23.11.2021 21:10
Konkurrenz in der Lunge
Feinstaub überlagert den Abbau von Wasserstoffperoxid, was zu gesundheitlichen Auswirkungen durch oxidativen Stress führen kann.
Plötzlich gesund
Fortschreitende Naturerkenntnis, ganz allgemein gesprochen, ‘Wissenschaft’, ist der stärkste Feind des medizinischen Wunders. Was unseren Vorfahren als Wunder erschien, was einfache Naturvölker heute noch in heftige Erregung versetzt, das berührt den zivilisierten Menschen längst nicht mehr.
Doch es gibt einen Gegensatz, der jedem Denkenden sofort auffällt: der unerhörte, durchaus nicht abgeschlossene Aufstieg der wissenschaftlichen Heilkunde und die ebenso unerhörte Zunahme der Laienbehandlung und der Kurpfuscherei. Man schätzt die Zahl der Menschen, die der Schulmedizin kein Vertrauen schenken, auf immerhin 50 Prozent.
Wie kann es sein, daß Laienbehandler und Kurpfuscher immer wieder spektakuläre Erfolge aufweisen, von denen die Sensationspresse berichtet?
Der Autor geht dieser Frage nach und kommt zu interessanten Erkenntnissen, aus denen er Vorschläge für eine bessere Krankenbehandlung durch seine ärztlichen Standesgenossen ableitet.
Forschende des Max-Planck-Instituts für Chemie (MPIC) haben zusammen mit Kollegen der University of California in Irvine die chemischen Reaktionen simuliert, die beim Einatmen von Feinstaub, Ozon und Stickstoffdioxid auftreten. Diese drei Luftschadstoffe werden am stärksten mit Krankheiten in Verbindung gebracht und sind die Hauptbestandteile der städtischen Luftverschmutzung. Das internationale Team stellte mit Hilfe von Computermodellen die chemischen Prozesse in der Epithelflüssigkeit nach, einer dünnen wässrigen Schicht, die unsere Lungen schützt.
„Bei Schadstoffbelastungen können die Abwehrmechanismen in unserem Körper überfordert sein, sodass Hydroxyl-Radikale entstehen, die zu oxidativem Stress führen. Für unsere Studie haben wir diese Prozesse in der Lunge nachgestellt“, erklärt Thomas Berkemeier, Leiter der Gruppe „Chemische Kinetik und Reaktionsmechanismen” am MPIC. „Wir haben herausgefunden, dass selbst geringe Feinstaubkonzentrationen dazu führen können, dass die körpereigene Abwehr umgangen wird.“ Für solch lungengängigen Feinstaub, dessen Partikel kleiner als 2,5 Mikrometer sind, fanden sich im Modell laut Berkemeier deutliche Effekte schon bei vergleichsweise geringen Schadstoffbelastungen, wie man sie auch außerhalb belasteter Innenstädte finden kann. Für den Mainzer Forscher sind die aktuellen Empfehlungen der WHO folgerichtig. Die Organisation hatte Ende September den Leitwert für Feinstaub der Größe PM2,5 von zehn Mikrogramm pro Kubikmeter Luft auf fünf gesenkt.
Körpereigene Abwehr bereits bei geringen Feinstaubkonzentrationen überlastet
In der kürzlich veröffentlichten Studie rückt das Molekül Wasserstoffperoxid (H2O2), das auch als Bleichmittel bekannt ist, in das Zentrum des chemischen Mechanismus. Es entsteht unter anderem in der Lunge und reichert sich dort in kleinen Mengen an. Atmen wir nur saubere Luft ein, verwandeln Enzyme den Großteil des Wasserstoffperoxids in harmlose Moleküle wie Wasser. Schadstoffe treten jedoch mit den Enzymen in Konkurrenz und verwandeln das Wasserstoffperoxid in hoch reaktive Hydroxyl-Radikale. Diese schädigen Biomoleküle wie Proteine und Lipide in der Lunge, was oxidativen Stress verursacht. Die Ursache liegt darin, dass Feinstaub – je nach Ursprung – Kupfer- und Eisenionen enthalten kann, die die Umwandlung von Wasserstoffperoxid in Hydroxyl-Radikale begünstigen. Chemiker sprechen von der Fenton-Reaktion.
„Da sie so reaktiv sind, können Hydroxyl-Radikale nicht wirksam durch Antioxidantien abgefangen werden. Der einzige Schutz gegen diese Radikale besteht darin, ihre Bildung in unserem Körper zu verhindern”, sagt Steven Lelieveld, Mitglied der Forschungsgruppe und Erstautor der Studie. „Und das gelingt nur, wenn unsere Atemluft möglichst sauber ist.“
„Die Studie ist ein bedeutender Schritt für unser Verständnis der gesundheitlichen Auswirkungen von Luftverschmutzung. Mit dem neuen Modell können wir die Wirkungen und Wechselwirkungen verschiedener Luftschadstoffe quantitativ bewerten”, fasst Ulrich Pöschl, Leiter der Abteilung Multiphasenchemie des Mainzer Instituts, zusammen. „Luftverschmutzung ist immer noch eine der häufigsten Todesursachen weltweit. Wir werden die neu gewonnenen Erkenntnisse mit epidemiologischen Daten verknüpfen, um Empfehlungen für effiziente Strategien zur Luftreinhaltung geben zu können.”
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr. Thomas Berkemeier
Telefon: +49 6131 305-7400
E-Mail: t.berkemeier@mpic.de
Max-Planck-Institut für Chemie
Originalpublikation:
Lelieveld, S., Wilson, J., Dovrou, E., Mishra, A., Lakey, P. S. J., Shiraiwa, M., Poschl, U., Berkemeier, T.: Hydroxyl Radical Production by Air Pollutants in Epithelial Lining Fluid Governed by Interconversion and Scavenging of Reactive Oxygen Species, Environ. Sci. Technol. 55(20), 14069-14079, (2021).
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.1c03875
Weitere Informationen:
https://www.mpic.de/5085473/konkurrenz-in-der-lunge
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Lehrer/Schüler, Wissenschaftler
Chemie, Ernährung / Gesundheit / Pflege, Medizin, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungsergebnisse
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