E-Zigaretten Schadstoffe in der Raumluft Schober€¦ · (Schober et al., Int. J. Hyg. Environ. Health 2014) - Anteil der PAK mit potenziell kanzerogener Wirkung steigt im Mittel

PD Dr.rer.nat. Wolfgang Schober

Schadstoffe durch E-Zigaretten in der Raumluft

12. Deutsche Konferenz für Tabakkontrolle, 4. Dezember 2014, Heidelberg

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Ausschluss jeglicher Interessenskonflikte

Ich deklariere hiermit, in Bezug auf das Thema Tabakkonsum,Tabakkontrolle und E-Zigaretten keinerlei Interessenskonflikte zuhaben.


Die Studie wurde aus finanziellen Mitteln des LGL und mitProjektmitteln des Bayerischen Staatsministeriums für Gesundheitund Pflege durchgeführt.

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Aufbau und Funktionsweise von E-Zigaretten

(nach Caponnetto et al., J. Med. Case Rep. 2011)

Verdampferprinzip (nur Primär- und Tertiärdampf!)

Betriebsflüssigkeit (Liquid) in Tank

per Kapillarkraft

in Heizeinrichtung

Heizung getriggert

durch Knopfdruck

durch Atemzug

Akku zum Betrieb

Dampf

Heizelement

Sensor

Mikroprozessor

LED-Glutlicht

Kartusche mitBetriebsflüssigkeit (Liquid)Lithium-

Ionen-Akku


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Große Produktbandbreite

- 1,2-Propandiol (E 1520)

- Glycerin

- 1,2-Ethandiol

Zusätze

Trägersubstanzen

- ± Nikotin ( 24 mg/ml)

- Vanilleextrakt, Menthol, Apfelsäure

- ... und viele andere

Eigenmixturen

- Aromastoffe (lebensmitteltauglich)

Zusammensetzung der E-Liquids

- unüberschaubares Spektrum von Substanzen

- Ethylacetat („fruchtig“), Linalool („blumig“), Tabanon („zigarettig“)

- Wasser


- Anfang 2014: 7764 unters. E-Liquids*

*(Zhu et al., Tob. Control. 2014)

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Aktuelle Untersuchungen deuten auf eine Belastung der

Luftqualität in Innenräumen durch E-Zigaretten im Hinblick auf...

Does e-cigarette consumption cause passive vaping?

Schripp T, Markewitz D, Uhde E, Salthammer T. (2013) Indoor Air 23: 25-31.

Nikotin und flüchtige organische Verbindungen (VOC)

Feine und ultrafeine Partikel (PM)

Metalle

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK)

Comparison of the effects of e-cigarette vapor and cigarette smoke on indoor air quality.

McAuley TR, Hopke PK, Zhao J, Babaian S. (2012) Inhal. Toxicol 24: 850-857.

Electronic cigarette aerosol particle size distribution measurements.

Ingebrethsen BJ, Cole SK, Alderman SL. (2012) Inhal Toxicol. 24: 976-984.

Levels of selected carcinogens and toxicants in vapour from electronic cigarettes.

Goniewicz ML, Knysak J, Gawron M, Kosmider L, Sobczak A, Kurek J, Prokopowicz A, Jablonska-Czapla M,

Rosik-Dulewska C, Havel C, Jacob P 3rd, Benowitz N. (2014) Tob. Control 23: 133-139.

Electronic cigarettes: an evaluation of exposure to chemicals and fine particulate matter (PM).

Pellegrino RM, Tinghino B, Mangiaracina G, Marani A, Vitali M, Protano C, Osborn JF, Cattaruzza M.

(2012) Ann. Ig. 24: 279-88.

Metal and silicate particles including nanoparticles are present in electronic cigarette cartomizer fluid and aerosol.

Williams M, Villarreal A, Bozhilov K, Lin S, Talbot P. (2013) PLoS One 8, e57987.


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- Humanexpositionsstudie -

Bestimmung der inneren und äußeren Schadstoffbelastung

durch Konsum von E-Zigaretten (“Dampfen”)Studiendesign:

- mittlere Luftwechselrate: 0,56-fach/Stunde

Natürlich belüfteter Innenraum (Größe: 18 m2, Volumen: 45 m3)

- Café-ähnliche Einrichtung (Tische, Stühle, Garderobe)

9 Studienteilnehmer (jeweils 3 pro Dampfsitzung)

- Gelegenheitsraucher: alle männlich, Alter: 24,7 ± 4,2 Jahre

- 48-stündige Nikotinabstinenz vor jeder Dampfsitzung

6 Dampfsitzungen über jeweils 2 Std. (3 Liquidsorten)

- alle Liquids mit Tabakaroma, jeweils ± Nikotin

Untersuchungsparameter:

In der Innenraumluft

- Partikelmasse, -anzahlkonzentration, -größenverteilung

- PAK, VOC/Carbonyle, Metalle

- Luftwechselrate, Temperatur, rel. Luftfeuchte, CO, CO2

In der Ausatemluft

In den Urinproben (0/24 Std. nach Exposition)

- Nikotin, Cotinin, trans-3‘-Hydroxycotinin

- Mercaptursäuren von:

- Benzol (S-PMA), Styrol (PHEMA)

- Benzylalkohol/Toluol (S-BMA)

- Butadien (DHBMA und MHBMA)

- Acetronitril (CEMA), Acrolein (3-HPMA)- FeNO (Entzündungsmarker)

- eCO (Marker für oxid. Stress)


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Innenraumkonzentrationen von VOC ( g/m3) gemessen während einer 2-std. Dampfsitzung mit 3 Probanden, die

verschiedene Liquids mit und ohne Nikotin aerosolisierten

(Schober et al., Int. J. Hyg. Environ. Health 2014)

- 1,2-Propandiol (199,2 ± 93,2 vs.

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Innenraumkonzentrationen von PAK (ng/m3)gemessen während einer 2-std. Dampfsitzung mit 3 Probanden, die



- Anteil der PAK mit potenziell kanzerogener Wirkung steigt im Mittel um 20 %

- Summenkonzentration der PAK steigt um 30 bis 90 % (leicht flüchtige PAK dominieren)


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Innenraumkonzentrationen von Metallen/Elementen (ng/m3)gemessen während einer 2-std. Dampfsitzung mit 3 Probanden, die



- Konzentration von Aluminium steigt um das 2,4-fache an (482,5 ± 158,6 vs. 203 ng/m3)



Innenraumkonzentrationen von Partikeln ( g/m3)gemessen während einer 2-std. Dampfsitzung mit 3 Probanden, die



- mittlere Massenkonzentration PM2,5: 197 g/m3 (Kontrolle: 6 g/m3, 90. Perzentil: 373 vs. 8 g/m3)

- PNC (Median): 48.620 - 88.386 (N/cm3), Spitzen bei Partikelgrößen von 24 bis 36 nm



Innenraumkonzentrationen von Partikeln ( g/m3)gemessen während einer 2-std. Dampfsitzung mit 3 Probanden, die


(Schober et al., Int. J. Hyg. Environ. Health 2014)PM-Belastung im Innenraum durch E-Zigarette/Tabakzigarette(3 Probanden, jeweils 7 Züge, 60 Sek. Intervall, 50 m3 Raum mit Möbeln)

(Ruprecht et al., Tumori 2014)

- mittlere PM2,5-Konzentration bei nikotinfreiem E-Zigarettenkonsum 2,4 bis 10-fach höher

als bei nikotinhaltigem (331 ± 161,6 vs. 65,3 ± 32,3 g/m3)

- Gute Korrelation beider Studien:

PM-Belastung nikotinfrei >> nikotinhaltig!

- Implikationen für Umsetzung der Richt-

linie 2014/40/EU: Kosumverbot unab-

hängig vom Nikotingehalt im GSG

verankern



– E-Zigaretten-Aerosol –Größenverteilung der Partikel während des Konsums

einer E-Zigarette und Tabakzigarette in einer 8-m3-Testkammer

(Schripp et al., Indoor Air 2013)

- bimodale Partikelverteilung (Maxima: 30 nm und 100 nm) - unimodale Partikelverteilung (Maximum: 100 nm)

- während des Dampfens steigen die PNC im ultrafeinen Bereich an

(6 Züge zu je 3 Sek.durch Proband, 60 Sek.Intervall, nikotinfrei)

E-Zigarette Tabakzigarette



Größenverteilung von unterschiedlich gealterten E-Zigaretten-Partikeln in einer 10-Liter-Glaskammer


- Shift von bimodaler (60/100 nm) zu

unimodaler Partikelverteilung (45 nm)

- Partikel „schrumpfen“ nach 3 min.

- reine PM-Messungen im Primärdampf bilden das

Risiko der Passivdampfbelastung nicht realistisch ab

(1 Zug für 3 Sek. durchRauchmaschine, nikotinfrei)

Partikelalterung nach 5 min. beiverschiedenen Temperaturen

Partikelalterung bei 37 °C zuverschiedenen Zeitpunkten



– Physiologische Effekte –Signifikanter Anstieg von NO in der Ausatemluft der Probanden

nach Konsum einer nikotinhaltigen E-Zigarette




– Physiologische Effekte –Steigerung der allergeninduzierten Atemwegsüberempfindlichkeit

und Atemwegsentzündung durch Instillation von E-Liquids bei Mäusen

(Lim & Kim, Toxicol. Res. 2014)

Effects of e-cigarettes on airway hyper-responsiveness. N, normal group; OVA-S, OVA-sensitized group; OVA-S + E-

C, group sensitized with OVA and instilled with nicotine solution from e-cigarettes; Penh, enhanced pause value in

asthma assessment; MCH, methacholine. *p< 0.01 compared to the N group and #p < 0.05 compared to the OVA-S

group, as assessed by, respectively.



– Humanbiomonitoring –Konzentration von Nikotin und Cotinin im Urin der Probanden

vor (v) und nach (n) Konsum einer nikotinfreien (NF) und einernikotinhaltigen (NH) E-Zigarette




– Humanbiomonitoring –Konzentration von Metaboliten gesundheitlich problematischer

Substanzen im Urin der Probanden vor (v) und nach (n) Konsum einernikotinfreien (NF) und einer nikotinhaltigen (NH) E-Zigarette


- Benzol (S-PMA), Styrol (PHEMA)

- Benzylalkohol/Toluol (S-BMA)

- Butadien (DHBMA und MHBMA)

- Acetronitril (CEMA)

Keine Effekte durch E-Zigarettenkonsumauf folgende Mercaptursäurennachweisbar:

Pyrolyseprodukte sind bioverfübar!

p = 0,06



Temperaturverteilung im Heizelement während desBetriebs einer E-Zigaratte (ohne Liquid)

Mundstück mitLiquidkartusche

Docht

Heizelement

im Zentrum Temperaturen > 350 ºC Pyrolyserisiko hoch!



- 1,2-Propandiol Propylenoxid

- Glycerin Acrolein, Formaldehyd


Zusammenfassung und Handlungsempfehlungen

E-Zigaretten sind nicht emissionsfrei,sondern belasten die Luftqualität inInnenräumen maßgeblich.

Von gesundheitlicher Relevanz sind- 1,2-Propandiol (potenziell schleimhautreizend)- Nikotin (suchtgefährdendes Potenzial)- PAK (potenziell kanzerogene Wirkung)

- ultrafeine Partikel (erhöhen Asthmarisiko)

Der Anstieg von NO in der Ausatemluft der

Dampfer legt pro-entzündliche Effekte nach

Kurzzeitexposition nahe.

Nikotin und Pyrolyseprodukte sind

bioverfügbar und werden metabolisiert.

Partikel werden aus übersättigtem 1,2-Propandiol-dampf geformt und schrumpfen bei Alterung. Größen-verteilung ist abhängig von der Verweildauer in derLunge (Tertiärpartikel kleiner als Primärpartikel).PM-Belastung nikotinfrei >> nikotinhaltig.

E-Zigaretten und E-Shishas

sollten unabhängig vom

Nikotingehalt unter das

Rauchverbot des GSG

gestellt werden

Ein gesundheitliches Risiko fürDampfer und Passivdampferkann nicht ausgeschlossenwerden:

schnellere Umsetzung derneuen EU-Tabakprodukt-richtlinie 2014/40/EU indeutsches Recht

Weitere Untersuchungendringend notwendig zu:

- Passivdampf belasteten Personen- Langzeiteffekten- Dampfverhalten in Deutschland- Suchtpotenzial („Einstiegsdroge“)


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E-Zigaretten Schadstoffe in der Raumluft Schober€¦ · (Schober et al., Int. J. Hyg. Environ. Health 2014) - Anteil der PAK mit potenziell kanzerogener Wirkung steigt im Mittel