27.01.2022 •

Zigarettenrauch versus Tobacco Heating System-Aerosol

Medizinische Auswirkungen auf das Herz-Kreislauf-System und die Lunge

E. Scotti, G. Plebani

Das Rauchen von Tabak ist die häufigste vermeidbare Todesursache in Zusammenhang mit einer Reihe von Erkrankungen, einschließlich Herz-Kreislauf- und Atemwegserkrankungen sowie Lungenkrebs. Im Vergleich zu Nichtrauchern haben Raucher ein zwei- bis vierfach höheres Risiko, eine koronare Herzkrankheit oder einen Schlaganfall zu erleiden, sowie ein etwa fünfundzwanzigfach höheres Risiko für Lungenkrebs. Auch das Mortalitätsrisiko in Zusammenhang mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) ist bei Rauchern um das zwölf- bis dreizehnfache erhöht.

Das Rauchen ist für fast sieben Millionen Todesfälle pro Jahr verantwortlich. Die Hauptursache für Erkrankungen und Mortalität in Verbindung mit dem Rauchen sind die schädlichen und potenziell schädlichen Bestandteile, die bei der Verbrennung von Tabak entstehen. Eine brennende Zigarette setzt eine schädliche Mischung aus ultrafeinen Feststoffpartikeln und mehr als 6 000 chemischen Bestandteilen frei, von denen etwa 100 als schädlich oder potenziell schädlich charakterisiert sind. Hierzu zählen chemische Substanzen wie Kohlenmonoxid, Formaldehyd und Benzol.

COPD und Zigarettenrauch

Die COPD ist eine wesentliche und zunehmende Ursache der Morbidität und Mortalität weltweit, was primär auf das Zigarettenrauchen zurückzuführen ist. Von der Weltgesundheitsorganisation wird COPD nach ischämischen Herzerkrankungen und Schlaganfällen als dritthäufigste Todesursache eingestuft.

Die COPD ist keine singuläre Atemwegserkrankung, sondern umfasst eine Reihe von nicht heilbaren, aber behandelbaren und vermeidbaren chronischen Lungenerkrankungen (einschließlich chronischer Bronchitis und Emphysem), die durch eine progressive Einschränkung des Luftstroms und eine daraus resultierende chronische Entzündung der Atemwege gekennzeichnet sind. Bei Rauchern wird COPD durch Zigarettenrauch ausgelöst, der eine Entzündung sowie oxidativen Stress verursacht. Beides wiederum verursachen Störungen in den biologischen Netzwerken sowie Veränderungen in den Luftwegen, den alveolären Zellen und der Gewebefunktion, die negative Auswirkungen auf die gesamte Lungenfunktion der alveolären Zellen/Atemwegszellen haben und schließlich zu COPD führen. Die häufigsten Symptome sind Dyspnoe, vermehrte Auswurf- und Schleimproduktion sowie chronischer Husten.

Gemäß den Leitlinien der Globalen Initiative für Chronisch Obstruktive Lungenerkrankungen dient die Untersuchung der Lungenfunktion durch Spirometrie, zum Beispiel das forcierte exspiratorische Einsekundenvolumen (FEV1) und die forcierte Vitalkapazität (FVC), als Goldstandard für die Diagnose von COPD und die Beurteilung des Krankheitsverlaufs.

Für COPD-Patienten jeden Alters ist es zweifellos am besten, mit dem Rauchen aufzuhören, um das Fortschreiten der Erkrankung zu reduzieren. Leider geben nur bis zu 25 % dieser Personengruppe das Rauchen auf und viele werden rückfällig. Angesichts dieses geringen Prozentsatzes sollten bei dieser spezifischen Gruppe von erwachsenen Rauchern ergänzende Maßnahmen zum Wechsel auf weniger schädliche Alternativen in Betracht gezogen werden.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Zigarettenrauch

Das Rauchen ist ein bekannter Risikofaktor für Herzinfarkte und andere koronare Ereignisse, einschließlich Angina pectoris. Die Mechanismen, durch die Tabakgenuss Herzerkrankungen und deren Symptome, einschließlich der Atherosklerose, beschleunigt und akute koronare Ereignisse auslöst, sind komplex.

Schadstoffe, die durch die Tabakverbrennung in Zigaretten in hohen Konzentrationen erzeugt werden, erhöhen die Konzentrationen freier Radikale sowie die Lipidperoxidation und begünstigen mehrere potenzielle Mechanismen der koronaren Herzkrankheit, wozu auch oxidativer Stress und Entzündungen gehören. Diese Vorgänge wiederum verursachen Störungen der biologischen Netzwerke, die mit endothelialer Dysfunktion, Lipidstoffwechsel und einer Aktivierung von Thrombozyten verbunden sind. Sie führen zur Bildung atherosklerotischer Plaque und erhöhen das Risiko für einen Herzinfarkt. Zusätzlich erhöht sich die Gefahr einer Thrombose oder Atherosklerose in diesen, teilweise verengten, Gefäßen. 

Rauchfreie Produkte

Die jüngsten wissenschaftlichen und technologischen Fortschritte haben die Entwicklung innovativer, rauchfreier Produkte ermöglicht, die für erwachsene Raucher akzeptabel sind und eine potenziell weniger schädliche Alternative zum Rauchen darstellen. Am weitesten verbreitet sind E-Zigaretten und verbrennungsfreie Tabakerhitzer (HTP = heated tobacco products). Ihnen ist gemeinsam, dass kein Verbrennungsprozess stattfindet und somit kein Rauch entsteht. Folglich ist davon auszugehen, dass das von rauchfreien Produkten erzeugte Aerosol weniger Schadstoffe und geringere Konzentrationen enthält als Zigarettenrauch. Es ist jedoch anzumerken, dass eine solche potenzielle Reduktion bei jedem einzelnen Produkt untersucht und wissenschaftlich bestätigt werden sollte. Der vorliegende Artikel konzentriert sich auf die Forschungsergebnisse in Zusammenhang mit Tabakerhitzern.

HTP erzeugen ein nikotinhaltiges Aerosol, indem der Tabak auf Temperaturen erhitzt wird, die so hoch sind, dass Nikotin und Aromastoffe freigesetzt werden, aber niedrig genug, um ein Verbrennen des Tabaks zu verhindern.

Das Konzept hinter Tabakerhitzern besteht darin, dass die anstelle der Verbrennung stattfindende Erhitzung des Tabaks die erzeugten Schadstoff Konzentrationen signifikant reduzieren kann und erwachsenen Rauchern gleichzeitig immer noch eine zufriedenstellende sensorische Erfahrung bietet. Im Jahr 2014 brachte ­Philip Morris International (PMI) das erste HTP unter dem wissenschaftlichen Namen „Tobacco Heating System“ (THS; Marken­namen IQOS®) auf den Markt.

THS-Aerosol versus Zigarettenrauch: Auswirkungen auf durch Rauchen bedingte Atemwegserkrankungen

Mehrere Studien an Ratten und Mäusen haben gezeigt, dass die reduzierte Schadstoffexposition bei THS im Vergleich zu Zigarettenrauch eine signifikant geringere biologische Auswirkung auf die Atemwege hat. Dies manifestiert sich in einer geringeren Störung der mit COPD assoziierten biologischen Prozesse (einschließlich oxidativem Stress, Entzündung und Apoptose), weniger schweren adaptiven Veränderungen in den respiratorischen Geweben, keine Zerstörung von Alveolen (Emphysem) und geringeren von Lungenfunktionsstörungen im Vergleich zu Tieren, die Zigarettenrauch ausgesetzt waren.

Klinische Studien mit TSH beim Menschen deuten darauf hin, dass sich die reduzierte Schadstoffexposition positiv auf die Gesundheit von Rauchern auswirken könnte. In einer klinischen Studie in Japan wurden gesunde Raucher von Mentholzigaretten auf Menthol-THS umgestellt. Die Umstellung erfolgte fünf Tage lang unter stationären und 85 Tage unter ambulanten Bedingungen. Die Probanden zeigten eine ähnlich verbesserte Lungenfunktion (das heißt eine Verbesserung der FEV1) wie Patienten, die das Rauchen aufgaben, wahrscheinlich aufgrund der verringerten Entzündung der Lunge beim Umstieg.

In einer sechsmonatigen klinischen Studie in den USA zeigten Raucher, die vom Zigarettenrauchen auf den überwiegenden Gebrauch eines TSH umstiegen, signifikante Verbesserungen bei klinischen Risikoendpunkten in Zusammenhang mit der Sauerstoffversorgung (verminderte Carboxyhämoglobinwerte), der Entzündung (verringerte Leukozytenzahl) und der Lungenfunktion (erhöhte FEV1), bei gleichen Nikotinwerten wie Raucher.

Außerdem wurden die Auswirkungen einer reduzierten Exposition von Schadstoffen bei HTP-Gebrauch auch in einer kürzlich durchgeführten dreijährigen Nachbeobachtungsstudie bei einer COPD-Kohorte untersucht. Trotz der geringen Patientenzahl in ihrer Studie fanden Polosa und Kollegen heraus, dass COPD-Patienten, die HTP verwendeten, seltener eine COPD-Exazerbation erlitten als Patienten, die Zigaretten rauchten und signifikante Verbesserungen der Symptome, der körperlichen Belastbarkeit und der allgemeinen gesundheitsbezogenen Lebensqualität aufwiesen. Es ist wichtig, anzumerken, dass HTP-Anwender, die nicht komplett auf HTP umstiegen, ihren täglichen Zigarettenkonsum deutlich reduzierten und schließlich das Rauchen dauerhaft einstellten.

Interessanterweise zeigten unlängst die Ergebnisse einer Kohortenbeobachtungsstudie in Kasachstan, dass sich die gesundheitsbezogenen Parameter nach nur einem Jahr in der Gruppe der Probanden verbessert hatten, die von Zigaretten auf THS umgestiegen waren. Neben einer Erholung der Atemwegssymptome und der Lungenfunktion fanden sich auch bei der körperlichen Belastbarkeit (beurteilt anhand eines sechsminütigen Gehtests) und den metabolischen Parametern bei den Anwendern von THS größere Verbesserungen als bei Zigarettenrauchern.

Man geht davon aus, dass die durch das Rauchen bedingte Beeinträchtigung der mukoziliären Clearance (MCC) bei einem Rauchstopp umgekehrt wird. Kuerzlich analysierten Polosa und Mitarbeiter in einer Querschnittsstudie die MCC – einen bekannten Biomarker für frühe respiratorische gesundheitsbezogene Veränderungen – durch Messung der Verweildauer von Saccharin nach dem Konsum rauchfreier Produkte. Die mediane Verweildauer war bei Zigarettenrauchern fast zweimal so lang (13,15 min) wie bei Nichtrauchern (7,24 min) und ehemaligen Rauchern (7,26 min). Die Patienten im HTP-Studienarm wiesen eine Saccharinverweildauer (8,00 min) auf, die ähnlich wie die von ehemaligen Rauchern Nichtrauchern war. Aus diesen Ergebnissen folgerten die Autoren, dass sich der Umstieg von Zigaretten auf HTP positiv auf die MCC auswirkt, was als frühe respiratorische gesundheitliche Verbesserung betrachtet werden könnte.

THS-Aerosol versus Zigarettenrauch: Auswirkungen auf durch Rauchen bedingte kardiovaskuläre Erkrankungen

Wie in den oben erwähnten Tierstudien konnte auch in klinischen Versuchen nachgewiesen werden, dass sich der Umstieg vom Rauchen auf die Verwendung eines THS positiv auf kardiovaskuläre Parameter auswirkt, ähnlich wie ein Rauchstopp. In der bereits angeführten sechsmonatigen klinischen Studie in den USA zeigten Raucher, die während des Studienzeitraums auf THS umstiegen, Verbesserungen bei den mit kardiovaskulären Erkrankungen assoziierten klinischen Risikoendpunkten wie Lipidstoffwechsel (erhöhte HDL-C-Konzentrationen), Endothelfunktion (verringerte sICAM-1-Werte), oxidativem Stress (verringerte 8-Epi-Prostaglandin-F2-alpha-Werte) und Thrombozytenfunktion (verringerte 11-Dehydrothromboxan-B2-Werte). Diese gingen in dieselbe Richtung wie die nach einem Rauchstopp festgestellten Veränderungen.

Diese Erkenntnisse wurden außerdem in einer anderen klinischen Studie von einer italienischen Forschungsgruppe an der Universität Sapienza validiert. So zeigte sich bei THS-Gebrauch im Vergleich zu Zigaretten eine geringere Auswirkung auf oxidativen Stress (Reduktion der Aktivierung von Nox2 und der Produktion von H2O2 und 8-Iso-Prostaglandin F2a-III), den antioxidativen Status (keine Auswirkung auf Vitamin-E-Spiegel), die Thrombozytenaktivierung (Reduktion der Konzentrationen des löslichen CD40-Liganden sowie P-Selektin) und die endotheliale Dysfunktion (Verbesserung der flussvermittelten Dilatation und des Blutdrucks).

Eine weitere unabhängige, kürzlich durchgeführte klinische Studie untersuchte die Auswirkungen des THS-Gebrauchs auf mehrere kardiovaskuläre Parameter wie die vaskuläre Funktion, die myokardiale Deformation und die ventrikulo-arterielle Kopplung. An dieser Studie nahmen 75 Raucher ohne kardiovaskuläre Erkrankungen teil. In der akuten Studie wurden 50 Raucher nach dem Zufallsprinzip aufgefordert, eine einzige Zigarette zu rauchen oder ein THS zu verwenden. Nach einer Stunde wechselten sie in die jeweils andere Gruppe. Für die chronische Phase wurden 50 Raucher auf ein HTP umgestellt und vor sowie nach einem Monat des HTP-Gebrauchs mit einer externen Gruppe von 25 Zigarettenrauchern verglichen. Sowohl in der akuten als auch in der chronischen Studie wurden folgende Parameter untersucht: a) die Konzentration von ausgeatmetem Kohlenmonoxid (CO), b) die Pulswellengeschwindigkeit (PWG), c) die Konzentration von Malondialdehyd (MDA) und d) die Konzentration von Thromboxan B2 (TxB2). In der chronischen Studie wurde außerdem Folgendes beurteilt: a) der Global Longitudinal Strain (GLS), c) der Myocardial-Work-Index (GWI), c) Wasted Myocardial Work (GWW), d) die koronare Flussreserve (coronary flow reserve, CFR), e) die Gefäßsteifigkeit (total arterial compliance, TAC) und f) die flussvermittelte Dilatation (flow-mediated dilation, FMD). Der akute THS-Gebrauch führte zu einem geringeren Anstieg der PWG als das Zigarettenrauchen und es wurde im Gegensatz zu diesem keine Veränderung der CO- oder Biomarkerkonzentrationen festgestellt. In der chronischen Studie verbesserte der Umstieg auf THS die Werte für CO, FMD, CFR, TAC, GLS, GWW, MDA und TxB2. Die Autoren folgerten, dass sich der Ersatz der Zigarette durch HTP weniger schädigend auf die Herz- und Gefäßfunktion auswirkt als das weitere Rauchen von Zigaretten.

Vor Kurzem wurden bei einem weiteren HTP von British American Tobacco ähnliche positive Effekte auf kardiovaskuläre Parameter nachgewiesen. In einer im Vereinigten Königreich durchgeführten randomisierten, kontrollierten Studie wurden gesunde Raucher einer der folgenden Gruppen zugeteilt: „Weiterrauchen“ oder „Umstieg auf HTP“. Die Studie schloss auch eine Kontrollgruppe von Rauchern ein, die auf das Zigarettenrauchen verzichteten. Ziel dieser Studie war es, zu untersuchen, ob sich Biomarker der Exposition und der potenziellen Schädigung verändern, wenn Raucher ambulant vom Zigarettenrauchen auf den ausschließlichen Gebrauch eines HTP umsteigen. Zahlreiche Biomarker in Zusammenhang mit oxidativem Stress, Herz-Kreislauf- und Atemwegserkrankungen sowie Krebs – zum Beispiel die Gesamtkonzentration von 4-(Methylnitrosamino)-1-(3-Pyridyl)-1-Butanol, die Konzentration von 8-Epi-Prostaglandin F2a Typ III, die fraktionelle Konzentration von exhaliertem Stickoxid und die Leukozytenzahl – wurden bei Studienbeginn sowie über einen Folgezeitraum von bis zu 180 Tagen beurteilt. Bei den Probanden, die weiter rauchten, blieben diese Biomarker stabil. Bei den HTP-Nutzern hingegen waren die Werte signifikant rückläufig und glichen sich jenen der Kontrollprobanden an, die auf das Zigarettenrauchen verzichtet hatten. Dies untermauert die These, dass die negativen gesundheitlichen Auswirkungen des Zigarettenrauchens bei Rauchern, die komplett auf HTP umsteigen, reduziert sein könnten.

Schlussfolgerungen

Die negativen gesundheitlichen Auswirkungen des Zigarettenrauchens auf das Herz-Kreislauf-System und die Lunge sind heute gut bekannt. Die hier vorgestellte Evidenz zeigt, warum die gesundheitlichen Auswirkungen von HTP so stark von denen der Zigaretten abweichen. Ein THS verbrennt keinen Tabak. Somit setzt es keine schädlichen chemischen Substanzen in derart hohen Konzentrationen frei, wie es bei Zigaretten der Fall ist, und der menschliche Körper ist solchen Konzentrationen folglich auch nicht in gleichem Masse ausgesetzt. Es überrascht daher nicht, dass klinische Studien an Tieren und Menschen signifikante Unterschiede zwischen der Exposition gegenüber fortgesetztem Zigarettenrauchen und der THS-Exposition aufzeigen.

Wissenschaftliche Erkenntnisse deuten übereinstimmend darauf hin, dass erwachsene Raucher, die auf THS umsteigen, ein niedrigeres Risiko haben könnten, eine Herz-Kreislauf- oder Lungenerkrankung oder eine Progression zu entwickeln als jene, die das Rauchen fortsetzen. Dies zeigt, dass eine THS die bessere Alternative zur Zigarette ist.

Es ist jedoch zu beachten, dass HTP nicht frei von Risiken sind und dass sie Nikotin abgeben, welches süchtig macht und keinesfalls risikofrei ist, aber nicht die Hauptursache für die durch Rauchen bedingten Erkrankungen ist. Rauchfreie Alternativen sind nur für erwachsene Raucher bestimmt, die sonst mit dem Rauchen fortfahren würden. Die beste Wahl, die ein Raucher treffen kann, ist es, Zigaretten und Nikotin vollständig aufzugeben. 


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