Nikotin, Zigaretten und E-Liquids

Die Langzeitschäden des Nikotinkonsums durch das Rauchen von Zigaretten sind weitbekannt. Weniger bekannt ist, dass Nikotin auch akut schwere toxische Wirkungen entfaltet. Mit dieser akuten Toxizität von Nikotin möchten wir uns in diesem Artikel befassen.

Früher kam es zu akuten Nikotinvergiftungen vor allem in der Landwirtschaft, wo Nikotin als Insektenvernichtungsmittel eingesetzt wurde. Zwischenzeitlich sorgte das Essen von Zigaretten durch Kinder für die meisten Vergiftungsfälle mit Nikotin, diese verliefen jedoch meist milde. Heute werden wieder schwere Nikotinintoxikationen durch das Trinken von E-Liquids, versehentlich durch Kinder oder mit suizidaler Absicht bei Erwachsenen beobachtet.1

Pharmakologie

Die Resorption von Nikotin erfolgt in der Regel inhalativ und oral, kann aber auch dermal erfolgen. So führt das Ernten feuchter Tabakblätter durch direkten Hautkontakt bei Farmarbeitern zur „Grüner-Tabak-Krankheit“, einer milden Intoxikation.1

Die Wirkung tritt bei Inhalation innerhalb von etwa 20 Sekunden im Gehirn ein,2 während bei oraler Einnahme erste Effekte nach etwa 15 Minuten und die maximal ausgeprägte Wirkung nach etwa einer Stunde zu beobachten sind.1,3 Beim Rauchen einer Zigarette wird dabei im Schnitt etwa 1 mg Nikotin aufgenommen.2

Die Resorption über die Schleimhäute gelingt im alkalischen Milieu besser, weshalb Schnupftabak alkalisch ist, während der gerauchte Tabak einen pH eher im sauren Bereich aufweist.3,4 Die orale Bioverfügbarkeit von Nikotin liegt bei nur etwa 20 %.2

Die Metabolisierung erfolgt zum größten Teil (> 80%) in der Leber.3 Die Halbwertzeit liegt bei etwa 2 Stunden, kann sich jedoch bei Konsum sehr hoher Dosen auf mehrere Tage verlängern.1

Seine Wirkung entfaltet Nikotin an den nach ihm benannten nikotinergen Acetylcholin-Rezeptoren, die vor allem in parasympathischen und sympathischen Ganglien zu finden sind. Dadurch wirkt es als starkes Insektizid und schützt die Tabakpflanze vor vielen Fressfeinden. Außerdem wirkt Nikotin (wenn auch mit geringerer Affinität) auf die nikotinergen Rezeptoren der muskulären Endplatten. Während es an den meisten nikotinergen Rezeptoren agonistisch wirkt, entfaltet es bei mindestens zwei Arten nikotinerger Rezeptoren antagonistische Wirkungen.1,5 In der Summe führt dies bei geringen Dosen zu einer einerseits stimulierenden Wirkung bei gleichzeitig verminderter Stresswahrnehmung. Dies ist auch als Nesbitt- Paradox bekannt, da diese zwei Dinge physiologisch normalerweise nicht miteinandereinhergehen.6
Wie genau dieser Effekt zu Stande kommt, ist noch nicht endgültig verstanden und scheint sehr komplex und für die Behandlung der Intoxikation irrelevant zu sein, weshalb wir an dieser Stelle nicht näher darauf eingehen möchten.

Bei höheren Dosierungen führt Nikotin jedoch zu Bradykardie, Hypotonie und nach Kontraktionen im Verlauf auch zur Lähmung der Skelettmuskulatur inklusive eines Atemstillstandes.5

Symptome

Beim Rauchen einer Zigarette kommt es vermutlich durch eine führende Sympathikus-Aktivierung zur Adrenalin-Freisetzung mit einer Zunahme der Herzfrequenz um etwa 15 Schläge pro Minute und Anstieg des Blutdruckes um 5-10 mmHg.7

Symptome einer milden Nikotin-Intoxikation sind Übelkeit, Erbrechen, Durchfall und Brady- oder Tachykardien. Der Mechanismus, welcher Übelkeit, Erbrechen und Durchfälle hervorruft, ist dabei noch nicht gut verstanden und scheint auf einer Kombination aus lokaler Schleimhautreizung, direkter Wirkung auf die Area postrema und cholinerger Wirkung zu beruhen.1

Bei einer schweren Intoxikation kommt es zu Bradykardie, Hypotonie, Krampfanfällen und Bradypnoe sowie zunächst zu einer gesteigerten Erregbarkeit der Skelettmuskulatur mit Faszikulationen, welche dann in Lähmungen übergeht. Die Kreislaufsuppression und Krampfanfälle scheinen dabei eher auf zentrale als auf parasympathomimetische Effekte zurückzuführen sein. Die zunächst vermehrte Erregbarkeit der Sklettmuskulatur entsteht durch die aktivierende Wirkung von Nikotin an den muskulären Endplatten. Nikotin wird jedoch nicht so rasch abgebaut wie Acetylcholin, so dass es zu einer Dauerdepolarisation der Muskelzellen kommt, welche eine Kraftlosigkeit bis hin zur Lähmung, auch der Atemmuskulatur, bewirkt.1 Teils wird auch diskutiert, dass diese Symptome nicht durch Effekte an der muskulären Endplatte, sondern durch Wirkungen auf das zentrale Nervensystem entsteht.8

Risikoeinschätzung

Die letale Dosis von Nikotin ist nicht genau bekannt und in der Literatur umstritten. Während man in klassischen Lehrbüchern Angaben von 1 mg/kg oder 60 mg Nikotin beim Erwachsenen als letale Dosis findet,4 spricht die klinische Erfahrung stark gegen diese niedrige letale Dosis. Nikotin wäre damit giftiger als Cyanid-Salze, jedoch ist nur über sehr wenige tödliche Nikotinvergiftungen berichtet worden. Und auch im Tierversuch liegt die LD50 bei Ratten mit 50mg/kg um einiges höher.9

Deshalb wurde diese Dosis in der Literatur immer wieder kritisiert. Mayer konnte ihre Entstehung kürzlich darauf zurückführen, dass deutsche Wissenschaftler im 19ten Jahrhundert Selbstexperimente durchführten und aus diesen schlossen, dass man eine Dosis von 60 mg nicht überleben könne, da sie schon schwere Symptome bei Konsum von 2-4 mg Nikotin erlitten.9 Daraus scheint es zu einem klassischem Übernahmefehler gekommen zu sein, wonach ein Autor diese Dosis vom anderen ohne weiteres Hinterfragen der ursprünglichen Belege übernahm. Auch deutsche Autoren haben dieses Thema schon besprochen.10

Bei grober Hochrechnung auf Basis der Nikotinblutkonzentration, die bei tödlichen Nikotinintoxikationen beim Menschen gemessen wurde, wird die LD50 beim Menschen heute auf deutlich höhere Dosen von 6-13 mg/kg (etwa 500-1000 mg beim Erwachsenen) geschätzt.5,9 Sie könnte aber noch deutlich darüber liegen.

Neben der wohl bisher als viel zu niedrig eingeschätzten letalen Dosis verlaufen viele Vergiftungen mit Nikotin vermutlich auch deshalb harmlos, weil bei oralem Zigarettenkonsum ein Großteil des Nikotins gar nicht erst aus dem Tabak freigesetzt zu werden scheint.

Ein Review aus dem Jahre 2011, welches über einen Zeitraum von 27 Jahren alle gemeldeten pädiatrischen Nikotinvergiftungen in Amerika auswertete,  fand nur einen letalen Fall, in welchem ein Säugling an einer Aspiration mit konsekutiver Asphyxie nach Konsum von 5 Zigaretten und einer Diazepam-Tablette verstarb. Schwere Intoxikationen kamen bei weniger als 1/1000 Fällen vor.11

Das häufigste Symptom bei Tabakkonsum durch Kinder war dabei Erbrechen (etwa 30%), gefolgt von Unruhe (bei etwa 8 % der Kinder).

Auch bei Erwachsenen scheinen Vergiftungen nach Ingestion von Zigaretten meist harmlos abzulaufen; sogar, wenn diese intentional erfolgte. So wurde der Konsum von bis zu 20 Zigaretten mit nur mäßiger Symptomatik überlebt.10

Das Essen von Zigaretten scheint also insgesamt harmlos zu sein. Die Datenlage zur Frage, wie viele Zigaretten bei welchem Körpergewicht noch ungefährlich sind, ist aber dünn. Hellhörig sollte man werden, wenn feuchte Zigaretten oder Aschenbesserwasser getrunken wurde, da hier innerhalb kurzer Zeit große Mengen Nikotin in wässrige Lösung übergegangen sein (etwa 10 mg Nikotin aus einer Zigarette innerhalb von 30 Minuten) und dann vom Körper rasch und hervorragend resorbiert werden können.4

Vorsicht: E-Liquids

Seit Mitte 2005 wurden immer mehr Intoxikationen nicht durch klassische Tabakprodukte sondern durch Nikotin-Kaugummis oder Pflaster hervorgerufen,12 und seit 2010 steigt der Anteil an E-Liquids als Ursache von Nikotinvergiftungen deutlich, seit dem diese nach internationaler Patentierung von modernen E-Zigaretten vermehrt seit 2007 auf den Markt kommen.

In E-Zigaretten wird in flüssiger Lösung (meist auf Propylenglykol-Basis) vorliegendes Nikotin mittels batteriegetriebenem Bauteil erhitzt und anschließend inhaliert. Der internationale Markt lag schon 2015 bei 6 Milliarden US-Dollar.13

Während sich 2010 noch etwa 0,3% aller Nikotin betreffenden Anfragen in den amerikanischen Giftnotrufzentralen auf E-Liquids bezogen, waren es 2014 schon über 40%.14

Problematisch hieran ist, dass in E-Liquids teils sehr hohe Konzentrationen von Nikotin vorliegen können. Zwar ist die erlaubte Konzentration in der EU mittlerweile auf 20 mg Nikotin pro Milliliter Flüssigkeit begrenzt, jedoch finden sich auch aktuell online noch deutlich höher konzentrierte E-Liquids mit Nikotinkonzentrationen von bis zu 60mg/ml im Handel.5

Das führt nicht nur zu Gefährdung von Kleinkindern, welche E-Liquids versehentlich konsumieren, sondern auch dazu, dass die Einnahme von E-Liquids eine immer häufiger vorkommende Suizidmethode zu sein scheint. Zum Beispiel verstarb eine Patientin nach Ingestion von bis zu 30 ml E-Liquid mit insgesamt 3000 mg Nikotin.15

In einer aktuellen Übersicht der Literatur verstarben immerhin 11 von 31 betrachteten Patienten mit Einnahme von E-Liquids, und zwar sowohl Kleinkinder mit unabsichtlicher Einnahme als auch Erwachsene, welche E-Liquids in suizidaler Absicht konsumierten.5

Die niedrigste tödliche Dosis lag hier etwa bei 50 mg Nikotin, welches durch ein 15-Monate altes Kleinkind konsumiert wurde (nach unserer Schätzung entspricht das einer Nikotinmenge von etwa 4-5/mg/kgKG).16

E-Liquids sind also bei Ingestion weitaus gefährlicher als normale Zigaretten und auch das Inhalieren scheint nicht so ungefährlich wie oft angenommen zu sein und kann zu schwerer akuter Lungenschädigung, teils begleitet von einer Eosinophilie, führen.17–19

Management

Das Management der Nikotin-Intoxikation ist rein supportiv und hat eine gute Prognose. Die Symptomatik klingt oft innerhalb weniger Stunden, spätestens jedoch innerhalb von 24 Stunden ab.4

Auch wenn die Datenlage für konkrete Empfehlungen dünn ist, kann man sich beim Management vom Zigarettenkonsum durch Kinder an Mühlendahls Erfahrungen orientieren:4

Er empfiehlt keine Therapie bei folgender Konstellation:

  • 9-12 Monate: ̤ ≤ 1/3 Zigarette oder ≤ ½ Kippe
  • 1-5 Jahre : ̤ ≤ 1/2 Zigarette oder ≤ 1 Kippe
  • 6-12 Jahre: ̤ ≤ 3/4 Zigarette oder ≤ 2 Kippe
  • Jgdl/Erw: ̤ ≤ 1 Zigarette oder ≤ 2 Kippen

Und die Kohlegabe unter diesen Bedingungen:

  • 9-12 Monate: ̤ 1/3-3/4 Zigarette oder ½-1 Kippe
  • 1-5 Jahre : ̤ ½-1 Zigarette oder 1-2 Kippen
  • 6-12 Jahre: ̤  ¾-1,5 Zigarette oder 2-3 Kippen
  • Jgdl/Erw: ̤ 1-2 Zigarette oder 2-3 Kippen

Bei größeren Mengen wird zusätzlich die stationäre Überwachung für 4-6 Stunden empfohlen. Ein Monitoring wird nur beim Zigarettenkonsum durch Säuglinge oder ungewöhnlich großen Mengen beziehungsweise schon symptomatischen Kindern empfohlen.4

Für den Konsum von E-Liquids, Aschenbecherwasser oder feuchten Zigaretten bzw. Kippen oder Nikotinkaugummis/Pflastern gibt es noch keine allgemein akzeptierten Empfehlungen. Da in diesen Situationen jedoch ein deutlich erhöhtes Risiko besteht, sollte hier unbedingt Rücksprache mit einer Giftinformationszentrale erfolgen und großzügiger eine Überwachung mit Monitoring. Aus den uns bekannten Fallberichten liegt die niedrigste tödliche Dosis einer Nikotinaufnahme in Form eines E-Liquids bei 4-5 mg/kgKG.16

Dementsprechend schlagen wir vor, alle Kinder ab einer Einnahme einer E-Liquidmenge entsprechend 1-2 mg/kgKG Nikotin stationär aufzunehmen und bei Dosen über 3 mg/kgKG ein Monitoring durchzuführen. Aufgrund der raschen Entwicklung der Symptome reicht wahrscheinlich ein Monitoring über 4-6 Stunden beziehungsweise bis zum Sistieren der Symptome aus. Aufgrund der raschen Entwicklung der Beschwerden innerhalb der ersten 60 Minuten würden wir ab einer eingenommenen Menge von etwa 3mg/kg großzügig den Transport ins Krankenhaus durch den Rettungsdienst empfehlen.

Wir betonen jedoch, dass dies unsere persönliche Meinung zum aktuellen Stand ist und wir hierfür keine Gewähr übernehmen.

Zusammenfassung

  • Die Symptome der Nikotinvergiftung reichen von milder Tachykardie und Hypersalivation sowie Erbrechen bis zu hochgradiger Bradykardie, Hypotonie, Krampfanfällen und Apnoe bei schwerer Vergiftung
  • Der orale Konsum von trockenen Zigaretten erfolgt oft durch Kinder und führt meist zu keiner oder nur milder Symptomatik (führend sind hier Übelkeit und Erbrechen)
  • Vorsicht ist beim Konsum von gelöstem Nikotin geboten, egal, ob dies in E-Liquids, Nikotinkaugummis, feuchten Kippen oder Aschenbecherwasser vorliegt
  • Besonders beim oralen Konsum von E-Liquids sind Todesfälle sowohl bei Kindern als auch bei Erwachsenen beschrieben
  • Das Management ist rein supportiv

Das Vorgehen stichpunktartig zusammengefasst findet ihr auch als Pocket Card zum Download hier.

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Quellen

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2. Hukkanen J, Jacob P, Benowitz NL. Metabolism and Disposition Kinetics of Nicotine. Pharmacol Rev. 2005;57(1):79-115. doi:10.1124/pr.57.1.3

3. Tutka P, Mosiewicz J, Wielosz M. Pharmacokinetics and metabolism of nicotine. Pharmacological Reports. Published online 2005:11.

4. von Mühlendahl KE. Vergiftungen Im Kindesalter. 4th ed. Georg Thieme Verlag; 2003.

5. Maessen GC, Wijnhoven AM, Neijzen RL, et al. Nicotine intoxication by e-cigarette liquids: a study of case reports and pathophysiology. Clinical Toxicology. 2020;58(1):1-8. doi:10.1080/15563650.2019.1636994

6. Parrott AC. Nesbitt’s Paradox resolved? Stress and arousal modulation during cigarette smoking. Addiction. 1998;93(1):27-39. doi:10.1046/j.1360-0443.1998.931274.x

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10. Metzler W, Wronski R, Bewig B. Die tödliche Zigaretten-Ingestion bei Erwachsenen. Gibt es sie wirklich? Dtsch med Wochenschr. 2005;130(24):1491-1493. doi:10.1055/s-2005-870844

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