Plastik ist eine Sammelbezeichnung für diverse Kunststoffe, die aus Makromolekülen wiederkehrender Grundeinheiten (Polymere) bestehen. Sie werden seit den 1950er-Jahren in zunehmenden Mengen aus Erdöl, d. h. petrobasiert, hergestellt (synthetische Kunststoffe). Aktuell existieren über 200 verschiedene feste Plastiksorten unterschiedlicher Zusammensetzung, die in zahlreichen Gegenständen des Alltags vorkommen (Abb. 1; [19]). Je nach Partikelgröße werden Makro- (> 5 mm), Mikro- (5 mm–1 µm) und Nanoplastik (< 1 µm) unterschieden; allerdings gibt es bezüglich der Partikelgröße auch abweichende Definitionen. Die Plastikproduktion ist in den letzten Jahren weiter gestiegen und könnte bis 2030 zunehmen (Abb. 2). Von den 9,2 Mrd. Tonnen Plastik, die bis 2017 geschätzt hergestellt wurden, wurden nur 600 Mio. Tonnen recycelt [6]. Der größte Teil gelangte als Müll auf Deponien, ein weiterer großer Teil wurde meist zur Energiegewinnung verbrannt. Jedoch wird geschätzt, dass jedes Jahr ca. 32 % des aus Kunststoff bestehenden Verpackungsmülls unsachgemäß in der Umwelt entsorgt werden. Hieraus entsteht mit der Zeit Mikroplastik, das sich angesichts seiner geringen Partikelgröße ubiquitär in der Umwelt verteilt. Dieses hat allerdings verschiedene weitere Quellen und wird in primäres und sekundäres Mikroplastik eingeteilt (Abb. 3; [4]). Um die Auswirkungen von Mikroplastik auf die Natur und die individuelle und kollektive Gesundheit beurteilen und diskutieren zu können, ist eine interdisziplinäre Betrachtung unerlässlich. Dieser Beitrag soll an diese komplexe Thematik heranführen und den Zusammenhang zur dermatologischen Patientenversorgung aufzeigen.

Abb. 1
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Arten und Vorkommen von Kunststoffen. PC Polycarbonat , PA Polyamid , PMMA Polymethylmethacrylat , PUR Polyurethane , ABS Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer, ASA Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymer , SAN Styrol-Acrylnitril-Copolymer. (Aus [31], © Appenzeller/Hecher/Sack, CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de, alle Rechte vorbehalten)

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Abb. 2
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Globale Kunststoffproduktion. (Aus [31], © Appenzeller/Hecher/Sack, CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de, alle Rechte vorbehalten)

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Abb. 3
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Primäres und sekundäres Mikroplastik. PET Polyethylenterephthalat

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Eintrag von Mikroplastik in die Umwelt

Synthetische Kunststoffe sind in der Regel nicht oder nur sehr langsam biologisch abbaubar. Dies führt dazu, dass die Komponenten in der Umwelt durch äußere Einflüsse wie Sonnenlicht, Witterung und Fragmentierung in immer kleinere Teile zerfallen und über Jahrzehnte persistieren können. Diese Tatsache steht in unverhältnismäßigem Kontrast zu der kurzen Nutzungszeit vieler Kunststoffe, die häufig als Einwegprodukte verwendet werden. Ein nicht unerheblicher Anteil des anfallenden Mikroplastiks wird über Oberflächengewässer in die Ozeane eingetragen. Eine Forschungsgruppe berechnete den Gesamtplastikeintrag in die Weltmeere für das Jahr 2010 alleine mit 4,8–12,7 Mio. Tonnen, allerdings bei projizierten Steigerungen bis zum Jahr 2025 ([9]; Abb. 4). Allerdings wird geschätzt, dass sich in terrestrischen Systemen, v. a. auf landwirtschaftlich genutzten Flächen, 40-mal mehr Plastik befindet als in den aquatischen Systemen.

Abb. 4
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Plastikeintrag in die Meere. (Aus [31], © Appenzeller/Hecher/Sack, CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de, alle Rechte vorbehalten)

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Schätzungsweise befindet sich in terrestrischen Systemen 40-mal mehr Plastik als in aquatischen Systemen

Dies verdeutlicht, dass die Thematik nicht nur die Ozeane betrifft, sondern die Kontamination bereits vor der eigenen Haustür beginnt. Beispielhaft werden Mikroplastikpartikel aus der Abwasseraufbereitung im Klärschlamm konzentriert, der oftmals landwirtschaftlich als Dünger genutzt wird. Das darin gebundene Mikroplastik wird so in die Umwelt eingetragen [22]. Mikroplastik wird auch über große Distanzen durch die Luft transportiert (aerogene Verbreitung) und gelangt so in entlegene Gegenden wie die Arktis [3]. Entsprechende Partikel werden ähnlich wie andere Schadstoffe von Regentropfen und Schnee gebunden und können so zurück zur Erdoberfläche zirkulieren. Eine aktuelle Studie, die auch Partikel bis zu einer Größe von 4 µm (Detektionslimit) analysiert hat, zeigt, dass sehr kleine Partikel weitaus häufiger als größere in der Atmosphäre gefunden werden. Eine Hochrechnung der Studienergebnisse ergibt, dass allein im Wesereinzugsgebiet jährlich 282 t Mikroplastik über die Atmosphäre eingetragen werden und dass der Mensch im Schnitt selbst in der Natur bis zu 500 Mikroplastikpartikel pro Tag einatmet [10]. Bezüglich methodischer Schwierigkeiten beim Nachweis der Partikel sei auf eine rezente Übersichtsarbeit verwiesen [28].

Auswirkungen auf die individuelle Gesundheit

Bereits vor über 45 Jahren wurde über gesundheitliche Auswirkungen der Einatmung synthetischer Kleidungsfasern (Nylon, Acryl und Polyester) bei Arbeitern der Textilindustrie berichtet [18]. Zahlreiche entzündliche und onkologische Erkrankungen begründen sich auf die Inhalation von Partikeln, die durch alveoläre Clearance nur eingeschränkt entfernt werden können (z. B. Silikose, Pleuramesotheliom). Die biologischen und immunologischen Auswirkungen einer zunehmenden pulmonalen Exposition durch Mikroplastik lassen sich bisher nur bedingt abschätzen, da es kaum Langzeitdaten gibt. Allerdings sollte beachtet werden, dass entsprechende Kunststofffasern durch ihre physikalischen Eigenschaften andere Schadstoffe binden können, die ihrerseits eine biologische Wirkung in der Lunge entfalten könnten [11].

Weiterhin verursacht der Eintrag von Mikroplastikpartikeln in die Umwelt eine mögliche Akkumulation entlang der Nahrungskette. Beispielhaft kann Mikroplastik in diversen Meeresfrüchten, wie z. B. Muscheln, nachgewiesen werden [26]. Von Menschen wird folglich mit jeder Mahlzeit eine unterschiedliche Menge von Plastikpartikeln aufgenommen, eine Studie beziffert diese Anzahl bei durchschnittlicher Ernährung auf 39.000 bis 52.000 Partikel pro Jahr [5]. Eine besser verständliche Schätzung besagt, dass jeder Mensch ca. 0,5–5 g Plastik wöchentlich zu sich nimmt, das Äquivalent einer Kreditkarte [23].

Auch das Trinkwasser trägt zur humanen Belastung bei, dies bezieht sich sowohl auf Leitungswasser wie auch Mineralwasser [15]. Die gesundheitlichen Auswirkungen im Allgemeinen und auf den Gastrointestinaltrakt werden derzeit erforscht. So wurde z. B. im Mausmodell gezeigt, dass Polystyrolpartikel (Größe < 51 µm) das Darmmikrobiom modifizieren und Körper‑, Leber- und Lipidgewicht bei den Tieren reduzieren können [13]. Es ist weiterhin möglich, dass bestimmte Nanopartikel aus dem Darm in den Blutstrom übertreten können. So erschien im Frühjahr 2021 eine Studie, die 109 unterschiedliche chemische Nanopartikel aus industrieller Produktion im Blut von Neugeborenen nachweisen konnte, was indirekt zeigt, dass entsprechende Substanzen nicht nur den Darm, sondern auch die Plazentaschranke passieren können [27]. Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass Plastikpartikel durch vorangegangene lange Verweildauer in der Umwelt als „Magnet“ für andere giftige organische Stoffe fungieren können [25]. Jedoch sind die Auswirkungen noch in Diskussion, da die so adsorbierten Stoffe im Lösungsgleichgewicht mit dem Umweltmedium stehen [12]. Auch können giftige Metalle mit Kunststoffen als „Trojanisches Pferd“ über die Nahrungsnetze aufgenommen werden. Zudem besteht der dringende Verdacht, dass Inhaltsstoffe bestimmter Kunststoffe (z. B. Weichmacher) als endokrine Disruptoren wirken können [29]. Hierbei handelt es sich um chemische Substanzen, die eine hormonähnliche Wirkung entfalten und möglicherweise Effekte, wie z. B. verminderte Fertilität, Stoffwechselerkrankungen und ein erhöhtes Krebsrisiko, auf höhere Organismen ausüben. Die Tab. 1 erlaubt einen Überblick über ausgewählte Substanzen, für die laut der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) Hinweise auf eine entsprechende Wirkweise bestehen. Diese finden auch Einsatz in kosmetisch und medizinisch genutzten Produkten. Zusätzlich bestimmen Tausende teils unzureichend erforschte Additiva die Eigenschaften von Kunststoffen, von denen 24 % als potenziell besorgniserregend (akkumulierend und/oder toxisch) klassifiziert wurden. Von diesen werden 53 % in der Europäischen Union, Japan und den USA nicht reguliert [7, 29].

Tab. 1 Inhaltsstoffe von Kosmetika mit Hinweisen auf mögliche Wirkung als endokriner Disruptor
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Auswirkungen auf die Umwelt

Plastikmüll und Mikroplastik können Bodeneigenschaften verändern, beispielsweise das Rückhaltevermögen von Wasser, und können somit das Wachstum von Pflanzen beeinflussen [24]. Kürzlich wurde der Einfluss alternder Polyethylenverbindungen auf Waldböden untersucht. Hierbei zeigten sich deutliche Unterschiede in der Mikrobiomzusammensetzung zwischen unbelasteten und mit Mikroplastik belasteten Böden. Die belasteten Böden wiesen eine geringe Biodiversität auf und verursachten einen bis zu 8fach höheren CO2-Ausstoß als unbelastete Böden [16]. Außerdem wird nach wie vor nur ein geringer Teil aller Kunststoffe recycelt und ein Großteil thermisch verwertet. Somit ist Plastik größtenteils als kurzlebiges Intermediärprodukt in der Verbrennung des fossilen Energieträgers Erdöl zu betrachten. Diese genannten Faktoren können den Klimawandel negativ beeinflussen.

Biologische Disruption

Mikroplastikpartikel etablieren oftmals eine neuartige ökologische Nische, die pathogenen Keimen einen Vorteil bieten kann. Insbesondere Mikroorganismen in Biofilmen profitieren von den langlebigen Plastikverbindungen und führen ihrerseits zu physikochemischen Veränderungen der Partikel, die zur Freisetzung von Additiva beitragen können [14]. Die Biofilmbildung ist auch vor dem Hintergrund einer möglichen Förderung von Antibiotikaresistenzen bedeutsam. So wurden humanpathogene Pseudomonas-Spezies auf Mikroplastik in Süßwasser gefunden, jedoch nicht auf Blättern und Steinen im gleichen Gewässer [30]. Eine deutsche Arbeitsgruppe zeigte zudem, dass Biofilmbildner auf Mikroplastik vermehrt die Fähigkeit zum horizontalen Plasmidaustausch zeigen, eine Fähigkeit, die zur Resistenzbildung beiträgt [1]. Kürzlich konnte außerdem nachgewiesen werden, dass humanpathogene Pilze (Cryptococcus-Spezies) auf Mikroplastik in kenianischen Bodenproben akkumulieren. Damit stellt Mikroplastik hier ein entscheidendes Reservoir für Infektionen dar [8]. In einer weiteren Studie wurde gezeigt, dass die Interaktion von Zellen mit Mikroplastik auch davon abhängt, ob diese fabrikneu sind oder bereits umweltexponiert waren [20]. Dies könnte darauf hinweisen, dass das Risiko durch Mikroplastik in der Umwelt auf verschiedene Organismen sogar höher ist als bisher angenommen. Es gibt zahlreiche weitere Beispiele aus der Pflanzen- und Tierwelt, auf die hier nicht im Detail eingegangen werden kann.

Plastik in der Dermatologie

Um ein vollständiges Bild zu zeichnen, sollte erwähnt werden, dass Plastik zweifelsohne unzählige Vorzüge aufweist und für unsere Gesellschaft von hoher Wichtigkeit ist. In der Medizin haben sich durch Verwendung von Kunststoffen z. B. verbesserte Möglichkeiten des sterilen Arbeitens und eine moderne Wundtherapie entwickelt. Eine sachgemäße Anwendung und Entsorgung ermöglicht gleichermaßen wirtschaftliche und medizinisch hochwertige Versorgung. Auch kann das leichte Gewicht von Plastik unter gewissen Umständen sogar dazu beitragen, Kohlendioxidemissionen zu reduzieren. Gleichsam sollte angesichts der zuvor beschriebenen Problematik der Einsatz im Alltag kritisch hinterfragt werden, und der Gebrauch sollte sich auf Bereiche beschränken, in denen es keine gleichwertigen nachhaltigen Alternativen gibt.

Im dermatologischen Alltag fällt bei der Patientenversorgung heute weiterhin sehr viel Plastikabfall an, insbesondere wenn Schwerpunkte im Bereich der operativen Dermatologie, Wundversorgung oder ästhetischen Medizin etabliert sind. Mit Beginn der „COVID-19-Pandemie“ ist zusätzlicher Plastikabfall von unvorstellbarem Ausmaß entstanden, Schätzungen belaufen sich auf rund 15,1 Mio. Tonnen, die bis August 2021 zusätzlich angefallen sind [17]. Ursachen sind die aufwendige Versorgung der Patienten, Schutzmaßnahmen für medizinisches Personal sowie weltweite Hygienevorschriften durch z. B. Verpflichtung zum Tragen medizinischer Masken und Durchführung von Antigenschnelltests.

Im dermatologischen Alltag fällt bei der Patientenversorgung sehr viel Plastikabfall an

Die meisten medizinischen Kunststoffprodukte sind nicht recycelbar. Dieser enorme Ressourcenverbrauch des Gesundheitssektors wird allerdings nicht erst seit der Pandemie erkannt, und viele Fachbereiche arbeiten an Wegen zu verbesserter Nachhaltigkeit. Die Dermatologie zeichnet sich darüber hinaus durch ein weiteres wesentliches Merkmal aus, die Verordnung topischer Externa. Neben der Aufbringung von Wirkstoffen in Pasten, Cremes oder Salben ist auch die Basistherapie für chronisch entzündliche Hauterkrankungen unverzichtbar. Einerseits werden fast alle dermatologischen Externa in Tuben, Flaschen oder Tiegeln aus Plastik abgegeben. Andererseits spielen in der Routine einer dermatologischen Praxis oder Klinik zahlreiche verpackte Produktmuster eine bedeutende Rolle. Dies ist insofern problematisch, da die sehr kleinen Produkteinheiten mehrheitlich aus verschiedenen Umverpackungen und Verbundstoffen bestehen und häufig ein relevanter Teil nach Ablauf des Haltbarkeitsdatums vernichtet wird [2]. Obwohl viele Hersteller dermatologischer Externa und „Cosmeceuticals“ sehr hohe Qualitätsstandards anlegen, fällt auf, dass die Produkte häufig biologisch nicht abbaubare „flüssige Kunststoffe“ (synthetische Polymere) enthalten, die z. B. als Emulgatoren und Konservierungsstoffe dienen. Teilweise wird auch primäres Mikroplastik eingesetzt, um die Eigenschaften eines Produkts spezifisch zu verbessern, z. B. die Haptik beim Cremen. Die Tab. 2 bietet eine kurze Übersicht zu problematischen Inhaltsstoffen in dermatologischen Externa.

Tab. 2 Übersicht zu häufig eingesetzten biologisch schlecht abbaubaren Stoffen in Kosmetika und dermatologischen Externa. (Nach [4])
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Diskussion

Noch ist das Wissen über die biologischen Interaktionen zwischen Mikroplastik und Umwelt begrenzt. Die Studien sind aufwendig, da die Modelle die Realität nur abstrahiert abbilden können und beispielsweise nur eine Kunststoffart in einer definierten Größe berücksichtigen. Schwierigkeiten entstehen unter anderem auch dadurch, dass Testgeräte (Pipetten, Petrischalen etc.) verwendet werden, die selbst aus Plastik bestehen, dies kann die Ergebnisse verfälschen. Studienproben können weiterhin durch aerogenen oder aquagenen Eintrag von verschiedenen Komponenten kontaminiert sein, da Mikroplastikpartikel ubiquitär verbreitet sind. Auch wurden in bisher durchgeführten In-vitro-Studien zu den möglichen Auswirkungen von Mikroplastik teils unverhältnismäßig hohe Konzentrationen untersucht, weswegen die Ergebnisse nicht direkt auf die aktuelle Umweltsituation übertragbar sind. Zudem zeigte die Bayreuther Forschungsgruppe jüngst, dass die in Studien häufig verwendeten Polystyrolpartikel abhängig von ihren physikochemischen Eigenschaften unterschiedlich stark mit lebenden Zellen interagieren, sodass eine Aussage zu den Effekten von Mikroplastik per se wohl nicht zu treffen ist, sondern hierbei immer die spezifischen Eigenschaften der Partikel berücksichtigt werden müssen [21]. Die Forschung muss also zahlreiche Variablen berücksichtigen. In Bezug auf die möglichen oben skizzierten Gefahren für fragile Ökosysteme und die möglichen direkten gesundheitlichen Auswirkungen für den Menschen durch die Aufnahme von Mikroplastik erscheint insbesondere die Untersuchung der spezifischen physikochemischen Eigenschaften der Partikel wichtig, um einerseits zu verstehen, wodurch die schädigenden Effekte hervorgerufen werden, aber auch um nachhaltige Lösungen zu entwickeln. Das Gesundheitssystem steht in der Verantwortung nach dem Vorsorgeprinzip zu handeln („Primum non nocere“). Folglich sind Anstrengungen zur Reduktion des Plastikverbrauchs sowie die Einführung der Kreislaufwirtschaft im Bereich des Gesundheitswesens vordringlich. Der im April 2021 innerhalb der Deutschen Dermatologischen Gesellschaft (DDG) gegründete Arbeitskreis Plastik und Nachhaltigkeit in der Dermatologie bietet eine neue Plattform mit Tipps für die nachhaltige Praxisführung an (www.akdermaplastik.de).

Das Thema Mikroplastik ist hochkomplex, und die Erforschung der zahlreichen biologischen Interaktionen hat gerade erst begonnen. Basierend auf den bisher vorliegenden Erkenntnissen, könnte eine zunehmende Verschmutzung des Planeten durch Mikroplastik eine fatale und unumkehrbare Wirkung auf bestehende Ökosysteme und den Menschen haben.

Fazit für die Praxis

  • Kunststoffe finden überall Anwendung. Im Gesundheitsbereich sind sie aus hygienischen Gründen teils unverzichtbar. Gangbare Lösungswege sind Reduktion, Re- und Upcycling.

  • Plastik in der Umwelt zählt mittlerweile als Treiber des globalen Wandels und hat direkte und indirekte nicht abschätzbare Folgen für die Umwelt und die menschliche Gesundheit.

  • Mikroplastikpartikel mit einer Größe < 5 mm und Flüssigpolymere (z. B. Polyethylenglycol [PEG]) sind in zahlreichen dermatologischen Externa enthalten.

  • Ärzt*innen sind dem Vorsorgeprinzip verpflichtet. Dies erfordert die unmittelbare Integration und Umsetzung nachhaltiger Maßnahmen in die Praxis- und Klinikführung.