SYNERGIE – Forschen für Gesundheit
Das Magazin der DZG

Reize von außen

Gesundheit wird durch viele Einflüsse von außen mitbestimmt, etwa Luftverschmutzung, Lärm oder Mikroorganismen. Die Gesamtheit dieser Faktoren wird als Exposom bezeichnet – dessen Erforschung bietet viele Chancen für Diagnostik und Therapie von Erkrankungen.
Unser ganzes Leben lang ist unser Körper den unterschiedlichsten Einflüssen der Umwelt ausgesetzt: dazu gehört die Luft, die wir atmen, genauso wie das Wasser, das wir trinken, und die Nahrung, die wir essen, der Stress, den wir erleben, oder der Lärm, den wir wahrnehmen. Über die Haut, die Atmung oder den Magen-Darm-Trakt nehmen wir Mikroorganismen oder pflanzliche Produkte wie Pollen aus unserer Umwelt auf.
WIR WISSEN BEREITS HEUTE SICHER, DASS DAS EXPOSOM EINFLUSS AUF ALLE KRANKHEITEN HAT, MIT DENEN SICH DIE DEUTSCHEN ZENTREN DER GESUNDHEITSFORSCHUNG BESCHÄFTIGEN.
In ihrer Gesamtheit werden diese Faktoren Exposom genannt – eine Wortschöpfung, die den englischen Begriff „Exposure“ (Ausgesetztsein) aufgreift und als Gegenstück zu „Genom“ zu verstehen ist: Während das „Genom“ für Einflüsse steht, die von innen heraus auf den Organismus wirken, steht das „Exposom“ für äußere Einflüsse. Es kann unsere Gesundheit unterstützen, wenn beispielsweise die Bakterien, die den menschlichen Darm besiedeln, in ständigem Austausch mit der Umwelt stehen – ohne sie könnte der Mensch nicht leben. Das Exposom kann jedoch auch krank machen und beispielsweise Krebs, Herz-Kreislauf- oder Lungen-Erkrankungen auslösen sowie Diabetes beeinflussen – und auch alle mikrobiellen und viralen Infektionserreger gehören zum Exposom. Die Erforschung dieser Mechanismen ist herausfordernd: Denn meist ist nicht klar, wo Ursache und Wirkung liegen und wie oder wie intensiv ein bestimmter Einflussfaktor gewirkt hat.

Viele Reize von außen

Klar ist: Über unsere Umwelt treffen sehr viele chemische und physikalische Reize auf uns, von mikroskopisch kleinen Luftschadstoffen und viralen oder bakteriellen Krankheitserregern über Chemikalien, die beispielsweise über Alltagsprodukte in unseren Körper gelangen bis zur steigenden Hitze durch den Klimawandel. Sie wirken in erster Linie auf die menschlichen Barriereorgane wie Lunge, Haut und Magen-Darm-Trakt – aber auch weit darüber hinaus. „Durch Schadstoffe in der Luft kann Lungenkrebs entstehen – also direkt in dem Organ, über das sie aufgenommen werden. Sie können aber auch für sekundäre Ausbildungen verantwortlich sein wie beispielsweise Diabetes“, sagt Professorin Annette Peters, Direktorin des Instituts für Epidemiologie am Forschungszentrum Helmholtz Munich, einem Partner des Deutschen Zentrums für Diabetesforschung. „Und dass beispielsweise auch Licht und Lärm Auswirkungen auf den menschlichen Körper zeigen, bedeutet, dass es Signalwege geben muss, die dazu führen, dass die Umwelt Erkrankungen auslösen kann. Wir wissen bereits heute sicher, dass das Exposom Einfluss auf alle Krankheiten hat, mit denen sich die Deutschen Zentren der Gesundheitsforschung beschäftigen.“
DAS EXPOSOM BEZIEHT SICH AUF ALLE UMWELTFAKTOREN, DENEN EINE PERSON IM LAUFE IHRES LEBENS AUSGESETZT IST.
Der Begriff Exposom ist vor rund 20 Jahren im Zuge der Fortschritte in der chemischen Analytik durch Massen-Spektroskopie entstanden. „In einem einzigen Tropfen Blut kann man heute Zehntausende Chemikalien nachweisen, indem beispielsweise Stoffwechselprodukte von Pestiziden, sogenannte Metaboliten, gemessen werden. In diesem Tropfen können wir also äußere Einflüsse auf den menschlichen Körper erkennen“, so Annette Peters. Das eröffne völlig neue Möglichkeiten, um unter anderem chronische Erkrankungen und deren Ursachen zu verstehen: „Wir bekommen darüber Zugänge zu Expositionen, die sehr schwer über Fragebögen oder Modellrechnungen zu quantifizieren sind.“ Es sei zum Beispiel schwierig, wirklich systematisch und valide die Belastung durch Pestizide abzufragen: „Die Personen wissen oft nicht, was genau sie angewendet haben, wann und wie viel davon. Als Forschende können wir auch nicht sicher sein, dass die Anleitung zur Verwendung der Produkte richtig befolgt wurde. Der Blutstropfen gibt zumindest gewisse Anhaltspunkte auf mögliche Expositionen. Es wird intensiv daran gearbeitet, aus erweiterten Metaboliten-Spektren auf die Wirkung der Umwelt schließen zu können“, so Peters. „In diesem Bereich nimmt die Forschung gerade erst so richtig Fahrt auf und wir werden sicher in den nächsten zehn Jahren viel besser verstehen, ob und was man in den Blutstropfen-Akten lesen kann.“
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Kurzfristige und langfristige Auswirkungen

In der Regel müssen die Faktoren des Exposoms lange auf den menschlichen Körper wirken, um dort Schaden anzurichten. „Vor allem wenn es um die Entstehung oder Verschlechterung chronischer Erkrankungen geht, gehen wir davon aus, dass die entsprechenden Faktoren wirklich über Jahre hinweg wirken müssen“, erklärt Annette Peters. „Gerade bei einer Stoffwechselerkrankung wie dem Diabetes hat ja der Körper relativ viel Resilienz, die Stoffwechselwege sind gut abgepuffert.“ Bevor ein Mensch einen Diabetes entwickelt, muss er über eine lange Zeit den schädlichen Umwelteinflüssen ausgesetzt gewesen sein. Gleichzeitig wurde beobachtet, dass das Risiko für einen Herzinfarkt bereits nach wenigen Tagen höherer Konzentration von Luftschadstoffen oder Hitze deutlich größer ist. „Bei Luftschadstoffen und Herzinfarkt war das sogar innerhalb von Stunden beobachtbar: Wenn eine Person sich im Straßenverkehr aufgehalten hat, war das Risiko für einen Herzinfarkt in der nächsten Stunde dreimal höher. Das ist die schlechte Nachricht. Die gute Nachricht ist, dass solche Risiken dann auch schnell wieder nach unten gehen.“

Um vor allem auch die langfristigen Auswirkungen von Umweltfaktoren zu erfassen, braucht es große epidemiologische Studien. Dort wird die Wirkung des Exposoms berechnet, indem die Langzeitbelastung der Studienteilnehmerinnen und -teilnehmer erfasst und daraus abgeleitet wird, wie groß ihr individuelles Krankheitsrisiko ist. „Da sieht man beispielsweise, dass Diabetes-Erkrankte häufig aus belasteten Wohnorten kommen“, sagt Peters. „Es macht einen Unterschied, ob ich an einer viel befahrenen Straße oder in einer relativ sauberen grünen Umgebung wohne.“ Es gebe jedoch keinen grundsätzlichen Unterschied zwischen Stadt und Land: „Auch in städtischen Gebieten kann die Luft gut oder schlecht sein.“

Forschung sollte intensiviert werden

Schätzungsweise zwei Drittel der chronischen, nicht übertragbaren Krankheiten sind auf die Auswirkungen des Exposoms zurückzuführen. Professor Thomas Münzel, Studienleiter beim Deutschen Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK) und Seniorprofessor am Zentrum für Kardiologie der Universitätsmedizin Mainz, hat in Studien nachgewiesen, dass etwa Luftverschmutzung zu den größten Gesundheitsgefahren gehört und für 8,8 Millionen vorzeitige Todesfälle pro Jahr verantwortlich ist (siehe Artikel ab Seite 34). Er wünscht sich, dass das Exposom entsprechend mehr Beachtung findet: „Es sorgt mit seinen vielfältigen Belastungen im Lebensverlauf für starke gesundheitliche Auswirkungen und vorzeitige Todesfälle. Deshalb sollte die Forschung dazu dringend intensiviert werden.“

Thomas Münzel beschäftigt sich in seiner wissenschaftlichen Arbeit unter anderem damit, auf welchen Wegen die Einflüsse von außen auf den Körper wirken – und wie stark. Wenn jemand beispielsweise eine Herz-Kreislauf-Erkrankung hat, sind bei ihm zentrale biochemische Bahnen, sogenannte Pathways, aktiviert – ausgelöst durch stressbedingte Veränderungen wie einen gestörten Tag-Nacht-Rhythmus, Stresshormonaktivierung oder Entzündungen. „Und das sind auch die Pathways, die durch schlechte Umweltbedingungen aktiviert werden“, so Münzel. „Was auch bedeutet, dass die Einflüsse sich gegenseitig verstärken können und beispielsweise der Prozess der Arteriosklerose dann deutlich beschleunigt wird.“
ETWA ZWEI DRITTEL DER CHRONISCHEN, NICHT ÜBERTRAGBAREN KRANKHEITEN RESULTIEREN AUS DEM EXPOSOM. DESHALB SOLLTE DIE FORSCHUNG DAZU INTENSIVIERT WERDEN.
IN DER REGEL MÜSSEN DIE FAKTOREN DES EXPOSOMS LANGE AUF DEN MENSCHLICHEN KÖRPER WIRKEN, UM DORT SCHADEN ANZURICHTEN.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit

Auch für die Therapie sind die Wirkungen des Exposoms relevant: „Therapeutisch wird das Wissen um die Rolle der Umwelt dann wichtig, wenn man zum Beispiel feststellt, dass man Herz-Kreislauf-Medikamente in Hitzeperioden anders dosieren sollte“, so Peters. „Der Körper hat Mechanismen, um mit Belastungen umzugehen und stellt beispielsweise die Gefäße weit, um mehr schwitzen zu können und darüber mit der Hitze besser klarzukommen. Dieser Mechanismus funktioniert bei einem gesunden Menschen anders als bei jemandem, der eine Bluthochdruckerkrankung hat. Die entsprechenden Medikamente können auch negative Auswirkungen haben oder gegen die normalen Adaptationsmechanismen des Körpers arbeiten. Hier kann das Wissen um die Umwelteinflüsse also auch direkt zu veränderten Therapieempfehlungen führen.“

Grundsätzlich sei die Forschung zum Exposom überwiegend präventiv angelegt – um beispielsweise Empfehlungen an die Politik zu geben. Auf Basis der wissenschaftlichen Ergebnisse können Grenzwerte angepasst und gesetzliche Regulierungen angestoßen werden. „Vor den Schadstoffen, die wir mit der Luft einatmen, kann ich mich schließlich als einzelne Person kaum schützen, wir sind ihnen alle ausgesetzt“, so die Epidemiologin. Derzeit wird die Luftqualitätsrichtlinie in der Europäischen Union überarbeitet. „Ich denke, es ist wichtig, dass wir darüber einen Diskurs in der Gesellschaft führen. Über die Luftschadstoffe wird weniger laut gesprochen als über den Klimawandel. Aber diese Themen hängen zusammen und die Maßnahmen, die wir im Rahmen der Energiewende ergreifen, sind überwiegend auch dazu geeignet, eine deutliche Veränderung der Luftqualität in Europa herbeizuführen. Wir müssen interdisziplinär zusammenarbeiten und können nur über gesellschaftliche Prozesse wirklich Verbesserungen erreichen. Erfreulich daran ist: Wenn diese Verbesserungen auch politisch gestützt werden, profitieren alle Menschen in der Bevölkerung davon.“
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