E-Zigaretten-Dampf definitiv weniger toxisch als Zigarettenrauch

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Dies ist der erste Teil einer dreiteiligen Serie zur Toxizität von Liquid.

Sie macht klar: Es existieren genug Nachweise für die relative Unschädlichkeit des E-Zigaretten-Dampfs. Relativ bedeutet, im Verhältnis zur Tabakzigarette einerseits und zur Regenerationsfähigkeit des menschlichen Organismus andererseits.

Unser ganzes Leben ist ein Ausloten des gangbaren Wegs zwischen Sicherheit und Freiheit. Wir haben das Recht, zugunsten des Genusses Risiken einzugehen.

Wir tun dies unbehelligt jeden Tag – in dem wir um des Stadtlebens willen Feinstaub inhalieren, raffinierten Zucker essen, Alkohol und Koffein konsumieren; all dies riskante Tätigkeiten, deren Schädigungen unser Stoffwechsel und Immunsystem konstant reparieren und mit denen wir so statistisch relativ unbehelligt alt werden können.

Fürs Dampfen bedeutet das: Solange die Inhalation des E-Zigaretten Aerosols im Rahmen der Reparaturkompetenz unseres Körpers tragbar bleibt und für Dritte keine Gefährdung darstellt, geht sie nur einen etwas an: den Dampfer.

Wenn sich aber zusätzlich herausstellt, dass die E-Zigarette quantitativ um so vieles unschädlicher ist als die Tabakzigarette, dass ihr Konsum Leben erhält wo Rauchen es abtötet (ich beziehe mich hiermit auf das Verhalten der einzelnen menschlichen Zelle); und zusätzlich nachgewiesen ist, dass Raucher unter günstigem Umständen das Rauchen zugunsten des Dampfens aufzugeben bereit sind, dann ist es die Pflicht jedes Gesundheitssystems, diese Umstände herzustellen.

Wegen der Raucherleben, natürlich. Aber auch, um den Rest der Gesellschaft und den Staatsapparat vor den enormen Kosten zu schützen, die tabakinduzierte Erkrankungen nach sich ziehen. Wir haben diesen Staat gewählt; es ist deshalb seine primäre Aufgabe, sich selbst zu stärken – nicht, wissentlich Milliarden Steuergelder in von ihm selbst mitverursachte Krankheiten zu pumpen.

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Das in Hannover beheimatete Forschungsunternehmen Cultex ist spezialisiert auf zell-basierte Studien und hat den zytotoxischen Effekt von E-Zigaretten-Dampf untersucht.

Die Ergebnisse wurden im April unter dem Titel „Evaluation of E-Cigarette Liquid Vapor and Mainstream Cigarette Smoke after Direct Exposure of Primary Human Bronchial Epithelial Cells“ („Auswertung von E-Zigaretten Nassdampf und herkömmlichem Tabakrauch nach direktem Kontakt mit primären, menschlichen Bronchialepithelzellen“) im International Journal of Environmental Research and Public Health veröffentlicht.

Bessere Testumgebung = neue Resultate?

Bei Cultex wurden für die Tests im Haus entwickelte Apparaturen benutzt. Diese erhalten die Zellen in einer Atmosphäre, die die echten Umgebungsbedingungen der menschlichen Lunge imitiert.

Cultex erklärt zu den Geräten: „Speziell auf dem Gebiet der Inhalations-Toxikologie sollte die Kultivierung und die Exponierung der Zellen des Atemwegstraktes die in-vivo Situation (also die Zustände im lebenden Körper) simulieren, indem es zu einem direkten Kontakt zwischen den Bronchialepithelzellen und der Umgebungsatmosphäre kommt. Dann können die Bestandteile des Aerosols unmittelbar mit den Zellen interagieren und einen biologischen Effekt auslösen. Diese Expositions-Strategie am Air Liquid Interface (ALI) kann das Gefährdungspotenzial von Spurenstoffen (airborne material) bestmöglich nachbilden.“

Auf diese Weise wurden auch die menschlichen Bronchienzellen in dieser in-vitro Studie dem
E-Zigaretten-Dampf ausgesetzt; das Zellmaterial stammte von zwei verschiedenen Spendern. Als Dampfgerät kam ein Reevo Mini-S von In-Smoke zum Einsatz, ausgestattet mit einer 3.3 V/900 mAh Batterie und einem 2.2 Ohm Verdampfer.

Im Cultex-Labor getestet wurde

• Aerosol eines E-Liquids der Firma Johnsons Creek (Hartland, WI, USA) mit dem Aroma “Tennessee Cured” in Null Prozent beziehungsweise 2,4 Prozent Nikotinstärke. Die gelisteten Inhaltsstoffe waren: „USP grade propylene glycol, USP grade vegetable glycerol, deionized water, natural flavors, artificial flavors, USP grade nicotine (not in 0.0%), USP grade citric acid (as a preservative)“

• 99,5% reines Propyleneglycol und Glyzerin des Herstellers Alfa Aesar (Karlsruhe, Germany)

• Tabakrauch von 3R4F-Referenzzigaretten mit Standardfilter, hergestellt von der Kentucky Universität, Lexington, KY, USA

Zur Info: Referenzzigaretten gibt es seit den späten 1960er Jahren; sie dienen als Basis, um Datenmaterial aus Forschungsprojekten verschiedener Labore zu vergleichen.

Die Reevo Mini-S war mit einem Dampfroboter gekoppelt, der 200 Züge mit einem Zugvolumen von 35 mL machte; die Zugdauer betrug 2 Sekunden, das Ausatmen 7 Sekunden. Zwischen den Zügen wurde keine Pause gemacht.

Damit weichen die Einstellungen des Dampfroboters von den Empfehlungen von Dr. Farsalinos hinsichtlich der Simulation des Dampfens durch Maschinen ab. Er empfiehl, basierend auf den Beobachtungen von 45 erfahrenen Dampfern, eine Zugzeit von 4 Sekunden mit einer Pausenzeit zwischen den Zügen von 20 bis 30 Sekunden.

Die Zellen waren während der gesamten Expositionszeit von Dampf umgeben. Für die Verdampfung von purem Glycerin und Propylenglycol galten die gleichen Dampf-Parameter, ebenso für die Tabakzigarette, von der pro Zigarette sechs Züge genommen wurden.

Die Forscher weisen in ihrer Zusammenfassung allerdings darauf hin, dass der Versuchsaufbau im Hinblick auf die Rauch- und Dampfgewohnheiten unrealistisch sein könnte.

Unter Umständen inhalieren E-Zigarettennutzer eine deutlich höhere Menge an Aerosol als zuvor Zigarettenrauch täglich, selbst wenn dieser nikotinfrei sein sollte. Als Beispiel nannten die Forscher eine Umfrage bei www.vaping com, laut derer 22,6% aller Dampfer pro Tag 4-5 ml Liquid konsumieren, was beim Versuchsaufbau etwa 1.200 Zügen entsprechen würde. Ein starker Raucher mit einem Verbrauch von etwa 30 Zigaretten am Tag hingegen nimmt insgesamt etwa 300 Züge. Die Zellen des Dampfers wären also der vierfachen Exposition ausgesetzt. Im Experiment aber wurde von identischen Volumen ausgegangen.

Relative Zellgesundheit ist entscheidend

24 Stunden nach dem Kontakt der Zellen mit den verschiedenen Substanzen wurden die Zellviabilität und die oxidativen Stresslevel der Zellen analysiert.

Unter Zellviabilität wird die Zelllebensfähigkeit verstanden; gemessen wird sie an der Lebendzellzahl, die den Anteil lebender Zellen in einer Zellpopulation bemisst. Die Anzahl toter Zellen und die Anzahl lebender Zellen ergeben zusammen die Gesamtzellzahl.

Bei oxidativem Stress ist die Reparatur- und Entgiftungsfunktion einer Zelle überfordert. Ihr eigener Vorrat an oxidierenden bzw. reduzierenden Stoffen reicht dann nicht mehr aus, um von außen kommende Substanzen zu neutralisieren.

Es ist essenziell, Dampfen und Rauchen auf diesen mikrobiologischen Ebenen durchzudenken. Denn wenn vom Tod durch Rauchen gesprochen wird, dann ist das nur ein anderer Begriff für das fortwährende Absterben menschlicher Zellen durch ihren Kontakt mit den im Tabak enthaltenen Substanzen.

Nikotingehalt hatte keinerlei Einfluss auf die Zellgesundheit

Zum einen hat die Cultex-Studie ergeben, dass die Nikotinkonzentration im Liquid keinerlei Wirkung auf die Zelllebensfähigkeit hat.

Tatsächlich ist schon länger bekannt, dass Nikotin im Gegenteil nachweislich eine der drei Zelltod-Arten, die Apoptose, hemmt. Auch zeigten nur die Zellen einer der beiden Spender einen Anstieg des oxidativen Stresses nach Kontakt mit dem nikotinhaltigen gegenüber dem nikotinfreien Dampf – die anderen Zellen bleiben unbeeindruckt von der Nikotinbeimischung.

E-Zigarettendampf signifikant weniger zellgiftig

Zwar beobachtete das Forscherteam toxikologische Effekte des E-Zigarettendampfes bei allen Kontakten. In beiden Zellkulturen war im Vergleich zu reiner Luft ausgesetzten Zellen ohne Dampfkontakt der Anteil der lebendigen Zellen nach 24 Stunden gesunken und der oxidative Stresslevel erhöht.

Allerdings lag die Zelllebensfähigkeit beim Kontakt mit Tabakrauch nach 24 Stunden um das viereinhalb bis achtfache unter der jener Zellen, die dem Dampf ausgesetzt waren. Gleichzeitig lag der oxidative Stress tabakgeschädigter Zellen um das viereinhalb bis fünffache über dem der bedampften Zellen. Die Unterschiede erklären sich die Forscher dabei durch die verschiedenen Spender.

Relatives versus absolutes Risiko: Das ist die falsche Frage

[wbcr_snippet]: PHP snippets error (not passed the snippet ID)Unabhängig von der Verschiedenheit der Testparameter (getestete Zellen, Testumgebung und Testgeräte, verwendete E-Zigarette und Liquids, Art der Dampfsimulation) stellt sich wieder und wieder heraus, dass das Dampfen für die menschliche Zelle um ein Vielfaches weniger schädlich ist als Rauchen – und dass das Nikotin in dieser Gleichung bei einem gesunden Menschen wenig Einfluss hat.

Bei dieser einheitlichen, in meinen Augen nicht mehr anzufechtenden Einsicht in die relativen Vorzüge des Dampfens bleibt es aber zweitens für den Laien extrem schwer, aus den vorhandenen wissenschaftlichen Aussagen ein sinnvolles Fazit zum absoluten Risiko des Dampfens herauszulesen.

So spricht das Cultex-Forscherteam etwa von einer „signifikanten Abnahme der Zelllebensfähigkeit“, während Professor Dartsch von dartschscientific den Vitalitätsverlust „immer noch in einem Bereich [sieht], wo man nur von einer geringen negativen Beeinflussung spricht.“

Aber wie immer, wenn es um das System Mensch geht, gibt es hier wahrscheinlich keine letztgültigen Antworten. Was für den einen Forscher „signifikant“, ist für den anderen „gering“. Das sind Vergleichsgrößen. Für mich wäre die Frage eher: Wie viel Vitalitätsverlust bewegt sich innerhalb des Regenerationsvermögens eines gesunden Menschen? Wo würde der Risikomanager des Zellhaushalts das Dampfen ansiedeln?

Allerdings sind dies auch sekundäre Fragen – die sich in der Wirklichkeit selten stellen. Denn Nichtraucher beginnen so gut wie nie mit dem Dampfen. Und wer seinem Körper gar kein Risiko mehr zumuten möchte, entscheidet sich auch bewusst gegen die E-Zigarette. Die meisten Dampfer aber haben sich bewusst für ein relatives Risiko entschieden, mit dem sie, wie es so treffend heißt, wesentlich besser leben können. Und die vorliegende, wie alle vergleichbaren Studien bisher, untermauert diese persönlichen Erfahrungen wieder einmal mit wissenschaftlichen Erkenntnissen.

Die Studienstandards der Zukunft: Reproduzierbare Forschungsumgebungen

In einen Versuchsaufbau spielen viele Komponenten hinein – und für einen wenn auch vorgebildeten Laien wie mich ist es sehr schwer, ein Gefühl für die Repräsentativität von in-vitro Experimenten zu erlangen.

Die Cultex-Studienzusammenfassung der Zellisolierung und Kultivierung umfasst mindestens zwölf Schritte, in denen das Material verschiedensten thermischen, chemische und mechanischen Einflüssen und Bearbeitungen ausgesetzt ist. Natürlich gibt es für dieses Vorgehen exakte Vorgaben und Erfahrungswerte. Inwieweit es allerdings die im System „Körper“ lebenden Bronchialzellen noch repräsentativ imitiert, weiß ich schlicht nicht.

Interessant ist, dass das Cultex-Team im Experiment Zellen der menschlichen Bronchien verwendet, die aus Lungengewebe entnommen wurden.

Bei den oft zitierten Studien von Farsalinos et al. und Romagna et al. wurden hingegen
Fibroblasten und Myoblasten verwendet, die im menschlichen Körper normalerweise nicht in direkten Kontakt mit dem E-Zigaretten-Aerosol kommen. Allerdings wurden für die Cultex-Studie wiederum Zellen in einem frühen Entwicklungsstadium verwendet. Voll ausgebildetes Zellmaterial könnte wiederum anders reagieren.

Spannend ist auch, dass an diesem Test drei standardisierte Größen und drei variable Größen beteiligt waren.

Die Referenz-Zigaretten, das Testgerät und die pharmakologisch reinen Trägerstoffe sind beliebig reproduzierbar. Die verwendete E-Zigarette ist es eigentlich auch; die Wahrscheinlichkeit, dass eben dieses Modell auch in anderen Studien genutzt wird, aber geringer. Bei Verwendung anderer Geräte kann sich die Volumenzahl und die Inhaltsstoffdichte verändern. Das gleiche gilt für das E-Liquid, vor allem im Hinblick auf die verwendeten Aromastoffe. Die menschlichen Zellen sind variabel, was sich ja auch am differenzierten Testergebnis gezeigt hat.

Der Prototyp des ersten Testgerätes, des CULTEX® RFS Moduls sowie die Methode der Direktexposition wurden in einer Validierungsstudie getestet, die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wurde. Kooperationspartner war dabei unter anderem das Institut für Toxikologie der Bundeswehr. Es handelt sich also um Ausstattung, die auch von behördlicher Seite schwerlich mangelnde wissenschaftliche Präzision vorgeworfen werden kann.

Ebenfalls zukunftsträchtig ist die Tatsache, dass in-vitro Studien tierversuchsfrei sind. Bei Cultex etwa werden ausschließlich menschliche Zelllinien, primäre und komplex aufgebaute Zellkulturen verwendet.

Über Cultex

Gegründet wurde die Cultex® Laboratories GmbH 2007 von Prof. Dr. med. Drs. h.c. Ulrich Mohr und Prof. Dr. rer. nat. Michaela Aufderheide, um die in-vitro Forschung im Bereich der Inhalations-Toxikologie voranzutreiben. Hierzu gehört die Wirkung von Aerosolen auf den menschlichen Organismus und die Entwicklung von Zellmodellen aus Zellen des menschlichen Respirationstraktes.

Beide Wissenschaftler haben Erfahrung in der Untersuchung und Analyse von luftgetragenen Partikeln, flüchtigen Verbindungen und der Simulation von realen Expositionssituationen. Sie waren zuvor an der Medizinischen Hochschule Hannover am Institut für Experimentelle Pathologie und am Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin Hannover (ehemals Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Aerosolforschung) beschäftigt.

Weiterführende Links
Studie: Evaluation of E-Cigarette Liquid Vapor and Mainstream Cigarette Smoke after Direct Exposure of Primary Human Bronchial Epithelial Cells
CULTEX
DartschScientific E-Liquid vs. Tabakzigarette
Info Referenz-Zigaretten
Datenblatt Referenz Zigaretten

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