Jednokratne e-cigarete i povezani zdravstveni rizici: Eksperimentalna studija
Ostavite poruku
Jednokratne e-cigarete i povezani zdravstveni rizici: Eksperimentalna studija
Sažetak
Korištenje elektroničkih sustava za dostavu nikotina (ENDS), uključujući jednokratne e-cigarete, prevladava. Postojeće kemijske analize ENDS-a bile su usredotočene na e-tekućine, a ne na aerosole i nisu uzele u obzir veličinu čestica i frakcije taloženja aerosola u disanju, što su ključni čimbenici za inhalacijske doze. Ova studija istraživala je organske kemijske i metalne sastojke u ENDS aerosolu odvojenim po veličini i procjenjivala taložene doze i zdravstvene rizike tih tvari. Kemijske analize aerosola provedene su na dva popularna jednokratna ENDS proizvoda: Puff Bar (Grožđe) i Air Bar (Watermelon Ice). Generiran je ENDS aerosol i isporučen u Micro-Orifice Uniform Deposit Impactor za prikupljanje uzoraka aerosola odvojenih po veličini, u kojima su analizirane organske kemikalije i metali. Procijenjene su dnevne i doživotne doze za svaku kemikaliju. Na temelju deponiranih doza provedena je procjena rizika od raka i ne raka. Otkrili smo da aerosol e-cigareta sadrži određene štetne organske kemikalije i metale za koje je dokumentirano da uzrokuju respiratorne probleme. Procijenjeni rizici od raka dišnog sustava koji odgovaraju krom iz ENDS proizvoda i nikal iz Air Bar (Watermelon Ice) bili su znatno iznad konvencionalno prihvatljivog rizika. Metoda, nalazi i implikacije mogu doprinijeti postojećoj literaturi o studijama toksičnosti ENDS-a kao i informirati o regulaciji pušenja duhana i budućim velikim studijama.
Ključne riječi:
e-cigarete za jednokratnu upotrebu; toksičnost aerosola; zdravstveni rizik; raspodjela veličine čestica; respiratorni talog1. Uvod
Upotreba elektroničkih sustava za dostavu nikotina (ENDS), uključujući upotrebu e-cigareta, prevladava među mladima i mladim odraslim osobama i postala je javnozdravstveni problem. Prema našoj sekundarnoj analizi podataka Ankete o nacionalnom zdravstvenom ispitivanju iz 2019., stope prevalencije ikada i trenutne upotrebe ENDS-a među mladim odraslim osobama bile su 32,4% odnosno 9,4%, slijedeći rastući trend tijekom posljednjeg desetljeća [1]. Nadalje, studija koja je koristila podatke iz Nacionalne ankete o pušenju mladih iz 2019. otkrila je da je 27,5% učenika srednjih škola izjavilo da trenutno koriste e-cigarete; među njima, 34,2% prijavilo je čestu upotrebu e-cigareta (tj. korištenu 20 ili više dana u zadnjih 30 dana) [2]. Proizvodi ENDS posebno su privlačni mladima i mladim odraslim osobama zbog svojih prilagodljivih i novih karakteristika [3,4,5], nižeg percipiranog rizika [6,7] i veće društvene prihvatljivosti od zapaljivih cigareta [8].
ENDS proizvodi su raznoliki i brzo se razvijaju od jednokratnih proizvoda sličnih cigaretama (prva generacija) do sustava uložaka (druga generacija), do sustava spremnika (treća generacija) i uređaja s nikotinskom soli kao što je JUUL (četvrta generacija). Nedavno su popularnost JUUL-a sustigli jednokratni uređaji za e-cigarete slični JUUL-u (u daljnjem tekstu, "jednokratni ENDS") zbog svojih opcija okusa, privlačnog dizajna i pakiranja, niske cijene i praktičnosti (tj. u jednom, samostalan, bez punjenja e-tekućinom i bez punjenja baterije) [2,9]. Duhanska industrija pokazala je nevjerojatnu domišljatost u pružanju novih/modificiranih proizvoda u skladu s propisima [10]. Na primjer, kada je ovo istraživanje provedeno početkom 2022., jednokratni ENDS proizvodi nisu ograničeni saveznom regulativom o okusima zbog FDA-ine uske definicije uloška [11]. Zapravo, 85,8% sadašnjih mladih korisnika kupuje jednokratne ENDS s voćnim okusima [12].
Studije su otkrile da proizvodi ENDS sadrže aromatične kemikalije, od kojih su neke povezane s iritacijom dišnog sustava ili oštećenjem, kao što su δ-dodekalakton, mentol, benzil alkohol i korilon [13,14,15,16]. Nadalje, grijaći elementi (npr. raspršivač/zavojnica) i spremnici ENDS uređaja sastoje se od metala koji se mogu otpustiti u e-tekućinu i aerosol tijekom upotrebe, a krom i nikal su glavni čimbenici rizika od raka [17,18]. Međutim, postojeće kemijske analize provedene za ENDS proizvode, uključujući ENDS za jednokratnu upotrebu, uglavnom su bile usmjerene na e-tekućinu koja ne odražava nužno kemikalije u ENDS aerosolu koji se zapravo talože u dišnim putovima korisnika ENDS [15,19]. Iako postoji nekoliko studija koje su analizirale ENDS aerosol [20,21,22] i procijenile povezane zdravstvene rizike [18], te studije nisu uzele u obzir veličinu čestica ENDS aerosola i dišne puteve povezane s veličinom frakcije taloženja uz procjenu zdravstvenih rizika. Ovo je ozbiljan problem jer veličina čestica izravno utječe na mjesto taloženja u dišnom sustavu i udio taloženja u dišnim putovima. Zapravo, ENDS aerosol koji nastaje vapingom mješavina je tekućih kapljica s promjerom čestica aerosola u rasponu od ultrafinih (manje od 0,1 µm) do mikronskih veličina (do oko 4 µm). Stoga se očekuje da će inhalirani ENDS aerosol ući i taložiti se u različitim regijama dišnih putova kod ljudi s različitim taloženim dozama. Važno je napomenuti da se očekuje da će se većina ENDS aerosola taložiti u donjim dišnim putovima, što će vjerojatno negativno utjecati na zdravlje zbog ogromne površine dišnih putova u alveolarnoj regiji [23]. Taložena doza prethodi unutarnjoj dozi prije razmatranja respiratornog klirensa i stope apsorpcije i stoga može poslužiti kao središnji indeks procjene zdravstvenog rizika povezanog s cigaretama. Distribucija veličine ENDS aerosola i frakcije taloženja u dišnom sustavu ključni su čimbenici za točnu procjenu ovog pivot indeksa [23], pa bi ga stoga trebalo uključiti u procjenu rizika za zdravlje.
Ova je studija popunila praznine u znanju korištenjem poboljšanog pristupa za procjenu taloženih doza kemikalija u dva uobičajeno prihvaćena jednokratna ENDS proizvoda i s njima povezanih zdravstvenih rizika od raka i onih koji nisu povezani s rakom. Eksperimentalni pristup razmatrao je frakcije respiratornog taloženja aerosola ovisne o veličini i proveo analizu kemijskih sastojaka odvojenih po veličini na ENDS aerosolu. Nalazi iz naše studije mogli bi poboljšati točnost procjene doza ENDS kemikalija taloženih u plućima pušaka, što bi zauzvrat moglo utjecati na duhanske propise i buduće velike studije koje procjenjuju zdravstvene rizike povezane s jednokratnom upotrebom ENDS proizvoda.
2. Materijali i metode
2.1. Prikupljanje uzoraka ENDS aerosola odvojenih po veličini
Kemijske analize aerosola u ovoj studiji provedene su na sljedeća dva popularna jednokratna ENDS proizvoda: Puff Bar (Grožđe) i Air Bar (Watermelon Ice). Odabir ova dva jednokratna ENDS proizvoda temeljio se na prevalenciji jednokratnih ENDS proizvoda iz zasebne studije istraživačkog tima koji je ispitivao ponašanje studenata kod upotrebe ENDS proizvoda. Ova dva jednokratna ENDS proizvoda bila su najčešće usvojena među sudionicima studije.
U ovoj studiji, uzorci ENDS aerosola odvojeni po veličini prikupljeni su pomoću Micro-Orifice Uniform Deposit Impactor (MOUDI 110-R, MSP Co., Shoreview, MN, SAD). MOUDI je sposoban prikupljati uzorke aerosola s promjerom čestica u rasponu od 0.056 do 18 µm u svojih 11 faza prikupljanja (tj. uzorkovanje odvojeno po veličini). Nadmašuje uobičajene aerosolne instrumente s izravnim očitavanjem kao što su brojači čestica i spektrometri koji se ne mogu nositi sa svježe stvorenim aerosolom e-cigareta s iznimno visokom koncentracijom aerosola. Svaki MOUDI stupanj ima raspon veličine čestica koji se može prikupiti, a prosječna frakcija taloženja u plućima može se izračunati na temelju tog raspona veličine čestica (vidi Dodatak A Tablica A1). Uzorci ENDS aerosola koje je prikupio MOUDI u različitim fazama korišteni su za proračune raspodjele veličine čestica i analize kemijskog sastava.
Za prikupljanje jednokratnih uzoraka ENDS aerosola, politetrafluoretilenski (PTFE) membranski filtri (PALL Co., Port Washington, NY, SAD) postavljeni su na svaki MOUDI stupanj, a MOUDI je radio pri brzini protoka uzorkovanja od 30 L/min. Šprica od 100 mL korištena je za izvlačenje ENDS aerosola iz dva jednokratna ENDS proizvoda, a zatim upumpavanje ENDS aerosola izravno u MOUDI za prikupljanje uzorka. Ovaj postupak je ponovljen 10 puta (10 udisaja) kako bi se nakupila dovoljna količina ENDS aerosola na svakom MOUDI stupnju za naknadnu analizu težine i tvari. Nakon eksperimenta prikupljanja uzoraka, PTFE filtri sa prikupljenim uzorcima ENDS aerosola istovareni su iz MOUDI-ja, pojedinačno izvagani mikrovagom, a zatim poslani u laboratorije na organsku kemijsku analizu i analizu metala kako bi se identificirali kemijski sastojci ovisni o veličini u ENDS aerosolu. Prikupljanje uzoraka provedeno je tri puta za svaki ENDS proizvod kako bi se osigurala pouzdanost podataka i replikacija. Distribucija veličine čestica ENDS aerosola i podaci o kemijskim sastojcima koji ovise o veličini igraju ključnu ulogu u procjeni taložene doze određene kemikalije ENDS u plućima vapera.
2.2. Organska kemijska analiza i analiza metala
Organska kemijska analiza za ENDS aerosol provedena je korištenjem plinske kromatografije-masene spektrometrije (GC/MS) za otkrivanje mase organskih kemikalija kao što su nikotin, PG, VG i arome na MOUDI filtrima za dobivanje informacija o veličini. Konkretno, dva jednokratna ENDA su rastavljena kako bi se locirali fitilji za isparavanje natopljeni e-tekućinom. Glavne kemijske komponente u e-tekućini prvo su ekstrahirane acetonitrilom i analizirane pomoću GC/MS. Zatim su uzorci ENDS aerosola na MOUDI filterima ekstrahirani na isti način i koncentrirani za GC/MS analizu. GC/MS kemijska analiza bila je opremljena izvorom iona za elektronsku ionizaciju (GC/EI-MS, Agilent 6890N GC i 5975 inert XL MSD), a sve kemikalije su kvantificirane korištenjem autentičnih ili surogatnih standarda. Detaljni postupci za organsku analizu opisani su drugdje [23]. U organskoj kemijskoj analizi, oporavak ciljanih analita određen je dodavanjem poznate količine kemikalija na prazne filtre (n=3) i njihovom ekstrakcijom istim postupcima kao pri prikupljanju uzoraka aerosola. Analiza metala provedena je pomoću spektrometrije mase s induktivno spregnutom plazmom (ICP/MS) za otkrivanje mase opasnih metala kao što su nikal, krom i olovo na različitim MOUDI filterima za dobivanje informacija o veličini. MOUDI filtri su prvi put obrađeni za ispiranje kiselinom i digestiju pomoću ultra čiste dvostruko destilirane HNO3i HF, a zatim su digestirane otopine uzorka isparene do početne suhoće. Za ICP/MS analizu primjenjivan je prethodno dobro uspostavljen protokol pomoću ICP/MS Triple Quad (Model 8800, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, SAD) [24]. Na ovaj način mogu se dobiti metalni elementi do razine ispod ppb (ng/g) s preciznošću od ±5%.
Fokus laboratorijske analize u ovoj studiji su štetne organske kemikalije i metali prethodno identificirani u ENDS aerosolu i objavljeni u literaturi [14,18,25,26,27,28,29]. Stoga je dizajn naše organske kemijske analize bio usmjeren na nikotin, otapalo nosač (npr. glicerol, propilen glikol, formaldehid, acetaldehid, akrolein, aceton, metilglioksal, benzojeva kiselina i trietil citrat), kao i na arome i druge kemikalije ( npr. etilvanilin, vanilin, cinamaldehid, mentol, acetoin, citral, benzil alkohol, benzaldehid, diacetil, etil acetat, etil maltol, triacetin, metil antranilat, metil dihidrojasmonat, melonal, korilon, δ-dodekalakton, -terpineol, -dekalakton i 3-heksen-1-ol). Na isti način, više od 20 metala otkriveno je u našoj analizi metala, ali fokus ove studije bio je na niklu (Ni), manganu (Mn), cinku (Zn), kromu (Cr) i olovu (Pb).
2.3. Procjena deponiranih doza ENDS tvari
Kako bi se procijenili zdravstveni rizici povezani s udisanjem ENDS tvari u plućima vapera, izračunate su prosječna dnevna doza (ADD) i životna prosječna dnevna doza (LADD). ADD i LADD izračunati su na temelju sljedećih konvencionalnih jednadžbi:𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇���=�×��×����×��
(1)
𝐿𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸����=�×��×����×��
(2)
gdje je 𝐶� koncentracija izloženosti (ng/m3), 𝐶𝑅�� je stopa kontakta (m3/dan), 𝐶𝑇�� je vrijeme kontakta, za koje se pretpostavlja da je 30 godina (10.950 dana) za populaciju vrhunskih vejpera, 𝐵𝑊�� je tjelesna težina (70 kg), 𝐴𝑇�� je prosječno vrijeme , što je jednako 𝐶𝑇�� (10.950 dana), a 𝐿𝐸�� je očekivani životni vijek, koji iznosi 70 godina (25.550 dana) prema USEPA-inim pretpostavkama izloženosti. U slučaju vapinga, pojam 𝐶×𝐶𝑅�×�� jednak je dnevnom unosu ENDS tvari (ng/dan), a dnevni unos tvari putem vapinga trebao bi proizaći iz ukupnih udisaja vapinga u jednom dan. Na temelju literature, prijavljeni prosječni dnevni udisaji vapera su oko 163 udisaja/dan [30]. Stoga, na temelju eksperimentalnog dizajna i rezultata ove studije, jednadžbe (1) i (2) se zatim mogu modificirati za postavku za vaping kako slijedi:𝐴𝐷𝐷𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗=0.1𝑀𝑖,𝑗×𝐶𝑅𝑝×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇����=∑�����,�=0.1��,�×���×����×��
(3)
𝐿𝐴𝐷𝐷𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗=0.1𝑀𝑖,𝑗×𝐶𝑅𝑝×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸�����=∑������,�=0.1��,�×���×����×��
(4)
gdje je 𝑀𝑖,𝑗��,� masa specifične ENDS tvari j (organske kemikalije ili metala) u ENDS aerosolu pronađenom na MOUDI stupnju I (i {{0}} do 11) iz GC /MS i ICP/MS analize. Budući da se 𝑀𝑖,𝑗��,� temelji na 10 udisaja, 0,1𝑀𝑖,𝑗��,� jednako je masi ENDS tvari u jednom udisaju. 𝐶𝑅𝑝��� je ENDS stopa kontakta aerosola u jedinici dizanja/dan. Na temelju literature, 𝐶𝑅𝑝��� postavljeno je na 163 udaha/dan [30]. Na temelju toga, 𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗����,� odražava prosječnu dnevnu dozu određene tvari j sadržane u ENDS aerosolu unutar raspona veličine i (MOUDI stupanj i); 𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗�����,� životna je prosječna dnevna doza određene tvari j sadržane u ENDS aerosolu unutar raspona veličine i. Zbrajanje u jednadžbama (3) i (4) pokazuje da se doza specifične ENDS tvari u plućima aktivnog vapera izračunava zbrajanjem doza iz svih 11 pojedinačnih MOUDI faza (∑𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑����,� i ∑𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑�����,�). Jednadžbe (3) i (4) mogu se dodatno modificirati uzimajući u obzir važan faktor frakcija taloženja aerosola u disanju za procjenu taložene doze u plućima vapera (tj. doze doprinosi ENDS aerosol koji se zapravo taloži u dišnim putevima) kako slijedi:𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖���′�=∑�����,�×���
(5)
𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖����′�=∑������,�×���
(6)
gdje je 𝐷𝐹𝑖��� srednja frakcija taloženja u disanju (od {{0}}.0 do 1,0) za veličinu aerosola MOUDI stupnja i. Ljudski dišni sustav koji se koristi u ovoj studiji pokriva traheobronhijalne dišne putove do alveolarne regije, a odgovarajući objavljeni podaci o frakcijama taloženja u disanju aerosola usvojeni su za dobivanje srednjih frakcija taloženja (pogledajte Tablicu A1 u Dodatku A za procijenjeni 𝐷𝐹𝑖���) [ 23]. Na ovaj način, 𝐴𝐷𝐷′𝑗���′� i 𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗����′� uzimaju u obzir realne masene udjele tvari ovisne o veličini u ENDS aerosolu, kao i udio udahnutog ENDS aerosola koji doista doprinosi na deponovanu dozu.2.4. Procjena rizika od raka i drugih rizika
Procijenjeni 𝐴𝐷𝐷′𝑗���′� iz jednadžbe (5) zatim je korišten za izračun kvocijenta opasnosti (HQ) za procjenu zdravstvenog rizika koji nije povezan s rakom izazvan tvari j u jednokratnom ENDS proizvodu (organska kemikalija ili metal) kako slijedi:𝐻𝑄𝑗=𝐴𝐷𝐷′𝑗𝑅𝑓𝐷𝑗 {<1 No adverse health effect is expected>1 Mogući su štetni učinci na zdravlje ���=���′����� {<1 No adverse health effect is expected>1 Mogući su štetni učinci na zdravlje
(7)
gdje je 𝑅𝑓𝐷𝑗���� referentna doza (RfD) objavljena za ENDS tvar j. Imajte na umu da je u slučaju da je za određenu tvar bila dostupna samo referentna koncentracija (RfC), RfC je pretvoren u RfD korištenjem razumne brzine udisaja od 20 m3/dan i zadanu tjelesnu težinu od 70 kg (tj. RfD=RfC × 20/70) [18]. Nadalje, indeks opasnosti (HI) primijenjen je na tvari koje izazivaju slične nekancerogeni zdravstveni učinci na isti ciljni organ/sustav (npr. dišni sustav). Stoga je HI zbroj svih povezanih 𝐻𝑄𝑗��� (𝐻𝐼=∑𝐻𝑄𝑗��=∑���). Kada HQ ili HI premaši 1,0, to ukazuje da su štetni zdravstveni učinci koji nisu povezani s rakom potencijalni za korisnike jednokratnih ENDS.𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗����′� koji je izračunat u jednadžbi (6) korišten je za procjenu rizika od respiratornih karcinomi povezani s uporabom proizvoda ENDS za jednokratnu upotrebu kako slijedi:𝐶𝑎𝑛𝑐𝑒𝑟 𝑅𝑖𝑠𝑘𝑗=𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗×𝐶𝑆𝐹𝑗 {<10−6 Acceptable cancer risk >10−6 Neprihvatljiv rizik od raka������ �����=����′�×���� {<10−6 Acceptable cancer risk >10−6 Neprihvatljiv rizik od raka
(8)
gdje je 𝐶𝑆𝐹𝑗���� objavljeni faktor nagiba raka (tj. moć raka) specifične ENDS tvari j (organske kemikalije ili metala). Za procjenu rizika od raka, procijenjeni rizik od raka koji prelazi 10−6(jedan od milijun) ukazuje na neprihvatljiv rizik od raka za korisnike jednokratnih ENDS-ova. Vrijednosti RfD, RfC i CSF u jednadžbama (7) i (8) za procjenu rizika od raka i ne-raka prikupljene su sa službenih web stranica US EPA i CalEPA [31,32,33,34].3. Rezultati
3.1. Otkrivene tvari u ENDS aerosolu
Tablica 1 i Tablica 2 prikazuju (odabrane) organske kemikalije i metale otkrivene iz aerosola koji nastaje iz dva proizvoda ENDS za jednokratnu upotrebu, Puff Bar (grožđe) i Air Bar (led od lubenice). Kvantificirani rezultati izraženi su kao masa tvari otkrivene na filtru (ng), što je bio prosjek trostrukih uzoraka filtra istog MOUDI stupnja. Što se tiče organskih spojeva, na temelju naše kemijske analize, i Puff Bar (grožđe) i Air Bar (led od lubenice) sadrže nikotin, propilen glikol (PG), glicerol (VG), benzojevu kiselinu, trietil citrat, etil maltol i {{2 }}heksen-1-ol. Poznato je da su PG i VG otapala nosači koji se obično koriste u e-tekućinama ENDS proizvoda. Osim toga, Puff Bar sadrži i metil antranilat, -terpineol i perilartin, dok Air Bar sadrži i benzil alkohol, vanilin, melonal, metil dihidrojasmonat i -dekalakton. Organske kemikalije kao što su vanilin, melonal, etil maltol i benzil alkohol dodaju se kao arome [35]. Za analizu metala, naveli smo samo metale za koje je dokumentirano da su povezani sa štetnim učincima na zdravlje u tablici 1 i tablici 2. Metali otkriveni na filtrima uključuju krom, nikal, mangan, olovo, aluminij i cink, a svi su dokumentirani negativno utjecati na dišni sustav (pa čak i rak pluća) i središnji živčani sustav [18]. Tablica 1 i tablica 2 također predstavljaju raspodjelu mase ENDS aerosola prikupljenog od strane MOUDI-a na temelju raspona veličina aerosola koji se mogu sakupljati. Sve u svemu, masa organskih kemikalija bila je normalno raspoređena i dosegla je vrhunac oko faze 6 (veličina aerosola koji se može sakupiti od 1,8 Veća ili jednaka d Veća ili jednaka 1.0 µm), što je proporcionalno raspodjeli mase ( jednaka raspodjeli veličine čestica) ENDS aerosola. Međutim, nismo promatrali metale nakon takve raspodjele. S gornjim podacima o sastojcima tvari koje ovise o veličini, tada se može procijeniti doza određene tvari povezane s ENDS-om (organska kemikalija ili metal) taložena u plućima vapera, kao i povezani zdravstveni rizici.
Tablica 1.Tvari otkrivene u uzorcima ENDS aerosola odvojenih po veličini koje je generirao Air Bar (Watermelon Ice).
Tablica 2.Tvari otkrivene u uzorcima ENDS aerosola odvojenih po veličini koje je generirao Puff Bar (Grape).
3.2. Procijenjene respiratorne deponirane doze ENDS tvari
Tablice 3 i 4 prikazuju procijenjeni ADD i LADD za one organske kemikalije i metale navedene u tablici 1 i 2. Procijenjeni ADD i LADD izračunati su na temelju jednadžbi (1)–(6), uzimajući u obzir realne parametre upotrebe ENDS-a , sastav tvari ovisan o veličini aerosola i konvencionalne frakcije taloženja u disanju aerosola. ADD i LADD mjere respiratorno taloženu dozu ENDS tvari od interesa. Kao što je prikazano u tablici 3 i tablici 4, taložene doze koje odgovaraju nikotinu, propilen glikolu, glicerolu i benzojevoj kiselini bile su relativno veće od onih drugih organskih kemikalija. Među metalima, cink, aluminij, nikal i krom imali su relativno veće taložene doze. Općenito, Air Bar (Watermelon Ice) rezultirao je većim taloženim dozama i organskih kemikalija i metala u usporedbi s Puff Barom (Grape). Konkretno, ENDS aerosol generiran iz Air Bara (Watermelon Ice) sadržavao je veće procijenjene doze nikotina, propilen glikola, glicerola, kroma, nikla, mangana, olova, aluminija i cinka, u usporedbi s onim iz Puff Bara (grožđe).
Tablica 3.Procijenjene doze taložene u plućima te rizici od raka i ne-kancerogeni aerosol ENDS koji stvara Air Bar-Watermelon Ice.
Tablica 4.Procijenjene doze taložene u plućima te rizici od raka i ne-kancerogeni aerosol ENDS koji stvara Puff Bar-Grape.
3.3. Procijenjeni rizici od raka i ne-kancerogeni rizici ENDS tvari
Rizici od raka i rizika od raka za odabrane metale pronađene u ENDS aerosolu procijenjeni su na temelju odgovarajućih ADD i LADD, a rezultati su prikazani u tablici 3 i tablici 4. Ove tablice također prikazuju vrijednosti CSF-a koje je objavio SAD EPA i CalEPA i primijenjeni su u našoj procjeni rizika od raka [32]. Među metalima pronađenim u aerosolu koji stvara Air Bar (Watermelon Ice), procijenjeni rizik od raka kod kroma i nikla bio je 1.0 × 10−3i 1,5 × 10−6, za koje se smatra da su značajno iznad prihvatljivog rizika od 10−6. Za metale u aerosolu koji stvara Puff Bar (grožđe), procijenjeni rizik od raka dišnog sustava koji odgovara kromu bio je 3,9 × 10−4, što također premašuje konvencionalno prihvatljiv rizik. Za procjenu rizika koji nije povezan s rakom (mjeren od strane HQ-a), korišten je RfD (ili RfC) koji odgovara tim metalima koje su objavile US EPA i CalEPA (navedeno u tablici 3 i tablici 4) [31,33,34]. Rezultati procjene rizika koji nije povezan s rakom pokazuju da su vrijednosti HQ za sve metale u tablici 3 i tablici 4 bile manje od 1.{{10}}, što ukazuje da niti jedan od metala sam po sebi ne bi izazvati značajan utjecaj na dišni sustav ili CNS. Međutim, kada se saberu zdravstveni rizici koji nisu povezani s rakom koji odgovaraju istom ciljnom organu, utvrđeno je da krom i nikal u aerosolu koji stvara Air Bar (led od lubenice) predstavljaju respiratorni rizik od HI=1.14, što je iznad prihvatljive razine od 1,0, što ukazuje na potencijalni rizik od štetnih respiratornih učinaka (bez raka) među ljudima koji redovito koriste Air Bar (Watermelon Ice). Međutim, slični štetni učinci nisu pronađeni u aerosolu koji stvara Puff Bar (grožđe).
4. Rasprava
Rezultati dobiveni ovom eksperimentalnom studijom popunili su praznine u literaturi pružajući točniju procjenu doze taložene u dišnom sustavu i povezanih zdravstvenih rizika od raka i drugih zdravstvenih rizika povezanih s uporabom ENDS za jednokratnu upotrebu. Prikupljanjem podataka o kemijskim sastojcima razdvojenih po veličini iz ENDS aerosola i razmatranjem frakcije taloženja u dišnom sustavu ovisno o veličini aerosola, zdravstveni rizici jednokratnih ENDS proizvoda mogu se točno procijeniti. Glavna snaga ovog pristupa je to što uzima u obzir količinu ENDS tvari koje se zapravo talože u ljudskim dišnim putovima.
Nalazi naše kemijske analize potvrdili su da aerosol e-cigareta sadrži štetne organske kemikalije i metale (npr. benzil alkohol, -dekalakton, krom, nikal) za koje je dokumentirano da uzrokuju respiratorne probleme, pa čak i rak pluća. Također smo otkrili da se mangan i olovo pojavljuju u ENDS aerosolu, koji ima poznate negativne učinke na ljudski CNS. Među otkrivenim metalima, otkrili smo da su procijenjeni rizici od karcinoma dišnog sustava koji odgovaraju kromu iz oba jednokratna ENDS proizvoda bili znatno iznad prihvatljivog rizika. Rizik od raka dišnog sustava koji odgovara niklu u aerosolu iz Air Bara (led od lubenice) također je bio značajno iznad prihvatljivog rizika. Nadalje, niti krom niti nikal sami u dva jednokratna ENDs proizvoda nisu bili povezani s neprihvatljivim zdravstvenim rizicima koji nisu povezani s rakom. Ipak, kada sumiraju njihove individualne rizike od raka s istim ciljnim organom, otkrili smo da krom i nikal u ENDS aerosolu koji stvara Air Bar (Watermelon Ice) imaju dodatni učinak na dišni sustav. Ovi rezultati odražavaju sve veći broj dokaza koji podržavaju ideju da su kancerogene i štetne kemikalije doista razlog za zabrinutost redovitih korisnika ENDS-a [18,25,35]. Značajno je da su naši procijenjeni rizici od raka i ne-kancerogeni rizici općenito bili niži od onih iz studije Fowlesa i suradnika [18], vjerojatno zbog različitih vrsta ENDS-a i metoda za dobivanje koncentracije metala. Naše su procjene ipak vjerojatno točnije jer su se temeljile na procijenjenim dozama kemikalija taloženih u ljudskim dišnim putovima, kao i na sastavu ENDS tvari eksperimentalno analiziranih i pronađenih u ENDS aerosolu.
Jedinstveni doprinos ove studije je da je procjena deponiranih doza i povezanih zdravstvenih rizika uračunata u veličinu čestica aerosola. Metoda korištena u ovoj studiji mogla bi se dalje primijeniti na ispitivanje toksičnosti aerosola za druge ENDS proizvode. Konkretno, podaci o sastojcima koji ovise o veličini dobiveni našom kemijskom analizom pružili su korisne informacije za ispravnu procjenu doze specifičnih ENDS kemikalija u području dišnih putova čovjeka. Na temelju podataka dobivenih iz kolekcije MOUDI uzoraka odvojenih po veličini, otkrili smo da su raspodjele veličine čestica gotovo svih organskih kemikalija proporcionalne raspodjeli mase ENDS aerosola. Organske kemikalije sadržane u ENDS aerosolu bile su normalno raspoređene i općenito su imale vrhunac oko MOUDI faze 6 (veličina aerosola koja se može skupiti: od 10 do 1,8 µm). S obzirom na informacije o respiratornom taloženju aerosola ovisno o veličini (navedeno u Dodatku A, Tablica A1), to implicira da bi se 16% najobilnijeg ENDS aerosola koji se udahne (1.0–1,8 µm) taložilo u plućima vapera unutar traheobronhalnih dišnih puteva i alveolarne regije.
Osim poboljšane eksperimentalne metode, ova studija ima važne političke implikacije. Ova je studija otkrila da su štetni i potencijalno štetni organski spojevi i metali otkriveni u aerosolu iz dva jednokratna ENDS-a, s nekoliko metala koji su doveli do prekomjerno prihvatljivih rizika od raka i/ili ne-karcinoma. Ovi rezultati naglašavaju važnost reguliranja takvih štetnih i potencijalno štetnih kemikalija. Uz provjeru nalaza prethodnih studija da su grijaći elementi i sredstva za poboljšanje okusa u e-tekućinama proizvoda ENDS izvori nekih štetnih kemikalija [18,25], naša je studija dodatno razvila metodologiju za točniju procjenu doza tvari povezanih s ENDS-om koji bi mogli bolje informirati regulaciju duhanskih proizvoda pružajući točniju procjenu razina otrovnih tvari. Nadalje, kako je FDA zabranila aromatizirane ENDS proizvode osim za jednokratne ENDS zbog FDA-ine uske definicije uloška za e-cigarete [11], nalazi iz naše studije koja se posebno usredotočila na jednokratne ENDS pružili su dodatnu znanstvenu osnovu FDA-i za razmatranje proširenje zabrane okusa na jednokratne ENDS proizvode. Osim toga, budući da ENDS tvrtke obično reklamiraju da ENDS sadrži nikotin, kemikalije za poboljšanje okusa i otopine nosača (npr. propilen glikol), ali umanjuju postojanje štetnih tvari u ENDS aerosolu [36], stroži zahtjevi za označavanje proizvoda i učinkovite protukomunikacijske kampanje su imperativ .
Ova studija ima ograničenja koja se moraju priznati. Prvo, iako smo istražili aerosol iz dva uobičajeno prihvaćena jednokratna ENDS proizvoda, oni nisu predstavljali sve ENDS proizvode koji se razlikuju po okusima, modelima i markama. Različite karakteristike proizvoda mogu biti povezane s različitim zdravstvenim rizicima. Na primjer, jedna studija koja je ispitivala benzaldehid u aerosolima koje stvara ENDS otkrila je da su najviše razine benzaldehida otkrivene u ENDS proizvodima s okusom višnje [37]. Potrebne su buduće studije za sustavno istraživanje toksičnosti aerosola zajedno s karakteristikama proizvoda (npr. okus, model, napon napajanja) kako bi se informirale dodatne regulatorne mjere za duhan. Drugo, naša procjena zdravstvenih rizika od raka i ne-karcinoma povezanih s organskim spojevima i metalima iz ENDS aerosola temeljila se na dokumentiranoj potenciji raka (CSP) i RfD (ili RfC) informacijama koje su dostavili EPA i CalEPA. Međutim, takve informacije nisu utvrđene za većinu organskih kemikalija otkrivenih u ovoj studiji. Stoga, iako se dnevne doze kao što su ADD i LADD mogu procijeniti za sve organske kemikalije koje se nalaze u ENDS aerosolu, povezane procjene rizika za zdravlje mogu se dovršiti samo za neke kemikalije. Potrebne su buduće studije za daljnje istraživanje zdravstvenih rizika povezanih s drugim kemikalijama kada informacije o njihovoj toksičnosti (tj. CSP, RfD i RfC) postanu dostupne. Naposljetku, korištenje štrcaljke za izvlačenje aerosola iz ENDS proizvoda za stvaranje ENDS aerosola možda ne predstavlja stvarnu situaciju vapinga. Međutim, ova metoda je jednostavan i koristan način za učinkovito stvaranje aerosola iz ENDS proizvoda. Za buduće studije mogu se nabaviti komercijalno dostupni strojevi za puhanje e-cigareta kao što je CSM-eSTEP (CH Technology USA, Inc., Northeastern, New Jersey) kako bi se proizveo reprezentativniji i pouzdaniji ENDS aerosol za srodne eksperimente.
5. Zaključci
Ova studija daje vrijedne eksperimentalne rezultate o respiratorno taloženoj dozi povezanoj s jednokratnom upotrebom proizvoda ENDS, uzimajući u obzir sastojke ENDS tvari ovisne o veličini aerosola i frakcije respiratornog taloženja, što je dalo točnije procjene rizika od raka i drugih. Metoda i nalazi iz studije mogu doprinijeti postojećoj literaturi o toksičnosti aerosola ENDS-a i mogu poslužiti kao izvor budućih velikih studija koje istražuju zdravstvene rizike povezane s ENDS-om. Nalazi također mogu informirati regulatorne napore za duhan, kao što je proširenje savezne zabrane okusa na jednokratne ENDS proizvode, provedba strožih zahtjeva za označavanje proizvoda i razvoj učinkovitih komunikacijskih kampanja za borbu protiv utjecaja ovih novih ENDS proizvoda na javno zdravlje.
Autorski doprinosi
W.-CS, H.-CL i AB dizajnirali su i konceptualizirali studiju. H.-CL i AB proveli su pretraživanje literature i dali sažetke prethodnih istraživanja. Laboratorijske vježbe vodio je W.-CS. H.-CL proveo je procjenu rizika po zdravlje. H.-CL i W.-CS interpretirali su nalaze. H.-CL i W.-CS izradili su rukopis. AB je kritički revidirao rukopis. Svi su autori pročitali i složili se s objavljenom verzijom rukopisa.
Financiranje
Ovu studiju su podržali R21ES031795 Nacionalnog instituta za zdravstvene znanosti o okolišu (NIEHS) za W.-CS, R01DA049154 iz Nacionalnog instituta za zlouporabu droga (NIDA) za AB i H.-CL, te podršku Southwest Center for Occupational i zdravlje okoliša (SWCOEH), Centar za kontrolu i prevenciju bolesti (CDC), Nacionalni institut za sigurnost i zdravlje na radu (NIOSH), Obrazovni i istraživački centar (T42OH008421) na Sveučilištu Texas Health Science Center u Houstonu (UTHealth) School of Public Zdravlje.
