mini|Eine glühende Zigarette Tabakrauch entsteht beim Abbrand oder Verschwelen von Tabak z. B. in Zigaretten, Zigarren, Pfeifen oder Wasserpfeifen. Er ist ein Aerosol aus Rauch, Dämpfen, Gasen und Feststoffen. Man unterscheidet hierbei den Hauptstromrauch, den der Raucher direkt einatmet, sowie den Nebenstromrauch der glühenden Tabakware.
Tabakrauch enthält eine Vielzahl von Verbrennungsprodukten. Der beim Rauchen einer Zigarette entstehende Tabakrauch enthält alle organischen Verbindungen in unterschiedlichen Oxidations- und Zerfallsformen, die aus dem gerauchten Tabak und eventuell der Umhüllung entstehen und nicht in der Asche verbleiben. Bei der Analyse können bis zu 9600 verschiedene chemische Verbindungen in unterschiedlichem Anteil identifiziert werden.Alan Rodgman, Thomas A. Perfetti: The Chemical Components of Tobacco and Tobacco Smoke. 2. Auflage. 25. Februar 2013. Laut Veröffentlichung der International Agency for Research on Cancer (IARC) der Weltgesundheitsorganisation (WHO) konnten, bis zum Jahr 2000, im Tabakrauch insgesamt 69 als krebserregend eingestufte chemische Verbindungen identifiziert werden. Im Hinblick auf ihre physiologische Wirkung lassen sich diese Verbindungen in fünf Gruppen unterteilen. karzinogene (krebserzeugende) Stoffe, (blut-)toxische Stoffe, neurotoxische Stoffe, reizende Stoffe, physiologisch unbedenkliche Stoffe.
Chemie des Tabakrauchs mini|Ein Zigarettenzug durch ein Taschentuch geblasen mini|Nicht inhalierbare Reststoffe von Tabakkonsum Das Rauchaerosol ist ein Stoffgemisch aus fest-flüssigen Partikeln mit fünf bis zehn Prozent Phasenanteil bei einem Partikeldurchmesser von 0,1 Mikrometer bis 1,0 Mikrometer und einer Partikelkonzentration von 107−1010 Teilchen pro Milliliter Rauch, Dämpfen, das ist die kondensierbare Gasdampfphase aus verdampften Flüssigkeiten und aus der Gasphase.
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.J. Falbe, Manfred Regitz (Hrsg.): Römpp Lexikon Chemie. 9. Auflage. Thieme, Stuttgart / New York, ISBN 3-440-04516-1, S. 4434–4438. Haupt- und Nebenstromrauch (in der englischsprachigen Fachliteratur environmental tobacco smoke, ETS) setzen sich aus sechs verschiedenen Strömungen zusammen: Verbrennungsstrom (glow stream): Er wird beim Zug aus der Glut an der Zigarettenspitze freigesetzt. Verkohlungsstrom (side stream): Er wird in der Zugpause von der Glut der Zigarettenspitze freigesetzt. Schwelstrom (smoulder stream): Der in den Zugpausen im Mundstückbereich emittiert. Diffusionsstrom: Der vom Zigaretteninneren in der Zugpause durch das Filterpapier nach außen gelangende Anteil. Effusionsstrom: Dementsprechend der vom Zigaretteninneren beim Ziehen durch das Filterpapier nach außen gelangende Anteil. Exhalationsstrom (blow stream): Der vom Raucher wieder ausgeatmete Rauchanteil, wobei in der Lunge die meisten Schadstoffe ausgefiltert werden und meist auch dort verbleiben.
Beim Tabakrauchen laufen drei unterschiedliche chemische Prozesse ab. Der Tabak verbrennt durch Redoxreaktion in der Glutzone, wenn Luft durchgezogen wird. Dabei entsteht bei Zigaretten eine Temperatur von 800 °C bis 1100 °C, bei Zigarren von 580 °C bis 660 °C und bei Pfeiferauchen verglüht der Tabak bei 420 °C bis 500 °C in oxidierender Atmosphäre. Der Tabak verschwelt hinter dem Glutkegel und im Inneren des Glutkegels bei reduzierender Atmosphäre. Dies bewirkt eine unvollständige Verbrennung sowie eine thermische Zersetzung (Pyrolyse). Diese Verschwelung setzt viele schädigende, „ungesättigte“ Verbindungen, Kondensations- und Polymerisationsprodukte frei. Sie läuft je nach Abstand von der Glutzone bei 200–600 °C ab. Im Tabak enthaltene flüchtige Anteile verdampfen und destillieren in einer Verdampfungs- und Destillationszone hinter dieser Schwelzone. Niedrig siedende Stoffe gehen direkt in den Rauch über. Der beim Verrauchen freiwerdende Wasserdampf nimmt durch Wasserdampfdestillation und Extraktion Schadstoffe mit sich und so gelangen auch Nikotin und ätherische Öle in den Rauch.
Schadstoffe im Tabakrauch mini|Warnhinweis über Inhaltsstoffe Das Aerosol des Zigarettenrauchs enthält neben allgemein bekannten Schadstoffen wie Benzol, Blausäure, Formaldehyd und Nitrosaminen noch weitere Stoffe mit unterschiedlichem Gefahrenpotential.
Bluttoxische Substanzen In erster Linie ist Kohlenstoffmonoxid (CO) zu nennen. Es ist ein farb- und geruchloses Gas mit einer hohen Giftigkeit (Toxizität) wie Blausäuregas. Es entsteht bei der unvollständigen Verbrennung des Tabaks in Spuren. Beim Inhalieren und der Aufnahme über die Lunge bindet es sich an den roten Blutfarbstoff Hämoglobin. 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 der Wasserpfeife aus, da bei ihr der Tabakrauch große Mengen an Kohlenmonoxid enthält.
Neurotoxische Substanzen mini|Strukturformel von Nikotin – Nervengift und Hauptsuchtstoff in Zigaretten Das Nikotin (auch: Nicotin, chemisch: α-Pyridyl-β-N-methyl-pyrrolidin, C10H14N2) selbst ist – neben dem Nornicotin und dem aromatischen Wirkstoff Nikotianin – der eigentlich wirksame, psychoaktive Bestandteil der Droge Tabak. Als Substanz ist es eine ölige, farblose Flüssigkeit. Von der Struktur ist es eine Stickstoffbase, ein Alkaloid. 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 das Lehrbuch 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.Bernd Mayer: How much nicotine kills a human? Tracing back the generally accepted lethal dose to dubious self-experiments in the nineteenth century. In: Archives of Toxicology, Band 88, Nummer 1, Januar 2014, S. 5–7, doi:10.1007/s00204-013-1127-0. PMID 24091634. .
Dabei hängt die Aufnahme des Nervengiftes in den Körper (Intoxikation) von vielen Faktoren ab. Methode des Tabakgebrauches (Rauchen, Kauen, Schnupfen) Inhalationstiefe Inhalationsdauer Anzahl der Züge pro Stück Stummellänge, also wie viel in der „Kippe“ weggeworfen wird. 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.
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-B3-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.
Karzinogene Substanzen Tabakrauch enthält eine große Anzahl karzinogener Substanzen. Diese reichen allerdings in sehr unterschiedlichen Mengen von toxischen Schwermetallen wie Cadmium über Blutgifte wie Benzol bis hin zu Teerpartikeln und dem hochgradig krebserzeugenden Benzpyren. Teilweise sind Spuren des radioaktiven Schwermetalls Polonium 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 bestimmte Anthracene, Benzperylen, Pyrene, Chrysen und Arsenik als karzinogene (krebsverursachende) Substanzen im Tabakrauch festgestellt worden.Paul Obrecht: Klinische Cancerologie. In: Ludwig Heilmeyer (Hrsg.): Lehrbuch der Inneren Medizin. Springer-Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1955; 2. Auflage ebenda 1961, S. 352–375, hier: S. 364.
Reizende Substanzen Reizende Substanzen bewirken eine Verlangsamung des Selbstreinigungssystems der Bronchien, 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 Gase Ammoniak (NH3) und die Stickstoffoxide, wie NO und NO2 und N2O4. Die Stickoxide sind zudem verdächtig, krebserregend zu sein.
Detailliertere chemoanalytische Angaben über Tabakrauch-Komponenten 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 genutzte Arbeitsplatzgrenzwert (früher MAK-Wert) ist die maximale Arbeitsplatz-Konzentration, für die über die Lebensarbeitszeit, ausgehend von einem Achtstundentag und einer 5-Tage-Woche keine 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 der Toxikologie die Stoffmenge an, bei deren Aufnahme mindestens 50 Prozent der behandelten Tiere innerhalb von 24 Stunden sterben. Tabakrauch enthält im Einzelnen die im Folgenden genannten Stoffgruppen:
Gasphase Wasserdampf: zehn bis 20 Prozent