Одноразовые электронные сигареты и связанные с ними риски для здоровья: экспериментальное исследование
Оставить сообщение
Одноразовые электронные сигареты и связанные с ними риски для здоровья: экспериментальное исследование
Абстрактный
Широкое распространение получило использование электронных систем доставки никотина (ЭСДН), в том числе одноразовых электронных сигарет. Существующие химические анализы ЭСДН были сосредоточены на жидкостях для электронных сигарет, а не на аэрозолях, и не учитывали размеры частиц и фракции осаждения аэрозолей в дыхательных путях, которые являются ключевыми факторами для ингаляционных доз. В этом исследовании изучались органические химические вещества и металлические компоненты в аэрозолях ЭСДН с разделением по размеру, а также оценивались осаждаемые дозы и риски для здоровья, связанные с этими веществами. Химические анализы аэрозолей были проведены на двух популярных одноразовых продуктах ЭСДН: Puff Bar (Виноград) и Air Bar (Арбузный лед). Аэрозоль ЭСДН был получен и доставлен в импактор для однородных отложений с микроотверстиями для сбора проб аэрозоля, разделенных по размеру, в которых анализировались органические химические вещества и металлы. Были оценены суточные и пожизненные дозы каждого химического вещества. На основе депонированных доз были проведены оценки риска развития рака и нераковых заболеваний. Мы обнаружили, что аэрозоль для электронных сигарет содержит определенные вредные органические химические вещества и металлы, которые, как известно, вызывают проблемы с дыханием. Предполагаемый риск развития рака органов дыхания, связанный с содержанием хрома в продуктах ЭСДН и никеля в батончиках Air Bar (арбузный лед), значительно превышал традиционно приемлемый риск. Метод, результаты и последствия могут внести вклад в существующую литературу по исследованиям токсичности ЭСДН, а также послужить основой для регулирования табака и будущих крупномасштабных исследований.
Ключевые слова:
одноразовые электронные сигареты; аэрозольная токсичность; риск для здоровья; гранулометрический состав; отложение в дыхательных путях1. Введение
Использование электронных систем доставки никотина (ЭСДН), в том числе электронных сигарет, широко распространено среди молодежи и молодых людей и стало проблемой общественного здравоохранения. Согласно нашему вторичному анализу данных Национального опроса о состоянии здоровья 2019 года, уровень распространенности когда-либо и текущего использования ЭСДН среди молодых людей составил 32,4% и 9,4% соответственно, следуя тенденции роста за последнее десятилетие [1]. Кроме того, исследование с использованием данных Национального опроса молодежи о табакокурении 2019 года показало, что 27,5% старшеклассников сообщили о текущем использовании электронных сигарет; среди них 34,2% сообщили о частом использовании электронных сигарет (т.е. об использовании 20 и более дней за последние 30 дней) [2]. Продукты ЭСДН особенно привлекательны для молодежи и молодых людей благодаря своим индивидуализируемым и новым характеристикам [3,4,5], более низкому воспринимаемому риску [6,7] и более высокой социальной приемлемости, чем горючие сигареты [8].
Продукты ЭСДН разнообразны и быстро развиваются от одноразовых изделий, похожих на сигареты (первое поколение), до картриджных систем (второе поколение), резервуарных систем (третье поколение) и устройств на основе соли никотина, таких как JUUL (четвертое поколение). В последнее время популярность JUUL уступили одноразовым устройствам для электронных сигарет, подобным JUUL (далее «одноразовые ЭСДН»), благодаря их вкусовым характеристикам, привлекательному дизайну и упаковке, низкой цене и удобству (т. е. универсальности). «в одном», автономный, без заливки жидкости для электронных сигарет и зарядки аккумулятора) [2,9]. Табачная промышленность продемонстрировала замечательную изобретательность в предоставлении новых/модифицированных продуктов в соответствии с правилами [10]. Например, на момент проведения этого исследования в начале 2022 года одноразовые продукты ЭСДН не подпадают под действие федерального регулирования вкуса из-за узкого определения картриджа, данного FDA [11]. Фактически, 85,8% нынешних молодых потребителей покупают одноразовые ЭСДН с фруктовыми ароматизаторами [12].
Исследования показали, что продукты ЭСДН содержат ароматизирующие химические вещества, некоторые из которых вызывают раздражение дыхательных путей или причиняют им вред, например δ-додекалактон, ментол, бензиловый спирт и корилон [13,14,15,16]. Кроме того, нагревательные элементы (например, распылитель/катушка) и резервуары устройств ЭСДН состоят из металлов, которые могут выделяться в жидкость для электронных сигарет и аэрозоли во время использования, причем хром и никель являются основными источниками риска развития рака [17,18]. Однако существующие химические анализы, проводимые для продуктов ЭСДН, включая одноразовые ЭСДН, в основном сосредоточены на жидкости для электронных сигарет, которая не обязательно отражает химические вещества в аэрозоле ЭСДН, которые фактически откладываются в дыхательных путях пользователей ЭСДН [15,19]. Хотя существует несколько исследований, в которых анализировался аэрозоль ЭСДН [20,21,22] и оценивались связанные с этим риски для здоровья [18], в этих исследованиях не учитывался размер частиц аэрозоля ЭСДН и связанные с размером респираторные последствия. фракции отложений при оценке рисков для здоровья. Это серьезная проблема, поскольку размер частиц напрямую влияет на место осаждения в дыхательных путях и фракцию осаждения в дыхательных путях. Фактически, аэрозоль ЭСДН, образующийся в результате курения электронных сигарет, представляет собой смесь капель жидкости, диаметр частиц аэрозоля варьируется от ультрамелких (менее 0,1 мкм) до микронных размеров (до примерно 4 мкм). Таким образом, ожидается, что вдыхаемый аэрозоль ЭСДН попадет и отложится в различных участках дыхательных путей человека с различными депонируемыми дозами. Важно отметить, что ожидается, что большая часть аэрозоля ЭСДН будет осаждаться в нижних дыхательных путях, что, вероятно, окажет негативное воздействие на здоровье из-за огромной площади поверхности дыхательных путей в альвеолярной области [23]. Депонированная доза является предшествующей внутренней дозе до учета дыхательного клиренса и скорости абсорбции и, следовательно, может служить опорным индексом оценки риска для здоровья, связанного с вейпингом. Распределение аэрозолей по размерам ЭСДН и фракции осаждения в дыхательных путях являются ключевыми факторами для точной оценки этого сводного индекса [23], и поэтому его следует включать в оценку риска для здоровья.
Это исследование заполнило пробелы в знаниях, используя улучшенный подход к оценке доз химических веществ, содержащихся в двух широко распространенных одноразовых продуктах ЭСДН, и связанных с ними рисков для здоровья, связанных с раком и нераковыми заболеваниями. В рамках экспериментального подхода учитывались фракции аэрозольных осаждений в дыхательных путях, зависящие от размера, и проводился анализ химических компонентов аэрозоля ЭСДН с разделением по размеру. Результаты нашего исследования могут повысить точность оценки доз химических веществ ЭСДН, попадающих в легкие вейпера, что, в свою очередь, может стать основой для регулирования табачных изделий и будущих крупномасштабных исследований, оценивающих риски для здоровья, связанные с использованием одноразовых продуктов ЭСДН.
2. Материалы и методы.
2.1. Сбор проб аэрозолей ЭСДН с разделением по размеру
Химические анализы аэрозолей в этом исследовании проводились на следующих двух популярных одноразовых продуктах ЭСДН: Puff Bar (Виноград) и Air Bar (Арбузный лед). Выбор этих двух одноразовых продуктов ЭСДН был основан на распространенности одноразовых продуктов ЭСДН по результатам отдельного исследования, проведенного исследовательской группой, изучавшей поведение студентов колледжей при использовании ЭСДН. Эти два одноразовых продукта ЭСДН получили наибольшее распространение среди участников исследования.
В этом исследовании образцы аэрозоля ЭСДН, разделенные по размеру, были собраны с помощью импактора для однородных отложений с микроотверстиями (MOUDI 110-R, MSP Co., Шорвью, Миннесота, США). MOUDI способен собирать образцы аэрозолей с диаметром частиц от 0,056 до 18 мкм на 11 этапах сбора (т. е. отбор проб с разделением по размеру). Он превосходит обычные аэрозольные приборы прямого считывания, такие как счетчики частиц и спектрометры, которые не могут обрабатывать только что созданный аэрозоль для электронных сигарет с чрезвычайно высокой концентрацией аэрозоля. Каждая ступень MOUDI имеет определенный диапазон размеров собираемых частиц, и на основе этого диапазона размеров частиц можно рассчитать среднюю фракцию осаждения в легких (см. Приложение A, Таблицу A1). Образцы аэрозоля ЭСДН, собранные MOUDI на разных этапах, использовались для расчета распределения частиц по размерам и анализа химического состава.
Для сбора одноразовых образцов аэрозоля ЭСДН мембранные фильтры из политетрафторэтилена (ПТФЭ) (PALL Co., Порт-Вашингтон, штат Нью-Йорк, США) помещали на каждую ступень MOUDI, и MOUDI работал со скоростью потока отбора проб 30 л/мин. Шприц объемом 100 мл использовался для забора аэрозоля ЭСДН из двух одноразовых изделий ЭСДН, а затем закачивания аэрозоля ЭСДН непосредственно в MOUDI для сбора проб. Эту процедуру повторяли 10 раз (10 затяжек) для накопления достаточного количества аэрозоля ЭСДН на каждом этапе MOUDI для последующего анализа веса и вещества. После эксперимента по сбору проб фильтры из ПТФЭ с собранными образцами аэрозоля ЭСДН были выгружены из MOUDI, индивидуально взвешены на микровесах, а затем отправлены в лаборатории для органического химического анализа и анализа металлов для определения химических компонентов аэрозоля ЭСДН в зависимости от размера. Отбор проб проводился трижды для каждого продукта ЭСДН, чтобы обеспечить надежность и воспроизводимость данных. Распределение частиц аэрозоля ЭСДН по размерам и данные о химических компонентах, зависящих от размера, играют ключевую роль в оценке дозы конкретного химического вещества ЭСДН в легких вейпера.
2.2. Органический химический анализ и анализ металлов
Органический химический анализ аэрозоля ЭСДН проводился с использованием газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ/МС) для обнаружения массы органических химических веществ, таких как никотин, ПГ, ВГ и ароматизаторов, на фильтрах MOUDI для получения информации, зависящей от размера. В частности, два одноразовых ЭСДН были разобраны, чтобы найти фитили для вейпинга, пропитанные жидкостью для электронных сигарет. Основные химические компоненты жидкости для электронных сигарет сначала экстрагировались ацетонитрилом и анализировались методом ГХ/МС. Затем образцы аэрозоля ЭСДН на фильтрах MOUDI были экстрагированы таким же образом и сконцентрированы для анализа ГХ/МС. Для химического анализа ГХ/МС использовался источник ионов с электронной ионизацией (ГХ/ЭУ-МС, ГХ Agilent 6890N и инертный XL МСД 5975), и все химические вещества определялись количественно с использованием подлинных или суррогатных стандартов. Подробные процедуры органического анализа описаны в [23]. В органо-химическом анализе извлечение целевых аналитов определялось путем добавления известного количества химикатов в пустые фильтры (n=3) и их экстракции с помощью тех же процедур, что и при сборе проб аэрозоля. Анализ металлов проводился с использованием масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP/MS) для обнаружения массы опасных металлов, таких как никель, хром и свинец, на различных фильтрах MOUDI для получения информации, зависящей от размера. Фильтры MOUDI сначала подвергались кислотному выщелачиванию и разложению с использованием сверхчистой двойной перегонки HNO.3и HF, а затем растворы расщепленных образцов выпаривали досуха. Для анализа ИСП/МС применялся ранее хорошо зарекомендовавший себя протокол с использованием ИСП/МС Triple Quad (модель 8800, Agilent Technologies, Санта-Клара, Калифорния, США) [24]. Таким образом, можно получить металлические элементы до уровня менее миллиарда (нг/г) с точностью ±5%.
В центре внимания лабораторного анализа в этом исследовании находятся вредные органические химические вещества и металлы, ранее выявленные в аэрозолях ЭСДН и опубликованные в литературе [14,18,25,26,27,28,29]. Поэтому дизайн нашего органического химического анализа был сосредоточен на никотине, растворителе-носителе (например, глицерине, пропиленгликоле, формальдегиде, ацетальдегиде, акролеине, ацетоне, метилглиоксале, бензойной кислоте и триэтилцитрате), а также ароматизаторах и других химических веществах ( например, этилванилин, ванилин, коричный альдегид, ментол, ацетоин, цитраль, бензиловый спирт, бензальдегид, диацетил, этилацетат, этилмальтол, триацетин, метилантранилат, метилдигидрожасмонат, мелонал, корилон, δ-додекалактон, -терпинеол, -декалактон и 3-гексен-1-ол). Аналогично, в нашем анализе металлов было обнаружено более 20 металлов, но основное внимание в данном исследовании было уделено никелю (Ni), марганцу (Mn), цинку (Zn), хрому (Cr) и свинцу (Pb).
2.3. Оценка депонированных доз веществ ЭСДН
Для оценки рисков для здоровья, связанных с вдыханием веществ ЭСДН в легкие вейперов, были рассчитаны средняя суточная доза (СДВ) и средняя суточная доза в течение жизни (СВДД). ADD и LADD рассчитывались на основе следующих традиционных уравнений:𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇���=�×��×����×��
(1)
𝐿𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸����=�×��×����×��
(2)
где 𝐶� — концентрация воздействия (нг/м3), 𝐶𝑅�� — скорость контакта (м3/день), 𝐶𝑇�� — время контакта, которое предполагается равным 30 годам (10 950 дней) для высококлассной популяции вейперов, 𝐵𝑊�� — масса тела (70 кг), 𝐴𝑇�� — среднее время , что равно 𝐶𝑇�� (10 950 дней), а 𝐿𝐸�� — ожидаемая продолжительность жизни, которая составляет 70 лет (25 550 дней) согласно допущениям о подверженности USEPA по умолчанию. В случае вейпинга термин 𝐶×𝐶𝑅�×�� равен ежедневному потреблению вещества ЭСДН (нг/день), а ежедневное потребление вещества при вейпинге должно рассчитываться из общего количества затяжек вейпинга за одну день. Согласно литературным данным, средняя ежедневная затяжка вейпера составляет около 163 затяжек в день [30]. Следовательно, основываясь на схеме эксперимента и результатах этого исследования, уравнения (1) и (2) можно затем изменить для условий парения следующим образом:𝐴𝐷𝐷𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗=0.1𝑀𝑖,𝑗×𝐶𝑅𝑝×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇����=∑�����,�=0.1��,�×���×����×��
(3)
𝐿𝐴𝐷𝐷𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗=0.1𝑀𝑖,𝑗×𝐶𝑅𝑝×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸�����=∑������,�=0.1��,�×���×����×��
(4)
где 𝑀𝑖,𝑗��,� — масса конкретного вещества j ЭСДН (органического химического вещества или металла) в аэрозоле ЭСДН, обнаруженном на стадии I MOUDI (от i {{0}} до 11) из ГХ /МС и ИСП/МС анализы. Поскольку 𝑀𝑖,𝑗��,� рассчитано на 10 затяжек, 0,1𝑀𝑖,𝑗��,� равно массе вещества ЭСДН в одной затяжке. 𝐶𝑅𝑝���� – скорость контакта аэрозоля ЭСДН в единицах затяжка/день. Согласно литературе, 𝐶𝑅𝑝���� было установлено на уровне 163 затяжек/день [30]. На их основе 𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗����, отражает среднюю суточную дозу конкретного вещества j, содержащегося в аэрозоле ЭСДН в диапазоне размеров i (стадия MOUDI i); 𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗������,� — это средняя суточная доза в течение жизни конкретного вещества j, содержащегося в аэрозоле ЭСДН в диапазоне размеров i. Суммирование в уравнениях (3) и (4) показывает, что доза конкретного вещества ЭСДН в легких активного вейпера рассчитывается путем агрегирования доз всех 11 отдельных стадий MOUDI (∑𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑����,� и ∑𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑������,�). Уравнения (3) и (4) можно дополнительно модифицировать, учитывая важный фактор фракций осаждения аэрозоля в дыхательных путях для оценки осаждаемой дозы в легких вейпера (т. е. дозы вносимый аэрозолем ЭСДН, который фактически откладывается в дыхательных путях) следующим образом:𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖���′�=∑�����,�×���
(5)
𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖����′�=∑������,�×���
(6)
где 𝐷𝐹𝑖���� — средняя фракция осаждения в дыхательных путях (от {{0}}.0 до 1,0) для размера собираемого аэрозоля стадии MOUDI i. Дыхательная система человека, используемая в этом исследовании, охватывает трахеобронхиальные дыхательные пути до альвеолярной области, и соответствующие опубликованные данные о фракциях осаждения аэрозолей в дыхательных путях были приняты для получения средних фракций осаждения (см. Приложение A, Таблицу A1 для оценки 𝐷𝐹𝑖����) [ 23]. Таким образом, 𝐴𝐷𝐷′𝑗����′�� и 𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗����′�� учитывают реалистичные, зависящие от размера массовые доли вещества в аэрозоле ЭСДН, а также долю вдыхаемого аэрозоля ЭСДН, которая действительно способствует к депонированной дозе.2.4. Оценка раковых и нераковых рисков
Расчетное 𝐴𝐷𝐷′𝑗����′�� из уравнения (5) затем использовалось для расчета коэффициента опасности (HQ) для оценки неракового риска для здоровья, вызванного веществом j в одноразовом продукте ЭСДН (органическом химическом веществе или металле). следующее:𝐻𝑄𝑗=𝐴𝐷𝐷′𝑗𝑅𝑓𝐷𝑗 {<1 No adverse health effect is expected>1 Возможны неблагоприятные последствия для здоровья ���=����′������ {<1 No adverse health effect is expected>1 Возможны неблагоприятные последствия для здоровья
(7)
где 𝑅𝑓𝐷𝑗���� — референтная доза (RfD), опубликованная для вещества j ЭСДН. Обратите внимание, что в случае, если для конкретного вещества была доступна только эталонная концентрация (RfC), RfC конвертировался в RfD с использованием разумной скорости вдыхания 20 м.3/день и масса тела по умолчанию 70 кг (т. е. RfD=RfC × 20/70) [18]. Кроме того, индекс опасности (HI) применялся к веществам, которые вызывают аналогичные нераковые эффекты на здоровье одного и того же целевого органа/системы (например, дыхательной системы). Следовательно, HI представляет собой сумму всех связанных 𝐻𝑄𝑗���� (𝐻𝐼=∑𝐻𝑄𝑗��=∑����). Когда HQ или HI превышает 1,0, это указывает на то, что для пользователей одноразовых ЭСДН возможны неблагоприятные последствия для здоровья, не связанные с раком. раковые заболевания, связанные с использованием одноразовых продуктов ЭСДН, а именно:𝐶𝑎𝑛𝑐𝑒𝑟 𝑅𝑖𝑠𝑘𝑗=𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗×𝐶𝑆𝐹𝑗 {<10−6 Acceptable cancer risk >10−6 Неприемлемый риск развития рака������ �����=����′��×���� {<10−6 Acceptable cancer risk >10−6 Неприемлемый риск развития рака
(8)
где 𝐶𝑆𝐹𝑗���� — опубликованный коэффициент канцерогенности (т. е. канцерогенность) конкретного вещества j ЭСДН (органического химического вещества или металла). Для оценки риска рака оцениваемый риск рака, превышающий 10−6(один на миллион) указывает на неприемлемый риск рака для пользователей одноразовых ЭСДН. Значения RfD, RfC и CSF в уравнениях (7) и (8) для оценки риска рака и нераковых заболеваний были собраны с официальных веб-сайтов Агентства по охране окружающей среды США и CalEPA [31,32,33,34].3. Результаты
3.1. Обнаруженные вещества в аэрозоле ЭСДН
В Таблицах 1 и Таблице 2 показаны (выбранные) органические химические вещества и металлы, обнаруженные в аэрозолях, образующихся из двух одноразовых продуктов ЭСДН: Puff Bar (Виноград) и Air Bar (Арбузный лед) соответственно. Количественные результаты выражаются как масса вещества, обнаруженного на фильтре (нг), которая представляет собой среднее значение трехкратных проб фильтра одной и той же стадии MOUDI. Что касается органических соединений, согласно нашему химическому анализу, как Puff Bar (Виноград), так и Air Bar (Арбузный лед) содержат никотин, пропиленгликоль (PG), глицерин (VG), бензойную кислоту, триэтилцитрат, этилмальтол и {{2 }}гексен-1-ол. Известно, что PG и VG являются растворителями-носителями, обычно используемыми в жидкости для электронных сигарет продуктов ЭСДН. Кроме того, Puff Bar также содержит метилантранилат, -терпинеол и периллартин, тогда как Air Bar также содержит бензиловый спирт, ванилин, мелонал, метилдигидрожасмонат и -декалактон. В качестве ароматизаторов добавляют органические химические вещества, такие как ванилин, мелональ, этилмальтол и бензиловый спирт [35]. Что касается анализа металлов, в Таблице 1 и Таблице 2 мы перечислили только те металлы, которые, как было документально подтверждено, связаны с неблагоприятным воздействием на здоровье. Металлы, обнаруженные на фильтрах, включают хром, никель, марганец, свинец, алюминий и цинк, все из которых были задокументированы. негативно влиять на дыхательную систему (и даже рак легких) и центральную нервную систему [18]. В Таблицах 1 и 2 также представлено массовое распределение аэрозолей ЭСДН, собранных MOUDI, в зависимости от диапазонов размеров собираемых аэрозолей. В целом, масса органических химикатов была нормально распределена и достигла максимума примерно на стадии 6 (размер собираемого аэрозоля 1,8 Больше или равен d Больше или равно 1,0 мкм), что пропорционально массовому распределению ( (равен гранулометрическому составу) аэрозоля ЭСДН. Однако металлов, следующих за таким распределением, мы не наблюдали. Используя приведенные выше данные о составе вещества в зависимости от размера, можно затем оценить дозу конкретного вещества, связанного с ЭСДН (органического химического вещества или металла), отложившегося в легких вейпера, а также связанные с этим риски для здоровья.
Таблица 1.Вещества, обнаруженные в разделенных по размеру пробах аэрозоля ЭСДН, полученных с помощью Air Bar (Warmelon Ice).
Таблица 2.Вещества, обнаруженные в разделенных по размеру образцах аэрозоля ЭСДН, полученных Puff Bar (Grape).
3.2. Предполагаемые дозы веществ ЭСДН, депонируемые в дыхательных путях
В таблицах 3 и 4 показаны расчетные значения ADD и LADD для органических химических веществ и металлов, перечисленных в таблицах 1 и 2. Расчетные значения ADD и LADD были рассчитаны на основе уравнений (1)–(6) с учетом реалистичных параметров использования ЭСДН. , состав вещества, зависящий от размера аэрозоля, и обычные фракции осаждения аэрозоля в дыхательных путях. ADD и LADD измеряют депонируемую в дыхательных путях дозу интересующего вещества ЭСДН. Как показано в Таблицах 3 и Таблице 4, депонированные дозы, соответствующие никотину, пропиленгликолю, глицерину и бензойной кислоте, были относительно выше, чем дозы других органических химикатов. Среди металлов цинк, алюминий, никель и хром, как правило, имели относительно более высокие выпавшие дозы. В целом, Air Bar (арбузный лед) приводил к более высоким осаждаемым дозам как органических химикатов, так и металлов по сравнению с Puff Bar (виноград). В частности, аэрозоль ЭСДН, полученный из батончика Air (арбузный лед), содержал более высокие расчетные дозы никотина, пропиленгликоля, глицерина, хрома, никеля, марганца, свинца, алюминия и цинка по сравнению с аэрозолем из батончика Puff (виноград).
Таблица 3.Оценочные дозы, депонируемые в легких, а также канцерогенные и нераковые риски аэрозоля ЭСДН, образующегося при использовании Air Bar-Warmelon Ice.
Таблица 4.Оценочные дозы, депонируемые в легких, а также канцерогенные и нераковые риски аэрозоля ЭСДН, генерируемого Puff Bar-Grape.
3.3. Предполагаемый раковый и нераковый риск, связанный с веществами ЭСДН
Раковые и нераковые риски для отдельных металлов, обнаруженных в аэрозоле ЭСДН, были оценены на основе соответствующих значений ADD и LADD, а результаты представлены в Таблице 3 и Таблице 4. В этих таблицах также показаны значения CSF, опубликованные США. EPA и CalEPA применялись в нашей оценке риска развития рака [32]. Среди металлов, обнаруженных в аэрозоле, образуемом Air Bar (арбузный лед), предполагаемый риск рака для хрома и никеля составил 1.0 × 10.−3и 1,5 × 10−6соответственно, которые считаются значительно выше приемлемого риска 10−6. Для металлов в аэрозоле, образуемом Puff Bar (Виноград), предполагаемый риск рака дыхательных путей, соответствующий хрому, составил 3,9 × 10.−4, что также превышает общепринятый приемлемый риск. Для оценки неракового риска (измеренного штаб-квартирой) использовались RfD (или RfC), соответствующие металлам, опубликованным Агентством по охране окружающей среды США и CalEPA (перечислены в Таблице 3 и Таблице 4) [31,33,34]. Результаты оценки неракового риска показывают, что значения HQ для всех металлов в Таблице 3 и Таблице 4 были меньше 1.{{10}}, что указывает на то, что ни один из металлов в отдельности не будет оказывают значительное воздействие на дыхательную систему или ЦНС. Однако при суммировании нераковых рисков для здоровья, соответствующих одному и тому же органу-мишени, было обнаружено, что хром и никель в аэрозоле, генерируемом Air Bar (арбузный лед), представляют респираторный риск HI=1.14. который превышает допустимый уровень 1,0, что указывает на потенциальный риск неблагоприятных респираторных эффектов (не рака) среди людей, регулярно употребляющих Air Bar (арбузный лед). Однако подобные побочные эффекты не были обнаружены в аэрозоле, вырабатываемом Puff Bar (Grape).
4. Обсуждение
Результаты, полученные в результате этого экспериментального исследования, заполнили пробелы в литературе, предоставив более точную оценку дозы, попадающей в дыхательные пути, и связанных с ней рисков рака и нераковых заболеваний, связанных с использованием одноразовых ЭСДН. Собрав данные о химических компонентах аэрозоля ЭСДН с разбивкой по размеру и приняв во внимание фракцию осаждения в дыхательных путях, зависящую от размера аэрозоля, можно точно оценить риски для здоровья, связанные с одноразовыми продуктами ЭСДН. Основным преимуществом этого подхода является то, что он учитывает количество веществ ЭСДН, которые фактически откладываются в дыхательных путях человека.
Результаты нашего химического анализа подтвердили, что аэрозоль электронных сигарет содержит вредные органические химические вещества и металлы (например, бензиловый спирт, -декалактон, хром, никель), которые, как известно, вызывают проблемы с дыханием и даже рак легких. Мы также обнаружили в аэрозолях ЭСДН марганец и свинец, которые, как известно, оказывают негативное воздействие на ЦНС человека. Среди обнаруженных металлов мы обнаружили, что предполагаемый риск рака дыхательных путей, соответствующий хрому из обоих одноразовых продуктов ЭСДН, существенно превышал приемлемый риск. Риск рака органов дыхания, соответствующий никелю в аэрозоле от Air Bar (Warmelon Ice), также был существенно выше приемлемого риска. Более того, ни хром, ни никель сами по себе в двух одноразовых продуктах END не были связаны с неприемлемыми рисками для здоровья, не связанными с раком. Тем не менее, суммируя их индивидуальные нераковые риски для одного и того же органа-мишени, мы обнаружили, что хром и никель в аэрозоле ЭСДН, генерируемом Air Bar (арбузный лед), оказывают аддитивное воздействие на дыхательную систему. Эти результаты подтверждают растущее количество фактов, подтверждающих мнение о том, что канцерогенные и вредные химические вещества действительно вызывают беспокойство у постоянных пользователей ЭСДН [18,25,35]. Примечательно, что наши оценки риска рака и нераковых заболеваний в целом были ниже, чем в исследовании Фаулза и др. [18], возможно, из-за различных типов ЭСДН и методов определения концентрации металлов. Наши оценки, вероятно, будут более точными, поскольку они основаны на предполагаемых дозах химических веществ, попадающих в дыхательные пути человека, а также на составе веществ ЭСДН, которые были экспериментально проанализированы и обнаружены в аэрозоле ЭСДН.
Уникальным вкладом этого исследования является то, что при оценке депонированных доз и связанных с ними рисков для здоровья учитывался размер частиц аэрозоля. Метод, использованный в этом исследовании, может быть в дальнейшем применен для изучения аэрозольной токсичности других продуктов ЭСДН. В частности, данные о компонентах в зависимости от размера, полученные в результате нашего химического анализа, предоставили полезную информацию для правильной оценки дозы конкретных химических веществ ЭСДН в области дыхательных путей человека. На основе данных, полученных из коллекции образцов с разделением по размеру MOUDI, мы обнаружили, что распределение частиц по размерам почти всех органических химикатов пропорционально массовому распределению аэрозоля ENDS. Органические химические вещества, содержащиеся в аэрозоле ЭСДН, были нормально распределены и, как правило, достигали максимума примерно на стадии 6 MOUDI (размер собираемого аэрозоля: от 1,0 до 1,8 мкм). Учитывая информацию о осаждении аэрозоля в дыхательных путях в зависимости от размера (приведенная в Приложении A, Таблица A1), это означает, что 16% наиболее распространенного вдыхаемого аэрозоля ЭСДН (1,0–1,8 мкм) будет откладываться в легких вейпера в течение трахеобронхиальные дыхательные пути и альвеолярную область.
Помимо усовершенствованного экспериментального метода, это исследование имеет важные политические последствия. Это исследование показало, что в аэрозоле из двух одноразовых ЭСДН были обнаружены вредные и потенциально вредные органические соединения и металлы, при этом некоторые металлы вызывают чрезмерно приемлемый риск развития рака и/или нераковых заболеваний. Эти результаты подчеркивают важность регулирования таких вредных и потенциально вредных химических веществ. Помимо проверки результатов предыдущих исследований о том, что нагревательные элементы и ароматизаторы в жидкостях для электронных сигарет продуктов ЭСДН являются источниками некоторых вредных химических веществ [18,25], наше исследование дополнительно разработало методологию для более точной оценки доз веществ, связанных с ЭСДН. это могло бы лучше информировать о регулировании табачных изделий, обеспечивая более точную оценку уровней токсичных веществ. Кроме того, поскольку FDA запретило ароматизированные продукты ЭСДН, за исключением одноразовых ЭСДН, из-за узкого определения картриджа для электронных сигарет, данного FDA [11], результаты нашего исследования, ориентированного конкретно на одноразовые ЭСДН, предоставили FDA дополнительную научную основу для рассмотрения распространение запрета на ароматизаторы на одноразовые продукты ЭСДН. Кроме того, поскольку компании ЭСДН обычно рекламируют, что ЭСДН содержат никотин, ароматизаторы и растворы-носители (например, пропиленгликоль), но преуменьшают существование вредных веществ в аэрозолях ЭСДН [36], необходимы более строгие требования к маркировке продукции и эффективные кампании по противодействию распространению информации. .
Это исследование имеет ограничения, которые необходимо признать. Во-первых, хотя мы исследовали аэрозоль из двух широко распространенных одноразовых ЭСДН, они не представляли все продукты ЭСДН, которые различаются по вкусу, модели и торговой марке. Различные характеристики продукта могут быть связаны с разными рисками для здоровья. Например, одно исследование, изучавшее бензальдегид в аэрозолях, генерируемых ЭСДН, показало, что самые высокие уровни бензальдегида были обнаружены в продуктах ЭСДН со вкусом вишни [37]. Необходимы будущие исследования для систематического изучения токсичности аэрозолей в сочетании с характеристиками продукта (например, вкус, модель, напряжение питания) для обоснования дополнительных мер по регулированию табачных изделий. Во-вторых, наша оценка раковых и нераковых рисков для здоровья, связанных с органическими соединениями и металлами из аэрозоля ЭСДН, была основана на документированной канцерогенной активности (CSP) и информации RfD (или RfC), предоставленной EPA и CalEPA. Однако такая информация не была установлена для большинства органических химикатов, обнаруженных в этом исследовании. Таким образом, хотя суточные дозы, такие как ADD и LADD, можно оценить для всех органических химических веществ, содержащихся в аэрозолях ЭСДН, соответствующую оценку риска для здоровья можно выполнить только для некоторых химических веществ. Будущие исследования необходимы для дальнейшего изучения рисков для здоровья, связанных с другими химическими веществами, когда станет доступной информация об их токсичности (т. е. CSP, RfD и RfC). Наконец, использование шприца для забора аэрозоля из продуктов ЭСДН для получения аэрозоля ЭСДН может не отражать реальную ситуацию с вейпингом. Однако этот метод представляет собой простой и полезный способ эффективного получения аэрозоля из продуктов ЭСДН. Для будущих исследований можно приобрести коммерчески доступные устройства для затягивания электронных сигарет, такие как CSM-eSTEP (CH Technology USA, Inc., Северо-восток, Нью-Джерси), чтобы генерировать более репрезентативный и надежный аэрозоль ЭСДН для соответствующих экспериментов.
5. Выводы
Это исследование дает ценные экспериментальные результаты по дозе, осаждаемой в дыхательных путях, связанной с использованием одноразовых продуктов ЭСДН, с учетом зависящих от размера аэрозоля компонентов вещества ЭСДН и фракций осаждения в дыхательных путях, что позволило более точно оценить риск развития рака и нераковых заболеваний. Метод и результаты исследования могут внести вклад в существующую литературу по токсичности аэрозолей ЭСДН и стать основой для будущих крупномасштабных исследований, изучающих риски для здоровья, связанные с ЭСДН. Полученные результаты могут также послужить основой для усилий по регулированию табачных изделий, таких как распространение федерального запрета на ароматизаторы на одноразовые продукты ЭСДН, введение более строгих требований к маркировке продуктов и разработка эффективных коммуникационных кампаний для борьбы с воздействием этих новых продуктов ЭСДН на здоровье населения.
Вклад автора
W.-CS, H.-CL и AB разработали и концептуализировали исследование. H.-CL и AB провели поиск литературы и предоставили резюме предыдущих исследований. Лабораторную работу провел W.-CS. H.-CL провела оценку риска для здоровья. H.-CL и W.-CS интерпретировали полученные результаты. H.-CL и W.-CS подготовили черновик рукописи. AB критически отредактировал рукопись. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.
Финансирование
Это исследование было поддержано R21ES031795 от Национального института наук о гигиене окружающей среды (NIEHS) для W.-CS, R01DA049154 от Национального института по борьбе со злоупотреблением наркотиками (NIDA) для AB и H.-CL, а также при поддержке Юго-Западного центра профессиональных исследований. и гигиены окружающей среды (SWCOEH), Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC), Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH), Образовательный и исследовательский центр (T42OH008421) Центр медицинских наук Техасского университета в Хьюстоне (UTHealth), Школа общественных наук Здоровье.
