Forschung: Wie sich E-Zigaretten auf Lunge, Gehirn, Herz und den Darm auswirken

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Torsten Lorenz, aktualisiert am 26. Januar 2023, Lesezeit: 12 Minuten

Welche gesundheitlichen Schäden verursachen E-Zigaretten (Vaporiser), Liquids und Aromen?

Der Konsum von E-Zigaretten erhöht das Risiko für die Entwicklung chronischer Lungenkrankheiten wie Asthma, Bronchitis, Emphysem oder chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) erheblich. Dies geht aus einer neuen Studie der UC San Francisco hervor, der Längsschnittstudie, die E-Zigaretten mit Atemwegserkrankungen in einer für die gesamte erwachsene Bevölkerung der USA repräsentativen Stichprobe in Verbindung bringt.

Die Ergebnisse wurden im American Journal of Preventive Medicine veröffentlicht und basieren auf einer Analyse öffentlich zugänglicher Daten aus der „Population Assessment of Tobacco and Health“, die E-Zigaretten- und Tabakgewohnheiten sowie neue Lungenkrankheitsdiagnosen bei über 32.000 amerikanischen Erwachsenen von 2013 bis 2016 verfolgte.

  • Die Studie ergab ferner, dass das Risiko einer chronischen Lungenerkrankung bei Menschen, die E-Zigaretten benutzten und gleichzeitig Tabak rauchten – das bei weitem häufigste Muster unter erwachsenen E-Zigaretten-Benutzern – sogar noch höher war als bei Menschen, die nur eines der beiden Produkte benutzten.

Gesundheitsrisiken durch Dampfen auf die Lunge

Forschungsergebnisse von Wissenschaftlern in Kanada zeigen, dass E-Zigaretten zelluläre und molekulare Veränderungen in der Lunge verursachen können.

So führte die längere Inhalation von E-Zigaretten-Aerosolen bei Mäusen zu Veränderungen in der Zusammensetzung der Lungenimmunzellen der Tiere und zu veränderten Gen- und Proteinwerten in der Lunge.

  • Wie die Forscherinnen und Forscher feststellten, hatte selbst eine geringe Aerosolbelastung durch die bei Jugendlichen und jungen Erwachsenen beliebte E-Zigarettenmarke JUUL erhebliche Auswirkungen.

Die Auswirkungen der Nutzung von E-Zigaretten auf die Gesundheit sind noch nicht in vollem Umfang bekannt.

Die Ergebnisse dieser Studie zeigen indes, dass das Einatmen des Dampfes der untersuchten E-Zigarettenmarke zu weitreichenden Veränderungen in der Lunge führt, so die korrespondierende Autorin Dr. Carolyn J. Baglole von der McGill University in Montreal, Quebec.

Der Wissenschaftlerin zufolge unterstreichen die Studienergebnisse, dass E-Zigaretten (Liquids und Dampfer) keineswegs ungefährlich sind und bei langfristigem Einsatz zu gesundheitlichen Schäden der Lunge führen können.

  • Die Forschungsdaten der wissenschaftlichen Studie wurden im FASEB Journal veröffentlicht. Die wissenschaftliche Fachpublikation wird von der Federation of American Societies For Experimental Biology herausgegeben.

Flüssige Aromastoffe für E-Zigaretten schädigen messbar die Lunge

In einer weiteren Studie, die im American Journal of Physiology veröffentlicht wurde, fanden Forschende der University of California San Diego School of Medicine, des Royal Adelaide Hospital und der University of Adelaide School of Medicine in Australien heraus, dass allein die Aromastoffe im Dampf von E-Zigaretten die Lunge messbar schädigen können, unabhängig von der Menge an Nikotin.

  • Die Flüssigkeiten für E-Zigaretten sind zu 99 Prozent mit Aromen versehen. Um diese Geschmacksprofile zu erzeugen, fügen die Unternehmen mehrere Chemikalien hinzu, um den „perfekten“ Geschmack zu erreichen, so Dr. Laura Crotty Alexander.

Diese Chemikalien haben sich als giftig für die Lunge erwiesen.

Wenn sie eingeatmet werden, richten sie verheerende Schäden in der Lunge an und beeinträchtigen den Gehalt an speziellen Proteinen, die das körpereigene Immunsystem in Schwung halten.

Bei ihrer Forschungsarbeit mit 21 Erwachsenen, die regelmäßig dampften, fanden die Wissenschaftler der UC San Diego Veränderungen bei bestimmten Entzündungsproteinen, die bekanntermaßen Krankheiten verursachen.

Bei jeder Person, die E-Zigaretten benutzte, entdeckten sie im Vergleich zu Personen, die nicht dampften, unregelmäßige Proteinwerte in ihrem Speichel und in den Atemwegen.

An der Universität von Adelaide beobachteten die Wissenschaftler dann mit In-vitro-Methoden, wie menschliche Atemwegszellen auf den Dampf von 10 aromatisierten Flüssigkeiten reagierten, die in E-Zigaretten verwendet werden.

Nach der Belastung (Exposition) berichteten sie, dass alle E-Zigarettenflüssigkeiten die Zellen schädigten, wobei einige Geschmacksrichtungen giftiger waren als andere.

Laut den Forscherinnen und Forschern deuten die kombinierten Daten darauf hin, dass Menschen, die aromatisierte E-Zigaretten verwenden, ihre Lungen jedes Mal schädigen, wenn sie dampfen. Unter den giftigsten: chemische Profile für einige Schokoladen- und Bananenaromen.

  • Diese Studie hat deutlich gemacht, dass es nicht auf den Namen auf der Flasche ankommt, sondern darauf, was in den E-Flüssigkeiten und E-Zigaretten enthalten ist, erläutert die Erstautorin der Studie, Dr. Miranda Ween, von der Universität von Adelaide in Australien.

Die Toxizität (Giftigkeit) der Lungenzellen und die Beseitigung von Bakterien durch die Alveolarmakrophagen der Lunge wurde durch fast alle Geschmacksrichtungen beeinflusst.

Vor allem die Geschmacksrichtung „Schokolade“ hatte eine unerwartet starke Wirkung, da sie fast alle Zellen abtötete und die Fähigkeit der Makrophagen, Bakterien abzutransportieren, fast vollständig blockierte.

Alveolarmakrophagen leiten Entzündungsreaktionen ein, wenn schädliche Organismen im Körper entdeckt werden.

  • Sie sind wie Straßenkehrer für die Lunge, das heißt, sie sind leistungsstarke Immunzellen, die ständig eingeatmete Bakterien und Fremdkörper, die in die Lunge gelangen, auffressen.
  • Alveolarmakrophagen sind eine der wichtigsten Immunzellen in unserer Lunge; sie haben die Aufgabe, die Homöostase des Körpers aufrechtzuerhalten, so die Autoren der Studie.

Diese Makrophagen sind die ersten Zellen, die in Kontakt kommen, wenn eine Person Dampf einatmet.

Wenn die Dämpfe giftig sind, wie zum Beispiel in E-Zigaretten, lösen diese Zellen eine Entzündungsreaktion aus, die die Homöostase des Körpers stört und zu Krankheiten und Lungenschäden führt.

Laut Ween zeigen die Forschungsergebnisse, dass die zulässigen Geschmacksrichtungen für E-Zigaretten besser definiert werden müssen. Dies ließe sich leicht dadurch erreichen, dass E-Zigarettenflüssigkeiten auf eine einzige chemische Substanz beschränkt werden, die getestet wurde und deren Sicherheitskonzentrationen bestimmt wurden – eine Forschung, die bislang leider fehlt.

E-Zigaretten verändern den Entzündungszustand von Gehirn, Herz, Lunge und Dickdarm

Forschende der University of California San Diego School of Medicine haben zudem herausgefunden, dass der tägliche Konsum von E-Zigaretten auf Basis von Pods den Entzündungszustand in mehreren verschiedenen Organen, darunter Gehirn, Herz, Lunge und Dickdarm, verändert.

  • Die Auswirkungen variieren auch je nach Geschmacksrichtung der E-Zigarette und können Einfluss darauf haben, wie die Organe auf Infektionen, wie Influenzaviren (Grippevieren) oder SARS-CoV-2, reagieren.
  • In der Studie, die in der Zeitschrift eLife veröffentlicht wurde, wurden JUUL-Geräte und ihre Aromastoffe im Hinblick auf mehrere Organe untersucht.

Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf die E-Zigarettenmarke JUUL und die Geschmacksrichtungen: Minze und Mango.

Um den chronischen E-Zigarettenkonsum zu modellieren, wurden junge erwachsene Mäuse drei Monate lang dreimal täglich JUUL-Aerosole mit Geschmacksstoffen ausgesetzt. Im Anschluss daran untersuchten die Forscher den gesamten Körper auf Anzeichen von Entzündungen.

Am auffälligsten waren die Auswirkungen im Gehirn, wo mehrere Entzündungsmarker erhöht waren.

Zusätzliche Veränderungen der neuroinflammatorischen Genexpression wurden im Nucleus accumbens festgestellt, einer Hirnregion, die für Motivation und Belohnungsverarbeitung entscheidend ist.

Die Studienergebnisse seien den Forschenden zufolge sehr besorgniserregend, da die Neuroinflammation in dieser Region mit Angst, Depression und Suchtverhalten in Verbindung gebracht wird, was den Substanzkonsum und die Abhängigkeit noch weiter verschlimmern könnte.

  • Bei vielen Konsumenten von JUUL handelt es sich um Jugendliche oder junge Erwachsene, deren Gehirne sich noch in der Entwicklung befinden.

Daher ist es recht erschreckend zu sehen, was in ihren Gehirnen passiert, wenn man bedenkt, wie sich dies auf ihre psychische Gesundheit und ihr Verhalten auswirken könnte, so Dr. med. Laura Crotty Alexander, Associate Professor für Medizin an der UC San Diego School of Medicine

Auch im Dickdarm stieg die Expression entzündlicher Gene an, insbesondere nach einem Monat E-Zigarettenexposition, was das Risiko für Magen-Darm-Erkrankungen erhöhen könnte.

Demgegenüber zeigte das Herz verminderte Werte von Entzündungsmarkern. Den Autoren zufolge könnte dieser Zustand der Immunsuppression das Herzgewebe anfälliger für Infektionen machen.

In der Lunge gab es zwar keine Anzeichen für eine Entzündung auf Gewebeebene, doch wurden in den Proben zahlreiche Veränderungen in der Genexpression beobachtet, was eine weitere Untersuchung der langfristigen Auswirkungen von E-Zigaretten auf die Lungengesundheit erforderlich macht.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fanden auch heraus, dass die Entzündungsreaktion jedes Organs unterschiedlich ausfiel, je nachdem, welches JUUL-Aroma verwendet wurde.

So reagierten die Herzen von Mäusen, die Minz-Aerosole inhalierten, viel empfindlicher auf die Auswirkungen einer bakteriellen Lungenentzündung als diejenigen, die Mango-Aroma-Aerosole inhalierten.

Daraus lässt sich schließen, dass die Aromastoffe selbst auch zu krankhaften Veränderungen führen.

Jedes Organ hat seine eigene, fein abgestimmte Immunumgebung, so dass eine Störung dieses Gleichgewichts durch den Gebrauch von E-Zigaretten zu vielen langfristigen gesundheitlichen Auswirkungen führen könnte, schreiben die Autoren.

  • Es ist offensichtlich, dass jedes E-Zigarettengerät und jedes Aroma untersucht werden muss, um festzustellen, wie es sich auf die Gesundheit des gesamten Körpers auswirkt, so Crotty Alexander.

Wie sich aromatisierte E-Zigaretten auf das Gehirn auswirken

Nach Erkenntnissen von Forschern können Geschmacksstoffe die Reaktion des Gehirns auf nikotinhaltige E-Zigaretten-Aerosole verändern.

Die Wissenschaftler der Penn State College Medicine haben mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie (MRT) untersucht, wie die Belohnungsbereiche des Gehirns auf E-Zigaretten-Aerosole mit und ohne Aroma reagieren.

  • Die große Mehrheit der Menschen benutzt E-Zigaretten mit Menthol-, Minz-, Frucht- und Dessert-Aromen.

Vorschriften, die den Verkauf von E-Zigaretten mit Geschmacksstoffen einschränken, könnten zwar dazu beitragen, den Konsum unter Jugendlichen einzudämmen, sie könnten aber auch Erwachsene davon abhalten, E-Zigaretten als Hilfsmittel zur Reduzierung oder Beendigung ihres Konsums von Rauchwaren zu verwenden.

Die Wissenschaftler versuchen zu verstehen, wie der Geschmack die Belohnung und Zufriedenheit von Rauchern mit E-Zigaretten und das Risiko der Nikotinsucht von Nichtrauchern beeinflusst.

  • Zunächst entwickelten die Forschenden ein Gerät zur Abgabe von E-Zigaretten-Aerosolen während der Gehirnuntersuchung.

Anschließend verwendeten sie das neue Gerät, um neun erwachsenen Raucherinnen während eines einzigen Laborbesuchs Aerosole mit einer niedrigen Nikotindosis zu verabreichen.

Ein Aerosol hatte einen Erdbeer-Vanille-Geschmack, das andere Aerosol war geschmacklos. Dabei wurde die Stärke der Hirnaktivierung und die Beteiligung der Belohnungshirnregionen zwischen aromatisierten und nicht aromatisierten Aerosolen verglichen.

  • Für die Studie haben die Forscher zunächst untersucht, wie sich der Geschmack auf die Reaktion von Rauchern auf E-Zigaretten auswirkt.

Dafür wurden Raucher rekrutiert, die noch nie E-Zigaretten benutzt hatten oder keine regelmäßigen E-Zigarettenkonsumenten waren.

Das Ziel war es, herauszufinden, ob der Geschmack ihre Wahrnehmung oder die Reaktion ihres Gehirns auf den Konsum von E-Zigaretten verändert.

Die Forschenden fanden heraus, dass das Erdbeer-Vanille-Aerosol die Geschmacksregion des Gehirns ansprach.

Das geschmacksneutrale Aerosol hingegen beeinflusste die Belohnungsregion des Gehirns, ähnlich wie beim Rauchen von Zigaretten beobachtet.

  • Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Experimental and Clinical Psychopharmacology.

Die Forscher untersuchten auch die Muster der neuronalen Aktivität zwischen den Gehirnregionen. Eine stärkere Konnektivität zwischen zwei Hirnregionen bedeutet normalerweise, dass diese Regionen zusammenarbeiten.

Es zeigte sich, dass wichtige Belohnungsregionen des Gehirns stark mit aromatisiertem Aerosol verbunden waren, nicht aber mit nicht aromatisiertem.

Die Ergebnisse legen die Schlussfolgerung nahe, dass für Raucher nicht aromatisierte E-Zigaretten das typische Raucherlebnis stärker imitieren als aromatisierte E-Zigaretten.

Bei Rauchern, die noch nie E-Zigaretten benutzt hatten, stellte sich nach Aussage von Dr. Andrea Hobkirk von der Pennsylvania State University heraus, dass der Geschmack die Erfahrung für sie nicht lohnender machte, zumindest in Bezug auf das, was wir im Gehirn sahen.

Dr. Andrea Hobkirk ist die Leiterin des Forschungslabors für Sucht, Verhaltensneurowissenschaften und soziale Faktoren der Gesundheit in der Abteilung für Psychiatrie am Penn State Cancer Institute und Leiterin der vorliegenden Studie.

Die Erfahrung, diese Aerosole einzuatmen, wurde dadurch nicht mit dem Rauchen vergleichbar, so die Forscherin. Typischerweise ist es das, wonach Raucher suchen, wenn sie versuchen, auf ein gesünderes Produkt umzusteigen.

Sie wollen etwas, das ihnen die gleichen lohnenden und sensorisch-motorischen Wirkungen wie eine normale brennbare Zigarette bietet, aber ohne die schädlichen Auswirkungen, die mit den Giftstoffen einer Zigarette einhergehen, erklärt Hobkirk.

Für diese Raucher ist es nicht unbedingt von Vorteil, wenn sie Geschmacksstoffe hinzufügen, zumindest was die Reaktion des Gehirns auf diese Stoffe angeht.

Dies könnte nach Ansicht von Hobkirk darauf hindeuten, dass Raucher diese Aromen nicht unbedingt brauchen, um von einer brennbaren Zigarette auf eine E-Zigarette umzusteigen.

  • Bei diesem Forschungsprojekt handelt es sich um eine Pilotstudie. Eine umfangreichere Studie oder ein klinischer Versuch ist erforderlich, um diese Ergebnisse weiter zu untersuchen.

Quellen

  • University in Montreal
  • Penn State College of Medicine
  • University of California San Diego School of Medicine
  • Bhatta, D. N. & Glantz, S. A. (2019). Association of E-Cigarette Use With Respiratory Disease Among Adults: A Longitudinal Analyses. American Journal of Preventive Medecin, https://doi.org/10.1016/j.amepre.2019.07.028.
  • Terek Been, Bayan Alakhtar, Carolyn J. Baglole, et al.; Chronic low-level JUUL aerosol exposure causes pulmonary immunologic, transcriptomic, and proteomic changes, The FASEB Journal (2023). DOI: 10.1096/fj.202201392R
  • Miranda P. Ween et al. E-cigarettes and health risks: more to the flavour than just the name, American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology (2020). DOI: 10.1152/ajplung.00370.2020
  • Alex Moshensky et al, Effects of mango and mint pod-based e-cigarette aerosol inhalation on inflammatory states of the brain, lung, heart, and colon in mice, eLife (2022). DOI: 10.7554/eLife.67621
  • Andréa L. Hobkirk et al, Evidence from an fMRI study that dessert-flavored e-cigarettes engage taste-related, but not smoking-related, brain circuitry for female daily smokers., Experimental and Clinical Psychopharmacology (2021). DOI: 10.1037/pha0000488

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