E-Zigaretten und Gesundheitsgefährdung – ein Überblick · „Direct Drip Atomizer“ 22 –...

PD Dr.rer.nat. Wolfgang Schober

E-Zigaretten und Gesundheitsgefährdung – ein Überblick

13. Deutsche Konferenz für Tabakkontrolle, 3. Dezember 2015, Heidelberg

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Ausschluss jeglicher Interessenskonflikte

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


Teile der präsentierten Studien wurden aus Mitteln des LGL und mit Projektmitteln des Bayerischen Staatsministeriums für Gesundheit und Pflege finanziert.

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


(Orth und Töppich, BZgA 2015)

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)

5,8

14,8

3,8

0,9

Konsumerfahrung mit E-Zigaretten in der deutschen Bevölkerung im Jahr 2015

(Repräsentativbefragung von 1.950 Personen über 16 Jahre)


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 mit Betriebsflüssigkeit (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 beim Konsum 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 nur unzureichende inhalationstoxikologische Daten

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


- Diacetyl (2,3-Butandion)

- strukturverwandte Diketone

proinflammatorische Wirkung

- süß-butterähnlicher Geschmack

- 2,3-Pentandion (Ersatzstoff für Diacetyl)

- Zusatzstoff in Lebensmitteln (Butteraroma)

- 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

(*starke Kontaktallergene)

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Aromastoffe schädigen humane embryonale Stammzellen (hESC) und Lungenfibroblasten (hPF)

unabhängig vom Nikotingehalt des E-Liquids

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

0 mg Nikotin/ml:

24 mg Nikotin/ml:

IC 5

0 (%

) I

C 50

(%)

hESC

hESC

hPF mNSC

hPF mNSC

schwach toxisch

mäßig toxisch

stark toxisch

schwach toxisch

mäßig toxisch

stark toxisch

Propylenglykol Glycerin 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:

IC 5

0 (%

)

hESC hPF mNSC

schwach toxisch

mäßig toxisch

stark toxisch

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

IC 5

0 (%

)

hESC hPF mNSC

schwach toxisch

mäßig toxisch

stark toxisch

Punkte repräsentieren unterschiedliche Liquidaromen

Punkte repräsentieren unterschiedliche Liquidaromen


- 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 entstehen mutagene Nitrosierungsprodukte (NNN, NNK)

unübersichtliches Produktspektrum

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

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– Nikotin (II) – Die vom Hersteller deklarierte Nikotinmenge stimmt häufig 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 • Verunreinigungen



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 Carbonylverbindungen durch 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 des E-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 • Verunreinigungen



Gerätetechnik Nutzerverhalten



- APVs (Mods)



„Direct Dripping“ – eine intensivere Form des Verdampfens 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 Tropfereignissen desto höher die Emission von toxischen Aldehyden


Formaldehyd (µg)

Gesamtpartikel- masse (mg)

Zug 1 (8 Sek.)

Temperatur (G

rad Celsius)

Zeit (Sek.)

Temperatur

Geh

alt

Pyro

lyse

prod

ukte

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 keine gesundheitlich unbedenklichen Produkte.

Schädigung von Stammzellen durch dauerhaftes Einatmen von Propylenglykol-Tröpfchen wirkt sich in der Wachstumsphase aus. Es beeinträchtigt bei Kindern 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

schnelle Umsetzung der neuen EU-Tabakprodukt-richtlinie 2014/40/EU in deutsches Recht


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

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

Generelle Begrenzung der Batteriespannung auf 3 Volt zur Reduzierung der Pyrolysegefahr

www.lgl.bayern.de 24 24 E-Zigaretten und Gesundheitsgefährdung – ein Überblick

Vielen Dank für Ihre 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]

Date post:	10-Aug-2020
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