter Bakterienarten wie Bacteroides, Firmicutes und Proteobacteria festgestellt. Diese Veränderungen können zu einer gestörten Immunfunktion und einer erhöhten Anfälligkeit für Krankheiten führen. Besonders auffällig ist, dass MNP-Exposition die Häufigkeit von Bakterien reduziert, die die Darmbarriere unterstützen, was zusätzliche toxische Auswirkungen haben könnte. Die Mikrobiota spielt zudem eine Rolle bei der biologischen Abbaubarkeit von Plastik, jedoch sind die Mechanismen in Säugetieren, insbesondere beim Menschen, noch nicht ausreichend erforscht (2).
Mikro- und Nanoplastik als Treiber chronischer Darmentzündungen
Da MNPs Entzündungsprozesse im Darm auslösen und die Immunfunktion stören, trägt dies auch zur Entwicklung und dem Verlauf chronisch-entzündlicher Darmerkrankungen (CEDs) wie Morbus Crohn und Colitis ulcerosa bei. Bei diesen Patient:innen kommt es zu einer Infiltration entzündlicher Zellen, einer Schädigung der Darmbarriere und einer Veränderung der Mikrobiota, was zu Symptomen wie Durchfall und blutigem Stuhl führt. Pathogene Bakterien und ihre Produkte, wie Lipopolysaccharide, aktivieren Immunzellen und fördern eine Kettenreaktion entzündlicher Prozesse, die zu einer Verdickung der Lamina propria und zur weiteren Zerstörung des Gewebes führen. Eine reduzierte Anzahl regulatorischer T-Zellen und eine gestörte Immunantwort verstärken die Entzündung und schädigen die Darmwand.
Zusammenhang zwischen Mikro- und Nanoplastik und der Verschlechterung von CEDs
Studien haben gezeigt, dass die Belastung mit MNPs die Krankheit bei CED-Patient:innen verschärfen kann, indem sie die Darmbarriere schädigt und entzündliche Prozesse verstärkt. In Mausmodellen verschlimmerten MNPs, wie PS-Nanopartikel, die durch Natrium-Dextran-Sulfat induzierte Entzündung und Darmschäden. Zudem zeigte eine Stuhlanalyse von CED-Patient:innen eine höhere Konzentration von MNPs im Vergleich zu gesunden Probanden, was auf einen möglichen Zusammenhang zwischen der Menge der Partikel und der Krankheitsaktivität hinweist. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Patient:innen mit CEDs besonders empfindlich auf die schädlichen Effekte von MNPs reagieren – und unterstreichen damit die Dringlichkeit, deren Toxizität in dieser Patientengruppe gezielt zu erforschen.
Die Rolle von Mikro- und Nanoplastik bei der Entwicklung des kolorektalen Karzinoms
Das kolorektale Karzinom (CRC) ist weltweit der dritthäufigste Krebs, mit einer steigenden Zahl von Fällen, insbesondere unter 50 Jahren. Umweltfaktoren, wie eine ungesunde Ernährung sowie eine erhöhte Exposition gegenüber Schadstoffen, könnten zu diesem Anstieg beitragen. MNPs stören das Gleichgewicht der Darmmikrobiota und beeinträchtigen die Schleimschicht, was Kolonzellen schädigen und das Risiko für CRC erhöhen könnte. Studien zeigen außerdem, dass MNPs das Tumormetastasierungsrisiko erhöhen könnten, indem sie die Zellmigration fördern, ohne die Zellteilung direkt zu beeinflussen. Obwohl es noch keine klaren Beweise für die Karzinogenität von MNPs gibt, deuten Studienergebnisse darauf hin, dass sie als Träger von Karzinogenen und toxischen Bakterien wirken können, die die Epithelzellen schädigen (3).
Schädigt Plastik nur den Darm? Nein!
MNPs können, wenn sie sich im Körper verteilen, auch an anderen Stellen Probleme verursachen. So zum Beispiel im Herz-Kreislauf-System. Studien zeigen, dass MNPs in die Herzmuskelzellen aufgenommen werden und dort Zellverletzungen und Apoptose auslösen, was zu einer Beeinträchtigung der Herzfunktion führt. Eine Schädigung des Myokards führt zu erhöhten Werten von Troponin I und Kreatinkinase-MB – zwei wichtigen Markern für Herzschäden. Die langfristige Exposition kann zudem zu einer Funktionsstörung der Blutgefäße, erhöhtem Blutdruck und sogar zu Herzinfarkten sowie Fibrose im Herzgewebe führen. Eine Fibrose resultiert wiederum in einer verringerten Herzleistung und einem erhöhten Risiko für Herzinsuffizienz.
Neurotoxische Effekte durch Mikro- und Nanoplastik im Gehirn
Des Weiteren können Plastikpartikel das Nervensystem schädigen, insbesondere durch das Überwinden der Blut-Hirn-Schranke. Plastikpartikel unter 100 μm gelangen in das Gehirn und stören die Integrität der Blut-Hirn-Schranke, was auch dort zu Entzündungen und oxidativem Stress führt. Dies kann die Produktion von apoptotischen Proteinen erhöhen und die Aktivität des Enzyms Acetylcholinesterase (AChE) hemmen, welches für die ordnungsgemäße Übertragung von Nervensignalen notwendig ist. Die Hemmung der AChE führt zu einer Übererregung der Neuronen, was neuronale Netzwerke schädigt und das Risiko für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer und Multiple Sklerose steigert (4).
Schädigung des Atmungssystems durch Mikro- und Nanoplastik
MNPs können ebenso das Atmungssystem erheblich schädigen. Studien haben gezeigt, dass die Inhalation von Plastikpartikeln, insbesondere Styrol, zu schweren Atemwegserkrankungen wie Asthma, Bronchiolitis und interstitiellen Lungenkrankheiten führen kann. Arbeiter in der Kunststoffproduktion, die diesen Partikeln ausgesetzt sind, zeigen häufig Symptome wie Husten, Atemnot und eine verminderte Lungenkapazität. Auch Fälle von pleuraler Effusion und Fibrose wurden nach Inhalation von Polyakrylat-Nanopartikeln dokumentiert. Eine langfristige Exposition kann außerdem das Risiko für schwerwiegende Lungenerkrankungen wie Lungenkrebs erhöhen.
Mikro- und Nanoplastik als Risikofaktor für Blutkrebs
MNPs, insbesondere Styrol, sind außerdem mit einem erhöhten Risiko für Blutkrebs verbunden. Studien an Arbeitergruppen, die in der Kunststoffproduktion tätig waren, zeigten, dass eine längere und intensivere Exposition gegenüber Styrol mit einem signifikant höheren Risiko für Leukämie und andere Blutneoplasmen korreliert. Eine Analyse von 73.036 dänischen Arbeitnehmern, die in der Kunststoffproduktion tätig waren, ergab, dass die Exposition gegenüber Styrol das Risiko für eine akute myeloische Leukämie verdoppeln kann.
Mikro- und Nanoplastik und ihre Auswirkungen auf die Reproduktion
Obwohl es noch keine Studien gibt, die den Einfluss von MNPs auf die menschliche Fruchtbarkeit direkt untersuchen, zeigen Tierversuche besorgniserregende Ergebnisse. In Experimenten mit dem Nematoden Caenorhabditis elegans wurde eine Verringerung der Brutgröße über mehrere Generationen beobachtet. Auch die Exposition gegenüber Polystyrol führte zu Gonadenschäden bei Zebrafischen und beeinträchtigte die Entwicklung des Herzens. Weitere Studien an Ratten ergaben, dass Nanoplastikpartikel die Plazentaschranke überwinden und in fetale Gewebe eindringen können, was zu einer Verringerung des Fetalgewichts und der Plazenta führte. Bei weiblichen Ratten wurde außerdem eine Schädigung der Eizellen und eine Fibrose der Eierstöcke durch Mikroplastik festgestellt, während männliche Ratten eine verringerte Spermienviabilität zeigten.
Mikro- und Nanoplastik stören sogar Hüftprothesenoperationen
MNPs, insbesondere aus Polyethylen, spielen sogar eine wichtige Rolle bei der Entstehung einer periprothetischer Osteolyse, einer häufigen Komplikation nach Hüftprothesenoperationen. Diese Partikel werden von Makrophagen aufgenommen und setzen proinflammatorische Zytokine frei, die die Bildung von Osteoklasten anregen und zu Knochenschwund führen. Studien haben gezeigt, dass die Menge an Polyethylen-Teilchen, die von Implantaten abgegeben wird, mit der Schwere der Osteolyse korreliert. Besonders bei Patient:innen mit Hüftprothesenrevisionen wurden erhöhte Konzentrationen von Polyethylen-Teilchen und Entzündungsmarkern in benachbartem Gewebe festgestellt, was den Zusammenhang zwischen Polyethylen-Abrieb und Knochenverlust unterstreicht (1).
Fazit: Mikro- und Nanoplastik – Eine wachsende Bedrohung für Gesundheit und Umwelt
MNPs stellen damit ein zunehmend ernstes Umwelt- und Gesundheitsproblem dar. Die winzigen Partikel gelangen über verschiedene Wege in den menschlichen Körper, insbesondere durch Nahrung, Inhalation und Hautkontakt. Dort können sie Zellschäden verursachen, das Immunsystem beeinträchtigen und (chronische) Entzündungsprozesse fördern. Darüber hinaus haben Tierversuche gezeigt, dass MNPs auch die Fortpflanzung beeinträchtigen können. Besonders besorgniserregend ist außerdem ihre Rolle bei der Entstehung der periprothetischen Osteolyse nach Hüftprothesenoperationen, wo sie zu Knochenschwund führen. Angesichts der allgegenwärtigen Plastikverschmutzung wird es also immer dringlicher, effektive Maßnahmen zum Schutz der Gesundheit und der Umwelt zu ergreifen.
Literatur:
- (1)
Winiarska et al. (2024): The potential impact of nano- and microplastics on human health: Understanding human health risks. Environmental Research, DOI: 10.1016/j.envres.2024.118535
- (2)
Covello et al. (2024): Micro(nano)plastics and Their Potential Impact on Human Gut Health: A Narrative Review. Current Issues in Molecular Biology, DOI: 10.3390/ cimb46030168
- (3)
Bruno et al. (2024): Orally Ingested Micro- and Nano-Plastics: A Hidden Driver of Inflammatory Bowel Disease and Colorectal Cancer. Cancers, DOI: 10.3390/ cancers16173079
- (4)
Sinha et al. (2025): The infiltration of microplastics in human systems: Gastrointestinal accumulation and pathogenic impacts. Heliyon, DOI: 10.1016/j.heliyon.2025.e42606