EVALI ist eine vor allem in den USA aufgetretene akute Lungenschädigung durch den Konsum von bestimmten Produkten, die mittels E-Zigaretten inhaliert werden. Die auch im Deutschen verwendete Abkürzung steht für den englischen Fachbegriff E-Cigarette, or Vaping, Product Use Associated Lung Injury. Manchmal findet sich auch der Ausdruck VALI, welcher die Form der Aufnahme in die Lunge („vaping“) nennt, die dazu genutzten Geräte aber offen lässt.
Ab August 2019 verzeichneten die USA einen sprunghaften Anstieg der Fälle von schweren Lungenschädigungen, die mit Atemnot einhergehen und zu einem Lungenversagen und zum Tod führen können. In der Mehrzahl der Fälle wurde von den Konsumenten Tetrahydrocannabinol (THC), aber auch Nicotin (11 %) inhaliert und als wesentliche Ursache das gelegentlich sogar als Hauptbestandteil in den konsumierten Produkten enthaltene Vitamin-E-Acetat ausgemacht.
Pathogenese und technische Grundlagen Bei E-Zigaretten wird Flüssigkeit („liquid“, „flavors“, „juices“) erhitzt und vornehmlich als Aerosol und teilweise als Dampf eingeatmet, die üblicherweise Nicotin enthalten. Aufgrund teils lange bestehender Freigabe von Cannabisprodukten in einigen Bundesstaaten der USA wurde das technische Prinzip der E-Zigaretten für den Konsum von Medizinalcannabis, aber auch zum Freizeitkonsum optimiert. Dazu wurden eigens abgewandelte Produkte als sogenannte „E-Joints“Welt Video: "Niederländische Firma entwickelt Elektro-Joint" Welt Nachrichten vom 10. August 2015; abgerufen am 12. Juli 2020 mit Tetrahydrocannabinol und Cannabidiol entwickelt und auf den Markt gebracht.Christopher M. Jones, Grant T. Baldwin, Peter A. Briss: The EVALI and Youth Vaping Epidemics — Implications for Public Health. New England Journal of Medicine 2020, Band 382, Ausgabe 8 vom 20. Februar 2020, Seiten 689–691, DOI: 10.1056/NEJMp1916171 Es handelt sich dabei um vorgefüllte Einwegverdampfer, die auf handelsübliche Akkus (für E-Zigaretten) geschraubt werden können. Die hohe Akzeptanz widerspiegelt den Konsumentenwunsch nach einem unkompliziert handhabbaren Produkt, das ohne vorherige Zubereitung jederzeit unterbrechbaren, asche- und nahezu geruchsfreien Konsum ermöglicht. Bedeutend aber für den 'medical use' (erhältlich in 'Dispensaries') ist das Fehlen schädlicher Verbrennungskomponenten, die im Rauch eines Joints auftreten. Aufgrund dieser Eigenschaften wuchs die Nachfrage besonders in US-Bundesstaaten, in denen der Erwerb regulatorisch unterbunden ist und daher ein Bezug nur über illegale Quellen möglich war.
Grund- bzw. Trägerstoff des in E-Zigaretten verwendeten Liquids ist eine Mischung aus Propylenglykol und Glycerin. Tetrahydrocannabinol (THC) oder Haschischöl (sog. „dabs“) können aufgrund ihrer lipophilen Eigenschaften nur durch Einsatz von Emulgatoren mit den genannten Trägerstoffen vermischt werden.Cannabidiol als gängiges Cannabinoid löst sich sehr gut in Propylenglykol aber auch in lipophilen Lösemitteln. Eine Verwendung lipophiler Trägerstoffe verbietet sich durch die seit langem bekannten offensichtlichen lungenschädigenden Eigenschaften, darüber besteht innerhalb der Branche seit Jahren allgemeiner Konsens. Es besteht also sowohl technisch als auch rechtlich ein erheblicher Unterschied zwischen diesen Produkten. THC-haltige Produkte sind keine E-Zigaretten und nur in einigen wenigen Bundesstaaten der USA offiziell zugelassen.
In den USA existieren Regelungen zum Verbraucherschutz. Offensichtlich bestehen hier jedoch Defizite in der behördlichen Überwachung des Markts. Es gibt dort eine Vielzahl von Produkten, teilweise aus heimischer Produktion, über deren Qualität und Sicherheit mangels effektiver Marktüberwachung keine Informationen vorliegen. Dabei ist der Gebrauch von E-Zigaretten in den vergangenen Jahren sprunghaft angestiegen und bereits seit 2014 sind E-Zigaretten in den USA das am häufigsten verwendete nicotinhaltige Produkt bei Schülern der High-School („youth vaping epidemics“). Diese Aussage ermöglicht allerdings keinen Rückschluss, inwieweit die Konsumenten von E-Zigaretten auch Produkte mit THC konsumieren.
Eine weitere physikalische Besonderheit der THC-haltigen Produkte führte zu dem beobachteten gehäuften Auftreten von gesundheitlichen Problemen bis hin zu Todesfällen (siehe Abschnitt Epidemiologie). Produkte mit sehr hohem THC-Gehalt zeigen eine relativ hohe Viskosität und eine auffällige Farbe. Aufgrund unterschiedlicher Gesetzeslage in den einzelnen Bundesstaaten und des hohen erzielbaren Verkaufspreises wurden diese massenweise gefälscht und über illegale Wege vermarktet. Die gefälschten Produkte wurden zur Vortäuschung eines hohen THC-Gehaltes unter Beibehaltung von Viskosität und Farbe durch Zugabe von Vitamin-E-Acetat bis weit über 85 % (Gewichtsprozent) manipuliert. Das dafür ab Anfang 2019 hauptsächlich eingesetzte Produkt „Honey-Cut“ versprach dabei ungeahnte Verschnittgrade. Bei einem ersten Ermittlungserfolg beschlagnahmte die Polizei bei den Gebrüdern Huffines an die 100.000 Kartuschen (Cartridges), die unter dem Fantasielabel „Dank Vape“ vertrieben und von ihnen gewerbsmäßig in Quantitäten um 5.000–6.000 Stück/Tag hergestellt wurden.David Downs, Dave Howard, Bruce Barcott: "Journey of a tainted vape cartridge: from China’s labs to your lungs" Leafly vom 24. September 2019; abgerufen am 14. Juli 2020 Während in Minnesota im Jahr 2018 kein Vitamin-E-Acetat nachgewiesen werden konnte, war dies bei allen im September 2019 durch die US-amerikanischen Aufsichtsbehörden beschlagnahmten Produkten der Fall.
In einer Analyse von Proben aus Bronchoalveolären Lavagen bei 51 Patienten, die akut an EVALI erkrankt waren, konnte in 94 % der Fälle Vitamin-E-Acetat nachgewiesen werden, jedoch in keinem Fall einer gesunden Vergleichsgruppe. Außerdem wiesen 94 % der Proben nachweisbare Spuren von THC oder THC-Metaboliten auf. Nicotin oder Nicotin-Metabolite fanden sich in 64 %. Außer Kokosöl und Limonen in je einer Probe wurden keine anderen toxischen Zusatzstoffe in den Lavageproben gefunden, wodurch ein Zusammenhang zwischen der EVALI-Epidemie und der Beimischung von Vitamin-E-Acetat hergestellt wurde.Benjamin C. Blount, Mateusz P. Karwowski, Peter G. Shields, Maria Morel-Espinosa, Liza Valentin-Blasini, Michael Gardner, Martha Braselton, Christina R. Brosius, Kevin T. Caron, David Chambers, Joseph Corstvet, Elizabeth Cowan, Víctor R. De Jesús, Paul Espinosa, Carolina Fernandez, Cory Holder, Zsuzsanna Kuklenyik, Jennifer D. Kusovschi, Cody Newman, Gregory B. Reis, Jon Rees, Chris Reese, Lalith Silva, Tiffany Seyler, Min-Ae Song, Connie Sosnoff, Carleen R. Spitzer, Denise Tevis, Lanqing Wang, Cliff Watson, Mark D. Wewers, Baoyun Xia, Douglas T. Heitkemper, Isaac Ghinai, Jennifer Layden, Peter Briss, Brian A. King, Lisa J. Delaney, Christopher M. Jones, Grant T. Baldwin, Anita Patel, Dana Meaney-Delman, Dale Rose, Vikram Krishnasamy, John R. Barr, Jerry Thomas, James L. Pirkle et al. für die „Lung Injury Response Laboratory Working Group“: Vitamin E Acetate in Bronchoalveolar-Lavage Fluid Associated with EVALI. New England Journal of Medicine 2020, Band 382, Ausgabe 8 vom 20. Februar 2020, Seiten 697–705, DOI: 10.1056/NEJMoa1916433
Vitamin E und seine oxidationsgeschützte Form, das Acetat, haben stark antioxidative und somit protektive Wirkungen besonders auf Phospholipide von Zellmembranen, wie sie auch als Surfactant in der Lunge vorkommen. Diese hängt aber entscheidend von der Iso-Form des Moleküls ab – so hat das α-Tocopherol eine schützende, das γ-Tocopherol eine entzündungsfördernde sowie Überempfindlichkeit auslösende Wirkung.Joan M. Cook-Mills et al.: "The vitamin E isoforms α-tocopherol and γ-tocopherol have opposite associations with spirometric parameters: the CARDIA study"; BMC Respiratory Research, Springer, 15. März 2014, DOI: 10.1186/1465-9921-15-31 Unter diesem Aspekt wäre für α-Tocopherol als niedrig dosierten Zusatz ein Positivnutzen denkbar. Die Tabakindustrie verfolgte 2003 ebenso den Ansatz, Vitamin-E Acetat als Zusatz für Zigaretten einzusetzen, um durch dessen Schutzwirkung auf das Lungenepithel die Negativfolgen des Rauchens zu verringern. Das damit befasste deutsche BfR (Bundesinstitut für Risikobewertung) lehnte dies ab, da weder der Nutzen, noch eine Unbedenklichkeit nachgewiesen werden konnte.BfR BUND: Vitamin-E Zusatz in Zigaretten; Stellungnahme BfR, PDF, 2013, abgerufen am 15. Juli 2020. Weitere Studien wiesen für γ-Tocopherol hingegen einen Promotor-Effekt für Lungenkarzinome nach. Wu, Qi-Jun et al.: "Vitamin E intake and the lung cancer risk among female nonsmokers: a report from the Shanghai Women's Health Study."; International journal of cancer 2014, Band 136, Ausgabe 3, vom 19. Juni 2014, Seiten 610-7, DOI: 10.1002/ijc.29016 Aufgrund seiner Wasserunlöslichkeit und seines hohen Siedepunktes kann davon ausgegangen werden, dass in hohen Dosen in die Lunge gelangtes Vitamin-E-Acetat relativ lang dort verbleibt und sich beim Konsum der manipulierten Produkte in der Lunge anreichert. Die in der Lunge befindliche relativ viskose Flüssigkeit behindert hier den Gasaustausch und kann in letzter Konsequenz auch zur Schädigung des Lungengewebes führen. Dabei werden zwei mögliche Mechanismen diskutiert:
Vitamin-E-Acetat hat eine aliphatische Kette, die sich durch das Surfactant hindurch parallel zu den Phospholipiden der Zellmembran der darunter liegenden Alveolarzellen ausrichtet. Dadurch verliert das Surfactant die Eigenschaft, eine Oberflächenspannung aufrechtzuerhalten, und die Alveole kollabiert mit nachfolgender Schädigung der Alveolarzelle. Ein weiterer Mechanismus kann darin bestehen, dass durch das Erhitzen des Vitamin-E-Acetats im Verdampfer Ethenon entsteht, das reaktiv ist und konzentrationsabhängig als lungenirritierend gilt.
In einer Studie, bei der Mäuse einem Vitamin-E-Acetat ausgesetzt wurden, zeigten sich akute Lungenschädigungen mit pathologischen Veränderungen, die denen bei EVALI sehr ähnlich waren.Tariq A. Bhat, Suresh G. Kalathil, Paul N. Bogner, Benjamin C. Blount, Maciej L. Goniewicz, Yasmin M. Thanavala: An Animal Model of Inhaled Vitamin E Acetate and EVALI-like Lung Injury New England Journal of Medicine 2020, Band 382, Ausgabe 12 vom 19. März 2020, Seiten 1175–1177, DOI: 10.1056/NEJMc2000231
Epidemiologie Im August 2019 berichtete das US-amerikanische Centers for Disease Control and Prevention (CDC) erstmals über eine epidemische Zunahme von Fällen schwerer Lungenschädigung in Zusammenhang mit der Nutzung von E-Zigaretten und „vaping“,Jill Daly: „CDC, FDA say e-cigarette investigation calls for caution“ post-gazette.com vom 29. August 2019 nachdem ein erster Cluster am 1. August 2019 in Wisconsin gemeldet wurde. In den USA wurde Anfang September 2019 ein Höhepunkt der Epidemie mit seither rückläufigen Zahlen erreicht.
Angesichts der rasant steigenden Fälle mit toxischer Lungenschädigung wurde zu Beginn der Epidemie zunächst vermutet, dass in den benutzen Produkten Verunreinigungen in Form von Pestizid- oder Schwermetallrückständen diese akuten pulmonalen Insuffizienzen verursachten. Analysen bestätigten hohe Pestizidkontaminationen vor allem mit Myclobutanil, bei dessen thermischer Zersetzung HCN entsteht, das in geringen Konzentration Lungenschädigungen auslöst.C. Ferguson, C. McFadden, S. Dong, R. Schapiro: Tests show bootleg marijuana vapes tainted with hydrogen cyanide, NBC News, 27. September 2019, (darin enthalten Tabelle als PDF) Die Substanz ist im offiziellen Cannabisanbau in vielen Bundesstaaten verboten, oft aber in illegal produziertem Marihuana nachzuweisen, da es dort wegen der fungiziden Wirkung eingesetzt wird. Rückstände sind kaum entfernbar und gehen bei der Ölgewinnung nahezu vollständig in das Produkt über. Frank Conrad: Eagle 20 and Myclobutanil in the Context of Cannabis Cultivation and Consumption (Webarchive Link; Original anmeldepflichtig), Colorado Green Lab, 14. Mai 2015