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Wolfgang Schober
Fakten aus der Forschung mit elektronischenZigaretten - Facts from electronic cigarette research
Frühjahrstagung SGK, SGHC und SGP, 16. Juni 2016, Lausanne
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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
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Kombinierte Lebenszeitprävalenzen des Konsums vonE-Zigaretten und E-Shishas in Deutschland
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
(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
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Nutzung von E-Zigaretten in der Schweizer Bevölkerung
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
(Kuendig et al., Suchtmonitoring Schweiz, 2014)Gebrauch in den letzten 30 Tagen Jemals-Gebrauch
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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
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
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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
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
- Anfang 2014: 7764 unters. E-Liquids*
*(Zhu et al., Tob. Control. 2014)
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Faktoren, die ein Gesundheitsrisiko beimKonsum von E-Zigaretten und E-Shishas begründen
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
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
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
- 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)
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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
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www.lgl.bayern.de 10Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
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
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www.lgl.bayern.de 11Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
- 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
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www.lgl.bayern.de 12
– Nikotin (II) –Die vom Hersteller deklarierte Nikotinmenge stimmthäufig nicht mit dem tatsächlichen Gehalt überein
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
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
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www.lgl.bayern.de 1313
– Nikotinexpositionen* durch E-Produkte –Bei mehr als der Hälfte der gemeldeten Fälle sind
Kinder unter 6 Jahren betroffen
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
(American Association of Poison Control Centers, 2015)
Fälle von Nikotinexposition durch E-Produkte:
- Verschluken*
- Inhalieren* oder
- Kontakt mit Haut und Augen*
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Faktoren, die ein Gesundheitsrisiko beimKonsum von E-Zigaretten und E-Shishas begründen
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
Chemikalien
• Aromazusätze
• 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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www.lgl.bayern.de 15
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
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
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www.lgl.bayern.de 16
– Physiologische Effekte –Signifikanter Anstieg von NO in der Ausatemluft der Probanden
nach Konsum einer nikotinhaltigen E-Zigarette
(Schober et al., Int. J. Hyg. Environ. Health 2014)
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
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Entstehung von toxischen Carbonylverbindungendurch Pyrolyse der Trägersubstanzen PG und Glycerin
im Zentrum Temperaturen > 350 ºC
Pyrolyserisiko hoch!
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
(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
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Formaldehydexposition: E-Zigarette vs. Tabakzigarette
(Jensen et al., N. Engl. J. Med. 2015)
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
3,3 V 5,0 V
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– 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
(Schober et al., Int. J. Hyg. Environ. Health 2014)
- 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
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
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www.lgl.bayern.de 20
Gesundheitliche Kurzzeiteffekte desE-Zigaretten- und E-Shishakonsums
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
- 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)
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www.lgl.bayern.de 2121
Faktoren, die ein Gesundheitsrisiko beimKonsum von E-Zigaretten und E-Shishas begründen
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
Chemikalien
• Aromazusätze
• Nikotin
• Verunreinigungen(z.B. Nitrosamine, DEG)
• Trägersubstanzen
Gerätetechnik Nutzerverhalten
- „Direct Dripping“
• Erfahren/Anfänger
• Dampfen eigener Mixturen
• Einsatz von Modifikationen
- APVs (Mods)
• Ein-/Mehrwegprodukt
• Füllstand des Liquids
• Verdampfertemperatur
• Batteriespannung
• Programmierbarkeit
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www.lgl.bayern.de 2222
„Direct Dripping“ – eine intensivere Form desVerdampfens von Liquids in E-Zigaretten
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
(Talih et al., Nicotine Tob. Res. 2015)
Mundstück
Heizspirale
Stahlwolle
Keramik
Lufteinzug
Batterieanschluss
Mundstück und Verdampfer
Batterie
„Direct Drip Atomizer“
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www.lgl.bayern.de 2323
– Direct Dripping –Je höher die Zugzahl zwischen den Tropfereignissendesto höher die Emission von toxischen Aldehyden
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
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.)
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www.lgl.bayern.de 24
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)
Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
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
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www.lgl.bayern.de 2525Fakten aus der Forschung mit elektronischen Zigaretten
Vielen Dank fürIhre Aufmerksamkeit!
PD Dr. Wolfgang Schober
Bayerisches Landesamt für Gesundheit und
Lebensmittelsicherheit (LGL)
Pfarrstraße 3
80538 München
Telefon: 09131/6808-4242
Kontakt: