Jednorazové E-cigarety a súvisiace zdravotné riziká: Experimentálna štúdia
Zanechajte správu
Jednorazové E-cigarety a súvisiace zdravotné riziká: Experimentálna štúdia
Abstraktné
Prevládalo používanie elektronických systémov na dodávanie nikotínu (ENDS), vrátane jednorazových elektronických cigariet. Existujúce chemické analýzy ENDS sa zamerali skôr na e-kvapaliny ako na aerosóly a nezohľadnili veľkosti častíc a frakcie aerosólovej respiračnej depozície, ktoré sú kľúčovými faktormi pre inhalačné dávky. Táto štúdia skúmala organické chemické a kovové zložky v aerosóle ENDS oddelenom podľa veľkosti a hodnotila uložené dávky a zdravotné riziká týchto látok. Aerosólové chemické analýzy boli vykonané na dvoch populárnych jednorazových produktoch ENDS: Puff Bar (hrozno) a Air Bar (vodný melón). Vytvoril sa aerosól ENDS a dopravil sa do mikrootvorového impaktora Uniform Deposit Impactor na odber vzoriek aerosólu oddelených podľa veľkosti, v ktorých sa analyzovali organické chemikálie a kovy. Boli odhadnuté denné a celoživotné dávky pre každú chemikáliu. Na základe uložených dávok sa vykonalo hodnotenie rizika rakoviny a nerakovinového rizika. Zistili sme, že aerosól e-cigariet obsahuje určité škodlivé organické chemikálie a kovy, o ktorých je dokázané, že spôsobujú dýchacie problémy. Odhadované riziká rakoviny dýchacích ciest zodpovedajúce chrómu z produktov ENDS a niklu z Air Bar (Watermelon Ice) boli podstatne vyššie ako bežne prijateľné riziko. Metóda, zistenia a dôsledky môžu prispieť k existujúcej literatúre o štúdiách toxicity ENDS, ako aj informovať o regulácii tabaku a budúcich rozsiahlych štúdiách.
Kľúčové slová:
Jednorazové elektronické cigarety; aerosólová toxicita; zdravotné riziko; distribúcia veľkosti častíc; respiračné usadzovanie1. Úvod
Používanie elektronických systémov na dodávanie nikotínu (ENDS) vrátane používania elektronických cigariet je rozšírené medzi mládežou a mladými dospelými a stalo sa problémom verejného zdravia. Podľa našej sekundárnej analýzy údajov z prieskumu National Health Interview Survey z roku 2019 bola miera prevalencie akéhokoľvek užívania a súčasného užívania ENDS medzi mladými dospelými 32,4 % a 9,4 %, v uvedenom poradí, po rastúcom trende za posledné desaťročie [1]. Štúdia využívajúca údaje z Národného prieskumu tabaku mládeže z roku 2019 ďalej odhalila, že 27,5 % stredoškolákov uviedlo súčasné používanie elektronických cigariet; z nich 34,2 % uviedlo časté používanie e-cigariet (t. j. 20 a viac dní za posledných 30 dní) [2]. Produkty ENDS sú obzvlášť príťažlivé pre mládež a mladých dospelých vďaka svojim prispôsobiteľným a novým charakteristikám [3,4,5], nižšiemu vnímanému riziku [6,7] a vyššej spoločenskej prijateľnosti ako horľavé cigarety [8].
Produkty ENDS sú rôznorodé a rýchlo sa vyvíjajú z jednorazových produktov podobných cigaretám (prvá generácia) k zásobníkovým systémom (druhá generácia), nádržkovým systémom (tretia generácia) a k zariadeniam na nikotínovú soľ, ako je JUUL (štvrtá generácia). V poslednej dobe popularitu JUUL dohnali jednorazové elektronické cigarety podobné JUUL (ďalej len „jednorazové KONCE“) vďaka svojim možnostiam ochutenia, pútavému dizajnu a baleniu, nízkej cene a pohodliu (tj všetky- v jednom, samostatné, bez plnenia e-liquidu a bez nabíjania batérie) [2,9]. Tabakový priemysel preukázal pozoruhodnú vynaliezavosť pri poskytovaní nových/upravených produktov podľa predpisov [10]. Napríklad, keď bola táto štúdia vykonaná začiatkom roku 2022, jednorazové produkty ENDS nie sú obmedzené federálnym nariadením o príchutiach kvôli úzkej definícii náplne FDA [11]. V skutočnosti 85,8 % súčasných mladých užívateľov nakupuje jednorazové KONCE s ovocnými príchuťami [12].
Štúdie zistili, že produkty ENDS obsahujú aromatické chemikálie, z ktorých niektoré sú spojené s podráždením alebo poškodením dýchacích ciest, ako je δ-dodekalaktón, mentol, benzylalkohol a corylon [13,14,15,16]. Okrem toho ohrievacie prvky (napr. atomizér/cievka) a nádrže zariadení ENDS pozostávajú z kovov, ktoré by sa mohli počas používania uvoľňovať do e-liquidu a aerosólu, pričom chróm a nikel sú hlavnými prispievateľmi k riziku rakoviny [17,18]. Existujúce chemické analýzy vykonané pre produkty ENDS, vrátane jednorazových ENDS, sa však zamerali hlavne na e-kvapaliny, ktoré nemusia nevyhnutne odrážať chemikálie v aerosóle ENDS, ktoré sa skutočne ukladajú v dýchacích cestách používateľov ENDS [15,19]. Hoci existuje niekoľko štúdií, ktoré analyzovali aerosól ENDS [20,21,22] a hodnotili súvisiace zdravotné riziká [18], tieto štúdie nezohľadnili veľkosť častíc aerosólu ENDS a respiračné depozičných zlomkov pri odhadovaní zdravotných rizík. Toto je vážny problém, pretože veľkosť častíc priamo ovplyvňuje umiestnenie dýchania a frakciu ukladania v dýchacích cestách. Aerosól ENDS generovaný vapingom je v skutočnosti zmesou kvapiek kvapaliny s priemerom častíc aerosólu v rozsahu od ultrajemných (menej ako 0,1 µm) po mikrónové veľkosti (až do približne 4 µm). Očakáva sa teda, že inhalovaný aerosól ENDS vstúpi a usadí sa v rôznych oblastiach ľudských dýchacích ciest s rôznymi uloženými dávkami. Dôležité je, že sa očakáva, že väčšina aerosólu ENDS sa usadí v dolných dýchacích cestách, čo pravdepodobne bude mať negatívny vplyv na zdravie z dôvodu obrovskej plochy povrchu dýchacích ciest v alveolárnej oblasti [23]. Uložená dávka je predchádzajúcou internou dávkou pred zvážením respiračného klírensu a rýchlosti absorpcie, a preto môže slúžiť ako kľúčový index hodnotenia zdravotného rizika spojeného s vapovaním. Distribúcia veľkosti aerosólu ENDS a frakcie respiračnej depozície sú kľúčovými faktormi na presný odhad tohto pivotného indexu [23], a preto by sa mali zahrnúť do hodnotenia zdravotného rizika.
Táto štúdia zaplnila medzery vo vedomostiach použitím vylepšeného prístupu na odhad uložených dávok chemikálií v dvoch bežne používaných jednorazových produktoch ENDS as nimi spojených rakovinových a nerakovinových zdravotných rizík. Experimentálny prístup zohľadnil frakcie respiračnej depozície aerosólu závislé od veľkosti a vykonal analýzu chemických zložiek s oddelenými veľkosťami na aerosóle ENDS. Zistenia z našej štúdie by mohli zlepšiť presnosť odhadovania dávok chemikálií ENDS uložených v pľúcach vapera, čo by zase mohlo informovať o predpisoch týkajúcich sa tabaku a budúcich rozsiahlych štúdiách, ktoré hodnotia zdravotné riziká spojené s používaním jednorazových produktov ENDS.
2. Materiály a metódy
2.1. Kolekcia vzoriek aerosólov ENDS oddelených podľa veľkosti
Aerosólové chemické analýzy v tejto štúdii boli vykonané na nasledujúcich dvoch populárnych jednorazových produktoch ENDS: Puff Bar (hrozno) a Air Bar (vodný melónový ľad). Výber týchto dvoch jednorazových produktov ENDS bol založený na prevalencii jednorazových produktov ENDS zo samostatnej štúdie výskumného tímu, ktorá skúmala správanie študentov pri používaní ENDS. Tieto dva jednorazové produkty ENDS boli medzi účastníkmi štúdie najčastejšie používané.
V tejto štúdii boli vzorky aerosólu ENDS oddelené podľa veľkosti odoberané pomocou mikrootvorového impaktora Uniform Deposit Impactor (MOUDI 110-R, MSP Co., Shoreview, MN, USA). MOUDI je schopný odoberať vzorky aerosólu s priemerom častíc v rozmedzí od 0 0,056 do 18 µm vo svojich 11 zberných stupňoch (tj vzorkovanie podľa veľkosti). Prevyšuje bežné aerosólové prístroje s priamym čítaním, ako sú počítadlá častíc a spektrometre, ktoré nedokážu spracovať čerstvo vytvorený aerosól z e-cigariet s extrémne vysokou koncentráciou aerosólu. Každý stupeň MOUDI má rozsah veľkosti zberateľných častíc a na základe tohto rozsahu veľkosti častíc možno vypočítať priemernú frakciu depozície v pľúcach (pozri prílohu A tabuľku A1). Vzorky aerosólov ENDS zozbierané MOUDI v rôznych štádiách sa použili na výpočty distribúcie veľkosti častíc a analýzy chemického zloženia.
Na odber vzoriek aerosólu ENDS na jedno použitie sa na každý stupeň MOUDI umiestnili polytetrafluóretylénové (PTFE) membránové filtre (PALL Co., Port Washington, NY, USA) a MOUDI pracovalo s prietokom vzoriek 30 l/min. Na natiahnutie aerosólu ENDS z dvoch jednorazových produktov ENDS sa použila 100 ml injekčná striekačka a potom sa aerosól ENDS načerpal priamo do MOUDI na odber vzoriek. Tento postup sa opakoval 10-krát (10 vdychov), aby sa nahromadilo dostatočné množstvo aerosólu ENDS na každom stupni MOUDI na následnú analýzu hmotnosti a látky. Po experimente so zberom vzoriek boli PTFE filtre so zozbieranými vzorkami aerosólu ENDS vyložené z MOUDI, individuálne vážené pomocou mikrováh a potom odoslané do laboratórií na organickú chemickú analýzu a analýzu kovov na identifikáciu chemických zložiek v aerosóle ENDS závislých od veľkosti. Odber vzoriek sa uskutočnil trikrát pre každý produkt ENDS, aby sa zabezpečila spoľahlivosť a replikovateľnosť údajov. Distribúcia veľkosti častíc aerosólu ENDS a údaje o chemickej zložke závislé od veľkosti zohrávajú kľúčovú úlohu pri odhade uloženej dávky špecifickej chemikálie ENDS v pľúcach vapera.
2.2. Analýza organických chemikálií a kovov
Organická chemická analýza aerosólu ENDS sa uskutočnila pomocou plynovej chromatografie-hmotnostnej spektrometrie (GC/MS) na detekciu hmotnosti organických chemikálií, ako je nikotín, PG, VG a aromatické látky na filtroch MOUDI na získanie informácií závislých od veľkosti. Konkrétne boli dva jednorazové KONCE rozobrané, aby sa našli knôty nasiaknuté e-liquidom. Hlavné chemické zložky v e-liquide boli najskôr extrahované acetonitrilom a analyzované pomocou GC/MS. Potom sa vzorky aerosólu ENDS na filtroch MOUDI extrahovali rovnakým spôsobom a skoncentrovali sa na analýzu GC/MS. Chemická analýza GC/MS bola vybavená zdrojom iónov elektrónovej ionizácie (GC/EI-MS, Agilent 6890N GC a 5975 inertný XL MSD) a všetky chemikálie boli kvantifikované pomocou autentických alebo náhradných štandardov. Podrobné postupy organickej analýzy sú opísané inde [23]. V organickej chemickej analýze sa výťažnosť cieľových analytov stanovila pridaním známeho množstva chemikálií na prázdne filtre (n=3) a ich extrakciou rovnakými postupmi ako pri odbere vzoriek aerosólu. Analýza kovov sa uskutočnila pomocou hmotnostnej spektrometrie s indukčne viazanou plazmou (ICP/MS) na detekciu hmoty nebezpečných kovov, ako je nikel, chróm a olovo, na rôznych filtroch MOUDI na získanie informácií závislých od veľkosti. Filtre MOUDI boli najskôr spracované na kyslé lúhovanie a digesciu pomocou ultračistej dvojito destilovanej HNO3a HF a potom sa roztoky natrávených vzoriek odparili do počiatočného sucha. Pre analýzu ICP/MS sa použil predtým dobre zavedený protokol s použitím ICP/MS Triple Quad (Model 8800, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA) [24]. Týmto spôsobom je možné získať kovové prvky až na úrovne sub-ppb (ng/g) s presnosťou ± 5 %.
Ťažiskom laboratórnej analýzy v tejto štúdii sú škodlivé organické chemikálie a kovy predtým identifikované v aerosóle ENDS a publikované v literatúre [14,18,25,26,27,28,29]. Preto sa návrh našej organickej chemickej analýzy zameral na nikotín, nosné rozpúšťadlo (napr. glycerol, propylénglykol, formaldehyd, acetaldehyd, akroleín, acetón, metylglyoxal, kyselina benzoová a trietylcitrát), ako aj arómy a iné chemikálie ( napr. etylvanilín, vanilín, škoricový aldehyd, mentol, acetoín, citral, benzylalkohol, benzaldehyd, diacetyl, etylacetát, etylmaltol, triacetín, metylantranilát, metyldihydrojasmonát, melónal, korylon, δ-dodekalaktón, - a -terpineol, 3-hexén{11}}ol). Z rovnakého dôvodu bolo v našej analýze kovov detegovaných viac ako 20 kovov, ale táto štúdia sa zamerala na nikel (Ni), mangán (Mn), zinok (Zn), chróm (Cr) a olovo (Pb).
2.3. Odhad uložených dávok ENDS látok
Na odhad zdravotných rizík spojených s vdýchnutím látok ENDS v pľúcach vaperov bola vypočítaná priemerná denná dávka (ADD) a celoživotná priemerná denná dávka (LADD). ADD a LADD boli vypočítané na základe nasledujúcich konvenčných rovníc:𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇���=�×��×����×��
(1)
𝐿𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸����=�×��×����×��
(2)
kde 𝐶� je koncentrácia expozície (ng/m3), 𝐶𝑅�� je kontaktná sadzba (m3/deň), 𝐶𝑇�� je čas kontaktu, ktorý sa predpokladá na 30 rokov (10 950 dní) pre populáciu špičkových vaperov, 𝐵𝑊�� je telesná hmotnosť (70 kg), 𝐴𝑇�� je priemerný čas , čo sa rovná 𝐶𝑇�� (10 950 dní) a 𝐿𝐸�� je predpokladaná dĺžka života, ktorá je 70 rokov (25 550 dní) podľa predvolených predpokladov expozície USEPA. V prípade vapovania sa pojem 𝐶×𝐶𝑅�×�� rovná dennému príjmu látky ENDS (ng/deň) a denný príjem látky prostredníctvom vapingu by mal pochádzať z celkového počtu šlukov vapingu v jednom deň. Na základe literatúry sa uvádzaný priemerný denný vdych vapera pohybuje okolo 163 vdychov/deň [30]. Preto na základe experimentálneho dizajnu a výsledkov tejto štúdie môžu byť rovnice (1) a (2) upravené pre nastavenie vapingu takto:𝐴𝐷𝐷𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗=0.1𝑀𝑖,𝑗×𝐶𝑅𝑝×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇����=∑�����,�=0.1��,�×���×����×��
(3)
𝐿𝐴𝐷𝐷𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗=0.1𝑀𝑖,𝑗×𝐶𝑅𝑝×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸�����=∑������,�=0.1��,�×���×����×��
(4)
kde 𝑀𝑖,𝑗��,� je hmotnosť špecifickej látky ENDS j (organická chemikália alebo kov) v aerosóle ENDS nachádzajúcom sa na stupni MOUDI I (i {{0}} až 11) z GC /MS a ICP/MS analýzy. Keďže 𝑀𝑖,𝑗��,� vychádza z 10 ťahov, 0,1𝑀𝑖,𝑗��,� sa rovná hmotnosti hmoty ENDS v jednom ťahu. 𝐶𝑅𝑝��� je kontaktná rýchlosť aerosólu ENDS v jednotke vdýchnutia/deň. Na základe literatúry sa 𝐶𝑅𝑝��� stanovilo na 163 vdychov/deň [30]. Na základe toho 𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗����,� odráža priemernú dennú dávku špecifickej látky j obsiahnutej v aerosóle ENDS v rozsahu veľkosti i (štádium MOUDI i); 𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗�����,� je celoživotná priemerná denná dávka špecifickej látky j obsiahnutej v aerosóle ENDS v rozsahu veľkosti i. Súčet v rovniciach (3) a (4) naznačuje, že dávka špecifickej látky ENDS v pľúcach aktívneho vapera sa vypočíta agregovaním dávok zo všetkých 11 jednotlivých štádií MOUDI (∑𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑��� a�, ∑𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑�����,�). Rovnice (3) a (4) môžu byť ďalej modifikované zvážením dôležitého faktora frakcií aerosólovej depozície na odhadnutie dávky uloženej v pľúcach vapera (tj dávka prispieva aerosól ENDS, ktorý sa skutočne ukladá v dýchacích cestách) takto:𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖���′�=∑�����,�×���
(5)
𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖����′�=∑������,�×���
(6)
kde 𝐷𝐹𝑖��� je priemerný podiel respiračnej depozície (od {{0}}.0 do 1,0) pre veľkosť zberateľného aerosólu v štádiu MOUDI i. Ľudský dýchací systém použitý v tejto štúdii pokrýva tracheobronchiálne dýchacie cesty do alveolárnej oblasti a zodpovedajúce publikované údaje o frakciách aerosólových respiračných depozícií boli prijaté na získanie priemerných frakcií depozície (odhadované 𝐷𝐹𝑖��� pozri v prílohe A tabuľke A1) [ 23]. Týmto spôsobom 𝐴𝐷𝐷′𝑗���′� a 𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗����′� aerosól zohľadňujú aerosólové frakcie reálne závislé od veľkosti, ako aj podiely hmoty v konečnom dôsledku. k uloženej dávke.2.4. Odhad rakovinových a nerakovinových rizík
Odhadovaný 𝐴𝐷𝐷′𝑗���′� z rovnice (5) sa potom použil na výpočet rizikového kvocientu (HQ) na posúdenie nerakovinového zdravotného rizika vyvolaného látkou j v jednorazovom ENDS produkte (organická chemikália alebo kov) takto:𝐻𝑄𝑗=𝐴𝐷𝐷′𝑗𝑅𝑓𝐷𝑗 {<1 No adverse health effect is expected>1 Je možný nepriaznivý vplyv na zdravie ���=���′����� {<1 No adverse health effect is expected>1 Je možný nepriaznivý vplyv na zdravie
(7)
kde 𝑅𝑓𝐷𝑗���� je referenčná dávka (RfD) zverejnená pre látku ENDS j. Všimnite si, že v prípade, že pre konkrétnu látku bola k dispozícii iba referenčná koncentrácia (RfC), RfC sa premenila na RfD s použitím primeranej rýchlosti inhalácie 20 m3/deň a predvolenú telesnú hmotnosť 70 kg (tj RfD=RfC × 20/70) [18]. Ďalej sa na látky, ktoré vyvolávajú podobné nerakovinové zdravotné účinky na rovnaký cieľový orgán/systém (napr. dýchací systém), aplikoval index nebezpečnosti (HI). HI je preto súčtom všetkých súvisiacich 𝐻𝑄𝑗��� (𝐻𝐼=∑𝐻𝑄𝑗��=∑���). Keď HQ alebo HI presiahne 1,0, znamená to, že nepriaznivé nerakovinové účinky na zdravie sú potenciálne pre používateľov jednorazových ENDS. rakoviny spojené s používaním jednorazového produktu ENDS nasledovne:𝐶𝑎𝑛𝑐𝑒𝑟 𝑅𝑖𝑠𝑘𝑗=𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗×𝐶𝑆𝐹𝑗 {<10−6 Acceptable cancer risk >10−6 Neprijateľné riziko rakoviny������ �����=����′�×���� {<10−6 Acceptable cancer risk >10−6 Neprijateľné riziko rakoviny
(8)
kde 𝐶𝑆𝐹𝑗���� je publikovaný faktor sklonu k rakovine (tj potencia rakoviny) špecifickej KONCOVEJ látky j (organickej chemikálie alebo kovu). Na posúdenie rizika rakoviny odhadované riziko rakoviny, ktoré presahuje 10−6(jeden z milióna) naznačuje neprijateľné riziko rakoviny pre používateľov jednorazových ENDS. Hodnoty RfD, RfC a CSF v rovniciach (7) a (8) pre hodnotenie rizika rakoviny a nerakovinového rizika boli zostavené z oficiálnych webových stránok US EPA a CalEPA [31,32,33,34].3. Výsledky
3.1. Zistené látky v aerosóle ENDS
Tabuľka 1 a tabuľka 2 znázorňujú (vybrané) organické chemikálie a kovy zistené z aerosólu generovaného z dvoch jednorazových produktov ENDS, Puff Bar (hrozno) a Air Bar (Watermelón Ice). Kvantifikované výsledky sú vyjadrené ako hmotnosť látky detegovanej na filtri (ng), ktorá bola priemerom troch vzoriek filtra v rovnakom štádiu MOUDI. Pokiaľ ide o organické zlúčeniny, na základe našej chemickej analýzy Puff Bar (hroznový) aj Air Bar (vodný melónový ľad) obsahujú nikotín, propylénglykol (PG), glycerol (VG), kyselinu benzoovú, trietylcitrát, etylmaltol a {{2 }}hexén-1-ol. Je známe, že PG a VG sú nosné rozpúšťadlá bežne používané v e-liquidoch produktov ENDS. Okrem toho Puff Bar obsahuje aj metylantranilát, -terpineol a perilartín, zatiaľ čo Air Bar obsahuje aj benzylalkohol, vanilín, melón, metyldihydrojasmonát a -dekalaktón. Organické chemikálie ako vanilín, melón, etylmaltol a benzylalkohol sa pridávajú ako príchute [35]. Na analýzu kovov sme v tabuľke 1 a tabuľke 2 uviedli iba kovy, u ktorých bolo zdokumentované, že sú spojené s nepriaznivými účinkami na zdravie. Medzi kovy zistené na filtroch patrí chróm, nikel, mangán, olovo, hliník a zinok, pričom všetky z nich boli zdokumentované negatívne ovplyvniť dýchací systém (a dokonca aj rakovinu pľúc) a centrálny nervový systém [18]. Tabuľka 1 a tabuľka 2 tiež uvádzajú hmotnostnú distribúciu aerosólu ENDS zozbieraného MOUDI na základe rozsahov veľkosti zberateľných aerosólov. Celkovo bola hmotnosť organických chemikálií normálne rozložená a vrcholila okolo štádia 6 (veľkosť zberateľného aerosólu 1,8 Väčšia alebo rovná d Väčšia alebo rovná 1.0 µm), čo je úmerné distribúcii hmotnosti ( rovná distribúcii veľkosti častíc) aerosólu ENDS. Nepozorovali sme však kovy po takejto distribúcii. S vyššie uvedenými údajmi o zložkách látok závislých od veľkosti možno potom odhadnúť dávku špecifickej látky súvisiacej s ENDS (organická chemikália alebo kov) uloženej v pľúcach vapera, ako aj súvisiace zdravotné riziká.
Tabuľka 1.Látky detekované vo vzorkách aerosólov ENDS oddelených podľa veľkosti generovaných Air Bar (Watermelon Ice).
Tabuľka 2Látky zistené vo vzorkách aerosólu ENDS oddelených podľa veľkosti generovaných Puff Bar (hrozno).
3.2. Odhadované respiračné uložené dávky ENDS látok
Tabuľka 3 a tabuľka 4 znázorňujú odhadované ADD a LADD pre tie organické chemikálie a kovy uvedené v tabuľke 1 a tabuľke 2. Odhadované ADD a LADD boli vypočítané na základe rovníc (1) – (6), berúc do úvahy reálne parametre použitia ENDS zloženie látky závislé od veľkosti aerosólu a konvenčné frakcie aerosólovej respiračnej depozície. ADD a LADD merajú respiračnú deponovanú dávku sledovanej látky ENDS. Ako je uvedené v tabuľke 3 a tabuľke 4, uložené dávky zodpovedajúce nikotínu, propylénglykolu, glycerolu a kyseline benzoovej boli relatívne vyššie ako dávky iných organických chemikálií. Medzi kovmi mali zinok, hliník, nikel a chróm tendenciu mať relatívne vyššie uložené dávky. Vo všeobecnosti Air Bar (Watermelon Ice) viedol k vyšším uloženým dávkam organických chemikálií a kovov v porovnaní s Puff Bar (Hrozno). Najmä aerosól ENDS generovaný z Air Bar (Watermelon Ice) obsahoval vyššie odhadované dávky nikotínu, propylénglykolu, glycerolu, chrómu, niklu, mangánu, olova, hliníka a zinku v porovnaní s aerosólom z Puff Bar (Hrozno).
Tabuľka 3.Odhadované dávky v pľúcach a rakovinové a nerakovinové riziká aerosólu ENDS generovaného Air Bar-Watermelon Ice.
Tabuľka 4.Odhadované dávky v pľúcach a rakovinové a nerakovinové riziká aerosólu ENDS generovaného Puff Bar-Grape.
3.3. Odhadované rakovinové a nerakovinové riziká konečných látok
Rakovinové a nerakovinové riziká pre vybrané kovy nachádzajúce sa v aerosóle ENDS boli odhadnuté na základe zodpovedajúcich ADD a LADD a výsledky sú uvedené v tabuľke 3 a tabuľke 4. Tieto tabuľky tiež ukazujú hodnoty CSF, ktoré zverejnili USA EPA a CalEPA a boli použité pri našom odhade rizika rakoviny [32]. Spomedzi kovov nájdených v aerosóle generovanom Air Bar (Watermelon Ice) bolo odhadované riziko rakoviny chrómu a niklu 1.0 × 10−3a 1,5 × 10−6, v uvedenom poradí, ktoré sa považujú za podstatne vyššie ako prijateľné riziko 10−6. Pre kovy v aerosóle generovanom Puff Bar (Hrozno) bolo odhadované riziko rakoviny dýchacích ciest zodpovedajúce chrómu 3,9 × 10−4, čo tiež prevyšuje konvenčne prijateľné riziko. Na odhad nerakovinového rizika (merané HQ) sa použili RfD (alebo RfC) zodpovedajúce tým kovom publikovaným US EPA a CalEPA (uvedené v tabuľke 3 a tabuľke 4) [31,33,34]. Výsledky hodnotenia nerakovinového rizika ukazujú, že hodnoty HQ pre všetky kovy v tabuľke 3 a tabuľke 4 boli všetky nižšie ako 1.{{10}}, čo naznačuje, že žiadny z kovov samotný by nebol vyvolať významný vplyv na dýchací systém alebo CNS. Pri sčítaní nerakovinových zdravotných rizík zodpovedajúcich rovnakému cieľovému orgánu sa však zistilo, že chróm a nikel v aerosóle generovanom Air Bar (Watermelon Ice) predstavujú respiračné riziko HI=1.14, čo je nad prijateľnou úrovňou 1,0, čo naznačuje potenciálne riziko nežiaducich účinkov na dýchanie (bez rakoviny) u ľudí, ktorí pravidelne používajú Air Bar (vodný melónový ľad). Podobné nepriaznivé účinky sa však nezistili v aerosóle generovanom Puff Bar (hrozno).
4. Diskusia
Výsledky získané z tejto experimentálnej štúdie vyplnili medzery v literatúre tým, že poskytli presnejší odhad respiračnej deponovanej dávky a súvisiacich rakovinových a nerakovinových zdravotných rizík súvisiacich s jednorazovým použitím ENDS. Získaním údajov o chemických zložkách oddelených podľa veľkosti z aerosólu ENDS a zvážením frakcie respiračnej depozície závislej od veľkosti aerosólu možno presne posúdiť zdravotné riziká jednorazových výrobkov ENDS. Hlavnou silnou stránkou tohto prístupu je, že berie do úvahy množstvo ENDS látok, ktoré sa skutočne ukladajú v ľudských dýchacích cestách.
Naše zistenia chemickej analýzy potvrdili, že aerosól e-cigariet obsahuje škodlivé organické chemikálie a kovy (napr. benzylalkohol, dekalaktón, chróm, nikel), o ktorých je dokázané, že spôsobujú dýchacie problémy a dokonca rakovinu pľúc. Zistili sme tiež, že mangán a olovo sa objavili v aerosóle ENDS, ktorý má známe negatívne účinky na ľudský CNS. Spomedzi detekovaných kovov sme zistili, že odhadované riziká rakoviny dýchacích ciest zodpovedajúce chrómu z oboch jednorazových produktov ENDS boli podstatne vyššie ako prijateľné riziko. Riziko rakoviny dýchacích ciest zodpovedajúce niklu v aerosóle z Air Bar (Watermelon Ice) bolo tiež podstatne vyššie ako prijateľné riziko. Okrem toho ani samotný chróm ani nikel v dvoch jednorazových produktoch END neboli spojené s neprijateľnými nerakovinovými zdravotnými rizikami. Napriek tomu, keď sme zhrnuli ich individuálne nerakovinové riziká s rovnakým cieľovým orgánom, zistili sme, že chróm a nikel v aerosóle ENDS generovanom Air Bar (Watermelon Ice) majú aditívny účinok na dýchací systém. Tieto výsledky odzrkadľujú narastajúce dôkazy podporujúce názor, že karcinogénne a škodlivé chemikálie sú skutočne problémom pre pravidelných užívateľov ENDS [18,25,35]. Predovšetkým naše odhadované riziko rakoviny a nerakovinových rizík bolo vo všeobecnosti nižšie ako v štúdii Fowlesa a kol. [18], pravdepodobne kvôli rôznym typom ENDS a metódam na získanie koncentrácií kovov. Naše odhady budú pravdepodobne presnejšie, pretože boli založené na odhadovaných dávkach chemikálií uložených v ľudských dýchacích cestách, ako aj na zložení látok ENDS experimentálne analyzovaných a nájdených v aerosóle ENDS.
Jedinečným prínosom tejto štúdie je, že odhad uložených dávok a súvisiacich zdravotných rizík bol zohľadnený vo veľkosti častíc aerosólu. Metóda použitá v tejto štúdii by sa mohla ďalej použiť na skúmanie aerosólovej toxicity pre iné produkty ENDS. Konkrétne údaje o zložkách v závislosti od veľkosti získané z našej chemickej analýzy poskytli užitočné informácie na správne odhadnutie dávky špecifických chemikálií ENDS v oblasti ľudských dýchacích ciest. Na základe údajov získaných zo zberu vzoriek segregovaných podľa veľkosti MOUDI sme zistili, že distribúcie veľkosti častíc takmer všetkých organických chemikálií sú úmerné distribúcii hmotnosti aerosólu ENDS. Organické chemikálie obsiahnuté v aerosóle ENDS boli normálne distribuované a vo všeobecnosti vrcholili okolo štádia MOUDI 6 (veľkosť zberateľného aerosólu: od 1.0 do 1,8 µm). Vzhľadom na informácie o respiračnom usadzovaní aerosólu závislom od veľkosti (uvedené v prílohe A tabuľke A1) to znamená, že 16 % najhojnejšieho inhalovaného aerosólu ENDS (1.0–1,8 µm) by sa usadilo v pľúcach vapera tracheobronchiálnych dýchacích ciest a alveolárnej oblasti.
Okrem vylepšenej experimentálnej metódy má táto štúdia dôležité politické dôsledky. Táto štúdia zistila, že škodlivé a potenciálne škodlivé organické zlúčeniny a kovy boli zistené v aerosóle z dvoch jednorazových ENDS, pričom niekoľko kovov prináša príliš prijateľné riziko rakoviny a/alebo nerakovinové riziká. Tieto výsledky zdôrazňujú dôležitosť regulácie takýchto škodlivých a potenciálne škodlivých chemikálií. Okrem overenia zistení predchádzajúcich štúdií, že vykurovacie telesá a dochucovadlá v e-liquidoch produktov ENDS sú zdrojmi niektorých škodlivých chemikálií [18,25], naša štúdia ďalej vyvinula metodiku na presnejšie odhadnutie dávok látok súvisiacich s ENDS ktoré by mohli lepšie informovať o regulácii tabakových výrobkov poskytnutím presnejšieho odhadu úrovní toxických látok. Okrem toho, keďže FDA zakázal ochutené produkty ENDS okrem jednorazových ENDS kvôli úzkej definícii náplne e-cigariet [11], zistenia z našej štúdie, ktorá sa zamerala špecificky na jednorazové ENDS, poskytli FDA ďalší vedecký základ, ktorý by mal zvážiť rozšírenie zákazu aróm na jednorazové produkty ENDS. Okrem toho, keďže spoločnosti ENDS bežne inzerujú, že ENDS obsahujú nikotín, ochucovadlá a roztoky nosičov (napr. propylénglykol), ale bagatelizujú existenciu škodlivých látok v aerosóle ENDS [36], sú nevyhnutné prísnejšie požiadavky na označovanie produktov a účinné protikomunikačné kampane. .
Táto štúdia má obmedzenia, ktoré je potrebné uznať. Po prvé, hoci sme skúmali aerosól z dvoch bežne používaných jednorazových ENDS, nepredstavovali všetky produkty ENDS, ktoré sa líšia podľa príchutí, modelov a značiek. Rôzne vlastnosti produktu môžu byť spojené s rôznymi zdravotnými rizikami. Napríklad jedna štúdia, ktorá skúmala benzaldehyd v aerosóloch generovaných ENDS, zistila, že najvyššie hladiny benzaldehydu boli zistené v produktoch ENDS s príchuťou čerešne [37]. Budúce štúdie sú potrebné na systematické skúmanie aerosólovej toxicity spojenej s charakteristikami produktu (napr. príchuť, model, napájacie napätie) s cieľom informovať o ďalších regulačných opatreniach týkajúcich sa tabaku. Po druhé, naše hodnotenie rakovinových a nerakovinových zdravotných rizík spojených s organickými zlúčeninami a kovmi z aerosólu ENDS bolo založené na zdokumentovanej rakovinovej potencii (CSP) a RfD (alebo RfC) informáciách poskytnutých EPA a CalEPA. Takéto informácie však neboli stanovené pre väčšinu organických chemikálií zistených v tejto štúdii. Hoci teda denné dávky ako ADD a LADD možno odhadnúť pre všetky organické chemikálie nachádzajúce sa v aerosóle ENDS, súvisiace hodnotenia zdravotných rizík možno vykonať len pre niektoré chemikálie. Budúce štúdie sú potrebné na ďalšie skúmanie zdravotných rizík spojených s inými chemikáliami, keď budú dostupné informácie o ich toxicite (tj CSP, RfD a RfC). Nakoniec, použitie injekčnej striekačky na nasávanie aerosólu z produktov ENDS na vytvorenie aerosólu ENDS nemusí predstavovať skutočnú situáciu vapingu. Táto metóda je však jednoduchý a užitočný spôsob, ako efektívne vytvárať aerosól z produktov ENDS. Pre budúce štúdie je možné získať komerčne dostupné prístroje na vyfukovanie e-cigariet, ako je CSM-eSTEP (CH Technology USA, Inc., Northeastern, New Jersey), aby sa vytvoril reprezentatívnejší a spoľahlivejší aerosól ENDS pre súvisiace experimenty.
5. Závery
Táto štúdia poskytuje cenné experimentálne výsledky o respiračnej deponovanej dávke spojenej s použitím jednorazového ENDS produktu s prihliadnutím na zložky látky ENDS závislé od veľkosti aerosólu a frakcie aerosólovej respiračnej depozície, ktoré poskytli presnejšie odhady rizika rakoviny a nerakovinového rizika. Metóda a zistenia zo štúdie môžu prispieť k existujúcej literatúre o toxicite aerosólov ENDS a môžu poskytnúť informácie o budúcich rozsiahlych štúdiách, ktoré skúmajú zdravotné riziká spojené s ENDS. Zistenia môžu tiež poskytnúť informácie o regulácii tabaku, ako je rozšírenie federálneho zákazu príchutí na jednorazové produkty ENDS, implementácia prísnejších požiadaviek na označovanie produktov a rozvoj účinných komunikačných kampaní na boj proti vplyvu týchto nových produktov ENDS na verejné zdravie.
Autorské príspevky
W.-CS, H.-CL a AB navrhli a konceptualizovali štúdiu. H.-CL a AB vykonali rešerše v literatúre a poskytli zhrnutia predchádzajúcich výskumných štúdií. W.-CS vykonala laboratórne práce. H.-CL vykonala posúdenie zdravotného rizika. H.-CL a W.-CS interpretovali zistenia. H.-CL a W.-CS vypracovali rukopis. AB kriticky revidoval rukopis. Všetci autori si prečítali publikovanú verziu rukopisu a súhlasili s ňou.
Financovanie
Túto štúdiu podporili R21ES031795 z Národného inštitútu environmentálnych zdravotných vied (NIEHS) pre W.-CS, R01DA049154 z Národného inštitútu pre zneužívanie drog (NIDA) pre AB a H.-CL a podporu od Southwest Center for Occupational and Environmental Health (SWCOEH), Centrum pre kontrolu a prevenciu chorôb (CDC) Národný inštitút pre bezpečnosť a ochranu zdravia pri práci (NIOSH) Vzdelávacie a výskumné centrum (T42OH008421) na University of Texas Health Science Center v Houstone (UTHealth) School of Public Zdravie.
