Tabakerhitzer als neues Produkt der Tabakindustrie: Gesundheitliche Risiken

Die meisten Raucher kennen die gesundheitlichen Risiken, die mit dem Konsum von Tabakzigaretten verbunden sind. Trotzdem wollen oder können viele nicht mit dem Rauchen aufhören. Alle großen Tabakkonzerne verfolgen bereits seit den 1950er-Jahren Strategien zur Reduktion der Toxizität von Tabakprodukten. Ursprünglich ging es dabei nicht um innovative technische Weiterentwicklungen, die letztlich zu neuen Produkten führten, sondern um die Optimierung der konventionellen Tabakzigarette. Insgesamt wurden die Nikotin- und Teeremissionen von Zigaretten durch technische Modifikationen, insbesondere die Einführung von Filtern, Filterventilation und einer erhöhten Porosität des Zigarettenpapiers, um mehr als 60 % gesenkt. Allerdings führte diese Entwicklung nicht zu einem entsprechenden Rückgang der Mortalitätsrate. Die Auswertung der „Cancer Prevention Studies“ (CPS I und II) in den USA ergab für Raucher sogar ein erhöhtes Lungenkrebsrisiko in den 1980er-Jahren verglichen mit dem Untersuchungszeitraum 1959–1965 [1]. Ein Hauptgrund für die trotz sinkender Teeremissionen vergleichbar hohen Gesundheitsrisiken lag in der gleichzeitigen Abnahme der Nikotingehalte im Rauch, die durch ein intensiveres und häufigeres Rauchverhalten kompensiert wurde [2, 3]. Durch sogenannte Lightprodukte können deshalb indirekt sogar höhere Gesundheitsrisiken als beim Rauchen von Zigaretten mit höheren Nikotingehalten entstehen [4].

Die gesundheitsbezogenen Risiken des Tabakrauchens entstehen durch Karzinogene und andere gesundheitlich bedenkliche Emissionen. Ansätze zur Schadstoffreduktion für konventionelle Zigaretten sind daher sinnvoll und werden auch von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) weiter verfolgt [5]. Die Einführung von unabhängigen Untersuchungseinrichtungen, Messmethoden, Informationspflichten sowie die Schadstoffregulierung gründen sich letztlich auf diesem Konzept. Allerdings bestehen auch Grenzen. Beim konventionellen Rauchen gibt es kaum Möglichkeiten, die Verbrennungstemperatur zu senken und die technischen Möglichkeiten zur weiteren Minimierung gesundheitsschädlicher Emissionen sind möglicherweise ausgeschöpft. Tabakerhitzer könnten daher als neue Technologie betrachtet werden, die diese Grenze verschieben kann. In den neuen Geräten wird ein Tabakstick beispielsweise mittels eines elektrischen Heizdorns oder Heizblatts auf etwa 350 °C erhitzt. Diese Temperatur liegt deutlich unter den 900 °C, die in der Glutkuppe einer Tabakzigarette erreicht werden. Dies führt zu verminderten Schadstoffemissionen, wobei die Nikotinfreisetzung im Bereich einer konventionellen Tabakzigarette liegt. Tabakerhitzer könnten einen wichtigen Beitrag leisten, um die Schadstoffemissionen von Rauchtabak wirksam zu begrenzen, auch wenn die Auswirkungen auf gesundheitliche Risiken nicht abschließend bewertet werden können. Statt Schadstoffreduktionen von 50–60 %, die bei konventionellen Zigaretten erreichbar waren, besteht nun die technische Möglichkeit, wichtige kanzerogene Substanzen in den Emissionen um mehr als 80–99 % zu reduzieren. Bisherige Minimierungsstrategien der WHO bezogen sich jedoch ausschließlich auf traditionelle Zigaretten und nicht auf technische Neuentwicklungen, die häufig als Modified- oder Reduced-Exposure/Risk-Geräte bezeichnet werden. Aus toxikologischer Sicht erscheint es dagegen sinnvoll, Minimierungsansätze mit neuen Technologien zu verbinden. Andererseits bestehen Bedenken, dass Tabakerhitzer den irreführenden Eindruck eines nahezu unbedenklichen Tabakkonsums wecken könnten und neben den verbleibenden, substanziellen Schadstoffemissionen auch ein hohes Suchtpotenzial bergen.

In Deutschland kam 2016 das erste Modell in den Handel, das in der Fachliteratur als Tabakerhitzer THS 2.2 (Tobacco Heating System 2.2) bezeichnet wird. Der Hersteller führte dazu umfangreiche Studien zur Verminderung der schädlichen und potenziell schädlichen Stoffe (HPHC: „harmful and potentially harmful constituents“) in den Emissionen durch. Weitere Untersuchungen legten nahe, dass durch die geringere Exposition auch das Gesundheitsrisiko gesenkt wird, wenn man komplett von der konventionellen Tabakzigarette auf den Tabakerhitzer umsteigt [6‐9]. Allerdings sind für eine Risikobewertung dieses neuen Produktes unabhängige standardisierte Daten notwendig, um Exposition und gesundheitliche Risiken abzuschätzen. Laut WHO fehlen unabhängige Studien, die belegen, dass eine verringerte Exposition gegenüber gesundheitsschädlichen Stoffen durch die Verwendung von Tabakerhitzern auch zu einem geringeren Risiko führen [10]. Das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) und andere Institutionen haben in ersten Studien die Reduktion ausgewählter schädlicher bzw. potenziell schädlicher Stoffe in den Emissionen bestätigt. Der Nikotingehalt in den Emissionen des Tabakerhitzers ist vergleichbar mit dem konventioneller Zigaretten. Daher ist von einem vergleichbaren Sucht- und Abhängigkeitspotenzial auszugehen. Aus diesem Grund ist jedoch auch kein Kompensationsverhalten, d. h. ein Ausgleich der geringeren Nikotinaufnahme durch häufigeres oder intensiveres Rauchen zu erwarten. Bisher gibt es nur wenige Untersuchungen und Bewertungen zu den Auswirkungen auf gesundheitliche Risiken. In den USA läuft zurzeit ein umfangreiches Einstufungsverfahren, welches über die Anerkennung dieses Modells als Modified Risk Tobacco Product (MRTP) entscheidet. Dieser Prozess schließt auch eine umfassende Bewertung der Schadstoffreduktion ein [11]. Ziel des vorliegenden Beitrags ist es, aktuelle Studien über den in Deutschland erhältlichen Tabakerhitzer sowie eine möglicherweise verringerte Gesundheitsgefährdung zu diskutieren.

Tabakerhitzer sind batteriebetriebene Systeme, die durch elektrisches Erhitzen von Tabak nikotinhaltige Emissionen erzeugen. Dafür werden Tabaksticks in einem entsprechenden Heizgerät platziert und auf etwa 250–350 °C erwärmt. Dabei entstehen nikotinhaltige Emissionen, die über ein Mundstück mit Filtersegment inhaliert werden.

Der in Deutschland erhältliche Tabakerhitzer besteht aus 3 Komponenten mit unterschiedlichen Funktionen (Abb. 1). Dazu zählt der Tabakstick mit verarbeitetem Tabak, ein stiftartiges Heizgerät (Holder), in das der Tabakstick gesteckt wird, welcher dann mittels eines elektrisch kontrollierten Heizstabes erhitzt wird, sowie ein Ladegerät (der Charger), das das Heizgerät nach Gebrauch wieder auflädt. Der Tabakerhitzer beendet den Heizprozess automatisch nach 6 min oder 14 Zügen, sodass Pyrolyseprodukte und Schadstofffreisetzung sowohl zeitlich als auch durch eine maximale Zugzahl pro Stick limitiert sind. Der Tabakstick enthält einen komprimierten Tabakstrang sowie mehrere Filterelemente (Abb. 2). Der Tabakstrang besteht aus einer getrockneten Tabaksuspension, die zu einer papierdünnen braunen Tabakfolie¹ aufgerollt wurde. Diese setzt sich aus ca. 70 % Tabak sowie Feuchthaltemitteln, Bindemitteln und Aromastoffen zusammen. Als Feuchthaltemittel werden Wasser und Glycerin verwendet, um ein Austrocknen zu verhindern und um die Aerosolbildung beim Erhitzen zu unterstützen [12]. Die Filterelemente bestehen aus 2 unabhängigen Systemen: einem Polymerfilmfilter, der das Aerosol abkühlt, gefolgt von einem weichen Zelluloseacetatmundstückfilter, welcher die sensorischen Aspekte einer konventionellen Zigarette imitiert [12].

Konventionelle Tabakzigaretten sind sehr gut untersuchte und standardisierte Produkte. Zigarettenrauch ist ein Aerosol, das aus ca. 4800 Verbindungen besteht, wovon 89 als gesundheitlich gefährlich eingestuft wurden [13]. Bei jedem Zug werden in der Glutzone Temperaturen von ungefähr 900 °C erreicht, wobei der Tabak verbrennt. Unter Sauerstoffmangel kommt es im angrenzenden Tabakstrang zu endothermen Reaktionen, die das organische und anorganische Material thermisch zersetzen. Die gasförmigen Reaktionsprodukte gelangen in die Destillationszone, wo die Temperatur entsprechend der Entfernung zur Glutzone auf 600–200 °C abkühlt. Hier entstehen die meisten gesundheitlich bedenklichen Stoffe. Durch Verdampfen der flüchtigen Anteile und Destillation entsteht das Aerosol. Dabei gehen niedrig siedende Stoffe direkt in den Rauch über. Hinter der Destillationszone befindet sich die Kondensationszone, wo ein Teil des Rauches wieder kondensiert. Der inhalierte Hauptstromrauch besteht daher aus einer partikulären sowie einer Gasphase [14].

Unter Passivrauchen versteht man die Aufnahme von Tabakrauch aus der Raumluft oder der Umwelt, der zu 80–85 % aus Nebenstromrauch und zu 15–20 % aus wieder ausgeatmetem Hauptstromrauch besteht. Der Nebenstromrauch entsteht durch Destillation beim Glimmen bei etwa 500 °C in den Zugpausen. Da mehr Material destilliert als verbrannt wird, unterscheidet sich der Neben- vom Hauptstromrauch in seiner Zusammensetzung.

Das BfR hat kürzlich in Zusammenarbeit mit dem Chemischen und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA) Sigmaringen eine erste Studie zu ausgewählten Analyten in den Emissionen von Tabakerhitzern abgeschlossen [15]. Dabei wurde ein standardisiertes Abrauchverfahren (Health Canada Intense Smoking Regimen, HCI; [16]) an einer E‑Zigarettenabrauchmaschine verwendet (siehe Abb. 3), um den Hauptstromrauch zu generieren. Obwohl Abrauchmaschinen nicht zu 100 % das menschliche Rauchverhalten widerspiegeln, stellen sie doch eine gute Näherung dar. Die erzeugten Emissionen werden mithilfe von geeigneten analytischen Methoden untersucht, wodurch ein Vergleich von verschiedenen Applikationen und Produkten ermöglicht wird. In der Studie des BfR wurden Partikelphase, Nikotin, Wasser sowie Aldehyde und flüchtige organische Substanzen, zu denen wichtige Hauptkanzerogene gehören [17], analysiert. Die verwendeten Methoden kommen in Routinelaboratorien zum Einsatz, was für eine spätere Qualitätssicherung und Überwachung von Bedeutung ist. Die Daten anderer unabhängiger Studien sowie des Herstellers wurden bestätigt. Die Emissionen im Hauptstromrauch des Tabakerhitzers sind in Tab. 1 im Vergleich zum Hauptstromrauch konventioneller Zigaretten dargestellt. Für konventionelle Zigaretten sind die höchsten und die niedrigsten Werte aus der Studie von Counts et al. angegeben [18]. Zwischen einzelnen Zigarettenmarken gibt es erhebliche Schwankungen, sodass die formale Berechnung der Schadstoffreduktion auch stark von der verwendeten Referenzzigarette abhängt. Der Nikotinwert des Tabakerhitzers ist vergleichbar mit den Werten von konventionellen Zigaretten. Der Wert für die Gesamtpartikelmasse liegt teilweise höher. Allerdings hat die Gesamtpartikelmasse der Tabakerhitzer eine andere Zusammensetzung, da der Anteil von Wasser und Feuchthaltemitteln deutlich höher ist. Vergleicht man den Gehalt der Carbonylverbindungen Formaldehyd, Acetaldehyd, Acrolein und Crotonaldehyd, erhält man für die Emissionen des Tabakerhitzers eine deutliche Reduktion von 80–96 % gegenüber konventionellen Tabakzigaretten. Die Gehalte an flüchtigen und semiflüchtigen Verbindungen in den Emissionen sind im Tabakerhitzer sogar um 97–99 % niedriger im Vergleich zu konventionellen Zigaretten. Die Daten der BfR-Studie sind in guter Übereinstimmung mit Daten aus weiteren unabhängigen Studien, die sich ebenfalls auf ausgesuchte Analyten im Hauptstromrauch des THS 2.2 fokussierten [19‐21].

Es wurde eine Reihe von In-vitro‑, In-vivo- und klinischen Studien [22] veröffentlicht, die zumeist im Rahmen des Einstufungsverfahrens in den USA durchgeführt wurden. Bei der Durchführung dieser Studien hatte sich der Hersteller an validierten Prüfverfahren orientiert. Im Weiteren führte der Hersteller Studien zum Einfluss der Tabakerhitzer auf die Innenraumluftqualität durch [23].