Sind alle E-Zigaretten gleich? Welche Faktoren bestimmen die Entstehung potenziell schädlicher Chemikalien?

Frühere Studien legten nahe, dass elektronische Zigaretten (E-Zigaretten) schädliche Bestandteile freisetzen können. Eine neue Studie mit gerade veröffentlichten Ergebnissen untersuchte die Herkunft dieser Emissionen und ihre Einflussfaktoren. Demnach beeinflussen Alter und Typ des Geräts, die Zahl der Züge und besonders die Verbrennungstemperatur des Tabaks oder flüssigen Nikotins das Ausmaß der Freisetzung schädlicher Chemikalien. Die hier besprochene Untersuchung betrifft zugleich Hersteller und Regulierungsbehörden, die die gesundheitlichen Nachteile dieser zunehmend beliebten Geräte minimieren wollen.

Rauchen gehört weltweit zu den führenden vermeidbaren Todesursachen und verursacht allein in Amerika jährlich über 400 Tausend Todesfälle. Maßnahmen zur Verringerung des Tabak- und Tabakproduktkonsums sind deshalb ein unverzichtbares Thema gesunden Lebens. Ob alternative Tabakprodukte dabei eine kluge Wahl darstellen, ist in den letzten Jahren häufig diskutiert worden.

Klassische E-Zigaretten bestehen meist aus 3 Hauptteilen: Batterie, Kartusche mit flüssiger Lösung und Zerstäuber. Sie verwenden eine Flüssigkeit (E-Liquid) mit Nikotin, wechselnden Zusammensetzungen von Aromastoffen, Propylenglykol, Glycerin und weiteren Bestandteilen. Diese Flüssigkeit wird beim Ziehen erhitzt.

Daneben gibt es andere E-Zigaretten ohne flüssiges Nikotin, sogenannte «risikoarme Tabakprodukte». Speziell entwickelte elektronische Geräte verbrennen normalen Tabak nach dem Prinzip einer niedrigeren Temperatur: Statt 750 °C werden 350 °C verwendet.

Laut dem amerikanischen Zentrum für Krankheitskontrolle und Prävention (CDC) verwenden %3,7 der amerikanischen Erwachsenen, also mehr als 9 Millionen, regelmäßig E-Zigaretten. Obwohl der Anteil von Land zu Land schwankt, liegt ihr durchschnittlicher Marktanteil bei etwa %5-7.

Weil E-Zigaretten ihren Tabak nicht oder bei geringerer Temperatur verbrennen, erscheinen sie als sicherere und weniger schädliche Alternative. Wegen des enthaltenen Nikotins und anderer potenziell schädlicher Chemikalien bleiben die gesundheitlichen Folgen der Exposition gegenüber ihren Inhaltsstoffen jedoch unklar.

Die in Environmental Science & Technology veröffentlichte Studie fand eine hitzebedingte Zersetzung von 2 Lösungsmitteln im verdampften E-Liquid: Propylenglykol und Glycerin. Sie sind Vorläufer schädlicher Chemikalien wie Acrolein und Formaldehyd.

Der verantwortliche Autor und sein Team simulierten das Rauchen mit 2 E-Zigarettentypen (einem Einspulengerät und einem teureren Zweispulengerät) und 3 E-Liquid-Arten. Dabei zeigten sie den Zusammenhang zwischen steigender Temperatur und Emissionsniveau. Vom ersten Zug bis zu späteren Zügen, bei denen das erwärmte Gerät einen stabilen Zustand erreichte, wurde die Zusammensetzung des Dampfes untersucht.

Im Simulationsgerät erfolgte alle 30 Sekunden ein 5 Sekunden dauernder Zug. Während der ersten 5-10 Minuten stieg die Dampftemperatur rasch an. Nach etwa 20 Zügen erreichte sie einen stabilen Zustand.

Zwischen dem ersten Zug und dem Erreichen des stabilen Zustands stiegen die Emissionen bei manchen Geräten bis auf das 10-Fache. Bei einer Einspulen-E-Zigarette mit 3.8 Volt wurden während der ersten 5 Züge jeweils 0,46 Mikrogramm Acrolein freigesetzt, im stabilen Zustand dagegen 8,7 Mikrogramm. Bei Wiederholung mit einem Zweispulengerät bei gleicher Spannung entstanden geringere Emissionen.

Für Tests zum Gerätealter wurden jeweils 50 Züge durchgeführt und dies 9 Mal ohne Reinigung wiederholt. Dabei nahmen alle krebserregenden oder atemwegsreizenden Stoffe wie Formaldehyd, Acetaldehyd und Acrolein mit der Nutzung zu. Besonders die Aldehydkonzentration stieg während dieses 9-fachen Zyklus auffällig um %60. Rückstände auf oder nahe der Spule können eine zusätzliche Quelle flüchtiger Aldehyde bilden.

Außerdem wurde die Spannung erhöht und die pro Zug verbrauchte E-Liquid-Menge sowie die Dampftemperatur beobachtet. Alle Geräte setzen unabhängig von der Temperatur schädliche Chemikalien frei. Zusätzlich zeigte sich entsprechend bei höherer Temperatur eine stärkere Freisetzung schädlicher Stoffe.

Die Forscher untersuchten die Lösungsmittel der verwendeten E-Liquids. Fast alle enthielten Mischungen unterschiedlicher Mengen von Propylenglykol und Glycerin. Beide Stoffe dienen der Erzeugung künstlichen Rauchs. Ihr Mischungsverhältnis bestimmt unter anderem das Volumen des entstehenden Dampfes.

Insgesamt wurden 31 schädliche chemische Bestandteile festgestellt, darunter zwei zuvor in E-Zigaretten nicht nachgewiesene Stoffe: Propylenoxid und Glycidol. Die Forscher halten diese beiden Stoffe für krebserregend.

Die Schlussfolgerung aus der Studie lautet, dass nicht alle E-Zigaretten gleich sind, auch sie potenziell schädliche Chemikalien enthalten und Faktoren wie Temperatur, Gerätetyp und Gerätealter deren Entstehung bestimmen. Die Herstellung einer weniger schädlichen E-Zigarette ist sowohl für Verbraucher als auch für Hersteller wichtig.