Tabakrauch entsteht beim Abbrand oder Verschwelen vonTabak z. B. inZigaretten,Zigarren,Pfeifen oderWasserpfeifen. Er ist einAerosol ausRauch,Dämpfen,Gasen undFeststoffen. Man unterscheidet hierbei denHauptstromrauch, den der Raucher direkt einatmet, sowie denNebenstromrauch der glühenden Tabakware.
Tabakrauch enthält eine Vielzahl von Verbrennungsprodukten. Der beimRauchen einerZigarette entstehende Tabakrauch enthält alleorganischen Verbindungen in unterschiedlichen Oxidations- und Zerfallsformen, die aus dem gerauchten Tabak und eventuell der Umhüllung entstehen und nicht in der Asche verbleiben. Bei derAnalyse können bis zu 9600 verschiedenechemische Verbindungen in unterschiedlichem Anteil identifiziert werden.[1] Laut Veröffentlichung derInternational Agency for Research on Cancer (IARC) derWeltgesundheitsorganisation (WHO) konnten, bis zum Jahr 2000, im Tabakrauch insgesamt 69 als krebserregend eingestufte chemische Verbindungen identifiziert werden.[2] Im Hinblick auf ihre physiologische Wirkung lassen sich diese Verbindungen in fünf Gruppen unterteilen.
Das Rauchaerosol ist einStoffgemisch aus
Das (Rauch-)Kondensat (Rauchablagerung, Zusammenballung der fest-flüssigen Partikel) wird umgangssprachlich auch „Teer“ genannt. Der durchschnittliche Kondensatgehalt einer einzelnen Zigarette deutscher Produktion lag 1975 noch bei 9 Milligramm bis 25 Milligramm und 1990 bei zwölf bis 14 Milligramm.
Die chemische Zusammensetzung des Tabakrauches ist je nach der Luftströmung, in der der Tabakrauch entsteht unterschiedlich zu bewerten.[3] Haupt- und Nebenstromrauch (in der englischsprachigen Fachliteraturenvironmental tobacco smoke, ETS) setzen sich aus sechs verschiedenen Strömungen zusammen:
Beim Tabakrauchen laufen drei unterschiedliche chemische Prozesse ab.
Das Aerosol des Zigarettenrauchs enthält neben allgemein bekannten Schadstoffen wieBenzol,Blausäure,Formaldehyd undNitrosaminen noch weitere Stoffe mit unterschiedlichem Gefahrenpotential.
In erster Linie istKohlenstoffmonoxid (CO) zu nennen. Es ist ein farb- und geruchlosesGas mit einer hohen Giftigkeit (Toxizität) wieBlausäuregas. Es entsteht bei der unvollständigen Verbrennung des Tabaks in Spuren. Beim Inhalieren und der Aufnahme über die Lunge bindet es sich an den roten BlutfarbstoffHämoglobin. Da CO fester als Sauerstoff gebunden wird, sinkt die Transportfähigkeit des Blutes für Sauerstoff.
CO ist jedoch geruchlos im Gegensatz zu dem ebenfalls hochgiftigen Schwefelwasserstoff mit seinem Geruch nach faulen Eiern oder dem Blausäuregas mit seinem Bittermandelgeruch, sodass der Körper bei der Inhalation größerer Mengen Kohlenmonoxid nicht vorgewarnt wird. Zwar ist eine Kohlenmonoxidvergiftung allein durch Tabakrauchen (Zigarette oder Zigarre) nicht möglich, aber die Fähigkeit des Blutes, Luftsauerstoff aufzunehmen und im Körper weiterzutransportieren, wird beeinträchtigt. Dadurch kann einem Raucher eher „die Puste ausgehen“ beziehungsweise „die Luft wegbleiben“ als einem Nichtraucher. Anders sieht es bei der Benutzung derWasserpfeife aus, da bei ihr der Tabakrauch große Mengen an Kohlenmonoxid enthält.
DasNikotin (auch: Nicotin, chemisch: α-Pyridyl-β-N-methyl-pyrrolidin, C10H14N2) selbst ist – neben demNornicotin und dem aromatischen WirkstoffNikotianin – der eigentlich wirksame, psychoaktive Bestandteil derDroge Tabak. Als Substanz ist es eine ölige, farblose Flüssigkeit. Von der Struktur ist es eine Stickstoffbase, einAlkaloid. Nikotin gehört zur Gruppe der narkotisch wirkenden Drogen und Nervengifte. Lange Zeit galt die Annahme, bereits beim Verschlucken von 60 mg Nikotin bestünde für einen Erwachsenen Lebensgefahr. Diese Annahme beruhte auf den Forschungsergebnissen des Toxikologen und Pharmakologen Rudolf Kobert. Im Jahr 1906 veröffentlichte er dasLehrbuch der Intoxikationen, in dem er sich auf experimentelle Ergebnisse von 2–4 mg stützte und daraus ableitete, dass die maximale tödliche orale Nicotindosis nicht höher als 60 mg sein könnte. Kobert führte seine Erhebungen zurück auf Selbstversuche des österreichischen Arztes Karl Damian von Schroff aus dem Jahr 1856. 2014 korrigierte der Pharmakologe Bernd Mayer von der Karl-Franzens-Universität in Graz den Wert auf über 500 mg.[4]
Dabei hängt die Aufnahme des Nervengiftes in den Körper (Intoxikation) von vielen Faktoren ab.
Durch das Verschwelen des Tabaks werden etwa zwei Drittel der Nikotinmenge im Tabak vernichtet, also nur ein Drittel geht in den Rauch über. In der Folge gelangt dann beim Aktiv- und Passivrauchen nur ein Bruchteil der mit dem Rauch eingeatmeten Nikotinmenge über die Mundschleimhäute (fünf Prozent) und die Lunge (die restlichen 95 Prozent) in den Blutkreislauf. Dort verlangsamt es anfänglich den Puls und sorgt nach dem nun beginnenden Blutdruckabfall schließlich – je nach Art und Menge weiterer Nikotinzufuhr – für eine Erhöhung der Pulsfrequenz, eine Steigerung der Darmbewegungen, ein Versiegen der Drüsenabscheidungen im Körper und eine – schneller erkennbare – Pupillenverengung im Auge mit Akkomodationskrampf. Später tritt dann durch Lähmung des Augenmuskels eine Pupillenerweiterung ein. Bei höherer Dosierung (Nikotinaufnahme ins Blut) folgt schließlich eine tendenzielle, lokale und am Ende gar lebensbedrohliche Lähmung aller Muskeln inklusive des Herzens. Der tödliche Kreislaufkollaps wird ab etwa 500 Milligramm erreicht.[4]
Es sind auch Fälle mit Kleinkindern vorgekommen, in denen beim nicht beaufsichtigten Spielen liegengelassene Zigaretten aufgegessen wurden, wodurch sie starben. Es wird vermutet, dass vor allem das im Tabak enthaltene Nikotin für den Tod verantwortlich ist.
Die als „Nicotinsäure“ bekannte Pyridin-3-Carbonsäure ist ein Bestandteil des Vitamin-B2-Komplexes, der als Lebensmittelergänzungsstoff oder in Medikamenten eingesetzt wird. Als Nikotinsäureamid ist sie in der Bierhefe enthalten. Im Unterschied zu den Nervengiften Nikotin, Nornikotin und dem aromatischen Wirkstoff Nikotianin liegt jedoch keine toxische Wirkung vor.
Tabakrauch enthält eine große Anzahlkarzinogener Substanzen. Diese reichen allerdings in sehr unterschiedlichen Mengen von toxischenSchwermetallen wieCadmium überBlutgifte wie Benzol bis hin zu Teerpartikeln und dem hochgradig krebserzeugendenBenzpyren. Teilweise sind Spuren des radioaktiven SchwermetallsPolonium im Tabakrauch enthalten. Die Substanzen im Tabak und im Rauch weichen je nach Sorte und den verwendeten Phosphatdüngemitteln stark ab.
Bereits 1958 waren von Ernest L. Kennaway und A. J. Lindsay bestimmteAnthracene, Benzperylen,Pyrene,Chrysen undArsenik als karzinogene (krebsverursachende) Substanzen im Tabakrauch festgestellt worden.[5]
Reizende Substanzen bewirken eine Verlangsamung des Selbstreinigungssystems derBronchien, so dass sich bei regelmäßiger Teer- und Kondensatzufuhr eine chronische Bronchitis („Raucherhusten“) entwickelt. Trotz des sofortigen völligen Beendens des Rauchens halten diese Beschwerden noch monate- bis jahrelang an. Zu den reizauslösenden Substanzen gehören die stickstoffhaltigen Verbindungen, wie die sich in Spuren entwickelnden GaseAmmoniak (chemische Formel: NH3) und dieStickstoffoxide, wie NO und NO2 und N2O4. Die Stickoxide sind zudem verdächtig, krebserregend zu sein.
Kondensatwerte auf Zigarettenpackungen geben drei Analysenwerte an. Nur ein geringer Bruchteil der Substanzen im Rauch bestimmt das Tabakaroma, der Hauptteil besteht aus zum Teil kaum wahrnehmbaren Schadstoffen.
Der Nebenstromrauch kann ebenfalls für den dem Tabakrauch ausgesetzten Nichtraucher belastend sein. Der als Richtgröße genutzteArbeitsplatzgrenzwert (früherMAK-Wert) ist die maximale Arbeitsplatz-Konzentration, für die über die Lebensarbeitszeit, ausgehend von einem Achtstundentag und einer 5-Tage-Wochekeine Gesundheitsschädigung zu erwarten ist. Bei dessen Überschreitung macht sich der Arbeitgeber bei entsprechenden Umständen strafbar, handelt aber in jedem Fall ordnungswidrig und kann im Arbeitsleben mit einem Bußgeld belangt werden. Die letale Dosis LD50 gibt in derToxikologie dieStoffmenge an, bei deren Aufnahme mindestens 50 Prozent der behandelten Tiere innerhalb von 24 Stunden sterben. Tabakrauch enthält im Einzelnen die im Folgenden genannten Stoffgruppen:[3]
Vom im Tabak enthaltenen Nikotin verbrennen 30 % bis 35 % in der Glutzone, 40 % gehen in den Nebenstromrauch und 25 % bis 30 % in den ungefilterten Hauptstromrauch. Von diesem Hauptstromanteil verbleiben bei filterlosen Zigaretten 30 % – absolut gesehen also 8 % bis 9 % – im Tabakstummel, bei Filterzigaretten 40 % bis 70 % (absolut: 12 % bis 20 %). Insgesamt gelangen daher 14 % bis 20 % des Nikotins vom Tabak in die Mundhöhle des Rauchers (bei Filterzigaretten 5 % bis 12 %), wovon beim Lungenzug bis zu 98 % resorbiert werden, beim sogenannten „Paffen“ im Mundraum jedoch nur 5 %.[8][9] Der Hauptstromrauch einer filterlosen Zigarette enthält dann immer noch 1,0 bis 2,3 mg Nikotin (sowie 10–23 mg Kohlenmonoxid, ferner rund 1 mg Ethanal, 100 bis 1000 Mikrogramm Essigsäure, 100 bis 600 Mikrogramm Stickoxide, 400 bis 500 Mikrogramm Blausäure (Cyanwasserstoff), 20 bis 50 Mikrogramm Benzol, jeweils 60 bis 100 Mikrogramm Acrolein und Phenol sowie 70 bis 100 Mikrogramm Formaldehyd). 1961 enthielt der Rauch einer Zigarette durchschnittlich 1,44 mg Nikotin und 1990 enthielt er im Mittel 0,86 mg Nikotin.
Von den durchschnittlich 860 Mikrogramm Nikotin pro Zigarette gelangen 43 Mikrogramm bis 103 Mikrogramm direkt über den Mundraum und beim tiefen Inhalieren „auf Lunge“ in den Körper. 10 bis 20 Sekunden nach dem Inhalieren kommt das Nikotin im Gehirn an.[10] Etwa nach zwei Stunden ist die Hälfte der aufgenommenen Nikotinmenge vom Körper zu so genanntenMetaboliten wieder abgebaut.
Der US-StaatKalifornien hat sich 2006 entschieden, den Tabakrauch regulierungsbehördlich in die Liste „giftiger Luftschadstoffe“ aufzunehmen, womit er auch juristisch anderen gefährlichen Giftstoffen gleichgesetzt ist.
Im Hauptstromrauch einerfilterlosen Zigarette finden sich insgesamt zwischen 15 Milligramm und 40 Milligramm biologisch aktive Schad- und Giftstoffe („toxische Substanzen“).Mit modernen Analysenmethoden lassen sich im Tabakrauch bis zu 9.600 verschiedene Substanzen aus unterschiedlichen Stoffklassen nachweisen.[1]
Substanz | Gehalt | Substanz | Gehalt |
---|---|---|---|
Kohlenstoffmonoxid | < 10.000 | Magnesium ionisiert | 0,07 |
Nicotin | < 1.000 | Antimon ionisiert | 0,052 |
Acetaldehyd | 500 … 1.200 | Pyren | 0,05 … 1,01 |
Cyanwasserstoff | 400 … 500 | Benzo[a]fluoren | 0,04 … 0,18 |
Hydrochinon | 110 … 300 | Eisen ionisiert | 0,042 |
Essigsäure | 100 … 1.000 | o-Toluidin | 0,03 … 0,16 |
Stickoxide | 100 … 600 | Anthracen | 0,02 … 0,23 |
Brenzcatechin | 100 … 360 | Benzo[b]fluoren | 0,02 |
Aceton | 100 … 250 | Fluoranthen | 0,01 … 0,27 |
Methanol | 90 … 180 | Hydrazin | 0,03 … 0,04 |
Ameisensäure | 80 … 600 | Urethan | 0,02 … 0,04 |
Formaldehyd | 70 … 100 | Blei ionisiert | 0,017 … 0,98 |
Kalium ionisiert | 70 | Arsen | 0,012 … 0,022 |
Phenol | 60–140 | Dibenzo[a,j]anthracen | 0,01 … 0,03 |
Propenal | 60 … 100 | Cadmium | 0,007 … 0,35 |
Ammoniak | 50 … 130 | 1-Nitrosopyrrolidin | 0,006 … 0,11 |
3- und 4-Kresol | 40 … 80 | Benzo[a]pyren | 0,005 … 0,078 |
3-methylpyridin | 20 … 36 | Dibenzo[a,h]anthracen | 0,004 |
Pyridin | 16 … 40 | Quecksilber | 0,004 |
Nitrosamine (insg.) | 8,5 und weniger | Benzo[a]anthracen | 0,004–0,076 |
N’-Nitrosonornicotin | 3,7 und weniger | 1-Methylchrysen | 0,003 |
Natrium ionisiert | 1,3 | Benzo[ghi]perylen | 0,003 … 0,039 |
Carbazol | 1,0 | Anthanthracen | 0,002 … 0,022 |
Aluminium ionisiert | 0,22 | 4-Aminobiphenyl | 0,002 … 0,005 |
N’-Nitrosoanatabin | 0,2 … 4,6 | Vinylchlorid | 0,001 … 0,01 |
2-Nitropropan | 0,2 … 2,2 | N-Nitrosodiethylamin | 0,001 … 0,02 |
Kupfer ionisiert | 0,19 | Silber | 0,0012 |
Zink (ionisch) | 0,12 … 1,21 | Gold | 0,00002 |
Phenanthren | 0,08 … 0,62 | Chrom | 0,004 |
DerTerry-Report wertete die wissenschaftlichen Erkenntnisse von mehr als 7000 Publikationen aus: Seit 1964 ist es wissenschaftlich gesicherte Erkenntnis, dass Zigarettenrauchen zu einem deutlich erhöhten Auftreten vonLungentumoren (Lungenkrebs) führt. Auch Kehlkopf-, Mundhöhlen-, Speiseröhren-, Blasen- und Pankreastumore können vom Tabakrauch erzeugt werden.
Als Krebserreger (Karzinogene) wirken in erster Linie die polycyclischenAromaten (PAH) wieAnthracen, Benzo(a)fluoren, Benzo(a)pyren, Phenanthren, Pyren usw. sowie die tabakspezifischenNitrosamine (TSNA, N-Nitroso-Verbindungen) wie das N-Nitroso-dimethylamin, -methylethylamin, -nornicotin, -diethanolamin und 1-Nitrosopyrrolidin und -piperidin. Deren krebserzeugendes Potential wird von Kokarzinogenen, Schwermetallen, aromatischen Aminen (wie Anilin) und Radioisotopen (210Polonium: 0,411 Pikocurie pro Gramm Tabak im Tabakrauch) unterstützt. Das Benzo(a)pyren schädigt das für die Krebsabwehr zuständigeGenp53.
Zudem werden pro Zigarettenzug ca. 1014 freie Sauerstoffradikale erzeugt, die – ebenso wie Nitrosierungsvorgänge im Körperinneren („endogen“) – vermutlich zur Krebsentstehung beitragen können.
Da der Nebenstromrauch ungefiltert in die Umgebungsluft am Arbeitsplatz gelangt, wurde 1985 ein Kapitel „Passivrauchen“ in Abschnitt IIIB der MAK-Liste aufgenommen (vergleiche dazu MAK-Werte). Neben der tumorbildenden Wirkung von Tabakrauch ist eine erhöhte Anfälligkeit von Aktiv- und Passivrauchern gegen Herzinfarkte,Herzkrankheiten und Arteriosklerose („Arterienverkalkung“) sowie gegen Rachenraum-, Magen- und Darmerkrankungen (letztere hauptsächlich bewirkt durch Nikotin und Kohlenmonoxid) und Bronchienerkrankungen („Raucherhusten“) nachweisbar.
Die Bronchitis erzeugende Wirkung des Tabakrauches wird den Phenol- und Säure-Anteilen im Tabakrauch sowie den Carbonylverbindungen zugeschrieben (Alkanale undAlkanone), zusätzlich unterdrückenBlausäure undAcrolein die Regeneration und Selbstreinigung der Flimmerhärchen (Flimmerepithel) im Atemtrakt sowie die Bildung der weißen Blutkörperchen (Leukozyten). Im Speichel von Rauchern sind zudem vermehrtThiocyanate nachweisbar. Im Vergleich zu Nichtrauchern weisen die Organismen von Raucher(inne)n ein geringeres Körpergewicht und einen erhöhten Grundumsatz auf, was auf eine erhöhte Enzymaktivität schließen lässt.
Zur Verringerung des Schadstoffgehaltes im Rauch wurden Filter aus Celluloseacetat entwickelt, die einen Teil des Nikotins und der Partikelphase („Teer“, Kondensat) zurückhalten. Diese halten etwa 40 % bis 70 % der Partikel und bis zu 80 % der Phenole des Tabakrauches zurück. ZusätzlicheAktivkohlefilter halten bis zu 85 % der Gasphasenbestandteile zurück.
Zudem wurde in den letzten Jahren des 20. Jahrhunderts intensiv mit halbsynthetischem Tabak experimentiert: Dem Tabak werden 20–25 % synthetische Stoffe (teiloxidierte Polysaccharide oder Tabakersatzstoffe wie NSM, RCN und Cytrel) und künstliche Aromastoffe zugesetzt – jedoch haben diese extrem nikotinarmen Produkte bei den Konsumenten keine Akzeptanz gefunden, so dass es bei Durchschnittswerten von 0,6–0,8 mg Nikotin und 12–14 mg Kondensat pro Zigarette geblieben ist. Ebenso sind Zigaretten aus Tabak, der durch Genmanipulation nikotinfrei gemacht wurde, ein Nischenprodukt geblieben.
Bei einem täglichen Konsum von 20 Zigaretten über 20 Jahre werden über die Lunge insgesamt sechs Kilogramm Rauchstaub aufgenommen sowie jährlich etwa eine Tasse Kondensat. Diese Art vonRauchvergiftung verkürzt die Lebensdauer – statistisch gesehen – um sechs Jahre (für 10 Zigaretten täglich beträgt der Messwert 3 Jahre, für 40 Zigaretten/Tag rund acht Jahre). Das Kohlenmonoxid verursacht Sauerstoffmangel in allen Organen – und selbst Stoffe wie Blausäure, Benzol und Benzpyren sind im Zigarettenrauch nachweisbar.
Das Einatmen von Tabakrauch ist unter anderem ein gesicherter Risikofaktor für verschiedene Arten von Krebs, Lungenkrankheiten sowie Krankheiten des Herz-Kreislauf-Systems. Bei der Krebsentstehung kann auch das dem Tabak anhaftende210Polonium eine Rolle spielen. Zudem wird die Aktivität von mehr als 300 Genen und ganzen Gennetzwerken durch den Tabakkonsum negativ beeinflusst.[11]