Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten ... · Faktoren, die ein Gesundheitsrisiko beim Konsum von E-Zigaretten und E-Shishas begründen Fakten aus der Forschung mit

Wolfgang Schober

Fakten aus der Forschung mit elektronischenZigaretten - Facts from electronic cigarette research

Frühjahrstagung SGK, SGHC und SGP, 16. Juni 2016, Lausanne

www.lgl.bayern.de 22

E-Zigarette/E-Shisha: Übersicht Terminologie

Elektrische Zigarette

Elektronische Zigarette

E-Zigarette

Rauchlose Zigarette

Electronic cigarette (EC)

E-Cigarette

E-Cig

Electronic nicotine deliverysystem (ENDS)

E-Shisha (Shisha-Pen)

E-Hookah (E-Pen)

Shisha-to-go (Shisha2Go)

Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten


Kombinierte Lebenszeitprävalenzen des Konsums vonE-Zigaretten und E-Shishas in Deutschland


(Orth und Töppich, BZgA 2015)

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Insgesamt männlich weiblich

Kein Konsum E-Inhalationsprodukte nur Tabakzigarette

Konsumerfahrung mit E-Inhalationsprodukten und Tabakzigaretten bei 12- bis 17-Jährigen im Jahr 2014

63,9 62,4 65,5

27,6

8,5 7,0 10,0

30,4 24,5

(Repräsentativbefragung von 7.000 Personen zwischen 12 und 25 Jahren)

(Schaller et al., DKFZ 2015)

Konsumerfahrung mit E-Zigaretten inder deutschen Bevölkerung im Jahr 2015

(Repräsentativbefragung von 1.950 Personen ab 16 Jahren)

0%

5%

10%

15%

20%

25%

Raucherstatus Bevölkerung

Raucher Ex-Raucher Nichtraucher Insgesamt

5,8

14,8

3,8

0,9


Nutzung von E-Zigaretten in der Schweizer Bevölkerung


(Kuendig et al., Suchtmonitoring Schweiz, 2014)Gebrauch in den letzten 30 Tagen Jemals-Gebrauch


Aufbau und Funktionsweise von E-Zigaretten

(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

- Propylenglykol (E 1520)

- Glycerin

- Ethylenglykol

Zusätze

Trägersubstanzen

- ± Nikotin (≤ 36 mg/ml)

- Vanilleextrakt, Menthol, Apfelsäure

- ... und viele andere

Eigenmixturen

- Aromastoffe (lebensmitteltauglich)

Zusammensetzung der E-Liquids (E-Juices)

- unüberschaubares Spektrum von Substanzen

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

- Wasser


- Anfang 2014: 7764 unters. E-Liquids*

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


Faktoren, die ein Gesundheitsrisiko beimKonsum von E-Zigaretten und E-Shishas begründen


Chemikalien

• Aromastoffe

• Nikotin

• Verunreinigungen(z.B. Nitrosamine, DEG)

• Trägersubstanzen

Nutzerverhalten

- „Direct Dripping“

• Erfahren/Anfänger

• Dampfen eigener Mixturen

• Einsatz von Modifikationen

- APVs (Mods)

Gerätetechnik

• Ein-/Mehrwegprodukt

• Füllstand des Liquids

• Verdampfertemperatur

• Batteriespannung

• Programmierbarkeit

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– Aromastoffe –Zu vielen Substanzen existieren keine oder nurunzureichende inhalationstoxikologische Daten

zytotoxische Wirkung

- korreliert mit den eingesetzten Aromastoffen und wird nicht durch Nikotin verstärkt


- Eugenol*, Isoeugenol*, Linalool, Limonen, Citral, Farnesol, Geraniol, ...

sensibilisierende Wirkung

- Zimtaldehyd*, Zimtalkohol, Anisalkohol, Benzylalkohol

- allergene Duft- und Konservierungsstoffe (Typ-IV)

- allergene Duft- und Konservierungsstoffe (Typ-I)- Benzylalkohol (Schober et al., 2014)

(*starke Kontaktallergene)

- Diacetyl (2,3-Butandion) (Allen et al., 2016)

- strukturverwandte Diketone (Allen et al., 2016)

proinflammatorische Wirkung

- süß-butterähnlicher Geschmack

- 2,3-Pentandion (Ersatzstoff für Diacetyl)

- Zusatzstoff in Lebensmitteln (Butteraroma)

- Inhalation induziert Bronchiolitis obliterans (Kreiss et al., 2002)

www.lgl.bayern.de 9Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten

Aromastoffe schädigen humane embryonaleStammzellen (hESC) und Lungenfibroblasten (hPF)

unabhängig vom Nikotingehalt des E-Liquids

(Bahl et al., Reprod. Toxicol. 2012)

0 mg Nikotin/ml:

24 mg Nikotin/ml:

IC50

(%)

IC50

(%)

hESC

hESC

hPF mNSC

hPF mNSC

schwachtoxisch

mäßigtoxisch

starktoxisch

schwachtoxisch

mäßigtoxisch

starktoxisch

PropylenglykolGlycerin

Karamel#1

Butterbonbon#1

Butterbonbon#2

Zimt

Karamel#2

Menthol Arctic

Vanille Tahity

Bubblegum

Butterfinger


Embryonale Stammzellen (hESC/mNSC) reagieren empfindlicher auf Aromastoffe von E-Liquids als

ausdifferenzierte adulte Lungenfibroblasten (hPF)

Hersteller#1:

Hersteller#2:

IC50

(%)

hESC hPF mNSC

schwachtoxisch

mäßigtoxisch

starktoxisch

(Bahl et al., Reprod. Toxicol. 2012)

IC50

(%)

hESC hPF mNSC

schwachtoxisch

mäßigtoxisch

starktoxisch

Punkte repräsentieren unterschiedlicheLiquidaromen

Punkte repräsentieren unterschiedlicheLiquidaromen


- suchterzeugendes Potenzial

- tumorpromovierend, indirektes Kanzerogen (?)

inhärent schädigende Wirkung

- teratogen, neurotoxisch, ...

– Nikotin (I) –E-Liquids enthalten hohe Nikotinkonzentrationen

Nikotin

Lernvorgänge

Belohnungszentrum

Freisetzung

von Dopamin

physische

Abhängigkeit

physische

Abhängigkeit

Gewöhnung

Ausschüttung weiterer

Neurotransmitter

zwingendes Verlangen nach Nikotin

- häufig toxische Begleitsubstanzen:

- starke organtoxische Effekte:

- durch Fermentation des Tabaks entstehenmutagene Nitrosierungsprodukte (NNN, NNK)

unübersichtliches Produktspektrum

- hoch konzentrierte Nikotinlösungen (10%) auf VG/PG-Basis fürEigenmixturen


– Nikotin (II) –Die vom Hersteller deklarierte Nikotinmenge stimmthäufig nicht mit dem tatsächlichen Gehalt überein


Produktmängel

- oft fehlende Warnhinweise auf den Verpackungen

+ 40%

(Kirschner et al., Clin. Toxicol. 2013)

Vergiftungsgefahr für Kleinkinder

- Verschlusskappen häufig ohne Kindersicherung

- Kontakt mit wenigen Tropfen können Intoxikationen verursachen

- auch „nikotinfreie“ Liquids können Nikotin enthalten (Hutzler et al., 2014)

- falsche Angabe der Nikotinmengen (Schober et al. 2014, Goniewicz et al., 2014)

- Gefahr der Nikotinexposition durch undichte Kartuschen


– Nikotinexpositionen* durch E-Produkte –Bei mehr als der Hälfte der gemeldeten Fälle sind

Kinder unter 6 Jahren betroffen


(American Association of Poison Control Centers, 2015)

Fälle von Nikotinexposition durch E-Produkte:

- Verschluken*

- Inhalieren* oder

- Kontakt mit Haut und Augen*




Chemikalien

• Aromazusätze

• Nikotin



Nutzerverhalten





- APVs (Mods)

Gerätetechnik







Innenraumkonzentrationen von Partikeln (µg/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)

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

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



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

nach Konsum einer nikotinhaltigen E-Zigarette




Entstehung von toxischen Carbonylverbindungendurch Pyrolyse der Trägersubstanzen PG und Glycerin

im Zentrum Temperaturen > 350 ºC

Pyrolyserisiko hoch!


(Bekki et al., Int. J. Environ. Res. Public Health 2014)

(Schripp et al., Indoor Air 2013)

Glycerin Acrolein**

Propylenglykol (PG) Methylglyoxal*** Formaldehyd* Acetaldehyd**

Mundstück mit Liquidkartusche

Docht

Heizelement

**Hinweise auf kanzerogene Wirkung

*Humankanzerogen

***mutagenes Potenzial


Formaldehydexposition: E-Zigarette vs. Tabakzigarette

(Jensen et al., N. Engl. J. Med. 2015)


3,3 V 5,0 V


– Humanbiomonitoring –Konzentration von Metaboliten gesundheitlich problematischer

Substanzen im Urin der Probanden vor (v) und nach (n) Konsum einer nikotinfreien (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-Zigarettenkonsum auf folgende Mercaptursäuren nachweisbar:

Pyrolyseprodukte sind bioverfübar!

p = 0,06



Gesundheitliche Kurzzeiteffekte desE-Zigaretten- und E-Shishakonsums


- Schleimhautreizungen im Mund-/Rachenbereich

Allgemeine adverse Effekte:

- Hautirritationen, Augenreizungen

- Schwindel, Übelkeit, Benommenheit(Dawkins und Corcoran, 2013; Vakali et al., 2014; van Staden et al., 2014)

Effekte auf den Respirationstrakt

- Anstieg des Atemwiderstands (Vardavas et al., 2012; Marini et al., 2014; Palamidas et al., 2014)

- trockener Husten

- Abfall der spezifischen Luftleitfähigkeit (Palamidas et al., 2014)

- Hinweise auf Entzündungsprozesse in den Atemwegen (Schober et al., 2014; Lim und Kim, 2014)

- Obstruktion der Atemwege (Gennimata et al., 2014)

- Abfall der Lungenfunktion (Flouris et al., 2013)

Effekte auf das Herz-Kreislaufsystem

- Anstieg von Herzrate und diastolischem Blutdruck (Battista et al., 2013; Tsikrika et al., 2014; Vakali et al., 2014)

- Abfall der Sauerstoffsättigung im Blut (Vakali et al., 2014)

(Fromme und Schober, Atmos. Environ. 2015)




Chemikalien

• Aromazusätze

• Nikotin



Gerätetechnik Nutzerverhalten





- APVs (Mods)







„Direct Dripping“ – eine intensivere Form desVerdampfens von Liquids in E-Zigaretten


(Talih et al., Nicotine Tob. Res. 2015)

Mundstück

Heizspirale

Stahlwolle

Keramik

Lufteinzug

Batterieanschluss

Mundstück und Verdampfer

Batterie

„Direct Drip Atomizer“


– Direct Dripping –Je höher die Zugzahl zwischen den Tropfereignissendesto höher die Emission von toxischen Aldehyden


Formaldehyd (µg)

Gesamtpartikel-masse (mg)

Zug 1(8 Sek.)

Tem

pera

tur (G

rad C

elsiu

s)

Zeit (Sek.)

Temperatur

Gehalt P

yro

lyse

pro

dukte

2 Tropfen

(Talih et al., Nicotine Tob. Res. 2015)

Zug 2(8 Sek.)

Zug 3(8 Sek.)

Zug 4(8 Sek.)


Zusammenfassung und Handlungsempfehlungen

E-Zigaretten und E-Shishas sind keinegesundheitlich unbedenklichen Produkte.

Schädigung von Stammzellen durch dauerhaftes Einatmen von Propylenglykol-Tröpfchen wirkt sich in der Wachstumsphase aus. Es beeinträchtigt beiKindern und Jugendlichen die Entwicklung des Lungengewebes und erhöht das Asthmarisiko. E-Zigaretten und E-Shishas

sollten unabhängig vom

Nikotingehalt unter das

Rauchverbot des GSG

gestellt werden

Umsetzung der neuen EU-Tabakproduktrichtlinie 2014/40/EU in nationales Recht (DE: seit 20. Mai 2016)


Liquids enthalten inhalationstoxische Additive:- Aromen (proinflammatorisch, sensiblisierend, zytotoxisch)

- Nikotin (suchterzeugendes Potenzial, Vergiftungsgefahr)- Propylen-/Ethylenglykol (schleimhautreizend)

Aerosole von E-Zigaretten und E-Shishas enthalten:- ultrafeine Flüssigkeitspartikel (oxid. Stress, Entzündung)

- Carbonyle (kanzerogen, ziliartoxisch, Induktion von Nekrosen)

- PAK und Metalle (kanzerogen)

Verleitungseffekte durch E-Produktdesigns:- habituelle Gewöhnung an eingeübte Rauchrituale- Manipulations- und Missbrauchsgefahr

Allgemeines Abgabeverbot von E-Zigaretten und E-Shishas an Minderjährige (DE: seit 1. April 2016)

Implementierung von Vorschriften zur Einhaltung technischer Mindeststandards(z.B. Füllstandanzeige)

Generelle Begrenzung der Batteriespannung auf 3 Volt zur Reduzierung der Pyrolysegefahr


Vielen Dank fürIhre Aufmerksamkeit!

PD Dr. Wolfgang Schober

Bayerisches Landesamt für Gesundheit und

Lebensmittelsicherheit (LGL)

Pfarrstraße 3

80538 München

Telefon: 09131/6808-4242

[email protected]

Kontakt:

mailto:[email protected]

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