Mit dem Rauchen aufzuhören ist schwierig. Noch schwieriger ist es, ohne Nikotinersatztherapie rauchfrei zu bleiben. In den letzten Jahren wurden verschiedene Alternativprodukte auf den Markt gebracht, darunter auch erhitzte Tabakerzeugnisse (HTP). In dieser Studie haben wir die akuten Auswirkungen des Konsums von IQOSTM und gloTM (2 HTP) auf die Funktion der kleinen Atemwege und die arterielle Steifigkeit in einem Head-to-Head-Design untersucht, im Vergleich mit brennenden Zigaretten, nikotinfreien E-Zigaretten und einer Scheinrauchergruppe. 17 gesunde Gelegenheitsraucher wurden in eine zentrale 5-armige Crossover-Studie eingeschlossen. Die Parameter der Funktion der kleinen Atemwege und der Hämodynamik wurden zu verschiedenen Zeitpunkten vor und nach dem Konsum mit dem Mobil-O-GraphTM (I.E.M., Stolberg, Deutschland) und dem TremoFlo® c-100 (THORASYS Thoracic Medical Systems Inc., Montreal, QC, Kanada) gemessen. Sowohl die Obstruktion der kleinen Atemwege als auch der Widerstand waren nach dem Konsum von Zigaretten und Tabakersatzprodukten signifikant erhöht. Alle nikotinhaltigen Produkte führten zu einem ähnlichen signifikanten Anstieg des Blutdrucks und der arteriellen Steifigkeit. Die hämodynamischen Parameter waren auch nach dem Konsum von nikotinfreien E-Zigaretten erhöht, aber der Anstieg war kürzer und schwächer als bei nikotinhaltigen Produkten. Wir kommen zu dem Schluss, dass HTP akute schädliche Auswirkungen auf die Funktion der kleinen Atemwege haben, die möglicherweise größer sind als die Auswirkungen brennender Zigaretten, obwohl die Gründe dafür noch nicht geklärt sind. Wie andere nikotinhaltige Produkte führen auch HTP zu einer akuten nikotinbedingten Erhöhung der arteriellen Steifigkeit und des kardiovaskulären Stresses, ähnlich wie bei brennenden Zigaretten, was diese Produkte mit einem erhöhten kardiovaskulären Risiko in Verbindung bringt.

Rauchen ist das größte vermeidbare Gesundheitsrisiko in Deutschland. Jährlich sind mehr als 127 000 Todesfälle auf tabakbedingte Erkrankungen zurückzuführen [1]. Während der Anteil der aktiven Raucher in Deutschland bis 2020 stetig abnahm, stieg er ab 2021 wieder an und lag im Dezember 2022 bei 35,5% [2].

Insgesamt würden 39% der aktiven Raucher in Deutschland gerne mit dem Rauchen aufhören [3]. Leider ist eine langfristige Raucherentwöhnung ohne Ersatz nur in 3–5% der Fälle erfolgreich [4]. Eine Nikotinersatztherapie (nicotine-replacement therapy, NRT; Produkte, die Nikotin in kleinen, regelmäßigen Dosen verabreichen, um das Verlangen nach Nikotin zu unterdrücken und den Übergang zur vollständigen Abstinenz zu erleichtern) kann die Aufhörraten um 50–70% erhöhen [5]. Kürzlich wurde gezeigt, dass E-Zigaretten, die nicht als NRT gelten, die Rückfallquote besser reduzieren als eine Tabakentwöhnung ohne Ersatz [6, 7]. Verschiedene Studien weisen jedoch darauf hin, dass der Konsum von E-Zigaretten selbst ein Gesundheitsrisiko darstellt [8‒10], was den Bedarf an alternativen Produkten unterstreicht, die sowohl zufriedenstellend sind als auch möglichst wenig Schaden anrichten. Darüber hinaus sind E-Zigaretten zur Raucherentwöhnung Gegenstand intensiver Diskussionen, da sie von vielen medizinischen Fachgesellschaften nicht zur Raucherentwöhnung empfohlen werden. In den letzten Jahren wurden mehrere Zigarettenalternativen auf den Markt gebracht, darunter auch erhitzte Tabakerzeugnisse (heated tobacco products, HTP). IQOSTM von Philipp Morris International (PMI) wurde 2017 in Deutschland auf den Markt gebracht, GLOTM von British American Tobacco folgte im Jahr 2020. Diese relativ neuen Geräte versprechen, sowohl für Verbraucher als auch für Unbeteiligte weniger schädlich zu sein [11, 12]. Anstatt den Tabak zu verbrennen, um das Nikotin zu inhalieren, zerstäuben elektrische Heizsysteme das Nikotin aus dem Tabak, ohne dass es zu einer Verbrennung kommt. Die Verbrennung in herkömmlichen Zigaretten erfolgt bei etwa 600°C und mehr. Dabei entsteht Rauch, der neben Nikotin eine Vielzahl gesundheitsschädlicher und krebserregender Stoffe enthält [13, 14].

Bei HTP variieren die Temperaturen je nach Produkt, liegen aber im Allgemeinen unter 350°C [15]. Mit dem IQOSTM wird der Tabak auf durchschnittlich 201°C erhitzt, GLOTM verwendet noch niedrigere Temperaturen von 170°C [16]. Diese Aerosole sollen daher weniger unerwünschte Stoffe enthalten [17]. Es gibt jedoch noch keine ausreichende Evidenz dafür, dass HTP weniger schädlich sind als herkömmliche Zigaretten [18]. Darüber hinaus deuten Studien darauf hin, dass HTP möglicherweise nicht so risikoarm sind wie von den Herstellern angegeben [16, 17, 19]. In Tiermodellen konnte gezeigt werden, dass HTP eine Entzündungsreaktion in der Lunge auslösen, die zu einem Lungenemphysem, d.h. einem Umbau der kleinen und großen Atemwege, führt und Signalwege aktiviert, die auch an der durch Tabakrauch ausgelösten Karzinogenese beteiligt sind [20‒22]. Es wurde auch gezeigt, dass die Parameter der arteriellen Steifigkeit nach dem Konsum von HTP erhöht sind [23, 24], was die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen über die Auswirkungen dieser Geräte unterstreicht.

Folglich haben wir in dieser Studie die akuten Effekte von 2 HTP (IQOSTM und GLOTM) auf die arterielle Steifigkeit und die Funktion der kleinen Atemwege untersucht und sie in einem Head-to-Head-Design mit brennenden Zigaretten, nikotinfreien E-Zigaretten und einer Scheinrauchergruppe verglichen.

Studienkohorte und Studiendesign

An dieser 5-armigen, an einem einzigen Zentrum durchgeführten Crossover-Studie nahmen 17 gesunde Gelegenheitsraucher teil. Teilnehmer waren Studenten der Universität Lübeck. Vor dem Einschluss wurden die Teilnehmer auf Ausschlusskriterien überprüft: (i) Nichtraucher, (ii) Adipositas, (iii) Schwangerschaft, (iv) psychische Erkrankungen, (v) kardiovaskuläre Erkrankungen, (vi) Lungenerkrankungen, (vii) Alter < 18 Jahre und (viii) Auffälligkeiten bei der körperlichen Untersuchung. In Übereinstimmung mit den Richtlinien zur Messung der arteriellen Steifigkeit [25] wurden die Teilnehmer angewiesen, 48 Stunden vor jeder Messung weder Alkohol noch Nikotinprodukte zu konsumieren. Die Testtage wurden im Abstand von mindestens 48 Stunden festgelegt, um eine Auswaschphase zu gewährleisten. Nach einer Bedenkzeit von mindestens 24 Stunden wurde sowohl vom Teilnehmer als auch vom Prüfer eine Einverständniserklärung unterschrieben. Die lokale Ethikkommission hat die Studie in das Deutsche Register Klinischer Studien (DRKS) aufgenommen (DRKS00020446).

Die 5 Studienarme bestehen aus (a) einer brennbaren Zigarette (Cig) (Marlboro Gold 0,5 mg/Zigarette), (b) einer nikotinfreien E-Zigarette (E-Cig (–)) (DIPSE-eGo-Zigarette; 0 mg/ml, Tabakgeschmack), (c) dem HTP «IQOS», (d) dem HTP «GLO» und (e) Scheinrauchen, d.h. Dampfen mit einer E-Zigarette ohne Liquid (DIPSE-eGo-Zigarette; 0 mg/ml). Nikotinfreie E-Zigaretten wurden in früheren Studien als Kontrollgruppe verwendet [24]. Da sie immer noch verschiedene inhalierbare Substanzen enthalten, die die Lungenfunktion und die arterielle Steifigkeit beeinflussen können, haben wir auch eine Gruppe von Scheinrauchern einbezogen, bei denen eine leere E-Zigarette verwendet wurde, um das Rauchen zu imitieren, aber nichts inhaliert wurde. Abbildung 1 zeigt das Flussdiagramm der Studie.

Abb. 1.

Flussdiagramm und Studiendesign für jeden Teilnehmer. Die Randomisierung erfolgte an Tag 1 und legte die Reihenfolge der Testgeräte fest. Jedes Gerät wurde einmal getestet.

Abb. 1.

Flussdiagramm und Studiendesign für jeden Teilnehmer. Die Randomisierung erfolgte an Tag 1 und legte die Reihenfolge der Testgeräte fest. Jedes Gerät wurde einmal getestet.

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Die Reihenfolge der Testgeräte wurde per Los gezogen. Jedes Gerät wurde von jeder Testperson nur einmal verwendet. Um in die Analyse aufgenommen zu werden, mussten alle 4 Geräte bewertet worden sein (Cig, E-Cig (–), IQOS, GLO). Scheinrauchen wurde bei 7 der 17 Teilnehmer getestet und ebenfalls in die Randomisierung einbezogen. Die Messungen wurden zur gleichen Tageszeit durchgeführt, um systematische Fehler aufgrund des zirkadianen Rhythmus auszuschließen. Um standardisierte Bedingungen zu gewährleisten, wurden die Teilnehmer für jedes Gerät in ein Rauchmuster eingewiesen. HTP (IQOSTM und GLOTM) sollten wie in der Gebrauchsanweisung empfohlen konsumiert werden [26, 27]. Zigaretten sollten vollständig geraucht werden. E-Zigaretten ohne Nikotin und leere E-Zigaretten zum Scheinrauchen sollten 10-mal für 3–5 Sekunden mit einer Pause von 30 Sekunden dazwischen geraucht werden [28].

Die kardiovaskulären Ausgangsmessungen wurden mit dem Mobil-O-GraphTM (I.E.M., Stolberg, Deutschland) in 5-Minuten-Intervallen durchgeführt, beginnend 30 Minuten vor der Intervention und endend 60 Minuten nach der Intervention. Der TremoFlo® c-100 (THORASYS Thoracic Medical Systems Inc.) wurde für Lungenmessungen 2-mal vor der Intervention und 5, 10, 15, 30 und 60 Minuten nach der Intervention verwendet.

Messung von Widerstand und Reaktanz in den zentralen und kleinen Atemwegen

Die Lungenfunktionsanalyse wurde mit dem TremoFlo® c-100 (THORASYS Thoracic Medical Systems Inc., Montreal, QC, Kanada) durchgeführt. Airwave Oscillometry (AOS) wurde mit Oszillationsfrequenzen zwischen 5 und 37 Hz eingesetzt. Da diese Frequenz höher als die Tidalatmungsfrequenz ist, wird der Atmungswellenform eine Hochfrequenzwelle überlagert, die es dem Gerät ermöglicht, den Widerstand (R) und die Reaktanz (X) zu berechnen [29].

Damit die oszillierenden Wellen direkt in die Luftröhre gelangen konnten, musste der Teilnehmer in aufrechter Sitzposition mit leicht überstrecktem Kopf sitzen. Außerdem musste er eine Nasenklammer tragen, um den Nasengang abzudichten, wobei die Hände die Wangen auf beiden Seiten stützten und die Lippen das Mundstück umschlossen. Es wurden 3 aufeinanderfolgende 20-Sekunden-Messungen während der Tidalatmung durchgeführt. Für die Analyse wurde der Mittelwert verwendet. Der Wert vor der Intervention, der sogenannte Ausgangswert, wurde als Referenz verwendet. Aus Gründen der Qualitätskontrolle sollte der Variationskoeffizient (coefficient of variation, CV) kleiner als 15% sein [29].

Der Widerstand ist definiert als die Energie, die erforderlich ist, um die Druckwelle durch die Atemwege zu bewegen [30]. Er wird bei 5 und 19 Hz bestimmt und repräsentiert die gesamte (R5) und die zentrale (R19) Atemwegsobstruktion. R5 – R19 ist die berechnete Differenz zwischen dem gesamten Atemwegswiderstand (R5) und dem zentralen Atemwegswiderstand (R19) und stellt die periphere Atemwegsobstruktion dar. Reaktanz ist ein komplexer Begriff, der die Energie darstellt, die durch die Strömungsdynamik in den Atemwegen bestimmt und durch die Elastizität des Gewebes und die interstitiellen Kräfte beeinflusst wird [30]. AX wird als Reaktanzfläche definiert. Erhöhte Werte korrelieren mit einer distalen Obstruktion [30]. Das Tidalvolumen (VT) ist das während der physiologischen Ein- und Ausatmung ausgeatmete Luftvolumen [31].

Messung des peripheren und zentralen Blutdrucks und der arteriellen Steifigkeit

In dieser Studie wurde der Mobil-O-GraphTM (Softwareversion HMS CS 4.2, I.E.M. GmbH, Stolberg, Deutschland) zur Messung hämodynamischer Parameter verwendet. Dieses Gerät führt eine Pulswellenanalyse mit oszillometrischer Messtechnik durch. Der periphere Blutdruck und die Herzfrequenz wurden mit einer herkömmlichen Manschette gemessen. Anschließend wurden die Wellenformen der Arteria brachialis bei diastolischem Blutdruck aufgezeichnet. Der ARCSolver-Algorithmus schätzte dann den zentralen systolischen Blutdruck und die zentralen Wellenformen, was die Analyse der Pulswellenform und die Berechnung der arteriellen Steifigkeitsparameter wie Pulsdruck, Augmentationsindex und peripherer Gesamtwiderstand ermöglichte [32, 33].

Die Messungen wurden im Sitzen durchgeführt. Eine Standard-Blutdruckmanschette wurde in Höhe des rechten Vorhofs am Oberarm angelegt. Die Messung vor der Intervention, der sogenannte Ausgangswert, wurde als Referenz verwendet.

Statistische Auswertungen

Für die statistische Auswertung wurde das Statistikprogramm SPSS (SPSS 23 Inc., Chicago, IL, USA) und für die grafische Aufbereitung GraphPad Prism (GraphPad Prism 6.01 für Windows, GraphPad Software, San Diego, CA, USA) verwendet. Als statistische Bezugswerte des Blutdrucks, der Herzfrequenz, der arteriellen Steifigkeitsparameter, des Lungenwiderstands und der Reaktanz wurden die Ausgangsmittelwerte verwendet. Die Messung vor der Intervention wurde als Ausgangswert bezeichnet. Alle oben genannten Verfahren wurden mit Kolmogorov-Smirnov-Tests auf Normalverteilung geprüft. Das Crossover-Design bildete die Grundlage für die Entscheidung, eine 2-seitige Varianzanalyse (ANOVA) mit Messwiederholung zu berechnen, um eine Wechselwirkung zwischen der Art des verwendeten Geräts und der Zeit zu schätzen. Wenn eine Wechselwirkung festgestellt wurde, wurde ein Post-hoc-Test (Bonferroni) durchgeführt. Der t-Test wurde verwendet, um die Unterschiede in den kontinuierlichen Ausgangsmerkmalen zwischen den Gruppen zu bewerten. Um die Unterschiede zwischen den 4 Geräten zu verschiedenen Zeitpunkten getrennt zu analysieren, wurde die ANOVA verwendet. Wo erforderlich, wurde eine multivariate ANOVA (MANOVA) durchgeführt, um das Alter, den mittleren arteriellen Druck (mean arterial pressure, MAP), die Herzfrequenz (heart rate, HR) und das Geschlecht zu berücksichtigen. Alle Daten sind als Mittelwert ± Standardabweichung (SD) angegeben, sofern nicht anders vermerkt. Ein Alpha-Fehler unter 5% wurde als statistisch signifikant angesehen.

Alle Parameter wurden sowohl vor der Intervention als auch bis zu 60 Minuten nach der Intervention gemessen, während sich der Teilnehmer in Ruhe befand. Die hämodynamischen Parameter wurden in 5-Minuten-Intervallen gemessen, beginnend 10 Minuten vor der Intervention. Die Lungenfunktionsparameter wurden 20 und 10 Minuten vor der Intervention sowie 5, 15, 30 und 60 Minuten nach der Intervention gemessen. Die maximale Nikotinkonzentration beim inhalativen Konsum wird nach 5–10 Minuten erreicht und nimmt 20 Minuten nach dem Konsum aufgrund der Verteilung im Gewebe rasch ab [34]. Daher wurde bei der Analyse der hämodynamischen Parameter besonderes Augenmerk auf die ersten 20 Minuten gelegt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden für die Beschreibung der Gruppen die folgenden Abkürzungen verwendet: IQOSTM = IQOS, gloTM = GLO, Zigarette = Cig, E-Zigarette ohne Nikotin = E-Cig (–) und Scheinrauchen = Sham. Die Messung vor der Intervention (-1 Minute für hämodynamische Parameter und -10 Minuten für respiratorische Parameter) wird als Ausgangswert verwendet, mit dem die Messungen nach der Intervention verglichen werden. Im Folgenden wird p < 0,05 (*) als signifikant und p < 0,01 (#) als hochsignifikant angesehen.

Ausgangsmerkmale

In diese Studie wurden 17 gesunde Teilnehmer mit einem Durchschnittsalter von 24,2 ± 1,1 Jahren eingeschlossen. Die Teilnehmer waren gesund und normalgewichtig. Die Teilnehmer waren Gelegenheitsraucher. Im Durchschnitt rauchten sie 1,12 ± 0,8 Zigaretten pro Tag, aber alle Teilnehmer erreichten 0 Punkte im Fagerström-Test für Nikotinabhängigkeit. Die geschlechtsspezifischen Ausgangsmerkmale sind in Tabelle 1 dargestellt. Alle 17 Teilnehmer testeten alle Geräte (Cig, E-Cig (–), IQOS, GLO) und 7 Teilnehmer testeten Sham.

Tab. 1.

Ausgangsmerkmale für alle Teilnehmer

 Ausgangsmerkmale für alle Teilnehmer
 Ausgangsmerkmale für alle Teilnehmer

Atmungsparameter

In allen Gruppen mit Ausnahme der Scheinraucher wurde eine erhöhte zentrale und periphere Obstruktion sowie eine erhöhte Reaktanz festgestellt. Die zentrale Obstruktion (Abb 2) war 5 Minuten nach der Intervention bei allen Geräten signifikant erhöht (Cig, E-Cig (–), IQOS und GLO). Der maximale Anstieg wurde in den Cig-, IQOS- und GLO-Gruppen nach 5 Minuten, in der Scheinrauchergruppe nach 15 Minuten und in der E-Cig (–)-Gruppe nach 60 Minuten erreicht. Bei IQOS (22%) und GLO (17,7%) war der anfängliche und gesamte Anstieg höher als bei Cig (10,5%), E-Cig (–) (8,3%/11,7%) und Scheinrauchen (5,6%/6%). Der signifikante Anstieg hielt bis 60 Minuten nach der Intervention an (Cig und IQOS hochsignifikant, E-Cig (–) und GLO signifikant). In der Scheinrauchergruppe wurden keine signifikanten Veränderungen festgestellt.

Abb. 2.

R5 (zentrale Obstruktion): R5 wird als Marker für eine zentrale Obstruktion als Funktion der Zeit angezeigt. Die Werte sind normal verteilt. Es wurden t-Tests durchgeführt, wobei jeder Wert mit dem Ausgangswert (-10 Minuten) der jeweiligen Gruppe verglichen wurde.

Abb. 2.

R5 (zentrale Obstruktion): R5 wird als Marker für eine zentrale Obstruktion als Funktion der Zeit angezeigt. Die Werte sind normal verteilt. Es wurden t-Tests durchgeführt, wobei jeder Wert mit dem Ausgangswert (-10 Minuten) der jeweiligen Gruppe verglichen wurde.

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Die periphere Obstruktion (Abb 3) war bei Cig, IQOS und GLO nach der Intervention bis 60 Minuten nach der Intervention hochsignifikant erhöht. E-Cig (–) zeigte einen signifikanten Anstieg für 30 Minuten. Der maximale Anstieg wurde nach 5 Minuten bei GLO, Cig und E-Cig (–) und nach 15 Minuten bei IQOS und Sham erreicht. Auch hier war der Anstieg bei den HTP-Produkten (IQOS 124,4%/144%) und GLO 226,6%) höher als bei Cig (93%) und Sham. Mit 136% war der Anstieg bei E-Cig (–) ähnlich hoch wie bei IQOS. 5 und 15 Minuten nach der Intervention unterschieden sich IQOS und GLO signifikant von Sham. GLO unterschied sich auch nach 5 Minuten signifikant von Cig. Das Scheinrauchen zeigte bereits 15 Minuten nach der Intervention eine hochsignifikante Zunahme und blieb bis 60 Minuten nach der Intervention signifikant.

Abb. 3.

R5 – R19 (periphere Obstruktion): R5 – R19 wird als Marker für eine periphere Obstruktion als Funktion der Zeit angezeigt. Die Werte sind normal verteilt. Es wurden t-Tests durchgeführt, wobei jeder Wert mit dem Ausgangswert (-10 Minuten) der jeweiligen Gruppe verglichen wurde.

Abb. 3.

R5 – R19 (periphere Obstruktion): R5 – R19 wird als Marker für eine periphere Obstruktion als Funktion der Zeit angezeigt. Die Werte sind normal verteilt. Es wurden t-Tests durchgeführt, wobei jeder Wert mit dem Ausgangswert (-10 Minuten) der jeweiligen Gruppe verglichen wurde.

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AX (Reaktanzfläche) (Abb 4) war bei allen Geräten hochsignifikant erhöht, bei Sham konnten jedoch keine signifikanten Veränderungen festgestellt werden. Der maximale Anstieg wurde nach 5 Minuten bei GLO, nach 15 Minuten bei E-Cig (–), IQOS und Sham und nach 60 Minuten bei Cig erreicht. Der Anstieg bei Cig und E-Cig (–) war mit 20,4% (Maximum (max.) 24,1%) (Cig) und 21,4% (max. 24,8%) (E-Cig (–)) ähnlich. Bei den HTP-Produkten waren höhere Anstiege von 43,8% (max. 44,5%) (IQOS) und 55,2% (GLO) zu verzeichnen. Der Unterschied war 5 und 15 Minuten nach der Intervention am deutlichsten. Nach 30 Minuten war der Unterschied zwischen IQOS und Sham signifikant. Der Anstieg blieb hochsignifikant für IQOS, GLO und Cig für 30 Minuten und für E-Cig (–) bis zu 60 Minuten nach der Messung.

Abb. 4.

AX (Reaktanzfläche): Die Reaktanzfläche wird als Funktion der Zeit angezeigt. Die Werte sind normal verteilt. Es wurden t-Tests durchgeführt, wobei jeder Wert mit dem Ausgangswert (-10 Minuten) der jeweiligen Gruppe verglichen wurde.

Abb. 4.

AX (Reaktanzfläche): Die Reaktanzfläche wird als Funktion der Zeit angezeigt. Die Werte sind normal verteilt. Es wurden t-Tests durchgeführt, wobei jeder Wert mit dem Ausgangswert (-10 Minuten) der jeweiligen Gruppe verglichen wurde.

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Das Tidalvolumen (Abb 5) war 15 Minuten nach der Intervention bei allen Geräten signifikant erhöht. Der Anstieg blieb für IQOS und GLO über 60 Minuten hochsignifikant und für E-Cig (–) signifikant. Der anfängliche Anstieg war am höchsten bei IQOS (21,1%) und E-Cig (–) (18,2%/22,3% nach 60 Minuten), gefolgt von GLO (15%/15,8% nach 30 Minuten), Cig (11,8%/12,2% nach 15 Minuten) und Sham (5,4%). Bei Sham wurden keine signifikanten Veränderungen beobachtet.

Abb. 5.

Tidalvolumen: Das Tidalvolumen wird als Funktion der Zeit angezeigt. Die Werte sind normal verteilt. Es wurden t-Tests durchgeführt, wobei jeder Wert mit dem Ausgangswert (-10 Minuten) der jeweiligen Gruppe verglichen wurde.

Abb. 5.

Tidalvolumen: Das Tidalvolumen wird als Funktion der Zeit angezeigt. Die Werte sind normal verteilt. Es wurden t-Tests durchgeführt, wobei jeder Wert mit dem Ausgangswert (-10 Minuten) der jeweiligen Gruppe verglichen wurde.

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Herzfrequenz, peripherer und zentraler Blutdruck und Pulsdruck

Sowohl der periphere als auch der zentrale systolische Blutdruck (Abb 6) waren nach dem Konsum von nikotinhaltigen Produkten (Cig, IQOS und GLO) hochsignifikant erhöht. Der Anstieg des peripheren systolischen Blutdrucks blieb bei Cig und GLO über 20 Minuten und bei IQOS über 15 Minuten hochsignifikant (signifikant nach 20 Minuten). Ein Anstieg wurde auch bei E-Cig (–) beobachtet, der bei 5 Minuten hochsignifikant und bei 15 Minuten signifikant war. Beim Scheinrauchen trat ein signifikanter Anstieg erst 20 Minuten nach der Intervention auf. Der zentrale systolische Blutdruck war in allen Gruppen mit Ausnahme des Scheinrauchens für 15 (E-Cig (–)) bzw. 20 Minuten (Cig, IQOS und GLO) hochsignifikant erhöht. Im Vergleich zur Peripherie war der zentrale systolische Blutdruck niedriger (zentral: 103–119 mmHg, peripher: 117–132 mmHg).

Abb. 6.

(A) Peripherer und (B) zentraler systolischer Blutdruck. Der periphere und zentrale systolische Blutdruck werden als Funktion der Zeit angezeigt. Die Werte sind normal verteilt. Es wurden t-Tests durchgeführt, wobei jeder Wert mit dem Ausgangswert (-10 Minuten) der jeweiligen Gruppe verglichen wurde. Es wurde eine 1-seitige ANOVA durchgeführt, um signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zu den verschiedenen Zeitpunkten festzustellen.

Abb. 6.

(A) Peripherer und (B) zentraler systolischer Blutdruck. Der periphere und zentrale systolische Blutdruck werden als Funktion der Zeit angezeigt. Die Werte sind normal verteilt. Es wurden t-Tests durchgeführt, wobei jeder Wert mit dem Ausgangswert (-10 Minuten) der jeweiligen Gruppe verglichen wurde. Es wurde eine 1-seitige ANOVA durchgeführt, um signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zu den verschiedenen Zeitpunkten festzustellen.

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Der zentrale diastolische Blutdruck (Abb 7A) war bei allen nikotinhaltigen Geräten (Cig, IQOS und GLO) unmittelbar nach dem Konsum hochsignifikant erhöht. Der Anstieg blieb für mehr als 20 Minuten hochsignifikant. E-Cig (–) zeigte ebenfalls einen hochsignifikanten anfänglichen Anstieg, der nach 5 Minuten signifikant war. Zu späteren Zeitpunkten wurden keine signifikanten Veränderungen mehr festgestellt. Sham war auch nach 5 und 15 Minuten signifikant erhöht. Unmittelbar vor und bis zu 10 Minuten nach der Intervention unterschieden sich alle Gruppen signifikant voneinander.

Abb. 7.

(A) Zentraler diastolischer Blutdruck. (B) Zentraler Pulsdruck. Der zentrale diastolische Blutdruck und der Pulsdruck werden als Funktion der Zeit angezeigt. Die Werte sind normal verteilt. Es wurden t-Tests durchgeführt, wobei jeder Wert mit dem Ausgangswert (-10 Minuten) der jeweiligen Gruppe verglichen wurde. Es wurde eine 1-seitige ANOVA durchgeführt, um signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zu den verschiedenen Zeitpunkten festzustellen.

Abb. 7.

(A) Zentraler diastolischer Blutdruck. (B) Zentraler Pulsdruck. Der zentrale diastolische Blutdruck und der Pulsdruck werden als Funktion der Zeit angezeigt. Die Werte sind normal verteilt. Es wurden t-Tests durchgeführt, wobei jeder Wert mit dem Ausgangswert (-10 Minuten) der jeweiligen Gruppe verglichen wurde. Es wurde eine 1-seitige ANOVA durchgeführt, um signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zu den verschiedenen Zeitpunkten festzustellen.

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Der zentrale Pulsdruck (Abb. 7B) war unmittelbar nach dem Konsum von nikotinhaltigen Geräten (Cig, IQOS und GLO) für mehr als 20 Minuten hochsignifikant erhöht. (Bei IQOS war der Anstieg nach 10 Minuten signifikant.) Eine signifikante Erhöhung bei E-Cig (–) wurde 5–15 Minuten nach der Intervention gemessen. Sham war direkt nach der Intervention signifikant erhöht und 20 Minuten nach der Intervention erneut signifikant erhöht.

Die Herzfrequenz (Abb 8) war unmittelbar nach der Intervention bei allen Geräten hochsignifikant erhöht. Hochsignifikante Anstiege dauerten 15 Minuten bei Cig, IQOS und GLO. Bei E-Cig (–) war die Herzfrequenz nach 5 Minuten signifikant erhöht, kehrte aber nach 10 Minuten wieder auf den Ausgangswert zurück. Der Anstieg bei IQOS (23,3%) und GLO (23,5%) war ähnlich wie bei Cig (19,6%). Bei E-Cig (–) war der Anstieg weniger deutlich (5,8%). In der Scheinrauchergruppe konnten keine signifikanten Veränderungen festgestellt werden. Unmittelbar nach der Intervention unterschieden sich alle 5 Gruppen signifikant voneinander und blieben bis 30 Minuten nach der Intervention signifikant unterschiedlich.

Abb. 8.

Herzfrequenz: Die Herzfrequenz wird als Funktion der Zeit angezeigt. Die Werte sind normal verteilt. Es wurden t-Tests durchgeführt, wobei jeder Wert mit dem Ausgangswert (-10 Minuten) der jeweiligen Gruppe verglichen wurde. Es wurde eine 1-seitige ANOVA durchgeführt, um signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zu den verschiedenen Zeitpunkten festzustellen.

Abb. 8.

Herzfrequenz: Die Herzfrequenz wird als Funktion der Zeit angezeigt. Die Werte sind normal verteilt. Es wurden t-Tests durchgeführt, wobei jeder Wert mit dem Ausgangswert (-10 Minuten) der jeweiligen Gruppe verglichen wurde. Es wurde eine 1-seitige ANOVA durchgeführt, um signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zu den verschiedenen Zeitpunkten festzustellen.

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Parameter der arteriellen Steifigkeit

Der Augmentationsindex (Abb 9A), angepasst an eine HR von 75 Schlägen pro Minute (bpm), zeigt eine hochsignifikante Zunahme direkt nach der Intervention für alle nikotinhaltigen Geräte (Cig, IQOS, GLO) und ist auch nach dem Konsum von nikotinfreien E-Zigaretten hochsignifikant erhöht. Der Anstieg bleibt hochsignifikant für 20 Minuten bei Cig, GLO und E-Cig (–) und für 15 Minuten bei IQOS. Beim Scheinrauchen wurde keine signifikante Änderung des Augmentationsindex festgestellt. Unmittelbar vor und nach der Intervention sowie 5 und 15 Minuten nach der Intervention unterschieden sich alle Gruppen signifikant voneinander.

Abb. 9.

(A) Augmentationsindex, angepasst an eine Herzfrequenz von 75 bpm, und (B) gesamter peripherer Widerstand. Der Augmentationsindex und der gesamte periphere Widerstand werden als Funktion der Zeit angezeigt. Die Werte sind normal verteilt. Es wurden t-Tests durchgeführt, wobei jeder Wert mit dem Ausgangswert (-10 Minuten) der jeweiligen Gruppe verglichen wurde. Es wurde eine 1-seitige ANOVA durchgeführt, um signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zu den verschiedenen Zeitpunkten festzustellen.

Abb. 9.

(A) Augmentationsindex, angepasst an eine Herzfrequenz von 75 bpm, und (B) gesamter peripherer Widerstand. Der Augmentationsindex und der gesamte periphere Widerstand werden als Funktion der Zeit angezeigt. Die Werte sind normal verteilt. Es wurden t-Tests durchgeführt, wobei jeder Wert mit dem Ausgangswert (-10 Minuten) der jeweiligen Gruppe verglichen wurde. Es wurde eine 1-seitige ANOVA durchgeführt, um signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zu den verschiedenen Zeitpunkten festzustellen.

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Der gesamte periphere Widerstand (Abb 9B) ist nach dem Konsum von nikotinhaltigen Produkten (Cig, IQOS und GLO) für 20 (Cig und IQOS) bzw. 15 Minuten (GLO) hochsignifikant erhöht. Nach dem Konsum von E-Cig (–) ist der gesamte periphere Widerstand nach 5 Minuten ebenfalls hochsignifikant und nach 10 Minuten signifikant erhöht. Ein weiterer hochsignifikanter Anstieg wurde nach 20 Minuten festgestellt. Sham war erst nach 15 Minuten signifikant erhöht.

HTP werden derzeit von den Tabakherstellern als moderne und weniger schädliche Alternative zum Zigarettenrauchen stark beworben [35, 36]. Während kurz nach der Markteinführung viele Studien zu HTP von den produzierenden Tabakunternehmen selbst finanziert wurden [37], wurden in jüngster Zeit mehr unabhängige Studien zu HTP durchgeführt, die sich hinsichtlich ihrer gesundheitlichen Auswirkungen als kritischer erwiesen haben [16, 17, 19]. Wir haben eine Crossover-Studie durchgeführt, um die akuten Effekte auf die Funktion der kleinen Atemwege und die arterielle Steifigkeit nach dem Konsum von HTP, Zigaretten, nikotinfreien E-Zigaretten und Scheinrauchen zu vergleichen. Nach dem Konsum von HTP fanden wir, dass die arterielle Steifigkeit zunahm und die kleinen Atemwege beeinträchtigt waren, ähnlich den Effekten, die nach dem Rauchen von Zigaretten auftraten.

Die Airwave Oscillometry (AOS) der Lunge zeigte bei allen Geräten außer dem Scheinrauchen eine Beeinträchtigung des Widerstandes und der Reaktanz unmittelbar nach dem Konsum. Der Widerstand war bei 5 Hz erhöht, was auf eine zentrale Obstruktion hindeutet, wie auch bei 5 – 19 Hz, was auf eine periphere Obstruktion hindeutet, die wahrscheinlich durch eine akute Bronchokonstriktion verursacht wurde [38]. Eine vergrößerte Reaktanzfläche spiegelt eine verminderte Lungenelastizität wider und ist ein Marker für eine Erkrankung der kleinen Atemwege [38]. Es ist bekannt, dass Tabakrauch sowohl zu akuter Bronchokonstriktion und chronisch-obstruktiver Lungenerkrankung (chronic obstructive pulmonary disease, COPD) als auch zu Lungenemphysem und Lungenfibrose führen kann [39]. Obwohl berichtet wurde, dass HTP-Aerosole Schadstoffe in wesentlich geringeren Konzentrationen enthalten [17], war in unserer Studie der Anstieg des Widerstandes und insbesondere der Reaktanzfläche noch ausgeprägter, wenn auch nicht signifikant, als nach Zigarettenkonsum. Die derzeitige Datenlage zu diesem Thema ist jedoch uneinheitlich, und In-vivo-Studien am Menschen sind noch selten. Einige Studien berichteten über ähnliche Wirkungen von HTP und Zigaretten auf die Lungenfunktion beim Menschen in vitro und in vivo [40, 41]; eine andere Studie zeigte ähnliche Schädigungen des Lungengewebes bei Mäusen [22]. Andere Studien berichteten über eine geringere Toxizität für Bronchialepithelzellen nach Exposition gegenüber HTP im Vergleich zu Zigaretten, aber eine höhere Toxizität als nach Exposition gegenüber E-Zigaretten [42]. Trotz geringerer Toxinkonzentrationen in HTP-Dämpfen fanden die meisten Studien [19], einschließlich unserer eigenen, eine ähnliche Beeinträchtigung der Funktion der kleinen Atemwege nach dem Konsum von HTP und Zigaretten. Diese Ergebnisse geben Anlass zur Besorgnis über langfristige Lungenschäden durch diese Produkte. In unserer Studie zeigten nicht nur die nikotinhaltigen Geräte einen Anstieg von Widerstand und Reaktanz, sondern auch die nikotinfreie E-Zigarette. Es gibt Hinweise, dass Propylenglykol (PG) und pflanzliches Glycerin in E-Zigaretten zu einem Umbau der Lunge und zu einer Beeinträchtigung der Lungenfunktion führen [43, 44]. Kurzfristige Auswirkungen auf die Lungenfunktion wurden nach dem Konsum von nikotinhaltigen E-Zigaretten beschrieben [45]. Andere Studien fanden jedoch keine [46] oder nur geringe Veränderungen der Lungenfunktion nach dem Konsum von E-Zigaretten [47]. Eine Studie, die nikotinfreie E-Zigaretten untersuchte, fand eine kleine, aber signifikante Abnahme des forcierten Exspirationsvolumens in 1 Sekunde (forced expiratory volume in 1 second, FEV1) und des forcierten exspiratorischen Flusses bei 25% des Lungenvolumens (forced expiratory flow at 25% of vital capacity, FEF25) [48]. Unsere Studie deutet darauf hin, dass nikotinfreie E-Zigaretten einen kurzfristigen Effekt auf die kleinen Atemwege haben, der aber möglicherweise geringer ist als nach dem Rauchen von Zigaretten. Da die AOS genauere Ergebnisse bezüglich der Funktion der kleinen Atemwege liefert als die Spirometrie, könnten weitere Studien zu diesem Thema unter Verwendung der AOS zusätzliche Erkenntnisse zu diesem Thema liefern.

Erwartungsgemäß waren die hämodynamischen Parameter nach dem Konsum von nikotinhaltigen Zigaretten, IQOSTM und GLOTM erhöht. Der zentrale und periphere Blutdruck sowie die Herzfrequenz, der Augmentationsindex und der gesamte periphere Widerstand waren bei einer Nikotinhalbwertszeit von 20 Minuten signifikant erhöht. Da bekannt ist, dass Nikotin den Blutdruck und die Herzfrequenz [49, 50] sowie Parameter der arteriellen Steifigkeit [51‒53] erhöht, könnten nikotinbedingte Effekte die Ergebnisse in dieser Hinsicht erklären. In unserer Studie waren die hämodynamischen Parameter nach dem Konsum von HTP und Zigaretten gleichermaßen erhöht. Dies stimmt mit [54] überein, während Yaman et al. [55] und eine frühere Studie unserer Gruppe mit ähnlichem Crossover-Design [23] einen weniger signifikanten Blutdruckanstieg nach dem Konsum von HTP fanden. Bluthochdruck wird mit einer Vielzahl von Erkrankungen wie Herzinfarkt, Schlaganfall, Herzinsuffizienz, Nierenerkrankungen und sogar Demenz in Verbindung gebracht [56]. Eine erhöhte arterielle Steifigkeit gilt als unabhängiger Risikofaktor für die kardiovaskuläre Mortalität [57]. Der Augmentationsindex kann daher als Frühwarnzeichen für eine erhöhte Gefäßsteifigkeit bei jüngeren Menschen dienen [58]. Unsere Studie zeigte ein ähnliches Verhalten des Blutdrucks und der arteriellen Steifigkeit kurz nach dem Konsum von HTP und Zigaretten, was auf ein ähnliches kardiovaskuläres Risikopotenzial beider Produkte hinweist.

Interessanterweise traten erhöhte hämodynamische Parameter auch nach dem Konsum von nikotinfreien E-Zigaretten auf, nicht aber nach Scheinrauchen. Diese Effekte waren kürzer und weniger ausgeprägt als nach dem Konsum von Zigaretten oder HTP, deuten aber auf zusätzliche nikotinunabhängige Veränderungen der Hämodynamik hin. Ähnliche Ergebnisse wurden auch in einer Studie von Antoniewicz et al. berichtet [59], jedoch nicht in der Studie von Gonzalez et al. [60]. Darüber hinaus fanden wir signifikant erhöhte diastolische Blutdruckwerte nicht nur während der Nikotinhalbwertszeit, sondern auch für mindestens 50 Minuten nach dem Konsum von Zigaretten und HTP. Mögliche Erklärungen könnten eine verlängerte Nikotinwirkung oder die Wirkung anderer Inhaltsstoffe sein, die in beiden Produkten enthalten sind. Da ein erhöhter diastolischer Blutdruck als eigenständiger kardiovaskulärer Risikofaktor angesehen wird [61], könnte es interessant sein, die Wiederholbarkeit in zukünftigen Studien zu untersuchen.

Die Übertragbarkeit dieser Studie ist durch die eher kleine Stichprobengröße von 17 Teilnehmern deutlich eingeschränkt. Durch unser Crossover-Design und die randomisierte Testreihenfolge der Geräte konnten wir den Selektionsbias jedoch stark reduzieren. Zusätzlich haben wir als Kontrollgruppe sowohl nikotinfreie E-Zigaretten als auch Scheinrauchen eingesetzt. Da wir Effekte der nikotinfreien E-Zigarette auf respiratorische und hämodynamische Parameter nachweisen konnten, halten wir die Scheinrauchergruppe für die geeignetere Kontrollgruppe und empfehlen sie für zukünftige Studien. Allerdings beeinflussten einzelne Ausreißer unsere Ergebnisse, insbesondere in der Scheinrauchergruppe, die nur aus 7 Teilnehmern bestand. Schließlich war unsere Studie nur darauf ausgelegt, die akuten Auswirkungen von HTP zu untersuchen und liefert keine Beweise für die langfristigen Auswirkungen von HTP.

Bei der Erörterung der Risiken im Zusammenhang mit dem Konsum von HTP ist es auch wichtig, das Spektrum der Anwendungen zu berücksichtigen. Es besteht heute Konsens darüber, dass der Konsum von HTP schädlich ist und zu Abhängigkeit führt [12]. Angesichts der individuellen und gesellschaftlichen Folgen des Zigarettenrauchens kann der Konsum von HTP einer «nikotinnaiven» Bevölkerung eindeutig nicht empfohlen werden. Schadensminderung beim Tabakkonsum umfasst Alternativen zum Zigarettenrauchen, die für Raucher so zufriedenstellend sein müssen, dass sie dauerhaft auf risikoärmere Alternativen umsteigen. Die NRT ist eine wichtige Hilfe bei der Raucherentwöhnung. Sie versorgt die Anwender mit konstanten Nikotindosen, um das Rauchverlangen zu lindern [5]. Diese Produkte haben außer der nikotinbedingten Wirkung keine negativen gesundheitlichen Auswirkungen und ein geringes Abhängigkeitspotenzial, erhöhen aber die langfristigen Aufhörraten nur um 50–60% [13]. Die Handhabung und die Nikotinkinetik von E-Zigaretten und HTP sind ähnlich wie bei Zigaretten. Dies könnte erklären, warum diese Produkte von den Anwendern als zufriedenstellender empfunden werden [62]. E-Zigaretten machen jedoch abhängig, und der Konsum selbst gilt als Gesundheitsrisiko [62‒64]. Die Auswirkungen von HTP scheinen ähnlich zu sein und wurden oben bereits ausführlich diskutiert. Es sind jedoch weitere Nachweise über die kurz- und langfristigen Auswirkungen auf die Gesundheit erforderlich. Eine Empfehlung für HTP als Ersatz für das Zigarettenrauchen sollte nur nach einer kritischen Nutzen-Risiko-Abwägung erfolgen. Unsere Studie deutet jedoch darauf hin, dass die Risiken die Vorteile überwiegen könnten.

Zufriedenstellende Ersatzgeräte könnten ein nützliches Hilfsmittel bei der Raucherentwöhnung sein. Es ist jedoch wichtig, dass diese Geräte so wenig Schaden wie möglich anrichten. Als vielversprechendes Mittel in diesem Bereich wurden HTP angepriesen, die weitaus weniger schädliche Substanzen enthalten sollen als Zigaretten. Bei der Untersuchung der akuten Auswirkungen auf die Funktion der kleinen Atemwege und die arterielle Steifigkeit fanden wir in unserer Studie keine Hinweise auf eine Schadensminderung durch HTP im Vergleich zu Zigaretten und nikotinfreien E-Zigaretten. Die hämodynamischen Parameter waren in vergleichbarer Weise erhöht wie bei Zigaretten. Dies lässt den Schluss zu, dass HTP kurzfristig eine erhöhte arterielle Steifigkeit und akuten kardiovaskulären Stress verursachen, was mit einem erhöhten kardiovaskulären Risiko verbunden ist. Darüber hinaus haben wir bei der Untersuchung der Funktion der kleinen Atemwege sogar einen Anstieg des Widerstands und der Reaktanz für IQOSTM und GLOTM festgestellt, der über die akuten Auswirkungen von Zigaretten und nikotinfreien E-Zigaretten hinausgeht. Zusammenfassend zeigen unsere Ergebnisse, dass der Konsum von HTP mit einer akuten Verschlechterung der arteriellen Steifigkeit und einer erhöhten Steifigkeit der kleinen Atemwege verbunden ist. Ob diese Ergebnisse auch für regelmäßige Raucher gelten, muss noch geklärt werden, da die beobachteten Veränderungen in einem möglicherweise vorgeschädigten Atmungs- und Herz-Kreislauf-System anders ausfallen könnten. Um die gesundheitlichen Auswirkungen dieser Produkte besser zu verstehen, sind weitere unabhängige Studien erforderlich, die die kurz- und langfristigen Auswirkungen untersuchen.

Konzeptualisierung, M.W., D.D. und K.F.F.; Methodologie, I.G., T.M., P.N.A., H.W., F.T., M.W., D.D. und K.F.F.; Software, I.G., T.M. und K.F.F.; Validierung, I.G, T.M., P.N.A. und K.F.F.; formale Analyse, I.G., T.M. und K.F.F.; Recherche, I.G. und T.M.; Ressourcen, M.W., H.W., D.D. und K.F.F.; Datenaufbereitung, I.G., T.M, P.N.A. und K.F.F.; Schreiben – Erstellung des ersten Entwurfs, T.M. und K.F.F.; Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung, I.G., T.M., P.N.A., H.W., F.T., M.W., D.D. und K.F.F.; Visualisierung, I.G, T.M. und K.F.F.; Monitoring, K.F.F.; Projektmanagement, K.F.F.; Mitteleinwerbung, M.W., D.D. und K.F.F. Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und genehmigt.

Diese Forschung wurde nicht extern gefördert. Diese Studie wurde vollständig von der Medizinischen Klinik III des UKSH, Lübeck, Deutschland, finanziert.

Die Studie wurde in Übereinstimmung mit der Lübecker Deklaration durchgeführt und von der Institutionellen Ethikkommission der Universität zu Lübeck genehmigt (20–446, 10. Dezember 2020).

Von allen Studienteilnehmern wurde eine Einwilligungserklärung eingeholt.

Wir danken allen Teilnehmern für ihre Mitwirkung an unserer Studie.

Die Autoren erklären keinen Interessenskonflikt.

Isabel Goebel, Theresa Mohr, Paul N. Axt, Henrik Watz, Frederik Trinkmann, Markus Weckmann, Daniel Drömann, Klaas F. Franzen: Impact of Heated Tobacco Products, E-Cigarettes, and Combustible Cigarettes on Small Airways and Arterial Stiffness. Toxics. 2023 Sep 6;11(9):758 (DOI: 10.3390/toxics11090758). © 2023 Die Autoren. Lizenznehmer MDPI, Basel, Schweiz (Übersetzung; Kapitelnummerierung entfernt, Erklärung zur Datenverfügbarkeit gekürzt), lizensiert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de).

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