Одноразові електронні сигарети та пов’язані з ними ризики для здоров’я: експериментальне дослідження
Залишити повідомлення
Одноразові електронні сигарети та пов’язані з ними ризики для здоров’я: експериментальне дослідження
Анотація
Використання електронних систем доставки нікотину (ENDS), включаючи одноразові електронні сигарети, було поширеним. Існуючі хімічні аналізи ENDS були зосереджені на електронних рідинах, а не на аерозолях, і не враховували розміри частинок і фракції аерозольного осадження при диханні, які є ключовими факторами для інгаляційних доз. У цьому дослідженні досліджувалися органічні хімічні та металеві компоненти в аерозолях ENDS, розділених за розміром, і оцінювалися осідані дози та ризики для здоров’я цих речовин. Аерозольні хімічні аналізи були проведені на двох популярних одноразових продуктах ENDS: Puff Bar (виноград) і Air Bar (кавуновий лід). Аерозоль ENDS був створений і доставлений в Micro-Orifice Uniform Deposit Impactor для збору сегрегованих за розміром зразків аерозолів, в яких аналізувалися органічні хімікати та метали. Були оцінені добові дози та дози протягом життя для кожної хімікати. Оцінка онкологічних і не онкологічних ризиків була проведена на основі депонованих доз. Ми виявили, що аерозоль електронних сигарет містить певні шкідливі органічні хімічні речовини та метали, які задокументовано призводять до респіраторних проблем. Розрахункові ризики раку дихальних шляхів, що відповідають хрому з продуктів ENDS і нікелю з Air Bar (Watermelon Ice), були значно вищими за умовно прийнятний ризик. Метод, висновки та наслідки можуть сприяти наявній літературі досліджень токсичності ENDS, а також інформувати про регулювання тютюну та майбутні широкомасштабні дослідження.
Ключові слова:
одноразові електронні сигарети; аерозольна токсичність; ризик для здоров'я; гранулометричний склад; респіраторне відкладення1. Вступ
Використання електронних систем доставки нікотину (ENDS), включно з використанням електронних сигарет, поширене серед молоді та молодих людей і стало проблемою громадського здоров’я. Згідно з нашим вторинним аналізом даних Національного опитування щодо охорони здоров’я 2019 року, показники поширеності коли-небудь використання та поточного використання ENDS серед молодих людей становили 32,4% та 9,4% відповідно, відповідно до тенденції зростання протягом останнього десятиліття [1]. Крім того, дослідження з використанням даних Національного опитування щодо тютюнопаління молоді 2019 року показало, що 27,5% учнів старших класів повідомили про використання електронних сигарет; серед них 34,2% повідомили про часте використання електронних сигарет (тобто використання 20 або більше днів за останні 30 днів) [2]. Продукція ENDS особливо приваблива для молоді та молодих людей завдяки її новим характеристикам, які можна налаштувати [3,4,5], меншому сприйнятому ризику [6,7] та вищій соціальній прийнятності, ніж горючі сигарети [8].
Продукція ENDS різноманітна і швидко розвивається від сигаретних одноразових виробів (перше покоління) до картриджних систем (друге покоління), систем резервуарів (третє покоління) і пристроїв із нікотиновою сіллю, таких як JUUL (четверте покоління). Останнім часом популярність JUUL наздогнали одноразові пристрої для електронних сигарет, схожі на JUUL (далі «одноразові ENDS») завдяки їхнім смаковим можливостям, привабливому дизайну та упаковці, низькій ціні та зручності (тобто, все- в одному, автономний, без заповнення електронною рідиною та без заряджання акумулятора) [2,9]. Тютюнова промисловість продемонструвала надзвичайну винахідливість у створенні нових/модифікованих продуктів відповідно до правил [10]. Наприклад, станом на час проведення цього дослідження на початку 2022 року одноразові продукти ENDS не обмежуються федеральним законодавством щодо ароматизаторів через вузьке визначення картриджа FDA [11]. Насправді 85,8% молодих користувачів купують одноразові ENDS з фруктовими смаками [12].
Дослідження виявили, що продукти ENDS містять ароматичні хімічні речовини, деякі з яких пов’язані з подразненням дихальних шляхів або шкідливими, такі як δ-додекалактон, ментол, бензиловий спирт і корилон [13,14,15,16]. Крім того, нагрівальні елементи (наприклад, розпилювач/змійовик) і резервуари пристроїв ENDS складаються з металів, які можуть вивільнятися в рідину для електронних пристроїв і аерозоль під час використання, причому хром і нікель є основними факторами ризику раку [17,18]. Однак існуючі хімічні аналізи, проведені для продуктів ENDS, включно з одноразовими ENDS, головним чином зосереджені на рідинах для електронних пристроїв, які не обов’язково відображають хімічні речовини в аерозолі ENDS, які фактично осідають у дихальних шляхах користувачів ENDS [15,19]. Хоча існує кілька досліджень, які аналізували аерозоль ENDS [20,21,22] і оцінювали пов’язані з цим ризики для здоров’я [18], ці дослідження не враховували розмір частинок аерозолю ENDS і пов’язану з розміром респіраторну фракції осадження під час оцінки ризиків для здоров'я. Це серйозна проблема, оскільки розмір частинок безпосередньо впливає на місце осадження в дихальних шляхах і фракцію осадження в дихальних шляхах. Насправді аерозоль ENDS, який утворюється під час вейпінгу, являє собою суміш крапель рідини з діаметром аерозольних частинок від ультрадрібних (менше 0,1 мкм) до мікронних (приблизно до 4 мкм). Таким чином, очікується, що вдихуваний аерозоль ENDS надходить і осідає в різних областях дихальних шляхів людини з різними осіданими дозами. Важливо відзначити, що очікується, що більша частина аерозолю ENDS буде осідати в нижніх дихальних шляхах, що, ймовірно, матиме негативний вплив на здоров’я через величезну площу поверхні дихальних шляхів у альвеолярній області [23]. Депонована доза є попередником внутрішньої дози до розгляду респіраторного кліренсу та швидкості поглинання, а отже, може служити опорним індексом оцінки ризику для здоров’я, пов’язаного з вейпінгом. Розподіл аерозолю ENDS за розміром і фракції осадження в диханні є ключовими факторами для точної оцінки цього опорного індексу [23], тому його слід включити в оцінку ризику для здоров’я.
Це дослідження заповнило прогалини в знаннях за допомогою покращеного підходу до оцінки доз хімічних речовин, що осідають у двох загальноприйнятих одноразових продуктах ENDS, і пов’язаних з ними ризиків для здоров’я, пов’язаних із раком і не раком. Експериментальний підхід враховував залежні від розміру фракції осадження аерозолю при диханні та проводив аналіз хімічних компонентів аерозолю ENDS із розділенням розміру. Результати нашого дослідження могли б підвищити точність оцінки доз хімічних речовин ENDS, що осідають у легенях вейпера, що, у свою чергу, могло б стати основою для регулювання тютюнових виробів і майбутніх великомасштабних досліджень, які оцінюють ризики для здоров’я, пов’язані з використанням одноразових продуктів ENDS.
2. Матеріали та методи
2.1. Збір зразків аерозолю ENDS із розділеним розміром
Аерозольні хімічні аналізи в цьому дослідженні проводилися на двох популярних одноразових продуктах ENDS: Puff Bar (виноград) і Air Bar (кавуновий лід). Вибір цих двох одноразових продуктів ENDS ґрунтувався на поширеності одноразових продуктів ENDS в окремому дослідженні дослідницької групи, яка вивчала поведінку студентів коледжу при використанні ENDS. Ці два одноразові вироби ENDS були найбільш поширеними серед учасників дослідження.
У цьому дослідженні зразки аерозолю ENDS, розділені за розміром, були зібрані за допомогою імпактора з рівномірним осадженням з мікроотвором (MOUDI 110-R, MSP Co., Шорв’ю, Міннесота, США). MOUDI здатний збирати зразки аерозолів із діаметром частинок від 0.056 до 18 мкм на 11 етапах збору (тобто вибірка з роздільним розміром). Він перевершує звичайні аерозольні прилади з прямим зчитуванням, такі як лічильники частинок і спектрометри, які не можуть працювати зі щойно створеним аерозолем електронних сигарет із надзвичайно високою концентрацією аерозолю. Кожна стадія MOUDI має діапазон розміру частинок, який можна зібрати, і середню фракцію відкладення в легенях можна розрахувати на основі цього діапазону розміру частинок (див. таблицю A1 Додатку A). Зразки аерозолю ENDS, зібрані MOUDI на різних етапах, були використані для розрахунків розподілу частинок за розміром і аналізу хімічного складу.
Щоб зібрати одноразові зразки аерозолю ENDS, політетрафторетиленові (PTFE) мембранні фільтри (PALL Co., Порт-Вашингтон, штат Нью-Йорк, США) були розміщені на кожному ступені MOUDI, і MOUDI працював зі швидкістю потоку 30 л/хв. Шприц на 100 мл використовувався для набирання аерозолю ENDS з двох одноразових продуктів ENDS, а потім закачування аерозолю ENDS безпосередньо в MOUDI для збору зразків. Цю процедуру повторювали 10 разів (10 затяжок), щоб накопичити достатню кількість аерозолю ENDS на кожному ступені MOUDI для подальшого аналізу ваги та речовини. Після експерименту зі збором зразків фільтри з ПТФЕ із зібраними зразками аерозолю ENDS були вивантажені з MOUDI, індивідуально зважені на мікровагах, а потім відправлені в лабораторії для органічного хімічного аналізу та аналізу металів для визначення залежних від розміру хімічних складових в аерозолі ENDS. Збір зразків проводився тричі для кожного продукту ENDS, щоб забезпечити надійність даних і відтворюваність. Розподіл аерозольних частинок ENDS за розміром і залежні від розміру хімічні складові дані відіграють ключову роль в оцінці осідланої дози конкретної хімічної речовини ENDS у легенях вейпера.
2.2. Органічний хімічний аналіз і аналіз металів
Органічний хімічний аналіз аерозолю ENDS проводився за допомогою газової хромато-мас-спектрометрії (GC/MS) для виявлення маси органічних хімічних речовин, таких як нікотин, PG, VG та ароматизатори на фільтрах MOUDI для отримання інформації, що залежить від розміру. Зокрема, два одноразові ENDS були розібрані, щоб знайти гноти для випарування, просочені електронною рідиною. Основні хімічні компоненти електронної рідини спочатку екстрагували ацетонітрилом і аналізували за допомогою ГХ/МС. Потім зразки аерозолю ENDS на фільтрах MOUDI екстрагували таким же чином і концентрували для аналізу ГХ/МС. ГХ/МС хімічний аналіз був оснащений джерелом іонів електронної іонізації (ГХ/ЕІ-МС, Agilent 6890N GC і 5975 inert XL MSD), і всі хімічні речовини були кількісно визначені за допомогою автентичних або сурогатних стандартів. Детальні процедури органічного аналізу описані в іншому місці [23]. В органічному хімічному аналізі виділення цільових аналітів визначали шляхом внесення відомої кількості хімікатів у порожні фільтри (n=3) і їх екстракції за допомогою тих самих процедур, що й для збору зразків аерозолю. Аналіз металу проводився за допомогою мас-спектрометрії з індуктивно пов’язаною плазмою (ICP/MS) для визначення маси небезпечних металів, таких як нікель, хром і свинець, на різних фільтрах MOUDI для отримання інформації, що залежить від розміру. Фільтри MOUDI вперше були оброблені для кислотного вилуговування та зброджування за допомогою надчистої подвійної дистиляції HNO3і HF, а потім розщеплені розчини зразків випарювали до початкової сухості. Для аналізу ICP/MS дотримувалися попередньо встановленого протоколу з використанням ICP/MS Triple Quad (модель 8800, Agilent Technologies, Санта-Клара, Каліфорнія, США) [24]. Таким чином можна отримати металеві елементи до суб-ppb (нг/г) із точністю ±5%.
Лабораторний аналіз у цьому дослідженні зосереджений на шкідливих органічних хімікатах і металах, раніше ідентифікованих в аерозолях ENDS і опублікованих у літературі [14,18,25,26,27,28,29]. Тому дизайн нашого органічного хімічного аналізу був зосереджений на нікотині, розчиннику-носії (наприклад, гліцерині, пропіленгліколі, формальдегіді, ацетальдегіді, акролеїні, ацетоні, метилгліоксалі, бензойній кислоті та триетилцитраті), а також на ароматизаторах та інших хімікатах ( наприклад, етилванілін, ванілін, циннамальдегід, ментол, ацетоїн, цитраль, бензиловий спирт, бензальдегід, діацетил, етилацетат, етилмальтол, триацетин, метилантранілат, метилдигідрожасмонат, мелонал, корилон, δ-додекалактон, -терпінеол, -декалактон і 3-хексен-1-ол). Таким же чином, у нашому аналізі металів було виявлено більше 20 металів, але в центрі уваги цього дослідження були нікель (Ni), марганець (Mn), цинк (Zn), хром (Cr) і свинець (Pb).
2.3. Оцінка депонованих доз речовин ENDS
Щоб оцінити ризики для здоров’я, пов’язані з вдиханням речовин ENDS у легені вейперів, були розраховані середня добова доза (ADD) і середня добова доза (LADD). ADD і LADD розраховувалися на основі таких традиційних рівнянь:𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇���=�×��×����×��
(1)
𝐿𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸����=�×��×����×��
(2)
де 𝐶� – концентрація впливу (нг/м3), 𝐶𝑅�� – швидкість контакту (м3/день), 𝐶𝑇�� – це час контакту, який вважається 30 роками (10 950 днів) для популяції висококласних вейперів, 𝐵𝑊�� – вага тіла (70 кг), 𝐴𝑇�� – середній час , що дорівнює 𝐶𝑇�� (10 950 днів), а 𝐿𝐸�� – це очікувана тривалість життя, яка становить 70 років (25 550 днів) згідно з припущеннями щодо впливу за замовчуванням USEPA. У випадку вейпінгу термін 𝐶×𝐶𝑅�×�� дорівнює добовому споживанню речовини ENDS (нг/день), а добове споживання речовини через вейп має виходити із загальної кількості затяжок вейпінгу за один раз. день. Згідно з літературними даними, середньодобові затяжки вейпера становлять близько 163 затяжок на день [30]. Таким чином, виходячи з плану експерименту та результатів цього дослідження, рівняння (1) і (2) можна модифікувати для параметрів вейпінгу наступним чином:𝐴𝐷𝐷𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗=0.1𝑀𝑖,𝑗×𝐶𝑅𝑝×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇����=∑�����,�=0.1��,�×���×����×��
(3)
𝐿𝐴𝐷𝐷𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗=0.1𝑀𝑖,𝑗×𝐶𝑅𝑝×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸�����=∑������,�=0.1��,�×���×����×��
(4)
де 𝑀𝑖,𝑗��,� є маса конкретної речовини ENDS j (органічної хімії або металу) в аерозолі ENDS, знайденому на стадії I MOUDI (i {{0}} до 11) з GC /MS та ICP/MS аналізи. Оскільки 𝑀𝑖,𝑗��,� базується на 10 затяжках, 0,1𝑀𝑖,𝑗��,� дорівнює масі речовини ENDS в одній затяжці. 𝐶𝑅𝑝��� — швидкість контакту аерозолю ENDS в одиницях затяжки/день. Виходячи з літератури, 𝐶𝑅𝑝��� було встановлено на рівні 163 затяжок/день [30]. Виходячи з них, 𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗����,� відображає середню добову дозу конкретної речовини j, що міститься в аерозолі ENDS в діапазоні розмірів i (стадія MOUDI i); 𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗�����,� це середня добова доза певної речовини j за весь період життя, що міститься в аерозолі ENDS у діапазоні розмірів i. Сума в рівняннях (3) і (4) вказує на те, що доза конкретної речовини ENDS в легенях активного вейпера розраховується шляхом агрегування доз усіх 11 окремих етапів MOUDI (∑𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑����,� і ∑𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑�����,�). Рівняння (3) і (4) можна додатково модифікувати, враховуючи важливий фактор фракцій аерозольного осадження при диханні для оцінки осідлої дози в легенях вейпера (тобто дози внесений аерозолем ENDS, який фактично осідає в дихальних шляхах) наступним чином:𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖���′�=∑�����,�×���
(5)
𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖����′�=∑������,�×���
(6)
де 𝐷𝐹𝑖��� – середня фракція осадження при диханні (від {{0}}.0 до 1,0) для колекційного розміру аерозолю стадії i MOUDI. Дихальна система людини, яка використовується в цьому дослідженні, охоплює трахеобронхіальні дихальні шляхи до альвеолярної області, і відповідні опубліковані дані фракцій аерозольного осадження в диханні були прийняті для отримання середніх фракцій осадження (див. Додаток A Таблиця A1 для оцінки 𝐷𝐹𝑖���) [ 23]. Таким чином, 𝐴𝐷𝐷′𝑗���′� і 𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗����′� враховують реалістичні залежні від розміру масові частки речовини в аерозолі ENDS, а також частку вдихуваного аерозолю ENDS, яка справді сприяє до депонованої дози.2.4. Оцінка онкологічних і інших ризиків
Розраховане 𝐴𝐷𝐷′𝑗���′� з рівняння (5) потім було використано для розрахунку коефіцієнта ризику (HQ) для оцінки неракового ризику для здоров’я, спричиненого речовиною j в одноразовому продукті ENDS (органічної хімії або металу) наступним чином:𝐻𝑄𝑗=𝐴𝐷𝐷′𝑗𝑅𝑓𝐷𝑗 {<1 No adverse health effect is expected>1 Можливий негативний вплив на здоров’я ���=���′����� {<1 No adverse health effect is expected>1 Можливий негативний вплив на здоров'я
(7)
де 𝑅𝑓𝐷𝑗���� є референтною дозою (RfD), опублікованою для речовини ENDS j. Зауважте, що у випадку, коли для певної речовини була доступна лише еталонна концентрація (RfC), RfC було перетворено на RfD із застосуванням розумної швидкості вдихання 20 м3/день і масою тіла за замовчуванням 70 кг (тобто RfD=RfC × 20/70) [18]. Крім того, індекс небезпеки (HI) був застосований до речовин, які спричиняють подібні неракові ефекти на здоров’я того самого цільового органу/системи (наприклад, дихальної системи). Отже, HI є сумою всіх пов’язаних 𝐻𝑄𝑗��� (𝐻𝐼=∑𝐻𝑄𝑗��=∑���). Коли HQ або HI перевищує 1,0, це означає, що для користувачів одноразових ENDS потенційні несприятливі неракові наслідки для здоров’я. ракові захворювання, пов’язані з використанням одноразових продуктів ENDS, а саме:𝐶𝑎𝑛𝑐𝑒𝑟 𝑅𝑖𝑠𝑘𝑗=𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗×𝐶𝑆𝐹𝑗 {<10−6 Acceptable cancer risk >10−6 Неприйнятний ризик раку������ �����=����′�×���� {<10−6 Acceptable cancer risk >10−6 Неприйнятний ризик раку
(8)
де 𝐶𝑆𝐹𝑗���� є опублікованим коефіцієнтом нахилу раку (тобто потенціал раку) конкретної ENDS речовини j (органічної хімії або металу). Для оцінки ризику раку розрахунковий ризик раку перевищує 10−6(один на мільйон) вказує на неприйнятний ризик раку для користувачів одноразових ENDS. Значення RfD, RfC і CSF у рівняннях (7) і (8) для оцінки ризику раку та не раку були зібрані з офіційних веб-сайтів US EPA та CalEPA [31,32,33,34].3. Результати
3.1. Виявлені речовини в аерозолі ENDS
Таблиця 1 і таблиця 2 показують (вибрані) органічні хімічні речовини та метали, виявлені в аерозолях, утворених двома одноразовими продуктами ENDS, Puff Bar (виноград) і Air Bar (кавуновий лід), відповідно. Результати кількісної оцінки виражаються як маса речовини, виявленої на фільтрі (нг), яка є середнім значенням потрійних зразків фільтра на тій самій стадії MOUDI. Згідно з нашим хімічним аналізом, як Puff Bar (виноград), так і Air Bar (кавуновий лід) містять нікотин, пропіленгліколь (PG), гліцерин (VG), бензойну кислоту, триетилцитрат, етилмальтол і {{2 }}гексен-1-ол. Відомо, що PG і VG є розчинниками-носіями, які зазвичай використовуються в е-рідинах продуктів ENDS. Крім того, Puff Bar також містить метилантранілат, -терпінеол і периллартин, тоді як Air Bar також містить бензиловий спирт, ванілін, мелонал, метилдигідрожасмонат і -декалактон. Органічні хімічні речовини, такі як ванілін, мелонал, етилмальтол і бензиловий спирт, додають як ароматизатори [35]. Для аналізу металів ми перерахували лише метали, які задокументовано пов’язані з негативним впливом на здоров’я в таблиці 1 і таблиці 2. Метали, виявлені на фільтрах, включають хром, нікель, марганець, свинець, алюміній і цинк, усі з яких були задокументовані. негативно впливати на дихальну систему (і навіть рак легень) і центральну нервову систему [18]. У таблицях 1 і 2 також представлено масовий розподіл аерозолю ENDS, зібраного MOUDI, на основі діапазонів розмірів колекційного аерозолю. Загалом маса органічних хімічних речовин розподілялася нормально та досягала піку на стадії 6 (розмір збираного аерозолю 1,8 Більше або дорівнює d Більше або дорівнює 1.0 мкм), що пропорційно розподілу маси ( дорівнює розподілу частинок за розміром) аерозолю ENDS. Проте ми не спостерігали металів за таким розподілом. За допомогою наведених вище даних про складові речовини, що залежать від розміру, можна оцінити дозу конкретної речовини, пов’язаної з ENDS (органічної хімії чи металу), що осідає в легенях вейпера, а також пов’язані з цим ризики для здоров’я.
Таблиця 1.Речовини, виявлені у зразках аерозолів ENDS, розділених за розміром, створених Air Bar (Watermelon Ice).
Таблиця 2.Речовини, виявлені у зразках аерозолю ENDS, розділених за розміром, створених Puff Bar (Grape).
3.2. Розрахункові респіраторні депоновані дози речовин ENDS
У таблицях 3 і 4 показано розрахункові ADD і LADD для тих органічних хімічних речовин і металів, перерахованих у таблиці 1 і 2. Розрахункові ADD і LADD були розраховані на основі рівнянь (1)–(6) з урахуванням реалістичних параметрів використання ENDS. , залежний від розміру аерозолю склад речовини та звичайні фракції осадження при диханні аерозолю. ADD і LADD вимірюють респіраторну дозу досліджуваної речовини ENDS. Як показано в таблицях 3 і 4, осаджені дози, що відповідають нікотину, пропіленгліколю, гліцерину та бензойній кислоті, були відносно вищими, ніж дози інших органічних хімікатів. Серед металів цинк, алюміній, нікель і хром, як правило, мали відносно вищі дози осідання. Загалом Air Bar (Watermelon Ice) призвело до більш високих доз органічних хімікатів і металів порівняно з Puff Bar (Grape). Зокрема, аерозоль ENDS, отриманий з батончика Air (Watermelon Ice), містив більш розрахункові дози нікотину, пропіленгліколю, гліцерину, хрому, нікелю, марганцю, свинцю, алюмінію та цинку, ніж аерозоль Puff Bar (виноград).
Таблиця 3.Розрахункові дози, що осідають у легенях, а також ризики раку та не раку аерозолю ENDS, створеного Air Bar-Watermelon Ice.
Таблиця 4.Розрахункові дози, що осідають у легенях, а також ризики раку та не раку аерозолю ENDS, створеного Puff Bar-Grape.
3.3. Оцінка ракових і не ракових ризиків речовин ENDS
Ризики раку та не раку для вибраних металів, знайдених в аерозолі ENDS, були оцінені на основі відповідних ADD та LADD, а результати представлені в таблиці 3 та таблиці 4. У цих таблицях також показано значення CSF, опубліковані США EPA та CalEPA та були застосовані в нашій оцінці ризику раку [32]. Серед металів, знайдених в аерозолі, створеному Air Bar (Watermelon Ice), розрахунковий ризик раку хрому та нікелю становив 1.0 × 10−3і 1,5 × 10−6, відповідно, які вважаються значно вищими за прийнятний ризик 10−6. Для металів в аерозолях, створених Puff Bar (Grape), оцінений ризик раку дихальних шляхів, що відповідає хрому, становив 3,9 × 10−4, що також перевищує загальноприйнятий ризик. Для оцінки ризику, не пов’язаного з онкологічними захворюваннями (вимірюваного HQ), використовувалися RfD (або RfC), що відповідають цим металам, опубліковані US EPA та CalEPA (перераховані в таблиці 3 і таблиці 4) [31,33,34]. Результати оцінки неракового ризику показують, що значення HQ для всіх металів у таблиці 3 і таблиці 4 були меншими за 1.{{10}}, що вказує на те, що жоден із металів окремо не буде спричинити значний вплив на дихальну систему або ЦНС. Однак, підсумовуючи неракові ризики для здоров’я, пов’язані з тим самим органом-мішенню, було виявлено, що хром і нікель в аерозолі, створюваному Air Bar (Watermelon Ice), створюють респіраторний ризик HI=1.14, що перевищує допустимий рівень 1,0, що вказує на потенційний ризик несприятливих респіраторних ефектів (не онкологічних захворювань) серед людей, які регулярно вживають Air Bar (Watermelon Ice). Подібні несприятливі ефекти, однак, не були виявлені в аерозолях, створених Puff Bar (Grape).
4. Обговорення
Результати, отримані в результаті цього експериментального дослідження, заповнили прогалини в літературі, забезпечивши більш точну оцінку дози, що потрапляє в дихальні шляхи, і пов’язаних із раком і інших ризиків для здоров’я, пов’язаних із використанням одноразових ENDS. Отримавши розділені за розміром дані про хімічні складові аерозолю ENDS і враховуючи залежну від розміру аерозолю фракцію відкладень у диханні, можна точно оцінити ризики для здоров’я одноразових продуктів ENDS. Головною перевагою цього підходу є те, що він враховує кількість речовин ENDS, які фактично осідають у дихальних шляхах людини.
Результати нашого хімічного аналізу підтвердили, що аерозоль електронних сигарет містить шкідливі органічні хімічні речовини та метали (наприклад, бензиловий спирт, декалактон, хром, нікель), які задокументовано викликають проблеми з диханням і навіть рак легенів. Ми також виявили, що марганець і свинець з’являються в аерозолі ENDS, який має негативний вплив на ЦНС людини. Серед виявлених металів ми виявили, що оцінені ризики раку дихальних шляхів, які відповідають хрому в обох одноразових продуктах ENDS, були значно вищими за прийнятний ризик. Ризик респіраторного раку, який відповідає нікелю в аерозолі Air Bar (Watermelon Ice), також був значно вищим за прийнятний ризик. Крім того, ні хром, ні нікель самі по собі в двох одноразових продуктах ENDs не були пов’язані з неприйнятними ризиками для здоров’я, не пов’язаними з раком. Проте, підводячи підсумки їхніх індивідуальних ризиків, не пов’язаних із раком, з одним і тим же органом-мішенню, ми виявили, що хром і нікель в аерозолі ENDS, створеному Air Bar (Watermelon Ice), мають додатковий вплив на дихальну систему. Ці результати повторюють дедалі більше доказів, які підтверджують думку про те, що канцерогенні та шкідливі хімічні речовини справді викликають занепокоєння у регулярних користувачів ENDS [18,25,35]. Примітно, що наші розрахункові ризики виникнення раку та не раку були загалом нижчими, ніж у дослідженні Фаулза та ін. [18], можливо, через різні типи ENDS та методи отримання концентрації металу. Наші оцінки, швидше за все, будуть більш точними, оскільки вони ґрунтувалися на розрахункових дозах хімічних речовин, що потрапили в дихальні шляхи людини, а також на складі речовин ENDS, експериментально проаналізованих і знайдених в аерозолі ENDS.
Унікальний внесок цього дослідження полягає в тому, що оцінка накопичених доз і пов’язаних з ними ризиків для здоров’я враховується розміром частинок аерозолю. Метод, використаний у цьому дослідженні, може бути застосований для дослідження токсичності аерозолів для інших продуктів ENDS. Зокрема, залежні від розміру складові дані, отримані в результаті нашого хімічного аналізу, надали корисну інформацію для правильної оцінки дози конкретних хімічних речовин ENDS в області дихальних шляхів людини. Ґрунтуючись на даних, отриманих із збору зразків MOUDI, ми виявили, що розподіл розмірів частинок майже всіх органічних хімікатів пропорційний розподілу маси аерозолю ENDS. Органічні хімічні речовини, що містяться в аерозолі ENDS, розподілялися нормально і, як правило, досягали максимуму приблизно на стадії 6 MOUDI (розмір колекційного аерозолю: від 1.0 до 1,8 мкм). Враховуючи інформацію про залежне від розміру аерозольне осадження в диханні (наведене в Додатку A, Таблиця A1), це означає, що 16% найпоширенішого вдихуваного аерозолю ENDS (1.0–1,8 мкм) осідає в легенях вейпера протягом трахеобронхіальних дихальних шляхів і альвеолярної області.
На додаток до вдосконаленого експериментального методу, це дослідження має важливі наслідки для політики. Це дослідження показало, що шкідливі та потенційно шкідливі органічні сполуки та метали були виявлені в аерозолі з двох одноразових ENDS, причому деякі метали призвели до надмірно прийнятного ризику раку та/або не раку. Ці результати підкреслюють важливість регулювання таких шкідливих і потенційно шкідливих хімікатів. На додаток до перевірки результатів попередніх досліджень про те, що нагрівальні елементи та ароматизатори в електронних рідинах продуктів ENDS є джерелами деяких шкідливих хімічних речовин [18,25], наше дослідження розробило методологію для більш точної оцінки доз речовин, пов’язаних з ENDS. які могли б краще інформувати регулювання тютюнових виробів, надаючи точнішу оцінку рівнів токсичних речовин. Крім того, оскільки FDA заборонило ароматизовані продукти ENDS, за винятком одноразових ENDS через вузьке визначення FDA картриджа для електронних сигарет [11], результати нашого дослідження, яке було зосереджено саме на одноразових ENDS, дали додаткову наукову основу для розгляду FDA. розширення заборони ароматизаторів на одноразові продукти ENDS. Крім того, оскільки компанії ENDS зазвичай рекламують, що ENDS містять нікотин, ароматизатори та розчини-носії (наприклад, пропіленгліколь), але применшують існування шкідливих речовин в аерозолі ENDS [36], суворіші вимоги до маркування продуктів та ефективні кампанії протидії є обов’язковими. .
Це дослідження має обмеження, які необхідно визнати. По-перше, хоча ми досліджували аерозоль із двох загальноприйнятих одноразових ENDS, вони не представляли всі продукти ENDS, які відрізняються за смаками, моделями та брендами. Різні характеристики продукту можуть бути пов’язані з різними ризиками для здоров’я. Наприклад, одне дослідження, яке вивчало бензальдегід в аерозолях, створених ENDS, виявило, що найвищі рівні бензальдегіду були виявлені в продуктах ENDS зі смаком вишні [37]. Потрібні подальші дослідження для систематичного вивчення токсичності аерозолів у поєднанні з характеристиками продукту (наприклад, смак, модель, напруга живлення) для отримання додаткової інформації щодо регуляторних заходів щодо тютюну. По-друге, наша оцінка ракових і інших ризиків для здоров’я, пов’язаних з органічними сполуками та металами з аерозолю ENDS, ґрунтувалася на задокументованій інформації щодо ракової активності (CSP) і RfD (або RfC), наданій EPA та CalEPA. Однак така інформація не була встановлена для більшості органічних хімічних речовин, виявлених у цьому дослідженні. Таким чином, хоча добові дози, такі як ADD і LADD, можна оцінити для всіх органічних хімічних речовин, що містяться в аерозолі ENDS, пов’язану оцінку ризику для здоров’я можна виконати лише для деяких хімічних речовин. Потрібні майбутні дослідження для подальшого вивчення ризиків для здоров’я, пов’язаних з іншими хімічними речовинами, коли стане доступною інформація про їхню токсичність (тобто CSP, RfD та RfC). Нарешті, використання шприца для набирання аерозолю з продуктів ENDS для створення аерозолю ENDS може не відображати реальну ситуацію вейпінгу. Однак цей метод є простим і корисним способом ефективного створення аерозолю з продуктів ENDS. Для майбутніх досліджень можна придбати комерційно доступні машини для затягування електронних сигарет, такі як CSM-eSTEP (CH Technology USA, Inc., Northeastern, New Jersey), щоб створити більш репрезентативний і надійний аерозоль ENDS для відповідних експериментів.
5. Висновки
Це дослідження надає цінні експериментальні результати щодо дози, що осідає в диханні, пов’язаної з використанням одноразових продуктів ENDS, з урахуванням залежних від розміру аерозолю компонентів речовини ENDS і фракцій аерозольного осадження в диханні, що дало більш точні оцінки ризику раку та не раку. Метод і результати дослідження можуть стати додатком до існуючої літератури про токсичність аерозолів ENDS і можуть стати інформацією для майбутніх великомасштабних досліджень, які вивчатимуть ризики для здоров’я, пов’язані з ENDS. Отримані дані можуть також стати основою для регуляторних заходів щодо тютюнових виробів, таких як поширення федеральної заборони ароматизаторів на одноразові продукти ENDS, впровадження суворіших вимог до маркування продуктів і розробка ефективних комунікаційних кампаній для боротьби з впливом цих нових продуктів ENDS на здоров’я населення.
Авторські внески
W.-CS, H.-CL та AB розробили та концептуалізували дослідження. H.-CL і AB провели пошук літератури та надали підсумки попередніх досліджень. Лабораторну роботу проводив W.-CS. H.-CL провів оцінку ризику для здоров'я. H.-CL і W.-CS інтерпретували результати. H.-CL і W.-CS підготували рукопис. AB критично переглянув рукопис. Усі автори прочитали та погодилися з опублікованою версією рукопису.
Фінансування
Це дослідження було підтримано R21ES031795 від Національного інституту гігієни навколишнього середовища (NIEHS) для W.-CS, R01DA049154 від Національного інституту зловживання наркотиками (NIDA) для AB і H.-CL, а також за підтримки Південно-Західного центру професійної медицини та охорони навколишнього середовища (SWCOEH), Центри з контролю та профілактики захворювань (CDC), Національний інститут безпеки та гігієни праці (NIOSH), Освітньо-дослідницький центр (T42OH008421) при Техаському науковому центрі охорони здоров’я в Х’юстоні (UTHealth) Школі громадських Здоров'я.
