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Die Akte zum Nikotinrechner

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Die Akte zum
Nikotinrechner

Pharmakokinetik, Evidenzlogik und die Grenzen der Zigaretten-Vergleichbarkeit

1. Zweck dieser Akte

Der Nikotinrechner des Vape-Journals basiert nicht auf einer einzelnen Studie, sondern auf einer systematischen Auswertung der verfügbaren wissenschaftlichen Literatur.

Ziel dieser Akte ist es, die Herleitung des verwendeten Rechenmodells transparent zu dokumentieren.

Sie erläutert,

  • welche Studien berücksichtigt wurden,
  • welche Arbeiten unmittelbar in das mathematische Modell eingeflossen sind,
  • welche Untersuchungen aus methodischen Gründen ausschließlich als Hintergrundliteratur dienen,
  • und welche Unsicherheiten das Modell bewusst offenlegt.

Die Akte versteht sich ausdrücklich nicht als eigenständige wissenschaftliche Veröffentlichung, sondern als nachvollziehbare Dokumentation der redaktionellen Arbeitsweise des Vape-Journals.

2. Evidenzlogik dieser Akte

Für die wissenschaftliche Arbeit des Vape-Journals wird zwischen vier unterschiedlichen Erkenntnisebenen unterschieden.

Diese Einordnung dient ausschließlich der Transparenz und soll verdeutlichen, auf welcher wissenschaftlichen Grundlage einzelne Aussagen beruhen.

1. Gut belegt
Konsistente Humanstudien sowie systematische Reviews mit hoher Aussagekraft.

2. Modellgestützt
Physikalisch oder biologisch plausible Modelle, deren Aussagen noch nicht vollständig durch Humanstudien bestätigt wurden.

3. Widersprüchliche Evidenz
Studien, die aufgrund unterschiedlicher Methoden oder Rahmenbedingungen zu voneinander abweichenden Ergebnissen gelangen.

4. Offene Forschungsfragen
Fragestellungen, für die derzeit keine ausreichende wissenschaftliche Datenbasis vorhanden ist.

3. Die mathematischen Kernstudien

Die nachfolgenden Primärquellen bilden die wissenschaftliche Grundlage des im Vape-Journal-Nikotinrechner verwendeten Dosis-Modells (Modus A).

Sie wurden ausgewählt, weil sie entweder unmittelbar zur mathematischen Modellbildung beitragen oder zentrale biologische Zusammenhänge dokumentieren, ohne die eine wissenschaftlich nachvollziehbare Vergleichbarkeit zwischen E-Zigaretten und Tabakzigaretten nicht möglich wäre.

Jede Studie wird deshalb nicht nur bibliografisch aufgeführt, sondern hinsichtlich ihres konkreten Nutzens für das Rechenmodell eingeordnet.

3.1 Die biologische Arbeitsreferenz der Tabakzigarette

Quelle

Benowitz NL, Jacob P. (1984)

„Daily intake of nicotine during cigarette smoking“

Link:
https://nih.gov

Rechner-Nutzen

Diese Arbeit liefert die wissenschaftliche Grundlage dafür, dass eine durchschnittliche Tabakzigarette dem menschlichen Organismus eine systemische Netto-Dosis von etwa 1,04 mg Nikotin zuführt.

Die individuelle Streuung liegt ungefähr zwischen 0,3 mg und 2,0 mg pro Zigarette.

Diese populationsbezogene Näherungsgröße dient im Vape-Journal-Nikotinrechner als Referenzwert für die Berechnung des Zigarettenäquivalents.

3.2 Das Versagen nomineller Packungsangaben

Quelle

Jarvis MJ et al. (2001)

„Nicotine yield from machine-smoked cigarettes and nicotine intakes in smokers“

Link:
https://nih.gov

Rechner-Nutzen

Die populationsbasierte Untersuchung an 2.031 Rauchern zeigte, dass der maschinell bestimmte Nikotinertrag einer Zigarettenschachtel lediglich 0,79 % der tatsächlichen biologischen Cotinin-Exposition erklärt.

Diese Arbeit begründet eines der zentralen redaktionellen Grundprinzipien des Vape-Journals:

Technische Ausgangswerte – beispielsweise die Nikotinkonzentration eines Liquids in mg/ml – dürfen nicht unmittelbar mit der tatsächlich aufgenommenen biologischen Dosis gleichgesetzt werden.

3.3 Der Nachweis der verhaltensbedingten Selbstregulation

Quelle

Etter JF (2016)

„Nicotine absorption from e-cigarettes over 12 months“

Link:
https://nih.gov

Rechner-Nutzen

Die zwölfmonatige Langzeitbeobachtung dokumentiert, dass Dampfer sinkende Nikotinkonzentrationen im Liquid durch einen höheren täglichen Liquidverbrauch kompensieren.

Während die durchschnittliche Nikotinstärke von 13,83 mg/ml auf 9,91 mg/ml sank, stieg der mittlere Liquidverbrauch gleichzeitig von 4,44 ml auf 6,84 ml pro Tag.

Die Cotinin-Blutspiegel blieben dabei statistisch weitgehend konstant.

Für den Rechner bedeutet dies:

Ist der tatsächliche tägliche Liquidverbrauch bekannt, bildet dieser das individuelle Konsumverhalten bereits ab. Zusätzliche mathematische Korrekturfaktoren für eine vermutete Selbstregulation sind deshalb im Modus A nicht erforderlich.

3.4 Der quantitative Nachweis für modernes MTL-Vaping

Quelle

Dill M., Deconinck E., Barhdadi S.

Sciensano (2024)

„Method Development and Validation of an Aerosol Sampling Technique“

Link:
https://nih.gov

Rechner-Nutzen

Die staatlich finanzierte Untersuchung eines modernen 10-Watt-MTL-Systems zeigt, dass die Nikotinkonzentration im erzeugten Aerosol zwischen 92,79 % und 109,72 % der Konzentration des verwendeten Liquids liegt.

Unter moderaten Leistungsbedingungen wird Nikotin somit nahezu vollständig in das Aerosol übertragen.

Diese Ergebnisse stützen die technische Grundlage der im Rechner verwendeten Geräteklassifizierung.

3.5 Das Sensorik-Paradoxon von Nikotinsalz

Quelle

Christen SE et al. (2024)

„Pharmacokinetics and Pharmacodynamics of Inhaled Nicotine Salt and Free-Base Using an E-cigarette“

Link:
https://doi.org

Rechner-Nutzen

Die randomisierte Doppelblind-Crossover-Studie zeigt, dass Nikotinsalz bei identischer Konzentration (20 mg/ml) eine höhere maximale Nikotinkonzentration im Blut (Cmax) erreicht als Freebase.

Im untersuchten Versuchsaufbau wurden durchschnittlich 5,4 ng/ml gegenüber 3,0 ng/ml gemessen.

Die Ergebnisse sprechen dafür, dass der Vorteil von Nikotinsalz nicht auf einer grundsätzlich anderen Aufnahmefähigkeit des Nikotins beruht, sondern vor allem auf den veränderten sensorischen Eigenschaften des Aerosols.

Die geringere Reizung der Atemwege ermöglicht längere und tiefere Inhalationen sowie den Einsatz höherer Nikotinkonzentrationen, wodurch sich im praktischen Gebrauch höhere systemische Blutspiegel ergeben können.

Diese Studie bildet die wissenschaftliche Grundlage dafür, Nikotinsalz und Freebase im Rechner zwar getrennt zu erfassen, sie in Version 1.0 jedoch noch nicht mit unterschiedlichen mathematischen Uptake-Faktoren zu bewerten.

3.6 Die Retention des Nikotin-Aerosols in den Atemwegen

Quelle

„Fate of inhaled ENDS puff constituents in the human respiratory tract“ (2024)

Link:
https://nih.gov

Rechner-Nutzen

Das mathematisch-biologische Modell beschreibt die Aufnahme einzelner Aerosolbestandteile während der Inhalation von MTL- und DTL-Systemen.

Für Nikotin ergibt sich eine sehr hohe Retentionsrate.

Etwa 94 bis 95 % des tatsächlich inhalierten Nikotin-Aerosols verbleiben im menschlichen Atemtrakt und stehen grundsätzlich für die systemische Aufnahme zur Verfügung.

Der beim Ausatmen sichtbare Aerosolanteil besteht deshalb überwiegend aus Propylenglykol, pflanzlichem Glycerin und Wasser sowie weiteren Aerosolbestandteilen, nicht jedoch überwiegend aus ungenutztem Nikotin.

Für den Nikotinrechner ist diese Arbeit deshalb bedeutsam, weil sie zeigt, dass die wesentlichen Verluste nicht innerhalb der Lunge entstehen, sondern bereits zuvor entlang der gesamten Übertragungskette.

3.7 Die Bestimmung des realen Whole-Chain-Uptakes

Quelle

Benowitz NL, Yang H-Y, Jacob P. (2025)

„Nicotine Dosimetry in Evaluating Electronic Cigarettes“

Link:
https://nih.gov

Rechner-Nutzen

Die pharmakokinetische Validierungsstudie untersucht mithilfe von Plasma- und Urinmarkern, welcher Anteil des im Liquid enthaltenen Nikotins den systemischen Stoffwechsel tatsächlich erreicht.

Sie bestätigt, dass das theoretische Nikotininventar eines Liquids (Liquidverbrauch × Nikotinkonzentration) nicht vollständig als systemische Dosis im Körper ankommt.

Aus den verfügbaren Daten lässt sich ein konservativer Whole-Chain-Uptake-Korridor von 40 bis 60 % ableiten.

Dieser Bereich bildet die wissenschaftliche Grundlage des im Vape-Journal-Nikotinrechner verwendeten Berechnungsmodells.

Anstelle eines einzelnen festen Uptake-Wertes verwendet der Rechner deshalb bewusst einen Korridor, der die derzeitige Evidenzlage realistischer abbildet und gleichzeitig individuelle Unterschiede berücksichtigt.

4. Begleitregister und Kontrollmatrix

Die nachfolgenden Arbeiten wurden von der Redaktion vollständig ausgewertet und dokumentiert.

Sie sind Bestandteil der wissenschaftlichen Kontrollmatrix des Vape-Journals, fließen jedoch bewusst nicht unmittelbar in das mathematische Modell des Nikotinrechners (Version 1.0) ein.

Die Gründe hierfür sind transparent dokumentiert und beruhen nicht auf einer Bewertung der wissenschaftlichen Qualität der jeweiligen Arbeiten, sondern ausschließlich auf ihrer Eignung für das verwendete Rechenmodell.

Typische Ausschlussgründe sind beispielsweise:

  • historische Gerätegenerationen, die den heutigen Markt nicht mehr repräsentieren,
  • reine Labor- oder Emissionsstudien ohne menschliche Inhalation,
  • sehr spezielle Versuchsanordnungen,
  • oder ausschließlich herstellerspezifische Daten.

Die Arbeiten bleiben Bestandteil der wissenschaftlichen Dokumentation und können bei zukünftigen Weiterentwicklungen des Rechenmodells erneut berücksichtigt werden.

4.1 Historische Gerätegenerationen

Quelle

Vansickel AR, Eissenberg T. (2013)

„Electronic cigarettes: effective nicotine delivery after acute administration“

Einordnung

Für die mathematische Modellrechnung der Version 1.0 nicht unmittelbar berücksichtigt.

Begründung

Die Untersuchung basiert auf frühen „Cigalike“-Systemen der ersten Gerätegeneration.

Diese unterscheiden sich hinsichtlich Verdampfungsleistung, Aerosolerzeugung und Nikotinabgabe erheblich von modernen MTL- und DTL-Systemen.

Für historische Einordnungen bleibt die Studie bedeutsam.

Als Grundlage eines Rechenmodells für aktuelle Geräte eignet sie sich jedoch nur eingeschränkt.

4.2 Reine Labor-Emissionsstudien

Quelle

Talih S. et al. (2015)

„Effects of user puff topography, device voltage, and liquid nicotine concentration on electronic cigarette nicotine yield“

Einordnung

Für die mathematische Modellrechnung der Version 1.0 nicht unmittelbar berücksichtigt.

Begründung

Die Arbeit untersucht den Einfluss verschiedener technischer Parameter auf die Emission des Aerosols.

Sie bildet jedoch nicht die individuelle Inhalation, Aufnahme und pharmakokinetische Verarbeitung im Menschen ab.

Für die Bewertung des systemischen Whole-Chain-Uptakes besitzt sie deshalb nur eine indirekte Aussagekraft.

4.3 Herstellerfinanzierte Studien

Quelle

O’Connell G. et al. (2019)

„A randomised, open-label, cross-over clinical study … nicotine salt formulations“

Einordnung

Für die mathematische Modellrechnung der Version 1.0 nicht unmittelbar berücksichtigt.

Begründung

Die Untersuchung wurde vollständig durch Imperial Brands finanziert.

Die Studie bleibt deshalb als Kontrollwert Bestandteil der wissenschaftlichen Dokumentation.

Für die unmittelbare mathematische Modellbildung wurde bewusst auf unabhängige Quellen zurückgegriffen.

4.4 Hochspezialisierte Strömungsmodelle

Quelle

Floyd E. et al. (2021)

„The Effect of Flow Rate on a Third-Generation Sub-Ohm Tank ENDS“

Einordnung

Für die mathematische Modellrechnung der Version 1.0 nicht unmittelbar berücksichtigt.

Begründung

Die Arbeit untersucht sehr spezifische aerodynamische Fragestellungen innerhalb moderner DTL-Systeme.

Für zukünftige Erweiterungen des Rechners kann sie insbesondere bei einem gesonderten DTL-Modell relevant werden.

Für das allgemeine Basismodell besitzt sie derzeit keine unmittelbare Funktion.

4.5 Spezielle Konsummuster

Quelle

Khachatoorian C. et al. (2021/2022)

„Tracing the Movement of Electronic Cigarette Flavor Chemicals and Nicotine“

Einordnung

Für die mathematische Modellrechnung der Version 1.0 nicht unmittelbar berücksichtigt.

Begründung

Die Untersuchung betrachtet unter anderem sehr spezielle Konsummuster wie das sogenannte „Mouth Inhaling“ ohne relevante Lungenbeteiligung.

Diese Situationen bilden das übliche Konsumverhalten der Mehrheit der Nutzer nur eingeschränkt ab.

4.6 Geschlossene Herstellersysteme

Quelle

Shiffman S. et al. (2025)

„Estimating human pharmacokinetic parameters for ENDS products from chemical analyses“

Einordnung

Für die mathematische Modellrechnung der Version 1.0 nicht unmittelbar berücksichtigt.

Begründung

Die Untersuchung konzentriert sich auf geschlossene, herstellerspezifische ENDS-Systeme des US-Marktes.

Da sich diese hinsichtlich Produktauswahl, Regulierung und Marktstruktur deutlich vom europäischen TPD-Markt unterscheiden, wurde die Studie bewusst nicht als unmittelbarer Modellanker verwendet.

Sie bleibt jedoch Bestandteil der wissenschaftlichen Kontrollmatrix des Vape-Journals.

5. Redaktionelles Fazit

Die wissenschaftliche Literatur zeigt deutlich, dass sich die Nikotinaufnahme aus E-Zigaretten nicht auf eine einzelne Kennzahl reduzieren lässt.

Zwischen dem theoretischen Nikotininventar eines Liquids und der tatsächlich systemisch aufgenommenen Nikotinmenge liegen zahlreiche Einflussgrößen, darunter Geräteeigenschaften, Aerosolbildung, Inhalationstechnik, individuelles Konsumverhalten sowie pharmakokinetische Prozesse.

Vor diesem Hintergrund hält das Vape-Journal eine starre Umrechnung nach dem Muster

„1 ml Liquid entspricht X Zigaretten“

für wissenschaftlich nicht belastbar.

Eine näherungsweise Vergleichbarkeit kann jedoch hergestellt werden, wenn die Berechnung auf der systemisch aufgenommenen Nikotinmenge basiert und die derzeit verfügbare Evidenz transparent berücksichtigt.

Aus diesem Grund verwendet der Vape-Journal-Nikotinrechner keinen einzelnen festen Umrechnungswert, sondern einen konservativen Whole-Chain-Uptake-Korridor von 40 bis 60 Prozent.

Dadurch wird nicht der Eindruck einer mathematischen Exaktheit vermittelt, sondern bewusst ein realistischer Bereich dargestellt, innerhalb dessen sich die systemische Nikotinaufnahme nach aktuellem wissenschaftlichem Kenntnisstand bewegen kann.

Ebenso wichtig ist die Abgrenzung zwischen aufgenommener Nikotinmenge und Suchtdynamik.

Auch bei vergleichbarer systemischer Nikotindosis unterscheiden sich Tabakzigaretten und E-Zigaretten hinsichtlich ihrer Anflutungsgeschwindigkeit, ihrer sensorischen Eigenschaften sowie ihres Konsumverhaltens teilweise erheblich.

Eine Gleichsetzung beider Produkte allein anhand der aufgenommenen Nikotinmenge wäre daher wissenschaftlich nicht gerechtfertigt.

Der Nikotinrechner versteht sich deshalb ausdrücklich nicht als Instrument zur exakten Umrechnung zwischen E-Zigaretten und Tabakzigaretten.

Er stellt vielmehr ein transparent dokumentiertes Modell dar, das den aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstand möglichst nachvollziehbar in eine praktische Berechnung überführt.

Quellenhinweis

Die in dieser Akte aufgeführten Studien bilden die wissenschaftliche Grundlage des derzeitigen Rechenmodells (Version 1.0).

Mit dem Fortschreiten der Forschung sowie zukünftigen Weiterentwicklungen des Nikotinrechners wird diese Akte regelmäßig überprüft, aktualisiert und gegebenenfalls erweitert.

Neue hochwertige Humanstudien können dazu führen, dass bestehende Modellannahmen angepasst oder ergänzt werden.

Die Dokumentation versteht sich daher ausdrücklich als fortlaufendes wissenschaftliches Arbeitsdokument.

Redaktioneller Hinweis

Diese Akte ergänzt den Vape-Journal-Nikotinrechner.

Sie dient der transparenten Dokumentation der wissenschaftlichen Arbeitsweise des Vape-Journals und richtet sich insbesondere an Leserinnen und Leser, die die Herleitung des Rechenmodells sowie die zugrunde liegende Evidenz vertieft nachvollziehen möchten.