E-cigarete za jednokratnu upotrebu i povezani zdravstveni rizici: Eksperimentalna studija
Ostavi poruku
E-cigarete za jednokratnu upotrebu i povezani zdravstveni rizici: Eksperimentalna studija
Abstract
Preovlađujuća je upotreba elektronskih sistema za isporuku nikotina (ENDS), uključujući e-cigarete za jednokratnu upotrebu. Postojeće hemijske analize ENDS-a fokusirale su se na e-tečnosti, a ne na aerosole i nisu uzele u obzir veličine čestica i frakcije aerosolnog taloženja u disajnim putevima, koji su ključni faktori za inhalacione doze. Ova studija je istraživala organske hemijske i metalne sastojke u ENDS aerosolu odvojenom po veličini i procijenila deponovane doze i zdravstvene rizike ovih supstanci. Hemijske analize aerosola provedene su na dva popularna proizvoda ENDS za jednokratnu upotrebu: Puff Bar (Grožđe) i Air Bar (Watermelon Ice). ENDS aerosol je generisan i isporučen u Micro-Orifice Uniform Deposit Impactor za prikupljanje uzoraka aerosola odvojenih po veličini, u kojima su analizirane organske hemikalije i metali. Procijenjene su dnevne i doživotne doze za svaku kemikaliju. Na osnovu deponovanih doza izvršene su procjene rizika od karcinoma i ne-karcinoma. Otkrili smo da aerosol e-cigarete sadrži određene štetne organske kemikalije i metale za koje je dokumentirano da dovode do respiratornih problema. Procijenjeni rizici od raka respiratornog trakta koji odgovaraju hromu iz proizvoda ENDS i nikla iz Air Bara (Watermelon Ice) bili su znatno iznad konvencionalno prihvatljivog rizika. Metoda, nalazi i implikacije mogu doprinijeti postojećoj literaturi o studijama toksičnosti ENDS, kao i informirati o regulaciji duhana i budućim studijama velikih razmjera.
Ključne riječi:
e-cigarete za jednokratnu upotrebu; toksičnost aerosola; zdravstveni rizik; raspodjela veličine čestica; respiratorno taloženje1. Uvod
Upotreba elektronskih sistema za isporuku nikotina (ENDS), uključujući upotrebu e-cigareta, preovlađuje među mladima i mladim odraslim osobama i postala je problem javnog zdravlja. Prema našoj sekundarnoj analizi podataka Nacionalne ankete o zdravlju iz 2019. godine, stope prevalencije ikada korištenja i trenutne upotrebe ENDS-a među mladim odraslim osobama bile su 32,4%, odnosno 9,4%, nakon trenda rasta u protekloj deceniji [1]. Nadalje, studija koja koristi podatke iz Nacionalne ankete mladih o duhanu iz 2019. otkrila je da je 27,5% srednjoškolaca prijavilo trenutnu upotrebu e-cigareta; među njima, 34,2% je prijavilo čestu upotrebu e-cigareta (tj. korišćene 20 ili više dana u posljednjih 30 dana) [2]. ENDS proizvodi su posebno 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 raznovrsni i brzo se razvijaju od proizvoda za jednokratnu upotrebu sličnih cigaretama (prva generacija) do sistema patrona (druga generacija), do sistema rezervoara (treća generacija) i uređaja sa soli nikotina kao što je JUUL (četvrta generacija). Nedavno su popularnost JUUL-a sustigli uređaji za e-cigarete za jednokratnu upotrebu nalik JUUL-u (u daljem tekstu „KRAJEVI ZA jednokratnu upotrebu“) zbog njihovih opcija okusa, privlačnog dizajna i pakiranja, niske cijene i praktičnosti (tj. u jednom, samostalan, bez punjenja e-tečnosti i bez punjenja baterije) [2,9]. Duvanska industrija je pokazala izuzetnu genijalnost u obezbeđivanju novih/modifikovanih proizvoda u skladu sa propisima [10]. Na primjer, od kada je ova studija provedena početkom 2022. godine, ENDS proizvodi za jednokratnu upotrebu nisu ograničeni saveznom regulativom o okusu zbog uske definicije uloška od strane FDA [11]. Zapravo, 85,8% trenutnih mladih korisnika kupuje ENDS za jednokratnu upotrebu sa voćnim aromama [12].
Studije su otkrile da ENDS proizvodi sadrže aromatične kemikalije, od kojih su neke povezane s iritacijom ili oštećenjem disanja, kao što su δ-dodekalakton, mentol, benzil alkohol i korilon [13,14,15,16]. Nadalje, grijaći elementi (npr. atomizer/kalem) i spremnici ENDS uređaja sastoje se od metala koji se tokom upotrebe mogu ispustiti u e-tečnost i aerosol, pri čemu su hrom i nikl vodeći faktori rizika od raka [17,18]. Međutim, postojeće hemijske analize provedene za ENDS proizvode, uključujući ENDS za jednokratnu upotrebu, uglavnom su se fokusirale na e-tečnost koja ne odražava nužno hemikalije u ENDS aerosolu koje se zapravo talože u disajnim putevima ENDS korisnika [15,19]. Iako postoji nekoliko studija koje su analizirale ENDS aerosol [20,21,22] i procijenile povezane zdravstvene rizike [18], ove studije nisu uzele u obzir veličinu čestica ENDS aerosola i respiratorne organe povezane s veličinom frakcije taloženja uz procjenu zdravstvenih rizika. Ovo je ozbiljan problem jer veličina čestica direktno utiče na lokaciju taloženja u disajnim putevima i frakciju taloženja u disajnim putevima. Zapravo, ENDS aerosol koji nastaje vapingom je mješavina kapljica tekućine s promjerom čestica aerosola u rasponu od ultrafine (manje od 0,1 µm) do mikronskih veličina (do oko 4 µm). Stoga se očekuje da inhalirani ENDS aerosol uđe i deponuje se u različitim regionima ljudskih disajnih puteva sa različitim deponovanim dozama. Važno je da se očekuje da će se većina ENDS aerosola taložiti u donjem respiratornom traktu, što će vjerovatno negativno utjecati na zdravlje zbog ogromne površine disajnih puteva u alveolarnoj regiji [23]. Deponovana doza je prethodna internoj dozi prije razmatranja respiratornog klirensa i brzine apsorpcije i stoga može poslužiti kao središnji indeks procjene zdravstvenog rizika povezanog s vapingom. ENDS distribucija veličine aerosola i frakcije taloženja u disajnim putevima ključni su faktori za tačnu procjenu ovog pivot indeksa [23], te ga stoga treba uključiti u procjenu rizika po zdravlje.
Ova studija je popunila praznine u znanju korištenjem poboljšanog pristupa za procjenu deponovanih doza hemikalija u dva uobičajena ENDS proizvoda za jednokratnu upotrebu i s njima povezanih zdravstvenih rizika od raka i ne-karcinoma. Eksperimentalnim pristupom razmatrane su frakcije respiratornog taloženja aerosola zavisne od veličine i sprovedena je analiza hemijskih sastojaka odvojenih po veličini na ENDS aerosolu. Nalazi iz naše studije mogli bi poboljšati tačnost procjene doza ENDS hemikalija deponovanih u plućima vapera, što bi zauzvrat moglo poslužiti kao osnova za propise o duhanu i buduće velike studije koje procjenjuju zdravstvene rizike povezane s upotrebom ENDS proizvoda za jednokratnu upotrebu.
2. Materijali i metode
2.1. Skupljanje uzoraka aerosola ENDS odvojeno po veličini
Hemijske analize aerosola u ovoj studiji provedene su na sljedeća dva popularna ENDS proizvoda za jednokratnu upotrebu: Puff Bar (Grožđe) i Air Bar (Watermelon Ice). Odabir ova dva ENDS proizvoda za jednokratnu upotrebu bio je zasnovan na rasprostranjenosti ENDS proizvoda za jednokratnu upotrebu iz zasebne studije istraživačkog tima koji je ispitivao ponašanja studenata ENDS u korištenju. Ova dva ENDS proizvoda za jednokratnu upotrebu bila su najčešće prihvaćena među učesnicima studije.
U ovoj studiji, uzorci ENDS aerosola segregirani po veličini su sakupljeni korištenjem Micro-Orifice Uniform Deposit Impactor (MOUDI 110-R, MSP Co., Shoreview, MN, SAD). MOUDI je sposoban za prikupljanje uzoraka aerosola s promjerom čestica u rasponu od 0.056 do 18 µm u svojih 11 faza sakupljanja (tj. uzorkovanje odvojeno po veličini). Nadmašuje uobičajene aerosolne instrumente za direktno očitavanje kao što su brojači čestica i spektrometri koji ne mogu podnijeti svježe generirani aerosol e-cigarete s izuzetno visokom koncentracijom aerosola. Svaki MOUDI stupanj ima raspon veličine čestica koji se može sakupljati, a prosječna frakcija taloženja u plućima može se izračunati na osnovu tog raspona veličine čestica (vidi Dodatak A Tabela A1). ENDS uzorci aerosola prikupljeni od strane MOUDI-a u različitim fazama korišteni su za proračun raspodjele veličine čestica i analizu hemijskog sastava.
Za prikupljanje uzoraka ENDS aerosola za jednokratnu upotrebu, membranski filteri od politetrafluoroetilena (PTFE) (PALL Co., Port Washington, NY, SAD) postavljeni su na svaki MOUDI stepen, a MOUDI je radio pri protoku uzorkovanja od 30 L/min. Šprica od 100 mL korištena je za izvlačenje ENDS aerosola iz dva ENDS proizvoda za jednokratnu upotrebu, a zatim pumpanje ENDS aerosola direktno u MOUDI za prikupljanje uzoraka. Ovaj postupak je ponovljen 10 puta (10 udisaja) kako bi se akumulirala dovoljna količina ENDS aerosola na svakoj MOUDI fazi za naknadnu analizu težine i supstance. Nakon eksperimenta prikupljanja uzoraka, PTFE filteri sa sakupljenim uzorcima ENDS aerosola su istovareni iz MOUDI, pojedinačno ponderisani mikrovagom, a zatim poslani u laboratorije na organsku hemijsku analizu i analizu metala kako bi se identifikovali hemijski sastojci zavisni od veličine u ENDS aerosolu. Prikupljanje uzoraka obavljeno je tri puta za svaki ENDS proizvod kako bi se osigurala pouzdanost i ponovljivost podataka. Raspodjela veličine čestica ENDS aerosola i podaci o kemijskim sastojcima koji ovise o veličini igraju ključnu ulogu u procjeni deponovane doze određene ENDS hemikalije u plućima vapera.
2.2. Organska hemijska i metalna analiza
Organska hemijska analiza za ENDS aerosol je sprovedena korišćenjem gasne hromatografije-masene spektrometrije (GC/MS) da bi se otkrila masa organskih hemikalija kao što su nikotin, PG, VG i agensi za aromu na MOUDI filterima za dobijanje informacija zavisnih od veličine. Konkretno, dva ENDS-a za jednokratnu upotrebu su rastavljena kako bi se locirali fitilji za isparenja natopljeni e-tečnošću. Glavne hemijske komponente u e-tečnosti prvo su ekstrahovane acetonitrilom i analizirane GC/MS. Zatim su uzorci ENDS aerosola na MOUDI filterima ekstrahovani na isti način i koncentrirani za GC/MS analizu. GC/MS hemijska analiza je opremljena jonskim izvorom elektronske jonizacije (GC/EI-MS, Agilent 6890N GC i 5975 inert XL MSD), a sve hemikalije su kvantifikovane korišćenjem autentičnih ili surogat standarda. Detaljne procedure za organsku analizu opisane su na drugom mjestu [23]. U organskoj hemijskoj analizi, oporavak ciljnih analita je određen nanošenjem poznate količine hemikalija na prazne filtere (n=3) i njihovim ekstrahovanjem istim postupcima kao i sakupljanje uzoraka aerosola. Analiza metala je sprovedena korišćenjem masene spektrometrije induktivno spregnute plazme (ICP/MS) za detekciju mase opasnih metala kao što su nikl, hrom i olovo na različitim MOUDI filterima za dobijanje informacija zavisnih od veličine. MOUDI filteri su prvo obrađeni za kiselo ispiranje i digestiju korištenjem ultra-čistog dvostruko destiliranog HNO3i HF, a zatim su digestirani rastvori uzoraka ispareni do početne suvoće. Za ICP/MS analizu primjenom ICP/MS Triple Quad (model 8800, Agilent Technologies, Santa Clara, Kalifornija, SAD) slijedio je prethodno dobro uspostavljen protokol [24]. Na ovaj način se mogu dobiti metalni elementi do nivoa ispod ppb (ng/g) sa ±5% preciznosti.
Fokus laboratorijske analize u ovoj studiji su štetne organske hemikalije i metali koji su prethodno identifikovani u ENDS aerosolu i objavljeni u literaturi [14,18,25,26,27,28,29]. Stoga je dizajn naše organske hemijske analize bio fokusiran na nikotin, nosač (npr. glicerol, propilen glikol, formaldehid, acetaldehid, akrolein, aceton, metilglioksal, benzojevu kiselinu i trietil citrat), kao i na arome i druge hemikalije ( npr. etilvanilin, vanilin, cinamaldehid, mentol, acetoin, citral, benzil alkohol, benzaldehid, diacetil, etil acetat, etil maltol, triacetin, metil antranilat, metil dihidrojasmonat, melonal, korilon, etil-akton, -doterekalakton, 3-heksen-1-ol). Isto tako, u našoj analizi metala otkriveno je više od 20 metala, ali fokus ove studije bio je na niklu (Ni), manganu (Mn), cinku (Zn), hromu (Cr) i olovu (Pb).
2.3. Procjena deponiranih doza ENDS supstanci
Za procjenu zdravstvenih rizika povezanih s udisanjem ENDS supstanci u plućima vapera, izračunate su prosječna dnevna doza (ADD) i životna prosječna dnevna doza (LADD). ADD i LADD su izračunati na osnovu sljedećih konvencionalnih jednačina:𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇���=�×��×����×��
(1)
𝐿𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸����=�×��×����×��
(2)
gdje je 𝐶� koncentracija izloženosti (ng/m3), 𝐶𝑅�� je kontaktna stopa (m3/dan), 𝐶𝑇�� je vrijeme kontakta, za koje se pretpostavlja da je 30 godina (10.950 dana) za vrhunsku populaciju vapera, 𝐵𝑊�� je tjelesna težina (70 kg), 𝐴𝑇�� je prosječno vrijeme , što je jednako 𝐶𝑇�� (10.950 dana), a 𝐿𝐸�� je očekivani životni vijek, koji je 70 godina (25.550 dana) prema zadanim pretpostavkama USEPA-e o izloženosti. U slučaju vapinga, pojam 𝐶×𝐶𝑅�×�� jednak je dnevnom unosu ENDS supstance (ng/dan), a dnevni unos tvari kroz vaping trebao bi proizaći iz ukupnih udisaja vapinga u jednom dan. Na osnovu literature, prijavljeni prosječni dnevni udisaji vapera su oko 163 udisaja/dan [30]. Stoga, na osnovu eksperimentalnog dizajna i rezultata ove studije, jednadžbe (1) i (2) se mogu modificirati za postavku vapinga na sljedeći način: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 supstance j (organske hemikalije ili metala) u ENDS aerosolu koji se nalazi na MOUDI stepenu I (i {{0}} do 11) iz GC-a /MS i ICP/MS analize. Budući da je 𝑀𝑖,𝑗��,� zasnovan na 10 udisaja, 0,1𝑀𝑖,𝑗��,� je jednako masi ENDS supstance u jednom udisaju. 𝐶𝑅𝑝��� je stopa kontakta ENDS aerosola u jedinici puff/dan. Na osnovu literature, 𝐶𝑅𝑝��� je postavljeno na 163 udisaja/dan [30]. Na osnovu njih, 𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗����,� odražava prosječnu dnevnu dozu određene supstance j sadržane u ENDS aerosolu unutar raspona veličina i (MOUDI stupanj i); 𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗�����,� je životna prosječna dnevna doza određene supstance j sadržane u ENDS aerosolu unutar raspona veličina i. Sumiranje u jednadžbama (3) i (4) pokazuje da se doza specifične ENDS supstance u plućima aktivnog vapera izračunava agregacijom doza iz svih 11 pojedinačnih faza MOUDI (∑𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑����,� i ∑𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑�����,�). Jednačine (3) i (4) se mogu dalje modificirati uzimanjem u obzir važnog faktora frakcija aerosolnih respiratornih taloženja kako bi se procijenila taložena doza u plućima vapera (tj. doza doprinosi ENDS aerosola koji se zapravo taloži u disajnim putevima) kako slijedi:𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖���′�=∑�����,�×���
(5)
𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖����′�=∑������,�×���
(6)
gdje je 𝐷𝐹𝑖��� srednja respiratorna frakcija taloženja (od {{0}}.0 do 1,0) za veličinu aerosola koji se može sakupljati u MOUDI stadiju i. Ljudski respiratorni sistem korišten u ovoj studiji pokriva traheobronhijalne disajne puteve do alveolarne regije, a odgovarajući objavljeni podaci frakcija aerosolnih respiratornih taloženja su usvojeni za dobijanje srednjih frakcija taloženja (vidi Dodatak A Tabela A1 za procijenjene 𝐷𝐹𝑖��) [ 23]. Na ovaj način, 𝐴𝐷𝐷′𝑗���′� i 𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗����′� uzimaju u obzir realne masene udjele tvari u ENDS aerosolu, kao i dio ENDS udahnutog aerosola koji doprinosi na deponovanu dozu.2.4. Procjena rizika od raka i ne-raka
Procijenjeni 𝐴𝐷𝐷′𝑗���′� iz jednadžbe (5) je zatim korišten za izračunavanje koeficijenta opasnosti (HQ) za procjenu zdravstvenog rizika koji nije uzrokovan supstancom j u ENDS proizvodu za jednokratnu upotrebu (organska kemikalija ili metal) kako slijedi:𝐻𝑄𝑗=𝐴𝐷𝐷′𝑗𝑅𝑓𝐷𝑗 {<1 No adverse health effect is expected>1 Mogući su negativni efekti na zdravlje ���=���′���� {<1 No adverse health effect is expected>1 Mogući su štetni efekti na zdravlje
(7)
gdje je 𝑅𝑓𝐷𝑗���� referentna doza (RfD) objavljena za ENDS supstancu j. Imajte na umu da je u slučaju da je samo referentna koncentracija (RfC) bila dostupna za određenu supstancu, RfC pretvoren u RfD koristeći razumnu brzinu inhalacije od 20 m3/dan i zadanu tjelesnu težinu od 70 kg (tj. RfD=RfC × 20/70) [18]. Nadalje, indeks opasnosti (HI) je primijenjen na supstance koje izazivaju slične zdravstvene efekte koji nisu kancerogeni na isti ciljni organ/sistem (npr. respiratorni sistem). Prema tome, HI je zbir svih povezanih 𝐻𝑄𝑗��� (𝐻𝐼=∑𝐻𝑄𝑗��=∑���). Kada HQ ili HI premašuju 1,0, to ukazuje da su štetni efekti na zdravlje bez raka potencijalni za korisnike jednokratnih ENDS.𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗����′� koja je izračunata u jednadžbi (6) korištena je za procjenu rizika od respiratornog karcinomi povezani s upotrebom ENDS proizvoda 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 karcinoma (tj. potencija raka) specifične ENDS supstance j (organske hemikalije ili metala). Za procjenu rizika od raka, procijenjeni rizik od raka prelazi 10−6(jedan prema milion) ukazuje na neprihvatljiv rizik od raka za korisnike ENDS-a za jednokratnu upotrebu. Vrijednosti RfD, RfC i CSF u jednačinama (7) i (8) za procjenu rizika od raka i ne-karcinoma prikupljene su sa zvaničnih web stranica US EPA i CalEPA [31,32,33,34].3. Rezultati
3.1. Detektovane supstance u ENDS aerosolu
Tabela 1 i Tabela 2 prikazuju (odabrane) organske hemikalije i metale otkrivene iz aerosola generisanog iz dva ENDS proizvoda za jednokratnu upotrebu, Puff Bar (Grožđe) i Air Bar (Watermelon Ice), respektivno. Kvantifikovani rezultati izraženi su kao masa supstance detektovane na filteru (ng), što je bio prosek trostrukih uzoraka filtera istog stepena MOUDI. Za organska jedinjenja, na osnovu naše hemijske analize, i Puff Bar (Grožđe) i Air Bar (Lud 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 koja se obično koriste u e-tečnostima 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 hemikalije 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 dokumentovano da su povezani sa štetnim uticajima na zdravlje u Tabeli 1 i Tabeli 2. Metali otkriveni na filterima uključuju hrom, nikl, mangan, olovo, aluminijum i cink, koji su svi dokumentovani negativno utiču na respiratorni sistem (pa čak i na rak pluća) i centralni nervni sistem [18]. Tabela 1 i tabela 2 takođe predstavljaju distribuciju mase ENDS aerosola prikupljenog od strane MOUDI-a na osnovu raspona veličina aerosola za prikupljanje. Sveukupno, masa organskih hemikalija bila je normalno raspoređena i dostigla vrhunac oko faze 6 (veličina aerosola za prikupljanje od 1,8 veća ili jednaka d Veća ili jednaka 1.0 µm), što je proporcionalno distribuciji mase ( jednaka distribuciji veličine čestica) ENDS aerosola. Međutim, nismo primijetili metale nakon takve distribucije. Uz gore navedene podatke o sastojcima tvari zavisne od veličine, tada se može procijeniti doza određene supstance koja se odnosi na ENDS (organske hemikalije ili metala) deponovane u plućima vapera, kao i pridruženi zdravstveni rizici.
Tabela 1.Supstance otkrivene u uzorcima ENDS aerosola razdvojenim po veličini koje stvara Air Bar (Watermelon Ice).
Tabela 2.Supstance otkrivene u uzorcima ENDS aerosola razdvojenim po veličini koje stvara Puff Bar (Grožđe).
3.2. Procijenjene respiratorne deponirane doze ENDS supstanci
Tabela 3 i Tabela 4 prikazuju procijenjene ADD i LADD za one organske hemikalije i metale navedene u Tabeli 1 i Tabeli 2. Procijenjeni ADD i LADD su izračunati na osnovu jednačina (1)–(6), uzimajući u obzir realne parametre upotrebe ENDS , sastav supstance koja zavisi od veličine aerosola i konvencionalne frakcije taloženja aerosola u disajnim putevima. ADD i LADD mjere respiratornu deponiranu dozu ENDS supstance od interesa. Kao što je prikazano u Tabeli 3 i Tabeli 4, deponovane doze koje odgovaraju nikotinu, propilen glikolu, glicerolu i benzovoj kiselini bile su relativno veće od onih drugih organskih hemikalija. Među metalima, cink, aluminijum, nikl i hrom imaju tendenciju da imaju relativno veće taložene doze. Općenito, Air Bar (Watermelon Ice) je rezultirao većim deponiranim dozama i organskih hemikalija i metala u odnosu na Puff Bar (Grožđe). Konkretno, ENDS aerosol generiran iz Air Bar-a (Watermelon Ice) sadržavao je veće procijenjene doze nikotina, propilen glikola, glicerola, hroma, nikla, mangana, olova, aluminijuma i cinka, u poređenju sa onim iz Puff Bar-a (Grožđe).
Tabela 3.Procijenjene doze deponovane u plućima i rizici od karcinoma i ne-karcinoma ENDS aerosola koji stvara Air Bar-Watermelon Ice.
Tabela 4.Procijenjene doze deponovane u plućima i rizici od raka i ne-karcinoma ENDS aerosola koji proizvodi Puff Bar-Grape.
3.3. Procijenjeni rizici od raka i ne-kancerogenih ENDS supstanci
Rizici od raka i ne-kancerogeni rizik za odabrane metale koji se nalaze u ENDS aerosolu procijenjeni su na osnovu odgovarajućih ADD i LADD, a rezultati su predstavljeni u Tabeli 3 i Tabeli 4. Ove tabele također pokazuju vrijednosti CSF koje su objavile SAD EPA i CalEPA i primijenjeni su u našoj procjeni rizika od raka [32]. Među metalima pronađenim u aerosolu koji proizvodi Air Bar (Watermelon Ice), procijenjeni rizik od raka hroma i nikla je bio 1.0 × 10−3i 1,5 × 10−6, za koje se smatra da su znatno iznad prihvatljivog rizika od 10−6. Za metale u aerosolu koji proizvodi Puff Bar (grožđe), procijenjeni rizik od raka respiratornog trakta koji odgovara hromu bio je 3,9 × 10−4, što takođe premašuje konvencionalno prihvatljiv rizik. Za procjenu rizika od raka (mjereno HQ), korišteni su RfD (ili RfC) koji odgovaraju onim metalima koje su objavili US EPA i CalEPA (navedeni u Tabeli 3 i Tabeli 4) [31,33,34]. Rezultati procjene rizika od raka pokazuju da su vrijednosti HQ za sve metale u Tabeli 3 i Tabeli 4 bile manje od 1.{{10}}, što ukazuje da nijedan od metala sam po sebi ne bi izazivaju značajan uticaj na respiratorni sistem ili CNS. Međutim, kada se sumiraju zdravstveni rizici koji nisu karcinomi koji odgovaraju istom ciljnom organu, ustanovljeno je da hrom i nikl u aerosolu koji stvara Air Bar (Watermelon Ice) predstavljaju respiratorni rizik od HI=1.14, što je iznad prihvatljivog nivoa od 1,0, što ukazuje na potencijalni rizik od štetnih respiratornih efekata (ne-kancerogenih) kod ljudi koji redovno koriste Air Bar (Watermelon Ice). Slični štetni efekti, međutim, nisu pronađeni u aerosolu koji proizvodi Puff Bar (Grožđe).
4. Diskusija
Rezultati dobijeni iz ove eksperimentalne studije popunili su praznine u literaturi pružajući precizniju procjenu respiratorne deponirane doze i povezanih zdravstvenih rizika od raka i ne-kancera vezanih za jednokratnu upotrebu ENDS. Pribavljanjem podataka o hemijskim sastojcima odvojenih po veličini iz ENDS aerosola i uzimajući u obzir frakciju respiratornog taloženja koja zavisi od veličine aerosola, mogu se precizno procijeniti zdravstveni rizici jednokratnih ENDS proizvoda. Glavna prednost ovog pristupa je da uzima u obzir količinu ENDS supstanci koje se zapravo talože u ljudskim disajnim putevima.
Naši nalazi hemijske analize potvrdili su da aerosol e-cigarete sadrži štetne organske hemikalije i metale (npr. benzil alkohol, -dekalakton, hrom, nikal) za koje je dokumentovano 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 efekte na ljudski CNS. Među otkrivenim metalima, otkrili smo da su procijenjeni rizici od raka respiratornog trakta koji odgovaraju hromu iz oba proizvoda ENDS za jednokratnu upotrebu bili znatno iznad prihvatljivog rizika. Rizik od raka respiratornog trakta koji odgovara niklu u aerosolu iz Air Bara (Watermelon Ice) je također bio znatno iznad prihvatljivog rizika. Nadalje, ni hrom ni nikl sami u dva ENDs proizvoda za jednokratnu upotrebu nisu bili povezani s neprihvatljivim zdravstvenim rizicima koji nisu povezani sa rakom. Ipak, kada sumiramo njihove pojedinačne rizike od raka kod istog ciljnog organa, otkrili smo da hrom i nikl u ENDS aerosolu koji proizvodi Air Bar (Watermelon Ice) imaju aditivni efekat na respiratorni sistem. Ovi rezultati odražavaju sve veći broj dokaza koji podržavaju ideju da su kancerogene i štetne hemikalije zaista zabrinute za redovne korisnike ENDS [18,25,35]. Primjetno je da su naši procijenjeni rizici od raka i ne-karcinoma općenito bili niži od onih iz studije Fowlesa i saradnika [18], vjerovatno zbog različitih tipova ENDS-a i metoda za dobivanje koncentracija metala. Naše procene će verovatno biti tačnije jer su zasnovane na procenjenim dozama hemikalija deponovanih u ljudskim disajnim putevima, kao i na sastavu ENDS supstanci eksperimentalno analiziranih i pronađenih u ENDS aerosolu.
Jedinstveni doprinos ove studije je da je procjena deponovanih 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 iz naše kemijske analize pružili su korisne informacije za ispravnu procjenu doze specifičnih ENDS hemikalija u području ljudskih disajnih puteva. Na osnovu podataka dobijenih iz MOUDI prikupljanja uzoraka segregiranih po veličini, otkrili smo da su raspodjele veličine čestica gotovo svih organskih kemikalija proporcionalne distribuciji mase ENDS aerosola. Organske hemikalije sadržane u ENDS aerosolu bile su normalno raspoređene i uglavnom su dostigle maksimum oko MOUDI faze 6 (veličina kolekcionarskog aerosola: od 1.0 do 1,8 µm). S obzirom na informacije o respiratornom taloženju aerosola ovisno o veličini (prijavljeno u Dodatku A Tablica A1), ovo implicira da bi se 16% najzastupljenijeg ENDS aerosola koji se udiše (1.0–1,8 µm) deponirao u vaperovim plućima unutar traheobronhijalne disajne puteve i alveolarnu regiju.
Pored poboljšane eksperimentalne metode, ova studija ima važne političke implikacije. Ova studija je otkrila da su štetni i potencijalno štetni organski spojevi i metali otkriveni u aerosolu iz dva ENDS-a za jednokratnu upotrebu, pri čemu je nekoliko metala rezultiralo pretjerano prihvatljivim rizikom od raka i/ili ne-kancerom. Ovi rezultati naglašavaju važnost regulacije takvih štetnih i potencijalno štetnih hemikalija. Uz provjeru nalaza prethodnih studija da su grijaći elementi i arome u e-tečnostima ENDS proizvoda izvori nekih štetnih hemikalija [18,25], naša studija je dalje razvila metodologiju za precizniju procjenu doza supstanci povezanih s ENDS-om. koji bi mogao bolje informirati regulativu o duhanskim proizvodima pružajući precizniju procjenu nivoa toksičnosti. Nadalje, kako je FDA zabranila aromatizirane ENDS proizvode osim jednokratnih ENDS zbog FDA-ove uske definicije uloška za e-cigarete [11], nalazi iz naše studije koja se posebno fokusirala na ENDS za jednokratnu upotrebu pružili su dodatnu naučnu osnovu za FDA da razmotri proširenje zabrane okusa na jednokratne ENDS proizvode. Osim toga, budući da kompanije ENDS obično reklamiraju da ENDS sadrži nikotin, aromatične kemikalije i otopine nosača (npr. propilen glikol), ali umanjuju postojanje štetnih tvari u ENDS aerosolu [36], stroži zahtjevi za označavanje proizvoda i efikasne kampanje protiv komunikacije su imperativ .
Ova studija ima ograničenja koja treba priznati. Prvo, iako smo istraživali aerosol iz dva uobičajena ENDS-a za jednokratnu upotrebu, 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 ENDS generiranim aerosolima otkrila je da su najviši nivoi benzaldehida otkriveni u ENDS proizvodima s aromom trešnje [37]. Potrebne su buduće studije za sistematsko istraživanje toksičnosti aerosola zajedno sa karakteristikama proizvoda (npr. ukus, model, napon napajanja) kako bi se informisale o dodatnim regulatornim merama za duvan. Drugo, naša procena zdravstvenih rizika i rizika koji nisu povezani sa rakom povezanih sa organskim jedinjenjima i metalima iz ENDS aerosola zasnivala se na dokumentovanoj potentnosti raka (CSP) i RfD (ili RfC) informacijama koje su dali EPA i CalEPA. Međutim, takve informacije nisu utvrđene za većinu organskih hemikalija otkrivenih u ovoj studiji. Stoga, iako se dnevne doze kao što su ADD i LADD mogu procijeniti za sve organske hemikalije koje se nalaze u ENDS aerosolu, povezane procjene rizika po zdravlje mogu se izvršiti samo za neke hemikalije. Potrebne su buduće studije za dalje istraživanje zdravstvenih rizika povezanih s drugim hemikalijama kada informacije o njihovoj toksičnosti (tj. CSP, RfD i RfC) postanu dostupne. Konačno, korištenje šprice 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 efikasno stvaranje aerosola iz ENDS proizvoda. Za buduća istraživanja, komercijalno dostupne mašine za pušenje e-cigareta kao što je CSM-eSTEP (CH Technology USA, Inc., Northeastern, New Jersey) mogu se nabaviti kako bi se stvorio reprezentativniji i pouzdaniji ENDS aerosol za srodne eksperimente.
5. Zaključci
Ova studija pruža vrijedne eksperimentalne rezultate o respiratornoj deponiranoj dozi povezanoj s upotrebom ENDS proizvoda za jednokratnu upotrebu, uzimajući u obzir sastojke ENDS supstance zavisne od veličine aerosola i frakcije taloženja aerosola u disajnim putevima, što je dalo preciznije procjene rizika od raka i ne-karcinoma. Metoda i nalazi iz studije mogu doprinijeti postojećoj literaturi o toksičnosti ENDS aerosola i mogu dati informaciju budućim studijama velikih razmjera koje istražuju zdravstvene rizike povezane s ENDS. Nalazi također mogu poslužiti kao informacija za regulatorne napore za duhan, kao što su proširenje savezne zabrane okusa na jednokratne ENDS proizvode, primjena strožih zahtjeva za označavanje proizvoda i razvoj učinkovitih komunikacijskih kampanja za borbu protiv uticaja ovih novih ENDS proizvoda na javno zdravlje.
Prilozi autora
W.-CS, H.-CL i AB dizajnirali su i konceptualizirali studiju. H.-CL i AB su izvršili pretragu literature i pružili sažetke prethodnih istraživanja. W.-CS je vodio laboratorijski rad. H.-CL je izvršio procjenu zdravstvenog rizika. H.-CL i W.-CS su interpretirali nalaze. H.-CL i W.-CS su izradili rukopis. AB je kritički revidirao rukopis. Svi autori su pročitali i pristali na objavljenu verziju rukopisa.
Finansiranje
Ovu studiju podržali su R21ES031795 iz Nacionalnog instituta za zdravstvene nauke o životnoj sredini (NIEHS) za W.-CS, R01DA049154 iz Nacionalnog instituta za zloupotrebu droga (NIDA) za AB i H.-CL, i podršku od Southwest Center for Occupational i Environmental Health (SWCOEH), Centar za kontrolu i prevenciju bolesti (CDC) Nacionalni institut za sigurnost i zdravlje na radu (NIOSH) Centar za obrazovanje i istraživanje (T42OH008421) na Univerzitetu Teksas Centar za zdravstvene nauke u Houstonu (UTealth) School of Public Zdravlje.
