Wegwerp-e-sigaretten en bijbehorende gezondheidsrisico's: een experimenteel onderzoek
Laat een bericht achter
Wegwerp-e-sigaretten en bijbehorende gezondheidsrisico's: een experimenteel onderzoek
Abstract
Het gebruik van elektronische nicotineafgiftesystemen (ENDS), inclusief wegwerpbare e-sigaretten, is wijdverspreid. Bestaande chemische analyses van ENDS concentreerden zich op e-liquids in plaats van op aërosolen en hielden geen rekening met de deeltjesgroottes en de respiratoire afzettingsfracties van aërosols, die sleutelfactoren zijn voor inhalatiedoses. Deze studie onderzocht de organische chemische en metaalbestanddelen in op grootte gescheiden ENDS-aerosolen en beoordeelde de afgezette doses en gezondheidsrisico's van deze stoffen. Er zijn chemische aërosolanalyses uitgevoerd op twee populaire ENDS-wegwerpproducten: Puff Bar (Grape) en Air Bar (Watermelon Ice). Er werd een ENDS-aerosol gegenereerd en afgeleverd in een Micro-Orifice Uniform Deposit Impactor om op grootte gescheiden aërosolmonsters te verzamelen, waarin organische chemicaliën en metalen werden geanalyseerd. Voor elke chemische stof werden de dagelijkse en levenslange doses geschat. Risicobeoordelingen van kanker en niet-kanker werden uitgevoerd op basis van de gedeponeerde doses. We hebben ontdekt dat de spuitbus voor e-sigaretten bepaalde schadelijke organische chemicaliën en metalen bevat waarvan is gedocumenteerd dat ze ademhalingsproblemen veroorzaken. De geschatte risico's op luchtwegkanker die overeenkomen met chroom uit beide ENDS-producten en nikkel uit Air Bar (Watermelon Ice) lagen aanzienlijk boven het conventioneel aanvaardbare risico. De methode, bevindingen en implicaties kunnen bijdragen aan de bestaande literatuur over ENDS-toxiciteitsstudies, maar ook als informatiebron voor tabaksregulering en toekomstige grootschalige onderzoeken.
Trefwoorden:
wegwerp-e-sigaretten; aërosoltoxiciteit; gezondheidsrisico; deeltjesgrootteverdeling; respiratoire afzetting1. Inleiding
Het gebruik van elektronische nicotineafgiftesystemen (ENDS), inclusief het gebruik van e-sigaretten, komt veel voor onder jongeren en jongvolwassenen en is een probleem voor de volksgezondheid geworden. Volgens onze secundaire analyse van de gegevens van de National Health Interview Survey uit 2019 bedroegen de prevalentiecijfers van ooit-gebruik en huidig gebruik van ENDS onder jongvolwassenen respectievelijk 32,4% en 9,4%, na een stijgende trend in de afgelopen tien jaar [1]. Verder bleek uit een onderzoek met gegevens uit de National Youth Tobacco Survey 2019 dat 27,5% van de middelbare scholieren het huidige gebruik van e-sigaretten meldde; onder hen rapporteerde 34,2% frequent gebruik van e-sigaretten (dat wil zeggen, gebruikt op 20 of meer dagen in de afgelopen 30 dagen) [2]. ENDS-producten zijn vooral aantrekkelijk voor jongeren en jonge volwassenen vanwege hun aanpasbare en nieuwe kenmerken [3,4,5], het lagere waargenomen risico [6,7] en de hogere sociale aanvaardbaarheid dan brandbare sigaretten [8].
ENDS-producten zijn divers en evolueren snel van sigarettenachtige wegwerpproducten (eerste generatie) naar patroonsystemen (tweede generatie), naar tanksystemen (derde generatie) en naar nicotinezoutapparaten zoals JUUL (vierde generatie). Onlangs is de populariteit van JUUL ingehaald door JUUL-achtige apparaten voor e-sigaretten voor eenmalig gebruik (hierna "wegwerp-ENDS" genoemd) vanwege hun smaakmogelijkheden, opvallend ontwerp en verpakking, lage prijs en gemak (dat wil zeggen, alles- in-one, autonoom, geen e-vloeistof bijvullen en geen opladen van de batterij) [2,9]. De tabaksindustrie heeft opmerkelijke vindingrijkheid getoond bij het leveren van nieuwe/gewijzigde producten volgens de regelgeving [10]. Vanaf het moment dat dit onderzoek begin 2022 werd uitgevoerd, vallen wegwerpbare ENDS-producten bijvoorbeeld niet onder de federale smaakregulering vanwege de enge definitie van een cartridge door de FDA [11]. In feite koopt 85,8% van de huidige jeugdgebruikers wegwerp-ENDS met fruitsmaak [12].
Uit onderzoek is gebleken dat ENDS-producten smaakstoffen bevatten, waarvan sommige in verband worden gebracht met irritatie of schade aan de luchtwegen, zoals δ-dodecalacton, menthol, benzylalcohol en corylon [13,14,15,16]. Bovendien bestaan de verwarmingselementen (bijv. verstuiver/spiraal) en tanks van ENDS-apparaten uit metalen die tijdens gebruik in e-vloeistof en aerosol kunnen vrijkomen, waarbij chroom en nikkel de grootste bijdrage leveren aan het risico op kanker [17,18]. Bestaande chemische analyses die zijn uitgevoerd voor ENDS-producten, waaronder wegwerpbare ENDS, waren echter vooral gericht op e-vloeistof die niet noodzakelijkerwijs de chemicaliën weerspiegelt in ENDS-aerosol die daadwerkelijk in de luchtwegen van ENDS-gebruikers terechtkomen [15,19]. Hoewel er een handvol onderzoeken zijn waarin ENDS-aerosol is geanalyseerd [20,21,22] en de bijbehorende gezondheidsrisico's zijn beoordeeld [18], hebben deze onderzoeken geen rekening gehouden met de deeltjesgrootte van ENDS-aerosol en de grootte-gerelateerde ademhalingsproblemen. depositiefracties terwijl de gezondheidsrisico's worden ingeschat. Dit is een ernstig probleem omdat de grootte van de deeltjes rechtstreeks van invloed is op de locatie van de afzetting in de luchtwegen en de afzettingsfractie in de luchtwegen. In feite is de ENDS-aerosol die wordt gegenereerd door vapen een mix van vloeistofdruppeltjes, waarbij de diameter van de aerosoldeeltjes varieert van ultrafijn (minder dan 0,1 µm) tot microngroottes (tot ongeveer 4 µm). Er wordt dus verwacht dat geïnhaleerde ENDS-aërosol in verschillende menselijke luchtwegen terechtkomt en zich daar met verschillende afgezette doses afzet. Belangrijk is dat wordt verwacht dat het grootste deel van de ENDS-aerosol zich in de lagere luchtwegen zal afzetten, wat waarschijnlijk negatieve gevolgen zal hebben voor de gezondheid vanwege het enorme luchtwegoppervlak in het alveolaire gebied [23]. De gedeponeerde dosis is het antecedent van de interne dosis voorafgaand aan de overweging van de respiratoire klaring en absorptiesnelheid en kan daarom dienen als de spilindex voor de beoordeling van met vapen geassocieerde gezondheidsrisico's. De ENDS-aërosolgrootteverdeling en de depositiefracties in de luchtwegen zijn de belangrijkste factoren voor het nauwkeurig schatten van deze draaiindex [23], en daarom moet deze worden opgenomen in de beoordeling van de gezondheidsrisico's.
Deze studie heeft de leemten in de kennis opgevuld door gebruik te maken van een verbeterde aanpak om de gedeponeerde doses chemicaliën in twee veelgebruikte wegwerpbare ENDS-producten en de daarmee samenhangende gezondheidsrisico's voor kanker en niet-kanker te schatten. Bij de experimentele aanpak werd rekening gehouden met de grootte-afhankelijke ademhalingsdepositiefracties van aerosolen en werd een op grootte gescheiden analyse van chemische bestanddelen op ENDS-aerosol uitgevoerd. De bevindingen uit ons onderzoek zouden de nauwkeurigheid van het schatten van de doses ENDS-chemicaliën die in de longen van de damper worden afgezet kunnen verbeteren, wat op zijn beurt informatie zou kunnen opleveren voor de tabaksregelgeving en toekomstige grootschalige onderzoeken waarin de gezondheidsrisico's worden beoordeeld die gepaard gaan met het gebruik van wegwerpbare ENDS-producten.
2. Materialen en methoden
2.1. In grootte gescheiden ENDS Aërosolmonsterverzameling
In dit onderzoek zijn chemische aërosolanalyses uitgevoerd op de volgende twee populaire ENDS-wegwerpproducten: Puff Bar (Grape) en Air Bar (Watermelon Ice). De selectie van deze twee wegwerpbare ENDS-producten was gebaseerd op de prevalentie van wegwerpbare ENDS-producten uit een afzonderlijk onderzoek door het onderzoeksteam dat het ENDS-gebruiksgedrag van studenten onderzocht. Deze twee wegwerpproducten van ENDS waren de meest gebruikte producten onder de studiedeelnemers.
In dit onderzoek werden op grootte gescheiden ENDS-aerosolmonsters verzameld met behulp van een Micro-Orifice Uniform Deposit Impactor (MOUDI 110-R, MSP Co., Shoreview, MN, VS). De MOUDI is in staat aerosolmonsters te verzamelen met deeltjesdiameters variërend van 0.056 tot 18 µm in zijn 11 verzamelfasen (dwz op grootte gescheiden bemonstering). Het presteert beter dan gewone aërosolinstrumenten met directe aflezing, zoals deeltjestellers en spectrometers die niet overweg kunnen met vers gegenereerde aërosol voor e-sigaretten met een extreem hoge aërosolconcentratie. Elke MOUDI-fase heeft een verzamelbaar deeltjesgroottebereik, en op basis van dat deeltjesgroottebereik kan een gemiddelde longdepositiefractie worden berekend (zie Bijlage A, Tabel A1). ENDS-aërosolmonsters verzameld door MOUDI in verschillende fasen werden gebruikt voor berekeningen van de deeltjesgrootteverdeling en analyses van de chemische samenstelling.
Om wegwerpbare ENDS-aërosolmonsters te verzamelen, werden polytetrafluorethyleen (PTFE) membraanfilters (PALL Co., Port Washington, NY, VS) op elke MOUDI-trap geplaatst en werd de MOUDI gebruikt met een bemonsteringsstroomsnelheid van 30 l / min. Er werd een injectiespuit van 100 ml gebruikt om ENDS-aerosol uit de twee wegwerpbare ENDS-producten te zuigen en vervolgens de ENDS-aerosol rechtstreeks in MOUDI te pompen voor monsterafname. Deze procedure werd 10 keer herhaald (10 trekjes) om op elke MOUDI-fase een voldoende hoeveelheid ENDS-aerosol te accumuleren voor daaropvolgende analyse van het gewicht en de stof. Na het monsterverzamelingsexperiment werden PTFE-filters met verzamelde ENDS-aerosolmonsters uit de MOUDI gelost, individueel gewogen door een microbalans, en vervolgens naar laboratoria gestuurd voor organisch-chemische analyse en metaalanalyse om grootte-afhankelijke chemische bestanddelen in ENDS-aerosol te identificeren. De monsterverzameling werd voor elk ENDS-product drie keer uitgevoerd om de betrouwbaarheid en repliceerbaarheid van de gegevens te garanderen. De deeltjesgrootteverdeling van ENDS-aerosolen en de grootte-afhankelijke gegevens over chemische bestanddelen spelen een sleutelrol bij het schatten van de afgezette dosis van een specifieke ENDS-chemische stof in de longen van de damper.
2.2. Organische chemische en metaalanalyse
De organisch-chemische analyse voor ENDS-aerosol werd uitgevoerd met behulp van gaschromatografie-massaspectrometrie (GC/MS) om de massa van organische chemicaliën zoals nicotine, PG, VG en smaakstoffen op MOUDI-filters te detecteren om grootte-afhankelijke informatie te verkrijgen. Concreet werden de twee wegwerpbare ENDS gedemonteerd om de met e-vloeistof doordrenkte damplonten te lokaliseren. De belangrijkste chemische componenten in de e-vloeistof werden eerst geëxtraheerd met acetonitril en geanalyseerd met GC/MS. Vervolgens werden de ENDS-aerosolmonsters op MOUDI-filters op dezelfde manier geëxtraheerd en geconcentreerd voor GC/MS-analyse. De chemische analyse van GC/MS was uitgerust met een elektronenionisatie-ionenbron (GC/EI-MS, Agilent 6890N GC en 5975 inert XL MSD), en chemicaliën werden allemaal gekwantificeerd met behulp van authentieke of surrogaatstandaarden. Gedetailleerde procedures voor organische analyse worden elders beschreven [23]. Bij de organisch-chemische analyse werd de terugwinning van doelanalyten bepaald door een bekende hoeveelheid chemicaliën op blanco filters (n=3) te brengen en deze te extraheren met dezelfde procedures als bij het verzamelen van aërosolmonsters. De metaalanalyse werd uitgevoerd met behulp van inductief gekoppelde plasmamassaspectrometrie (ICP/MS) om de massa van gevaarlijke metalen zoals nikkel, chroom en lood op verschillende MOUDI-filters te detecteren om grootte-afhankelijke informatie te verkrijgen. De MOUDI-filters werden eerst verwerkt voor zuuruitloging en vergisting met behulp van ultraschoon dubbel gedestilleerd HNO3en HF, en vervolgens werden de gedigereerde monsteroplossingen ingedampt tot ze beginnend droog waren. Voor de ICP/MS-analyse werd een eerder beproefd protocol gevolgd met behulp van de ICP/MS Triple Quad (Model 8800, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, VS) [24]. Op deze manier kunnen metaalelementen tot sub-ppb (ng/g) niveaus met ±5% nauwkeurigheid worden verkregen.
De focus van de laboratoriumanalyse in dit onderzoek ligt op de schadelijke organische chemicaliën en metalen die eerder in ENDS-aerosol zijn geïdentificeerd en in de literatuur zijn gepubliceerd [14,18,25,26,27,28,29]. Daarom was het ontwerp van onze organisch-chemische analyse gericht op nicotine, drageroplosmiddel (bijv. glycerol, propyleenglycol, formaldehyde, acetaldehyde, acroleïne, aceton, methylglyoxal, benzoëzuur en triethylcitraat), evenals smaakstoffen en andere chemicaliën ( bijv. ethylvanilline, vanilline, kaneelaldehyde, menthol, acetoïne, citral, benzylalcohol, benzaldehyde, diacetyl, ethylacetaat, ethylmaltol, triacetine, methylanthranilaat, methyldihydrojasmonaat, meloen, corylon, δ-dodecalacton, -terpineol, -decalacton, en 3-hexen-1-ol). Op dezelfde manier werden er meer dan twintig metalen gedetecteerd in onze metaalanalyse, maar de focus van dit onderzoek lag op nikkel (Ni), mangaan (Mn), zink (Zn), chroom (Cr) en lood (Pb).
2.3. Schatten van gedeponeerde doses ENDS-stoffen
Om de gezondheidsrisico's te schatten die gepaard gaan met het inademen van ENDS-stoffen in de longen van vapers, werden de gemiddelde dagelijkse dosis (ADD) en de levenslange gemiddelde dagelijkse dosis (LADD) berekend. ADD en LADD werden berekend op basis van de volgende conventionele vergelijkingen:𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇���=�×��×����×��
(1)
𝐿𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸����=�×��×����×��
(2)
waarbij 𝐶� de blootstellingsconcentratie is (ng/m3), 𝐶𝑅�� is de contactsnelheid (m3/dag), 𝐶𝑇�� is de contacttijd, waarvan wordt aangenomen dat deze 30 jaar (10.950 dagen) is voor de high-end damperspopulatie, 𝐵𝑊�� is het lichaamsgewicht (70 kg), 𝐴𝑇�� is de gemiddelde tijd , wat gelijk is aan 𝐶𝑇�� (10.950 dagen), en 𝐿𝐸�� is de levensverwachting, die 70 jaar (25.550 dagen) bedraagt volgens de standaardblootstellingsaannames van USEPA. In het geval van vapen is de term 𝐶×𝐶𝑅�×�� gelijk aan de dagelijkse inname van de ENDS-stof (ng/dag), en de dagelijkse inname van de stof via vapen moet afkomstig zijn van het totaal aantal vapen in één dag. Op basis van de literatuur bedragen de gerapporteerde gemiddelde dagelijkse trekjes van een vaper ongeveer 163 trekjes/dag [30]. Daarom kunnen vergelijkingen (1) en (2) op basis van het experimentele ontwerp en de resultaten van dit onderzoek als volgt worden aangepast voor de vapen-instelling:𝐴𝐷𝐷𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗=0.1𝑀𝑖,𝑗×𝐶𝑅𝑝×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇����=∑�����,�=0.1��,�×���×����×��
(3)
𝐿𝐴𝐷𝐷𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗=0.1𝑀𝑖,𝑗×𝐶𝑅𝑝×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸�����=∑������,�=0.1��,�×���×����×��
(4)
waarbij 𝑀𝑖,𝑗��,� de massa is van een specifieke ENDS-stof j (organische chemische stof of metaal) in de ENDS-aerosol gevonden op de MOUDI-fase I (i {{0}} tot 11) van de GC /MS- en ICP/MS-analyses. Omdat 𝑀𝑖,𝑗��,� gebaseerd is op 10 trekjes, is 0,1𝑀𝑖,𝑗��,� gelijk aan de massa van de ENDS-stof in één trekje. 𝐶𝑅𝑝��� is de ENDS-aërosolcontactsnelheid in de eenheid pufjes/dag. Op basis van de literatuur werd 𝐶𝑅𝑝��� vastgesteld op 163 pufjes/dag [30]. Op basis hiervan weerspiegelt 𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗����,� de gemiddelde dagelijkse dosis van een specifieke stof j in ENDS-aerosol binnen een groottebereik i (MOUDI-stadium i); 𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗�����,� is de levenslange gemiddelde dagelijkse dosis van een specifieke stof j in ENDS-aerosol binnen een groottebereik i. De optelling in vergelijkingen (3) en (4) geeft aan dat de dosis van een specifieke ENDS-stof in de longen van een actieve vaper wordt berekend door de doses van alle 11 individuele MOUDI-stadia (∑𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑����,� en ∑𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑�����,�). Vergelijkingen (3) en (4) kunnen verder worden aangepast door rekening te houden met de belangrijke factor van de ademhalingsdepositiefracties van aerosolen om de afgezette dosis in de longen van de vaper te schatten (dwz de dosis bijgedragen door ENDS-aerosol die daadwerkelijk in de luchtwegen wordt afgezet) als volgt:𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖���′�=∑�����,�×���
(5)
𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖����′�=∑������,�×���
(6)
waarbij 𝐷𝐹𝑖��� de gemiddelde afzettingsfractie in de luchtwegen is (van {{0}}.0 tot 1,0) voor de verzamelbare aërosolgrootte van MOUDI stadium i. Het menselijke ademhalingssysteem dat in dit onderzoek wordt gebruikt, omvat de tracheobronchiale luchtwegen tot aan het alveolaire gebied, en de overeenkomstige gepubliceerde gegevens van de ademhalingsdepositiefracties van aerosolen zijn overgenomen voor het verkrijgen van de gemiddelde afzettingsfracties (zie bijlage A, tabel A1 voor de geschatte 𝐷𝐹𝑖���) [ 23]. Op deze manier houden 𝐴𝐷𝐷′𝑗���′� en 𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗����′� rekening met de realistische grootteafhankelijke massafracties van de stof in ENDS-aerosol, evenals met de fractie van de geïnhaleerde ENDS-aerosol die inderdaad bijdraagt tot de afgezette dosis.2.4. Het inschatten van kanker- en niet-kankerrisico's
De geschatte 𝐴𝐷𝐷′𝑗���′� uit vergelijking (5) werd vervolgens gebruikt om het gevarenquotiënt (HQ) te berekenen voor het beoordelen van het gezondheidsrisico anders dan kanker dat wordt veroorzaakt door de stof j in een wegwerpbaar ENDS-product (organische chemische stof of metaal) als volgt:𝐻𝑄𝑗=𝐴𝐷𝐷′𝑗𝑅𝑓𝐷𝑗 {<1 No adverse health effect is expected>1 Nadelig gezondheidseffect is mogelijk ���=���′����� {<1 No adverse health effect is expected>1 Nadelige gevolgen voor de gezondheid zijn mogelijk
(7)
waarbij 𝑅𝑓𝐷𝑗���� de referentiedosis (RfD) is die is gepubliceerd voor de ENDS-stof j. Merk op dat in het geval dat alleen de referentieconcentratie (RfC) beschikbaar was voor een bepaalde stof, de RfC werd omgezet naar RfD met behulp van een redelijke inhalatiesnelheid van 20 m3/dag en een standaard lichaamsgewicht van 70 kg (dwz RfD=RfC × 20/70) [18]. Verder werd de gevarenindex (HI) toegepast op de stoffen die soortgelijke gezondheidseffecten anders dan kanker veroorzaken op hetzelfde doelorgaan/systeem (bijvoorbeeld het ademhalingssysteem). Daarom is de HI de som van alle gerelateerde 𝐻𝑄𝑗��� (𝐻𝐼=∑𝐻𝑄𝑗��=∑���). Wanneer de HQ of HI hoger is dan 1,0, geeft dit aan dat nadelige gezondheidseffecten anders dan kanker mogelijk zijn voor gebruikers van wegwerpbare ENDS.𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗����′� die werd berekend in vergelijking (6) werd gebruikt om het risico op ademhalingsproblemen te beoordelen. kankers geassocieerd met wegwerpgebruik van ENDS-producten, als volgt:𝐶𝑎𝑛𝑐𝑒𝑟 𝑅𝑖𝑠𝑘𝑗=𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗×𝐶𝑆𝐹𝑗 {<10−6 Acceptable cancer risk >10−6 Onaanvaardbaar risico op kanker������ �����=����′�×���� {<10−6 Acceptable cancer risk >10−6 Onaanvaardbaar risico op kanker
(8)
waarbij 𝐶𝑆𝐹𝑗���� de gepubliceerde kankerhellingsfactor is (dwz de kankerpotentie) van een specifieke ENDS-stof j (organische chemische stof of metaal). Voor de beoordeling van het kankerrisico: het geschatte kankerrisico dat groter is dan 10−6(één op één miljoen) duidt op een onaanvaardbaar risico op kanker voor gebruikers van wegwerpbare ENDS. De waarden van RfD, RfC en CSF in vergelijkingen (7) en (8) voor risicobeoordelingen van kanker en niet-kanker zijn samengesteld uit de officiële websites van de Amerikaanse EPA en CalEPA [31,32,33,34].3. Resultaten
3.1. Gedetecteerde stoffen in ENDS-aerosol
Tabel 1 en Tabel 2 tonen de (geselecteerde) organische chemicaliën en metalen die zijn gedetecteerd in de aerosol die is gegenereerd uit respectievelijk de twee wegwerpbare ENDS-producten, Puff Bar (Grape) en Air Bar (Watermelon Ice). De gekwantificeerde resultaten worden uitgedrukt als de massa van de stof die op het filter is gedetecteerd (ng), wat het gemiddelde was van drievoudige filtermonsters van hetzelfde MOUDI-stadium. Voor organische verbindingen bevatten, op basis van onze chemische analyse, zowel Puff Bar (Grape) als Air Bar (Watermelon Ice) nicotine, propyleenglycol (PG), glycerol (VG), benzoëzuur, triethylcitraat, ethylmaltol en {{2 }}hexen-1-ol. Het is bekend dat PG en VG drageroplosmiddelen zijn die vaak worden gebruikt in de e-liquid van ENDS-producten. Daarnaast bevat Puff Bar ook methylanthranilaat, -terpineol en perillartine, terwijl Air Bar ook benzylalcohol, vanilline, meloen, methyldihydrojasmonaat en -decalacton bevat. Organische chemicaliën zoals vanilline, meloen, ethylmaltol en benzylalcohol worden toegevoegd als smaakstoffen [35]. Voor metaalanalyse hebben we in Tabel 1 en Tabel 2 alleen metalen vermeld waarvan is gedocumenteerd dat ze in verband worden gebracht met nadelige gezondheidseffecten. Metalen die op filters worden gedetecteerd, zijn onder meer chroom, nikkel, mangaan, lood, aluminium en zink, die allemaal zijn gedocumenteerd een negatieve invloed hebben op het ademhalingssysteem (en zelfs longkanker) en het centrale zenuwstelsel [18]. Tabel 1 en Tabel 2 presenteren ook de massaverdeling van ENDS-aerosol verzameld door MOUDI op basis van de verzamelbare aërosolgroottes. Over het geheel genomen was de massa organische chemicaliën normaal verdeeld en piekte rond stadium 6 (grootte van de verzamelbare aërosol van 1,8 Groter dan of gelijk aan d Groter dan of gelijk aan 1,0 µm), wat evenredig is aan de massaverdeling ( gelijk aan de deeltjesgrootteverdeling) van de ENDS-aerosol. We hebben de metalen na een dergelijke verdeling echter niet waargenomen. Met de bovenstaande gegevens over de grootte-afhankelijke stofbestanddelen kan vervolgens de dosis van een specifieke ENDS-gerelateerde stof (organische chemische stof of metaal) die in de longen van de damper wordt afgezet, evenals de daarmee samenhangende gezondheidsrisico's, worden geschat.
Tabel 1.Stoffen gedetecteerd in op grootte gescheiden ENDS-aerosolmonsters gegenereerd door Air Bar (Watermelon Ice).
Tabel 2.Stoffen gedetecteerd in op grootte gescheiden ENDS-aerosolmonsters gegenereerd door Puff Bar (Grape).
3.2. Geschatte in de luchtwegen afgegeven doses ENDS-stoffen
Tabel 3 en Tabel 4 tonen de geschatte ADD en LADD voor de organische chemicaliën en metalen vermeld in Tabel 1 en Tabel 2. De geschatte ADD en LADD zijn berekend op basis van vergelijkingen (1)-(6), rekening houdend met realistische ENDS-gebruiksparameters , aërosolgrootte-afhankelijke stofsamenstelling, en de conventionele aërosol-respiratoire afzettingsfracties. De ADD en LADD meten de via de ademhaling afgezette dosis van de ENDS-stof van belang. Zoals weergegeven in Tabel 3 en Tabel 4 waren de afgezette doses die overeenkomen met nicotine, propyleenglycol, glycerol en benzoëzuur relatief hoger dan die van andere organische chemicaliën. Van de metalen hadden zink, aluminium, nikkel en chroom de neiging relatief hogere afgezette doses te hebben. Over het algemeen resulteerde Air Bar (Watermelon Ice) in hogere afgezette doses van zowel organische chemicaliën als metalen vergeleken met Puff Bar (Grape). Met name de ENDS-aerosol gegenereerd uit Air Bar (Watermelon Ice) bevatte hogere geschatte doses nicotine, propyleenglycol, glycerol, chroom, nikkel, mangaan, lood, aluminium en zink, vergeleken met die van Puff Bar (Grape).
Tabel 3.Geschatte doses in de longen en het risico op kanker en niet-kanker van ENDS-aerosol gegenereerd door Air Bar-Watermelon Ice.
Tabel 4.Geschatte doses in de longen en risico's op kanker en niet-kanker van ENDS-aerosol gegenereerd door Puff Bar-Grape.
3.3. Geschatte kanker- en niet-kankerrisico's van ENDS-stoffen
De risico's op kanker en niet-kanker voor de geselecteerde metalen gevonden in ENDS-aerosol werden geschat op basis van de overeenkomstige ADD en LADD en de resultaten worden weergegeven in Tabel 3 en Tabel 4. Deze tabellen tonen ook de waarden van CSF die door de VS zijn gepubliceerd. EPA en CalEPA en werden toegepast bij onze schatting van het kankerrisico [32]. Onder de metalen gevonden in de aerosol gegenereerd door Air Bar (Watermelon Ice), waren de geschatte kankerrisico's van chroom en nikkel 1.0 × 10−3en 1,5×10−6respectievelijk, die aanzienlijk boven het aanvaardbare risico van 10 worden geacht−6. Voor de metalen in de aerosol gegenereerd door Puff Bar (Grape) was het geschatte risico op luchtwegkanker overeenkomend met chroom 3,9 × 10−4, wat ook het conventionele aanvaardbare risico overschrijdt. Voor de schatting van het niet-kankerrisico (gemeten door HQ) werd de RfD (of RfC) gebruikt die overeenkomt met de metalen gepubliceerd door de Amerikaanse EPA en CalEPA (opgesomd in Tabel 3 en Tabel 4) [31,33,34]. Uit de resultaten van de niet-kankerrisicobeoordeling blijkt dat de waarden van HQ voor alle metalen in Tabel 3 en Tabel 4 allemaal kleiner waren dan 1.{{10}}, wat aangeeft dat geen van de metalen alleen dat zou doen. een aanzienlijke impact hebben op het ademhalingssysteem of het centrale zenuwstelsel. Bij het opsommen van de gezondheidsrisico's die niet verband houden met kanker en die overeenkomen met hetzelfde doelorgaan, werd echter vastgesteld dat chroom en nikkel in de aerosol gegenereerd door Air Bar (Watermelon Ice) een ademhalingsrisico van HI vormden=1.14, Dit is boven het aanvaardbare niveau van 1,0, wat wijst op een potentieel risico op nadelige ademhalingseffecten (niet-kanker) bij mensen die regelmatig de Air Bar (Watermelon Ice) gebruiken. Soortgelijke nadelige effecten werden echter niet gevonden in de aerosol gegenereerd door Puff Bar (Grape).
4. Discussie
De resultaten die uit dit experimentele onderzoek zijn verkregen, hebben de lacunes in de literatuur opgevuld door een nauwkeurigere schatting te geven van de in de luchtwegen afgegeven dosis en de daarmee samenhangende gezondheidsrisico's voor kanker en niet-kanker die verband houden met het gebruik van ENDS voor eenmalig gebruik. Door op grootte gescheiden gegevens over de chemische bestanddelen van ENDS-aerosol te verzamelen en rekening te houden met de aërosolgrootte-afhankelijke depositiefractie in de lucht, kunnen de gezondheidsrisico's van wegwerpbare ENDS-producten nauwkeurig worden beoordeeld. Een grote kracht van deze aanpak is dat er rekening mee wordt gehouden met de hoeveelheid ENDS-stoffen die zich daadwerkelijk in de menselijke luchtwegen afzetten.
Uit onze chemische analyses bleek dat de aerosol van e-sigaretten schadelijke organische chemicaliën en metalen bevat (bijvoorbeeld benzylalcohol, -decalacton, chroom, nikkel) waarvan is gedocumenteerd dat ze ademhalingsproblemen en zelfs longkanker veroorzaken. We hebben ook mangaan en lood gevonden in ENDS-aerosol, waarvan bekend is dat het negatieve effecten heeft op het menselijke centrale zenuwstelsel. Van de gedetecteerde metalen ontdekten we dat de geschatte risico's op luchtwegkanker die overeenkomen met chroom uit beide wegwerpbare ENDS-producten aanzienlijk boven het acceptabele risico lagen. Het risico op luchtwegkanker dat overeenkomt met nikkel in de spuitbus van Air Bar (Watermelon Ice) lag ook aanzienlijk boven het aanvaardbare risico. Bovendien werd noch chroom, noch nikkel alleen in de twee wegwerpbare ENDs-producten in verband gebracht met onaanvaardbare gezondheidsrisico's die geen kanker zijn. Maar toen we hun individuele niet-kankerrisico's met hetzelfde doelorgaan opsomden, ontdekten we dat chroom en nikkel in de ENDS-aerosol gegenereerd door Air Bar (Watermelon Ice) een additief effect hebben op het ademhalingssysteem. Deze resultaten weerspiegelden het groeiende bewijsmateriaal dat het idee ondersteunt dat kankerverwekkende en schadelijke chemicaliën inderdaad zorgen baren bij reguliere ENDS-gebruikers [18,25,35]. Met name waren onze geschatte risico's op kanker en niet-kanker over het algemeen lager dan die uit de studie van Fowles et al. [18], mogelijk als gevolg van verschillende soorten ENDS en methoden om metaalconcentraties te verkrijgen. Onze schattingen zijn echter waarschijnlijk nauwkeuriger omdat ze gebaseerd zijn op de geschatte doses chemicaliën die in de menselijke luchtwegen worden afgezet, evenals op de samenstelling van ENDS-stoffen die experimenteel zijn geanalyseerd en aangetroffen in de ENDS-aerosol.
Een unieke bijdrage van dit onderzoek is dat bij de inschatting van de afgezette doses en de bijbehorende gezondheidsrisico’s rekening werd gehouden met de deeltjesgrootte van de aerosol. De in dit onderzoek gebruikte methode zou verder kunnen worden toegepast bij het onderzoeken van aërosoltoxiciteit voor andere ENDS-producten. In het bijzonder leverden de grootte-afhankelijke gegevens over de bestanddelen, verkregen uit onze chemische analyse, nuttige informatie op om de dosis van specifieke ENDS-chemicaliën in het menselijke luchtwegengebied correct te schatten. Op basis van de gegevens verkregen uit de MOUDI-monsterverzameling op grootte, hebben we ontdekt dat de deeltjesgrootteverdelingen van bijna alle organische chemicaliën evenredig zijn met de ENDS-aërosolmassaverdeling. De organische chemicaliën in de ENDS-aerosol waren normaal verdeeld en bereikten doorgaans een piek rond MOUDI fase 6 (grootte van de verzamelbare aerosol: van 1,0 tot 1,8 µm). Gegeven de informatie over de grootte-afhankelijke ademhalingsdepositie van aërosols (gerapporteerd in bijlage A, tabel A1), impliceert dit dat 16% van de meest voorkomende ENDS-aërosol die wordt ingeademd (1,0–1,8 µm) zich zou afzetten in de longen van de vaper. de tracheobronchiale luchtwegen en het alveolaire gebied.
Naast de verbeterde experimentele methode heeft dit onderzoek belangrijke beleidsimplicaties. Uit deze studie bleek dat schadelijke en potentieel schadelijke organische verbindingen en metalen werden gedetecteerd in de aërosol van de twee wegwerpbare ENDS, waarbij een paar metalen overacceptabele risico's op kanker en/of niet-kanker opleverden. Deze resultaten benadrukken het belang van het reguleren van dergelijke schadelijke en potentieel schadelijke chemicaliën. Naast het verifiëren van de bevindingen uit eerdere onderzoeken dat verwarmingselementen en smaakstoffen in e-liquids van ENDS-producten bronnen zijn van een aantal schadelijke chemicaliën [18,25], heeft ons onderzoek verder een methodologie ontwikkeld om de doses van ENDS-gerelateerde stoffen nauwkeuriger te schatten. dat zou de regulering van tabaksproducten beter kunnen informeren door een nauwkeurigere schatting van de niveaus van giftige stoffen te geven. Bovendien, aangezien de FDA gearomatiseerde ENDS-producten heeft verboden, met uitzondering van wegwerpbare ENDS vanwege de enge definitie van een e-sigarettenpatroon [11] door de FDA, vormden de bevindingen uit ons onderzoek die specifiek gericht waren op wegwerpbare ENDS een extra wetenschappelijke basis voor de FDA om te overwegen. uitbreiding van het smaakverbod naar wegwerpproducten van ENDS. Omdat ENDS-bedrijven vaak adverteren dat ENDS nicotine, smaakstoffen en drageroplossingen (bijv. propyleenglycol) bevat, maar het bestaan van schadelijke stoffen in ENDS-aerosol bagatelliseren [36], zijn strengere eisen op het gebied van productetikettering en effectieve tegencommunicatiecampagnes absoluut noodzakelijk. .
Dit onderzoek heeft beperkingen die moeten worden erkend. Ten eerste vertegenwoordigden we, hoewel we de spuitbussen van twee algemeen gebruikte ENDS voor eenmalig gebruik onderzochten, niet alle ENDS-producten die variëren per smaak, model en merk. Verschillende producteigenschappen kunnen met verschillende gezondheidsrisico’s gepaard gaan. Uit een onderzoek waarin benzaldehyde in ENDS-gegenereerde aërosolen werd onderzocht, bleek bijvoorbeeld dat de hoogste niveaus van benzaldehyde werden gedetecteerd in ENDS-producten met kersensmaak [37]. Toekomstige studies zijn nodig om de toxiciteit van aerosolen systematisch te onderzoeken in combinatie met productkenmerken (bijv. smaak, model, voedingsspanning) om aanvullende regelgevende maatregelen voor tabak te onderbouwen. Ten tweede was onze beoordeling van de gezondheidsrisico's voor kanker en niet-kanker geassocieerd met organische verbindingen en metalen uit ENDS-aerosol gebaseerd op gedocumenteerde kankerpotentie (CSP) en RfD (of RfC) informatie verstrekt door EPA en CalEPA. Voor de meeste organische chemicaliën die in dit onderzoek zijn gedetecteerd, is dergelijke informatie echter niet vastgesteld. Hoewel dagelijkse doses zoals ADD en LADD kunnen worden geschat voor alle organische chemicaliën die in ENDS-aërosol worden aangetroffen, kunnen de daarmee samenhangende beoordelingen van de gezondheidsrisico's alleen voor sommige chemicaliën worden voltooid. Toekomstige studies zijn nodig om de gezondheidsrisico's die verband houden met andere chemicaliën verder te onderzoeken wanneer hun toxiciteitsinformatie (dwz CSP, RfD en RfC) beschikbaar komt. Ten slotte vertegenwoordigt het gebruik van een injectiespuit om aerosol uit de ENDS-producten te zuigen om ENDS-aerosol te genereren mogelijk niet de werkelijke situatie van vapen. Deze methode is echter een eenvoudige en handige manier om efficiënt een aerosol uit ENDS-producten te genereren. Voor toekomstige studies kunnen in de handel verkrijgbare pofmachines voor e-sigaretten zoals CSM-eSTEP (CH Technology USA, Inc., Northeastern, New Jersey) worden aangeschaft om een meer representatieve en betrouwbare ENDS-aerosol te genereren voor gerelateerde experimenten.
5. Conclusies
Deze studie levert waardevolle experimentele resultaten op over de in de luchtwegen gedeponeerde dosis die gepaard gaat met het gebruik van ENDS-wegwerpproducten, waarbij rekening wordt gehouden met de aërosolgrootte-afhankelijke ENDS-stofbestanddelen en de respiratoire afzettingsfracties van de aërosol, wat nauwkeurigere schattingen van het risico op kanker en niet-kanker opleverde. De methode en bevindingen uit het onderzoek kunnen bijdragen aan de bestaande literatuur over ENDS-aërosoltoxiciteit en kunnen toekomstige grootschalige onderzoeken informeren die de gezondheidsrisico's onderzoeken die verband houden met ENDS. De bevindingen kunnen ook dienen als input voor inspanningen op het gebied van de tabaksregulering, zoals het uitbreiden van het federale verbod op smaakstoffen naar wegwerpbare ENDS-producten, het implementeren van strengere productetiketteringsvereisten en het ontwikkelen van effectieve communicatiecampagnes om de gevolgen voor de volksgezondheid van deze nieuwe ENDS-producten te bestrijden.
Bijdragen van auteurs
W.-CS, H.-CL en AB hebben het onderzoek ontworpen en geconceptualiseerd. H.-CL en AB voerden literatuuronderzoek uit en verstrekten samenvattingen van eerdere onderzoeken. W.-CS voerde het laboratoriumwerk uit. H.-CL voerde de gezondheidsrisicobeoordeling uit. H.-CL en W.-CS interpreteerden de bevindingen. H.-CL en W.-CS hebben het manuscript opgesteld. AB heeft het manuscript kritisch herzien. Alle auteurs hebben de gepubliceerde versie van het manuscript gelezen en ermee ingestemd.
Financiering
Deze studie werd ondersteund door R21ES031795 van het National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS) aan W.-CS, R01DA049154 van het National Institute on Drug Abuse (NIDA) aan AB en H.-CL, en steun van het Southwest Center for Occupational and Environmental Health (SWCOEH), de Centers for Disease Control and Prevention (CDC) National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) Education and Research Center (T42OH008421) aan het Health Science Center van de Universiteit van Texas in Houston (UTHealth) School of Public Gezondheid.
