Kertakäyttöiset sähkösavukkeet ja niihin liittyvät terveysriskit: kokeellinen tutkimus
Jätä viesti
Kertakäyttöiset sähkösavukkeet ja niihin liittyvät terveysriskit: kokeellinen tutkimus
Abstrakti
Sähköisten nikotiinin annostelujärjestelmien (ENDS) käyttö, mukaan lukien kertakäyttöiset sähkösavukkeet, on ollut yleistä. Nykyiset ENDS:n kemialliset analyysit keskittyivät e-nesteisiin aerosolien sijaan, eivätkä ne ottaneet huomioon hiukkaskokoja ja aerosolien hengitysteiden laskeumafraktioita, jotka ovat avaintekijöitä inhalaatioannoksissa. Tässä tutkimuksessa tutkittiin orgaanisia kemiallisia ja metallisia ainesosia koon mukaan erotetussa ENDS-aerosolissa ja arvioitiin näiden aineiden kerrostuneita annoksia ja terveysriskejä. Aerosolikemialliset analyysit suoritettiin kahdelle suositulle kertakäyttöiselle ENDS-tuotteelle: Puff Bar (Grape) ja Air Bar (Watermelon Ice). ENDS-aerosoli luotiin ja toimitettiin Micro-Orifice Uniform Deposit Impactor -laitteeseen koon mukaan eroteltujen aerosolinäytteiden keräämiseksi, joissa analysoitiin orgaanisia kemikaaleja ja metalleja. Jokaiselle kemikaalille arvioitiin päivittäiset ja elinikäiset annokset. Syöpä- ja ei-syöpäriskiarvioinnit tehtiin talletettujen annosten perusteella. Huomasimme, että e-savukkeen aerosoli sisältää tiettyjä haitallisia orgaanisia kemikaaleja ja metalleja, joiden on dokumentoitu aiheuttavan hengitysongelmia. Arvioidut hengitysteiden syöpäriskit, jotka vastaavat sekä ENDS-tuotteiden kromia että Air Barin (Watermelon Ice) nikkeliä, ylittivät huomattavasti tavanomaisesti hyväksyttävän riskin. Menetelmä, havainnot ja vaikutukset voivat edistää ENDS-toksisuustutkimusten olemassa olevaa kirjallisuutta sekä antaa tietoa tupakan sääntelystä ja tulevista laajamittaisista tutkimuksista.
Avainsanat:
kertakäyttöiset sähkösavukkeet; aerosolin myrkyllisyys; terveysriski; hiukkaskokojakauma; hengitysteiden kerääntyminen1. Johdanto
Sähköisten nikotiininjakelujärjestelmien (ENDS) käyttö, mukaan lukien e-savukkeiden käyttö, on yleistä nuorten ja nuorten aikuisten keskuudessa, ja siitä on tullut kansanterveysongelma. Vuoden 2019 National Health Interview Survey -tutkimuksen tietojen toissijaisen analyysimme mukaan ENDS:n käytön esiintyvyys nuorten aikuisten keskuudessa oli 32,4 % ja nykyinen käyttö 9,4 %, mikä on noussut viimeisen vuosikymmenen aikana [1]. Lisäksi vuoden 2019 National Youth Tobacco Survey -tutkimuksen tietoja käyttävä tutkimus paljasti, että 27,5 % lukiolaisista ilmoitti käyttävänsä sähkötupakkaa. Heistä 34,2 % ilmoitti käyttäneensä sähkötupakkaa usein (eli käyttäneensä vähintään 20 päivää viimeisen 30 päivän aikana) [2]. ENDS-tuotteet houkuttelevat erityisesti nuoria ja nuoria aikuisia muokattavissa olevien ja uusien ominaisuuksiensa [3,4,5], pienemmän riskin [6,7] ja paremman sosiaalisen hyväksyttävyyden vuoksi kuin palavat savukkeet [8].
ENDS-tuotteet ovat erilaisia, ja ne ovat kehittyneet nopeasti savukemaisista kertakäyttötuotteista (ensimmäinen sukupolvi) patruunajärjestelmiin (toinen sukupolvi), säiliöjärjestelmiin (kolmas sukupolvi) ja nikotiinisuolaa sisältäviin laitteisiin, kuten JUUL (neljäs sukupolvi). Viime aikoina JUULin suosion ovat saaneet kiinni JUUL-tyyppiset kertakäyttöiset e-savukelaitteet (jäljempänä "kertakäyttöiset PÄÄT") makuvaihtoehtojensa, katseenvangitsijansa suunnittelun ja pakkauksen, edullisen hinnan ja käyttömukavuuden (eli kaikki- in-one, itsenäinen, ei e-nesteen täyttöä eikä akun latausta) [2,9]. Tupakkateollisuus on osoittanut huomattavaa kekseliäisyyttä uusien/muokattujen tuotteiden toimittamisessa määräysten mukaisesti [10]. Esimerkiksi, kun tämä tutkimus tehtiin vuoden 2022 alussa, kertakäyttöisiä ENDS-tuotteita ei rajoita liittovaltion makuasetus FDA:n suppean patruunan määritelmän vuoksi [11]. Itse asiassa 85,8 % nykyisistä nuorista käyttäjistä ostaa hedelmämakuisia kertakäyttöisiä päitä [12].
Tutkimukset ovat osoittaneet, että ENDS-tuotteet sisältävät aromikemikaaleja, joista osa liittyy hengitysteiden ärsytykseen tai haittoon, kuten δ-dodekalaktoni, mentoli, bentsyylialkoholi ja koryloni [13,14,15,16]. Lisäksi ENDS-laitteiden lämmityselementit (esim. sumutin/kierukka) ja säiliöt koostuvat metalleista, jotka voivat vapautua e-nesteeseen ja aerosoleihin käytön aikana, ja kromi ja nikkeli ovat tärkeimpiä syöpäriskin aiheuttajia [17,18]. Nykyiset ENDS-tuotteille, mukaan lukien kertakäyttöiset ENDS:t, tehdyt kemialliset analyysit keskittyivät kuitenkin pääasiassa e-nesteeseen, joka ei välttämättä heijasta ENDS-aerosolin kemikaaleja, jotka todella kerääntyvät ENDS-käyttäjien hengitysteihin [15,19]. Vaikka on olemassa kourallinen tutkimuksia, joissa analysoitiin ENDS-aerosolia [20,21,22] ja arvioitiin niihin liittyviä terveysriskejä [18], näissä tutkimuksissa ei otettu huomioon ENDS-aerosolin hiukkaskokoa ja kokoon liittyviä hengityselimiä. laskeumafraktioita arvioidessaan terveysriskejä. Tämä on vakava ongelma, koska hiukkasten koko vaikuttaa suoraan hengitysteiden kerrostumispaikkaan ja laskeumafraktioon hengitysteissä. Itse asiassa höyrystämisestä muodostuva ENDS-aerosoli on sekoitus nestepisaroita, joiden aerosolihiukkasten halkaisija vaihtelee erittäin hienoista (alle 0,1 µm) mikronikokoihin (noin 4 µm asti). Siten sisäänhengitetyn ENDS-aerosolin odotetaan pääsevän ja kerääntyvän ihmisen eri hengitysteiden alueille erilaisilla kerrostuneilla annoksilla. Tärkeää on, että suurimman osan ENDS-aerosolista odotetaan kerääntyvän alempiin hengitysteihin, mikä todennäköisesti vaikuttaa haitallisesti terveyteen, koska hengitysteiden pinta-ala on valtava alveolaarisella alueella [23]. Talletettu annos on edeltäjä sisäiselle annokselle ennen hengityspuhdistuman ja absorptionopeuden huomioon ottamista, ja näin ollen se voi toimia vapaukseen liittyvän terveysriskin arvioinnin kääntöindeksinä. ENDS-aerosolin kokojakauma ja hengitysteiden laskeumafraktiot ovat avaintekijöitä tämän pivot-indeksin tarkassa arvioinnissa [23], ja siksi se tulisi sisällyttää terveysriskien arviointiin.
Tämä tutkimus täytti tiedon puutteet käyttämällä parannettua lähestymistapaa arvioimaan kahdessa yleisesti käytetyssä kertakäyttöisessä ENDS-tuotteessa kertyneet kemikaaliannokset ja niihin liittyvät syövän ja ei-syövän terveysriskit. Kokeellisessa lähestymistavassa otettiin huomioon koosta riippuvaiset aerosolin hengitysteiden kerrostumisfraktiot ja suoritettiin koon mukaan eroteltu kemiallisten ainesosien analyysi ENDS-aerosolille. Tutkimuksemme havainnot voisivat parantaa vapperin keuhkoihin kerääntyneiden ENDS-kemikaalien annosten arvioinnin tarkkuutta, mikä puolestaan voisi antaa tietoa tupakkasäännöksistä ja tulevista laajamittaisista tutkimuksista, jotka arvioivat kertakäyttöisten ENDS-tuotteiden käyttöön liittyviä terveysriskejä.
2. Materiaalit ja menetelmät
2.1. Kokoeroteltu ENDS-aerosolinäytekokoelma
Tässä tutkimuksessa aerosolikemialliset analyysit suoritettiin kahdelle suositulle kertakäyttöiselle ENDS-tuotteelle: Puff Bar (Grape) ja Air Bar (Watermelon Ice). Näiden kahden kertakäyttöisen ENDS-tuotteen valinta perustui kertakäyttöisten ENDS-tuotteiden yleisyyteen tutkimusryhmän erillisestä tutkimuksesta, jossa tutkittiin korkeakouluopiskelijoiden ENDS-käyttökäyttäytymistä. Nämä kaksi kertakäyttöistä ENDS-tuotetta olivat yleisimmin omaksuttuja tutkimukseen osallistuneiden keskuudessa.
Tässä tutkimuksessa koon mukaan erotetut ENDS-aerosolinäytteet kerättiin käyttämällä Micro-Orifice Uniform Deposit Impactor -laitetta (MOUDI 110-R, MSP Co., Shoreview, MN, USA). MOUDI pystyy keräämään aerosolinäytteitä, joiden hiukkasten halkaisija vaihtelee välillä 0,056 - 18 µm, sen 11 keräysvaiheessa (eli kokoeroteltu näytteenotto). Se ylittää tavanomaiset suoraluettavat aerosoliinstrumentit, kuten hiukkaslaskurit ja spektrometrit, jotka eivät pysty käsittelemään juuri valmistettua sähkösavukkeen aerosolia erittäin korkealla aerosolipitoisuudella. Jokaisella MOUDI-vaiheella on kerättävä hiukkaskokoalue, ja keskimääräinen keuhkojen kerrostumisfraktio voidaan laskea tämän hiukkaskokoalueen perusteella (katso liite A taulukko A1). MOUDI:n eri vaiheissa keräämiä ENDS-aerosolinäytteitä käytettiin hiukkaskokojakauman laskemiseen ja kemiallisen koostumuksen analyyseihin.
Kertakäyttöisten ENDS-aerosolinäytteiden keräämiseksi kuhunkin MOUDI-vaiheeseen asetettiin polytetrafluorieteeni (PTFE) -kalvosuodattimet (PALL Co., Port Washington, NY, USA), ja MOUDI:ta käytettiin näytteenottovirtausnopeudella 30 l/min. 100 ml:n ruiskulla otettiin ENDS-aerosoli kahdesta kertakäyttöisestä ENDS-tuotteesta ja pumpattiin sitten ENDS-aerosoli suoraan MOUDI:iin näytteenottoa varten. Tämä menettely toistettiin 10 kertaa (10 puhallusta) riittävän määrän ENDS-aerosolin keräämiseksi jokaiseen MOUDI-vaiheeseen myöhempää paino- ja aineanalyysiä varten. Näytteenottokokeen jälkeen PTFE-suodattimet, joissa oli kerättyjä ENDS-aerosolinäytteitä, purettiin MOUDI:sta, ne punnittiin erikseen mikrovaakalla ja lähetettiin sitten laboratorioihin orgaaniseen kemialliseen analyysiin ja metallianalyysiin ENDS-aerosolin koosta riippuvien kemiallisten aineosien tunnistamiseksi. Näytteenotto suoritettiin kolme kertaa jokaiselle ENDS-tuotteelle tietojen luotettavuuden ja toistettavuuden varmistamiseksi. ENDS-aerosolin hiukkaskokojakauma ja koosta riippuvaiset kemiallisten ainesosien tiedot ovat avainasemassa arvioitaessa tietyn ENDS-kemikaalin kerääntynyttä annosta höyrystimen keuhkoihin.
2.2. Orgaaninen kemiallinen ja metallianalyysi
ENDS-aerosolin orgaaninen kemiallinen analyysi suoritettiin käyttämällä kaasukromatografia-massaspektrometriaa (GC/MS) orgaanisten kemikaalien, kuten nikotiinin, PG:n, VG:n ja aromiaineiden massan havaitsemiseksi MOUDI-suodattimilla koosta riippuvan tiedon hankkimiseksi. Tarkemmin sanottuna kaksi kertakäyttöistä päätä purettiin e-nesteeseen kasteltujen höyrysydämien löytämiseksi. E-nesteen tärkeimmät kemialliset komponentit uutettiin ensin asetonitriilillä ja analysoitiin GC/MS:llä. Sitten ENDS-aerosolinäytteet MOUDI-suodattimilla uutettiin samalla tavalla ja konsentroitiin GC/MS-analyysiä varten. GC/MS-kemiallinen analyysi varustettiin elektroni-ionisaatio-ionilähteellä (GC/EI-MS, Agilent 6890N GC ja 5975 inert XL MSD), ja kaikki kemikaalit kvantifioitiin käyttämällä autenttisia tai korvaavia standardeja. Yksityiskohtaiset menetelmät orgaanista analyysiä varten on kuvattu muualla [23]. Orgaanisessa kemiallisessa analyysissä kohdeanalyyttien talteenotto määritettiin syöttämällä tunnettu määrä kemikaaleja nollasuodattimille (n=3) ja uuttamalla ne samoilla menetelmillä kuin kerätään aerosolinäytteitä. Metallianalyysi suoritettiin käyttämällä induktiivisesti kytkettyä plasmamassaspektrometriaa (ICP/MS) vaarallisten metallien, kuten nikkelin, kromin ja lyijyn, massan havaitsemiseksi eri MOUDI-suodattimilla koosta riippuvan tiedon saamiseksi. MOUDI-suodattimet käsiteltiin ensin happouutosta ja mädätystä varten käyttämällä ultrapuhdasta kaksoistislattua HNO:ta3ja HF, ja sitten digestoidut näyteliuokset haihdutettiin alkavaan kuiviin. ICP/MS-analyysissä noudatettiin aiemmin vakiintunutta protokollaa käyttämällä ICP/MS Triple Quad -laitetta (malli 8800, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA) [24]. Tällä tavalla metallielementtejä voidaan saada sub-ppb (ng/g) tasolle ±5 % tarkkuudella.
Laboratorioanalyysin painopiste tässä tutkimuksessa on haitalliset orgaaniset kemikaalit ja metallit, jotka on aiemmin tunnistettu ENDS-aerosolissa ja julkaistu kirjallisuudessa [14,18,25,26,27,28,29]. Siksi orgaanisen kemiallisen analyysimme suunnittelussa keskityttiin nikotiiniin, kantajaliuottimeen (esim. glyseroli, propyleeniglykoli, formaldehydi, asetaldehydi, akroleiini, asetoni, metyyliglyoksaali, bentsoehappo ja trietyylisitraatti), sekä aromi- ja muut kemikaalit ( esim. etyylivanilliini, vanilliini, kanelimaldehydi, mentoli, asetoiini, sitraali, bentsyylialkoholi, bentsaldehydi, diasetyyli, etyyliasetaatti, etyylimaltoli, triasetiini, metyyliantranilaatti, metyylidihydrojasmonaatti, melonaali, koryloni, δ-kalodekalaktoni, -,-dekalodekalaktoni, 3-hexen{11}}ol). Samalla tavalla metallianalyysissämme havaittiin yli 20 metallia, mutta tämän tutkimuksen painopiste oli nikkelissä (Ni), mangaanissa (Mn), sinkissä (Zn), kromissa (Cr) ja lyijyssä (Pb).
2.3. ENDS-aineiden talletettujen annosten arvioiminen
Höyryjen keuhkoissa olevien ENDS-aineiden hengittämiseen liittyvien terveysriskien arvioimiseksi laskettiin keskimääräinen päiväannos (ADD) ja elinikäinen keskimääräinen päiväannos (LADD). ADD ja LADD laskettiin seuraavien tavanomaisten yhtälöiden perusteella:𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇���=�×��×����×��
(1)
𝐿𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸����=�×��×����×��
(2)
missä 𝐶� on altistumispitoisuus (ng/m3), 𝐶𝑅�� on yhteydenottoprosentti (m3/vrk), 𝐶𝑇�� on kontaktiaika, jonka oletetaan olevan 30 vuotta (10 950 päivää) huippuluokan vapperpopulaatiolla, 𝐵𝑊�� on ruumiinpaino (70 kg), 𝐴𝑇�� on keskimääräinen aika , joka on yhtä kuin 𝐶𝑇�� (10 950 päivää), ja 𝐿𝐸�� on elinajanodote, joka on 70 vuotta (25 550 päivää) USEPAn oletusaltistusoletusten mukaan. Höyrystyksen yhteydessä termi 𝐶×𝐶𝑅�×�� on yhtä suuri kuin ENDS-aineen päivittäinen saanti (ng/vrk), ja aineen päivittäinen saanti höyrystyksen kautta tulee tulla höyrystyksen kokonaismäärästä. päivä. Kirjallisuuden perusteella höyrystimen raportoitu keskimääräinen päivittäinen hengittäminen on noin 163 hengitystä/päivä [30]. Siksi kokeellisen suunnittelun ja tämän tutkimuksen tulosten perusteella yhtälöitä (1) ja (2) voidaan sitten muokata höyrystysasetukselle seuraavasti:𝐴𝐷𝐷𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗=0.1𝑀𝑖,𝑗×𝐶𝑅𝑝×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇����=∑�����,�=0.1��,�×���×����×��
(3)
𝐿𝐴𝐷𝐷𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗=0.1𝑀𝑖,𝑗×𝐶𝑅𝑝×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸�����=∑������,�=0.1��,�×���×����×��
(4)
missä 𝑀𝑖,𝑗��,� on tietyn ENDS-aineen j (orgaaninen kemikaali tai metalli) massa ENDS-aerosolissa, joka löytyy MOUDI-vaiheesta I (i {0}} - 11) GC:stä /MS- ja ICP/MS-analyysit. Koska 𝑀𝑖,𝑗��,� perustuu 10 puhallukseen, 0.1𝑀𝑖,𝑗��,� on yhtä suuri kuin ENDS-aineen massa yhdessä hengityksessä. 𝐶𝑅𝑝��� on ENDS-aerosolin kosketusnopeus yksikkönä hengittäminen/päivä. Kirjallisuuden perusteella 𝐶𝑅𝑝���:ksi asetettiin 163 puhallusta/päivä [30]. Näiden perusteella 𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗����,� heijastaa ENDS-aerosolin sisältämän tietyn aineen j keskimääräistä päivittäistä annosta kokoalueella i (MOUDI-vaihe i); 𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗�����,� on ENDS-aerosolin sisältämän tietyn aineen j keskimääräinen vuorokausiannos kokoalueella i. Yhtälöiden (3) ja (4) summa osoittaa, että tietyn ENDS-aineen annos aktiivisen höyrystimen keuhkoissa lasketaan yhdistämällä annokset kaikista 11 yksittäisestä MOUDI-vaiheesta (∑𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑��,� 1 hengitysteihin kertyneen ENDS-aerosolin aiheuttama) seuraavasti:𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖���′�=∑�����,�×���
(5)
𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖����′�=∑������,�×���
(6)
missä 𝐷𝐹𝑖��� on MOUDI-vaiheen i kerättävän aerosolin koon keskimääräinen hengitysteiden laskeumafraktio ({{0}}.0 - 1,0). Tässä tutkimuksessa käytetty ihmisen hengityselimistö kattaa trakeobronkiaaliset hengitystiet keuhkorakkuloihin, ja vastaavat julkaistut tiedot aerosolien hengitysteiden laskeumafraktioista otettiin käyttöön keskimääräisten laskeumafraktioiden määrittämiseksi (katso liitteen A taulukko A1 arvioidut 𝐷𝐹𝑖���) [ 23]. Tällä tavalla 𝐴𝐷𝐷′𝑗���′� ja 𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗����′� ottavat huomioon aineen realistisen koosta riippuvan aerosoliosuuden ja massaosuuden edistää talletettuun annokseen.2.4. Syövän ja muiden kuin syövän riskien arviointi
Arvioitua 𝐴𝐷𝐷′𝑗���′� yhtälöstä (5) käytettiin sitten laskemaan vaaraosamäärä (HQ) arvioitaessa aineen j aiheuttamaa muuta kuin syöpää aiheuttavaa terveysriskiä kertakäyttöisessä ENDS-tuotteessa (orgaaninen kemikaali tai metalli). seuraavasti:𝐻𝑄𝑗=𝐴𝐷𝐷′𝑗𝑅𝑓𝐷𝑗 {<1 No adverse health effect is expected>1 Haitallinen terveysvaikutus on mahdollinen ���=���′����� {<1 No adverse health effect is expected>1 Haitallinen terveysvaikutus on mahdollinen
(7)
missä 𝑅𝑓𝐷𝑗���� on ENDS-aineelle j julkaistu viiteannos (RfD). Huomaa, että siinä tapauksessa, että vain vertailupitoisuus (RfC) oli saatavilla tietylle aineelle, RfC muutettiin RfD:ksi käyttämällä kohtuullista 20 m:n sisäänhengitysnopeutta.3/vrk ja oletuspaino 70 kg (eli RfD=RfC × 20/70) [18]. Lisäksi vaaraindeksiä (HI) sovellettiin aineille, jotka aiheuttavat samanlaisia ei-syövän terveysvaikutuksia samaan kohde-elimeen/järjestelmään (esim. hengityselimiin). Siksi HI on kaikkien asiaan liittyvien 👄🏼 (𝐻𝐼=∑𝐻𝑄𝑗��=∑���) summa. Kun HQ tai HI ylittää arvon 1,0, se tarkoittaa, että kertakäyttöisten päiden käyttäjille voi olla haitallisia ei-syöpävaikutuksia. kertakäyttöisten ENDS-tuotteiden käyttöön liittyvät syövät seuraavasti:𝐶𝑎𝑛𝑐𝑒𝑟 𝑅𝑖𝑠𝑘𝑗=𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗×𝐶𝑆𝐹𝑗 {<10−6 Acceptable cancer risk >10–6 Ei-hyväksyttävä syöpäriski������ �����=����′�×���� {<10−6 Acceptable cancer risk >10–6 Ei-hyväksyttävä syöpäriski
(8)
jossa 𝐶𝑆𝐹𝑗���� on tietyn ENDS-aineen j (orgaaninen kemikaali tai metalli) julkaistu syövän kaltevuustekijä (eli syövän voimakkuus). Syöpäriskin arvioinnissa arvioitu syöpäriski, joka ylittää 10−6(yksi miljoonasta) osoittaa, että kertakäyttöisten päiden käyttäjille on liian suuri syöpäriski. RfD:n, RfC:n ja CSF:n arvot yhtälöissä (7) ja (8) syövän ja ei-syöpäriskin arvioinneille on koottu US EPA:n ja CalEPAn virallisilla verkkosivuilla [31,32,33,34].3. Tulokset
3.1. ENDS-aerosolissa havaittuja aineita
Taulukko 1 ja taulukko 2 esittävät (valitut) orgaaniset kemikaalit ja metallit, jotka on havaittu kahdesta kertakäyttöisestä ENDS-tuotteesta, Puff Bar (Grape) ja Air Bar (Watermelon Ice), syntyneestä aerosolista. Kvantifioidut tulokset ilmaistaan suodattimella havaitun aineen massana (ng), joka oli kolmen saman MOUDI-vaiheen suodatinnäytteiden keskiarvo. Orgaanisten yhdisteiden osalta kemiallisen analyysimme perusteella sekä Puff Bar (Grape) että Air Bar (Vesimelonijää) sisältävät nikotiinia, propyleeniglykolia (PG), glyserolia (VG), bentsoehappoa, trietyylisitraattia, etyylimaltolia ja {{2 }}hexen-1-ol. Tiedetään, että PG ja VG ovat kantajaliuottimia, joita käytetään yleisesti ENDS-tuotteiden e-nesteissä. Lisäksi Puff Bar sisältää myös metyyliantranilaattia, -terpineolia ja perillartiinia, kun taas Air Bar sisältää myös bentsyylialkoholia, vanilliinia, melonia, metyylidihydrojasmonaattia ja -dekalaktonia. Aromiaineiksi lisätään orgaanisia kemikaaleja, kuten vanilliinia, melonia, etyylimaltolia ja bentsyylialkoholia [35]. Metallianalyysiä varten listasimme vain metallit, joiden on dokumentoitu liittyvän haitallisiin terveysvaikutuksiin taulukoissa 1 ja 2. Suodattimissa havaittuja metalleja ovat kromi, nikkeli, mangaani, lyijy, alumiini ja sinkki, jotka kaikki on dokumentoitu vaikuttaa negatiivisesti hengityselimiin (ja jopa keuhkosyöpään) ja keskushermostoon [18]. Taulukossa 1 ja taulukossa 2 on esitetty myös MOUDI:n keräämän ENDS-aerosolin massajakauma kerättävien aerosolikokoalueiden perusteella. Kaiken kaikkiaan orgaanisten kemikaalien massa jakautui normaalisti ja saavutti huippunsa vaiheen 6 paikkeilla (keräävä aerosolin koko 1,8 Suurempi tai yhtä suuri kuin d Suurin tai yhtä suuri kuin 1.0 µm), mikä on verrannollinen massajakaumaan ( yhtä suuri kuin hiukkaskokojakautuma) ENDS-aerosolin. Emme kuitenkaan havainneet metalleja tällaisen jakautumisen jälkeen. Yllä olevilla koosta riippuvaisilla ainesosatiedoilla voidaan sitten arvioida tietyn ENDS:iin liittyvän aineen (orgaaninen kemikaali tai metalli) annos, joka on kertynyt höyrystimen keuhkoihin, sekä siihen liittyvät terveysriskit.
Taulukko 1.Air Barin (Watermelon Ice) tuottamissa koon mukaan erotetuissa ENDS-aerosolinäytteissä havaitut aineet.
Taulukko 2.Puff Barin (Grape) tuottamissa koon mukaan erotetuissa ENDS-aerosolinäytteissä havaitut aineet.
3.2. Arvioidut ENDS-aineiden hengityselimiin kerääntyneet annokset
Taulukoissa 3 ja 4 on esitetty arvioidut ADD ja LADD taulukoissa 1 ja 2 lueteltujen orgaanisten kemikaalien ja metallien osalta. Arvioidut ADD ja LADD laskettiin yhtälöiden (1)–(6) perusteella ottaen huomioon realistiset ENDS-käyttöparametrit. , aerosolin koosta riippuvainen ainekoostumus ja tavanomaiset aerosolin hengitysteiden kerrostumisfraktiot. ADD ja LADD mittaavat kiinnostavan ENDS-aineen hengitysteitse kertyneen annoksen. Kuten taulukoista 3 ja 4 esitetään, nikotiinia, propyleeniglykolia, glyserolia ja bentsoehappoa vastaavat talletetut annokset olivat suhteellisen korkeampia kuin muiden orgaanisten kemikaalien. Metalleista sinkillä, alumiinilla, nikkelillä ja kromilla oli yleensä suhteellisesti suurempia kerrostettuja annoksia. Yleisesti ottaen Air Bar (Watermelon Ice) johti korkeampiin sekä orgaanisten kemikaalien että metallien kerrostumiin verrattuna Puff Bariin (Grape). Erityisesti Air Barista (Watermelon Ice) tuotettu ENDS-aerosoli sisälsi suurempia arvioituja annoksia nikotiinia, propyleeniglykolia, glyserolia, kromia, nikkeliä, mangaania, lyijyä, alumiinia ja sinkkiä verrattuna Puff Barin (Grape) aerosoliin.
Taulukko 3.Air Bar-Watermelon Icen tuottaman ENDS-aerosolin arvioidut keuhkoihin kertyneet annokset sekä syöpä- ja ei-syöpäriskit.
Taulukko 4.Puff Bar-Grapen tuottaman ENDS-aerosolin arvioidut keuhkoihin kertyneet annokset ja syöpäriskit ja muut riskit.
3.3. ENDS-aineiden arvioidut syöpäriskit ja muut riskit
ENDS-aerosolissa löydettyjen valittujen metallien syöpä- ja ei-syöpäriskit arvioitiin vastaavien ADD- ja LADD-arvojen perusteella, ja tulokset on esitetty taulukoissa 3 ja 4. Näistä taulukoista näkyy myös Yhdysvaltojen julkaisemat CSF-arvot. EPA ja CalEPA, ja niitä käytettiin syövän riskinarvioinnissamme [32]. Air Barin (Watermelon Ice) tuottamasta aerosolista löytyneiden metallien joukossa kromin ja nikkelin arvioitu syöpäriski oli 1.0 × 10−3ja 1,5 × 10−6, joiden katsotaan olevan huomattavasti suurempi kuin hyväksyttävä riski 10−6. Puff Barin (Grape) tuottaman aerosolin metallien kromia vastaava arvioitu hengitystiesyöpäriski oli 3,9 × 10−4, mikä myös ylittää tavanomaisen hyväksyttävän riskin. Ei-syöpäriskin arviointiin (HQ:n mittaama) käytettiin RfD:tä (tai RfC:tä), joka vastasi US EPA:n ja CalEPAn julkaisemia metalleja (lueteltu taulukoissa 3 ja 4) [31,33,34]. Ei-syövän riskinarvioinnin tulokset osoittavat, että kaikkien metallien HQ-arvot taulukossa 3 ja 4 olivat kaikki alle 1.{{10}}, mikä osoittaa, että yksikään metalleista ei yksinään aiheuttaa merkittävää vaikutusta hengityselimiin tai keskushermostoon. Kuitenkin, kun summataan samaa kohde-elintä vastaavia muita kuin syöpää aiheuttavia terveysriskejä, havaittiin, että Air Barin (Vesimelonijää) aerosolissa olevat kromi ja nikkeli aiheuttivat hengitysteiden riskin saada HI=1.14, joka on yli hyväksyttävän tason 1,0, mikä osoittaa mahdollisen riskin haitallisille hengitystievaikutuksille (ei syöpä) ihmisillä, jotka käyttävät säännöllisesti Air Bar (Vesimelonijää). Samanlaisia haittavaikutuksia ei kuitenkaan löydetty Puff Barin (Grape) tuottamasta aerosolista.
4. Keskustelu
Tästä kokeellisesta tutkimuksesta saadut tulokset täyttivät kirjallisuuden aukot tarjoamalla tarkemman arvion hengitysteitse kertyneestä annoksesta ja siihen liittyvistä syöpä- ja ei-syöpäterveysriskeistä, jotka liittyvät kertakäyttöisten ENDS-käyttöön. Kertakäyttöisten ENDS-tuotteiden terveysriskit voidaan arvioida tarkasti hankkimalla koon mukaan eroteltuja kemiallisia ainesosia koskevia tietoja ENDS-aerosolista ja ottamalla huomioon aerosolin koosta riippuvainen hengitysteiden kerrostumisfraktio. Tämän lähestymistavan suuri vahvuus on, että siinä otetaan huomioon ENDS-aineiden määrä, joka todella kerääntyy ihmisen hengitysteihin.
Kemiallisen analyysin tulokset vahvistivat, että e-savukkeen aerosoli sisältää haitallisia orgaanisia kemikaaleja ja metalleja (esim. bentsyylialkoholia, -dekalaktonia, kromia, nikkeliä), joiden on dokumentoitu aiheuttavan hengitysvaikeuksia ja jopa keuhkosyöpää. Löysimme myös mangaania ja lyijyä esiintyvän ENDS-aerosolissa, jolla on tunnettuja kielteisiä vaikutuksia ihmisen keskushermostoon. Havaituista metalleista havaitsimme, että molemmista kertakäyttöisistä ENDS-tuotteista kromia vastaavat arvioidut hengitystiesyöpäriskit ylittivät huomattavasti hyväksyttävän riskin. Myös Air Barin (Watermelon Ice) aerosolissa olevaa nikkeliä vastaava hengitystiesyöpäriski oli huomattavasti hyväksyttävää riskiä suurempi. Lisäksi kromi tai nikkeli yksin kahdessa kertakäyttöisessä END-tuotteessa ei liittynyt ei-hyväksyttäviin ei-syöpään liittyviin terveysriskeihin. Silti, kun laskemme yhteen heidän yksittäisiä ei-syöpäriskejä samalla kohde-elimellä, havaitsimme, että Air Barin (Watermelon Ice) ENDS-aerosolissa oleva kromi ja nikkeli lisäävät hengityselimiä. Nämä tulokset toistivat kasvavaa näyttöä, joka tukee käsitystä, että syöpää aiheuttavat ja haitalliset kemikaalit ovat todellakin huolenaiheita tavallisille ENDS-käyttäjille [18,25,35]. Arvioidut syöpäriskimme ja ei-syöpäriskimme olivat yleensä alhaisemmat kuin Fowlesin ym. tutkimuksessa [18], mikä johtui mahdollisesti erilaisista ENDS-tyypeistä ja menetelmistä metallipitoisuuksien saamiseksi. Arviomme ovat todennäköisesti kuitenkin tarkempia, koska ne perustuivat arvioituihin ihmisen hengitysteihin kerääntyneiden kemikaalien annoksiin sekä kokeellisesti analysoituihin ja ENDS-aerosolista löydettyjen ENDS-aineiden koostumukseen.
Tämän tutkimuksen ainutlaatuinen panos on se, että laskeutuneiden annosten ja niihin liittyvien terveysriskien arviointi otettiin huomioon aerosolin hiukkaskoossa. Tässä tutkimuksessa käytettyä menetelmää voitaisiin soveltaa edelleen muiden ENDS-tuotteiden aerosolitoksisuuden tutkimiseen. Tarkemmin sanottuna kemiallisesta analyysistämme saadut koosta riippuvaiset ainesosatiedot antoivat hyödyllistä tietoa tiettyjen ENDS-kemikaalien annoksen arvioimiseksi oikein ihmisen hengitysteiden alueella. MOUDI-kokoerotellusta näytekeräyksestä saatujen tietojen perusteella havaitsimme, että lähes kaikkien orgaanisten kemikaalien hiukkaskokojakaumat ovat verrannollisia ENDS-aerosolin massajakaumaan. ENDS-aerosolin sisältämät orgaaniset kemikaalit jakautuivat normaalisti ja olivat yleensä huippunsa MOUDI-vaiheen 6 ympärillä (kerättävän aerosolin koko: 1.0 - 1,8 µm). Kun otetaan huomioon tiedot koosta riippuvaisesta aerosolikertymästä hengitysteitse (raportoitu liitteen A taulukossa A1), tämä viittaa siihen, että 16 % eniten hengitetyistä ENDS-aerosoleista (1.{11}}–1,8 µm) kerääntyisi höyrystimen keuhkoihin trakeobronkiaaliset hengitystiet ja alveolaarinen alue.
Parannetun kokeellisen menetelmän lisäksi tällä tutkimuksella on tärkeitä poliittisia vaikutuksia. Tässä tutkimuksessa havaittiin, että haitallisia ja mahdollisesti haitallisia orgaanisia yhdisteitä ja metalleja havaittiin kahden kertakäyttöisen pään aerosolissa, ja muutamat metallit aiheuttivat liian hyväksyttäviä syöpä- ja/tai ei-syöpäriskejä. Nämä tulokset korostavat tällaisten haitallisten ja mahdollisesti haitallisten kemikaalien sääntelyn tärkeyttä. Sen lisäksi, että vahvistimme aiempien tutkimusten havainnot, joiden mukaan ENDS-tuotteiden e-nesteissä olevat lämpöelementit ja aromiaineet ovat joidenkin haitallisten kemikaalien lähteitä [18,25], tutkimuksemme kehitti edelleen metodologiaa, jolla ENDS-tuotteiden annoksia voidaan arvioida tarkemmin. jotka voisivat antaa paremmin tietoa tupakkatuotteiden sääntelystä tarjoamalla tarkemman arvion myrkyllisten aineiden tasoista. Lisäksi, koska FDA on kieltänyt maustetut ENDS-tuotteet lukuun ottamatta kertakäyttöisiä ENDS-tuotteita FDA:n suppean e-savukkeen patruunan määritelmän vuoksi [11], tutkimuksemme tulokset, jotka keskittyivät erityisesti kertakäyttöisiin ENDS:iin, tarjosivat FDA:lle tieteellisen lisäperustan. makukiellon laajentaminen kertakäyttöisiin ENDS-tuotteisiin. Lisäksi, koska ENDS-yritykset mainostavat yleisesti, että ENDS sisältää nikotiinia, aromikemikaaleja ja kantajaliuoksia (esim. propyleeniglykolia), mutta vähättelevät haitallisten aineiden olemassaoloa ENDS-aerosolissa [36], tiukemmat tuotemerkintävaatimukset ja tehokkaat vastaviestintäkampanjat ovat välttämättömiä. .
Tällä tutkimuksella on rajoituksia, jotka on tunnustettava. Ensinnäkin, vaikka tutkimme kahden yleisesti käytetyn kertakäyttöisen ENDS:n aerosolia, ne eivät edustaneet kaikkia ENDS-tuotteita, jotka vaihtelevat makujen, mallien ja merkkien mukaan. Tuotteen eri ominaisuudet voivat liittyä erilaisiin terveysriskeihin. Esimerkiksi eräässä tutkimuksessa, jossa tutkittiin bentsaldehydiä ENDS:n tuottamissa aerosoleissa, havaittiin, että suurimmat bentsaldehydipitoisuudet havaittiin kirsikanmakuisissa ENDS-tuotteissa [37]. Tulevia tutkimuksia tarvitaan systemaattisesti tutkimaan aerosolin myrkyllisyyttä yhdistettynä tuotteen ominaisuuksiin (esim. maku, malli, tehojännite), jotta tupakka-alan sääntelyä koskevia lisätoimia voidaan tehdä. Toiseksi arviomme ENDS-aerosolista peräisin oleviin orgaanisiin yhdisteisiin ja metalleihin liittyvistä syövistä ja muista terveysriskeistä perustui EPA:n ja CalEPAn toimittamiin dokumentoituihin syövän tehokkuus- (CSP) ja RfD (tai RfC) -tietoihin. Tällaisia tietoja ei kuitenkaan ole vahvistettu useimpien tässä tutkimuksessa havaittujen orgaanisten kemikaalien osalta. Vaikka päivittäiset annokset, kuten ADD ja LADD, voidaan arvioida kaikille ENDS-aerosolissa esiintyville orgaanisille kemikaaleille, niihin liittyvät terveysriskien arvioinnit voidaan suorittaa vain joidenkin kemikaalien osalta. Tulevia tutkimuksia tarvitaan, jotta voidaan tutkia tarkemmin muihin kemikaaleihin liittyviä terveysriskejä, kun niiden myrkyllisyystiedot (eli CSP, RfD ja RfC) tulevat saataville. Lopuksi, ruiskun käyttäminen aerosolin imemiseen ENDS-tuotteista ENDS-aerosolin tuottamiseksi ei ehkä edusta todellista höyrystyksen tilannetta. Tämä menetelmä on kuitenkin yksinkertainen ja hyödyllinen tapa tuottaa tehokkaasti aerosolia ENDS-tuotteista. Tulevia tutkimuksia varten voidaan hankkia kaupallisesti saatavilla olevia e-savukkeiden puhalluslaitteita, kuten CSM-eSTEP (CH Technology USA, Inc., Northeastern, New Jersey), jotta saadaan aikaan edustavampi ja luotettavampi ENDS-aerosoli vastaaviin kokeisiin.
5. Johtopäätökset
Tämä tutkimus tarjoaa arvokkaita kokeellisia tuloksia kertakäyttöisen ENDS-tuotteen käyttöön liittyvästä hengitysteitse laskeutuneesta annoksesta ottaen huomioon aerosolin koosta riippuvat ENDS-aineen ainesosat ja aerosolin hengitysteiden laskeumafraktiot, mikä tuotti tarkempia syöpä- ja ei-syöpäriskiarvioita. Menetelmä ja tutkimuksen tulokset voivat myötävaikuttaa olemassa olevaan ENDS-aerosolimyrkyllisyyttä käsittelevään kirjallisuuteen ja antaa tietoja tuleville laajamittaisille tutkimuksille, joissa tutkitaan ENDS:iin liittyviä terveysriskejä. Löydökset voivat myös antaa tietoa tupakka-alan sääntelytoimista, kuten liittovaltion makukiellon laajentamisesta kertakäyttöisiin ENDS-tuotteisiin, tiukempien tuotteiden merkintävaatimusten täytäntöönpanoon ja tehokkaiden viestintäkampanjoiden kehittämiseen näiden uusien ENDS-tuotteiden kansanterveysvaikutusten torjumiseksi.
Tekijän panokset
W.-CS, H.-CL ja AB suunnittelivat ja käsittelivät tutkimuksen. H.-CL ja AB tekivät kirjallisuushakuja ja toimittivat yhteenvedot aiemmista tutkimuksista. W.-CS johti laboratoriotyöt. H.-CL suoritti terveysriskien arvioinnin. H.-CL ja W.-CS tulkitsivat havainnot. H.-CL ja W.-CS laativat käsikirjoituksen. AB tarkisti käsikirjoituksen kriittisesti. Kaikki kirjoittajat ovat lukeneet käsikirjoituksen julkaistun version ja hyväksyneet sen.
Rahoitus
Tätä tutkimusta tuki R21ES031795 National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS) W.-CS:lle, R01DA049154 National Institute on Drug Abuse (NIDA) AB:lle ja H.-CL:lle sekä tuki Southwest Center for Occupationalilta. ja Environmental Health (SWCOEH), Centers for Disease Control and Prevention (CDC) National Institute for Occupational Safety and Prevention (NIOSH) koulutus- ja tutkimuskeskus (T42OH008421) Texasin yliopiston terveystiedekeskuksessa Houstonissa (UTHealth) School of Public Terveys.
