Țigările electronice de unică folosință și riscurile asociate pentru sănătate: un studiu experimental
Lăsaţi un mesaj
Țigările electronice de unică folosință și riscurile asociate pentru sănătate: un studiu experimental
Abstract
Utilizarea sistemelor electronice de livrare a nicotinei (ENDS), inclusiv a țigărilor electronice de unică folosință, a fost răspândită. Analizele chimice existente ale ENDS s-au concentrat mai degrabă pe e-lichide decât pe aerosoli și nu au luat în considerare dimensiunile particulelor și fracțiile de depunere respiratorie de aerosoli, care sunt factori cheie pentru dozele de inhalare. Acest studiu a investigat substanțele chimice organice și constituenții metalici din aerosolul ENDS cu dimensiuni separate și a evaluat dozele depuse și riscurile pentru sănătate ale acestor substanțe. Analizele chimice cu aerosoli au fost efectuate pe două produse populare ENDS de unică folosință: Puff Bar (struguri) și Air Bar (Watermelon Ice). Un aerosol ENDS a fost generat și livrat într-un impactor de depozit uniform cu microorificii pentru a colecta probe de aerosoli separate în mărime, în care au fost analizate substanțe chimice organice și metale. Au fost estimate dozele zilnice și pe durata vieții pentru fiecare substanță chimică. Evaluările riscului de cancer și non-cancer au fost efectuate pe baza dozelor depuse. Am descoperit că aerosolul de țigară electronică conține anumite substanțe chimice organice nocive și metale documentate pentru a duce la probleme respiratorii. Riscurile estimate de cancer respirator corespunzătoare cromului din ambele produse ENDS și nichelului din Air Bar (gheață cu pepene verde) au fost substanțial peste riscul acceptabil convențional. Metoda, constatările și implicațiile pot contribui la literatura existentă a studiilor de toxicitate ENDS, precum și la informarea reglementării tutunului și a viitoarelor studii la scară largă.
Cuvinte cheie:
țigări electronice de unică folosință; toxicitatea aerosolului; risc pentru sănătate; distribuția mărimii particulelor; depuneri respiratorii1. Introducere
Utilizarea sistemelor electronice de livrare a nicotinei (ENDS), inclusiv utilizarea țigărilor electronice, este răspândită în rândul tinerilor și adulților tineri și a devenit o problemă de sănătate publică. Conform analizei noastre secundare a datelor Sondajului național de sănătate din 2019, ratele de prevalență a utilizării vreodată și a utilizării curente a ENDS în rândul adulților tineri au fost de 32,4% și, respectiv, 9,4%, urmând o tendință de creștere în ultimul deceniu [1]. Mai mult, un studiu care folosește datele din Sondajul Național de Tutun al Tinerilor din 2019 a arătat că 27,5% dintre elevii de liceu au raportat că folosesc actual țigări electronice; dintre aceștia, 34,2% au raportat utilizarea frecventă a țigărilor electronice (adică utilizate în 20 sau mai multe zile în ultimele 30 de zile) [2]. Produsele ENDS sunt deosebit de atrăgătoare pentru tineri și adulți tineri datorită caracteristicilor personalizabile și noi [3,4,5], risc perceput mai scăzut [6,7] și acceptabilitate socială mai mare decât țigările combustibile [8].
Produsele ENDS sunt diverse și au evoluat rapid de la produse de unică folosință asemănătoare țigărilor (prima generație) la sisteme cu cartușe (a doua generație), la sisteme cu rezervoare (a treia generație) și la dispozitive cu sare de nicotină, cum ar fi JUUL (a patra generație). Recent, popularitatea JUUL a fost capturată de dispozitivele de țigară electronică de unică folosință asemănătoare JUUL (denumite în continuare „CAPEȚE de unică folosință”) datorită opțiunilor lor de aromatizare, designului și ambalajului atrăgătoare, prețului scăzut și comoditate (adică, toate într-unul, autonom, fără umplere de e-lichid și fără încărcare a bateriei) [2,9]. Industria tutunului a dat dovadă de o ingeniozitate remarcabilă în furnizarea de produse noi/modificate în conformitate cu reglementările [10]. De exemplu, de când a fost realizat acest studiu la începutul anului 2022, produsele ENDS de unică folosință nu sunt restricționate de reglementările federale privind aromele din cauza definiției înguste a cartușului oferită de FDA [11]. De fapt, 85,8% dintre utilizatorii tineri actuali cumpără END-uri de unică folosință cu arome de fructe [12].
Studiile au descoperit că produsele ENDS conțin substanțe chimice aromatizante, dintre care unele sunt asociate cu iritații sau vătămări respiratorii, cum ar fi δ-dodecalactona, mentolul, alcoolul benzilic și corylone [13,14,15,16]. În plus, elementele de încălzire (de exemplu, atomizatorul/bobina) și rezervoarele dispozitivelor ENDS constau din metale care ar putea fi eliberate în e-lichid și aerosol în timpul utilizării, cromul și nichelul fiind principalii contributori la riscul de cancer [17,18]. Cu toate acestea, analizele chimice existente efectuate pentru produsele ENDS, inclusiv ENDS de unică folosință, s-au concentrat în principal pe e-lichid care nu reflectă neapărat substanțele chimice din aerosolul ENDS care se depun efectiv în căile respiratorii ale utilizatorilor ENDS [15,19]. Deși există câteva studii care au analizat aerosolul ENDS [20,21,22] și au evaluat riscurile asociate pentru sănătate [18], aceste studii nu au reușit să ia în considerare dimensiunea particulelor aerosolului ENDS și dimensiunea respiratorie legată de mărime. fracții de depunere în timp ce se estimează riscurile pentru sănătate. Aceasta este o problemă serioasă, deoarece dimensiunea particulelor afectează direct locația depunerii respiratorii și fracția de depunere în căile respiratorii. De fapt, aerosolul ENDS generat din vaping este un amestec de picături de lichid cu diametrul particulelor de aerosoli variind de la ultrafin (mai puțin de 0,1 µm) până la dimensiuni de microni (până la aproximativ 4 µm). Astfel, este de așteptat ca aerosolul ENDS inhalat să intre și să se depună în diferite regiuni ale căilor respiratorii umane cu diferite doze depuse. Important, este de așteptat ca cea mai mare parte a aerosolului ENDS să se depună în tractul respirator inferior, având probabil un impact negativ asupra sănătății din cauza suprafeței enorme a căilor respiratorii din regiunea alveolară [23]. Doza depusă este antecedentul dozei interne înainte de luarea în considerare a clearance-ului respirator și a ratei de absorbție și, prin urmare, poate servi ca indice pivot al evaluării riscurilor pentru sănătate asociate vapingului. Distribuția dimensiunii aerosolilor ENDS și fracțiile de depunere respiratorie sunt factorii cheie pentru estimarea cu precizie a acestui indice pivot [23] și, prin urmare, ar trebui să fie incluse în evaluarea riscului pentru sănătate.
Acest studiu a completat golurile de cunoștințe prin utilizarea unei abordări îmbunătățite pentru a estima dozele de substanțe chimice depozitate în două produse ENDS de unică folosință adoptate în mod obișnuit și riscurile asociate de cancer și non-cancer pentru sănătate. Abordarea experimentală a luat în considerare fracțiile de depunere respiratorie a aerosolului dependente de mărime și a efectuat o analiză a constituenților chimici segregați în funcție de mărime pe aerosolul ENDS. Descoperirile studiului nostru ar putea îmbunătăți acuratețea estimării dozelor de substanțe chimice ENDS depuse în plămânii vaperului, care, la rândul lor, ar putea informa reglementările privind tutunul și viitoarele studii la scară largă care evaluează riscurile pentru sănătate asociate cu utilizarea produselor ENDS de unică folosință.
2. Materiale și Metode
2.1. Colectare de probe de aerosoli ENDS separate prin mărime
Analizele chimice cu aerosoli din acest studiu au fost efectuate pe următoarele două produse populare de unică folosință ENDS: Puff Bar (struguri) și Air Bar (gheață pepene verde). Selecția acestor două produse ENDS de unică folosință s-a bazat pe prevalența produselor ENDS de unică folosință dintr-un studiu separat realizat de echipa de cercetare care a examinat comportamentele de utilizare a ENDS ale studenților din facultate. Aceste două produse ENDS de unică folosință au fost cele mai frecvent adoptate printre participanții la studiu.
În acest studiu, probe de aerosoli ENDS separate în funcție de mărime au fost colectate folosind un impactor de depozit uniform cu microorificii (MOUDI 110-R, MSP Co., Shoreview, MN, SUA). MOUDI este capabil să colecteze probe de aerosoli cu diametre ale particulelor cuprinse între 0,056 și 18 µm în cele 11 etape de colectare (adică, eșantionare separată de mărime). Depășește instrumentele obișnuite cu aerosoli cu citire directă, cum ar fi contoarele de particule și spectrometrele, care nu pot gestiona aerosolul de țigară electronică proaspăt generat cu o concentrație de aerosoli extrem de ridicată. Fiecare etapă MOUDI are un interval de dimensiuni ale particulelor colectabile și o fracție medie de depunere pulmonară poate fi calculată pe baza acelui interval de dimensiune a particulelor (a se vedea Anexa A Tabelul A1). Probele de aerosoli ENDS colectate de MOUDI în diferite etape au fost utilizate pentru calculele distribuției dimensiunii particulelor și analizele compoziției chimice.
Pentru a colecta probe de aerosoli ENDS de unică folosință, pe fiecare treaptă MOUDI au fost plasate filtre cu membrană de politetrafluoretilenă (PTFE) (PALL Co., Port Washington, NY, SUA), iar MOUDI a fost operat la debitul de eșantionare de 30 L/min. O seringă de 100 ml a fost folosită pentru a extrage aerosolul ENDS din cele două produse ENDS de unică folosință și apoi pompa aerosolul ENDS direct în MOUDI pentru colectarea probei. Această procedură a fost repetată de 10 ori (10 pufături) pentru a acumula o cantitate suficientă de aerosol ENDS pe fiecare etapă MOUDI pentru analiza ulterioară a greutății și a substanței. După experimentul de colectare a probelor, filtrele PTFE cu mostre de aerosoli ENDS colectate au fost descărcate din MOUDI, ponderate individual cu o microbalanță și apoi trimise la laboratoare pentru analiză chimică organică și analiza metalelor pentru a identifica constituenții chimici dependenți de dimensiune din aerosolul ENDS. Colectarea probelor a fost efectuată de trei ori pentru fiecare produs ENDS pentru a asigura fiabilitatea și replicabilitatea datelor. Distribuția dimensiunii particulelor de aerosoli ENDS și datele constituentelor chimice dependente de dimensiune joacă un rol cheie în estimarea dozei depuse de o anumită substanță chimică ENDS în plămânii vaperului.
2.2. Analiza chimică organică și a metalelor
Analiza chimică organică pentru aerosolul ENDS a fost efectuată utilizând cromatografie gazoasă-spectrometrie de masă (GC/MS) pentru a detecta masa de substanțe chimice organice precum nicotină, PG, VG și agenți de aromă pe filtrele MOUDI pentru obținerea de informații dependente de dimensiune. Mai exact, cele două CAPEȚE de unică folosință au fost dezasamblate pentru a localiza fitilurile de vaporizare îmbibate cu e-lichid. Componentele chimice majore din e-lichid au fost mai întâi extrase cu acetonitril și analizate prin GC/MS. Apoi, probele de aerosoli ENDS pe filtre MOUDI au fost extrase în același mod și concentrate pentru analiza GC/MS. Analiza chimică GC/MS a fost echipată cu o sursă de ionizare de electroni (GC/EI-MS, Agilent 6890N GC și 5975 inert XL MSD), iar substanțele chimice au fost toate cuantificate folosind standarde autentice sau surogat. Procedurile detaliate pentru analiza organică sunt descrise în altă parte [23]. În analiza chimică organică, recuperarea analiților țintă a fost determinată prin introducerea unei cantități cunoscute de substanțe chimice pe filtre martor (n=3) și extragerea acestora cu aceleași proceduri ca și colectarea probelor de aerosoli. Analiza metalelor a fost efectuată utilizând spectrometria de masă cu plasmă cuplată inductiv (ICP/MS) pentru a detecta masa metalelor periculoase precum nichel, crom și plumb pe diferite filtre MOUDI pentru obținerea de informații dependente de dimensiune. Filtrele MOUDI au fost mai întâi procesate pentru leșie acidă și digestie folosind HNO dublu distilat ultra-curat3şi HF, şi apoi soluţiile de probă digerate au fost evaporate până la uscare incipientă. Un protocol bine stabilit anterior a fost urmat pentru analiza ICP/MS folosind ICP/MS Triple Quad (Model 8800, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, SUA) [24]. În acest fel, pot fi obținute elemente metalice până la niveluri sub-ppb (ng/g) cu ±5% din precizie.
Accentul analizei de laborator în acest studiu îl reprezintă substanțele chimice organice nocive și metalele identificate anterior în aerosolul ENDS și publicate în literatură [14,18,25,26,27,28,29]. Prin urmare, designul analizei noastre chimice organice s-a concentrat pe nicotină, solvent purtător (de exemplu, glicerol, propilen glicol, formaldehidă, acetaldehidă, acroleină, acetonă, metilglioxal, acid benzoic și citrat de trietil), precum și arome și alte substanțe chimice ( de exemplu, etilvanilină, vanilină, cinamaldehidă, mentol, acetoină, citral, alcool benzilic, benzaldehidă, diacetil, acetat de etil, maltol de etil, triacetină, antranilat de metil, dihidrojamonat de metil, melonal, corilon, δ-dodecaltonalactonă, și -decalter 3-hexen-1-ol). În același mod, în analiza noastră de metale au fost detectate peste 20 de metale, dar accentul acestui studiu a fost pus pe nichel (Ni), mangan (Mn), zinc (Zn), crom (Cr) și plumb (Pb).
2.3. Estimarea dozelor depuse de substanțe ENDS
Pentru a estima riscurile pentru sănătate asociate cu inhalarea de substanțe ENDS în plămânii vaperilor, au fost calculate doza zilnică medie (ADD) și doza zilnică medie pe viață (LADD). ADD și LADD au fost calculate pe baza următoarelor ecuații convenționale:𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇���=�×��×����×��
(1)
𝐿𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸����=�×��×����×��
(2)
unde 𝐶� este concentrația de expunere (ng/m3), 𝐶𝑅�� este rata de contact (m3/zi), 𝐶𝑇�� este timpul de contact, care se presupune a fi de 30 de ani (10.950 de zile) pentru populația de vapoare de vârf, 𝐵𝑊�� este greutatea corporală (70 kg), 𝐴𝑇�� este timpul mediu , care este egal cu 𝐶𝑇�� (10.950 de zile), iar 𝐿𝐸�� este speranța de viață, care este de 70 de ani (25.550 de zile), conform ipotezelor de expunere implicită USEPA. În cazul vapingului, termenul 𝐶×𝐶𝑅�×�� este egal cu aportul zilnic de substanță ENDS (ng/zi), iar aportul zilnic de substanță prin vaping ar trebui să provină din totalul pufurilor de vaping într-unul. zi. Pe baza literaturii de specialitate, media zilnică raportată a pufurilor unui vaper este de aproximativ 163 de pufături/zi [30]. Prin urmare, pe baza designului experimental și a rezultatelor acestui studiu, ecuațiile (1) și (2) pot fi apoi modificate pentru setarea de vaporizare, după cum urmează:𝐴𝐷𝐷𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗=0.1𝑀𝑖,𝑗×𝐶𝑅𝑝×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇����=∑�����,�=0.1��,�×���×����×��
(3)
𝐿𝐴𝐷𝐷𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗=0.1𝑀𝑖,𝑗×𝐶𝑅𝑝×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸�����=∑������,�=0.1��,�×���×����×��
(4)
unde 𝑀𝑖,𝑗��,� este masa unei substanțe ENDS specifice j (chimice organice sau metal) în aerosolul ENDS găsit în stadiul I MOUDI (i {{0}} la 11) din GC analize /MS și ICP/MS. Deoarece 𝑀𝑖,𝑗��,� se bazează pe 10 pufături, 0,1𝑀𝑖,𝑗��,� este egal cu masa substanței ENDS dintr-o pufătură. 𝐶𝑅𝑝��� este rata de contact cu aerosolii ENDS în unitatea de puf/zi. Pe baza literaturii de specialitate, 𝐶𝑅𝑝��� a fost setat să fie de 163 pufuri/zi [30]. Pe baza acestora, 𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗����,� reflectă doza zilnică medie a unei substanțe specifice j conținută în aerosolul ENDS într-un interval de mărime i (etapa MOUDI i); 𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗�����,� este doza zilnică medie pe viață a unei substanțe specifice j conținută în aerosolul ENDS într-un interval de mărime i. Însumarea din ecuațiile (3) și (4) indică faptul că doza unei anumite substanțe ENDS în plămânii unui vaper activ este calculată prin agregarea dozelor din toate cele 11 etape MOUDI individuale (∑𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑����,� și ∑𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑�����,�) contribuit de aerosolul ENDS care se depune efectiv în căile respiratorii) după cum urmează:𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖���′�=∑�����,�×���
(5)
𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖����′�=∑������,�×���
(6)
unde 𝐷𝐹𝑖��� este fracția medie de depunere respiratorie (de la {{0}}.0 la 1,0) pentru dimensiunea aerosolului colectabil din stadiul i MOUDI. Sistemul respirator uman utilizat în acest studiu acoperă căile respiratorii traheobronșice până în regiunea alveolară, iar datele corespunzătoare publicate ale fracțiilor de depunere respiratorie în aerosoli au fost adoptate pentru obținerea fracțiilor medii de depunere (a se vedea Anexa A Tabelul A1 pentru 𝐷𝐹𝑖���) [ 23]. În acest fel, 𝐴𝐷𝐷′𝑗���′� și 𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗����′� iau în considerare fracțiile de masă realiste dependente de mărime ale substanței din aerosolul ENDS, precum și fracția din aerosolul ENDS inhalat care într-adevăr contribuie la doza depusă.2.4. Estimarea riscurilor de cancer și non-cancer
Estimarea 𝐴𝐷𝐷′𝑗���′� din ecuația (5) a fost apoi utilizată pentru a calcula coeficientul de pericol (HQ) pentru evaluarea riscului de sănătate non-cancer indus de substanța j într-un produs ENDS de unică folosință (chimic organic sau metal) după cum urmează:𝐻𝑄𝑗=𝐴𝐷𝐷′𝑗𝑅𝑓𝐷𝑗 {<1 No adverse health effect is expected>1 Efectul negativ asupra sănătății este potențial ���=���′����� {<1 No adverse health effect is expected>1 Efectul negativ asupra sănătății este potențial
(7)
unde 𝑅𝑓𝐷𝑗���� este doza de referință (RfD) publicată pentru substanța ENDS j. Rețineți că, în cazul în care numai concentrația de referință (RfC) era disponibilă pentru o anumită substanță, RfC a fost convertit în RfD folosind o rată rezonabilă de inhalare de 20 m3/zi și o greutate corporală implicită de 70 kg (adică, RfD=RfC × 20/70) [18]. În plus, indicele de pericol (HI) a fost aplicat substanțelor, care induc efecte similare asupra sănătății non-canceroase asupra aceluiași organ/sistem țintă (de exemplu, sistemul respirator). Prin urmare, HI este însumarea tuturor 𝐻𝑄𝑗��� (𝐻𝐼=∑𝐻𝑄𝑗��=∑���). Când HQ sau HI depășește 1,0, indică faptul că efectele adverse asupra sănătății non-canceroase sunt potențiale pentru utilizatorii de ENDS de unică folosință. cancere asociate cu utilizarea produsului ENDS de unică folosință, după cum urmează:𝐶𝑎𝑛𝑐𝑒𝑟 𝑅𝑖𝑠𝑘𝑗=𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗×𝐶𝑆𝐹𝑗 {<10−6 Acceptable cancer risk >10−6 Risc de cancer inacceptabil������ �����=����′�×���� {<10−6 Acceptable cancer risk >10−6 Risc de cancer inacceptabil
(8)
unde 𝐶𝑆𝐹𝑗���� este factorul de panta cancerului publicat (adică, potența cancerului) al unei anumite substanțe ENDS j (substanță chimică organică sau metal). Pentru evaluarea riscului de cancer, riscul estimat de cancer care depășește 10−6(unul la un milion) indică un risc inacceptabil de cancer pentru utilizatorii de ENDS de unică folosință. Valorile RfD, RfC și CSF din ecuațiile (7) și (8) pentru evaluările riscului de cancer și non-cancer au fost compilate de pe site-urile web oficiale ale US EPA și CalEPA [31,32,33,34].3. Rezultate
3.1. Substanțe detectate în ENDS Aerosol
Tabelul 1 și Tabelul 2 prezintă substanțele chimice organice (selectate) și metalele detectate din aerosolul generat din cele două produse ENDS de unică folosință, Puff Bar (struguri) și, respectiv, Air Bar (Watermelon Ice). Rezultatele cuantificate sunt exprimate ca masa substanței detectate pe filtru (ng), care a fost media probelor de filtru triplicate din aceeași etapă MOUDI. Pentru compușii organici, pe baza analizei noastre chimice, atât Puff Bar (struguri), cât și Air Bar (Watermelon Ice) conțin nicotină, propilenglicol (PG), glicerol (VG), acid benzoic, trietil citrat, etil maltol și {{2 }}hexen-1-ol. Se știe că PG și VG sunt solvenți purtători utilizați în mod obișnuit în e-lichidul produselor ENDS. În plus, Puff Bar conține, de asemenea, antranilat de metil, -terpineol și periartină, în timp ce Air Bar conține și alcool benzilic, vanilină, melonal, dihidrojasmonat de metil și -decalactonă. Substanțele chimice organice, cum ar fi vanilină, melon, etil maltol și alcool benzilic sunt adăugate ca agenți de aromatizare [35]. Pentru analiza metalelor, am enumerat doar metalele care au fost documentate a fi asociate cu efecte adverse asupra sănătății în Tabelul 1 și Tabelul 2. Metalele detectate pe filtre includ crom, nichel, mangan, plumb, aluminiu și zinc, toate acestea fiind documentate. pentru a afecta negativ sistemul respirator (și chiar cancerul pulmonar) și sistemul nervos central [18]. Tabelul 1 și Tabelul 2 prezintă, de asemenea, distribuția de masă a aerosolului ENDS colectat de MOUDI pe baza intervalelor de mărime a aerosolului colectabil. În general, masa substanțelor chimice organice a fost distribuită în mod normal și a atins un vârf în jurul etapei 6 (dimensiunea aerosolului colectabil de 1,8 Mai mare sau egală cu d Mai mare sau egală cu 1,0 µm), care este proporțională cu distribuția masei ( egală cu distribuția mărimii particulelor) a aerosolului ENDS. Cu toate acestea, nu am observat metalele în urma unei astfel de distribuții. Cu datele constitutive ale substanței dependente de dimensiune de mai sus, se poate estima apoi doza unei substanțe specifice legate de ENDS (chimic organic sau metal) depusă în plămânii vaperului, precum și riscurile asociate pentru sănătate.
Tabelul 1.Substanțe detectate în probele de aerosoli ENDS separate în funcție de mărime generate de Air Bar (Watermelon Ice).
Tabelul 2.Substanțe detectate în probele de aerosoli ENDS separate în funcție de mărime generate de Puff Bar (struguri).
3.2. Doze estimate de substanțe ENDS depuse pe cale respiratorie
Tabelul 3 și Tabelul 4 arată ADD și LADD estimate pentru acele substanțe chimice organice și metale enumerate în Tabelul 1 și Tabelul 2. ADD și LADD estimate au fost calculate pe baza ecuațiilor (1)–(6), ținând cont de parametrii realiști de utilizare ENDS , compoziția substanței dependentă de mărimea aerosolului și fracțiunile convenționale de depunere respiratorie de aerosoli. ADD și LADD măsoară doza depusă pe cale respiratorie a substanței ENDS de interes. După cum se arată în Tabelul 3 și Tabelul 4, dozele depuse corespunzătoare nicotină, propilenglicol, glicerol și acid benzoic au fost relativ mai mari decât cele ale altor substanțe chimice organice. Dintre metale, zincul, aluminiul, nichelul și cromul tindeau să aibă doze depuse relativ mai mari. În general, Air Bar (Watermelon Ice) a dus la doze mai mari depuse atât de substanțe chimice organice, cât și de metale, comparativ cu Puff Bar (struguri). În special, aerosolul ENDS generat din Air Bar (Watermelon Ice) conținea doze estimate mai mari de nicotină, propilenglicol, glicerol, crom, nichel, mangan, plumb, aluminiu și zinc, comparativ cu cel de la Puff Bar (struguri).
Tabelul 3.Dozele depuse în plămâni estimate și riscurile de cancer și non-cancer ale aerosolului ENDS generate de Air Bar-Watermelon Ice.
Tabelul 4.Dozele depuse în plămâni estimate și riscurile de cancer și non-cancer ale aerosolului ENDS generate de Puff Bar-Grape.
3.3. Riscurile estimate de cancer și non-cancer ale substanțelor ENDS
Riscurile de cancer și non-cancer pentru metalele selectate găsite în aerosolul ENDS au fost estimate pe baza ADD și LADD corespunzătoare, iar rezultatele sunt prezentate în Tabelul 3 și Tabelul 4. Aceste tabele arată, de asemenea, valorile CSF care au fost publicate de SUA. EPA și CalEPA și au fost aplicate în estimarea noastră a riscului de cancer [32]. Printre metalele găsite în aerosolul generat de Air Bar (Watermelon Ice), riscurile estimate de cancer de crom și nichel au fost 1.0 × 10−3și 1,5 × 10−6, respectiv, care sunt considerate substanțial peste riscul acceptabil de 10−6. Pentru metalele din aerosolul generat de Puff Bar (struguri), riscul estimat de cancer respirator corespunzător cromului a fost de 3,9 × 10.−4, care depășește și riscul acceptabil convențional. Pentru estimarea riscului non-cancer (măsurat de HQ), au fost utilizate RfD (sau RfC) corespunzătoare acelor metale publicate de US EPA și CalEPA (enumerate în Tabelul 3 și Tabelul 4) [31,33,34]. Rezultatele evaluării riscului non-cancer arată că valorile HQ pentru toate metalele din tabelul 3 și din tabelul 4 au fost toate mai mici de 1.{{10}}, indicând că niciunul dintre metale singur nu ar induce un impact semnificativ asupra sistemului respirator sau SNC. Cu toate acestea, la rezumarea riscurilor de sănătate non-cancer corespunzătoare aceluiași organ țintă, s-a constatat că cromul și nichelul din aerosolul generat de Air Bar (Watermelon Ice) prezintă un risc respirator de HI=1.14, care este peste nivelul acceptabil de 1,0, indicând un risc potențial de efecte respiratorii adverse (non-cancer) în rândul persoanelor care folosesc în mod regulat Air Bar (Watermelon Ice). Cu toate acestea, efecte adverse similare nu au fost găsite în aerosolul generat de Puff Bar (struguri).
4. Discuție
Rezultatele obținute în urma acestui studiu experimental au completat lacunele din literatură, oferind o estimare mai precisă a dozei depuse pe cale respiratorie și a riscurilor asociate de cancer și non-cancer pentru sănătate legate de utilizarea ENDS de unică folosință. Obținând date despre constituenții chimici segregați în funcție de mărime din aerosolul ENDS și luând în considerare fracția de depunere respiratorie dependentă de dimensiunea aerosolului, riscurile pentru sănătate ale produselor ENDS de unică folosință pot fi evaluate cu precizie. Un punct forte al acestei abordări este că ia în considerare cantitatea de substanțe ENDS care se depun efectiv în căile respiratorii umane.
Rezultatele analizelor noastre chimice au verificat că aerosolii de țigară electronică conține substanțe chimice organice nocive și metale (de exemplu, alcool benzilic, -decalactonă, crom, nichel) care sunt documentate că cauzează probleme respiratorii și chiar cancer pulmonar. De asemenea, am găsit mangan și plumb să apară în aerosolul ENDS, care are efecte negative cunoscute asupra SNC uman. Printre metalele detectate, am constatat că riscurile estimate de cancer respirator corespunzătoare cromului din ambele produse ENDS de unică folosință au fost substanțial peste riscul acceptabil. Riscul de cancer respirator corespunzător nichelului din aerosolul din Air Bar (Watermelon Ice) a fost, de asemenea, substanțial peste riscul acceptabil. În plus, nici cromul și nici nichelul în monoterapie în cele două produse END de unică folosință nu au fost asociate cu riscuri inacceptabile pentru sănătate, non-canceroase. Cu toate acestea, însumând riscurile individuale non-canceroase cu același organ țintă, am descoperit că cromul și nichelul din aerosolul ENDS generat de Air Bar (Watermelon Ice) au un efect aditiv asupra sistemului respirator. Aceste rezultate au reflectat dovezile tot mai mari care susțin ideea că substanțele chimice cancerigene și dăunătoare sunt într-adevăr preocupări pentru utilizatorii obișnuiți de ENDS [18,25,35]. În special, riscurile noastre estimate de cancer și non-cancer au fost în general mai mici decât cele din studiul lui Fowles și colab. [18], posibil datorită diferitelor tipuri de ENDS și metodelor de obținere a concentrațiilor de metal. Este posibil ca estimările noastre să fie mai precise, deoarece s-au bazat pe dozele estimate de substanțe chimice depuse în căile respiratorii umane, precum și pe compoziția substanțelor ENDS analizate experimental și găsite în aerosolul ENDS.
O contribuție unică a acestui studiu este că estimarea dozelor depuse și a riscurilor asociate pentru sănătate a fost luată în considerare în dimensiunea particulelor aerosolului. Metoda utilizată în acest studiu ar putea fi aplicată în continuare pentru a investiga toxicitatea aerosolilor pentru alte produse ENDS. Mai exact, datele constitutive dependente de dimensiune obținute din analiza noastră chimică au furnizat informații utile pentru a estima corect doza de substanțe chimice specifice ENDS în regiunea căilor respiratorii umane. Pe baza datelor obținute din colectarea de eșantion separată a mărimii MOUDI, am constatat că distribuțiile mărimii particulelor de aproape toate substanțele chimice organice sunt proporționale cu distribuția masei de aerosoli ENDS. Substanțele chimice organice conținute în aerosolul ENDS au fost distribuite în mod normal și au atins în general vârful în jurul etapei 6 MOUDI (dimensiunea aerosolului de colecție: de la 1,0 la 1,8 µm). Având în vedere informațiile despre depunerea respiratorie a aerosolului în funcție de dimensiune (raportată în Anexa A Tabelul A1), acest lucru implică faptul că 16% dintre cei mai abundenți aerosoli ENDS inhalați (1,0-1,8 µm) s-ar depune în plămânii vaperului în căile respiratorii traheobronșice și regiunea alveolară.
Pe lângă metoda experimentală îmbunătățită, acest studiu are implicații importante de politică. Acest studiu a constatat că compuși organici și metale dăunători și potențial dăunători au fost detectați în aerosolul din cele două ENDS de unică folosință, câteva metale producând riscuri de cancer și/sau non-cancer prea acceptabile. Aceste rezultate subliniază importanța reglementării acestor substanțe chimice dăunătoare și potențial dăunătoare. În plus față de verificarea constatărilor studiilor anterioare conform cărora elementele de încălzire și agenții de aromatizare din e-lichidele produselor ENDS sunt surse ale unor substanțe chimice dăunătoare [18,25], studiul nostru a dezvoltat în continuare o metodologie pentru a estima mai precis dozele de substanțe legate de ENDS. care ar putea informa mai bine reglementarea produselor din tutun, oferind o estimare mai precisă a nivelurilor de toxici. În plus, deoarece FDA a interzis produsele ENDS aromate, cu excepția ENDS de unică folosință, din cauza definiției restrânse a FDA a cartuşului de țigară electronică [11], concluziile studiului nostru care s-au concentrat în mod special pe ENDS de unică folosință au oferit o bază științifică suplimentară de luat în considerare FDA. extinderea interdicției de arome la produsele ENDS de unică folosință. În plus, deoarece companiile ENDS fac publicitate în mod obișnuit că ENDS conține nicotină, substanțe chimice aromatizante și soluții purtătoare (de exemplu, propilenglicol), dar subminează existența substanțelor nocive în aerosolul ENDS [36], cerințe mai stricte de etichetare a produselor și campanii de contra-comunicare eficiente sunt imperative. .
Acest studiu are limitări care trebuie recunoscute. În primul rând, deși am investigat aerosolul de la două ENDS de unică folosință adoptate în mod obișnuit, acestea nu reprezentau toate produsele ENDS care variază în funcție de arome, modele și mărci. Diferite caracteristici ale produsului pot fi asociate cu diferite riscuri pentru sănătate. De exemplu, un studiu care a examinat benzaldehida în aerosolii generați de ENDS a constatat că cele mai ridicate niveluri de benzaldehidă au fost detectate în produsele ENDS cu aromă de cireșe [37]. Sunt necesare studii viitoare pentru a investiga în mod sistematic toxicitatea aerosolului cuplată cu caracteristicile produsului (de exemplu, aromă, model, tensiune de alimentare) pentru a informa măsuri suplimentare de reglementare a tutunului. În al doilea rând, evaluarea noastră a riscurilor canceroase și non-canceroase pentru sănătate asociate cu compușii organici și metalele din aerosolul ENDS s-a bazat pe informațiile documentate privind potența cancerului (CSP) și RfD (sau RfC) furnizate de EPA și CalEPA. Cu toate acestea, astfel de informații nu au fost stabilite pentru majoritatea substanțelor chimice organice detectate în acest studiu. Astfel, deși dozele zilnice precum ADD și LADD pot fi estimate pentru toate substanțele chimice organice găsite în aerosolul ENDS, evaluările asociate riscurilor pentru sănătate pot fi finalizate doar pentru unele substanțe chimice. Sunt necesare studii viitoare pentru a investiga în continuare riscurile pentru sănătate asociate cu alte substanțe chimice atunci când informațiile lor de toxicitate (de exemplu, CSP, RfD și RfC) devin disponibile. În cele din urmă, utilizarea unei seringi pentru a extrage aerosoli din produsele ENDS pentru a genera aerosol ENDS ar putea să nu reprezinte situația reală a vapingului. Cu toate acestea, această metodă este o modalitate simplă și utilă de a genera eficient un aerosol din produsele ENDS. Pentru studii viitoare, pot fi achiziționate mașini de umflat de țigări electronice disponibile comercial, cum ar fi CSM-eSTEP (CH Technology USA, Inc., Northeastern, New Jersey) pentru a genera un aerosol ENDS mai reprezentativ și mai fiabil pentru experimentele conexe.
5. Concluzii
Acest studiu oferă rezultate experimentale valoroase privind doza depusă respiratorie asociată cu utilizarea produsului ENDS de unică folosință, luând în considerare constituenții substanței ENDS dependente de dimensiunea aerosolului și fracțiile de depunere respiratorie a aerosolului, care au dat estimări mai precise ale riscului de cancer și non-cancer. Metoda și concluziile studiului pot contribui la literatura existentă privind toxicitatea aerosolului ENDS și pot informa studiile viitoare la scară largă care investighează riscurile pentru sănătate asociate cu ENDS. Descoperirile pot informa, de asemenea, eforturile de reglementare a tutunului, cum ar fi extinderea interdicției federale privind aromele la produsele ENDS de unică folosință, implementarea unor cerințe mai stricte de etichetare a produselor și dezvoltarea campaniilor de comunicare eficiente pentru a combate impactul asupra sănătății publice al acestor produse noi ENDS.
Contribuții ale autorului
W.-CS, H.-CL și AB au conceput și conceptualizat studiul. H.-CL și AB au efectuat căutări în literatură și au furnizat rezumate ale studiilor de cercetare anterioare. W.-CS a condus lucrările de laborator. H.-CL a efectuat evaluarea riscului pentru sănătate. H.-CL și W.-CS au interpretat constatările. H.-CL și W.-CS au redactat manuscrisul. AB a revizuit critic manuscrisul. Toți autorii au citit și au fost de acord cu versiunea publicată a manuscrisului.
Finanțare
Acest studiu a fost susținut de R21ES031795 de la Institutul Național de Științe ale Sănătății Mediului (NIEHS) către W.-CS, R01DA049154 de la Institutul Național pentru Abuzul de Droguri (NIDA) către AB și H.-CL și sprijinul de la Centrul de Sud-Vest pentru Ocupațional și Sănătatea Mediului (SWCOEH), Centrul pentru Controlul și Prevenirea Bolilor (CDC) Institutul Național pentru Securitate și Sănătate Ocupațională (NIOSH) Centrul de Educație și Cercetare (T42OH008421) de la Centrul de Științe a Sănătății de la Universitatea din Texas din Houston (UTHealth) Școala Publică Sănătate.
