Schadstoffe im
Zigarettenrauch

1.1. Einleitung

‚Der Rauch einer Zigarette dieser Marke enthält nach ISO ~0,4 mg Nikotin und ~6 mg Kondensat (Teer).', so der Wortlauf des allseits bekannten Satzes auf einer Zigarettenschachtel. Doch das ist nicht alles. Eine toxikologische Analyse des Tabakrauches weist weitere Stoffe und chemische Verbindungen nach. Benzol, Vinylchlorid, Arsenverbindungen, Zickelkomplexe, Zinkoxid, Kohlenmonoxid, Blausäure, Styrol oder Polonium-210 um nur einige zu nennen. Dabei gelten ein Großteil der Inhaltstoffe des Tabakrauches als erwiesendermaßen kranzerogen (krebserzeugend) oder giftig. Wie entstehen aber diese Schadstoffe im Zigarettenrauch? Beim Rauchen einer Zigarette verwandeln sich Tabakbestandteile in Gase. Dies gelingt durch die hohen Temperaturen (bis zu 950 °C), die in der sauerstoffarmen Glutzone enstehen. Durch Pyrolyse - der Hitzezersetzung - werden aus den Tabakbestandteilen neue chemische Verbindungen erzeugt.
Bislang konnten im Zigarettenrauch über 5.000 verschiedene chemische Verbindungen und Stoffe nachgewiesen werden. Eine qualitative Übersicht über die Inhaltsstoffe des Tabakrauches stellt folgende Aufzählung dar.

1.2. Übersicht

K1 kanzerogen (erwiesen krebserzeugende Stoffe):

· 3,4-Benzpyren

· Dibenzanthrazen

· Benzofluranthren

· Dibenzpyren

· Benzanthrazen

· Chrysen

· Dioxine

· Indenopyren

· Benzphenanthren

· Methylbenzopyren

· Methylchrysen

· 7H-Dibenzcarbazol

· N-Nitrosamine

· N-Nitrosodimethylamin

· Dimethylnitrosamin

· Betanaphthylamide

· 4-Aminobiphenyl

· Dibenzacridin [Initiator]

· s-Methylcholanthren [Promotor]

· Furfural [Promotor]

· Hydrochinon [Promotor]

· Phenol [Promotor]

· Kresol [Promotor]

· Benzol

· Vinylchlorid

· Hydrazin

· Benzo(a)pyren

· Teer

· Arsenverbindungen

· Nickelkomplexe

· Zinkoxid

· Polonium-210

K2 kanzerogen-verdächtig (Stoffe mit begründetem Verdacht):

· Acrolein

· Formaldehyd

· Anilin

· N-Nitrosonornikotin

· N-Nitrosopyrrolidin

· N-Dimethylamin

· N-Dimethylnitrosamin

· N-Diethylnitrosamin

· N-Ethyl-N-methylnitrosamin

· Cadmiumverbindungen

· Blei

K3 giftig:

· Acetonitril

· Pyridin

· Nikotin

· Kohlenmonoxid

· Blausäure

· Toluol

· Styrol

· Ethylbenzol

· m,p-Xylol

· o-Xylol

· Naphthalin

K4 reizend:

· Acrolein [auch K2]

· Ammoniak (NH3)

· Formaldehyd [auch K2]

· Stickoxide (NOx)

K5 sonstige:

· Kohlendioxid

· Stäube

K? (mit unbekannter Wirkung):

· N-Nitrosoanatabin

· 4-(N-Methyl-N-nitrosoamino)-1-(3-pyridil)-1-butanon

· Chinolin

**** Promotoren verursachen anfängliche Schädigungen, wobei Promotoren die Reparatur verhindern und die Tumorentwicklung fördern. ****

Die beliebig gewählt Kategorien wurden nur zur Systematisierung und Übersichtlichkeit gewählt.

In einer Auswahl werden nun die wichtigsten bekanntesten Substanzen beschrieben.

1.3. Formaldehyd (Methanal; CH2O oder H-CHO)

Formaldehyd wurde zur Konservierung biologischer Präparate verwendet. Jedoch ist verboten worden, da Methanal als krebsezeugend gilt. Eine Reizung der Schleimhäute bewirken die Dämpfe des Formaldehyds, die beim Rauchen einer Zigarette entstehen. Untersuchungen ergaben, das Methanl auch Genschäden verursacht. Mengenmäßig sind ungefähr 60 ug Formaldehyd im Rauch einer Zigarette enthalten. Der Anteil in der Zigarette selbst betrug ~1,53 mg. Dabei gilt der MAK/20-Richtwert 0,03 mg/m³.

Der MAK/20 bezeichnet den zwanzigsten Teil der Maximalen-Arbeitsplatz-Konzentration der "Technischen Regeln für Gefahrenstoffe". Dieser MAK/20-Wert ist als Richtwert für alle Schadstoffe, die nicht zwingend mit einem Arbeitsprozess verbunden sind, anzusetzen, soweit keine anderen Richtwerte bestehen.

1.4. Blausäure

1.4.1. Experiment zur Untersuchung des Zigarettenrauches auf saure Reaktion

Materialien: Siehe Versuchsskizze!

Versuchsskizze:

Durchführung: Rauch einer Zigarette durch mit Phenolphthalein angereicherten Hydroxidlösung leiten. Beobachtung: Phenolphthalein ist ein Indikator und färbt sich, wie hier, bei Anwesenheit von Hydroxidionen rot und ist farblos in einer sauren Lösung. Nach der Durchleitung von genügend Rauch wurde die rote Lösung farblos.

Auswertung: Im Zigarettenrauch sind unter anderem Stickstoff- und Schwefeloxide sowie Cyanwasserstoff. All diese Verbindungen sind Anhydride bestimmter Säuren. Beim Hineinleiten dieser Stoffe bilden diese mit dem Wasser Säuren und bilden somit Wasserstoffionen, die mit den Hydroxidionen reagieren und Wasser bilden. Da dadurch die Hydroxidionen neutralisiert werden, färbt sich die Lösung nicht mehr. In der Lösung bleiben die Salze der Säuren zurück.

Allgemeine Reaktionsgleichung: Wasserstoffion + Hydroxidion --> Wasser

1.5. Kohlenwasserstoffe

Als wichtigste gesundheitsschädigende Kohlenwasserstoffe sind Benzpyren, Benzol, Naphthalin, Phenole und Terpene zu nennen. Der Rauch einer Zigarette enthält durchschnittlich: 46 ug Benzol und Naphthalin; 0,006-0,035 ug Benzpyren; 5000 ug Terpene. Hierbei beträgt der quantitative Anteil in der Zigarette für Benzopyren 25-121 ng. Benzopyren zählt den stärkesten Karzinogenen. Kohlenwasserstoffe spielen generell eine wichtige Rolle als krebserende oder krebsfördernde Stoffe. Benzol zum Beispiel reichert sich im Konchenmark an und führt dort zu einer Störung der Blutbildung. Eine häufige Belastung mit Benzol kann Leukämien auslösen. Phenole sind schleimhautreizend und zerstören das Flimmephitel.

1.6. Metalle

Cadmiumverbindungen, Blei, Zink, Arsen und Nickel gehören aus toxikologischer Sicht zu den wichtigsten Metallen im Tabakrauch. Ein Teil gelangt durch den inhalierten Rauch in die Lunge - dieser Anteil wird auch als Transferrate bezeichnet.
Pro Zigarette beträgt der durchschnittliche Gehalt dieser Metalle im Tabak pro Zigarette: 1-2 ug Cadmium; 2-4 ug Blei; 0,2-0,8 ug Arsen; 1-10 ug Nickel. Bezüglich des Tabakrauches waren folgende Werte ersichtlich: 430-720 ng Cadmium; 620-1030 ng Nickel, 100-400 ng Zink.

1.7. Teer

Alle Stoffe die im Tabakrauch in Form von Stoff oder kleinen Flüssigkeitströpchen enthalten sind, zählt man zu sogenannten Teilchenphase. Der Restbestand der Teilchenphase ohne Wasser und Nikotin bezeichnet man als Kondensat - Teer. Teer ist vorwiegend ein Gemisch aus Verbindungen der aromatischen Reihe wie Benzol, Anthracen, Naphtalin, Phenole, Kresole u.a.

1.7.1. Experiment: Teerstoffe im Tabakrauch

Versuchsdurchführung:
1. Die Versuchsperson bläst soviel Rauch, wie sie auf einmal in den Mund nehmen kann, durch Taschentuch Nr. 1.
2. Die Versuchsperson macht mit ungefähr der gleichen Rauchmenge eine Lungenzug und bläst den ausgeatmeten Rauch durch Taschentuch Nr. 2.

Beobachtung/ Versuchsergebnis: Auf dem Papiertaschentuch Nr. 1 war nach dem Hineinblasen ein kräftiger brauner Fleck ersichtlich. Das Papiertaschentuch Nr. 2 wies dagegen einen sehr leicht blassen brau gefärbten Fleck auf. Der Versuch zeigt, dass bei einem Lungenzug ein großer Teil der bräunlichschmierigen Teerstoffe in der Lunge und den Bronchien zurückbleibt.

1.7.2. Experiment: Teernachweis

Mit dem in der Abbildung dargestellten Versuch läßt sich der Teer einer Zigarette mit Kochsalz auffangen. Nach der Beendigung des Versuchs wird das Kochsalz in einen Papierfilter gegeben und langsam mit Wasser befeuchtet. Das Salz löst sich auf, und der Teer bleibt zurück.

Versuchsaufbau:

1.8. Nikotin

Nikotin ist das Hauptalkaloid der Tabakpflanze, das in der Wurzel gebildet und in den Blättern abgelagert wird (C10H14N2; Pyridyl-N-Methylpyrrolidin oder 3-(1-Methyl-2-pyrrolidinyl)-pyridin)). Es ist eine in Wasser und in Alkanolen lösliche, ölige, giftige Flüssigkeit, deren Siedepunkt bei 247°C leigt. Es ist eines der stärksten Pflanzengifte (tödliche Dosis für den Menschen etwa 50mg). Mit dem Rauch einer Zigarette (Nicotingehalt etwa 10mg) werden bei Inhalation durchschnittlich 3mg aufgenommen. Nikotin wird beim Rauchen ins Blut aufgenommen und zeigt Wirkungen auf die verschiedensten Organe: Die Hauttemperatur, die normalerweise bei 35°C liegt, fällt nach dem Rauchen einer Zigarette durch die Kontraktion der Hautgefäße bis auf 25°C ab. Der Puls wird während des Rauchens z.B. von 70 auf 80 bis 85 Schläge pro Minute beschleunigt. Beides kommt durch Erregung des Sympaticus zustande. Eine weitere Wirkung beruht auf der vermehrten Sekretion des Vasopressins der hinteren Hirnanhangdrüse, was eine verstärkte Wasserrückresorption in der Niere und damit eine Unterdrückung der Wasserausscheidung bewirkt. Während geringe Nikotindosen von 1 bis 3 mg eine Erregung des Sympaticus und des Para-sympaticus bewirken, führen höhere Dosen zu entsprechenden Hemmungen. Da nämlich Nicotin mit dem Acetylcholin verwandt ist, kann es dessen Wirkungsorte, die Acetylcholinrezeptoren, besetzen und damit die Erregungsleitung blockieren. Nicotin bewirkt eine Ausschüttung von Adrenalin und Noradrenalin aus der Nebenniere. Nicotin wirkt ferner auf die den Kreislauf und die Atmung antreibenden Chemorezeptoren der großen Arterien und auf das Kreislaufzentum im verlängerten Mark. Das Wechselspiel zwischen den (je nach Dosis) erregenden und hemmenden Nicotinwirkungen im Bereich des vegetativen Nervensystems wird dadurch besonders kompliziert, daß Sympaticus und Parasympaticus an vielen Organen als Antagonisten (Gegenspieler) auftreten. So kann z.B. die Herzschlagfolge durch Nicotin über die Erregung sympathischer oder über die Hemmung parasympathischer Ganglien erhöht werden, was beim Rauchen tatsächlich geschieht. Nicotin könnte die Herzfrequenz durch Hemmung der sympathischen und Erregung der parasympathischen Ganglien vermindert. Nicotin wirkt auch auf den Magen-Darm-Kanal. Es erhöht den Tonus und die Peristaltik bis zum Auftreten eines vorübergehenden Durchfalls. Nicotin wirkt für den Raucher stimmungshebend im Bereich des Großhirns. Dies führt zu einer psychischen Abhängigkeit nicht nur von der Rauchgewohnheit (als bedingtem Reflex), sondern auch vom Nicotin selbst. Alkaloide wie Nicotin greifen in die Endorphinmechanismen des Gehirns ein. Da Endorphine einen großen Einfluss auf das Wohlbefinden des Menschen haben, besteht bei solchen Stoffen die Gefahr der Abhängigkeit.

1.8.1. Die Mechanismen der Abhängigkeit

Der erste Schritt zum Rauschmittelgenuß erfolgt häufig in Situationen, die durch seelische oder existenzielle Schwierigkeiten gekennzeichnet sind. Das Mittel erzeugt Wohlbehagen und Zufriedenheit. Scheinlösungen für Probleme werden entwickelt und gefunden. Macht ein Mensch, der sich in solchen Schwierigkeiten befindet, die Erfahrung, dass er sie durch den Genuss eines Rauschmittels zeitweise scheinbar beheben kann, so wird er danach trachten, die Erleichterung möglichst oft zu bekommen. Da die Schwierigkeiten aber nicht wirklich gelöst werden, sondern nach dem Ende des Rausches unvermindert anhalten, kommt es zur weiteren Verwendung des Rauschmittels und zur Gewöhnung an seine Wirkung. Ohne diese kann der Konsument seine Lebensumstände nicht mehr ertragen. Man bezeichnet diesen Zustand als psychische Abhängigkeit. Der Körper stellt sich bei vielen Rauschmitteln schnell auf die Anwesenheit Fremder Substanzen ein, indem er sie schneller abbaut oder in Stoffwechselprozesse einbezieht. Dadurch muss die wirksame Dosis einerseits immer mehr vergrößert werden, andererseits führt ihr Fehlen zu schweren Störungen vieler Körperfunktionen (Entzugserscheinungen). Es kommt zu einem hungerähnlichen Mangelgefüh