Welche Faktoren bestimmen, ob Sie ein gesundes und fröhliches Altern erleben oder ob es zu einer endlosen Kette von Leiden unter zahlreichen Gesundheitszuständen wird?
Viele Faktoren beeinflussen unsere Gesundheit, darunter Genetik, Ernährung, körperliche Aktivität, Rauchen und Stress. Einige andere Faktoren können ebenso stark sein, werden aber möglicherweise noch nicht erkannt.
Ich bin Umwelttoxikologe und untersuche, wie sich vom Menschen hergestellte Chemikalien auf unsere Gesundheit auswirken. Ich war schon immer daran interessiert, zu verstehen, wie unsere aktuelle Gesundheit durch die Exposition gegenüber Chemikalien während der embryonale und frühe postnatale Periode – Lebensstadien, die besonders umweltsensibel sind Stressfaktoren.
Um diese Fragen zu beantworten, konzentrierte ich mich auf die Analyse der langfristigen gesundheitlichen Auswirkungen einer Familie von Chemikalien, die als Flammschutzmittel verwendet werden, genannt polybromierte Diphenylether (PBDE). Das erste Patent für die Verwendung von PBDE als Flammschutzmittel wurde 1960 erteilt, und die Herstellung von kommerziellen Produkten, die PBDEs, wie Baustoffe, Elektronik, Einrichtungsgegenstände, Kraftfahrzeuge, Kunststoffe, Polyurethanschäume, Babypyjamas und Andere,
Spätere Studien zeigten, dass die Konzentrationen dieser Chemikalien in menschlichem Blut, Milch und Gewebe in den letzten 30 Jahren exponentiell gestiegen, alle fünf Jahre verdoppelt, während ihre gesundheitlichen Auswirkungen kaum verstanden wurden.
Frühe Expositionen lösen lebenslange Veränderungen der Blutfette aus
In einem meiner Experimente fütterte ich Mäuse mit einem der PBDEs, die am häufigsten in menschlichem Blut und Milch vorkommen – BDE-47. Die weibliche Mäuse haben es erhaltenvom 8. Tag der Schwangerschaft bis zum Ende der Stillzeit (Tag 21 nach der Geburt).
Wir setzten Mäuse 0,2 Milligramm dieser Chemikalie pro Kilogramm Körpergewicht aus. Dadurch erreichten die BDE-47-Konzentrationen im Fett von Versuchstieren ähnliche Konzentrationen wie bei Menschen, die in amerikanischen Großstädten leben. Dieser Vergleich wird in der Toxikologie verwendet, um sicherzustellen, dass in Laborexperimenten Dosen verwendet werden, die für die Exposition des Menschen relevant sind.
Wir waren überrascht, dass die Triglyceridspiegel bei den Nachkommen exponierter Mütter signifikant verändert waren, obwohl die Exposition gegenüber BDE-47 drei Monate zuvor aufhörte. Triglyceride sind Hauptbestandteile von Körperfett und Zellmembranen bei Menschen und anderen Tieren.
Um zu verstehen, wie BDE-47 Bluttriglyceride und andere Lipide verändert, mein Labor hat ein weiteres Experiment durchgeführt mit Mäusen. Lipide sind unlösliche Moleküle, die zur Energiespeicherung und als struktureller Bestandteil von Zellmembranen verwendet werden.
Wir stellten die Hypothese auf, dass Veränderungen der Blutfette auf Veränderungen der Leberfunktion zurückzuführen sind. Es ist bekannt, dass die Leber die Zusammensetzung der Lipide im Blut reguliert. Die Leber kann neue Lipide synthetisieren, sie zerstören, Lipide an das Blut absondern und aus dem Blut aufnehmen.
Um unsere Hypothese zu testen, setzten wir weibliche Mäuse während der Trächtigkeit oder während der Stillzeit täglich BDE-47 aus und analysierte die gesundheitlichen Ergebnisse der Nachkommen im Alter von einem Jahr – das entspricht ungefähr 50 Jahren in Menschen.
Dieses Experiment zeigte erneut, dass eine kurzfristige Exposition gegenüber BDE-47 in frühen Entwicklungsstadien zu lang anhaltenden Auswirkungen auf die Blutfette bei Mäusen führt. Diese Wirkungen waren bei Tieren, die während der Embryonalperiode oder während des Stillens exponiert wurden, sehr ähnlich.
Reprogrammierung des Lipidgleichgewichts in Blut und Leber
Bei exponierten Tieren sanken die Triglyceridspiegel im Blut um die Hälfte, und Lebern akkumulierten 20 bis 40 Prozent mehr Lipide als bei Mäusen, die der Chemikalie nie ausgesetzt waren. Die Aktivität vieler Lebergene, die für den Fettstoffwechsel wichtige Enzyme kodieren, war bei exponierten Mäusen verändert.
Wir beobachteten, dass eine niedrigere Expositionsdosis (0,2 mg/kg) und eine höhere Expositionsdosis (1,0 mg/kg) CD36 in entgegengesetzte Richtungen regulierten. Eine niedrigere Dosis führte zu einem verringerten CD36 und erhöhten Bluttriglyceriden, während eine höhere Dosis zu einem Anstieg von CD36 und zu einer Abnahme der Bluttriglyceride führte. Wir halten es für wichtig zu beachten, dass beide getesteten Dosen im Bereich der menschlichen Exposition lagen. Unter den Schlüsselproteinen, die am Fettstoffwechsel beteiligt sind, war eines besonders hoch. Dieses Protein – CD36 – ist dafür verantwortlich, Lipide aus dem Blut in die Leber zu pumpen. Eine erhöhte CD36-Menge bei exponierten Tieren ist wahrscheinlich für die Senkung der Lipide im Blut und deren Erhöhung in der Leber verantwortlich, was zu einer erhöhten Akkumulation dieser Fette in der Leber führt.
Stellen Veränderungen des CD36 gesundheitliche Risiken dar?
Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Exposition gegenüber BDE-47 während der frühen Entwicklung die CD36-Spiegel bei Mäusen in beide Richtungen verändern kann und dass sowohl eine Zunahme als auch eine Abnahme von CD36 schädlich sein können.
Als wir Mäuse hohen Dosen von BDE-47 aussetzten, erhöhte dies die Konzentration des CD36-Proteins, das eine übermäßige Ansammlung von Fett in den Leberzellen verursacht. Dieser Zustand wird als nichtalkoholische Fettlebererkrankung bezeichnet. Es ist der häufigste Form der chronischenLebererkrankungen bei Erwachsenen und Kindern.
Um herum ein Drittel der amerikanischen Bevölkerung hat nichtalkoholische Fettleber und ist ein Risikofaktor für Typ-2-Diabetes, Bluthochdruck, Herz-Kreislauf- und Nierenerkrankungen, Leberzirrhose und Leberkrebs.
Auf der anderen Seite führt eine verminderte Aktivität von CD36 zu höheren Lipidwerten im Blut und führt zu Arteriosklerose – eine Krankheit, bei der sich Lipidplaques an den Gefäßwänden bilden. Arteriosklerose ist der Hauptrisikofaktor für Herzinfarkt, der jährlich etwa 800.000 Todesfälle verursacht allein in den USA. Daher kann die Exposition gegenüber dieser Umweltchemikalie in jungen Jahren den lebenslangen Gesundheitsverlauf vollständig neu programmieren.
Von anderen Labors veröffentlichte Studien bestätigen, dass PBDEs stören den Fettstoffwechsel bei Ratten und erhöhen das Risiko einer nichtalkoholischen Fettleber bei Mäusen, die während der frühen Entwicklungsschritte exponiert wurden.
Immer noch gefährdet?
PBDEs wurden in Europa bis 2008 verboten und freiwillig von der Industrie in Nordamerika bis 2013 zurückgezogen. Es ist wahrscheinlich, dass die Produktion von PBDEs weltweit eingestellt wurde, obwohl für viele Regionen Daten fehlen. Diese Chemikalien sind jedoch immer noch in Produkten enthalten, die in US-amerikanischen Haushalten und Autos verwendet werden. PBDEs sind sehr stabile Verbindungen. Einmal in die Umwelt freigesetzt, reichern sie sich in Sedimenten und im Fettgewebe von Wildtieren und Menschen an und verbleiben dort viele Jahre. Zum Beispiel die Halbwertszeit verschiedener PBDEs im menschlichen Körper liegt zwischen einem und sieben Jahren. In der Umwelt gelangten sie in das Fettgewebe von Tieren, von denen viele wichtige Nahrungsquellen für uns darstellen.
Obwohl die Produktion von PBDEs in den Industrieländern eingestellt wurde, berichten einige Studien, dass die Konzentrationen von PBDEs in menschlichem Gewebe in den USA weiter wachsen.
Menschen, die in den letzten 15 bis 20 Jahren in den USA und Kanada geboren wurden, waren in ihrem frühen Leben Umweltkonzentrationen von PBDE, vergleichbar mit denen, die in unseren Experimenten den Lipidstoffwechsel umprogrammiert haben mit Mäusen. Daher glauben wir, dass etwa 20 Prozent der nordamerikanischen Bevölkerung einem Risiko für Erkrankungen ausgesetzt sein können, die mit veränderten Lipidkonzentrationen in Blut und Leber verbunden sind.
Werden diese Menschen schneller altersbedingte Erkrankungen entwickeln als frühere Generationen? Die Antwort kommt noch. Es ist wahrscheinlich, dass PBDEs nicht der einzige Schuldige sind. Viele andere allgegenwärtige Schadstoffe, wie z polychlorierte Biphenyle (PCBs), Dioxin (TCDD) und perfluorierte Verbindungen (PFOS, PFNA), sind heute dafür bekannt, CD36 bei Mäusen zu beeinflussen.
Es ist noch nicht klar, ob die Wirkung dieser anderen Chemikalien so lang anhaltend ist wie die Wirkung von PBDE. Es ist auch noch nicht klar, ob die bei Mäusen beobachteten Auswirkungen chemischer Expositionen beim Menschen die gleichen sind. Mäuse sind das am häufigsten verwendete Tiermodell zum Testen der Toxizität von Pharmazeutika und Industriechemikalien, und toxikologische Tierstudien sind im Allgemeinen auf den Menschen anwendbar, obwohl Reaktionen von Versuchstieren und Menschen gegenüber Chemikalien können sich in Art und Schwere unterscheiden.
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht auf Die Unterhaltung von Alexander Suvorov, Assistant Professor of Public Health an der University of Massachusetts Amherst.
