Wissenschaftliche Studien zeigen: E-Zigaretten können Lunge, Herz und Gehirn schädigen

Wissenschaftler aus Mainz und Boston veröffentlichen im „European Heart Journal“ neue Erkenntnisse über schädigende Mechanismen von elektronischen Zigaretten.

Die Nebenwirkungen von E-Zigaretten stehen im Fokus einer neuen Studie. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Zentrums für Kardiologie der Universitätsmedizin Mainz, des Instituts für Anorganische Chemie und Analytische Chemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) sowie der Harvard Universität in Boston (USA) ist es gelungen, neue molekularen Mechanismen zu identifizieren, die zu Schädigungen an Lunge, Herz und Gehirn führen können.

Die Studienergebnisse sind jetzt in der aktuellen Ausgabe des renommierten „European Heart Journal“ veröffentlicht worden.

E-Zigaretten galten lange als gesündere Alternative zu herkömmlichen, brennbaren Zigaretten und wurden zudem als wirksame Methode zur Raucherentwöhnung vermarktet. Zwischenzeitlich mehren sich die Todesfälle nach dem Konsum von E-Zigaretten – nach jüngsten Angaben der US-Gesundheitsbehörde CDC (Centers for Disease Control and Prevention) sind in den USA mehr als 30 Menschen im Zusammenhang mit erhöhtem E-Zigaretten-Konsum gestorben.

Als möglicher Verursacher für die Todesfälle wurde nach Aussagen des Center of Disease Control (CDC) das Vitamin E-Acetat identifiziert.

Jüngste Forschungsergebnisse von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern um Univ.-Prof. Dr. Thomas Münzel vom Zentrum für Kardiologie der Universitätsmedizin Mainz, des Instituts für Anorganische Chemie und Analytische Chemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und der Harvard Universität in Boston (USA) konnten jetzt mögliche Mechanismen nachweisen, die aufzeigen, dass E-Zigaretten, bestehend aus Propylengykoll und Glyzerin mit und ohne Nikotin, Schäden an Lunge, Herz und Gehirn verursachen können.

Der Kardiologe Prof. Dr. Thomas Münzel, Leiter der Studie, erklärt: „Für die nun publizierte Studie haben wir bei 20 gesunden Rauchern die Wirkung von E-Zigarettendämpfen auf die Durchblutung der Brachialarterie im Oberarm untersucht, und zwar kurz bevor sie eine E-Zigarette dampften und 15 Minuten danach.

Ein entscheidendes Ergebnis ist, dass der Konsum schon einer E-Zigarette, das sogenannte Dampfen, ausreichend ist, damit sich die Herzfrequenz erhöht und die Arterien versteifen. Ein weiteres Ergebnis: Bei den Rauchern war die Endothelfunktion eingeschränkt – ein wichtiger Befund, der sich auf die Funktionalität der Blutgefäße auswirkt.“

Das Endothel kleidet die Arterien von innen aus, es ermöglicht, dass sich die Blutgefäße im gesunden Maß erweitern und verengen. Zudem schützt es durch die Auskleidung das Gewebe vor toxischen Substanzen, es reguliert Entzündungs- und Blutgerinnungsprozesse und verhindert den Prozess der Gefäßverkalkung (Athersosklerose). Ist das System gestört und liegt eine Endotheldysfunktion vor, kann sich eine Herz-Kreislauf-Erkrankung entwickeln.

Die Wissenschaftler/innen untersuchten auch rund 150 Mäuse, die zuvor an einem, drei oder fünf Tagen sechsmal täglich 20 Minuten lang E-Zigarettendampf eingeatmet hatten. Univ.-Prof. Dr. Andreas Daiber, Leiter der molekularen Kardiologie an der Universitätsmedizin Mainz erläutert: „Die Ergebnisse der Untersuchungen am Tiermodell zeigten, dass das Enzym NOX-2 in den E-Zigaretten-Dämpfen die Schädigung von Blutgefäßen, auch in der Lunge und im Gehirn, auslöst.

NOX-2 ist in die Immunreaktionen des Organismus in der Abwehr gegen Bakterien involviert. Es wird durch das toxische Aldhyd Acrolein, das beim Verdampfen entsteht, aktiviert und stimuliert die Bildung freier Radikale in Gefäßen, der Lunge und im Gehirn. Ein wichtiger Befund der aktuellen Studie ist, dass Mäuse, die NOX-2 nicht produzieren konnten (sogenannte NOX-2 knockouts), vor den schädlichen Auswirkungen des E-Zigaretten-Konsums auf Gefäße, Gehirn und Lunge nahezu vollständig geschützt waren.

Wurden die Mäuse mit den pharmazeutischen Substanzen Macitentan oder Bepridil behandelt, zeigten sie keine Anzeichen von einer Dysfunktion des Endothels, oxidativem Stress oder Bluthochdruck. Macitentan wird bei Patienten eingesetzt zur Behandlung von Funktions-störungen des Endothels, des Blutdruckanstiegs in den Lungengefäßen und von oxidativem Stress.

Bepridil findet bislang Einsatz in der Therapie von oxidativem Stress, Zelltod bei hohem Blutdruck, Angina pectoris oder Brustschmerzen. Die positiven Effekte dieser Medikamente lassen auf die zentrale Funktion von zwei Eiweißmolekülen im Körper schließen: das an der Verengung der Arterien beteiligte Protein Endothelin 1 und das vor oxidativem Stress schützende Protein FOXO-3.

Prof. Dr. Thomas Münzel, Direktor der Kardiologie I im Zentrum für Kardiologie der Universitätsmedizin Mainz und Leiter der heute im  „European Heart Journal“ veröffentlichten Studie „Short-term e-cigarette vapour exposure causes vascular oxidative stress and dysfunction: evidence for a close connection to brain damage and a key role of the phagocytic NADPH oxidase (NOX-2)” schätzt E-Zigaretten daher als gesundheitsgefährdend ein:

„Wir wissen, dass E-Zigaretten im Vergleich zu normalen Tabakzigaretten weniger toxisch sind. Unsere Studie belegt jedoch, dass ein Kurzzeitgebrauch von E-Zigaretten den oxidativen Stress in Gefäßen, Lunge und Gehirn erhöhen kann. Dies kann sowohl kurzfristig als auch langfristig negative Auswirkungen auf die Funktion dieser Organe haben. Unsere Daten deuten darauf hin, dass E-Zigaretten keine gesunde Alternative zu herkömmlichen Zigaretten sind.

Es sind dringend Langzeitstudien erforderlich, um die möglichen gesundheitlichen Folgen von E-Zigarettengebrauch besser beurteilen zu können. E-Zigaretten haben ein Suchtpotential, das Konsumenten häufig unterschätzen. Es hat sich gezeigt, dass Kinder, die E-Zigaretten geraucht haben, auch verstärkt dazu neigen, später Tabakzigaretten zu konsumieren. Daher fordern wir ein Werbeverbot von E-Zigaretten. Entscheidend ist auch, Jugendliche und ihre Familien über die Gefahren von Tabakerzeugnissen aufzuklären und die Erforschung der nachteiligen gesundheitlichen Folgen von E-Zigarettengebrauch intensiv voranzubringen.“

Quelle: Universitätsmedizin Mainz  –  Erstes Foto: Peter Pulkowski


Neue Studie: E-Zigaretten können Lunge, Herz und Gehirn schädigen

E-Zigaretten galten lange als gesündere Alternative zu den herkömmlichen, brennbaren Zigaretten und wurden zudem als wirksame Methode zur Raucherentwöhnung vermarktet.     

Doch inzwischen sind Todesfälle nach einer vermehrter Nutzung von E-Zigaretten bekannt geworden – nach jüngsten Angaben der US-Gesundheitsbehörde CDC (Centers for Disease Control and Prevention) sind in den USA bislang rund 30 Menschen im Zusammenhang mit dem erhöhten Konsum gestorben.

Wissenschaftlern des Zentrums für Kardiologie der Universitätsmedizin Mainz, des Instituts für Anorganische Chemie und Analytische Chemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und der Harvard Universität in Boston (USA) ist es im Rahmen einer Studie nun gelungen, neue molekularen Mechanismen zu identifizieren, weshalb der E-Zigarettengebrauch zu Nebenwirkungen an Lunge, Herz und Gehirn führen kann.

Die Studienergebnisse werden in der kommenden Ausgabe des renommierten „European Heart Journal“ veröffentlicht.

Quelle: Universitätsmedizin Mainz


Neue Forschung: Nanopartikel beeinflussen Schimmelpilzinfektion der Atemwege

Sie sind winzig klein, überall in der Luft und jeder von uns atmet sie täglich ein: Schimmelpilzsporen. Bei Menschen, deren Immunsystem stark geschwächt ist, können Pilzsporen gefährliche Infektionen verursachen. Hierauf haben auch Nanopartikel einen Einfluss – dies haben Wissenschaftler unter Federführung der Universitätsmedizin Mainz herausgefunden.

Die Forscher stellten fest, dass natürliche oder synthetisch hergestellte ultrafeine Partikel sich spontan an die Oberfläche von Pilzsporen binden (siehe Foto).

Durch diese Nanopartikelhülle erkennen die Abwehrzellen des Immunsystems die Pilzsporen weniger effizient, wodurch sie in geringerer Anzahl abgetötet werden. Letztendlich kann dies das Risiko erhöhen, eine Infektionskrankheit zu erleiden und zu einem schwereren Krankheitsverlauf führen.

Bisher waren diese Abläufe der Fachwelt nicht bekannt. Die neuen Erkenntnisse zur Wechselwirkung von Nanopartikeln mit Pilzsporen sind in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences USA“ veröffentlicht.

Was ist winzig klein, überall in der Luft und jeder von uns atmet sie täglich ein? Sporen des Gießkannenschimmels Aspergillus fumigatus. Gesunden Menschen bereiten sie in der Regel keine Probleme, denn die körpereigene Immunabwehr tötet die Eindringlinge, bevor sie sich im Körper festsetzen können. Bei Menschen, deren Immunsystem stark geschwächt ist – etwa Leukämie-, AIDS-Patienten oder Knochenmarkempfängern – nistet sich der Pilz jedoch ohne große Gegenwehr oftmals in der Lunge ein und verursacht dort die gefährliche Infektionskrankheit invasive Aspergillose. Diese ist eine der häufigsten Todesursachen bei immungeschwächten Patienten.

Ebenfalls negative gesundheitliche Auswirkungen, wie beispielsweise eine chronische Lungenerkrankung, kann die Inhalation von feinen und ultrafeinen, in hoher Konzentration vorliegenden Partikeln haben. Zu den ultrafeinen Partikeln gehören sowohl in der Umwelt vorkommende Nanopartikel aus natürlichen Quellen, wie etwa Verbrennungsprozessen, als auch Partikel aus dem Feinstaub von Verkehrsabgasen und Bauarbeiten sowie synthetisch hergestellte Teilchen wie beispielsweise Titandioxidteilchen als UV-Schutz oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen.

Zur Wechselwirkung von Nanopartikeln mit Pilzsporen haben Wissenschaftler unter Federführung der Universitätsmedizin Mainz nun neue Erkenntnisse gewonnen. Bereits bekannt war, dass ein gesundes Immunsystem im Grunde sehr gut aufgestellt ist, um Pilzsporen zu bekämpfen. Bei Sporen, die eine Nanopartikelhülle besitzen, scheint dies allerdings nicht der Fall zu sein – so das Ergebnis der neuen Studie. Wie die Forscher beobachteten, scheinen die Abwehrzellen bei diesem „Wolf im Schafspelz“ nicht mehr in der Lage zu sein, die bekannten Oberflächenstrukturen der Pilzsporen effektiv zu erkennen. Vermehrte Entzündungsreaktionen sind eine mögliche Folge. Zudem wehrt die körpereigene „Immunpolizei“ die umhüllten Pilzsporen nicht ausreichend ab und somit kann der Schimmelpilz sich in der Lunge ausbreiten.

„Letztendlich können wahrscheinlich jegliche Arten von Nanomaterialien an Pilzsporen binden. Entscheidend sind dabei weder Material noch Form, sondern deren Größe. Werden die Teilchen zu groß, findet keine Interaktion mehr statt – somit ein echter Nanoeffekt“, erklärt Prof. Dr. Roland Stauber von der Hals-, Nasen- Ohren-Klinik und Poliklinik der Universitätsmedizin Mainz. „Unsere aktuelle Studie belegt zudem, dass dies nicht nur im Labor stattfindet: Auch Pilzsporen aus der Umwelt, wie sie auf viel befahrenen Straßen oder bei Abrissarbeiten vorkommen, können bereits eine Partikelhülle besitzen.“

„Schimmelpilzsporen sind bekanntermaßen auch für eine Vielzahl von Atemwegsallergien verantwortlich. Ob und durch welche Mechanismen die Wechselwirkung mit Nanopartikeln und möglicherweise Umweltschadstoffen die Krankheitssymptome noch verstärken, ist noch völlig unbekannt und Gegenstand unserer aktuellen Forschung“, erläutert der Allergologe PD Dr. Sven Becker von der Hals-, Nasen- Ohren-Klinik und Poliklinik der Universitätsmedizin Mainz.

“Die von uns angestoßene Forschungsrichtung ,Small meets smaller‘ ist hochaktuell. Auf welche Weise beispielsweise in der Nahrung vorkommende Nanoteilchen möglicherweise die Mikroben des menschlichen Verdauungstrakts, das sogenannte Mikrobiom, beeinflussen, wollen wir in weiterführenden Studien untersuchen“, so Jun.-Prof. Dr. Christoph Reinhardt vom Centrum für Thrombose und Hämostase (CTH) der Universitätsmedizin Mainz.

„Ein fundiertes Wissen rund um Nano-Bio-Wechselwirkungen erlaubt nicht nur eine sachliche Risikoeinschätzung, sondern ist auch eine wichtige Voraussetzung, um effektiver und sicherer nanomedizinische Ansätze weiter entwickeln zu können. In Anbetracht der weltweit zunehmenden Resistenzentwicklung bergen unsere Erkenntnisse das Potential, der Entwicklung neuer, nanomaterial-basierter Antibiotika gegen Infektionskrankheiten zu dienen“, blickt Professor Stauber in die Zukunft.

Quelle und Pressekontakt:
Barbara Reinke, Stabsstelle Unternehmenskommunikation der Universitätsmedizin Mainz,
Telefon 06131 17-7428, Fax 06131 17-3496, E-Mail: pr@unimedizin-mainz.de