title: Einfluss von Glycerin und Propylenglykol auf die ziliäre Schlagfrequenz von menschlichen nasalen Epithelzellen in-vitro
Creators: name: Demmer, Christian Thilo
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2025
Subjects: electronic cigarettes
Cilia epithelium
E-Zigaretten
ciliary beat frequency ;glycerin
ex-vivo
e-cigarettes
propylenglykol
Flimmerepithel
in-vitro
Zilien
cilia
Ziliäre Schlagfrequenz
Ciliated epithelium
Medical sciences Medicine
Medizin

description: Glycerin und Propylenglykol sind die Hauptbestandteile des Liquids von E-Zigaretten. Das bedeutet, dass die Atemwege bei dessen Konsum relevanten Stoffkonzentrationen ausgesetzt sind. Es gibt bereits eine Vielzahl an Studien, die den Einfluss des Liquids auf die ziliäre Schlagfrequenz sowie verschiedene Schädigungsmuster durch E-Zigaretten behandeln. Zum isolierten Einfluss der einzelnen Bestandteile gibt es allerdings noch wenig Wissen. Dadurch ist eine Einordnung bezüglich der Sicherheit der Stoffe noch schwierig. Diese Studie soll Erkenntnisse darüber liefern, welchen Einfluss Glycerin und Propylenglykol in-vitro auf die ziliäre Schlagfrequenz haben. Die ziliäre Schlagfrequenz bzw. die mukoziliäre Clearance sind wichtige Funktionen zur Reinigung der Atemwege. Eine Funktionseinschränkung kann zu wiederkehrenden Infektionen der Atemwege, Epithelschäden und Umbauvorgängen der Lunge führen. Dadurch kann das Risiko für das Entstehen von Atemwegserkrankungen und chronischen Funktionsstörungen steigen.
In dieser Studie wurden Flimmerepithelzellen mit einer Einweg-Abstrichbürste aus dem unteren Nasengang (Meatus nasi inferior) entnommen. Die Zellen wurden bei Raumtemperatur in einer Zellkulturflüssigkeit gelagert und in einem Zeitfenster 3-9 Stunden nach Entnahme analysiert. Die Zellen wurden in-vitro den Stoffen Glycerin und Propylenglykol in den Konzentrationen 1%, 5% und 8% exponiert. Eine Kontrolle wurde mit 8% NaCl 0,9% durchgeführt. Hierbei wurden die Zellen 20 Minuten lang den jeweiligen Konzentrationen ausgesetzt. Die ziliäre Schlagfrequenz wurde alle zwei Minuten gemessen. Die Analyse fand mit einer „High-speed video microscopy analysis“ (HSVA) und die Auswertung mit der Sisson-Ammons Video Analysis (SAVA) statt.
Bei einem Vergleich der Mittelwerte zwischen der Kontrolle mit NaCl 0,9% (6.9 Hz ± 1.7) führt die Exposition mit 1% Glycerin (4.4 Hz ± 1.5), 5% Glycerin (3.9 Hz ± 1.7) und 8% Glycerin (3.5 Hz ± 1.4) jeweils zu signifikant (p &lt; 0.001) niedrigeren ziliären Schlagfrequenzen als die Kontrolle. Auch die Exposition mit 1% Propylenglykol (4.3 Hz ± 1.5), 5% Propylenglykol (3.8 Hz ± 1.3) und 8% Propylenglykol (3.1 Hz ± 1.1) führt zu jeweils signifikant (p &lt; 0.001) niedrigeren ziliären Schlagfrequenzen. Zusätzlich wurde die Effektstärke mit dem Spearman-Korrelationskoeffizienten berechnet. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass eine Erhöhung der Stoffkonzentrationen von Glycerin sowie Propylenglykol mit einer Abnahme der ziliären Schlagfrequenz stark bis sehr stark korrelieren (Spearmans ρ &lt; -0.69).
Zusätzlich führt eine Erhöhung der Stoffkonzentration bei Glycerin (1%: 4.4 Hz ± 1.5 vs. 8%: 3.5 Hz ± 1.4) sowie Propylenglykol (1%: 4.3 Hz ± 1.5 vs. 8%: 3.1 Hz ± 1.1) zu signifikanten Abnahmen der ziliäre Schlagfrequenz (p &lt; 0.001). Somit kann eine konzentrationsabhängige Abnahme der CBF festgestellt werden.
Die Ergebnisse einer akuten Abnahme der ziliären Schlagfrequenz durch Glycerin können in der Literatur bestätigt werden. Eine akute Abnahme durch Propylenglykol kann in der Literatur nur teilweise bestätigt werden. Es gibt in der Literatur Hinweise auf zelluläre Schädigungsmechanismen durch E-Zigaretten. Eine sichere Zuordnung zwischen Stoff und ursächlichem Schädigungsmechanismus ist allerdings bisher nicht möglich.
Es gilt zu berücksichtigen, dass diese Studie ausschließlich die ersten 20 Minuten der Exposition in-vitro mit Glycerin und Propylenglykol berücksichtigt. Eine über diese Dauer hinaus bewirkte Veränderung, sowie der Einfluss der Zersetzungsstoffe durch Verdampfung sind nicht Teil dieser Arbeit.
Der Autor weist daraufhin, dass NaCl 0,9% zu einer Abnahme der ziliären Schlagfrequenz führen kann, sodass eine Ringerlösung als Kontrollsubstanz eine bessere Alternative gewesen wäre.

In Zukunft sind Studien gefragt, die den isolierten Einfluss der einzelnen Bestandteile der Liquids auf die ziliäre Schlagfrequenz untersuchen. Dabei sind Studiendesigns wünschenswert, in denen akute, sowie chronische Expositionen der Epithelzellen in realistischen Stoffkonzentrationen durchgeführt werden. Die Rahmenbedingungen, wie z.B. Zeit, Temperatur der Stoffe, des Kulturmediums und der Verdampfung sowie verwendete und praktisch zellulär erreichte Stoffkonzentrationen müssen konsequenter dokumentiert werden. Auf diese Weise könnten hinsichtlich der einzelnen Stoffe besser eingeordnet werden, ob bzw. bei welchen Parametern eine sichere Nutzung gewährleistet werden kann.